EP2297521A1 - Glührohr, insbesondere für eine glühstiftkerze - Google Patents

Glührohr, insbesondere für eine glühstiftkerze

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EP2297521A1
EP2297521A1 EP09779518A EP09779518A EP2297521A1 EP 2297521 A1 EP2297521 A1 EP 2297521A1 EP 09779518 A EP09779518 A EP 09779518A EP 09779518 A EP09779518 A EP 09779518A EP 2297521 A1 EP2297521 A1 EP 2297521A1
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EP
European Patent Office
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glow tube
glow
glührohrkappe
tube
glührohrverlängerung
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09779518A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Patrick Vedel
Albrecht Geissinger
Pavlo Saltikov
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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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 relates to an incandescent tube, in particular for a glow plug according to the preamble of claim 1.
  • Annealing tubes are used in glow plugs use and form there the outer envelope of a projecting into the combustion chamber of an internal combustion engine glow plug.
  • a glow plug is known for example from DE 94 12 268 Ul.
  • the glow plug is sealed to the glow tube with a portion of its length in a longitudinal bore of a tubular metal housing.
  • the thin-walled glow tube is closed at its combustion chamber end with a dome-shaped end portion and executed at the opposite end with an open cylindrical end portion.
  • a resistance element extending in the axial direction is embedded as a heater in a ceramic insulating material.
  • Resistance element is provided brennraumfern with a connector for an electrical circuit.
  • the heater When closing the circuit, the heater is heated and the glow tube of the glow plug is heated at each annealing to an operating temperature of at least 1100 0 C.
  • the material of the glow tube is therefore a very strong thermal
  • Ni-base alloys are used.
  • thermomechanical loads The thermomechanical
  • the object of the present invention is to provide an incandescent tube which withstands higher thermal stresses and which can be produced with reasonable effort in terms of production engineering.
  • the object of the invention is achieved with the characterizing measures of claim 1.
  • the embodiment of the glow tube of at least two interconnected Glührohr sculpture with a dome-shaped Glührohrkappe and a substantially cylindrical tubular Glührohrverinrung makes it possible to produce the pointing into the combustion chamber and thermally most heavily loaded end portion of the glow tube with common manufacturing processes seamlessly.
  • the subsequent cylindrical Glührohrverinrung can then be carried out as in the usual longitudinally welded glow tubes or made of a less temperature-resistant and easier to cold-formable material seamlessly. This makes it possible to realize the seamless glow tube cap, which has only a small depth, with a common manufacturing process.
  • connection point for the glow tube cap and the glow tube extension is expediently in a glow plug at a point of the glow tube, which is exposed to a lower thermal load than the majority of Glührohrkappe.
  • the connection point is formed by an annular end face formed on the glow tube cap and a further annular end face formed on the glow tube extension.
  • the glow tube cap and the Glührohrverinrung are cohesively connected by means of a circumferential weld.
  • the glow tube cap has a closed tip and a substantially cylindrical portion.
  • the axial length of the cylindrical portion is at most 8 times the diameter of the cylindrical portion after the annealing process of the glow tube, i. in the finished state. This is a favorable for deep drawing the Glührohrkappe
  • Diameter-length ratio of 1/2 to 1/3 before which refers to a Glührohrkappe before the hammering process. Due to the multi-part design of the glow tube, it is possible to produce the thermally less heavily loaded portions of the glow tube from a less expensive material.
  • FIG. 2a shows two glow tube parts of the glow tube according to the invention and FIG. 2b shows the glow tube parts according to FIG. 2a in the assembled state
  • the glow plug shown in Figure 1 has a tubular housing 11 with a longitudinal bore 12 into which a glow plug 13 is sealingly fixed with a portion of its length.
  • the glow plug 13 has a thin-walled glow tube 14 with, for example, an inner diameter of 3 to 7.5 mm and a wall thickness of 0.5 to 1.0 mm.
  • a resistance element 17 as a heater, which in a ceramic
  • Insulating material 18 is embedded.
