EP3204693A1 - Heizkörper für eine elektrisch beheizbare glühstiftkerze mit axial gepresstem heizeinsatz, und zugehöriges herstellungsverfahren - Google Patents

Heizkörper für eine elektrisch beheizbare glühstiftkerze mit axial gepresstem heizeinsatz, und zugehöriges herstellungsverfahren

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Publication number
EP3204693A1
EP3204693A1 EP15775109.0A EP15775109A EP3204693A1 EP 3204693 A1 EP3204693 A1 EP 3204693A1 EP 15775109 A EP15775109 A EP 15775109A EP 3204693 A1 EP3204693 A1 EP 3204693A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coil
glow tube
glow
powder
insulating powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15775109.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bruno CERON NICOLAT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3204693A1 publication Critical patent/EP3204693A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23QIGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/001Glowing plugs for internal-combustion engines
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/40Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/42Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
    • H05B3/48Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor embedded in insulating material
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23QIGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/001Glowing plugs for internal-combustion engines
    • F23Q2007/004Manufacturing or assembling methods
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/027Heaters specially adapted for glow plug igniters

Definitions

  • the invention relates to a radiator for an electrically heatable glow plug or glow plug, and more particularly to a glow plug radiator with a heating insert provided therein, wherein the heating insert consists of at least one helix and insulating powder acting as an electrical resistance element. Furthermore, the invention relates to a production method of such a radiator according to the invention for an electrically heatable
  • glow plugs currently come not only as a cold-start aid in a chamber of an internal combustion engine, such as a pre-vortex or combustion chamber of a luftverêtnden, self-igniting diesel engine
  • Motor vehicles with flexible-fuel drives that is, drive systems with Gasoline, the alcohols methanol and ethanol and any mixtures of these three fuels can be operated at low temperatures, igniting the ignition of the fuel, with a heating of the
  • the glow plugs used usually have a helix acting as an electrical resistance element, which consists either of two interconnected helical parts of different materials consists, that is, from a heating coil and a control coil connected to this, or consists of a single coil, a so-called Mono Listel, which combines the properties of a control and a heating coil in a single coil.
  • FIG. 8 An example of a glow plug with a heating filament portion 91 1 and control coil portion 912 existing helix 91, as shown in Figure 8, is known for example from Bosch as a so-called Duratherm-Chromium glow plug.
  • the glow plug 9 shown therein consists of the coil 91, which is disposed within a metal glow tube 92, wherein the
  • Glow tube 92 is held in a housing 93.
  • the helix 91 is embedded within the glow tube 92 in electrically insulating but heat-conductive filling powder 94.
  • Plus contact of the glow plug 9 represents.
  • the negative contact of the coil 91 is via the glow tube 92 and on via the housing 93 to the engine block educated.
  • the connecting bolt 95 is held opposite the glow tube 92 by an electrically insulating glow tube seal 96 and with respect to the housing 93 with an electrically insulating housing seal 97.
  • a round plug 98 is arranged at the free end of the connecting bolt 93 for electrically contacting the positive contact of the coil 91, wherein a
  • Insulating washer 99 is provided for electrical insulation between round plug 98 and housing 93.
  • the helix 91, the glow tube 92, the insulating powder 94, the terminal bolt 95 and the glow tube seal 96 thereby constitute a so-called radiator of the glow plug, also referred to as a heater or glow plug.
  • the coil 91 is first inserted into the glow tube 92, connected thereto, for example, by welding, then the glow tube 92 with the thermally conductive and electrically insulating
  • Round kneading processes processed to a certain extent.
  • the rotary kneading is performed mainly for compressing the interior of the glow tube 92 to ensure good heat conduction from the coil 91 to the outer surface of the glow tube 92. In the taking place by the swaging
  • the helix 91 is heavily deformed.
  • highly ductile metals or metal alloys such as iron or nickel alloys
  • a radiator of an electrically heatable glow plug having a glow tube and arranged in the glow tube heating insert, which consists of at least one coil, also referred to as incandescent, and a thus pressed insulating powder, wherein the Heating insert is an axially pressed component.
  • An axially pressed component also referred to as an axially pressed component, is to be understood as a component made up of different components which are connected to one another by means of at least one pressing tool by means of a pressing or compacting operation carried out in the axial direction of the pressed component such that the pressed component retains its component retains final shape and how a brittle material can be handled.
  • a pressing tool usually consists of two
  • Press punches also called press punches, which are to be pressed
  • the resulting heating insert which consists of at least the helix and the compacted insulating powder after pressing, can also be referred to as a helix compact powder composite.
