EP2135008A1 - Seal for a glow plug - Google Patents

Seal for a glow plug

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Publication number
EP2135008A1
EP2135008A1 EP08717467A EP08717467A EP2135008A1 EP 2135008 A1 EP2135008 A1 EP 2135008A1 EP 08717467 A EP08717467 A EP 08717467A EP 08717467 A EP08717467 A EP 08717467A EP 2135008 A1 EP2135008 A1 EP 2135008A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sealing element
support tube
glow plug
sleeve
ceramic heater
Prior art date
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Granted
Application number
EP08717467A
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German (de)
French (fr)
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EP2135008B1 (en
Inventor
Christoph Kern
Ewgenij Landes
Reiko Zach
Michael Kleindl
Christian Doering
Steffen Schott
Pavlo Saltikov
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to SI200831058T priority Critical patent/SI2135008T1/en
Publication of EP2135008A1 publication Critical patent/EP2135008A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP2135008B1 publication Critical patent/EP2135008B1/en
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/001—Glowing plugs for internal-combustion engines

Definitions

  • the invention is based on a glow plug according to the preamble of claim 1.
  • a glow plug with combustion chamber pressure sensor in which a trained as a glow plug ceramic heater is disposed in a housing.
  • the ceramic heater is surrounded by a support tube which is fixed by means of a seal in the housing.
  • the seal is formed by a arranged between the support tube and housing graphite ring.
  • the invention has for its object to provide a glow plug with a ceramic heater, in which the interior is reliably sealed against the combustion chamber gases.
  • the glow plug is provided with a sealing element between the ceramic heating element and the metallic support tube, wherein the sealing element consists of a metallic alloy with a so-called Invar effect, such alloys having a particularly low value in terms of the thermal expansion coefficient (CTE).
  • An invar effect is a phenomenon in which a group of alloys and compounds in certain Temperature regions abnormally small or partially negative coefficients of thermal expansion.
  • the metallic support tube used has the task of securing the ceramic heater.
  • the ceramic heater is incorporated in the support tube, for example by means of a soldering process, cohesively.
  • Another function of the support tube is to present a hermetic, long-term sealing of a sensor module against the influences of aggressive combustion media, in particular against the high combustion pressures, against sooting and against accumulating soot particles and against corrosion.
  • a FeNi alloy As an alloy with an Invar effect, a FeNi alloy is used.
  • the failure of the sealing function i. the local or complete loss of the mechanical contact at the interface between the metallic material of the support tube and the ceramic material of the radiator avoided by an additional sealing element pressed directly on a combustion chamber side end face of the support tube on the ceramic heater and then by means of a non-positive or a cohesive joint connection is attached to the support tube.
  • the sealing element is formed in a ring shape.
  • a Hertzian pressure on the contact line between the sealing element and the radiator can be realized, which leads to a particularly good seal against the aggressive media, in particular the combustion pressures in the combustion chamber.
  • the proposed sealing element be it in the form of a one-piece or multi-part sleeve, be it in ring form formed as a one-piece component, made of a material having a coefficient of thermal expansion (WAK), which in the candidate here operating temperature range under the CTE value of the ceramic heater is, itself approaches or insignificantly exceeds this.
  • WAK coefficient of thermal expansion
  • Particularly suitable as a material for the sealing element to call a metal alloy with Invar effect, which is known under the trade name KOVAR ® .
  • This metal alloy has a nickel content of 29.0 wt%, a cobalt content of 17.0 wt%, a silicon content of 0.1 wt% to 0.2 wt%, a manganese content of 0.3 Wt .-% and a maximum carbon content of 0.02 wt .-%, balance iron.
  • the sleeve-shaped sealing element produced in an embodiment in a ring shape, wherein the sleeve-shaped sealing element is attached to the support tube.
  • the joint between the sleeve-shaped sealing element and the support tube may be formed with tapered surfaces or step-shaped.
  • the axial positioning of the sealing element is particularly advantageous because no further modifications of the ceramic heater are required in this case.
  • Sealing connection between the support tube and the sealing element can be produced, for example, by means of a corresponding cohesive joining method, such as, for example, the welding method or the soldering method.
  • the complete support tube can be made entirely from an alloy with Invar effect.
  • the sealing element is not limited in terms of its application only to glow plugs, but can also be used on other cylinder head components of internal combustion engines, such as glow plugs with integrated pressure sensors or the like.
  • FIG. 1 shows a glow plug with a pressure detecting device in a sectional view
  • Figure 2 shows an enlarged view of a ceramic heating element below a
  • FIG. 3 shows an embodiment of a joint of a two-part sleeve-shaped sealing element
  • Figure 4 shows a further embodiment of the joint of the two parts of the sleeve-shaped sealing element
  • Figure 5 shows a further embodiment of the sealing of the glow plug by forming a press fit and a support tube with reduced wall thickness
  • Figure 6 the formation of the sealing of the glow plug by forming at least one bead in the support tube
  • Figure 7 a materially joined to the support tube, sleeve-shaped sealing element and
  • the glow plug shown in Figure 1 with pressure sensing device which is referred to below as Druckmessglühkerze 10, comprises a housing 11, in which a designed as a glow pin ceramic heater 12 and a sensor 13 are used for pressure detection.
  • the sensor 13 is arranged in a sensor module 30.
  • a radially symmetrical metal diaphragm 46 is used to seal the separate, preassembled sensor module 30, for example.
  • the pressure applied to the metal diaphragm 46 is converted into a separate pressure measurement module.
  • the pressure measuring module essentially comprises the ceramic heating element 12 fastened in the support tube 14, a compensation element 24 as well as a heat-insulating and force-transmitting element 26 and the separate sensor module 30, a fixing element 28.
  • the ceramic heater 12 When exposed to a pressure, such as the pressure prevailing in the cylinder of an internal combustion engine, the ceramic heater 12 serves as a transmission element of the compressive force in the combustion chamber to the sensor module 30.
  • the ceramic heater 12 is coupled via the support tube 14 to the metal diaphragm 46.
  • the force acting on the ceramic heater 12 is transmitted to the sensor module 30 via the force path.
  • the compensation element 24 is preferably made of a material with a specially adapted value of the thermal expansion coefficient (CTE) and is mainly used for thermal length compensation at higher temperatures.
  • the upper thermal insulation and force transmission element 26 has the smallest possible value for the thermal conductivity and serves the maximum temperature reduction on the sensor module 30.
  • the thermal insulation and compensation element 26 has a very high surface quality and high rigidity.
  • Behind the sensor module 30 is the fixing 28.
  • the sensor module 30 is held together between the radially symmetrical metal diaphragm 46 and the fixing member 28 by means of the sleeve-shaped sensor cage 32 shown in Figure 1,
  • the sensor cage 32 is fastened by means of a weld, for example, as close as possible in the region of a sealing cone 34.
  • the glow current to the ceramic heater 12 is supplied to this via a Glühstromtechnisch 20.
  • a contacting of the Glühstromtechnisch 20 at one end face of the ceramic heater 12 is carried out at a contact 22.
  • the axis of symmetry of the ceramic heater 12 is indicated by reference numeral 36.
  • a sealing element 40 formed in annular form 18 is arranged on the support tube 14, which is formed in one piece here, on a combustion-chamber-side end face 16.
  • Sealing element 40 is fixed by means of a shrink fit 38 on the peripheral surface of the ceramic heater 12. Subsequently, a non-positive or a material-fit joint connection 44 is produced on the combustion chamber-side end face 16 of the support tube 14, which is formed in one or more parts.
  • a non-positive or a material-fit joint connection 44 is produced on the combustion chamber-side end face 16 of the support tube 14, which is formed in one or more parts.
  • Sealing element 40 and the lateral surface of the ceramic heater 12 on the shrink fit 38 are realized, whereby a particularly good seal against the combustion chamber of the internal combustion engine is achieved.
  • the support tube 14 usually made of metallic material has the task of fixing the ceramic heater 12.
  • the ceramic heating element 12 is received in the support tube 14 in a cohesive connection, for example in a soldered connection.
  • the solder joint serves on the one hand for fastening and sealing of the ceramic heater 12 within the support tube 14, on the other hand for electrical contacting of the ceramic heater 12 in the support tube 14.
  • Another function of the support tube 14 is a hermetic, long-term sealing of the sensor module 30 against the effects of aggressive combustion media, especially against high combustion pressures, against sooting and accumulating soot particles as well as corrosion effects.
  • the ceramic heater 12 is made of a ceramic having a relatively low coefficient of thermal expansion (CTE), while the material of the support tube 14 itself has a comparatively higher CTE (steel) value.
  • the sealing element 40 is preferably made from a material having a CTE value which lies in the relevant operating temperature range below the CTE value of the ceramic heating element 12, approaches it or approaches it only insignificantly exceeds.
  • Such a combination of properties of the material has the constructive advantage that the interference fit 38 between the sealing element 40 in annular form 18 and the ceramic heater 12 increases with increasing temperature. If the solder breaks between the jacket surface of the ceramic heating element 12 and the inner jacket of the support tube 14, the sealing of the pressure measuring glow plug 10 is still ensured by the sealing element 40 in annular form 18.
  • metal alloys come into question, which have a so-called Invar effect. Above all, these alloys are characterized by an almost constant, invariant thermal expansion as a function of the temperature over a wide temperature range.
  • the pressure measuring glow plug 10 comprises the metal diaphragm 46 above the one or more support tube 14.
  • the metal diaphragm 46 is substantially radially symmetrical and forms a first joint 48 for the support tube 14 formed in one or more parts and a further, second one Joint 50 for sleeve-shaped in this embodiment sensor cage 32nd Der Sensor cage 32 in turn encloses the fixing element 28, the thermal insulation and force transmission element 26 and the compensation element 24.
  • the Glühstromtechnisch 20 may - as shown in Figure 2 - run substantially straight, it may also include one or more helical turns, depending on the application.
  • the sensor cage 32 encloses the sensor module 30, which cooperates in the embodiment shown in Figure 2 with the compensation element 24 and the thermal insulation and force transmission element 26.
  • the sensor module 30 may be formed, for example, as a piezoelectric or as a piezoresistive sensor module for pressure measurement.
  • the body of the Druckmessglühkerze 10 includes an opening 52 through which the support tube 14 extends.
  • the ceramic heater 12 Inside the support tube 14 is the ceramic heater 12.
  • the partially shown in Figure 2 ceramic heater 12 is enclosed along its axial extent in the support tube 14 by a solder joint.