  • the resistance element 17 is contacted distant from the combustion chamber with a connection part 19 for connecting an electrical circuit.
  • the combustion chamber-side end of the resistance element 17 is electrically conductively connected to the bottom of the glow tube 14.
  • the resistance element 17 consists for example of two series-connected resistance coils, wherein the combustion chamber-side resistance coil forms a heating coil and the combustion chamber remote resistance coil a control coil 21.
  • the control coil 21 has the Task to limit the current in the circuit due to its high positive temperature coefficient with increasing temperature.
  • the glow tube 14 has, according to FIG. 1, a closed, dome-shaped end section 27 and an open, cylindrical end section 28.
  • Glow tube 14 is designed in two parts according to the present invention. According to FIG. 2 a and FIG. 2 b, the glow tube 14 is formed at the closed end section 27 by a seamless glow tube cap 31 and at the open end section 28 by a cylindrical glow tube extension 32.
  • the cylindrical Glührohrverinrung 32 is made as the previous glow tubes from a metal strip, which is bent into a tube and welded to an axial joint 33.
  • the cylindrical glow tube extension 32 can also be produced from a material that is better cold-formed and less temperature-stable.
  • an annular end face 34 is formed on the Glührohrverinrung 32.
  • the glow tube cap 31 is seamless, d. H. it has no weld in the axial direction.
  • the glow tube cap 31 is connected to a closed
  • the tip 35 is followed by a short cylindrical section 36 which, depending on the manufacturing method for the glow tube cap 31, has a length l of 10 to 30 mm and a diameter d of 3 to 7 mm.
  • the dome 35 forms the tip of the glow plug 13.
  • the cylindrical portion 36 terminates with an annular end face 37 on the Glührohrkappe 31st
  • the production of the seamless Glührohrkappe 31 is done for example by deep drawing a sheet.
  • the relatively short depth of the Glührohrkappe 31 allows a favorable for deep drawing diameter-length ratio, which is in the present embodiment at 1/2 to 1/3, which refers to a Glührohrkappe 31 before a hammering process.
  • the glow tube cap 31 and the Glührohrverinrung 32 are combined according to Figure 2b at the end faces 34, 37 at a joint and welded at the junction by means of a circumferential weld 39.
  • Glow plug extension 32 is possible because the glow plug is exposed to a lower thermal load due to the temperature drop in the direction of the end remote from the combustion chamber.
  • Such cylindrical Glührohrverinronne 32 can be made without the loss of quality in any length, which in turn allows the production of arbitrarily long from at least two parts assembled glow tubes 14.
  • a more cost-effective material than for the thermally highly loaded glow tube cap 31 can be used for the glow tube extension 32.
  • the glow tube cap 31 is to be made of a material, the higher thermal
  • the less thermally stressed portion of the glow tube 14, which is formed by the Glührohrverinrung 32, can be made of a material that needs to withstand only a lower thermal stress.
  • the less costly Glührohrverinrung 32 can also be designed as a variable component with, for example, different lengths, the same Glührohrkappe 31 is used for all possible variants.
  • the glow tube 14 In addition to the described two-part design of the glow tube 14, it is also conceivable to produce the glow tube 14 from more than two Glührohr sculpture.
  • the axial position of a seamless glow tube cap 31 is arbitrarily variable. Depending on the temperature profile along the glow tube 14, the seamless glow tube cap 31 can be positioned differently.
  • the glow tube cap 32 described in the exemplary embodiment is advantageous on the side of the glow tube 14 facing the combustion chamber, because no serious changes in the design of the glow plug are required in this case.

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Abstract

Es wird ein Glührohr, insbesondere für eine Glühstiftkerze vorgeschlagen. Das Glührohr, das einen kuppelförmigen, geschlossenen Endabschnitt (27) und einen zylindrischen, offenen Endabschnitt (28) aufweist, ist aus mindestens zwei in axialer Richtung hintereinander liegenden Glührohrteilen zusammengesetzt. Das eine Glührohrteil ist am geschlossenen Endabschnitt (27) von einer nahtlosen Glührohrkappe (31) und das andere Glührohrteil ist am offenen Endabschnitt (28) von einer im Wesentlichen zylindrischen Glührohrverlängerung (32) gebildet.

