EP3014184B1 - Glührohr für eine regelbare glühstiftkerze - Google Patents

Glührohr für eine regelbare glühstiftkerze Download PDF

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EP3014184B1
EP3014184B1 EP14734049.1A EP14734049A EP3014184B1 EP 3014184 B1 EP3014184 B1 EP 3014184B1 EP 14734049 A EP14734049 A EP 14734049A EP 3014184 B1 EP3014184 B1 EP 3014184B1
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EP
European Patent Office
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glow
electrical resistance
glow tube
resistance element
tube
Prior art date
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EP14734049.1A
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English (en)
French (fr)
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EP3014184A1 (de
Inventor
Bruno CERON NICOLAT
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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
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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
    • 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
    • F23Q2007/004—Manufacturing or assembling methods

Definitions

  • Glow plugs also referred to as glow plugs, or abbreviated based on the English term "glow plug" with GLP, which are used in internal combustion engines to ignite a fuel-air mixture are preheated in the cold state before their temperature is sufficiently high that it is sufficient for the ignition of the fuel-air mixture. Further, to reduce post start emissions, it may be necessary to continue to operate the glow plugs for some time to increase the temperature inside the combustion chamber.
  • Glow plugs generally comprise an electrical resistance element, also referred to as a heating resistor, which is designed as a combustion chamber-side heating coil and a control coil welded to the heating coil.
  • the electrical resistance element of an example metallic glow tube, or a protective tube, surrounded as an outer shell coaxially.
  • the projecting into a combustion chamber of an internal combustion engine portion of the glow tube is usually filled with an electrically insulating filler powder, such as magnesium oxide, in which the electrical resistance element is embedded.
  • the electrical connection is generally via a connecting bolt, which is electrically conductively connected to the control coil and the heating coil.
  • One end of the heating coil is electrically contacted with the glow tube, via which the current return to ground occurs.
  • a connector can be attached to the connection bolt.
  • the heating resistor is made of a suitable material comprising an alloy containing chromium, aluminum or the like in addition to the main components iron and nickel.
  • the pipe, in The heating resistor is accommodated, is usually made of an alloy containing as main constituents iron and nickel.
  • the heating coil forms the front part of the glow tube, the heating zone.
  • the rear part namely the control coil, has the property that with increasing temperature the resistance increases, i. the control coil has a high positive temperature coefficient of resistance (PTC "Positive Temperature-Coefficient" characteristic). With increasing temperature and thus increasing resistance value, there is a Abregeln the stream, which sets a defined end temperature. Heating and control coil are electrically connected in series, both coils have positive, but mutually different high resistance temperature coefficient.
  • the heating coil has a high electrical resistance at room temperature, which remains almost constant over the operating temperature range.
  • control coil has a very low electrical resistance at room temperature, which increases steeply with increasing temperature.
  • suitable materials of the control coil are pure nickel or a cobalt-iron alloy or a cobalt-iron-nickel alloy.
  • a glow plug comprising a heating coil made of a metal material containing tungsten or molybdenum as a main component, which is housed in a tube made of an alloy containing 0.5 to 5.0% by weight of aluminum and 20 to 40 Wt .-% chromium, in order to realize the highest possible temperatures of the heating resistor can, without this reaches its melting point and to ensure the temperature resistance of the tube.
  • a glow plug for arrangement in a combustion chamber of an internal combustion engine of a motor vehicle according to claim 1 is proposed.
  • the electrical resistance element is heated by means of a dynamically changing drive voltage and / or maintained at a predetermined temperature, wherein a Temperature control of the glow plug over a determined resistance value.
  • Suitable material compositions contain, in addition to iron and nickel as main constituents, proportions of aluminum and chromium.
  • a nickel-chromium alloy includes inter alia at least 1 to 10 wt% aluminum, 10 to 30 wt% chromium and 0.05 to 5 wt% silicon.
  • Further embodiments of the material of the glow tube comprise more than 5% by weight of iron and / or more than 0.05% by weight of titanium and / or less than 0.2% by weight of copper and / or less than 0.5% by weight % Of carbon and / or less than 0.3% by weight of yttrium and / or less than 0.2% by weight of zirconium and / or less than 0.7% by weight of manganese.