  • the combustion chamber-side end face 16 of the one or more parts designed support tube 14 is indicated, on which the sealing element 40 in annular form 18 abuts.
  • the sealing element 40 rests on the one hand on the shrink fit 38 on the lateral surface of the ceramic heater 12 and on the other hand connected via the already mentioned in connection with Figure 1 cohesive connection 44 with the combustion chamber side end 16 of the support tube 14.
  • the sealing of the ceramic heater 12 is effected by the arranged on the combustion chamber side end 16 of the one or more parts support tube 14 sealing element 40. This is secured via a frictional or cohesively formed joint connection 44 on the combustion chamber side end 16 of the one or more parts support tube 14 ,
  • the sealing element 40 is made according to the proposed invention, made of a material having a CTE value, which is in the relevant operating temperature range below the CTE value of the ceramic heater 12 or approaches this or exceeds this insignificant.
  • a property combination has the constructive advantage that the interference fit on the shrink fit 38 between the sealing element 40 and the ceramic heater 12 increases with increasing temperature.
  • the sealing of the pressure sensing device by the Sealing element 40 can be ensured, which works reliably both at low and at higher operating temperatures.
  • As material for the sealing element 40 a metal alloy with Invar effect is used.
  • the base alloy having this property is a ferromagnetic, face-centered cubic FeNi alloy having a stoichiometry of approximately Fe 6S Ni 35 .
  • This alloy is characterized by a nearly constant, invariant thermal expansion as a function of temperature over a wide temperature range.
  • FIGS. 3 and 4 show further embodiments of sealing element 40.
  • the sealing element 40 can also be designed as a sleeve 54, as described above.
  • the support tube 14 and the sleeve 54 are fixed together at a joint 60.
  • the joint 60 between the sleeve 54 and the support tube 14 can comprise at least one or more bevels, so that the configuration of an oblique joint 60 shown in FIG. When trained with bevels joint 60 results in an improvement of cohesive Fügbarkeit, in particular the weldability during manufacture. If, as shown in FIG.
  • a sleeve 54 with inner profiling 55 is used, an increased Hertzian pressure on the contact line on the circumference of the ceramic heating element 12 can be realized. This improves the sealing effect. Furthermore, an additional seal can be achieved by the cohesive connection embodied at the joint 60.
  • the joint 60 between the sealing element 54 and the support tube 14 may also be formed step-shaped, as shown in Figure 4.
  • the stepped step seen in the axial direction is present on the support tube 14, which engages in a correspondingly configured inner recess of the sleeve 54.
  • an improved Hertzian pressure can be achieved at the contact line on the circumference of the ceramic heating element 12.
  • the metallic Invar effect alloy may be one of the base alloys listed below. Noteworthy is Fe-36Ni, commonly known as Invar, and also Fe-32Ni-5Co, commonly known as Superinvar. Furthermore, Fe-29Ni-17Co, which is commonly known as Kovar ® known to be used, as well as Fe-42Ni-Cr-Ti, which is commonly known as Ni-Span-C.
  • the individual components of these alloys vary widely, namely (in% by weight below):
  • Fe-36Ni, Fe-Ni42 and Fe-Ni43 generally known as Invar
  • concentration ranges result for the individual alloying elements: Ni from 35.0 to 44.0% by weight, Mn ⁇ 1.0 % By weight, Si ⁇ 0.50% by weight and C ⁇ 0.10% by weight, remainder Fe.
  • the following concentration ranges result: Ni from 31.0 to 33.0% by weight, Co from 4.0 to 6.0% by weight. %, Mn ⁇ 0.50 wt .-% and Si ⁇ 0.50 wt .-%, C ⁇ 0.10 wt .-%, balance Fe.
  • Ni 28.0 to 30.0 wt%
  • Co from 17.0 to 18.0 wt%
  • Mn 0.50 Wt .-%
  • Si ⁇ 0.30 wt .-%
  • C ⁇ 0.05 wt .-%
  • Ni from 41.0 to 43.0% by weight, Co from 6.0 to 7.0% by weight %, Mn ⁇ 1.0% by weight, Si ⁇ 0.50% by weight and C ⁇ 0.10% by weight, remainder Fe.
  • the WA K reference values for the KOVAR ® alloy and of commonly used steels such as ferritic steels, and ceramics heater are listed (for example, silicon nitride-base).
  • the table shows that a significant reduction in the CTE difference at the interface can be achieved by using this alloy instead of a steel.
  • a good seal, in particular at higher temperatures, such as occur during operation of the internal combustion engine can be achieved.
  • the sealing of the pressure-measuring glow plug 10 can also be realized only via the support tube 14.
  • the support tube 14, made, for example, of Fe-29Ni-17Co has at a region facing away from the combustion chamber 12 'two adjacent sections 62 with reduced wall thickness. Between these sections 62 is another section which forms a shrink fit 38 with the ceramic heater 12, wherein the shrink fit 38 forms the sealing element 40 at this point.
  • the support tube 14 bears against the preferably radially symmetrical metal diaphragm 46, which in turn encloses the Glühstromtechnisch 20 and the contacting 22 on the ceramic heater 12.
  • the support tube 14 and the ceramic heater 12 are connected to each other in the kerzenangenahen area 12 ', for example via a solder connection 56.
  • the solder connection 56 represents the electrical contacting of the ceramic heating element 12 and its attachment in the support tube 14.
  • a clearance 58 is formed between the inner circumferential surface of the support tube 14 and the lateral surface of the ceramic heater 12. above the shrink fit 38 is filled with solder 56.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of the design of the seal of the pressure-measuring glow plug 10.
  • the pressure measuring glow plug 10 comprises a sealing cone 34.
  • the support tube 14 is received, which is preferably made of a metallic alloy, such as Fe-29Ni-17Co.
  • the support tube 14 is adjacent to the metal membrane 46, which is preferably formed radially symmetrical and the contact 22 and the Glühstrom effet 20 encloses.
  • the support tube 14 forms in the upper region of the ceramic heater 12 to the lateral surface a clearance fit, which is filled with solder 56. From the embodiment according to FIG. 6, it can be seen that at least one peripheral bead 64 extends in the axial direction of the support tube 14.
  • the Filling of solder 56 which serves for the electrical contacting of the ceramic heater 12, extends to above the peripheral bead 64.
  • the at least one circumferential bead 64 of the shrink fit 38 between the outer surface of the ceramic heater 12 and the inner circumferential surface of the support tube 14 is formed.
  • the at least one peripheral bead 64 on the circumference of the support tube 14 a local interference fit with gentle course of the joint pressure in the direction of the edge of the press fit 38 can be achieved with the ceramic heater 12.
  • the sealing element 40 is formed between the support tube 14 and the ceramic heater 12.
  • the pressure measuring glow plug 10 comprises the sleeve 54, which is fastened in the region of the sealing cone 34 in the plug body of the pressure measuring glow plug 10.
  • the sleeve 54 which is made of, for example, Fe-29Ni-17Co, is disposed on the region 12 'facing away from the combustion chamber.
  • the sleeve 54 adjoins the preferably radially symmetrical metal diaphragm 46, which in turn encloses the contact 22 and the Glühstrom effet 20.
  • the support tube made of conventional steel 14 is at a junction 68 with the sleeve 54, the material of Invar effect, such as Fe-29Ni-17Co, materially connected. While between the sleeve 54 and the peripheral surface of the ceramic heater 12 over the axial extent of the sleeve 54 of the shrink fit 38 is formed as a sealing element 40 in the form of a press fit to ensure tightness, is between the support tube 14 and the lateral surface of the ceramic heater 12, a clearance fit 66 filled with solder.
  • the material of Invar effect such as Fe-29Ni-17Co
  • the design according to FIG. 8 shows a design of the sealing of the pressure-measuring glow plug 10, the ceramic heating element 12 being surrounded by the support tube 14, and the clearance-filled clearance 66 present between the lateral surface of the ceramic heating element 12 and the inner peripheral surface of the support tube 14 , 8 can be further removed, the support tube 14 is fixed in the opening 52 of the sealing cone 34 of the plug body of the Druckmessglühkerze 10 and adjacent to a preferably radially symmetrical metal diaphragm 46.
  • the preferably radially symmetrical metal diaphragm 46 in turn enclosing the contact 22, in which the Glühstrom effet 20 is connected to the upper end face of the ceramic heater 12.
  • the support tube 14 according to the embodiment shown in Figure 8, the pressure measuring glow plug 10 made of Fe-29Ni-17Co or the above procured base alloys and has a lower coefficient of thermal expansion (WAK) in the rear region 12 'on.
  • WAK coefficient of thermal expansion
  • the smallest thermally induced differences in length between the metallic material and the ceramic heating element 12 occur, so that the sleeve 54 forms there as a sealing element 40 due to the temperature distribution.

Abstract

The invention relates to a glow plug for a combustion chamber of a self-igniting internal combustion engine. The glow plug comprises a ceramic heating element (12) designed as a glow element, which is surrounded by a supporting tube (14). The ceramic heating element (12) is sealed from the combustion chamber of the internal combustion engine by means of a seal in the supporting tube (14). The seal is designed as sealing element (40), made from an FeNi-alloy having an invar effect.

Description

Beschreibung description
Titeltitle
Abdichtung für eine GlühkerzeSeal for a glow plug
Die Erfindung geht aus von einer Glühkerze nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention is based on a glow plug according to the preamble of claim 1.
Stand der TechnikState of the art
Aus DE 10 2005 017 802 Al ist eine Glühkerze mit Brennraumdrucksensor bekannt, bei der ein als Glühstift ausgebildeter keramischer Heizkörper in einem Gehäuse angeordnet ist. Der keramische Heizkörper ist von einem Stützrohr umgeben, das mittels einer Abdichtung im Gehäuse fixiert ist. Die Abdichtung ist dabei von einem zwischen Stützrohr und Gehäuse angeordneten Graphitring gebildet.From DE 10 2005 017 802 Al a glow plug with combustion chamber pressure sensor is known in which a trained as a glow plug ceramic heater is disposed in a housing. The ceramic heater is surrounded by a support tube which is fixed by means of a seal in the housing. The seal is formed by a arranged between the support tube and housing graphite ring.
