EP3027970A1 - Glühstiftkerze mit keramischem heizelement mit innenliegender kontaktierung, und herstellungsverfahren derselben - Google Patents

Glühstiftkerze mit keramischem heizelement mit innenliegender kontaktierung, und herstellungsverfahren derselben

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EP3027970A1
EP3027970A1 EP14752286.6A EP14752286A EP3027970A1 EP 3027970 A1 EP3027970 A1 EP 3027970A1 EP 14752286 A EP14752286 A EP 14752286A EP 3027970 A1 EP3027970 A1 EP 3027970A1
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EP
European Patent Office
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glow plug
connecting element
heating element
plug according
receiving part
Prior art date
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Application number
EP14752286.6A
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English (en)
French (fr)
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EP3027970B1 (de
Inventor
Andreas Reissner
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3027970A1 publication Critical patent/EP3027970A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3027970B1 publication Critical patent/EP3027970B1/de
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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
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/02—Details
    • H05B3/06—Heater elements structurally combined with coupling elements or holders
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
    • H05B3/48—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor embedded in insulating material
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/027—Heaters specially adapted for glow plug igniters
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2214/00—Aspects relating to resistive heating, induction heating and heating using microwaves, covered by groups H05B3/00, H05B6/00
    • H05B2214/03—Heating of hydrocarbons

Definitions

  • the invention relates to a glow plug or glow plug, and more particularly to a ceramic glow plug for arrangement in a chamber of an internal combustion engine, such as a forward, swirl or combustion chamber of an air compressing,
  • the invention relates to a production method of such a glow plug according to the invention.
  • diesel engines are widely used, which have a higher efficiency compared to gasoline-fueled internal combustion engines.
  • diesel engines require during the
  • Diesel engines usually each have at least one electrically heatable glow plug, also called GLP (by the English term “glow plug"), by means of which the diesel engine is preheated in the startup phase glow plugs may have a heating element made of metal or ceramic, also called glow plug
  • GLP electrically heatable glow plug
  • glow plugs may have a heating element made of metal or ceramic, also called glow plug
  • the glow plug is usually made of electrically insulating
  • Ceramic material such as silicon nitride, may be embedded in the highly electrically conductive leads and an internal heating conductor.
  • the heating and control function is combined in the heating element.
  • the ceramic glow plug is fixed in a metal tube and gas-tight pressed into a glow plug.
  • the electrical contacting of the positive pole of the glow plug which is usually provided by a provided at one end of the glow plug contact point of the heating element, takes place by a connecting bolt, which is connected via a wire to the positive pole of the ceramic glow plug, and the electrical contact of the Minuspols the glow plug, that is, the ground connection to the engine block is made via the metal tube of the glow plug and the housing.
  • DE 100 30 924 A1 discloses a glow plug 9, as shown in FIG. 2 in a schematic sectional view.
  • Glow plug 9 consists in principle of a heating element 91, a present in the form of a central electrode of the glow plug, for example, connecting pin 92, a
  • Sheathed glow plug housing is disposed between the heating element and the connecting bolt.
  • the graphite tablet is held in each of the DE 10 2009 045 273 A1 removable embodiments by a solid ceramic element in the form of a ceramic ring and isolated from the housing.
  • the known solution by a wire bonding, as described above, inter alia, is expensive to manufacture, must be soldered at the increased, which makes the installation of the glow plug difficult and expensive.
  • the ground connection to the engine always takes place via the plug housing. For this reason, the complete must
  • Plus path relative to the housing which usually consists of metal, are electrically insulated.
  • the housing which usually consists of metal, are electrically insulated.
  • ceramic or plastic sleeves are used, which fix the graphite tablet in the housing and electrically insulated from this.
  • an electrically heatable glow plug with the features of claim 1 is proposed, preferably for the cold start aid of a self-igniting internal combustion engine, such as a diesel engine.
  • Advantageous developments of the invention are characterized by the features of the dependent claims.
  • an electrically heatable glow plug according to the invention comprises a receiving part, a ceramic heating element held in the receiving part with a positive pole and a negative pole, an electrically conductive connecting pin which is in electrical connection with the positive pole, and an electrically conductive connecting element is arranged between the terminal bolt and the positive pole.
  • at least the positive pole and the connecting element are arranged in a recess in the heating element.
  • the receiving part is usually a tubular component, preferably a support tube, which may be formed either as a separate part or sometimes as part of a housing of the glow plug.
  • the ceramic heating element of the glow plug according to the invention also called glow plug, consists in principle of electrically insulating ceramic material, for example silicon nitride, in which highly electrically conductive leads and an internal heating conductor can be embedded, as is known from the prior art discussed above, wherein the heating and cooling elements are embedded Control function is combined in the heating element.
  • the positive terminal is formed by one end of the heating conductor, which according to the invention is exposed to the recess, unlike the prior art, and the negative terminal is connected by a connection of the heating conductor the outer shell of the glow plug instead, which is connected via the receiving part and the housing of the glow plug, which are preferably formed of metal, with the engine block as a ground connection.