  • the glow tube is in the radiator according to the invention usually a one-sided closed, tubular member which may be formed either as a separate part, which may be held in a housing of the glow plug may, or sometimes may be formed as part of the housing of the glow plug.
  • the glow tube may consist of a corresponding metal, preferably of a high temperature metal alloy such as a
  • Nickel alloy The helix as an internal heating conductor is in
  • Embedded insulating powder wherein the helix is either a so-called
  • Einstoff mindfull or Mono Listel is that combines the heating and regulating function, or is a so-called two-substance coil, which consists of at least two interconnected coil parts made of different materials, that is, a heating coil and connected to this control coil.
  • a two-material coil usually come as
  • Standard helix material ferrous alloys for example CoFe8, or nickel alloys are used in conjunction with Bankleiterlegmaschineen such as the iron alloy CrAI 25 5 with 70% iron content.
  • Rule coil material may alternatively be used molybdenum or tungsten.
  • the positive pole is formed by a first end of the helix, and the negative pole takes place by a connection of the second end of the helix with the glow tube, which is connected via the preferably metallic housing of the glow plug with the engine block as a ground connection. It can still be a receiving part between the glow tube and the
  • the insulating powder of the heating body of the present invention has a thermal expansion coefficient at least similar to that of the material of the surrounding coil in size and temperature characteristics.
  • the insulating powder may preferably consist of magnesium oxide (MgO), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon nitride, boron nitride, silicon carbide or aluminum nitride.
  • the heating insert may further comprise a powder compact, which is arranged in an inner cavity of the coil, that is, in the surrounding by the preferably helical coil cavity or
  • the insulating powder and the powder compact consist of different powder materials or wherein the insulating powder and the powder compact consist of the same powder material with different particle sizes. It can be used as a material alumina inside the coil and
  • a powder compact is understood to mean a component pressed from powder, which can then be handled as a powder composite in the form of a single component. This has the advantage in the present invention that a powder compact can be inserted into the helix and then pressed together with the helix and the insulating powder during the pressing process, without the powder of the powder compact mixed with the insulating powder before pressing.
  • the helix of the heating element is electrically connected to the glow tube. More specifically, the coil of the heating insert, at least partially from the
  • Heating insert is exposed and the negative pole or negative contact of the coil forms, with an inner side of the glow tube to the closed, exposed from the housing end materially connected, preferably by welding or soldering.
  • the helix can be materially connected to the glow tube before pressing the heating element.
  • a glow plug having such a heater.
  • heater according to the invention this, as already known from the above-mentioned prior art, including a housing, electrically insulating housing seals that isolate the terminal bolt relative to the housing, a round plug, which at the exposed end of the
  • Connecting bolt is provided, and have an insulating, the electrical insulation between round plug and housing is provided.
  • the connection bolt may be in electrical contact with a second end of the coil, which is opposite to the first end of the coil connected to the glow tube and forms the plus pole or positive contact of the coil, for example by screwing on, press-fitting or a similar method , It is also conceivable to provide an electrically conductive compression component between the coil and the connecting bolt, which facilitates an electrical connection between these components.
  • a method for producing a heating element of an electrically heatable glow plug in particular for producing a heating element as described above, the method according to the invention comprising the following steps in this order:
  • a step of inserting a terminal bolt into the glow tube and establishing an electrical connection between terminal bolt and coil preferably by press-fitting, caulking, magnet forming, screwing, welding or soldering;
  • the helix in the method according to the invention, as a first step, the helix must be shaped in such a way that after being pressed together with the helix
  • Insulating powder is compressed to a previously designed shape with one or more spiral diameters of the turns and certain distances between the individual turns, a so-called spiral design.
  • a single-material or two-material coil with heating and control coil made of different materials can be used as a helix.
  • the step of axially pressing the filament and the insulating powder to the heating insert is accordingly the helix together with the electrically insulating
  • Insulating powder is pressed or compressed into a composite, wherein the heating insert is an axially pressed component, also referred to as axially compressed component.
  • axially pressed component also referred to as axially compressed component.
  • Pressing tool are connected so that the pressed component retains its final shape and how a brittle material can be handled.
  • a pressing tool usually consists of at least one plunger, also called a punch, which is to be pressed
  • the step of providing at least the helix and an insulating powder surrounding it may further comprise a powder compact arranged in the interior of the helix, that is in the cavity or helix surrounding the helical helix, preferably the helix Insulating powder and the powder compact consist of different powder materials or wherein the insulating powder and the powder compact consist of the same powder material with different particle sizes.
  • Powder compact is a powder pressed and possibly hardened
  • Insulating powder performed to the heating element in the glow tube.