  • a front end portion of the heating element formed as Einstoff mindfull is connected according to the invention with a front end portion of the glow tube.
  • the heating element, designed as Einstoff mindfull is introduced into the glow tube, wherein the front end portion, designed as Glührohrhals, the same is open. Now, the front end portion of the glow tube is closed, wherein the front end portion of the heating element is at least partially embedded.
  • the front end portion of the glow tube may be welded to at least a part of the heating element, so that the front end portions of the glow tube and heating element are materially and thus electrically connected to each other.
  • the front end section of the electrical resistance element can be joined to the glow tube material by material bonding, for example by welding, for example by means of laser welding, and then the closing of the glow tube takes place in a further integral joining step.
  • the joints can be closed by means of soldering material.
  • the refractory metals suitable for the single-filament helix have the property of oxidizing with oxygen, whereby the heating resistance of the same deteriorates, it is important that the joints are largely gas-tight, in particular with respect to nitrogen and oxygen.
  • the distance, in particular, of the front end portion of the electric heating element relative to the outer surface of the front end portion of the glow tube of importance.
  • the distance is related to the formation of the joint, which in turn depends on the chosen connection method.
  • the invention proposes to form the front end portion of the glow tube in the form of a Glührohrhalses, wherein the length of the Glührohrhalses is selected according to the specifications.
  • the solution proposed according to the invention provides a glow plug which allows heat to be generated at extremely high temperatures without melting the electrical resistance element.
  • the refractory metals proposed according to the invention as constituents of the heating element are characterized by extremely high melting temperatures, with low coefficients of thermal expansion and high temperature and current conductivity.
  • a control and / or regulation of the temperature of the glow plug can be achieved in a simple manner, since the refractory metals used in the operating temperature range of the glow plug allow a detectable relationship between measurable resistance and temperature.
  • the material of the glow tube is important.
  • a certain proportion of aluminum and chromium in the material composition of the glow tube is necessary in order to act as an oxygen scavenger element, in particular in the interior of the glow tube. Since the interior of the glow tube is sealed from the environment, the oxygen partial pressure in the glow tube interior can be effectively lowered. Further, an oxide film formed on the outer surface of the glow tube prevents further penetration of oxygen, thereby improving the oxidation resistance of the elements of the glow plug.
  • a sensitive tuning of the materials of the glow tube and the electric heating element allows a long life of the glow plug while reducing costs, since the choice of material according to the invention provides a savings potential.
  • the contact to the negative terminal of the motor is produced by the mechanical and electrical contacting of the electrical resistance element to the metallic glow tube. It is particularly advantageous that embrittlement does not occur at the contact point between the electrical heating element and the glow tube, even at high temperatures and with a long service life.
  • the alloys or Materials of the glow tube can be processed excellently and are characterized by a high creep resistance.
  • FIG. 1 a cross-sectional view of a glow plug 10 forth.
  • Sheathed-element glow plug 10 shown includes, inter alia, a substantially hollow-cylindrical glow tube 12 which is connected to a housing 14.
  • an electrical resistance element 16 which comprises a control coil 18 and a downstream, with the control coil 18 generally welded heating coil 20.
  • the substantially spirally formed resistance element 16 is arranged coaxially to the glow tube 12 and preferably completely embedded in a filling powder 22 for mechanical stabilization and for electrical insulation.
  • the filling powder 22 may be, for example, magnesium oxide (MgO).
  • the control coil 18 and the heating coil 20 are electrically connected to each other via a contact pad 24, wherein they are connected in series.
  • a lower end of the heating coil (not designated) is electrically connected by means of a contact point 26 with a Glandohrendabêt 28.
  • a likewise not designated end of the control coil 18 is electrically conductively connected by means of a further contact point 30 with a substantially cylindrical connecting bolt 32.
  • the connecting bolt 32 is made of an electrically conductive metallic material.
  • the contact points 24, 26, 30 may be formed as welding points.
  • a cap-shaped round plug 34 is screwed, which is also made of a highly conductive electrical material.
  • an electrical connection of the glow plug 10 is created to a power distribution of an electrical supply system of a motor vehicle, not shown, which is connected, for example, with the positive pole of a battery and / or a generator.
