EP3189273B1

EP3189273B1 - Glühkerze

Info

Publication number: EP3189273B1
Application number: EP15759410.2A
Authority: EP
Inventors: Eberhard Janzen; Gebro GABRIYEL; Albrecht Geissinger; Jean-Marc Couffignal
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-09-01
Filing date: 2015-08-18
Publication date: 2018-08-15
Anticipated expiration: 2035-08-18
Also published as: WO2016034399A1; FR3025153A1; CN106605100B; JP2017525928A; EP3189273A1; JP6283768B2; CN106605100A; FR3025153B1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Glühkerze mit einem Heizstift, der aus einer Metallhülle gebildet ist, welche eine Heizpatrone aus Keramik aufnimmt und mit dem vorderen Bereich eines rohrförmigen Körpers verschweißt ist, dessen hinterer Bereich einen Verbinder für die elektrische Versorgung trägt, wobei die elektrische Verbindung mit der Masse über die Metallhülle und dem rohrförmigen Körper erfolgt, wobei die Versorgung ausgehend vom Verbinder über eine Mittelelektrode erfolgt, die im rohrförmigen Körper isoliert aufgenommen ist.

Stand der Technik

Es sind bereits zahlreiche Ausführungsformen solcher Glühkerzen und insbesondere eine Glühkerze bekannt, welche die Verbindung zwischen der Versorgung der keramischen Heizpatrone mit der Mittelelektrode durch Einschrauben einer Gewindestange in eine Metallfeder herstellt, die aus dem aus der Heizkeramik austretenden Verbindungsdraht gebildet ist. Diese Anordnung wird über ein Isolierpulver in Stellung gehalten, das in der Metallhülle enthalten ist, die in den rohrförmigen Körper der Kerze eingeschoben ist. Der elektrische Kontakt und der Halt in Stellung ergeben sich aus dem Verdichten des Isolierpulvers um die verschraubten Teile herum.
Dokumente WO 02/01112 A1 und DE 102005029839 A1 stellen darüber hinaus einen für die Erfindung relevanten Stand der Technik dar.

Ziel der Erfindung

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, den Aufbau und die Herstellung einer Glühkerze zu vereinfachen, indem das verdichtete Isolierpulver im Inneren der Glühkerze weggelassen wird, um den Materialaufwand und den Herstellungsaufwand für die Glühkerze zu vermindern, indem die Herstellungsschritte und die Anzahl an Teilen, die bei der Ausführung der Glühkerze mitwirken, vermindert werden.

Darlegung und Vorteile der Erfindung

Um die Beschreibung zu vereinfachen wird standardmäßig der Begriff der Ausrichtung "vorn" / "hinten" in den verschiedenen Figuren verwendet, wobei die Vorderseite bzw. linke Seite der Figuren der Seite der Heizpatrone der Glühkerze entspricht und die Hinterseite bzw. rechte Seite der Seite des Anschlussstutzens der Glühkerze entspricht.
Dazu liegt die Aufgabe der Erfindung in einer Glühkerze vom vorangehend definierten Typ, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung zwischen der hinteren Bodenwand der Heizpatrone, die mit einem Eingangskontakt versehen ist, und dem vorderen Ende der Mittelelektrode enthält:

ein elektrisch leitendes Verbindungsstück,
einen elektrisch leitenden zylindrischen Kopf, der an die Vorderseite der Mittelelektrode befestigt ist und einen Abstützbund zum Abstützen an der Hinterseite aufweist,
eine elektrisch isolierende Hülse, welche den vorderen Abschnitt des Kopfes über den Bund hinaus und teilweise das Verbindungsstück umgibt,
wobei der rohrförmige Körper eine Senkung an seinem vorderen Ende aufweist, die eine Abstützschulter bildet, welche eine isolierende Zentrier- und Isolierscheibe aufnimmt, wobei der Bund im Querschnitt kleiner als die Senkung ist, um an der Schulter aufzuliegen,
wobei die aus dem Verbindungsstück und dem Kopf zusammengesetzte Untereinheit zwischen dem Versorgungskontakt der Bodenwand der Heizpatrone und der Abstützschulter des rohrförmigen Körpers axial zusammengedrückt wird, wobei das Verbindungsstück mit seiner Vorderseite am Eingangskontakt und mit seiner Hinterseite am vorderen Ende des Kopfes anliegt, dessen Bund mittels der Isolierscheibe an der Abstützung anliegt.