  • the centering aid is removed from the glow tube before the step of axial pressing. More specifically, before being pressed, the helix and the insulating powder are inside the one-side closed glow tube and are then pressed into the glow tube and compressed into the heating element, the helix being electrically connected to the glow tube prior to pressing, preferably by welding or brazing. In this case, the axial pressing by a
  • Plunger take place, which has either a smooth pressure-exerting side or face or wherein the pressure-exerting side of the plunger preferably has a recess or notch in which a first end of the coil is received, namely the end of the coil forming the positive contact, the later brought into contact with the terminal bolt.
  • the pressure-exerting end of the plunger may also have a tapered outer diameter, then in the step of axial pressing, the pressure-exerting end of the plunger is surrounded by the first end of the coil, so that in the step of the axial
  • the step of axially pressing at least the helix and the insulating powder to the heating insert is carried out independently of the glow tube separately in a pressing device which consists of at least a plunger, a counterpressure punch and a die, preferably a cylindrical die ,
  • a pressing device which consists of at least a plunger, a counterpressure punch and a die, preferably a cylindrical die .
  • the finished pressed heating insert is inserted into the glow tube and the coil is electrically connected to the glow tube, preferably by a cohesive bonding method such as welding or soldering.
  • the method of the present invention is provided with the step of filling a part of an inner space of the glow tube with filler, the step of inserting a terminal bolt into the glow tube and establishing electrical connection between terminal bolt and coil, and the step of sealing the inner space of the glow tube with a sealing member continued.
  • the pressure-exerting side of the plunger may have a recess or notch in which a first end of the coil is received, namely the end of the coil which forms the positive contact, which in connection with the terminal bolt in connection is brought. Additionally or alternatively, the pressure exerting side of the
  • Counterpressure plunger have a recess or notch in which the other end of the coil is received, namely the end of the coil, which is materially connected to an inner side of the glow tube at its closed, exposed from the housing end, preferably by welding or soldering.
  • Counterpressure punch and die can be the helix prior to the step of axial pressing and during the filling of the insulating powder in the mold held centered in the die by a centering member so that the insulating powder is evenly distributed around the helix. More precisely, the helix is inserted centrally in the mold by means of the centering component acting as a centering aid.
  • the centering component can be a
  • the second end of the coil to be connected to the glow tube may be a removable material, a so-called placeholder, preferably made of plastic foam or a similar spongy material, such as polyamide,
  • the heat conduction of helix to the glow tube surface can be secured and it can on the Reduction of the finished composite glow tube by means of rotary swaging dispensed with or at least significantly reduced.
  • the heat conduction is secured by helix or the Schuetzlab bainsky the coil to the glow tube, with a considerable saving of Komprimier suitsen the finished composite glow tube is achieved by avoiding the swirling.
  • the production of the radiator without swaging the coil is less damaged or left completely intact, which significantly improves both the reproducibility of the process and the robustness of the glow plug.
  • the present invention thus provides a radiator for a glow plug and a related manufacturing method that significantly reduces the undesirable deformation of the coil of the radiator during the rotary swaging of the glow tube or even completely avoids. This is done by an axial compression of coil and electrically insulating but thermally conductive insulating powder to a compressed heating element before or after its installation in the glow tube, wherein the heating insert is electrically conductive in the axial direction and electrically insulating in the radial direction.
  • Figure 1 shows a radiator for a glow plug according to a first
  • Figure 2 shows a radiator for a glow plug according to a second preferred embodiment of the invention in a cutaway cross-sectional view
  • Figure 3 shows a radiator for a glow plug according to a third
  • FIG. 4 shows successive steps of a manufacturing method of the radiator for a glow plug according to the first preferred embodiment shown in FIG. 1 in a cross-sectional view;
  • FIG. 5 shows an extract of successive steps of a
  • FIG. 6 shows an extract of successive steps of a
  • Figure 7 shows an extract of successive steps of an alternative
  • Figure 8 shows a glow plug according to the prior art in a
  • radiator 1 shows a radiator 1 according to the invention for a glow plug according to a first preferred embodiment, in which for reasons of clarity components such as a housing and
  • the radiator 1 shown in Figure 1 has a metal glow tube 11, a heating insert 12 disposed therein, which is disposed inside a closed end 112 of the glow tube 11, and a connection bolt 13 which communicates via a contact element 14 with the heating element 12.
  • the heating element 12 and the connecting bolt 13 are from the side of an open end 111 of the Inserted glow tube 11 in this, which is arranged opposite to the closed end 112 of the glow tube 11.
  • the heating insert 12 consists of a compressed composite of a coil 121 and an insulating powder 122.