  • the electrical insulation against the housing 14 is, inter alia, arranged below the circular connector 34 disc-shaped Insulating disc 38 and a frusto-conical housing seal 40.
  • Another, disc-shaped Glckenohrabdichtung 42 is provided in the region of the glow tube 12.
  • the housing seal 40 and the Glhackohrabdichtung 42 are made of an electrically insulating, temperature-resistant material, wherein in addition to the electrical insulation function, a coaxial attachment of the connecting bolt 32 and the control and heating coil 18, 20 is ensured within the glow tube 12 and the housing 14 ,
  • FIG. 2 a detail view of an embodiment of the glow plug 10 according to the invention is shown.
  • a tip of the glow plug 10 is shown, which projects into a combustion chamber, not shown, of an internal combustion engine.
  • the glow plug 10 includes an incandescent tube 12, which essentially coaxially comprises an electrical resistance element or a filament, which is formed according to the embodiment of the invention as Einstoff Listel 44.
  • the Einstoff Listel 44 combines properties of the heating coil 20 and the control coil 18 of FIG. 1 and is also called Heating element called.
  • the single-material coil 44 is embedded in the glow tube 12 in the electrically insulating filling powder 22.
  • FIG. 2 is also shown at 42 the radiator seal.
  • the Einstoff mindfull 44 includes a filament, which is made of a uniform material and functions of the heating coil 20 is met.
  • the uniform material of the single-material coil 44 used has a resistor with PTC behavior.
  • the single-material coil 44 contains at least one refractory metal.
  • FIG. 3 a detail of the glow plug 10 is shown.
  • the glow tube is referred to, in which coaxially formed as Einstoff Listel 44 electrical resistance element is added.
  • the glow tube 12 has a front end portion 46, which in the illustration of FIG. 3 is formed in the form of a Glührohrhalses 48 and is shown open, that has an opening 49.
  • the Einstoff Listel 44 is in the form of a heating coil, which has different average pitches 52, 54.
  • that portion of the single-material coil 44 referred to as the front end portion 50, which is accommodated in the Glührohrhals 48, has a smaller average pitch 54th
  • the glow plug 10 is shown with a closed front end portion 46.
  • the front end portion 50 of the Einstoff mindfull 44 is connected to the front end portion 46 of the glow tube 12, for example, in the material of the glow tube 12 is embedded.
  • a piece of material can first be arranged, which is made of the same material as the glow tube 12 and the Glührohrhals 48.
  • a cohesive joining process for example by arc welding, When the material piece is melted, the front end portion 46 is closed and the front end portion 50 of the single-material coil 44 is connected to the front end portion 46.
  • the single-material coil 44 is materially connected to the glow tube 12, in particular is embedded in the material of the glow tube 12.
  • a joint 56 which on the one hand corresponds to the closure of the opening 49 of the glow tube 12 and on the other hand represents the region of embedding the Einstoff mindfull 44 in the material of the glow tube 12.
  • the front end portion 50 of the single-material coil 44 has a distance 60 from an outer tip 58 of the glow tube 12. To prevent that sensitive material of Einstoff mindfull 44 comes into contact with the hot combustion chamber gases, a sufficiently large 60 distance is necessary. This also takes into account that in the case of external corrosion of the glow tube 12 during the life, the wall thickness of the glow tube 12 decreases. Furthermore, it is of great importance that the joint 56 is gas-tight with respect to oxygen and nitrogen.

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Description

    Stand der Technik
  • Glühstiftkerzen, auch als Glühkerzen bezeichnet, bzw. basierend auf der englischen Bezeichnung "glow plug" mit GLP abgekürzt, welche in Verbrennungsmotoren zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches eingesetzt werden, werden im kalten Zustand vorgeglüht, bevor ihre Temperatur ausreichend hoch ist, dass sie für die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches ausreicht. Ferner kann es zur Verringerung von Emissionen nach dem Start erforderlich sein, die Glühstiftkerzen zumindest noch einige Zeit weiter zu betreiben, um eine Anhebung der Temperatur im Inneren des Brennraumes zu erreichen.