Die erfindungsgemäße Glühkerze hat einen besonders einfachen Aufbau, bei dem die Verwendung eines Isolierpulvers um die Verbindungselemente herum zwischen der Heizpatrone und der Mittelelektrode vermieden wird, wodurch die Herstellung vereinfacht wird und eine zuverlässige, wirkungsvolle und wirtschaftliche Glühkerze erhalten wird.
Gemäß einem vorteilhaften Merkmal besteht das Verbindungsstück aus Graphit.
Mit dem Verbindungsstück aus Graphit kann eine einwandfreie elektrische Leitfähigkeit zwischen der Mittelelektrode bzw. dem vorderen Ende der Mittelelektrode und der Hinterseite der Heizpatrone im Bereich des Eingangskontakts bzw. Versorgungskontakts des Stromkreises des Heizwiderstands sichergestellt werden.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal ist der Kopf ein elektrisch leitender Metallzylinder, der von dem Bund in einen vorderen Abschnitt und in einen hinteren Abschnitt aufgeteilt wird.
Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal ist der Bund im Querschnitt kegelstumpfförmig. Mit diesem kegelstumpfförmigen Querschnitt des Bundes ist es möglich, die Kräfte auf eine bedeutende Abstützfläche gut zu verteilen, die aus der Abstützschulter der Senkung des Zylinderkörpers besteht, damit sämtliche Druckkräfte, welche die elektrische Leitung zwischen der Heizpatrone und der Mittelelektrode gewährleisten, auf den Bereich beschränkt werden, der zwischen der Hinterseite der Heizpatrone und dem Kopf liegt, ohne dass diese Kräfte sich auf die Mittelelektrode auswirken und sie in dem rohrförmigen Körper verformen können und einen Kurzschluss mit der Masse hervorrufen können, mit welcher der rohrförmige Körper verbunden ist.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal ist die Heizpatrone bezüglich des Basisteils der Hülle des Heizstifts rückspringend ausgeführt, um eine Kammer zu bilden, welche zumindest teilweise das Verbindungsstück und teilweise den Kopf aufnimmt, wobei diese beiden Elemente von der Isolierhülse umgeben werden.
Diese Kammer, die in der Metallhülle in ihrem aus dem Basisteil bestehenden dickeren Teil ausgebildet ist, ermöglicht es, den Hohlraum bzw. zumindest den Hauptteil des Raums zu bilden, in welchem die Anschlusselemente aufgenommen werden, die zwischen der Hinterseite der Heizpatrone und der Mittelelektrode zusammengedrückt sind, d. h. die Verlängerung der Mittelelektrode, die aus dem Kopf besteht, der sich seinerseits an der Abstützschulter der Senkung abstützt. Dadurch ist es möglich, die Tiefe der Senkung zu vermindern und dabei nicht die mechanische Festigkeit des rohrförmigen Körpers zu schwächen, ohne eine Erhöhung der Materialdicke des rohrförmigen Körpers zu erfordern.
Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal hat die Isolierscheibe einen Durchgang, der merklich kleiner ist als der Querschnitt des hinteren Abschnitts des Kopfes bzw. der Mittelelektrode.
Die Abmessung der Durchgangsbohrung der Isolierscheibe gestattet es, die genaue Zentrierung der Mittelelektrode bzw. ihrer Verlängerung aufgrund einer geringfügigen Spannung sicherzustellen, die auf die elastische Verformung des hinteren Abschnitts des Kopfs erfolgt, der hinter dem Bund liegt und unter normalen Bedingungen in der Isolierscheibe aufgenommen wird.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal greift die Isolierhülse zumindest teilweise in die Kammer der Metallhülle ein, wodurch eine einwandfreie Zentrierung der elektrischen Verbindungselemente zwischen der Hinterseite der Heizpatrone und dem vorderen Ende der Mittelelektrode, das aus deren angesetztem Kopf besteht, sichergestellt wird.
Aufgabe der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Herstellen einer Glühkerze, wie sie vorangehend definiert ist. Dieses Herstellungsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass

der rohrförmige Köper mit einer Senkung ausgebildet wird, die eine Abstützschulter an seinem vorderen Ende bildet,
eine Isolierscheibe in die Senkung an die Abstützschulter gelegt wird,
die Mittelelektrode eingesetzt wird, an welche zuvor der Kopf befestigt wurde, indem er in die Isolierscheibe eingeschoben wird, um dessen Bund in Anlage an die Scheibe zu bringen, und indem so die Mittelelektrode in dem rohrförmigen Körper zentriert wird,
die Isolierhülse an den vorderen Abschnitt des Kopfes gesetzt wird,
das Verbindungsstück in die Isolierhülse eingeführt wird, indem man es mit seiner Vorderseite auf natürliche Weise vorstehen lässt, wobei seine Hinterseite an den vorderen Abschnitt des Kopfes anliegt,
der zuvor an die Isolierhülse montierte Heizstift so eingesetzt wird, dass die Vorderseite des Zwischenstücks zumindest im Wesentlichen in Kontakt mit der Hinterseite der Heizpatrone in ihrer Kammer steht, wobei die geometrischen Parameter der verschiedenen Bauteile derart sind, dass ein Freiraum zwischen der Hinterseite des Basisteils des Heizstifts und der Vorderseite des rohrförmigen Körpers verbleibt,
der Heizstift und der rohrförmige Körper axial zusammengedrückt werden, um die gegenüberliegenden Seiten der Metallhülle der Heizpatrone und den rohrförmigen Körper einander anzunähern und zumindest im Wesentlichen in Kontakt zu bringen, um sie durch Verschweißen zusammenzufügen,
die Montage durch Einsetzen der Dichtung der Isolierbuchse und schließlich des Verbinders an das hintere Ende der Mittelelektrode fertiggestellt wird, indem die Dichtheit und die elektrische Isolierung zwischen dem Verbinder und dem rohrförmigen Körper hergestellt werden.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal erfolgt das Verschweißen des Basisteils und des rohrörmgen Körpers mit Laser, insbesondere durch eine Drehbewegung um die Achse der Kerze herum. Dieser Laserschweißverfahren ermöglicht ein besonders wirkungsvolles, dichtes und schnelles Verschweißen.
Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal erfolgt die Montage der Vorderseite der Glühkerze mit dem vertikal ausgerichteten rohrförmigen Körper, wobei dessen vorderes Ende nach oben gewandt ist, und die so montierte Untereinheit wird so umgedreht, dass die Achse vertikal verläuft, jedoch das hintere Ende des rohrförmigen Körpers und das der Mittelelektrode nach oben gewandt sind, um die Dichtung, die Isolierhülse und den Verbinder insbesondere durch Börderlung am hinteren Ende der Mittelelektrode zu montierten.
Wie bei der Montage des vorderen Abschnitts der Glühkerze in vertikaler Ausrichtung ist es besonders interessant, dass beim Montieren des hinteren Abschnitts der Glühkerze die dem vorderen Abschnitt der Glühkerze entsprechende montierte Untereinheit umgedreht wird, um dann den hinteren Abschnitt der Glühkerze zu montieren und insbesondere die Bauteile zu vereinen und den Verbinder zu montieren, und zwar mit einer bestimmten Druckkraft auf den rohrförmigen Körper durch Bördelung an das hintere Ende, das vorzugsweise gerändelt oder aufgeraut oder mit einem Gewinde des hinteren Endes der Mittelelektrode versehen ist, das so die Kräfte aufnimmt.
Somit ist die erfindungsgemäße Glühkerze sowohl aufgrund ihres Aufbaus als auch aufgrund ihres Herstellungsverfahrens insgesamt besonders einfach, wirkungsvoll und wirtschaftlich.

Zeichnungen

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend näher anhand einer Ausführungsform einer Glühkerze beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, worin zeigt:

Figur 1 eine Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Glühkerze,
Figur 2 in den beiden Teilen 2A und 2B den besonderen Aufbau des vorderen Endes und des hinteren Endes der Glühkerze,
Figur 2A eine Schnittansicht teilweise in Explosionsansicht des vorderen Endes der in ihrer Achse xx aufgeschnittenen Glühkerze,
Figur 2B eine Ansicht teilweise in Explosionsansicht und im Schnitt des hinteren Endes der in ihrer Achse xx aufgeschnittenen Glühkerze,
Figur 3 eine axiale Schnittansicht des vorderen Endes der Glühkerze gemäß Figur 2A,
Figur 3A eine axiale Schnittansicht des vorderen Endes der Glühkerze der druckfreien Zusammenfügungen vor dem Verschweißen,
Figur 4 in den Teilen 4A und 4B die verschiedenen Schritte des Zusammenfügens einer Glühkerze nach Figur 1.

Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung

Nach Figur 1 ist Gegenstand der Erfindung eine Glühkerze, die aus einem rohrförmigen Körper 1 besteht, der an der Vorderseite AV einen Heizstift 2 und am hinteren Ende 110 (AR) einen Verbinder 3 trägt, wodurch es möglich ist, die Glühkerze mit den besonderen Verbindungselementen (nicht dargestellt) eines jeden Fahrzeugherstellers zu verbinden.
Der Heizstift 2 ist über seine elektrische Verbindung mit der Metallhülle 21 an die Masse angelegt, wobei der rohrförmige Körper 1 seinerseits in Kontakt mit der Masse des Bordnetzes des Fahrzeugs ist; die Versorgung erfolgt über den Verbinder 3, der über eine nicht dargestellte Steuervorrichtung mit dem Bordnetz verbunden ist, welche die Versorgung des Heizstifts 2 über die Mittelelektrode 7 durch den Körper 1 hindurch steuert.
Der nähere Aufbau der Glühkerze gemäß der Erfindung wird anhand der näheren Zeichnungen auf Figur 2A, 2B und 3 erläutert; das Montageverfahren wird anhand von Figur 4 und deren Teile 4A, 4B beschrieben.
Nach Figur 2A, 3, setzt sich die Vorderseite der Glühkerze aus dem Heizstift 2 zusammen, der mit dem rohrförmigen Körper 1 in der Achse xx der Glühkerze montiert ist.
Der Heizstift 2 setzt sich aus einer zylindrischen Metallhülle 21 zusammen, die eine keramische Heizpatrone 22 aufnimmt, welche einen Stromkreis 23 mit einem Heizwiderstand 231, einem Massekontakt 232 an seinem Umfang und einem Eingangskontakt 233 in seiner Bodenwand 24 oder Hinterseite umfasst. Die Hinterseite 24 der Heizpatrone 22 ist bezüglich des hinteren Endes der Metallhülle 21 und des Basisteils 26 rückspringend ausgeführt, indem eine Kammer 25 gebildet wird.
Die Verbindung des Kontakts 232 und der Metallhülle 21 erfolgt durch Verlöten, Einpressen, Aufschrumpfen oder durch Einpressen und Aufschrumpfen in Kombination. Diese Verbindung trägt das Bezugszeichen 201. Sie betrifft vorzugsweise die gesamte Umfangsfläche der Heizpatrone 22 und die gesamte Innenfläche des zylindrischen Abschnitts der Metallhülle 21.
Die Metallhülle 21 mit zylindrischer Form endet auf der hinteren Seite mit einem Basisteil 26, das einen Dichtkegel 27 bildet, der zum Abstützen der Glühkerze am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine dient, wobei das vordere Ende, das aus dem Heizstift 2 gebildet ist, in den Verbrennungsraum des Zylinders des Motors vorspringt.
Der Stromkreis 23 ist durch die Masse über seinen Kontakt 232 mit der Metallhülle 21 in Kontakt; sein Eingangskontakt 233 ist mit dem Verbinder 3 durch den rohrförmigen Körper 1 hindurch aufgrund der leitenden Zusammenfügung verbunden, die aus einem Verbindungsstück 4 besteht, das teilweise in einer Isolierhüle 5 aufgenommen ist, welche auch den vorderen Abschnitt 61 des Kopfes 6 aufnimmt, der an die Mittelelektrode 7 durch den rohrförmigen Körper 1 hindurch befestigt ist.
Im Einzelnen ist gemäß Figur 2A, 3 der Kopf 6, der an das vordere Ende 71 der Mittelelektrode 7 über eine Schweißnaht 202 befestigt ist, ein zylindrisches Teil, das mit einem beispielsweise kegelstumpfförmigen Bund 62 versehen ist, welcher seinen vorderen Abschnitt 61 von seinem hinteren Abschnitt 63 trennt; letzterer ist mit der Vorderseite 71 der Mittelelektrode 7 über eine Schweißnaht 202 verschweißt.
Die Isolierhülse 5 legt den Leitungsweg im Basisteil 26 der Metallhülle 21 fest und isoliert diesen: sie überdeckt den vorderen Abschnitt 61 des Kopfes 6 und nimmt das zylindrische Verbindungsstück 4 auf, das aus einem elektrisch leitenden, zylindrischen Element aus Graphit besteht, das in elektrischem Berührungskontakt mit der Hinterseite 24 der Heizpatrone 22 gelangt.
Die Länge L der Hülse 5 ist geringer als die Summe der Länge ℓ1 des Verbindungsstücks 4 und die Länge ℓ2 des vorderen Abschnitts 61 des Kopfs 6, so dass das Verbindungsstück 4 der aus Hülse 5 und vorderem Ende 61 gebildeten Zusammenfügung aus dem vorderen Bereich der Isolierhülse 5 vorsteht, wenn diese Zusammenfügung beim Montieren und während des Betriebs der Glühkerze zusammengedrückt wird.
Das Verbindungsstück 4 wird bei Raumtemperatur zusammengedrückt, indem es mit seiner Vorderseite 41 mit der Hinterseite 24 und mit seiner Hinterseite 42 mit dem vorderen Bereich des Kopfes 6 in Kontakt bleibt, um die elektrische Leitung bei heißen Bedingungen trotz der maßlichen Schwankungen zu gewährleisten, die durch unterschiedliche Ausdehnungen der Hülle 21, des rohrförmigen Körpers 1 und der Mittelelektrode 7 unter der Wirkung der Temperaturschwankungen der Glühkerze und deren Umgebung bei einem kalten Motor bzw. einem heißen Motor erzeugt werden.