Description

Beschreibung
Titel
Glührohr, insbesondere für eine Glühstiftkerze
Die Erfindung betrifft ein Glührohr, insbesondere für eine Glühstiftkerze nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Glührohre finden bei Glühstiftkerzen Verwendung und bilden dort die äußere Umhüllung eines in den Brennraum einer Brennkraftmaschine hineinragenden Glühstiftes. Eine derartige Glühstiftkerze ist beispielsweise aus DE 94 12 268 Ul bekannt. Der Glühstift ist mit dem Glührohr mit einem Teil seiner Länge in einer Längsbohrung eines rohrförmigen Metallgehäuses abdichtend festgelegt. Das dünnwandigen Glührohr ist an seinem brennraumseitigen Ende mit einem kuppeiförmigen Endabschnitt verschlossen und am gegenüberliegenden Ende mit einem offenen zylindrischen Endabschnitt ausgeführt. Im Innenraum des Glührohres ist in ein keramisches Isoliermaterial ein sich in axialer Richtung erstreckendes Widerstandselement als Heizeinrichtung eingebettet. Das
Widerstandselement ist brennraumfern mit einem Anschlussteil für einen elektrischen Stromkreis versehen. Beim Schließen des Stromkreises wird die Heizeinrichtung aufgeheizt und das Glührohr der Glühstiftkerze wird bei jedem Glühvorgang auf eine Betriebstemperatur von mindestens 1100 0C aufgeheizt. Das Material des Glührohres ist folglich einer sehr starken thermischen
Beanspruchung ausgesetzt. Als Material für das Glührohr werden beispielsweise Ni-Basis-Legierungen eingesetzt.
Als Glührohre werden üblicherweise längsnahtgeschweißte Rohre verwendet. Ausgangsprodukt für diese Rohre ist ein Blechband, das zu einem Rohr gebogen und an der Stoßstelle ohne Zusatz verschweißt wird. Um die Schweißspannungen zu beseitigen, werden die Rohre anschließend geglüht. Danach werden die Rohre über einen Dorn gezogen, wobei der Umformungsgrad bei 10 bis 50% liegt. Anschließend erfolgt zur Einstellung der mechanischen Eigenschaften und des Gefüges nochmals ein
Rekristallisationsglühen.
Moderne Dieselmotoren sollen ohne merkliches Vorglühen starten. Deshalb müssen die Glühstiftkerzen sehr schnell aufgeheizt werden. Für ein gutes Kaltlaufverhalten der Dieselmotoren werden außerdem Glühstiftkerzen mit höheren Glühtemperaturen benötigt. Höhere Glühtemperaturen erzeugen wiederum hohe Temperaturgradienten, so dass unter diesen Betriebsbedingungen nach längerer Beanspruchung das Glührohr Risse entlang der Schweißnaht aufweist. Ursache für dieses Versagensbild sind thermomechanische Belastungen. Die durch die thermomechanischen
Belastungen verursachten Dehnungen konzentrieren sich aufgrund der unterschiedlichen Gefüge von Schweißnaht, Blechmaterial des Glührohres und Wärmeeinflusszone der Schweißung auf den mechanisch schwächsten Bereich, nämlich die wärmebeeinflusste Zone der Schweißung.
Zur Vermeidung von derartigen thermomechanischen Belastungen in der Zone der Schweißnaht wurde bereits in der DE-Patentanmeldung 102008010243.1 vorgeschlagen, nahtlose Glührohre einzusetzen. Die Herstellung derartiger Glührohre mit einem Durchmesser von beispielsweise 4 bis 7 mm und einer Länge von beispielsweise 30 bis 45 mm ist mit üblichen Tiefziehverfahren nicht oder nur sehr schwer möglich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Glührohr zu schaffen, das höheren thermischen Beanspruchungen standhält und das fertigungstechnisch mit vertretbarem Aufwand herstellbar ist.