Die durch die zyklische thermische Beanspruchung im reellen Motorbetrieb hervorgerufenen mechanischen Spannungen führen zur Verschlechterung der Haftung an der Grenzfläche zwischen dem metallischen Stützrohr und dem keramischen Heizkörper, was als Folge zu einem Versagen der Dichtfunktion durch einen stellenweisen beziehungsweise vollständigen Verlust des mechanischen Kontaktes an der Grenzfläche des Metalls zur Keramik führt.The mechanical stresses caused by the cyclic thermal stress in the real engine operation lead to the deterioration of the adhesion at the interface between the metallic support tube and the ceramic heater, as a result to a failure of the sealing function by a local or complete loss of mechanical contact at the interface of Metal leads to the ceramic.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Glühkerze mit keramischem Heizkörper bereitzustellen, bei der der Innenraum gegen die Brennraumgase zuverlässig abgedichtet ist.The invention has for its object to provide a glow plug with a ceramic heater, in which the interior is reliably sealed against the combustion chamber gases.
Erfindungsgemäß wird die Glühkerze mit einem Dichtelement zwischen keramischem Heizkörper und metallischem Stützrohr versehen, wobei das Dichtelement aus einer metallischen Legierung mit sogenanntem Invar- Effekt besteht, wobei derartige Legierungen einen besonders niedrigen Wert hinsichtlich des thermischen Ausdehnungskoeffizienten (WAK) aufweisen. Als Invar- Effekt wird eine Erscheinung bezeichnet, wonach eine Gruppe von Legierungen und Verbindungen in bestimmten Temperaturbereichen anormal kleine oder zum Teil negative Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Die Verwendung eines derartigen Dichtelementes führt zu zahlreichen Vorteilen, insbesondere einer Erhöhung der Dichtwirkung des Dichtelementes insbesondere in kritischen Betriebszuständen, sowie einer Vermeidung gravierender Änderungen bei der Serienauslegung des keramischen Heizkörpers. Aufgrund einer besonders guten stoffschlüssigen Verbindbarkeit, insbesondere hervorragenden Schweißeigenschaften, lässt sich eine dichte Verbindung zum metallischen Stützrohr und zum keramischen Heizkörper realisieren. Das eingesetzte metallische Stützrohr hat die Aufgabe, den keramischen Heizkörper zu befestigen. Der keramische Heizkörper wird in das Stützrohr, zum Beispiel im Wege eines Lötverfahrens, stoffschlüssig eingebaut. Eine weitere Funktion des Stützrohres besteht darin, eine hermetische, lange Zeit dauernde Abdichtung eines Sensormoduls gegen die Einflüsse aggressiver Brennraummedien, insbesondere gegen die hohen Verbrennungsdrücke, gegen Versottung und gegen sich anlagernde Rußpartikel sowie gegen Korrosionseinflüsse darzustellen.According to the invention, the glow plug is provided with a sealing element between the ceramic heating element and the metallic support tube, wherein the sealing element consists of a metallic alloy with a so-called Invar effect, such alloys having a particularly low value in terms of the thermal expansion coefficient (CTE). An invar effect is a phenomenon in which a group of alloys and compounds in certain Temperature regions abnormally small or partially negative coefficients of thermal expansion. The use of such a sealing element leads to numerous advantages, in particular an increase in the sealing effect of the sealing element, in particular in critical operating conditions, as well as avoiding serious changes in the serial design of the ceramic heater. Due to a particularly good cohesive connectivity, in particular excellent welding properties, a tight connection to the metallic support tube and the ceramic heater can be realized. The metallic support tube used has the task of securing the ceramic heater. The ceramic heater is incorporated in the support tube, for example by means of a soldering process, cohesively. Another function of the support tube is to present a hermetic, long-term sealing of a sensor module against the influences of aggressive combustion media, in particular against the high combustion pressures, against sooting and against accumulating soot particles and against corrosion.
Als Legierung mit einem Invar-Effekt wird eine FeNi-Legierung eingesetzt. Die später aufgeführten FeNi-Legierungen mit einem kubisch flächenzentrierten Kristallgitter dehnen sich bei Erwärmung praktisch nicht oder nur gering aus. Besonders geeignet ist eine ferromagnetische kubisch flächenzentrierte FeNi-Legierung.As an alloy with an Invar effect, a FeNi alloy is used. The FeNi alloys listed below, with a cubic face-centered crystal lattice, do not expand or heat up to a minimum when heated. Particularly suitable is a ferromagnetic face-centered cubic FeNi alloy.
Bei einer vorgeschlagenen Lösung wird das Versagen der Dichtfunktion, d.h. der stellenweise beziehungsweise vollständige Verlust des mechanischen Kontaktes an der Grenzfläche zwischen dem metallischen Material des Stützrohres und dem Keramikmaterial des Heizkörpers dadurch vermieden, dass ein zusätzliches Dichtelement unmittelbar an einer brennraumseitigen Stirnseite des Stützrohres auf den keramischen Heizkörper aufgepresst und anschließend mittels einer kraftschlüssigen oder einer stoffschlüssigen Fügeverbindung an dem Stützrohr befestigt wird. Bevorzugt ist das Dichtelement in Ringform ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform kann eine Hertzsche Pressung auf der Berührlinie zwischen dem Dichtelement und dem Heizkörper realisiert werden, die zu einer besonders guten Abdichtung gegenüber den aggressiven Medien, insbesondere den Verbrennungsdrücken im Brennraum führt.In a proposed solution, the failure of the sealing function, i. the local or complete loss of the mechanical contact at the interface between the metallic material of the support tube and the ceramic material of the radiator avoided by an additional sealing element pressed directly on a combustion chamber side end face of the support tube on the ceramic heater and then by means of a non-positive or a cohesive joint connection is attached to the support tube. Preferably, the sealing element is formed in a ring shape. In this embodiment, a Hertzian pressure on the contact line between the sealing element and the radiator can be realized, which leads to a particularly good seal against the aggressive media, in particular the combustion pressures in the combustion chamber.
Bevorzugt wird das vorgeschlagene Dichtelement, sei es in Form einer einteiligen oder mehrteiligen Hülse ausgebildet, sei es in Ringform als ein einstückiges Bauteil ausgebildet, aus einem Werkstoff hergestellt, der einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (WAK) aufweist, der im hier in Frage kommenden Betriebstemperaturbereich unter dem WAK-Wert des keramischen Heizkörpers liegt, sich diesem annähert oder diesen unbedeutend übersteigt. Eine derartige Ausbildung des vorgeschlagenen Dichtelementes hat den konstruktiven Vorteil, dass eine zwischen dem Dichtelement und dem keramischen Heizkörper realisierte Presspassung die Presskraft bei steigender Temperatur erhöht, d.h. genau in dem Falle, in dem es auch zu steigenden Drücken kommt, denen die erfindungsgemäß vorgeschlagene Glühkerze im Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine ausgesetzt ist. Im Falle eines Versagens der Lotverbindung des keramischen Heizkörpers zum diesen umgebenden Stützrohr kann bei Betrieb der Verbrennungskraftmaschine eine Abdichtung der Glühkerze trotzdem sichergestellt werden, da das ringförmig oder hülsenförmig ausgebildete Dichtelement die Abdichtfunktion gewährleistet.Preferably, the proposed sealing element, be it in the form of a one-piece or multi-part sleeve, be it in ring form formed as a one-piece component, made of a material having a coefficient of thermal expansion (WAK), which in the candidate here operating temperature range under the CTE value of the ceramic heater is, itself approaches or insignificantly exceeds this. Such a design of the proposed sealing element has the constructive advantage that a realized between the sealing element and the ceramic heater pressfit increases the pressing force with increasing temperature, ie exactly in the case in which it comes to increasing pressures, which inventively proposed glow plug in Operation of an internal combustion engine is exposed. In the case of a failure of the solder joint of the ceramic heater to the surrounding support tube, a sealing of the glow plug can still be ensured during operation of the internal combustion engine, since the annular or sleeve-shaped sealing element ensures the sealing function.
Als besonders geeignet ist als Werkstoff für das Dichtelement eine Metalllegierung mit Invar- Effekt zu nennen, die unter dem Handelsnamen KOVAR® bekannt ist. Diese Metalllegierung weist einen Nickelgehalt von 29,0 Gew.-%, einen Kobaltgehalt von 17,0 Gew.-%, einen Siliziumgehalt von 0,1 Gew.-% bis 0,2 Gew.-%, einen Mangangehalt von 0,3 Gew.-% sowie einen Kohlenstoffgehalt von maximal 0,02 Gew.-%, Rest Eisen, auf.Particularly suitable as a material for the sealing element to call a metal alloy with Invar effect, which is known under the trade name KOVAR ® . This metal alloy has a nickel content of 29.0 wt%, a cobalt content of 17.0 wt%, a silicon content of 0.1 wt% to 0.2 wt%, a manganese content of 0.3 Wt .-% and a maximum carbon content of 0.02 wt .-%, balance iron.
Es ist auch möglich, das in einer Ausführungsform in Ringform hergestellte Dichtelement hülsenförmig herzustellen, wobei das hülsenförmig ausgebildete Dichtelement am Stützrohr befestigt wird. Die Stoßstelle zwischen dem hülsenförmigen Dichtelement und dem Stützrohr kann mit angeschrägten Flächen oder auch stufenförmig ausgebildet sein.It is also possible to produce the sleeve-shaped sealing element produced in an embodiment in a ring shape, wherein the sleeve-shaped sealing element is attached to the support tube. The joint between the sleeve-shaped sealing element and the support tube may be formed with tapered surfaces or step-shaped.
Des Weiteren ist die axiale Positionierung des Dichtelementes, sei es in Ringform, sei es in Hülsenform ausgebildet, variabel. Die Position an der ringförmigen, dem Brennraum zuweisenden Stirnseite des Stützrohres, welches den keramischen Heizkörper umschließt, ist insbesondere vorteilhaft, da in diesem Falle keine weiteren Modifikationen des keramischen Heizkörpers erforderlich sind. Es ist jedoch auch möglich, den keramischen Heizkörper derart minimal zu modifizieren, so dass das Dichtelement eine beliebige axiale Position annimmt. Denkbar ist ebenfalls, das Dichtelement im Bereich des dem Brennraum abgewandten Endes des keramischen Heizkörpers zu positionieren. EineFurthermore, the axial positioning of the sealing element, whether in ring form, be it in sleeve shape, variable. The position on the annular, the combustion chamber facing end side of the support tube, which surrounds the ceramic heater is particularly advantageous because no further modifications of the ceramic heater are required in this case. However, it is also possible to modify the ceramic heater so minimal, so that the sealing element assumes an arbitrary axial position. It is also conceivable to position the sealing element in the region of the end facing away from the combustion chamber of the ceramic heater. A
Dichtverbindung zwischen dem Stützrohr und dem Dichtelement, sei es ringförmig, sei es hülsenförmig ausgebildet, kann zum Beispiel mittels eines entsprechenden stoffschlüssigen Fügeverfahrens, wie zum Beispiel dem Schweißverfahren oder dem Lotverfahren, hergestellt werden.Sealing connection between the support tube and the sealing element, be it annular, be it sleeve-shaped, can be produced, for example, by means of a corresponding cohesive joining method, such as, for example, the welding method or the soldering method.