Das vordere Ende 101 des rohrförmigen Körpers 1 enthält eine Senkung 102, welche eine Schulter 103 bildet und eine Isolierscheibe 104 aufnimmt, welche die Mittelelektrode 7 vom elektrisch leitenden rohrförmigen Körper 1 isoliert hält und in Abstützung den Kopf 6 über seinen Bund 62 aufnimmt, wobei der hintere Abschnitt 63 im Allgemeinen in die Isolierscheibe 104 eingreift, um darin zentriert und gegenüber dem rohrförmigen Körper 1 elektrisch isoliert gehalten zu werden. Die Öffnung 1041 der Isolierscheibe 104 ist in ihren Abmessungen auf die des hinteren Abschnitts 63 des Kopfes bzw. der Mittelelektrode 7 abgestimmt, d. h. geringfügig verspannt, um die Mittelelektrode 7 direkt oder indirekt gut in zentrierter Stellung zu halten, die deutlich von der Innenkontur des rohrförmigen Körpers 1 beabstandet liegt, um jeglichen Kurzschluss zu vermeiden. Diese geringfügige Verspannung des Kopfes 6 bei 63 durch die Öffnung 1041 in Kombination mit dem Andrücken der Scheibe 104 durch Annäherung der Hinterseite des Bundes 62 und der Abstützung 103 des rohrförmigen Körpers 1 nach der Verschweißung 203 gewährleisten, dass keine Abnutzung der Hinterseite 42 des Verbindungsstücks 4 aufgrund von radialen Bewegungen des vorderen Endes 61 des Kopfes 6 entsteht.
Nach Figur 3 stützt sich im montierten Zustand der kegelstumpfförmige Bund 62, der im Querschnitt deutlich geringer ist als die Senkung 102, um jegliche Gefahr von Berührung zu vermeiden, auf die Isolierscheibe 104 ab, ohne dabei die Wand der Senkung 102 zu berühren. Das Basisteil 26 ist mit dem vorderen Bereich 101 des rohrförmigen Körpers 1 über eine Schweißnaht 203 verschweißt, wodurch ein Hohlraum mit der Kammer 25 und der Senkung 102 gebildet wird, in welchem die aus Verbindungsstück 4 und Kopf 6 zusammengesetzte Untereinheit aufgenommen ist, deren vorderer Abschnitt 61 in die Isolierhülse 5 eingreift, welche teilweise das Verbindungsstück 4 aufnimmt.
Diese Untereinheit wird von dem Verbindungsstück 4, dem vorderen Ende 61 und dem Bund 62 des Kopfes 6 zwischen der Hinterseite 24 und insbesondere dem Versorgungskontakt 233 der Heizkeramik 22 und der Abstützschulter 103 mittels der Isolierscheibe 104 in der Senkung 102 zusammengedrückt. Somit werden die Druckkräfte nur auf den Kopf 6 ausgeübt, um auf die Abstützschulter 103 übertragen zu werden, wohingegen die Mittelelektrode 7 nicht diesen Kräften ausgesetzt wird und nicht Gefahr läuft, sich zu verbiegen und den rohrförmigen Körper 1 zu berühren. In Anbetracht der hohen elektrischen Leistung, die zu übertragen ist, haben der Eingangskontakt 233 der Keramikpatrone 22 und das vordere Ende 61 des Kopfes 6 eine Oberflächenbehandlung bzw. -beschichtung. Das bzw. die angesetzten Materialien vermindern den elektrischen Widerstand, erhöhen die Beständigkeit gegen Abnutzung und unterbinden jegliche Oxidation, durch welche der Stromverbrauch ansteigen würde.
Nach Figur 2B, Hinterseite AR, enthält die Glühkerze den Verbinder 3, der mit der Mittelelektrode 7 für die elektrische Versorgung der Glühkerze verbunden ist.
Auf der Hinterseite AR enthält der rohrförmige Körper 1, der außen mit einem Gewinde 105 und mit einer Werkzeugaufnahme 106 zu dessen Einschrauben in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine versehen ist, eine hintere Senkung 107, welche eine Isolierbuchse 9 zum Zentrieren und elektrischen Isolieren des hinteren Endes 72 der Mittelelektrode 7 unter Zwischenschaltung einer Dichtung 8 aufnimmt, welche den ringförmigen Zwischenraum zwischen Elektrode 7 und Innenraum des rohrförmigen Körpers 1 verschließt und die Dichtheit des gesamten vorderen Abschnitts der Kerze sicherstellt.
Der am hinteren Ende 72 der Mittelelektrode 7 befestigte Verbinder 3 ist außen mit einem Bund 31 und vorn mit einer Hülse 32 versehen, um das gerändelte bzw. mit einem Gewinde versehene hintere Ende 72 der Mittelelektrode 7 aufzunehmen und um die Sicherung im montierten Zustand durch eine Bördelung 204 (Figur 1) zu gestatten.
Das hintere Ende 33 des Verbinders 3 nimmt das Verbindungsstück auf, das jedem Fahrzeughersteller eigen ist; im Allgemeinen unterscheidet sich dieses Verbindungsstück von einem Fahrzeughersteller zum nächsten, jedoch sind alle diese speziellen Verbinder (nicht dargestellt) auf das Ende 33 anpassbar.
Die Montage der Glühkerze erfolgt so, wie sie in Figur 4 in ihren Teilen 4A, 4B gezeigt ist.
Zum Montieren und vor allem zum Einsetzen der Bauteile nach dieser Ausführungsform des Montageverfahrens ist es vorteilhaft, dass die Vorgänge mit der vertikal ausgerichteten Glühkerze bzw. zumindest ihrer Achse xx mit Umkehrung der zuvor hergestellten Untereinheit um 180° (Figur 4A, Schritt E1-E7) erfolgen, damit die Hinterseite AR der Glühkerze für die Montage nach oben gewandt ist (Figur 4B, Schritt E8-E10).
Die verschiedenen schematisch dargestellten Montageschritte sind mit den Bezugszeichen E1-E10 bezeichnet.