  • a first end 1211 of the coil 121 which is arranged opposite to the closed end 112 of the glow tube 11, establishes the connection of the heating insert 12 with the contact element 14.
  • a second end 1212 of the coil 121 is in electrical connection with the closed end 112 of the glow tube 11, wherein the second end 1212 of the coil 121 with the closed end 112 of the glow tube 11 cohesively in
  • Connection is, for example, by the second end 1212 of the coil 121 is welded to the inside of the glow tube 11 at the closed end 112, or by the second end 1212 of the coil 121 is connected through the closed end 112 with this material fit.
  • Filler material 15 is held by an annular insulating sealing element 16 in the glow tube 11.
  • the filling material 15 is filled through the open end 111 of the glow tube 11.
  • the filling material 15 may alternatively also
  • FIG. 2 shows a radiator 1 'according to the invention for a glow plug according to a second preferred embodiment, in which for reasons of clarity components such as a housing and insulating components and connecting elements have been omitted.
  • the illustrated in Figure 2 part of the radiator 1 ' has a metal glow tube 11', a heating insert 12 'disposed therein, which is disposed inside a closed end 112' of the glow tube 11 ', and a connection bolt 13', which is connected to the heating element 12 'communicates.
  • the heating element 12 'and the connecting bolt 13' are inserted from the side of an open end 111 'of the glow tube 11' in this, which is arranged opposite to the closed end 112 'of the glow tube 11'.
  • the heating insert 12 ' consists of a compressed composite of a coil 121' and an insulating powder 122 '. A first end 1211 'of the coil 121' opposite to the closed end 112 'of the glow tube 11'
  • a second end 1211 'of the coil 121' in this case differs from the embodiment shown in FIG. 1 from a coil section projecting from the heating element 12 'in the direction of the connecting bolt 13', which protrudes into a recess 131 'of the connecting bolt 13' and with the latter Ground is materially connected, the
  • Connection bolt 13 ' is provided.
  • the second end 1212 'of the coil 121' is similar to the embodiment shown in FIG.
  • Example a ceramic powder, a sintered ceramic, a ceramic foam or the like, wherein the filling material 15 'is held by an annular insulating sealing member 16' in the glow tube 11 '.
  • the filling material 15 ' is filled through the open end 111' of the glow tube 11 '.
  • Filling material 15 ' may alternatively be provided empty space.
  • Figure 3 shows a radiator according to the invention 1 "for a glow plug according to a third preferred embodiment, in which for reasons of clarity components such as a housing and insulating components and connecting elements have been omitted.
  • the heating element 1 "according to the invention shown in FIG. 3 shows a metal glow tube 11", a heating insert 12 "arranged inside a closed end 112" of the glow tube 11 ", and a connection bolt 13" connected to the heating element 12 ".
  • the heating insert 12 "and the connecting bolt 13" are inserted from the side of an open end 111 "of the glow tube 11", which is arranged opposite to the closed end 112 "of the glow tube 11"
  • Third preferred embodiment unlike the previously described embodiments has a varying diameter and consists of the open end 111 "of the glow tube
  • Section IIA "and the second section IIB” is gradually tapered. This results in the interior of the glow tube 11 "a funnel shape, which is closer to the closed end 112" of the glow tube 11 "out.
  • the heating insert 12 consists of a compressed composite of a coil 121" and an insulating powder 122 ".
  • a first end 1211" of the coil 121 opposite to the closed end 112" of the glow tube 11 "constitutes the connection of the heating insert 12 "with the
  • the first end 1211 "of the coil 121" which communicates with the connecting bolt 13 ", in this case consists, unlike in the preceding embodiments, of a heating element protruding from the heating insert 12" in the direction of the connecting bolt 13 " has an extended shape with enlarged inner diameter, so one
  • Winding shape in which the distance between the individual turns and their spiral diameter is greater than that in the insulating powder 122 "arranged part of the coil 121".
  • the first end 1211 “of the coil 121 ' is partially wrapped around the connecting bolt 13" and connected to this materially.
  • a second end 1212 "helix 121" is in electrical communication with the closed end 112 "of the glow tube 11" similar to the previous embodiments, for example by the second end 1212 "of the helix 121" with the inside of the glow tube 11 "at the end thereof 111 “is welded, or by the second end 1212” the helix 121 " through the closed end 112 "is connected to this materially bonded.
  • the part of the connecting bolt 13 "located inside the glow tube 11" and the first end 1211 “of the coil 121" protruding from the heating element 12 are surrounded by an electrically insulating filling material 15", such as a ceramic powder, a sintered ceramic a ceramic foam or the like, wherein the filling material 15 "is held in the glow tube 11" by an annular insulating sealing member 16 ".”