Wird das Dichtelement in Hülsenform ausgeführt, kann das komplette Stützrohr vollständig aus einer Legierung mit Invar- Effekt hergestellt werden. Das Dichtelement ist hinsichtlich seiner Anwendung nicht lediglich auf Glühkerzen beschränkt, sondern kann auch an anderen Zylinderkopfkomponenten von Verbrennungskraftmaschinen, so zum Beispiel Glühkerzen mit integrierten Drucksensoren oder dergleichen eingesetzt werden.If the sealing element is made in sleeve form, the complete support tube can be made entirely from an alloy with Invar effect. The sealing element is not limited in terms of its application only to glow plugs, but can also be used on other cylinder head components of internal combustion engines, such as glow plugs with integrated pressure sensors or the like.
Ausführungsbeispieleembodiments
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.With reference to the drawing, the invention will be described below in more detail.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 eine Glühkerze mit einer Druckerfassungseinrichtung in Schnittdarstellung, Figur 2 eine vergrößerte Darstellung eines keramischen Heizelements unterhalb eines1 shows a glow plug with a pressure detecting device in a sectional view, Figure 2 shows an enlarged view of a ceramic heating element below a
Sensormoduls, Figur 3 eine Ausführungsform einer Stoßstelle eines zweiteilig ausgebildeten hülsenförmigen Dichtelementes, Figur 4 eine weitere Ausführungsform der Stoßstelle der beiden Teile des hülsenförmig ausgebildeten Dichtelementes,3 shows an embodiment of a joint of a two-part sleeve-shaped sealing element, Figure 4 shows a further embodiment of the joint of the two parts of the sleeve-shaped sealing element,
Figur 5 eine weitere Ausführungsform der Abdichtung der Glühkerze durch Ausbildung einer Presspassung und eines Stützrohres mit reduzierter Wandstärke, Figur 6 die Ausbildung der Abdichtung der Glühkerze durch Ausbildung von mindestens einer Sicke im Stützrohr, Figur 7 ein stoffschlüssig mit dem Stützrohr gefügtes, hülsenförmiges Dichtelement undFigure 5 shows a further embodiment of the sealing of the glow plug by forming a press fit and a support tube with reduced wall thickness, Figure 6, the formation of the sealing of the glow plug by forming at least one bead in the support tube, Figure 7 a materially joined to the support tube, sleeve-shaped sealing element and
Figur 8 die Abdichtung der Glühkerze durch ein durchgängig ausgebildetes Stützrohr, dessen Spielpassung zur Aufnahme des keramischen Heizkörpers mit Lot zum Beispiel ausgefüllt ist.Figure 8, the sealing of the glow plug by a continuously formed support tube, the clearance fit for receiving the ceramic heater is filled with solder, for example.
Die in Figur 1 dargestellte Glühkerze mit Druckerfassungseinrichtung, die nachfolgend als Druckmessglühkerze 10 bezeichnet wird, umfasst ein Gehäuse 11, in welches ein als Glühstift ausgeführter keramischer Heizkörper 12 und ein Sensor 13 zur Druckerfassung eingesetzt sind. Der Sensor 13 ist in einem Sensormodul 30 angeordnet. Zur Abdichtung des separaten, vormontierten Sensormoduls 30 wird zum Beispiel eine radialsymmetrisch ausgebildete Metallmembran 46 eingesetzt. Die auf die Metallmembran 46 ausgeübte Druckkraft wird in einem separaten Druckmessmodul umgewandelt. Das Druckmessmodul umfasst im Wesentlichen den im Stützrohr 14 befestigten keramischen Heizkörper 12, ein Kompensationselement 24 sowie ein Wärmedämm- und Kraftübertragungselement 26 sowie das separate Sensormodul 30, ein Fixierelement 28, die bereits erwähnte radialsymmetrisch ausgebildete Metallmembran 46 und einen Sensorkäfig 32.The glow plug shown in Figure 1 with pressure sensing device, which is referred to below as Druckmessglühkerze 10, comprises a housing 11, in which a designed as a glow pin ceramic heater 12 and a sensor 13 are used for pressure detection. The sensor 13 is arranged in a sensor module 30. To seal the separate, preassembled sensor module 30, for example, a radially symmetrical metal diaphragm 46 is used. The pressure applied to the metal diaphragm 46 is converted into a separate pressure measurement module. The pressure measuring module essentially comprises the ceramic heating element 12 fastened in the support tube 14, a compensation element 24 as well as a heat-insulating and force-transmitting element 26 and the separate sensor module 30, a fixing element 28. the already mentioned radially symmetrical metal diaphragm 46 and a sensor cage 32nd
Bei Beaufschlagung mit einem Druck, so zum Beispiel dem im Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine herrschenden Druck, dient der keramische Heizkörper 12 als Übertragungselement der Druckkraft im Brennraum an das Sensormodul 30. Der keramische Heizkörper 12 ist über das Stützrohr 14 mit der Metallmembran 46 bewegungsgekoppelt. Die auf den keramischen Heizkörper 12 einwirkende Kraft wird über den Kraftpfad an das Sensormodul 30 übertragen. Das Kompensationselement 24 wird bevorzugt aus einem Material mit einem speziell angepassten Wert des Wärmeausdehnungskoeffizienten (WAK) hergestellt und dient hauptsächlich zur thermischen Längenkompensation bei höheren Temperaturen. Das obere Wärmedämm- und Kraftübertragungselement 26 weist einen möglichst kleinen Wert für die Wärmeleitfähigkeit auf und dient der maximalen Temperaturabsenkung am Sensormodul 30. Das Wärmedämm- und Kompensationselement 26 weist eine sehr hohe Oberflächengüte und eine hohe Steifigkeit auf. Hinter dem Sensormodul 30 befindet sich das Fixierelement 28. Das Sensormodul 30 ist zwischen der radialsymmetrisch ausgebildeten Metallmembran 46 und dem Fixierelement 28 mittels des in Figur 1 dargestellten, hülsenförmig ausgebildeten Sensorkäfigs 32 unter Erzeugung einer definierten Vorspannkraft zusammengehalten.When exposed to a pressure, such as the pressure prevailing in the cylinder of an internal combustion engine, the ceramic heater 12 serves as a transmission element of the compressive force in the combustion chamber to the sensor module 30. The ceramic heater 12 is coupled via the support tube 14 to the metal diaphragm 46. The force acting on the ceramic heater 12 is transmitted to the sensor module 30 via the force path. The compensation element 24 is preferably made of a material with a specially adapted value of the thermal expansion coefficient (CTE) and is mainly used for thermal length compensation at higher temperatures. The upper thermal insulation and force transmission element 26 has the smallest possible value for the thermal conductivity and serves the maximum temperature reduction on the sensor module 30. The thermal insulation and compensation element 26 has a very high surface quality and high rigidity. Behind the sensor module 30 is the fixing 28. The sensor module 30 is held together between the radially symmetrical metal diaphragm 46 and the fixing member 28 by means of the sleeve-shaped sensor cage 32 shown in Figure 1, generating a defined biasing force.
Zu einer effektiven Wärmeableitung vom Sensormodul 30 wird der Sensorkäfig 32 mittels einer Schweißnaht zum Beispiel möglichst nah im Bereich eines Dichtkonus 34 befestigt. Der Glühstrom zum keramischen Heizkörper 12 wird diesem über eine Glühstromleitung 20 zugeführt. Eine Kontaktierung der Glühstromleitung 20 an einer Stirnseite des keramischen Heizkörpers 12 erfolgt an einer Kontaktierung 22. Die Symmetrieachse des keramischen Heizkörpers 12 ist durch Bezugszeichen 36 kenntlich gemacht.For effective heat dissipation from the sensor module 30, the sensor cage 32 is fastened by means of a weld, for example, as close as possible in the region of a sealing cone 34. The glow current to the ceramic heater 12 is supplied to this via a Glühstromleitung 20. A contacting of the Glühstromleitung 20 at one end face of the ceramic heater 12 is carried out at a contact 22. The axis of symmetry of the ceramic heater 12 is indicated by reference numeral 36.
Aus der Darstellung gemäß Figur 1 und Figur 2 geht hervor, dass am hier einteilig ausgebildeten Stützrohr 14 an einer brennraumseitigen Stirnseite 16 ein in Ringform 18 ausgebildetes Dichtelement 40 angeordnet ist. Das hier in Ringform 18 ausgebildeteFrom the illustration according to FIG. 1 and FIG. 2 it can be seen that a sealing element 40 formed in annular form 18 is arranged on the support tube 14, which is formed in one piece here, on a combustion-chamber-side end face 16. The trained here in ring form 18
Dichtelement 40 wird mittels eines Schrumpfsitzes 38 an der Umfangsfläche des keramischen Heizkörpers 12 befestigt. Anschließend wird eine kraftschlüssige oder eine stoffschlüssige Fügeverbindung 44 an der brennraumseitigen Stirnseite 16 des ein- oder mehrteilig ausgebildeten Stützrohres 14 erzeugt. Bei dieser Ausführungsform kann eineSealing element 40 is fixed by means of a shrink fit 38 on the peripheral surface of the ceramic heater 12. Subsequently, a non-positive or a material-fit joint connection 44 is produced on the combustion chamber-side end face 16 of the support tube 14, which is formed in one or more parts. In this embodiment, a
Hertzsche Pressung auf der Berührlinie zwischen dem in Ringform 18 ausgebildetenHertzian pressure on the line of contact between the formed in annular form 18
Dichtelement 40 und der Mantelfläche des keramischen Heizkörpers 12 am Schrumpfsitz 38 realisiert werden, wodurch eine besonders gute Abdichtung gegenüber dem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine erreicht wird.Sealing element 40 and the lateral surface of the ceramic heater 12 on the shrink fit 38 are realized, whereby a particularly good seal against the combustion chamber of the internal combustion engine is achieved.