Vor den nachfolgend beschriebenen Schritten der Montage wird der Heizstift 2 entweder durch Verlöten oder durch Einschieben der Heizpatrone 22 in die Metallhülle 21 montiert.
Das Einschieben erfolgt Offline oder Inline auf automatische Weise durch Einpressen, Aufschrumpfen oder durch kombiniertes Verfahren aus Einpressen und Aufschrumpfen.
Im Falle des Verlötens erfolgt diese Montage Offline durch Verlöten der Sätze von Teilen, das in einem Ofen und mit hohen Temperaturen durchgeführt wird, die nicht in der Fertigungslinie angestrebt werden können.
Das Montieren des vorderen Bereichs der Glühkerze (Figur 4A) erfolgt ausgehend vom bearbeiteten rohrförmigen Körper 1 (E1) durch Einsetzen der Isolierscheibe 104 (E2), dann durch Einführen (E3) der Mittelelektrode 7, an die zuvor der Kopf 6 angeschweißt wurde, in die Senkung 102 oberhalb der Isolierscheibe 104 und durch diese hindurch. Der Kopf 6 und die Mittelelektrode 7 können vorzugsweise durch eine Laserschweißung mit einer Drehbewegung zusammengefügt werden. Aufgrund der sehr großen Längendiversität der Mittelelektrode 7 wegen der Länge der auf Nachfrage der Hersteller herzustellenden Kerzen erfolgt diese Schweißnaht vorzugsweise Offline.
Die Isolierscheibe 104 hat vorzugsweise einen Querschnitt, der für eine genaue Positionierung der Isolierscheibe und dann für eine genaue Positionierung der Mittelelektrode 7 in relativ genauer Art und Weise dem Querschnitt der Senkung 102 entspricht.
Anschließend wird die Isolierhülse 5 um das vordere Ende 61 des Kopfes 6 angeordnet (Schritt E4) und dann wird das Zwischenstück 4 in die Isolierhülse 5 eingesetzt (E5). Die Isolierhülse 5 hat einen Innendurchmesser, der an den des vorderen Abschnitts 61 des Kopfes 6 angepasst ist, um eine genaue Zentrierung zu gewährleisten.
Der Außendurchmesser des Verbindungsstücks 4 aus Graphit entspricht in genauer Weise dem Innendurchmesser der Isolierhülse 5, um eine Positionierung mit minimalem Spiel zu gewährleisten.
Der Vorsprung der Vorderseite 41 des Verbindungsstücks aus Graphit 4 bezüglich des vorderen Endes der Isolierhülse, die vorzugsweise aus Keramik besteht, stellt eine Überlänge dar, die für das Andrücken des Verbindungsstücks aus Graphit 4 an die Hinterseite 24 der keramischen Heizpatrone 22 und insbesondere an den Versorgungskontakt 233 erforderlich und unabdingbar ist.
Die auf das Basisteil 26 in Richtung des rohrförmigen Körpers 1 ausgeübte Druckkraft durch Abstützung des Bundes 62 des Kopfes 6 an die Isolierscheibe 104 ist eine Druckkraft, die nach dem Montieren durch Verschweißen des Basisteils 26 am vorderen Ende 101 des rohrförmigen Körpers 1 dauerhaft aufrechterhalten wird.
Das Verbindungsstück 4 aus Graphit wird so definitiv zusammengedrückt. Der Verpressungsgrad variiert in Abhängigkeit von den Kräften, die durch Ausdehnungen/Entspannungen der montierten Teile entstehen, die den Temperaturschwankungen im Betrieb ausgesetzt sind, denen die Glühkerze unterliegt. Die auf das Verbindungsstück 4 und den Kopf 6 ausgeübten Druckkräfte erfolgen einerseits an der Hinterseite 24 der Heizpatrone 22 und andererseits an der Abstützschulter 103 des rohrförmigen Körpers 1. Dieses definitive Zusammendrücken gestattet es, die Ausdehnungen und Zusammenziehungen aufzunehmen, die aufgrund der Temperaturschwankungen der Kerze erzeugt werden, um eine dauerhafte elektrische Verbindung unabhängig von den Temperaturschwankungen dieser Teile sicherzustellen.
In Schritt (E6) wird die mit dem Heizstift 2 erfolgte Anordnung überdeckt.
Nach diesem Einsetzen bleibt ein Zwischenraum (i) zwischen dem vorderen Bereich 111 des rohrförmigen Körpers 1 und der Hinterseite 28 des Basisteils 26 des Heizstifts 2 bestehen. Die Anordnung wird in der Achse xx zusammengedrückt, um die Oberflächen einander anzunähern, und das Basisteil 26 wird an den rohrförmigen Körper 1 angeschweißt (E7), so dass der elektrische Kontakt zwischen der Heizpatrone 2 und der Mittelelektrode 7 nach Verschweißen der Anordnung, die komprimiert bleibt, erfolgt.
Die am Ende von Schritt (E7) erhaltene Untereinheit, die nach dem Verschweißen mit der Schweißnaht 203 entsteht, ist stabil. Sie wird um 180° gedreht, damit die Hinterseite nach oben gewandt ist (Figur 4B) und um in die Stellung von Schritt (E8) zu gelangen. Bei diesem Schritt werden die Dichtung 8 und dann die Isolierbuchse 9 eingesetzt (Schritt E9).
Der Verbinder 3 wird am hinteren Ende 72 der Mittelelektrode 7 montiert, der Verbinder 3 wird in Richtung des rohrförmigen Körpers 1 durch die Kraft F komprimiert (Figur 2B) und die Bördelung 204 (Schritt E10) des Verbinders 3 erfolgt durch Komprimieren der Hülse 32 am gerändelten Ende 72 (Figur 1).