  • the filling material 15 protrudes with a portion 151" into one in the heating insert
  • FIG. 4 shows a sequence of individual steps (a) to (f) involving a
  • Radiator 1 represent.
  • the preformed helix 121 is first inserted into the glow tube 11 and connected at its second end 1212 to the closed end 112 of the glow tube 11, for example by the second end 1212 of the helix 121 with the inside of the glow tube 11 welded at its closed end 112.
  • the first end 1211 of the helix 121 is held centrally by a centering aid 2 in the glow tube 11, which is inserted into the glow tube 11.
  • the insulating powder 122 is filled in the glow tube 11, while the first end 1211 of the coil 121 is further held by a centering aid 2 in the center of the glow tube 11, so that the
  • a step (c) the centering aid 2 is removed from the glow tube 11 and a plunger 3 is inserted into the glow tube 11, which comes into contact with the composite of coil 121 and insulating powder 122.
  • the coil 121 still has its preformed shape in this state Output length LI on.
  • a force F is exerted on both sides of the helix insulating powder composite.
  • the glow tube 11 is preferably held in a (not shown) holder or the like in order to provide a counter force against the force exerted by the plunger 3 force.
  • Compressive force F from both sides of the helix insulating powder composite is compressed from step (c) to step (d) of the spiral insulating powder composite and to the desired heating insert 12 in the form of a composite of helix 121 and compacted or compressed insulating powder 122, So pressed into a spiral compact powder composite. This process of compacting the
  • the step of axial pressing Composite of helix 121 and insulating powder 122 to the heating element 12 in the form of helical Kompaktpulver- composite is referred to as the step of axial pressing.
  • the coil 121 after compression by the plunger 3 has a reduced overall length L2, which is smaller than the
  • connection bolt 13 inserted into the glow tube 11, wherein the contact element 14 makes electrical contact between the first end 1211 of the coil 121 and the connecting bolt 13. Furthermore, the remaining space in the
  • Glow tube 11 filled with the filler 15 in the form of a ceramic powder, which completely surrounds the contact element 14 and arranged in the glow tube 11 of the connecting bolt 13. The interior of the glow tube 11 is further sealed by the sealing element 16.
  • FIG. 5 shows a modified form of the step sequence shown in FIG. 4, in which steps (c), (d) and (f) are to be replaced by steps (c '), (d') and (f), and FIGS thus constitute a manufacturing method of the radiator 1 'shown in FIG. 2 and described above.
  • the remaining steps are identical to the respective steps of the method illustrated in FIG.
  • a significant difference in the method shown in Figure 5 can be found in the nature of the plunger 3 'and the first end 1211' of the coil 121 '.
  • the plunger 3' on its pressure-exerting side or end face has a recess 31 'in which the first end 1211' of the coil 121 'is received in the axial pressing becomes.
  • FIG. 6 shows a further modified form of that shown in FIG.
  • the remaining steps are identical to the respective steps of the method illustrated in FIG. In the further modified in the shown in Figure 6
  • Spiral diameter has that, although it is held by a centering 2 "in the center of the glow tube 11", the plunger 3 "but through the spiral turns within it is arranged and with its pressure-exerting end face on the Isolierpulver 122" rests.
  • the plunger 3 indicates its pressure-exerting end to a tapered outer diameter, which thereby has a conical shape.
  • the initial length LI of the rest of the coil 121 is located inside the insulating powder 122", so it is completely surrounded by this.
  • Insulating powder 122 "compressed and thus reduces its overall length to L2, the coil 121" correspondingly compressed. Due to the conical shape of the pressure-exerting end of the plunger 3 "is a corresponding
  • the centering aid 2 "remains in the glow tube 11" during the axial pressing step to keep the first end 1211 "of the coil 121" centered and thereby center the plunger 3 "
  • Insulation powder 122 "thus extends over the second portion IIB” of smaller diameter of the glow tube 11 "and over the transition between the first portion IIA” and the second portion IIB “, which gradually tapers, see Figure 3.
  • the first end 1211 As a result, the coil 121 "experiences no axial pressing force and retains its original shape. After removal of the plunger 3" from the glow tube 11 ", the heating insert 12" produced by the axial pressing remains in the glow tube 11 ".
  • the terminal bolt 13 is inserted into the glow tube 11" and protrudes at least partially into the first end 1211 “of the coil 121", with the terminal bolt 13 'coming into contact therewith, whereby an electrical contact between the first end 1211 "of the Furthermore, the remaining space in the glow tube 11 "including the voids 1221” is filled up with the filling material 15 "in the form of a ceramic powder which surrounds the part of the connecting bolt 13" arranged in the glow tube 11 ". and the protruding first end 1211 "completely surrounds the coil 121".