Das in der Regel aus metallischem Material hergestellte Stützrohr 14 hat die Aufgabe, den keramischen Heizkörper 12 zu befestigen. Im Regelfall ist der keramische Heizkörper 12 im Stützrohr 14 in einer stoffschlüssigen Verbindung, zum Beispiel in einer Lotverbindung aufgenommen. Die Lotverbindung dient einerseits zur Befestigung und zur Abdichtung des keramischen Heizkörpers 12 innerhalb des Stützrohres 14, andererseits zur elektrischen Kontaktierung des keramischen Heizkörpers 12 im Stützrohr 14. Eine weitere Funktion des Stützrohres 14 liegt darin, eine hermetische, lange Zeit andauernde Abdichtung des Sensormoduls 30 gegen die Einflüsse aggressiver Brennraummedien, insbesondere gegen hohe Verbrennungsdrücke, gegen Versottung und sich anlagernde Rußpartikel sowie Korrosionseinflüsse darzustellen. In der Praxis wird der keramische Heizkörper 12 aus einer Keramik mit einem relativ niedrigen Wert des thermischen Ausdehnungskoeffizienten (WAK) hergestellt, während das Material des Stützrohres 14 selbst wiederum einen im Vergleich dazu höheren WAK-Wert (Stahl) aufweist. Das Dichtelement 40, sei es in Ringform 18, sei es in Hülsenform ausgebildet, wird bevorzugt aus einem Werkstoff hergestellt, der einen WAK-Wert aufweist, der im relevanten Betriebstemperaturbereich unterhalb des WAK-Wertes des keramischen Heizkörpers 12 liegt, sich diesem annähert oder diesen nur unbedeutend übersteigt. Eine solche Eigenschaftskombination des Werkstoffes hat den konstruktiven Vorteil, dass die Presspassung 38 zwischen dem Dichtelement 40 in Ringform 18 und dem keramischen Heizkörper 12 mit steigender Temperatur zunimmt. Bricht das Lot zwischen der Mantelfläche des keramischen Heizkörper 12 und dem Innenmantel des Stützrohres 14, so wird die Abdichtung der Druckmessglühkerze 10 nach wie vor durch das Dichtelement 40 in Ringform 18 gewährleistet.The support tube 14 usually made of metallic material has the task of fixing the ceramic heater 12. As a rule, the ceramic heating element 12 is received in the support tube 14 in a cohesive connection, for example in a soldered connection. The solder joint serves on the one hand for fastening and sealing of the ceramic heater 12 within the support tube 14, on the other hand for electrical contacting of the ceramic heater 12 in the support tube 14. Another function of the support tube 14 is a hermetic, long-term sealing of the sensor module 30 against the effects of aggressive combustion media, especially against high combustion pressures, against sooting and accumulating soot particles as well as corrosion effects. In practice, the ceramic heater 12 is made of a ceramic having a relatively low coefficient of thermal expansion (CTE), while the material of the support tube 14 itself has a comparatively higher CTE (steel) value. The sealing element 40, be it in annular form 18 or in the form of a sleeve, is preferably made from a material having a CTE value which lies in the relevant operating temperature range below the CTE value of the ceramic heating element 12, approaches it or approaches it only insignificantly exceeds. Such a combination of properties of the material has the constructive advantage that the interference fit 38 between the sealing element 40 in annular form 18 and the ceramic heater 12 increases with increasing temperature. If the solder breaks between the jacket surface of the ceramic heating element 12 and the inner jacket of the support tube 14, the sealing of the pressure measuring glow plug 10 is still ensured by the sealing element 40 in annular form 18.
Als Material für das Dichtelement 40, sei es in Hülsenform, sei es in Ringform 18 ausgebildet, kommen Metalllegierungen in Frage, die einen sogenannten Invar- Effekt aufweisen. Diese Legierungen zeichnen sich vor allem durch eine nahezu konstante, invariante thermische Expansion als Funktion der Temperatur in einem großen Temperaturbereich aus.As the material for the sealing element 40, be it in sleeve form, be it in annular form 18, metal alloys come into question, which have a so-called Invar effect. Above all, these alloys are characterized by an almost constant, invariant thermal expansion as a function of the temperature over a wide temperature range.
Wie aus Figur 2 hervorgeht, umfasst die Druckmessglühkerze 10 oberhalb des ein- oder mehrteilig ausgebildeten Stützrohrs 14 die Metallmembran 46. Die Metallmembran 46 ist im Wesentlichen radialsymmetrisch ausgebildet und bilde eine erste Stoßstelle 48 zum ein- oder mehrteilig ausgebildeten Stützrohr 14 und eine weitere, zweite Stoßstelle 50 zum in dieser Ausführungsform hülsenförmig ausgebildeten Sensorkäfig 32. Der Sensorkäfig 32 umschließt seinerseits das Fixierelement 28, das Wärmedämm- und Kraftübertragungselement 26 sowie das Kompensationselement 24. Aus Figur 2 geht hervor, dass die obere Stirnseite des keramischen Heizelements 12 an der Kontaktierung 22 durch die Glühstromleitung 20 elektrisch kontaktiert wird. Die Glühstromleitung 20 kann - wie in Figur 2 dargestellt - im Wesentlichen gerade verlaufen, sie kann auch eine oder mehrere wendeiförmige Windungen umfassen, je nach Einsatzzweck.As can be seen from FIG. 2, the pressure measuring glow plug 10 comprises the metal diaphragm 46 above the one or more support tube 14. The metal diaphragm 46 is substantially radially symmetrical and forms a first joint 48 for the support tube 14 formed in one or more parts and a further, second one Joint 50 for sleeve-shaped in this embodiment sensor cage 32nd Der Sensor cage 32 in turn encloses the fixing element 28, the thermal insulation and force transmission element 26 and the compensation element 24. From Figure 2 shows that the upper end face of the ceramic heating element 12 is contacted at the contact 22 by the Glühstromleitung 20 electrically. The Glühstromleitung 20 may - as shown in Figure 2 - run substantially straight, it may also include one or more helical turns, depending on the application.
Der Sensorkäfig 32 umschließt das Sensormodul 30, welches in der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform mit dem Kompensationselement 24 und dem Wärmedämm- und Kraftübertragungselement 26 zusammenwirkt. Das Sensormodul 30 kann zum Beispiel als piezoelektrisches oder als piezoresistives Sensormodul zur Druckmessung ausgebildet sein.The sensor cage 32 encloses the sensor module 30, which cooperates in the embodiment shown in Figure 2 with the compensation element 24 and the thermal insulation and force transmission element 26. The sensor module 30 may be formed, for example, as a piezoelectric or as a piezoresistive sensor module for pressure measurement.
Aus Figur 2 geht weiter hervor, dass der Körper der Druckmessglühkerze 10 eine Öffnung 52 umfasst, durch welche sich das Stützrohr 14 erstreckt. Im Inneren des Stützrohres 14 befindet sich der keramische Heizkörper 12. Der in Figur 2 teilweise dargestellte keramische Heizkörper 12 ist entlang seiner Axialerstreckung im Stützrohr 14 von einer Lotverbindung umschlossen. In Figur 2 ist die brennraumseitige Stirnseite 16 des ein- oder mehrteilig ausgebildeten Stützrohres 14 angedeutet, an welchem das Dichtelement 40 in Ringform 18 anliegt. Das Dichtelement 40 liegt einerseits am Schrumpfsitz 38 an der Mantelfläche des keramischen Heizkörpers 12 an und ist andererseits über die bereits im Zusammenhang mit Figur 1 erwähnte stoffschlüssige Verbindung 44 mit der brennraumseitigen Stirnseite 16 des Stützrohres 14 verbunden. Die Abdichtung des keramischen Heizkörpers 12 erfolgt durch das an der brennraumseitigen Stirnseite 16 des ein- oder mehrteilig ausgebildeten Stützrohres 14 angeordnete Dichtelement 40. Dieses ist über eine kraftschlüssige oder stoffschlüssig ausgebildete Fügeverbindung 44 an der brennraumseitigen Stirnseite 16 des ein- oder mehrteilig ausgebildeten Stützrohrs 14 befestigt.From Figure 2 it is further apparent that the body of the Druckmessglühkerze 10 includes an opening 52 through which the support tube 14 extends. Inside the support tube 14 is the ceramic heater 12. The partially shown in Figure 2 ceramic heater 12 is enclosed along its axial extent in the support tube 14 by a solder joint. In Figure 2, the combustion chamber-side end face 16 of the one or more parts designed support tube 14 is indicated, on which the sealing element 40 in annular form 18 abuts. The sealing element 40 rests on the one hand on the shrink fit 38 on the lateral surface of the ceramic heater 12 and on the other hand connected via the already mentioned in connection with Figure 1 cohesive connection 44 with the combustion chamber side end 16 of the support tube 14. The sealing of the ceramic heater 12 is effected by the arranged on the combustion chamber side end 16 of the one or more parts support tube 14 sealing element 40. This is secured via a frictional or cohesively formed joint connection 44 on the combustion chamber side end 16 of the one or more parts support tube 14 ,
Das Dichtelement 40 wird der vorgeschlagenen Erfindung folgend, aus einem Werkstoff hergestellt, der einen WAK-Wert aufweist, der im relevanten Betriebstemperaturbereich unter dem WAK-Wert des keramischen Heizkörpers 12 liegt oder sich diesem annähert oder diesen nur unbedeutend übersteigt. Eine derartige Eigenschaftskombination hat den konstruktiven Vorteil, dass die Presspassung am Schrumpfsitz 38 zwischen dem Dichtelement 40 und dem keramischen Heizkörper 12 mit steigender Temperatur zunimmt. Es kann somit im Falle eines Versagens, zum Beispiel beim Bruch der Lotverbindung zwischen der Mantelfläche des keramischen Heizkörpers 12 und der Innenseite des Stützrohres 14, die Abdichtung der Druckerfassungseinrichtung durch das Dichtelement 40 gewährleistet werden, die sowohl bei niedrigen als auch bei höheren Betriebstemperaturen zuverlässig funktioniert. Als Material für das Dichtelement 40 wird eine Metalllegierung mit Invar- Effekt verwendet. Die Basislegierung mit dieser Eigenschaft ist eine ferromagnetische, kubisch-flächenzentrierte FeNi-Legierung mit einer Stöchiometrie von ungefähr Fe6SNi35. Diese Legierung zeichnet sich durch eine nahezu konstante, invariante thermische Expansion als Funktion der Temperatur über einen großen Temperaturbereich aus.The sealing element 40 is made according to the proposed invention, made of a material having a CTE value, which is in the relevant operating temperature range below the CTE value of the ceramic heater 12 or approaches this or exceeds this insignificant. Such a property combination has the constructive advantage that the interference fit on the shrink fit 38 between the sealing element 40 and the ceramic heater 12 increases with increasing temperature. Thus, in the event of a failure, for example in the event of breakage of the solder connection between the jacket surface of the ceramic heater 12 and the inside of the support tube 14, the sealing of the pressure sensing device by the Sealing element 40 can be ensured, which works reliably both at low and at higher operating temperatures. As material for the sealing element 40, a metal alloy with Invar effect is used. The base alloy having this property is a ferromagnetic, face-centered cubic FeNi alloy having a stoichiometry of approximately Fe 6S Ni 35 . This alloy is characterized by a nearly constant, invariant thermal expansion as a function of temperature over a wide temperature range.