Claims

Glühkerze mit einem Heizstift (2), der aus einer Metallhülle (21) gebildet ist, die eine Heizpatrone (22) aus Keramik aufnimmt und mit dem vorderen Bereich (101) eines rohrförmigen Körpers (1) verschweißt ist, dessen hinterer Bereich (110) einen Verbinder (3) für die Stromversorgung trägt, wobei die elektrische Verbindung mit der Masse über die Metallhülle (21) und den rohrförmigen Körper (1) erfolgt, wobei die Versorgung ausgehend von dem Verbinder (3) über eine Mittelelektrode (7) erfolgt, die in dem rohrförmigen Körper (1) isoliert aufgenommen ist, welche Glühkerze dadurch gekennzeichnet ist, dass
die elektrische Verbindung zwischen der Hinterseite (24) der Heizpatrone (2), die mit einem Eingangskontakt (233) versehen ist, und dem vorderen Ende (71) der Mittelelektrode (7) enthält:
- ein elektrisch leitendes Verbindungsstück (4),

- einen elektrisch leitenden zylindrischen Kopf (6), der an den vorderen Bereich (71) der Mittelelektrode (7) befestigt ist und einen Abstützbund (62) aufweist,

- eine elektrisch isolierende Hülse (5), welche den vorderen Abschnitt (61) des Kopfes (6) über den Bund (62) hinaus und teilweise das Verbindungsstück (4) umgibt,

- wobei der rohrförmige Körper (1) eine Senkung (102) an seinem vorderen Ende (101) aufweist, die eine Abstützschulter (103) bildet, welche eine Isolierscheibe zur Zentrierung und elektrischen Isolierung (104) aufnimmt, wobei der Bund (62) im Querschnitt geringer als die Senkung (102) ist, um an der Schulter (103) aufzuliegen,