  • the glow plug according to the invention may be formed so that a dimension of the recess in the width direction is greater than a dimension of the connecting element in the width direction, ie a width extension of the recess perpendicular to the longitudinal axis of the heating element greater than one
  • Width extension of the connecting element is perpendicular to the longitudinal axis, preferably with a dimension range of the width dimension of the recess of 1 to 2mm. This can be achieved that the connecting element between
  • Connecting element have a tablet form, wherein the connecting element further preferably consists of elastic material.
  • the connecting element further preferably consists of elastic material.
  • Connecting element designed as a compact and / or as produced by a conventional ceramic manufacturing process element.
  • the conductive wire designed as a compact and / or as produced by a conventional ceramic manufacturing process element.
  • Connecting element has in this case electrically conductive properties, wherein the conductive connecting element may comprise, for example, one or more of the following materials in solidified form: a metal powder, in particular a silver powder; a conductive ceramic powder; a graphite. Graphite is preferably used as the material for the connecting element. A wrapped metal mesh would be considered
  • the connecting element also conceivable, wherein the metal should not oxidize.
  • examples of such a metal are copper, bronze, brass, steel, stainless steel, nickel.
  • the use of other suitable electrically conductive materials is possible.
  • a combustion chamber-side end or a combustion chamber-side portion of the connecting bolt which is in communication with the connecting element to an electrical contact between the terminal bolt and the positive pole of
  • Terminal bolt can be permanently maintained with the positive pole of the heating element via the connecting element, without being prone to disconnections due to slight displacements between the individual components.
  • Connecting element in the recess can thereby distribute the connecting element around the arranged in the recess end of the connecting bolt around and to invest in this.
  • the bias of the connecting element or the connecting bolt must also be held by suitable measures in the region of the receiving part or the housing, with a variety of solutions are conceivable.
  • Heating element is achieved isolation of these components relative to the usually electrically conductive receiving part, which can be dispensed with additional insulating components between receiving part, connecting bolt and connecting component.
  • the cavity may be at least partially filled with a material, preferably a ceramic powder such as magnesium oxide and / or alumina, wherein the powder may be compacted, for example by the receiving part by a
  • the glow plug according to the invention may further comprise a cover component.
  • the lid member may be a seal that seals the cavity to hold the ceramic powder in the receiving part and dirt and Moisture does not penetrate. Additionally or alternatively, the lid member may be implemented in the form of an electrically insulating sleeve, which
  • Connection bolt against the receiving component additionally electrically isolated and mechanically supported.
  • a method for producing a previously described electrically heatable glow plug comprises in particular the step of biasing the connecting bolt against the connecting element.
  • the connecting element is arranged in the recess of the heating element and is in electrical connection with the positive pole of the heating element.
  • one end of the connecting bolt which is connected to the connecting element in order to produce an electrical contact between the connecting bolt and the positive pole of the heating element, is arranged at least partially in the recess of the heating element.
  • a glow plug according to the invention has over the above-discussed prior art due to the use of the connecting element the advantage that no wires for contacting between the terminal bolt and the heating element of the glow plug are used, whereby a soldering of wires between these components is unnecessary and this reduces the cost of the entire manufacturing process and reduces waste due to the usually difficult and sometimes faulty assembly. Furthermore, by the inventive solution with internal contact, ie arranged in the interior of the ceramic heater connecting member and combustion chamber end of the connecting bolt an additionally provided support the connecting bolt, at least on the side of the heating element, as well as a separate insulation of the connecting bolt relative to the receiving part, for example a ceramic insulating sleeve, be avoided, which in turn components and assembly steps are reduced and thereby further
  • Figure 1 is a schematic cross-sectional view of a part of a glow plug according to a preferred embodiment of the invention.
  • Figure 2 is a schematic cross-sectional view of a glow plug according to the prior art. Preferred embodiment of the invention
  • Figure 1 shows a schematic sectional view of a front part of a preferred embodiment of a glow plug 1 according to the present invention.
  • Sheathed-element glow plug 1 consists of a receiving part or support tube 2, a heating element or glow plug 3, a connecting bolt 4, a connecting component or
  • a cavity 6 which may optionally be filled with a ceramic powder, such as a magnesium oxide and or alumina, which can be compressed, for example by the diameter of the support tube 2 by a ceramic powder, such as a magnesium oxide and or alumina, which can be compressed, for example by the diameter of the support tube 2 by a ceramic powder, such as a magnesium oxide and or alumina, which can be compressed, for example by the diameter of the support tube 2 by a
  • the thus compacted powder supports the arrangement of the connecting bolt 4 in the interior of the metal support tube 2 and its electrical insulation with respect to the inner wall of the support tube 2.
  • the contacting of the ceramic glow plug 3 is provided so that the positive pole 31 of the glow plug 3 in a
  • Recess 33 of the glow plug 3 is provided on the side remote from the combustion chamber, so to speak as inside positive pole contacting, and wherein the negative terminal 32, optionally as a coating, is provided on the brennraumabgewandten end of the glow plug 3, wherein the negative terminal 32 in direct contact with a tapered portion 21 of the support tube 2 is by the glow plug 3 is pressed or soldered into this and the optional coating between glow plug 3 and section 21 is located.