  • the filling material 15 protrudes with a portion 151" into the cavity 12 "pressed in the heating insert 12", more precisely into the cavities 1221 "pressed into the insulating powder 122.
  • FIG. 7 shows an alternative method with the steps (B), (C), (D), (E) and (F), in which a heating body 1 'is produced, as already known from FIG.
  • a pressing device 4 ' is used, which consists of a pressure punch 41', a counter punch 42 'and a die 43'.
  • the mold 43 ' may have a one-piece shape, but may also have a two- or multi-part shape.
  • the first end 1211 'of the coil 121' is held by a centering aid 2 'in the center in the mold 43', more precisely in a through hole 431 'of the mold 43', as can be seen in step (B). Further, the second end 1212 'of the coil 121' in a
  • Recess 421 ' is included, which is provided in the pressure-exerting end face of the counterpressure plunger 42'.
  • the insulating powder 122 ' is in the
  • the first end 1211 'of the coil 121' is received in a recess 411 'of the plunger 41'. Subsequently, a pressure force F on the plunger 41 'and a pressing force F on the
  • Total length of coil 121 ' is compressed from LI to L2, see step (D).
  • the first end 1211 'and the second end 1212' of the coil 121 ' may each be surrounded by a removable plastic foam to keep them free of insulating powder 122' during the axial pressing step.
  • step (E) the heating element 12 'can be removed from the pressing device 4' and the plastic foam can be removed so that the two ends 121 1 'and 1212' of the coil 121 'are free of insulating powder 122' the heating insert 12 'protrude.
  • the heating insert 12 ' is inserted into the glow tube 11' in step (F) and the second end 1212 'of the coil 121' is integrally connected to the closed end 112 'of the glow tube 11' so that they are in electrical connection with one another.
  • connection bolt 13 ' is inserted into the glow tube 11' and establishes an electrical contact between the first end 1211 'of the coil 121' and the connection bolt 13 '.
  • the protruding first end 1211 'of the coil 121' is in the
  • Recess 131 ' is included, which is provided in the terminal bolt 13' in its end face, which to the closed end 112 'of
  • Glow tube 11 ' has. Furthermore, the remaining space is filled in the glow tube 11 'with the filler 15' in the form of a ceramic powder, which in the glow tube 11 'arranged part of the connecting bolt 13' and the
  • Embodiment limited and are correspondingly interchangeable.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt einen Heizkörper (1) einerelektrisch beheizbaren Glühstiftkerze bereit, derein Glührohr (11) und einen in dem Glührohr (11) angeordneten Heizeinsatz (12) hat, der zumindest eine Wendel (121) und ein damit verpresstes Isolierpulver (122) aufweist, wobei der Heizeinsatz (12) ein axial gepresstes Bauteil ist.Ferner stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Heizkörpers (1) für eine elektrisch beheizbare Glühstiftkerze bereit.

Description

Heizkörper für eine elektrisch beheizbare Glühstiftkerze mit axial gepresstem
Heizeinsatz, und zugehöriges Herstellungsverfahren
Stand der Technik Die Erfindung betrifft einen Heizkörper für eine elektrisch beheizbare Glühkerze oder Glühstiftkerze, und genauer gesagt einen Glühstiftkerzen-Heizkörper mit einem darin vorgesehenen Heizeinsatz, wobei der Heizeinsatz zumindest aus einer als elektrisches Widerstandselement wirkenden Wendel und Isolierpulver besteht. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren eines derartigen erfindungsgemäßen Heizkörpers für eine elektrisch beheizbare
Glühstiftkerze.