- wobei die Untereinheit, die aus dem Verbindungsstück (4) und dem Kopf (6) zusammengesetzt ist, zwischen dem Versorgungskontakt (233), der Hinterseite (24) der Heizpatrone (2) und der Abstützschulter (103) des rohrförmigen Körpers (1) zusammengedrückt wird, wobei das Verbindungsstück (4) mit seiner Vorderseite (41) an den Eingangskontakt (233) und mit seiner Hinterseite (42) an das vordere Ende (61) des Kopfs (6) angedrückt wird, dessen Bund (62) an die Abstützung (103) mittels der Isolierscheibe (104) angedrückt wird.
Glühkerze nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verbindungsstück (4) aus Graphit besteht, elektrisch leitend und unter Druck verformbar ist.
Glühkerze nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kopf (6) ein elektrisch leitender Zylinder aus Metall ist, der von dem Bund (62) in einen vorderen Abschnitt (61) und in einen hinteren Abschnitt (63) unterteilt wird.
Glühkerze nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Bund (62) im Querschnitt kegelstumpfförmig ist.
Glühkerze nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Heizpatrone (22) bezüglich des Basisteils (26) der Hülle (21) des Heizstifts (2) axial rückspringend ausgeführt ist, um eine Kammer (25) zu bilden, welche zumindest teilweise das Verbindungsstück (4) und teilweise den Kopf (6) aufnimmt, wobei diese beiden Elemente (4, 6) von der Isolierhülse (5) umgeben werden.
Glühkerze nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Isolierscheibe (104) einen Durchgang (1041) aufweist, der geringfügig kleiner als der Querschnitt des hinteren Abschnitts (63) des Kopfes (6) oder der Mittelelektrode (7) ist, um eine spielfreie Anordnung zu schaffen.
Glühkerze nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Isolierhülse (5) zumindest teilweise in die Kammer (25) der Metallhülle (21) eingreift.
Verfahren zum Herstellen einer Glühkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
- der rohrförmige Körper (1) mit einer Senkung (102) hergestellt wird (E1), die eine Abstützschulter (103) an seinem vorderen Ende (101) bildet,

- eine Isolierscheibe (104) in die Senkung (102) auf die Abstützschulter (103) gesetzt wird (E2),

- die Mittelelektrode (7) eingesetzt wird (E3), an die zuvor der Kopf (6) befestigt wurde, indem er in die Isolierscheibe (104) eingeschoben wird, um dessen Bund (62) in Anlage an die Scheibe (104) zu bringen, und indem so die Mittelelektrode (7) in dem rohrförmigen Körper (1) zentriert wird,

- die Isolierhülse (5) an den vorderen Abschnitt (61) des Kopfes (6) gesetzt wird (E4),

- das Verbindungsstück (4) in die Isolierhülse (5) eingeführt wird (E5), indem man es mit seiner Vorderseite (41) auf natürliche Weise vorstehen lässt, wobei seine Hinterseite (42) am vorderen Abschnitt (61) des Kopfes (6) anliegt,

- der zuvor an die Isolierhülse (5) montierte Heizstift (2) so eingesetzt wird (E6), dass die Vorderseite (41) des Zwischenstücks (4) zumindest im Wesentlichen in Kontakt mit der Hinterseite (24) der Heizpatrone (22) in ihrer Kammer (25) steht, wobei die geometrischen Parameter der verschiedenen Bauteile derart sind, dass ein Freiraum bzw. Spiel (i) zwischen der Verbindungsebene (28) an der Hinterseite des Basisteils (26) des Heizstifts (2) und der Verbindungsebene (111) der Vorderseite des rohrförmigen Körpers (1) verbleibt,

- der Heizstift (2) und der rohrförmige Körper (1) axial zusammengedrückt werden, um die gegenüberliegenden Verbindungsebenen (28) und (111) der Metallhülle (21) der Heizpatrone (22) und den rohrförmigen Körper (1) einander anzunähern und zumindest im Wesentlichen in Kontakt zu bringen, um sie durch Verschweißen zusammenzufügen,

- die Dichtung (8), die Isolierbuchse (9) und der Verbinder (3) an das hintere Ende (72) der Mittelelektrode (7) montiert werden, indem die Dichtheit zwischen dem Verbinder (3) und dem rohrförmigen Körper (1) hergestellt wird,

- die Montage durch Anbringen des Verbinders (3) an das hintere Ende (72) der Mittelelektrode (7) fertiggestellt wird, indem die Dichtheit zwischen Verbinder (3) und rohrförmigen Körper (1) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verschweißen des Basisteils (26) und des rohrförmigen Körpers (1) mit Laser, insbesondere mit einer synchronisierten Drehbewegung der beiden Bestandteile, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Montage des vorderen Bereichs der Glühkerze (E1-E7) mit dem vertikal ausgerichteten rohrförmigen Körper (1) erfolgt (Achse xx), wobei sein vorderes Ende (101) nach oben gewandt ist, und

- die so montierte Untereinheit umgedreht wird, damit die Achse (xx) stets vertikal verläuft, jedoch das hintere Ende (110) des rohrförmigen Körpers (1) und dasjenige (72) der Mittelelektrode (7) nach oben gewandt sind, um den Verbinder (3) insbesondere durch Bördelung (204) am hinteren Ende (72) der Mittelelektrode (7) zu montieren.