Den Darstellungen gemäß der Figuren 3 und 4 sind weitere Ausführungsformen Dichtelementes 40 zu entnehmen. Wie den Darstellungen gemäß der Figuren 3 und 4 entnommen werden kann, kann das Dichtelement 40 im Gegensatz zu den Darstellungen gemäß der Figuren 1 und 2 - wie obenstehend beschrieben - auch als Hülse 54 ausgebildet sein. Das Stützrohr 14 und die Hülse 54 sind an einer Stoßstelle 60 miteinander fixiert. Aus der Darstellung gemäß Figur 3 geht hervor, dass die Stoßstelle 60 zwischen der Hülse 54 und dem Stützrohr 14 mindestens eine oder auch mehrere Schrägen umfassen kann, so dass sich die in Figur 3 dargestellte Konfiguration einer schräg verlaufenden Stoßstelle 60 ergibt. Bei mit Schrägen ausgebildeter Stoßstelle 60 ergibt sich eine Verbesserung der stoffschlüssigen Fügbarkeit, insbesondere der Verschweißbarkeit bei der Herstellung. Wird, wie in Figur 3 dargestellt, eine Hülse 54 mit Innenprofilierung 55 eingesetzt, kann eine erhöhte Hertzsche Pressung auf der Berührlinie am Umfang des keramischen Heizkörpers 12 realisiert werden. Dies verbessert die Abdichtwirkung. Durch die an der Stoßstelle 60 ausgeführte stoffschlüssige Verbindung kann des Weiteren eine Zusatzabdichtung erzielt werden.The illustrations according to FIGS. 3 and 4 show further embodiments of sealing element 40. As can be seen from the illustrations according to FIGS. 3 and 4, in contrast to the illustrations according to FIGS. 1 and 2, the sealing element 40 can also be designed as a sleeve 54, as described above. The support tube 14 and the sleeve 54 are fixed together at a joint 60. From the representation according to FIG. 3, it can be seen that the joint 60 between the sleeve 54 and the support tube 14 can comprise at least one or more bevels, so that the configuration of an oblique joint 60 shown in FIG. When trained with bevels joint 60 results in an improvement of cohesive Fügbarkeit, in particular the weldability during manufacture. If, as shown in FIG. 3, a sleeve 54 with inner profiling 55 is used, an increased Hertzian pressure on the contact line on the circumference of the ceramic heating element 12 can be realized. This improves the sealing effect. Furthermore, an additional seal can be achieved by the cohesive connection embodied at the joint 60.
Demgegenüber kann die Stoßstelle 60 zwischen dem Dichtelement 54 und dem Stützrohr 14 auch stufenförmig ausgebildet sein, wie dies in Figur 4 dargestellt ist. Bei der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform der Stoßstelle 60 liegt die in axiale Richtung gesehen verlängerte Stufe am Stützrohr 14 vor, welche in eine entsprechend konfigurierte innere Ausnehmung der Hülse 54 eingreift. Bei einer Hülse 54, die eine Innenprofilierung 55 aufweist, lässt sich eine verbesserte Hertzsche Pressung an der Berührlinie am Umfang des keramischen Heizkörpers 12 erreichen.In contrast, the joint 60 between the sealing element 54 and the support tube 14 may also be formed step-shaped, as shown in Figure 4. In the embodiment of the joint 60 shown in FIG. 4, the stepped step seen in the axial direction is present on the support tube 14, which engages in a correspondingly configured inner recess of the sleeve 54. In the case of a sleeve 54 which has an inner profiling 55, an improved Hertzian pressure can be achieved at the contact line on the circumference of the ceramic heating element 12.
Die metallische Legierung mit Invar-Effekt kann eine der nachfolgend aufgeführten Basislegierungen sein. Zu nennen ist Fe-36Ni, allgemein bekannt als Invar, sowie des Weiteren Fe-32Ni-5Co, was allgemein als Superinvar bekannt ist. Des Weiteren kann Fe- 29Ni-17Co, das allgemein als Kovar® bekannt ist, eingesetzt werden, ebenso wie Fe- 42Ni-Cr-Ti, was allgemein bekannt ist als Ni-Span-C. Die einzelnen Komponenten dieser Legierungen variieren in breiten Grenzen, und zwar (nachfolgende Angaben in Gew.-%): Für die vorstehend genannten Legierungen Fe-36Ni, Fe-Ni42 und Fe-Ni43, allgemein bekannt als Invar, ergeben sich für die einzelnen Legierungselemente folgende Konzentrationsbereiche: Ni von 35,0 bis 44,0 Gew.-%, Mn < 1,0 Gew.-%, Si < 0,50 Gew.- % und C < 0,10 Gew.-%, Rest Fe.The metallic Invar effect alloy may be one of the base alloys listed below. Noteworthy is Fe-36Ni, commonly known as Invar, and also Fe-32Ni-5Co, commonly known as Superinvar. Furthermore, Fe-29Ni-17Co, which is commonly known as Kovar ® known to be used, as well as Fe-42Ni-Cr-Ti, which is commonly known as Ni-Span-C. The individual components of these alloys vary widely, namely (in% by weight below): For the abovementioned alloys Fe-36Ni, Fe-Ni42 and Fe-Ni43, generally known as Invar, the following concentration ranges result for the individual alloying elements: Ni from 35.0 to 44.0% by weight, Mn <1.0 % By weight, Si <0.50% by weight and C <0.10% by weight, remainder Fe.
Für die obenstehend ebenfalls aufgeführte Basislegierung Fe-32Ni-5Co, welche allgemein als Superinvar bekannt ist, ergeben sich folgende Konzentrationsbereiche: Ni von 31,0 bis 33,0 Gew.-%, Co von 4,0 bis 6,0 Gew.-%, Mn < 0,50 Gew.-% und Si < 0,50 Gew.-%, C < 0,10 Gew.-%, Rest Fe.For the above-mentioned base alloy Fe-32Ni-5Co, which is generally known as Superinvar, the following concentration ranges result: Ni from 31.0 to 33.0% by weight, Co from 4.0 to 6.0% by weight. %, Mn <0.50 wt .-% and Si <0.50 wt .-%, C <0.10 wt .-%, balance Fe.
Für Fe-29Ni-17Co, allgemein bekannt als Kovar, ergeben sich folgende Konzentrationsbereiche: Ni von 28,0 bis 30,0 Gew.-%, Co von 17,0 bis 18,0 Gew.-%, Mn < 0,50 Gew.-%, Si < 0,30 Gew.-% und C < 0,05 Gew.-%, Rest Fe.For Fe-29Ni-17Co, commonly known as Kovar, the following concentration ranges are found: Ni from 28.0 to 30.0 wt%, Co from 17.0 to 18.0 wt%, Mn <0.50 Wt .-%, Si <0.30 wt .-% and C <0.05 wt .-%, balance Fe.
Schließlich ergibt sich für die Basislegierung Fe-42 Ni-Cr-Ti, allgemein bekannt als Ni- Span-C folgende Zusammensetzung: Ni von 41,0 bis 43,0 Gew.-%, Co von 6,0 bis 7,0 Gew.-%, Mn < 1,0 Gew.-%, Si < 0,50 Gew.-% und C < 0,10 Gew.-%, Rest Fe.Finally, for the base alloy Fe-42 Ni-Cr-Ti, generally known as Ni-Span-C, the following composition results: Ni from 41.0 to 43.0% by weight, Co from 6.0 to 7.0% by weight %, Mn <1.0% by weight, Si <0.50% by weight and C <0.10% by weight, remainder Fe.
In der nachfolgenden Tabelle sind die WA K- Anhaltswerte für die KOVAR® -Legierung sowie für üblicherweise verwendete Stähle, so zum Beispiel ferritische Stähle, und Heizerkeramiken (zum Beispiel auf Siliziumnitrid-Basis) aufgelistet. Aus der Tabelle geht hervor, dass eine deutliche Verringerung der WAK- Differenz an der Grenzfläche durch den Einsatz dieser Legierung anstelle eines Stahles erzielt werden kann. Für bestimmte Materialkombinationen kann eine gute Abdichtung insbesondere bei höheren Temperaturen, wie sie bei Betrieb der Verbrennungskraftmaschine auftreten, erreicht werden.In the following table the WA K reference values for the KOVAR ® alloy and of commonly used steels such as ferritic steels, and ceramics heater are listed (for example, silicon nitride-base). The table shows that a significant reduction in the CTE difference at the interface can be achieved by using this alloy instead of a steel. For certain material combinations, a good seal, in particular at higher temperatures, such as occur during operation of the internal combustion engine can be achieved.
Tabelle: WAK-Werte (xlO K ) für Metallle ierun en und KeramikenTable: CTE values (x10 K) for metal alloys and ceramics
Aus Spalte 4 der obenstehenden Tabelle (αKovar® - αsι3N4) ergibt sich, dass zum Beispiel bei Temperaturen von 400 0C eine negative Differenz von -0,5 x 10"6 K"1 zwischen den beiden WAK-Werten auftritt, und bei einer Temperatur von 450 0C eine Differenz der WAK-Werte zwischen Fe-29Ni-17Co (KOVAR®) und Keramik von -0,3 x 10"6 K"1 auftritt. Da die Differenzen zwischen den beiden in Spalte 4 angegebenen WAK-Werten äußerst gering ist und in Bezug auf die Temperatur von 400 0C und 450 0C sogar negative Werte annehmen, lässt sich durch Verwendung dieser Materialien zur Abdichtung eine besonders gute, auch bei höheren Temperaturen stabile Abdichtung erreichen. In Spalte 5 ergeben sich für die Temperaturen von 400 0C beziehungsweise 450 0C Differenzen zwischen αStahi und αs,3N4 von 5,1 bis 5,4 x 10"6 K"1, weil bei Verwendung konventioneller Stähle als Abdichtelemente in keramischen Heizkörpern 12 wesentlich höhere Differenzen zwischen den WAK-Werten auftreten, was auf eine wesentlich schlechtere - im Vergleich zu den in Spalte 4 angegebenen Werten - Abdichtung schließen lässt.From column 4 of the above table (α K ova r ® - αsι3N 4 ) shows that, for example, at temperatures of 400 0 C, a negative difference of -0.5 x 10 "6 K " 1 occurs between the two CTE values and at a temperature of 450 0 C a difference of CTE values between Fe-29Ni-17Co (KOVAR ®) and ceramics of -0.3 x 10 "6 K" 1 occurs. Since the differences between the two CTE values given in column 4 are extremely small and even assume negative values with respect to the temperatures of 400 ° C. and 450 ° C., the use of these sealing materials makes them particularly good, even at higher temperatures Temperatures achieve stable sealing. In column 5, for the temperatures of 400 ° C. or 450 ° C., differences between α S ta h i and α s , 3N 4 are from 5.1 to 5.4 × 10 -6 K -1 , because when conventional steels are used As sealing elements in ceramic radiators 12, significantly higher differences occur between the CTE values, which indicates a significantly poorer seal compared to the values given in column 4.