  • the shape of the Supporting tube 2, in particular the provision of a tapered portion 21 at the combustion chamber end of the support tube 2 is not mandatory, and any other
  • Cross-sectional shape of the support tube 2 is also conceivable, for example, a cylindrical shape with the same diameter or the like throughout.
  • the graphite tablet 5 For continuous maintenance of the positive electrical contact, the graphite tablet 5 must be under tension, the graphite tablet 5 being elastic in this preferred embodiment for this purpose.
  • the connecting bolt 4 When mounting the glow plug 1 according to the invention, the connecting bolt 4 is pressed into the support tube 2, so that the elastic graphite tablet 5, which is located completely in the recess 33, is biased.
  • a combustion chamber-side end 41 of the connecting bolt 4 is likewise located at least partially in the recess 33 of the glow plug 3.
  • the end of the ceramic glow plug 3 remote from the combustion chamber assumes the insulation with respect to the support tube 2.
  • Glow pin end face 34 provided recess 33 having an inner diameter, the width of which is greater than the outer diameter of the circular
  • Graphite tablet 5 is.
  • the graphite of the tablet 5 can flow around the combustion chamber end 41 of the connecting bolt 4 to a certain extent or spread around it, so that the connection between the connecting pin 4 and the ceramic glow plug 3 is formed as an elastic connection.
  • This can, for example, vibrations of the glow plug 1 according to the invention during use in a diesel engine or be equalized without interrupting a contact between terminal pin 4 and glow plug 3 or deteriorate.
  • the cavity 6 of the preferred embodiment of the glow plug according to the invention may also be sealed with the sealing washer 7 so as not to allow dirt and moisture to penetrate and / or to hold the optional ceramic powder in the receiving part.
  • the outer diameter of the sealing washer 7 is in contact with the inner diameter of a wide portion 22 of the support tube 2. Further, the
  • Gasket 7 implemented in the embodiment shown in Figure 1 as an electrically insulating sleeve, in the middle of a recess 71 is provided, in which the
  • Connection bolt 4 is arranged to be stored, whereby the connecting bolt 4 is additionally electrically insulated from the support tube 2. On one or more additional
  • Insulating components between the terminal bolt 4 and the support tube 2 can be dispensed with.

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Abstract

Elektrisch beheizbare Glühstiftkerze (1) mit einem Aufnahmeteil (2), einem in dem Aufnahmeteil (2) gehaltenen keramischen Heizelement (3) mit einem Pluspol (31) und einem Minuspol (32), einem elektrisch leitfähigen Anschlussbolzen (4), der mit dem Pluspol (31) in elektrischer Verbindung steht, und einem elektrisch leitfähigen Verbindungselement (5), das zwischen dem Anschlussbolzen (4) und dem Pluspol (31) angeordnet ist. Dabei sind zumindest der Pluspol (31) und das Verbindungselement (5) in einer Aussparung (33) in dem Heizelement (3) angeordnet. Zusätzlich kann auch ein Abschnitt (41) des Anschlussbolzens (4) zumindest teilweise in der Aussparung (33) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen elektrisch beheizbaren Glühstiftkerze (1), wobei der Anschlussbolzen (4) gegen das Verbindungselement (5) vorgespannt wird.

Description

Beschreibung
Titel
GLÜHSTIFTKERZE MIT KERAMISCHEM HEIZELEMENT MIT INNENLIEGENDER KONTAKTIERUNG, UND
HERSTELLUNGSVERFAHREN DERSELBEN Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Glühkerze oder Glühstiftkerze, und genauer gesagt eine keramische Glühstiftkerze zur Anordnung in einer Kammer einer Brennkraftmaschine, so zum Beispiel einer Vor-, Wirbel- oder Brennkammer eines luftverdichtenden,
selbstzündenden Dieselmotors. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren einer derartigen erfindungsgemäßen Glühstiftkerze.
In modernen Kraftfahrzeugen und anderen Anwendungen kommen verbreitet Dieselmotoren zum Einsatz, die im Vergleich zu benzinbetriebenen Brennkraftmaschinen über einen höheren Wirkungsgrad verfügen. Dieselmotoren benötigen jedoch während des
Anlassvorgangs vielfach eine Kaltstarthilfe, da bei einem Kaltstart eines Dieselmotors eine problemlose Selbstzündung des eingespritzten Dieselkraftstoffs in der Regel nicht möglich ist. Auch nach dem Start können Glühstiftkerzen zum Einsatz kommen, um einen Kaltlauf des Motors sowie dessen Abgasemissionen zu verbessern. Darüber hinaus können unterschiedliche Kraftstoffqualitäten die Zündwilligkeit des komprimierten
Luft/Dieselgemisches herabsetzen.