Bekannte Glühstiftkerzen kommen derzeit nicht nur als Kaltstarthilfe in einer Kammer einer Brennkraftmaschine, so zum Beispiel einer Vor-, Wirbel- oder Brennkammer eines luftverdichtenden, selbstzündenden Dieselmotors zur
Anwendung, sondern auch auf anderen Anwendungsgebieten, wie zum Beispiel als Treibstofferwärmungsmittel in einem Common-Rail-Einspritzsystem eines Flexible-Fuel-Antriebssystems, als Kaltstarthilfe beim Anlassen von mit Kerosin betriebenen Gasturbinen und Ölheizungen, oder dergleichen. Als Kaltstarthilfe bei bekannten Kraftfahrzeugen mit Dieselmotoren, die im Vergleich zu benzinbetriebenen Brennkraftmaschinen über einen höheren Wirkungsgrad verfügen, unterstützen sie genauer gesagt den Anlassvorgang bei einem
Kaltstart, da bei diesem eine problemlose Selbstzündung des eingespritzten Dieselkraftstoffs in der Regel nicht möglich ist. Auch nach dem Start ist es oft noch sinnvoll, eine Wärmequelle in Form von Glühstiftkerzen vorzusehen, um einen Kaltlauf des Motors sowie dessen Abgasemissionen zu verbessern, wobei auch unterschiedliche Kraftstoffqualitäten die Zündwilligkeit des komprimierten Luft/Dieselgemisches herabsetzen können. Demgegenüber kann bei modernen Kraftfahrzeugen mit alternativen Antriebssystemen, wie zum Beispiel
Kraftfahrzeugen mit Flexible-Fuel-Antrieben, das heißt Antriebsystemen, die mit Benzin, den Alkoholen Methanol und Ethanol sowie beliebigen Mischungen dieser drei Kraftstoffe betrieben werden können, bei niedrigen Temperaturen ein Zünden des Treibstoffs problematisch sein, wobei eine Erwärmung des
Treibstoffs in dem jeweiligen Common-Rail-Einspritzsystem durch eine
Glühstiftkerze von Vorteil ist.
Um den genannten Problemen zu begegnen, befindet sich in den Brennräumen eines Dieselmotors oder in dem Common-Rail-Einspritzsystem von Flexible-Fuel- Kraftfahrzeugen normalerweise jeweils mindestens eine elektrisch beheizbare Glühstiftkerze, auch GLP (von dem englischen Fachbegriff„glow plug") genannt, mittels der entweder der Dieselmotor in der Startphase vorgeglüht oder eben der Alkoholtreibstoff im Betrieb des Flexible-Fuel-Antriebssystems erwärmt wird. Die zum Einsatz kommenden Glühstiftkerzen weisen dabei üblicherweise eine als elektrisches Widerstandselement wirkende Wendel auf, die entweder aus zwei miteinander verbundenen Wendelteilen aus unterschiedlichen Werkstoffen besteht, das heißt aus einer Heizwendel und einer mit dieser verbundenen Regelwendel, oder aber aus einer einzigen Wendel besteht, einer sogenannten Monowendel, welche die Eigenschaften einer Regel- und einer Heizwendel in einer einzigen Wendel vereint.
Ein Beispiel einer Glühstiftkerze mit einer aus Heizwendelabschnitt 91 1 und Regelwendelabschnitt 912 bestehenden Wendel 91 , wie sie in Figur 8 gezeigt ist, ist beispielsweise von der Firma Bosch als sogenannte Duratherm-Chromium- Glühkerze bekannt. Die darin gezeigte Glühstiftkerze 9 besteht aus der Wendel 91 , die innerhalb eines metallenen Glührohrs 92 angeordnet ist, wobei das
Glührohr 92 in einem Gehäuse 93 gehalten ist. Die Wendel 91 ist innerhalb des Glührohrs 92 in elektrisch isolierendes aber wärmeleitendes Füllpulver 94 eingebettet. Ein Ende der Wendel 91 , das heißt ein Ende des
Heizwendelabschnitts 91 1 , ist mit der Innenseite einer freiliegenden Spitze des Glührohrs 92 verbunden, wobei das Glührohr 92 auch als Glühstift oder Heizstift bezeichnet werden kann. Das andere Ende der Wendel 91 , das heißt ein Ende des Regelwendelabschnitts 912 ist mit einem Anschlussbolzen 95 verbunden, wobei die Verbindung des Anschlussbolzens 95 mit der Wendel 91 den
Pluskontakt der Glühstiftkerze 9 darstellt. Der Minuskontakt der Wendel 91 wird über das Glührohr 92 und weiter über das Gehäuse 93 zum Motorblock ausgebildet. Der Anschlussbolzen 95 ist gegenüber dem Glührohr 92 durch eine elektrisch isolierende Glührohrdichtung 96 und gegenüber dem Gehäuse 93 mit einer elektrisch isolierenden Gehäusedichtung 97 gehalten. Ferner ist ein Rundstecker 98 an dem freien Ende des Anschlussbolzens 93 zum elektrischen Kontaktieren des Pluskontakts der Wendel 91 angeordnet, wobei eine
Isolierscheibe 99 zum elektrischen Isolieren zwischen Rundstecker 98 und Gehäuse 93 vorgesehen ist. Die Wendel 91 , das Glührohr 92, das Isolierpulver 94, der Anschlussbolzen 95 und die Glührohrdichtung 96 stellen dabei einen sogenannten Heizkörper der Glühstiftkerze dar, auch als Heizer oder Glühstift bezeichnet.