Wie der Darstellung gemäß Figur 5 zu entnehmen ist, lässt sich die Abdichtung der Druckmessglühkerze 10 auch nur über das Stützrohr 14 realisieren. Das Stützrohr 14, gefertigt zum Beispiel aus Fe-29Ni-17Co weist an einem dem Brennraum abgewandten Bereich 12' zwei benachbarte Abschnitte 62 mit reduzierter Wandstärke auf. Zwischen diesen Abschnitten 62 liegt ein weiterer Abschnitt, der einen Schrumpfsitz 38 mit dem keramischen Heizkörper 12 ausbildet, wobei der Schrumpfsitz 38 an dieser Stelle das Dichtelement 40 bildet. Das Stützrohr 14 liegt an der bevorzugt radialsymmetrisch ausgebildeten Metallmembran 46 an, die ihrerseits die Glühstromleitung 20 und deren Kontaktierung 22 am keramischen Heizkörper 12 umschließt. Das Stützrohr 14 und der keramische Heizkörper 12 sind im kerzenkörpernahen Bereich 12' zum Beispiel über eine Lotverbindung 56 miteinander verbunden. Die Lotverbindung 56 stellt die elektrische Kontaktierung des keramischen Heizelements 12 und dessen Befestigung im Stützrohr 14 dar. Im kerzenkörperfernen Bereich des Stützrohres 14 ist eine Spielpassung 58 zwischen der Innenumfangsfläche des Stützrohres 14 und der Mantelfläche des keramischen Heizkörpers 12 ausgebildet, die in diesem Bereich 12' oberhalb des Schrumpfsitzes 38 mit Lot 56 befüllt ist.As can be seen from the illustration according to FIG. 5, the sealing of the pressure-measuring glow plug 10 can also be realized only via the support tube 14. The support tube 14, made, for example, of Fe-29Ni-17Co has at a region facing away from the combustion chamber 12 'two adjacent sections 62 with reduced wall thickness. Between these sections 62 is another section which forms a shrink fit 38 with the ceramic heater 12, wherein the shrink fit 38 forms the sealing element 40 at this point. The support tube 14 bears against the preferably radially symmetrical metal diaphragm 46, which in turn encloses the Glühstromleitung 20 and the contacting 22 on the ceramic heater 12. The support tube 14 and the ceramic heater 12 are connected to each other in the kerzenkörpernahen area 12 ', for example via a solder connection 56. The solder connection 56 represents the electrical contacting of the ceramic heating element 12 and its attachment in the support tube 14. In the region of the support tube 14 remote from the candle body, a clearance 58 is formed between the inner circumferential surface of the support tube 14 and the lateral surface of the ceramic heater 12. above the shrink fit 38 is filled with solder 56.
Der Darstellung gemäß Figur 6 ist eine weitere Ausführungsform der Gestaltung der Abdichtung der Druckmessglühkerze 10 zu entnehmen. Figur 6 zeigt, dass die Druckmessglühkerze 10 einen Dichtkonus 34 umfasst. Innerhalb des Dichtkonus 34 ist das Stützrohr 14 aufgenommen, welches bevorzugt aus einer metallischen Legierung, wie zum Beispiel Fe-29Ni-17Co gefertigt ist. Das Stützrohr 14 grenzt an die Metallmembran 46, die bevorzugt radialsymmetrisch ausgebildet ist und die Kontaktierung 22 sowie die Glühstromleitung 20 umschließt. Das Stützrohr 14 bildet im oberen Bereich des keramischen Heizkörpers 12 zu dessen Mantelfläche eine Spielpassung, die mit Lot 56 ausgefüllt ist. Aus der Ausführungsform gemäß Figur 6 geht hervor, dass sich in axiale Richtung des Stützrohrs 14 gesehen mindestens eine umlaufende Sicke 64 erstreckt. Die Füllung aus Lot 56, das zur elektrischen Kontaktierung des keramischen Heizkörpers 12 dient, erstreckt sich bis oberhalb der umlaufenden Sicke 64. Durch die mindestens eine umlaufende Sicke 64 wird der Schrumpfsitz 38 zwischen der Mantelfläche des keramischen Heizkörpers 12 und der Innenmantelfläche des Stützrohrs 14 gebildet. Durch die mindestens eine umlaufende Sicke 64 am Umfang des Stützrohres 14 kann eine lokale Presspassung mit sanftem Verlauf der Fugenpressung in Richtung des Randes der Presspassung 38 mit dem keramischen Heizkörper 12 erreicht werden. Durch die mindestens eine Sicke 64 im Stützrohr 14 wird das Dichtelement 40 zwischen dem Stützrohr 14 und dem keramischen Heizkörper 12 ausgebildet.The illustration according to FIG. 6 shows a further embodiment of the design of the seal of the pressure-measuring glow plug 10. FIG. 6 shows that the pressure measuring glow plug 10 comprises a sealing cone 34. Within the sealing cone 34, the support tube 14 is received, which is preferably made of a metallic alloy, such as Fe-29Ni-17Co. The support tube 14 is adjacent to the metal membrane 46, which is preferably formed radially symmetrical and the contact 22 and the Glühstromleitung 20 encloses. The support tube 14 forms in the upper region of the ceramic heater 12 to the lateral surface a clearance fit, which is filled with solder 56. From the embodiment according to FIG. 6, it can be seen that at least one peripheral bead 64 extends in the axial direction of the support tube 14. The Filling of solder 56, which serves for the electrical contacting of the ceramic heater 12, extends to above the peripheral bead 64. By the at least one circumferential bead 64 of the shrink fit 38 between the outer surface of the ceramic heater 12 and the inner circumferential surface of the support tube 14 is formed. By the at least one peripheral bead 64 on the circumference of the support tube 14, a local interference fit with gentle course of the joint pressure in the direction of the edge of the press fit 38 can be achieved with the ceramic heater 12. By the at least one bead 64 in the support tube 14, the sealing element 40 is formed between the support tube 14 and the ceramic heater 12.
Der Darstellung gemäß Figur 7 ist eine weitere Ausführungsform der Druckmessglühkerze 10 zu entnehmen. Aus der Konfiguration gemäß Figur 7 geht hervor, dass die Druckmessglühkerze 10 die Hülse 54 umfasst, welche im Bereich des Dichtkonus 34 im Kerzenkörper der Druckmessglühkerze 10 befestigt ist. Die Hülse 54, welche zum Beispiel aus Fe-29Ni-17Co gefertigt ist, ist an dem dem Brennraum abgewandten Bereich 12' angeordnet. Die Hülse 54 grenzt an die bevorzugt radialsymmetrisch ausgebildete Metallmembran 46 an, die ihrerseits die Kontaktierung 22 und die Glühstromleitung 20 umschließt. Das aus konventionellem Stahl gefertigte Stützrohr 14 ist an einer Verbindungsstelle 68 mit der Hülse 54, die aus einem Material mit Invar- Effekt, so zum Beispiel Fe-29Ni-17Co, stoffschlüssig verbunden. Während zwischen der Hülse 54 und der Umfangsfläche des keramischen Heizkörpers 12 über die Axialerstreckung der Hülse 54 der Schrumpfsitz 38 als Dichtelement 40 in Form einer Presspassung zur Gewährleistung der Dichtheit ausgebildet ist, befindet sich zwischen dem Stützrohr 14 und der Mantelfläche des keramischen Heizkörpers 12 eine Spielpassung 66, die mit Lot ausgefüllt ist.The illustration according to FIG. 7 shows a further embodiment of the pressure-measuring glow plug 10. From the configuration according to FIG. 7 it can be seen that the pressure measuring glow plug 10 comprises the sleeve 54, which is fastened in the region of the sealing cone 34 in the plug body of the pressure measuring glow plug 10. The sleeve 54, which is made of, for example, Fe-29Ni-17Co, is disposed on the region 12 'facing away from the combustion chamber. The sleeve 54 adjoins the preferably radially symmetrical metal diaphragm 46, which in turn encloses the contact 22 and the Glühstromleitung 20. The support tube made of conventional steel 14 is at a junction 68 with the sleeve 54, the material of Invar effect, such as Fe-29Ni-17Co, materially connected. While between the sleeve 54 and the peripheral surface of the ceramic heater 12 over the axial extent of the sleeve 54 of the shrink fit 38 is formed as a sealing element 40 in the form of a press fit to ensure tightness, is between the support tube 14 and the lateral surface of the ceramic heater 12, a clearance fit 66 filled with solder.