Um den genannten Effekten zu begegnen, befindet sich in den Brennräumen eines
Dieselmotors normalerweise jeweils mindestens eine elektrisch beheizbare Glühstiftkerze, auch GLP (von dem englischen Fachbegriff„glow plug") genannt, mittels der der Dieselmotor in der Startphase vorgeglüht wird. Glühstiftkerzen können ein Heizelement aus Metall oder aus Keramik aufweisen, auch Glühstift genannt. Derartige Glühstiftkerzen finden weiterhin als Kaltstarthilfe beim Anlassen von mit Kerosin betriebenen Gasturbinen und Ölheizungen verbreitet Anwendung. Bei bekannten Glühstiftkerzen mit einem keramischen Glühstift, sogenannten keramischen Glühstiftkerzen wie sie beispielsweise aus der DE 100 29 004 A1 bekannt sind, besteht der Glühstift üblicherweise aus elektrisch isolierendem
Keramikmaterial, beispielsweise Siliziumnitrid, in das elektrisch hochleitfähige Zuleitungen und ein innenliegender Heizleiter eingebettet sein können. Im Gegensatz zu metallischen Glühstiftkerzen ist dabei die Heiz- und Regelfunktion im Heizleiter kombiniert. Der keramische Glühstift ist in einem Metallrohr fixiert und gasdicht in ein Glühstiftkerzengehäuse eingepresst. Die elektrische Kontaktierung des Pluspols des Glühstifts, der in der Regel durch eine an einem Ende des Glühstifts vorgesehene Kontaktstelle des Heizleiters bereitgestellt wird, findet durch einen Anschlussbolzen statt, der über einen Draht mit dem Pluspol des keramischen Glühstifts verbunden ist, und die elektrische Kontaktierung des Minuspols des Glühstifts, das heißt die Masseverbindung zum Motorblock wird über das Metallrohr des Glühstifts und das Gehäuse hergestellt. Die beschriebene Drahtverbindung eines Anschlussbolzens mit dem Pluspol des Glühstifts der bekannten Glühstiftkerzen verlangt jedoch aufwendige Herstellungsschritte, und es kann dabei vorkommen, dass der Draht bei der Herstellung zerstört und somit die Glühkerze unbrauchbar wird. Um diesem Problem zu begegnen, wurden bereits Lösungen vorgeschlagen, wie sie zum Beispiel aus der DE 100 30 924 A1 bekannt sind. Der DE 100 30 924 A1 ist eine Glühstiftkerze 9 zu entnehmen, wie sie in Figur 2 in einer schematischen Schnittansicht gezeigt ist. Die
Glühstiftkerze 9 besteht prinzipiell aus einem Heizelement 91 , einem beispielsweise in Form einer Zentral-Elektrode der Glühstiftkerze vorliegendem Anschlussbolzen 92, einem
Gehäuse 93 und einem Kontaktstecker 94. Die Plus-Kontaktierung findet hier durch den
Anschlussbolzen 92 über eine Graphittablette 95 als Kontaktelement zu dem Heizelement 91 statt, und eine Minus-Kontaktierung findet über eine aus Graphit bestehende Dichtmasse 96 zu dem Gehäuse 93 statt. Um einen Kurzschluss zu verhindern, sind die Graphittablette 95 und der Anschlussbolzen 92 durch Keramikspannhülsen 97 und 98 gegenüber dem
Gehäuse 93 isoliert. Eine derartige Isolierung gegenüber dem Gehäuse verlangt jedoch zusätzliche Bauteile und Herstellungsschritte, was die Herstellungskosten der Glühstiftkerze negativ beeinflusst. Um den oben genannten Problemen zu begegnen gibt es Ansätze, die Plus-Kontaktierung einer Glühstiftkerze zwischen Heizelement und Anschlussbolzen mit einer Graphittablette auf vereinfachte Art und Weise umzusetzen. Beispiele dafür sind der DE 10 2009 045 273 A1 entnehmbar, wobei die Graphittablette in verschiedenen Größen und Ausführungen, abhängig von der Gestalt und der Aufteilung des
Glühstiftkerzengehäuses, zwischen dem Heizelement und dem Anschlussbolzen angeordnet ist. Die Graphittablette wird dabei in jeder der der DE 10 2009 045 273 A1 entnehmbaren Ausführungen durch ein festes keramisches Element in Form eines Keramikrings gehalten und gegenüber dem Gehäuse isoliert. Die bekannte Lösung durch eine Drahtkontaktierung, wie sie unter anderem oben beschrieben ist, ist aufwendig in der Herstellung, bei der vermehrt gelötet werden muss, was die Montage der Glühstiftkerze schwierig und teuer macht. Bei den bekannten Lösungen mit einer Graphittablette, wie sie ebenfalls oben beschrieben sind, erfolgt die Masseverbindung zum Motor immer über das Kerzengehäuse. Aus diesem Grund muss der komplette
Pluspfad gegenüber dem Gehäuse, das üblicherweise aus Metall besteht, elektrisch isoliert werden. Zu diesem Zweck kommt in der Regel eine oder mehrere speziell dafür