  • Glühstiftkerzen umfassen im Allgemeinen ein elektrisches Widerstandselement, auch als Heizwiderstand bezeichnet, welches als eine brennraumseitige Heizwendel und eine mit der Heizwendel verschweißte Regelwendel ausgebildet ist. In der Glühstiftkerze wird das elektrische Widerstandselement von einem beispielsweise metallischen Glührohr, bzw. einem Schutzrohr, als äußere Hülle koaxial umgeben. Der in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine hineinragende Abschnitt des Glührohres ist üblicherweise mit einem elektrisch isolierenden Füllpulver befüllt, beispielsweise Magnesiumoxid, in das das elektrische Widerstandselement eingebettet ist. Der elektrische Anschluss erfolgt allgemein über einen Anschlussbolzen, der mit der Regelwendel und der Heizwendel elektrisch leitend verbunden ist. Ein Ende der Heizwendel ist mit dem Glührohr elektrisch kontaktiert, über das die Stromrückführung nach Masse erfolgt. An dem Anschlussbolzen kann beispielsweise ein Anschlussstecker befestigt werden.
  • In Glühstiftkerzen ist demnach eine Kombination von Heiz- und Regelwendel verwirklicht, die einen gemeinsamen Widerstandswert aufweist. Der Heizwiderstand wird aus einem geeigneten Material gefertigt, welches eine Legierung umfasst, die Chrom, Aluminium oder dergleichen zusätzlich zu den Hauptbestandteilen Eisen und Nickel enthält. Das Rohr, in dem der Heizwiderstand aufgenommen ist, ist üblicherweise aus einer Legierung, welche als Hauptbestandteile Eisen und Nickel enthält.
  • Im Allgemeinen bildet die Heizwendel den vorderen Teil des Glührohres, die Heizzone. Der hintere Teil, nämlich die Regelwendel, besitzt die Eigenschaft, dass mit zunehmender Temperatur der Widerstand steigt, d.h. die Regelwendel besitzt einen hohen positiven Widerstands-Temperaturkoeffizienten (PTC "Positive Temperature-Coefficient" Charakteristik). Bei steigender Temperatur und demnach zunehmendem Widerstandwert kommt es zu einem Abregeln des Stroms, wobei sich eine definierte Endtemperatur einstellt. Heiz- und Regelwendel sind elektrisch in Reihe geschaltet, wobei beide Wendeln positive, aber voneinander verschiedene hohe Widerstands-Temperaturkoeffizienten aufweisen.
  • Die Heizwendel besitzt bei Raumtemperatur einen hohen elektrischen Widerstand, der nahezu konstant über den Betriebstemperaturbereich bleibt.
  • Die Regelwendel besitzt dagegen einen bei Raumtemperatur sehr niedrigen elektrischen Widerstand, welcher steil mit zunehmender Temperatur ansteigt. Übliche geeignete Materialien der Regelwendel sind Reinstnickel oder eine Cobalt- Eisen- Legierung oder eine Cobalt- Eisen- Nickel-Legierung.
  • Aus DE 10 2011 077 239 A1 ist eine Glühkerze bekannt mit einer Heizspule aus einem Metallmaterial, das Wolfram oder Molybdän als Hauptbestandteil enthält, und welche in einem Rohr aufgenommen ist, welches aus einer Legierung besteht, die 0,5 bis 5,0 Gew.-% Aluminium und 20 bis 40 Gew.-% Chrom enthält, um so möglichst hohe Temperaturen des Heizwiderstandes realisieren zu können, ohne dass dieser seinen Schmelzpunkt erreicht und auch die Temperaturbeständigkeit des Rohres zu gewährleisten.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird eine Glühstiftkerze zur Anordnung in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Das elektrische Widerstandselement wird mittels einer sich dynamisch ändernden Ansteuerspannung aufgeheizt und/oder auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten, wobei eine Temperaturregelung der Glühstiftkerze über einen ermittelten Widerstandswert erfolgt.
  • Hinsichtlich des Materials des Glührohres, welches mit dem erfindungsgemäß als Einstoffwendel ausgebildeten elektrischen Widerstandselements kombinierbar ist, sind Materialien geeignet, welche die Haltbarkeit des Rohres bei den angestrebten hohen Temperaturen steigern und diese über einen langen Zeitraum aufrechthält. Geeignete Materialzusammensetzungen enthalten neben Eisen und Nickel als Hauptbestandteile Anteile an Aluminium und Chrom. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst eine Nickel-Chrom-Legierung unter anderem mindestens 1 bis 10 Gew.-% Aluminium, 10 bis 30 Gew.-% Chrom und 0,05 bis 5 Gew.-% Silizium.