Darlegung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird mit den kennzeichnenden Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst. Die Ausführung des Glührohres aus mindestens zwei miteinander verbundenen Glührohrteilen mit einer kuppeiförmigen Glührohrkappe und einer im Wesentlichen zylinderrohrförmigen Glührohrverlängerung ermöglicht es, den in den Brennraum weisenden und thermisch am stärksten belasteten Endabschnitt des Glührohres mit gängigen Fertigungsverfahren nahtlos herzustellen. Die sich anschließende zylindrische Glührohrverlängerung kann dann wie bei den üblichen längsnahtgeschweißten Glührohren ausgeführt oder aus einem weniger temperaturbeständigen und dafür einfacher kaltumformbaren Material nahtlos gefertigt werden. Dadurch ist es möglich, die nahtlose Glührohrkappe, die nur eine geringe Tiefe aufweist, mit einem gängigen Fertigungsverfahren zu realisieren.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind mit den Merkmalen der Unteransprüche möglich.
Die Verbindungsstelle für die Glührohrkappe und die Glührohrverlängerung liegt bei einer Glühstiftkerze zweckmäßigerweise an einer Stelle des Glührohres, die einer geringeren thermischen Belastung als der Großteil der Glührohrkappe ausgesetzt ist. Dabei wird die Verbindungsstelle von einer an der Glührohrkappe ausgebildeten ringförmigen Stirnfläche und einer an der Glührohrverlängerung ausgebildeten weiteren ringförmigen Stirnfläche gebildet. An der Verbindungsstelle sind die Glührohrkappe und die Glührohrverlängerung mittels einer umlaufenden Schweißnaht stoffschlüssig verbunden.
Die Glührohrkappe weist eine geschlossene Kuppe und einen im wesentlichen zylindrischen Abschnitt auf. Die axiale Länge des zylindrischen Abschnitts beträgt dabei maximal das 8-fache des Durchmessers des zylindrischen Abschnitts nach dem Hämmerprozess des Glührohres, d.h. im fertig gebauten Zustand. Damit liegt ein für das Tiefziehen der Glührohrkappe günstiges
Durchmesser-Länge-Verhältnis von 1/2 bis 1/3 vor, wobei sich diese Angabe auf eine Glührohrkappe vor dem Hämmerprozess bezieht. Aufgrund der mehrteiligen Ausführung des Glührohres ist es möglich, die thermisch weniger stark belasteten Abschnitte des Glührohres aus einem kostengünstigeren Material herzustellen.
Ausführungsbeispiel
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 einen prinzipiellen Aufbau einer Glühstiftkerze gemäß dem Stand der Technik,
Figur 2a zwei Glührohrteile des erfindungsgemäßen Glührohres und Figur 2b die Glührohrteile gemäß Figur 2a im zusammengebauten
Zustand.
Die in Figur 1 dargestellte Glühstiftkerze besitzt ein rohrförmiges Gehäuse 11 mit einer Längsbohrung 12, in die ein Glühstift 13 mit einem Teil seiner Länge abdichtend festgelegt ist. Der Glühstift 13 weist ein dünnwandiges Glührohr 14 mit beispielsweise einem Innendurchmesser von 3 bis 7,5 mm und einer Wandstärke von 0,5 bis 1,0 mm auf.
Im Innenraum 16 des Glührohres 14 erstreckt sich in axialer Richtung ein Widerstandselement 17 als Heizeinrichtung, das in ein keramisches
Isoliermaterial 18 eingebettet ist. Das Widerstandselement 17 ist brennraumfern mit einem Anschlussteil 19 zum Anschließen eines elektrischen Stromkreises kontaktiert. Das brennraumseitige Ende des Widerstandselements 17 ist elektrisch leitend mit dem Boden des Glührohres 14 verbunden.