vorgesehene Keramik- oder Kunststoffhülsen zum Einsatz, die die Graphittablette in dem Gehäuse fixieren und gegenüber diesem elektrisch isolieren.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine elektrisch beheizbare Glühstiftkerze mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen, vorzugsweise zur Kaltstarthilfe einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, wie zum Beispiel eines Dieselmotors. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche gekennzeichnet. Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung umfasst eine erfindungsgemäße elektrisch beheizbare Glühstiftkerze ein Aufnahmeteil, ein in dem Aufnahmeteil gehaltenes keramisches Heizelement mit einem Pluspol und einem Minuspol, einen elektrisch leitfähigen Anschlussbolzen, der mit dem Pluspol in elektrischer Verbindung steht, und ein elektrisch leitfähiges Verbindungselement, das zwischen dem Anschlussbolzen und dem Pluspol angeordnet ist. Dabei sind zumindest der Pluspol und das Verbindungselement in einer Aussparung in dem Heizelement angeordnet. Das Aufnahmeteil ist üblicherweise ein rohrförmiges Bauteil, vorzugsweise ein Stützrohr, das entweder als separates Teil oder auch mitunter als Teil eines Gehäuses der Glühstiftkerze ausgebildet sein kann. Das keramische Heizelement der erfindungsmäßigen Glühstiftkerze, auch Glühstift genannt, besteht dabei wie aus dem oben diskutierten Stand der Technik bekannt prinzipiell üblicherweise aus elektrisch isolierendem Keramikmaterial, beispielsweise Siliziumnitrid, in das elektrisch hochleitfähige Zuleitungen und ein innenliegender Heizleiter eingebettet sein können, wobei die Heiz- und Regelfunktion im Heizleiter kombiniert ist. Der Pluspol wird durch ein Ende des Heizleiters ausgebildet, das hier anders als im Stand der Technik erfindungsgemäß zu der Aussparung hin freiliegt, und der Minuspol findet durch eine Verbindung des Heizleiters mit der Außenhülle des Glühstifts statt, die über das Aufnahmeteil und das Gehäuse der Glühstiftkerze, die vorzugsweise aus Metall ausgebildet sind, mit dem Motorblock als Masseverbindung verbunden ist. Durch die Einbettung des Verbindungselements in der Aussparung des Heizelements, also der in der Aussparung liegenden Plus-Kontaktierung, bei der die Aussparungsform der Gestalt des Verbindungselements entsprechen kann, wird eine separate Fixierung des Verbindungselements überflüssig. Ferner wird bereits durch die gehaltene Anordnung des Verbindungselements in der Aussparung in dem keramischen Heizelement eine Isolierung gegenüber dem elektrisch leitenden Aufnahmeteil erreicht, wodurch auf zusätzliche isolierende Bauteile zwischen Aufnahmeteil und Verbindungsbauteil verzichtet werden kann. Dabei ist es vorzuziehen, dass das Verbindungselement vollständig in der Aussparung aufgenommen ist. In einer Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Glühstiftkerze so ausgebildet sein, dass eine Dimension der Aussparung in Breitenrichtung größer als eine Dimension des Verbindungselements in Breitenrichtung ist, also eine Breitenausdehnung der Aussparung senkrecht zu der Längsachse des Heizelements größer als eine
Breitenausdehnung des Verbindungselements senkrecht zu dessen Längsachse ist, vorzugsweise mit einem Dimensionsbereich der Breitenausdehnung der Aussparung von 1 bis 2mm. Damit kann erreicht werden, dass sich das Verbindungselement zwischen
Aussparungsinnenwand und Anschlussbolzen ausdehnen kann und dadurch eine elektrische Verbindung zwischen Anschlussbolzen und Pluspol des Heizelements durch die
ausgedehnte beziehungsweise verformte Verbindungselementgestalt verbessert wird. In einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Glühstiftkerze kann das
Verbindungselement eine Tablettenform aufweisen, wobei das Verbindungselement weiter vorzugsweise aus elastischem Material besteht. Beispielsweise kann das
Verbindungselement als Pressling ausgestaltet sein und/oder als nach einem üblichen keramischen Herstellungsverfahren hergestelltes Element. Das leitfähige
Verbindungselement weist dabei elektrisch leitfähige Eigenschaften auf, wobei das leitfähige Verbindungselement beispielsweise eines oder mehrere der folgenden Materialien in verfestigter Form umfassen kann: ein Metallpulver, insbesondere ein Silberpulver; ein leitfähiges Keramikpulver; ein Graphit. Graphit kommt dabei bevorzugt als Material für das Verbindungselement zur Anwendung. Ein aufgewickeltes Metallgeflecht wäre als
Ausgestaltung für das Verbindungselement ebenfalls denkbar, wobei das Metall nicht oxidieren sollte. Beispiele für ein derartiges Metall sind Kupfer, Bronze, Messing, Stahl, rostfreier Stahl, Nickel. Alternativ oder zusätzlich ist jedoch auch die Verwendung anderer geeigneter elektrisch leitender Materialien möglich.