  • Weitere Ausführungsformen des Materials des Glührohrs umfassen mehr als 5 Gew.-% Eisen und/oder mehr als 0,05 Gew.-% Titan und/oder weniger als 0,2 Gew.-% Kupfer und/oder weniger als 0,5 Gew.-% Kohlenstoff und/oder weniger als 0,3 Gew.-% Yttrium und/oder weniger als 0,2 Gew.-% Zirkon und/oder weniger als 0,7 Gew.-% Mangan.
  • Der Einsatz eines Refraktärmetalls als Material des Heizwiderstandes, welches entsprechend hohe Temperaturen der Glühwendel zulässt, in Kombination mit einem metallischen Glührohr, stellt besondere Anforderungen an die Anbindung des Heizelements an das Glührohr. Ein Vorderendabschnitt des als Einstoffwendel ausgebildeten Heizelements ist erfindungsgemäß mit einem Vorderendabschnitt des Glührohres verbunden. Das Heizelement, ausgebildet als Einstoffwendel, wird in das Glührohr eingeführt, wobei der Vorderendabschnitt, ausgebildet als Glührohrhals, desselben offen ist. Nun wird der Vorderendabschnitt des Glührohres geschlossen, wobei der Vorderendabschnitt des Heizelements zumindest teilweise eingebettet wird. Der Vorderendabschnitt des Glührohrs kann mit mindestens einem Teil des Heizelements verschweißt werden, so dass die Vorderendabschnitte von Glührohr und Heizelement stofflich und somit auch elektrisch miteinander verbunden sind. Alternativ kann der Vorderendabschnitt des elektrischen Widerstandselements mit dem Glührohrmaterial stoffschlüssig gefügt, zum Beispiel verschweißt werden, beispielsweise mittels Laserschweißung und anschließend erfolgt das Verschließen des Glührohres in einem weiteren stoffschlüssigen Fügeschritt. In einer weiteren Ausführungsvariante können die Fügestellen mittels Lötmaterials geschlossen werden.
  • Da die für das als Einstoffwendel ausgebildete elektrische Heizelement geeigneten Refraktärmetalle die Eigenschaft haben mit Sauerstoff zu oxidieren, wobei sich der Heizwiderstand derselben verschlechtert, ist von Bedeutung, dass die Fügestellen weitgehend gasdicht sind, insbesondere gegenüber Stickstoff und Sauerstoff.
  • Ferner ist der Abstand insbesondere des Vorderendabschnittes des elektrischen Heizelements gegenüber der Außenfläche des Vorderendabschnitts des Glührohres von Bedeutung. Der Abstand steht in Zusammenhang zu der Ausbildung der Fügestelle, welche wiederum von dem gewählten Verbindungsverfahren abhängig ist. Um einen gewünschten Abstand zu erreichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Vorderendabschnitt des Glührohrs in Form eines Glührohrhalses auszubilden, wobei die Länge des Glührohrhalses entsprechend den Vorgaben wählbar ist. Ferner ist der Abstand, welcher mindestens zweimal den Durchmesser des zur Einstoffwendel ausgebildeten Glühdrahtes entspricht, von Bedeutung, um einen Kontakt zu den heißen Brennraumgasen zu dem elektrischen Widerstandselement zu vermeiden, auch bei einer externen Korrosion des Glührohres im Laufe der Lebensdauer der Glühstiftkerze.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung stellt eine Glühstiftkerze bereit, welche eine Wärmeerzeugung bei äußerst hohen Temperaturen zulässt, ohne dass es zu einem Aufschmelzvorgang des elektrischen Widerstandselements kommt. Die erfindungsgemäß als Bestandteile des Heizelements vorgeschlagenen Refraktärmetalle zeichnen sich durch extrem hohe Schmelztemperaturen aus, bei niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und einer hohen Temperatur- und Stromleitfähigkeit. Darüber hinaus kann auf einfache Weise eine Steuer- und/oder Regelung der Temperatur der Glühstiftkerze erreicht werden, da die eingesetzten Refraktärmetalle in dem Betriebstemperaturbereich der Glühstiftkerze einen erfassbaren Zusammenhang zwischen messbarem Widerstand und Temperatur erlauben.