Das Widerstandselement 17 besteht beispielsweise aus zwei in Reihe geschalteten Widerstandswendeln, wobei die brennraumseitige Widerstandswendel eine Heizwendel und die brennraumferne Widerstandswendel eine Regelwendel 21 bildet. Die Regelwendel 21 hat die Aufgabe, aufgrund ihres hohen positiven Temperaturkoeffizienten mit steigender Temperatur den Strom im Stromkreis zu begrenzen.
Das Glührohr 14 weist gemäß Figur 1 einen geschlossenen, kuppeiförmigen Endabschnitt 27 und einen offenen, zylindrischen Endabschnitt 28 auf. Das
Glührohr 14 ist gemäß der vorliegenden Erfindung zweiteilig ausgeführt. Gemäß Figur 2a und Figur 2b wird das Glührohr 14 am geschlossenen Endabschnitt 27 von einer nahtlosen Glührohrkappe 31 und am offenen Endabschnitt 28 von einer zylinderförmigen Glührohrverlängerung 32 gebildet.
Die zylinderförmige Glührohrverlängerung 32 ist wie die bisherigen Glührohre aus einem Blechband hergestellt, das zu einem Rohr gebogen und an einer axialen Stoßstelle 33 verschweißt ist. Die zylinderförmige Glührohrverlängerung 32 kann aber auch aus einem besser kaltumformbaren und dafür weniger temperaturstabilen Material hergestellt werden. Am offenen Endabschnitt 28 gegenüberliegend ist eine ringförmige Stirnseite 34 an der Glührohrverlängerung 32 ausgebildet.
Die Glührohrkappe 31 ist nahtlos ausgeführt, d. h. sie weist keine Schweißnaht in axialer Richtung auf. Die Glührohrkappe 31 ist an einem geschlossenen
Endabschnitt mit einer Kuppe 35 geschlossen. An die Kuppe 35 schließt sich eine kurzer zylindrischer Abschnitt 36 an, der in Abhängigkeit vom Fertigungsverfahren für die Glührohrkappe 31 eine Länge I von 10 bis 30 mm und einen Durchmesser d von 3 bis 7 mm aufweist. Die Kuppe 35 bildet die Spitze des Glühstifts 13. Der zylindrische Abschnitt 36 endet mit einer ringförmigen Stirnseite 37 an der Glührohrkappe 31.
Die Herstellung der nahtlosen Glührohrkappe 31 erfolgt beispielsweise durch Tiefziehen eines Blechs. Die relativ kurze Tiefe der Glührohrkappe 31 ermöglicht ein für das Tiefziehen günstiges Durchmesser-Länge-Verhältnis, das beim vorliegenden Ausführungsbeispiel bei 1/2 bis 1/3 liegt, wobei sich diese Angabe auf eine Glührohrkappe 31 vor einem Hämmerprozess bezieht. Es ist aber genauso möglich, die Glührohrkappe 31 durch ein spanendes Verfahren herzustellen. Die Glührohrkappe 31 und die Glührohrverlängerung 32 sind gemäß Figur 2b an den Stirnseiten 34, 37 an einer Stoßstelle zusammengeführt und an der Stoßstelle mittels einer umlaufenden Schweißnaht 39 verschweißt.