Weiter vorzugsweise ist ein brennraumseitiges Ende beziehungsweise ein brennraumseitiger Abschnitt des Anschlussbolzens, der mit dem Verbindungselement in Verbindung steht, um einen elektrischen Kontakt zwischen dem Anschlussbolzen und dem Pluspol des
Heizelements herzustellen, zumindest teilweise in der Aussparung des Heizelements vorgesehen beziehungsweise darin angeordnet. Der Anschlussbolzen ist ferner
vorzugsweise gegen das insbesondere elastische Verbindungselement vorgespannt, wobei der Anschlussbolzen in Richtung des Heizelements eingedrückt wird und das
Verbindungselement damit zwischen Heizelement und Anschlussbolzen gedrückt oder gequetscht eingespannt ist. Dadurch wird erreicht, dass eine Kontaktierung des
Anschlussbolzens mit dem Pluspol des Heizelements über das Verbindungselement dauerhaft aufrechterhalten werden kann, ohne anfällig für Verbindungsabbrüche aufgrund leichter Verschiebungen zwischen den einzelnen Bauteilen zu sein. Im Falle der Anordnung des einen Endes des Anschlussbolzens zusammen mit dem elastischen
Verbindungselement in der Aussparung kann sich dabei das Verbindungelement um das in der Aussparung angeordnete Ende des Anschlussbolzens herum verteilen und sich an dieses anzulegen. Die Vorspannung des Verbindungselements beziehungsweise des Anschlussbolzens muss ferner durch geeignete Maßnahmen im Bereich des Aufnahmeteils oder des Gehäuses gehalten werden, wobei verschiedenste Lösungen denkbar sind.
Weiter vorzugsweise liegt innerhalb des Aufnahmeteils zwischen dem Anschlussbolzen und dem Aufnahmeteil ein Hohlraum vor. Durch die gehaltene Anordnung des Anschlussbolzens zusammen mit dem Verbindungselement in der Aussparung in dem keramischen
Heizelement wird eine Isolierung dieser Bauteile gegenüber dem üblicherweise elektrisch leitenden Aufnahmeteil erreicht, wodurch auf zusätzliche isolierende Bauteile zwischen Aufnahmeteil, Anschlussbolzen und Verbindungsbauteil verzichtet werden kann. Der Hohlraum kann zumindest teilweise mit einem Material befüllt sein, vorzugsweise einem keramischen Pulver wie zum Beispiel Magnesiumoxid und/oder Aluminiumoxid, wobei das Pulver verdichtet werden kann, beispielsweise indem das Aufnahmeteil durch einen
Rundknetprozess im Durchmesser verringert wird. Das dadurch verdichtete Pulver stützt den Anschlussbolzen im Inneren des Aufnahmebauteils und isoliert diesen gegenüber dem Aufnahmebauteil. Ferner kann die erfindungsgemäße Glühstiftkerze des Weiteren ein Deckelbauteil aufweisen. Das Deckelbauteil kann eine Dichtung sein, die den Hohlraum abschließt, um das keramische Pulver in dem Aufnahmeteil zu halten und Schmutz und Feuchtigkeit nicht eindringen zu lassen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Deckelbauteil in Form einer elektrisch isolierenden Hülse umgesetzt sein, die den
Anschlussbolzen gegenüber dem Aufnahmebauteil zusätzlich elektrisch isoliert und mechanisch abstützt.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer vorhergehend beschriebenen elektrisch beheizbaren Glühstiftkerze insbesondere den Schritt des Vorspannens des Anschlussbolzens gegen das Verbindungselement. Dabei ist das Verbindungselement in der Aussparung des Heizelements angeordnet und steht mit dem Pluspol des Heizelements in elektrischer Verbindung. Vorzugsweise ist zudem ein Ende des Anschlussbolzens, das mit dem Verbindungselement in Verbindung steht, um einen elektrischen Kontakt zwischen dem Anschlussbolzen und dem Pluspol des Heizelements herzustellen, zumindest teilweise in der Aussparung des Heizelements angeordnet. Die Schritte des Fertigens der einzelnen Komponenten, des Zusammenführen des Heizelements mit dem Aufnahmeteil sowie die letztendliche Anordnung des Aufnahmeteils mitsamt den oben beschriebenen Komponenten in dem Gehäuse der Glühstiftkerze sind aus dem Stand der Technik bereits weitestgehend bekannt und demnach vorausgesetzt.