  • Allerdings neigen Refraktärmetalle zur Oxidation mit Sauerstoff, der beispielsweise in dem Glührohr vorhanden ist, wobei es zu einer Verschlechterung des Heizwiderstands kommt. Um einer Oxidation des elektrischen Heizwiderstandes entgegenzutreten, ist das Material des Glührohres von Bedeutung. So ist ein gewisser Anteil von Aluminium und Chrom in der Materialzusammensetzung des Glührohres notwendig, um als Sauerstofffängerelement insbesondere im Inneren des Glührohres zu fungieren. Da das Innere des Glührohres gegenüber der Umgebung abgedichtet ist, kann der Sauerstoffpartialdruck im Glührohrinneren effektiv gesenkt werden. Ferner verhindert ein sich an der Außenfläche des Glührohres ausbildender Oxidfilm ein weiteres Eindringen von Sauerstoff, wobei die Oxidationsbeständigkeit der Elemente der Glühstiftkerze verbessert wird.
  • Eine sensible Abstimmung der Materialien des Glührohres und des elektrischen Heizelements erlaubt eine lange Lebensdauer der Glühstiftkerze bei gleichzeitiger Reduzierung der Kosten, da die erfindungsgemäße Materialwahl ein Einsparpotential bereitstellt.
  • Ferner ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass durch die mechanische und elektrische Kontaktierung des elektrischen Widerstandselements zum metallischen Glührohr der Kontakt zum Minuspol des Motors hergestellt wird. Insbesondere vorteilhaft ist, dass an der Kontaktstelle zwischen elektrischen Heizelement und Glührohr auch bei hohen Temperaturen und langer Lebensdauer keine Versprödung eintritt. Die Legierungen oder Materialien des Glührohrs lassen sich ausgezeichnet verarbeiten und zeichnen sich durch eine hohe Kriechbeständigkeit aus.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Vorteile und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Querschnittsansicht einer Glühstiftkerze gemäß dem Stand der Technik;
    Figur 2
    ein Detail einer schematischen Querschnittsansicht einer Glühstiftkerze gemäß einer Ausführungsvariante;
    Figur 3
    eine Darstellung des Vorderendabschnitts einer Glühstiftkerze gemäß einer Ausführungsvariante;
    Figur 4
    eine Darstellung des Vorderendabschnitts einer Glühstiftkerze, wobei elektrisches Widerstandselement und Glührohr mechanisch und elektrische verbunden sind.
  • Gemäß dem Stand der Technik geht aus der Darstellung Figur 1 eine Querschnittsansicht einer Glühstiftkerze 10 hervor.
  • Die in Figur 1 dargestellte Glühstiftkerze 10 umfasst unter anderem ein im Wesentlichen hohlzylindrisches Glührohr 12, das mit einem Gehäuse 14 verbunden ist. In dem Glührohr 12 befindet sich ein elektrisches Widerstandselement 16, das eine Regelwendel 18 und eine nachgeschaltete, mit der Regelwendel 18 im Allgemeinen verschweißte Heizwendel 20 umfasst. Das im Wesentlichen spiralförmig ausgebildete Widerstandselement 16 ist koaxial zum Glührohr 12 angeordnet und vorzugsweise vollständig in einem Füllpulver 22 zur mechanischen Stabilisierung sowie zur elektrischen Isolierung eingebettet. Das Füllpulver 22 kann beispielsweise Magnesiumoxid (MgO) sein. Die Regelwendel 18 und die Heizwendel 20 sind über eine Kontaktstelle 24 elektrisch leitend miteinander verbunden, wobei sie in Reihe geschaltet sind. Ein unteres Ende der Heizwendel (nicht bezeichnet) ist mittels einer Kontaktstelle 26 mit einem Glührohrendabschnitt 28 elektrisch verbunden. Ein ebenfalls nicht bezeichnetes Ende der Regelwendel 18 ist mittels einer weiteren Kontaktstelle 30 elektrisch leitend mit einem im