Der Darstellung gemäß Figur 8 ist schließlich eine Gestaltung der Abdichtung der Druckmessglühkerze 10 zu entnehmen, wobei der keramische Heizkörper 12 vom Stützrohr 14 umgeben ist, und wobei zwischen der Mantelfläche des keramischen Heizkörpers 12 und der Innenumfangsfläche des Stützrohres 14 die mit Lot befüllte Spielpassung 66 vorliegt. Wie aus der Darstellung gemäß Figur 8 weiter entnehmbar ist, ist das Stützrohr 14 in der Öffnung 52 des Dichtkonus 34 des Kerzenkörpers der Druckmessglühkerze 10 befestigt und grenzt an eine bevorzugt radialsymmetrisch ausgebildete Metallmembran 46. Die bevorzugt radialsymmetrisch ausgebildete Metallmembran 46 umschließt ihrerseits die Kontaktierung 22, in welcher die Glühstromleitung 20 mit der oberen Stirnseite des keramischen Heizkörpers 12 verbunden ist. Bevorzugt ist das Stützrohr 14 gemäß der in Figur 8 dargestellten Ausführungsform der Druckmessglühkerze 10 aus Fe-29Ni-17Co oder den weiter oben erwähnten Basislegierungen beschaffen und weist einen niedrigeren thermischen Wärmeausdehnungskoeffizienten (WAK) im hinteren Bereich 12' auf. In dem Bereich 12' an dem der Spitze des keramischen Heizkörpers 12 abgewandten Ende des keramischen Heizkörpers 12 treten geringste thermisch induzierte Längendifferenzen zwischen dem metallischen Material und dem keramischen Heizkörper 12 auf, so dass sich dort aufgrund der Temperaturverteilung die Hülse 54 als Dichtelement 40 ausbildet. Während an dem dem Brennraum abgewandten Ende 12' des keramischen Heizkörpers 12 Temperaturen von etwa 200 0C bis 300 0C erreicht werden, beträgt die Temperatur an dem dem Brennraum zugewandten Ende 12' des Stützrohres 10 zwischen 600 0C bis 700 0C. Durch die in Figur 8 dargestellte Ausführungsform kann somit erreicht werden, dass in dem Bereich des Stützrohres 14, welches den höheren Temperaturen im Brennraum ausgesetzt ist, bei dort abnehmender Dichtwirkung die Abdichtwirkung zwischen dem hier als Abdichtelement 54 dienenden Stützrohr 14 im hinteren, d.h. dem dem Brennraum abgewandten Bereich 12', dort, wo geringere Temperaturen zwischen 200 0C bis 300 0C herrschen, aufrechterhalten bleibt. Finally, the design according to FIG. 8 shows a design of the sealing of the pressure-measuring glow plug 10, the ceramic heating element 12 being surrounded by the support tube 14, and the clearance-filled clearance 66 present between the lateral surface of the ceramic heating element 12 and the inner peripheral surface of the support tube 14 , 8 can be further removed, the support tube 14 is fixed in the opening 52 of the sealing cone 34 of the plug body of the Druckmessglühkerze 10 and adjacent to a preferably radially symmetrical metal diaphragm 46. The preferably radially symmetrical metal diaphragm 46 in turn enclosing the contact 22, in which the Glühstromleitung 20 is connected to the upper end face of the ceramic heater 12. Preferably, the support tube 14 according to the embodiment shown in Figure 8, the pressure measuring glow plug 10 made of Fe-29Ni-17Co or the above procured base alloys and has a lower coefficient of thermal expansion (WAK) in the rear region 12 'on. In the area 12 'at the end of the ceramic heating element 12 facing away from the tip of the ceramic heating element 12, the smallest thermally induced differences in length between the metallic material and the ceramic heating element 12 occur, so that the sleeve 54 forms there as a sealing element 40 due to the temperature distribution. While at the end remote from the combustion chamber 12 'of the ceramic heater 12 temperatures of about 200 0 C to 300 0 C are reached, the temperature at which the combustion chamber facing the end 12' of the support tube 10 between 600 0 C to 700 0 C. The embodiment shown in Figure 8 can thus be achieved that in the region of the support tube 14 which is exposed to the higher temperatures in the combustion chamber, where there is a decreasing sealing effect the sealing effect between serving as a sealing element 54 support tube 14 in the rear, ie the combustion chamber remote region 12 ', where lower temperatures between 200 0 C to 300 0 C prevail, is maintained.

Claims

Ansprüche claims
1. Glühkerze mit einem in einem Gehäuse (11) angeordneten und als Glühstift ausgebildeten keramischen Heizkörper (12), der von einem Stützrohr (14) umgeben ist, wobei der keramische Heizkörper (12) im Stützrohr (14) mittels einer Abdichtung gegen einen Brennraum abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung als Dichtelement (40) ausgeführt ist, welches aus einer Legierung mit Invar-Effekt hergestellt ist.1. A glow plug with a in a housing (11) arranged and formed as a glow plug ceramic heater (12) which is surrounded by a support tube (14), wherein the ceramic heater (12) in the support tube (14) by means of a seal against a combustion chamber is sealed, characterized in that the seal is designed as a sealing element (40), which is made of an alloy with Invar effect.
2. Glühkerze gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung mit Invar-Effekt eine kubisch-flächenzentrierte FeNi-Legierung ist.2. A glow plug according to claim 1, characterized in that the Invar effect alloy is a cubic face-centered FeNi alloy.
3. Glühkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kubisch- flächenzentrierten FeNi-Legierung Konzentrationsbereiche Ni von 35,0 bis 44,0 Gew.-%, Mn < 1,0 Gew.-%, Si < 0,50 Gew.-% und C < 0,10 Gew.-%, Rest Fe, oder Ni von 31,0 bis 33,0 Gew.-%, Co von 4,0 bis 6,0 Gew.-%, Mn < 0,50 Gew.-% und Si < 0,50 Gew.-%, C < 0,10 Gew.-%, Rest Fe, oder Ni von 28,0 bis 30,0 Gew.-%, Co von 17,0 bis 18,0 Gew.-%, Mn < 0,50 Gew.-%, Si < 0,30 Gew.-% und C < 0,05 Gew.-%, Rest Fe, oder Ni von 41,0 bis 43,0 Gew.-%, Co von 6,0 bis 7,0 Gew.-%, Mn < 1,0 Gew.-%, Si3. Glow plug according to claim 2, characterized in that the cubic face-centered FeNi alloy concentration ranges Ni from 35.0 to 44.0 wt .-%, Mn <1.0 wt .-%, Si <0.50 wt. % and C <0.10 wt%, remainder Fe, or Ni from 31.0 to 33.0 wt%, Co from 4.0 to 6.0 wt%, Mn <0.50 Wt% and Si <0.50 wt%, C <0.10 wt%, balance Fe, or Ni from 28.0 to 30.0 wt%, Co from 17.0 to 18 , 0 wt .-%, Mn <0.50 wt .-%, Si <0.30 wt .-% and C <0.05 wt .-%, remainder Fe, or Ni from 41.0 to 43.0 Wt%, Co from 6.0 to 7.0 wt%, Mn <1.0 wt%, Si
< 0,50 Gew.-% und C < 0,10 Gew.-%, Rest Fe enthält.<0.50 wt .-% and C <0.10 wt .-%, balance Fe contains.
4. Glühkerze gemäß Anspruch 1, 2 oder 3 , dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (40) eine Ringform (18) aufweist, welche über einen Schrumpfsitz (38) an einer Mantelfläche des keramischen Heizkörpers (12) fixiert und durch eine stoffschlüssige Verbindung (44) mit einer Stirnseite (16) des Stützrohres (14) verbunden ist.4. glow plug according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the sealing element (40) has a ring shape (18), which via a shrink fit (38) fixed to a lateral surface of the ceramic heater (12) and by a cohesive connection ( 44) is connected to an end face (16) of the support tube (14).
5. Glühkerze gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (40) ein hülsenförmiges Dichtelement (54) ist, welches an einer5. A glow plug according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the sealing element (40) is a sleeve-shaped sealing element (54), which on a
Stoßstelle (60) mit dem Stützrohr (14) verbunden und über einen Schrumpfsitz (38) an einer Mantelfläche des keramischen Heizkörpers (12) fixiert ist. Joint (60) connected to the support tube (14) and fixed by a shrink fit (38) on a lateral surface of the ceramic heater (12).
6. Glühkerze gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoßstelle (60) zwischen dem hülsenförmigen Dichtelement (54) und dem Stützrohr (14) als konische oder stufenförmige Stoßstelle (60) ausgebildet ist.6. glow plug according to claim 5, characterized in that the joint (60) between the sleeve-shaped sealing element (54) and the support tube (14) as a conical or stepped joint (60) is formed.
7. Glühkerze gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (40) ein hülsenförmiges Dichtelement (54) ist, und dass das hülsenförmige Dichtelement (54) und das Stützrohr (14) als ein einziges Bauteil ausgeführt sind, welches zwei benachbarte Abschnitte (62) mit reduzierter Wandstärke aufweist, zwischen denen sich ein Ringabschnitt ausbildet, der einen7. A glow plug according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the sealing element (40) is a sleeve-shaped sealing element (54), and that the sleeve-shaped sealing element (54) and the support tube (14) are designed as a single component, which has two adjacent sections (62) with reduced wall thickness, between which forms a ring portion, the one
Schrumpfsitz (38) mit dem keramischen Heizkörper (12) als Dichtelement (40) bildet.Shrink fit (38) forms with the ceramic heater (12) as a sealing element (40).
8. Glühkerze gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (40) ein hülsenförmiges Dichtelement (54) ist, und dass das hülsenförmige Dichtelement (54) und das Stützrohr (14) als ein einziges Bauteil ausgeführt sind, welches mindestens eine umlaufende Sicke (64) aufweist, die einen Schrumpfsitz (38) mit dem keramischen Heizkörper (12) als Dichtelement (40) bildet.8. A glow plug according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the sealing element (40) is a sleeve-shaped sealing element (54), and that the sleeve-shaped sealing element (54) and the support tube (14) are designed as a single component, which at least one circumferential bead (64) which forms a shrink fit (38) with the ceramic heater (12) as a sealing element (40).
9. Glühkerze gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (40) ein hülsenförmiges Dichtelement (54) ist, dass das hülsenförmige9. A glow plug according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the sealing element (40) is a sleeve-shaped sealing element (54) that the sleeve-shaped
Dichtelement (54) und das Stützrohr (14) als ein einziges Bauteil ausgeführt sind, und dass das hülsenförmige Dichtelement (54) an einem dem Brennraum abgewandten Abschnitt (12') des Heizelements (12) das Dichtelement (40) bildet.Sealing element (54) and the support tube (14) are designed as a single component, and that the sleeve-shaped sealing element (54) on a combustion chamber facing away from the portion (12 ') of the heating element (12), the sealing element (40).
10. Glühkerze gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) einen Hohlraum aufweist, in dem ein Sensormodul (30) angeordnet ist, welcher gegen den Brennraum über eine im Wesentlichen radialsymmetrisch ausgebildete Metallmembran (46) abgedichtet ist, und dass das Sensormodul (30) einen Drucksensor (13) umfasst. 10. A glow plug according to claim 1, characterized in that the housing (11) has a cavity in which a sensor module (30) is arranged, which is sealed against the combustion chamber via a substantially radially symmetrical metal membrane (46), and that Sensor module (30) comprises a pressure sensor (13).
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