Vorteile der Erfindung
Eine gemäß der Erfindung ausgeführte Glühstiftkerze hat gegenüber dem oben diskutierten Stand der Technik aufgrund des Einsatzes des Verbindungselements den Vorteil, dass kein Drähte zur Kontaktierung zwischen dem Anschlussbolzen und dem Heizelement der Glühstiftkerze zur Anwendung kommen, wodurch ein Verlöten von Drähten zwischen diesen Bauteilen unnötig wird und dadurch der gesamte Herstellungsprozess kostengünstiger und Ausschuss aufgrund der üblicherweise schwierigen und gelegentlich fehlerbehafteten Montage reduziert wird. Ferner kann durch die erfindungsgemäße Lösung mit innen liegender Kontaktierung, also mit im Inneren des keramischen Heizelements angeordneten Verbindungsbauteil und brennraumseitigen Ende des Anschlussbolzens eine zusätzlich vorgesehene Halterung des Anschlussbolzens, zumindest auf Seiten des Heizelements, sowie eine gesonderte Isolierung des Anschlussbolzens gegenüber dem Aufnahmeteil, beispielsweise durch eine keramische Isolationshülse, vermieden werden, wodurch wiederum Bauteile und Montageschritte verringert werden und dadurch weitere
Kosteneinsparungen erzielt werden können. Weitere Vorteile und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Es zeigen
Figur 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Teils einer Glühstiftkerze gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
Figur 2 eine schematische Querschnittsansicht einer Glühstiftkerze gemäß dem Stand der Technik. Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Figur 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines vorderen Teils einer bevorzugten Ausführungsform einer Glühstiftkerze 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die
erfindungsgemäße Glühstiftkerze 1 besteht aus einem Aufnahmeteil oder Stützrohr 2, einem Heizelement oder Glühstift 3, einem Anschlussbolzen 4, einem Verbindungsbauteil oder
Graphittablette 5, sowie einer Dichtungsscheibe 7. In dem Stützrohr 2 befindet sich zwischen dem Innenumfang des Stützrohrs 2, dem Außenumfang des Anschlussbolzens 4 sowie der Dichtungsscheibe 7 ein Hohlraum 6, der optional mit einem keramischen Pulver gefüllt sein kann, wie zum Beispiel einem Magnesiumoxid und/oder Aluminiumoxid, das verdichtet werden kann, beispielsweise indem der Durchmesser des Stützrohrs 2 durch einen
Rundknetprozess verringert wird. Das dadurch verdichtete Pulver unterstützt die Anordnung des Anschlussbolzens 4 im Inneren des metallenen Stützrohrs 2 und dessen elektrische Isolierung gegenüber der Innenwand des Stützrohrs 2. Die Kontaktierung des keramischen Glühstifts 3 ist dabei so vorgesehen, dass der Pluspol 31 des Glühstifts 3 in einer
Aussparung 33 des Glühstifts 3 an dessen brennraumabgewandten Seite vorgesehen ist, sozusagen als innen liegende Pluspol-Kontaktierung, und wobei der Minuspol 32, optional als Beschichtung, auf dem brennraumabgewandten Ende des Glühstifts 3 vorgesehen ist, wobei der Minuspol 32 in direktem Kontakt mit einem sich verjüngenden Abschnitt 21 des Stützrohrs 2 steht, indem der Glühstift 3 in diesen eingepresst oder eingelötet ist und sich die optionale Beschichtung zwischen Glühstift 3 und Abschnitt 21 befindet. Die Form des Stützrohrs 2, insbesondere das Vorsehen eines sich verjüngenden Abschnitts 21 an dem brennraumseitigen Ende des Stützrohrs 2 ist nicht zwingend, und jede andere
Querschnittsform des Stützrohrs 2 ist ebenso denkbar, beispielsweise eine zylindrische Form mit durchgehend gleichem Durchmesser oder dergleichen.
Ein Kontakt zwischen dem als Zentralelektrode wirkenden Anschlussbolzen 4 sowie dem Glührohr 3 kommt durch die zwischen dem Anschlussbolzen 4 und dem Glührohr 3 angeordnete Graphittablette 5 zustande, wobei die Graphittablette 5 vollständig in der Aussparung 33 des Glührohrs 3 an dessen brennraumabgewandter Seite angeordnet beziehungsweise untergebracht ist. Der Pluspol 31 des Glühstifts 3 steht dabei mit der Graphittablette 5 in direkter elektrischer Verbindung, und der Anschlussbolzen 4 steht wiederum in direktem elektrischen Kontakt mit der Graphittablette 5.
Zur möglichst durchgehenden Aufrechterhaltung des elektrischen Pluskontakts muss die Graphittablette 5 unter Spannung stehen, wobei die Graphittablette 5 in dieser bevorzugten Ausführungsform zu diesem Zweck elastisch ist. Bei der Montage der erfindungsgemäßen Glühstiftkerze 1 wird der Anschlussbolzen 4 in das Stützrohr 2 eingedrückt, so dass die elastische Graphittablette 5, die sich vollständig in der Aussparung 33 befindet, vorgespannt ist. Ein brennraumseitiges Ende 41 des Anschlussbolzens 4 befindet sich bei dieser Anordnung ebenfalls zumindest teilweise in der Aussparung 33 des Glühstifts 3. Dadurch übernimmt das brennraumabgewandte Ende des keramischen Glühstifts 3 die Isolation gegenüber dem Stützrohr 2.