Wesentlichen zylindrischen Anschlussbolzen 32 elektrisch leitend verbunden. Der Anschlussbolzen 32 ist aus einem elektrisch leitfähigen metallischen Material gefertigt. Die Kontaktstellen 24, 26, 30 können als Schweißpunkte ausgebildet sein. Auf den Anschlussbolzen 32 ist ein kappenförmiger Rundstecker 34 aufgeschraubt, welcher ebenfalls aus einem gut leitenden elektrischen Material hergestellt ist. Mittels des Rundsteckers 34 wird eine elektrische Verbindung der Glühstiftkerze 10 zu einer Stromverteilung eines nicht dargestellten elektrischen Versorgungssystems eines Kraftfahrzeuges geschaffen, die beispielsweise mit dem Pluspol einer Batterie und/oder eines Generators verschaltet ist. Die Rückführung zur Masse erfolgt über die Kontaktstelle 26, das Glührohr 12, das damit leitend verbundene Gehäuse 14 und den - in einem nicht dargestellten Motorblock - eingeschraubten Gehäusegewindeabschnitt 36. Zur elektrischen Isolation gegen das Gehäuse 14 dient unter anderem eine unterhalb des Rundsteckers 34 angeordnete scheibenförmige Isolationsscheibe 38 sowie eine kegelstumpfförmige Gehäusedichtung 40. Eine weitere, scheibenförmige Glührohrabdichtung 42 ist im Bereich des Glührohrs 12 vorgesehen. Die Gehäusedichtung 40 und die Glührohrabdichtung 42 sind aus einem elektrisch isolierenden, temperaturbeständigen Material gefertigt, wobei neben der elektrischen Isolationsfunktion auch eine koaxiale Befestigung des Anschlussbolzens 32 bzw. der Regel- und Heizwendel 18, 20 innerhalb des Glührohrs 12 und des Gehäuses 14 sicher gestellt ist.
    • Ausführungsvarianten
  • In Figur 2 ist eine Detailansicht einer Ausführungsform der Glühstiftkerze 10 gemäß der Erfindung dargestellt.
  • In Fig. 2 ist eine Spitze der Glühstiftkerze 10 dargestellt, welche in einen nicht weiter dargestellten Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine ragt. Die Glühstiftkerze 10 umfasst ein Glührohr 12, welches im Wesentlichen koaxial ein elektrisches Widerstandselement bzw. einen Glühdraht umfasst, welcher gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform als Einstoffwendel 44 ausgebildet ist. Die Einstoffwendel 44 vereinigt Eigenschaften der Heizwendel 20 und der Regelwendel 18 der Figur 1 und wird auch als Heizelement bezeichnet. Ferner ist die Einstoffwendel 44 in dem Glührohr 12 in dem elektrisch isolierenden Füllpulver 22 eingebettet. In Figur 2 ist auch mit 42 die Heizkörperabdichtung dargestellt. Die Einstoffwendel 44 umfasst einen Glühdraht, welcher aus einem uniformen Material gefertigt ist und Funktionen der Heizwendel 20 erfüllt. Das verwendete uniforme Material der Einstoffwendel 44 besitzt einen Widerstand mit PTC-Verhalten. Insbesondere enthält die Einstoffwendel 44 mindestens ein Refraktärmetall.
  • In Figur 3 ist ein Detail der Glühstiftkerze 10 dargestellt. Mit Bezugszeichen 12 ist das Glührohr bezeichnet, in welchem koaxial das als Einstoffwendel 44 ausgebildete elektrische Widerstandselement aufgenommen ist. Das Glührohr 12 weist einen Vorderendabschnitt 46 auf, welcher in der Darstellung der Figur 3 in Form eines Glührohrhalses 48 ausgebildet ist und offen dargestellt ist, d.h. eine Öffnung 49 aufweist. Die Einstoffwendel 44 ist in Form einer Heizspule ausgebildet, welche unterschiedliche Durchschnittsganghöhen 52, 54 aufweist. Insbesondere derjenige Abschnitt der Einstoffwendel 44, bezeichnet als Vorderendabschnitt 50, welcher in dem Glührohrhals 48 aufgenommen ist, hat eine kleinere Durchschnittsganghöhe 54.