Der Einsatz eines längsgeschweißten Rohres für die zylinderförmige
Glührohrverlängerung 32 ist möglich, weil die Glühstiftkerze aufgrund des Temperaturabfalls in Richtung des vom Brennraum abgewandten Endes einer geringeren thermischen Belastung ausgesetzt ist. Solche zylinderförmigen Glührohrverlängerungen 32 können ohne die Qualitätseinbuße in beliebiger Länge hergestellt werden, was wiederum die Herstellung beliebig langer aus mindestens zwei Teilen zusammengesetzten Glührohren 14 ermöglicht. Neben dem Herstellungsverfahren von längsgeschweißten Rohren kann für die Glührohrverlängerung 32 ein kostengünstigeres Material als für die thermisch hoch belastete Glührohrkappe 31 verwendet werden. Die Glührohrkappe 31 ist dabei aus einem Material zu fertigen, das höheren thermischen
Beanspruchungen standhält. Der weniger thermisch beanspruchte Abschnitt des Glührohres 14, der von der Glührohrverlängerung 32 gebildet wird, kann aus einem Material hergestellt werden, das nur einer geringeren thermische Beanspruchung standhalten braucht. Die kostengünstigere Glührohrverlängerung 32 kann auch als variables Bauteil mit beispielsweise verschiedenen Längen ausgeführt werden, wobei die gleiche Glührohrkappe 31 für alle möglichen Varianten einsetzbar ist.
Neben der beschriebenen zweiteiligen Ausführung des Glührohres 14 ist es auch denkbar, das Glührohr 14 aus mehr als zwei Glührohrteilen herzustellen. Dabei ist die axiale Position einer nahtlosen Glührohrkappe 31 beliebig variabel. Je nach Temperaturprofil entlang des Glührohres 14 kann die nahtlose Glührohrkappe 31 unterschiedlich positioniert werden. Allerdings ist die im Ausführungsbeispiel beschriebene Glührohrkappe 32 an der dem Brennraum zugewandten Seite des Glührohres 14 vorteilhaft, weil in diesem Fall keine gravierenden Änderungen des Designs der Glühstiftkerze erforderlich sind. Außerdem ist es auch denkbar, das Glührohr 14 für andere hochtemperaturbeanspruchte Schutzhülsen für aktive oder passive Bauelemente (z. B. Temperaturmesssonden, Sensoren usw.) einzusetzen.

Claims

Ansprüche
1. Glührohr, insbesondere für eine Glühstiftkerze, mit einem kuppeiförmigen geschlossenen Endabschnitt (27) und einem zylindrischen offenen
Endabschnitt (28), dadurch gekennzeichnet, dass das Glührohr (14) aus mindestens zwei Glührohrteilen zusammengesetzt ist, und dass das eine Glührohrteil am geschlossenen Endabschnitt (27) von einer nahtlosen Glührohrkappe (31) und das andere Glührohrteil am offenen Endabschnitt (28) von einer im wesentlichen zylindrischen Glührohrverlängerung (32) gebildet ist.
2. Glührohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Glührohrkappe (31) und der Glührohrverlängerung (32) eine Verbindungsstelle (39) ausgebildet ist, und dass die Verbindungsstelle (39) an einer Stelle des Glührohres (14) liegt, die einer geringeren thermischen Belastung als der Großteil der Glührohrkappe (31) ausgesetzt ist.
3. Glührohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstelle (39) von einer an der Glührohrkappe (31) ausgebildeten ringförmigen Stirnfläche (37) und einer an der Glührohrverlängerung (32) ausgebildeten weiteren ringförmigen Stirnfläche (34) gebildet ist.
4. Glührohr nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Glührohrkappe (31) und die Glührohrverlängerung (32) an der
Verbindungsstelle (39) stoffschlüssig verbunden sind.
5. Glührohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glührohrkappe (31) eine geschlossene Kuppe (35) und einen im wesentlichen zylindrischen Abschnitt (36) aufweist, und dass die axiale Länge I des zylindrischen Abschnitts (36) das maximal 8-fache des Durchmessers d des zylindrischen Abschnitts (36) nach dem Hämmerprozess des Glührohres beträgt.
6. Glührohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glührohrkappe (31) und die Glührohrverlängerung (32) aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind.
7. Glührohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glührohrkappe (31) durch Tiefziehen, MIM (Metal- Injection-Molding), Pulverextrusion, Metallspritzgießen oder durch spanende Bearbeitung hergestellt ist.
EP09779518A 2008-07-11 2009-05-20 Glührohr, insbesondere für eine glühstiftkerze Withdrawn EP2297521A1 (de)

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