In der bevorzugten Ausführungsform, wie sie in Figur 1 gezeigt ist, ist die in Form einer kreisförmigen Bohrung oder eines Sacklochs in der brennraumabgewandten
Glühstiftstirnfläche 34 vorgesehene Aussparung 33 mit einem Innendurchmesser versehen, dessen Breitenausdehnung größer als der Außendurchmesser der kreisförmigen
Graphittablette 5 ist. Durch diesen Umstand, zusammen mit der Vorspannung der elastischen Graphittablette 5 durch den Anschlussbolzen 4 in der Aussparung 33, kann das Graphit der Tablette 5 zu einem gewissen Ausmaß das brennraumseitige Ende 41 des Anschlussbolzens 4 umfließen beziehungsweise sich um dieses verteilen, so dass die Verbindung zwischen dem Anschlussbolzen 4 und dem keramischen Glühstift 3 als elastische Verbindung ausgebildet ist. Dadurch können beispielsweise Erschütterungen der erfindungsgemäßen Glühstiftkerze 1 während eines Einsatzes in einem Dieselmotor oder dergleichen ausgeglichen werden, ohne eine Kontaktierung zwischen Anschlussbolzen 4 und Glühstift 3 zu unterbrechen oder zu verschlechtern.
Der Hohlraum 6 der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäße Glühstiftkerze kann ferner mit der Dichtungsscheibe 7 abgedichtet sein, um Schmutz und Feuchtigkeit nicht eindringen zu lassen und/oder das optionale keramische Pulver in dem Aufnahmeteil zu halten. Dabei steht der Außendurchmesser der Dichtungsscheibe 7 in Kontakt mit dem Innendurchmesser eines breiten Abschnitts 22 des Stützrohrs 2. Ferner ist die
Dichtungsscheibe 7 bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform als elektrisch isolierende Hülse umgesetzt, in deren Mitte eine Aussparung 71 vorgesehen ist, in welcher der
Anschlussbolzen 4 gelagert angeordnet ist, wodurch der Anschlussbolzen 4 gegenüber dem Stützrohr 2 zusätzlich elektrisch isoliert ist. Auf ein oder mehrere zusätzliche
Isolierkomponenten zwischen dem Anschlussbolzen 4 und dem Stützrohr 2 kann damit verzichtet werden.
Als Einsatzgebiet für eine derartig aufgebaute Glühstiftkerze sind noch weitere
Anwendungsgebiete der oben beschriebenen Stützrohr-Anordnung denkbar, wie zum Beispiel für einen Kraftstoffheizer wie beispielsweise einen Ethanolheizer in einem Flex- Startsystem, oder jede Form von elektrischem Rohrheizkörper, in dem ein nicht isolierter Heizwiderstand in eine Pulverpackung eingebettet ist.

Claims

Ansprüche 1 . Elektrisch beheizbare Glühstiftkerze (1 ) mit
einem Aufnahmeteil (2),
einem in dem Aufnahmeteil (2) gehaltenen keramischen Heizelement (3) mit einem Pluspol (31 ) und einem Minuspol (32),
einem elektrisch leitfähigen Anschlussbolzen (4), der mit dem Pluspol (31 ) in elektrischer Verbindung steht, und
einem elektrisch leitfähigen Verbindungselement (5), das zwischen dem Anschlussbolzen (4) und dem Pluspol (31 ) angeordnet ist,
gekennzeichnet dadurch, dass
zumindest der Pluspol (31 ) und das Verbindungselement (5) in einer Aussparung (33) in dem Heizelement (3) angeordnet sind.
2. Glühstiftkerze nach Anspruch 1 , wobei das Verbindungselement (5) vollständig in der Aussparung (33) aufgenommen ist.
3. Glühstiftkerze nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Abschnitt (41 ) des Anschlussbolzens (4), der mit dem Verbindungselement (5) in Verbindung steht, zumindest teilweise in der Aussparung (33) angeordnet ist.
4. Glühstiftkerze nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Dimension der Aussparung (33) in Breitenrichtung größer als eine Dimension des Verbindungselements (5) in Breitenrichtung ist.
5. Glühstiftkerze nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das
Verbindungselement (5) eine Tablettenform aufweist.
6. Glühstiftkerze nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das
Verbindungselement (5) aus einem Metallgeflecht besteht, vorzugsweise wobei das
Metallgeflecht aufgewickelt ist.
7. Glühstiftkerze nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das
Verbindungselement (5) aus elastischem Material besteht, vorzugsweise auf Graphitbasis.
8. Glühstiftkerze nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das
Verbindungselement (5) durch den Anschlussbolzen (4) vorgespannt ist.
9. Glühstiftkerze nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei innerhalb des Aufnahmeteils (2) zwischen dem Anschlussbolzen (4) und dem Aufnahmeteil (2) ein Hohlraum (6) vorliegt.
10. Glühstiftkerze nach Anspruch 9, wobei der Hohlraum (6) zumindest teilweise befüllt ist, vorzugsweise mit einem keramischen Pulver.
1 1 . Glühstiftkerze nach Anspruch 9 oder 10, des Weiteren mit einem Deckelbauteil (7), das den Hohlraum (6) abschließt und vorzugsweise den Anschlussbolzen (4) gegenüber dem Aufnahmeteil (2) elektrisch isoliert und abstützt.
12. Verfahren zur Herstellung einer elektrisch beheizbaren Glühstiftkerze, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anschlussbolzen (4) gegen das Verbindungselement (5) vorgespannt wird.
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