  • In Figur 4 ist die Glühstiftkerze 10 mit einem geschlossenen Vorderendabschnitt 46 dargestellt. Insbesondere geht aus der Darstellung der Figur 4 hervor, dass der Vorderendabschnitt 50 der Einstoffwendel 44 mit dem Vorderendabschnitt 46 des Glührohres 12 verbunden ist, beispielsweise in dem Material des Glührohres 12 eingebettet ist. Zum Schließen des Glührohres 12, bzw. des Glührohrhalses 48, kann in die Öffnung 49 zunächst ein Materialstück angeordnet werden, welches aus dem gleichen Material gefertigt ist, wie das Glührohr 12 bzw. der Glührohrhals 48. Mittels eines stoffschlüssigen Fügeverfahrens, beispielsweise mittels Lichtbogenschweißens, wird das Materialstück geschmolzen, wobei der Vorderendabschnitt 46 geschlossen wird und der Vorderendabschnitt 50 der Einstoffwendel 44 mit dem Vorderendabschnitt 46 verbunden wird. Insbesondere ist ersichtlich, dass die Einstoffwendel 44 mit dem Glührohr 12 stofflich verbunden ist, insbesondere in das Material des Glührohres 12 eingebettet ist. Ferner geht aus Figur 4 eine Fügestelle 56 hervor, welche einerseits die Schließung der Öffnung 49 des Glührohres 12 entspricht und andererseits den Bereich der Einbettung der Einstoffwendel 44 in dem Material des Glührohres 12 darstellt.
  • Es ist ersichtlich, dass der Vorderendabschnitt 50 der Einstoffwendel 44 zu einer äußeren Spitze 58 des Glührohres 12 einen Abstand 60 aufweist. Um zu verhindern, dass das empfindliche Material der Einstoffwendel 44 in Kontakt mit den heißen Brennraumgasen kommt, ist ein ausreichend großer der Abstand 60 notwendig. Dieser berücksichtigt auch, dass im Falle einer externen Korrosion des Glührohres 12 während der Lebensdauer, die Wandstärke des Glührohres 12 abnimmt. Ferner ist von großer Bedeutung, dass die Fügestelle 56 gegenüber Sauerstoff und Stickstoff gasdicht ausgeführt ist.

Claims (5)

  1. Glühstiftkerze (10) zur Anordnung in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mit einem Glührohr (12) und einem in dem Glührohr (12) aufgenommenen elektrischen Widerstandselement (16), ausgebildet als Einstoffwendel (44) mit einem definierten Widerstands-Temperaturkoeffizienten, wobei das elektrische Widerstandselement (16) mittels einer sich dynamisch ändernden Ansteuerspannung aufgeheizt und/oder auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten wird, wobei das Material des elektrischen Widerstandselements (16) mindestens ein Refraktärmetall umfasst und mit dem Glührohr (12) gasdicht und korrosionsfest verschweißt ist, wobei das Material des elektrischen Widerstandselements (16) aus den Refraktärmetallen Molybdän oder Wolfram ausgewählt ist, gekennzeichnet dadurch, dass das Material des elektrischen Widerstandselements (16) Molybdän oder Wolfram mit Lanthanoxid (La2O3) umfasst.
  2. Glühstiftkerze (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des elektrischen Widerstandselements (16) Cerdioxid (CeO2) und/oder Yttriumoxid (Y2O3) umfaßt.
  3. Glühstiftkerze (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorderendabschnitt (50) des elektrischen Widerstandselements (16) mit einem Vorderendabschnitt (46) des Glührohres (12) verbunden ist.
  4. Glühstiftkerze (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorderendabschnitt (46) des Glührohres (12) als Glührohrhals (48) ausgebildet ist, welcher mittels mindestens eines Schweißverfahrens derart verschlossen ist, dass der Vorderendabschnitt (50) des elektrischen Widerstandselements (16) stofflich und elektrisch mit dem Glührohr (12) verbunden ist.
  5. Glühstiftkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorderendabschnitt (50) des elektrischen Widerstandselements (16) zu einer äußeren Spitze (58) des Glührohres (12) um einen Abstand (60) beabstandet ist.
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