Bei dem vorhergehend beschriebenen konventionellen Aufbau einer metallenen Glühstiftkerze 9 („m-GLP") wird die Wendel 91 zuerst in das Glührohr 92 eingesetzt, mit diesem beispielsweise durch Schweißen verbunden, danach wird das Glührohr 92 mit dem thermisch leitenden und elektrisch isolierenden
Füllpulver 94 aufgefüllt, abgedichtet und durch ein sogenanntes
Rund knetverfahren auf ein bestimmten Außenmaß verarbeitet. Das Rundkneten wird hauptsächlich zum Verdichten des Inneren des Glührohrs 92 durchgeführt, um eine gute Wärmeleitung von der Wendel 91 zur Außenoberfläche des Glührohrs 92 zu gewährleisten. Bei dem durch das Rundkneten stattfindenden
Verdichtungsprozess wird jedoch die Wendel 91 stark verformt. Beim Einsatz von hoch duktilen Metallen beziehungsweise Metalllegierungen, wie zum Beispiel Eisen- oder Nickellegierungen, für die Wendel 91 kann dabei jedoch der
Wendeldrahtdurchmesser zunehmen und der ursprünglich runde Querschnitt der Wendel 91 wird entsprechend oval. Im Fall eines harten und eher wenig duktilen
Materials für die Wendel 91 , wie zum Beispiel Refraktärmetalle wie Wolfram und Molybdän, ist die Verformung durch das Rundkneten noch stärker ausgeprägt, wobei sich zwar der Wendeldrahtdurchmesser kaum ändert, die Wendel 91 aber entlang ihrer Drahtachse verbogen wird. Das Rundkneten, das heißt die daraus resultierende Verformung des Wendeldrahts kann dabei zu kurzgeschlossenen
Windungen der Wendel 91 , Kurzschlüssen zwischen Glührohr 92 und Wendel 91 , Schädigung des Wendeldrahtes in Form von Rissen, und dergleichen führen. In jeden Fall verschlechtern sich dadurch die elektrischen Eigenschaften der Wendel 91 und demzufolge die Funktion und Qualität der Glühstiftkerze 9 beträchtlich. Offenbarung der Erfindung
Um die vorhergehend beschriebenen Problem des Stands der Technik zu lösen wird ein Heizkörper für eine elektrisch beheizbare Glühstiftkerze mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 , eine Glühstiftkerze mit den Merkmalen des Anspruchs 4 sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren mit den
Merkmalen des Anspruchs 5 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche gekennzeichnet.
Genauer gesagt ist es ein Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, einen Heizkörper einer elektrisch beheizbaren Glühstiftkerze bereitzustellen, der ein Glührohr und einen in dem Glührohr angeordneten Heizeinsatz aufweist, welcher zumindest aus einer Wendel, auch als Glühwendel bezeichnet, und einem damit verpressten Isolierpulver besteht, wobei der Heizeinsatz ein axial gepresstes Bauteil ist. Unter einem axial gepressten Bauteil, auch als axial verpresstes Bauteil bezeichnet, ist ein Bauteil aus verschiedenen Komponenten zu verstehen, die miteinander durch einen in axialer Richtung des gepressten Bauteils ausgeführten Press- oder Kompaktiervorgang mittels zumindest eines Presswerkzeugs so verbunden werden, dass das gepresste Bauteil seine endgültige Form behält und wie ein spröder Werkstoff gehandhabt werden kann. Ein derartiges Presswerkzeug besteht dabei üblicherweise aus zwei
Druckstempeln, auch Pressstempel genannt, die die zu verpressenden
Komponenten mit einer Druckkraft beaufschlagen, wobei in der Regel eine Pressform die zu verpressenden Komponenten hält. Die Pressform kann unter Umständen auch ein Teil einer Baugruppe sein, in der das letztendlich gepresste Bauteil eingesetzt bleiben soll. Der daraus entstehende Heizeinsatz, der nach dem Pressen aus zumindest der Wendel und dem verdichteten Isolierpulver besteht, kann auch als Wendel-Kompaktpulver-Verbund bezeichnet werden.
Das Glührohr ist bei dem erfindungsgemäßen Heizkörper üblicherweise ein einseitig geschlossenes, rohrförmiges Bauteil, das entweder als separates Teil ausgebildet sein kann, das in einem Gehäuse der Glühstiftkerze gehalten sein kann, oder auch mitunter als Teil des Gehäuses der Glühstiftkerze ausgebildet sein kann.
Das Glührohr kann dabei aus einem entsprechenden Metall bestehen, vorzugsweise aus einer Hochtemperaturmetalllegierung wie zum Beispiel einer
Nickel-Legierung. Die Wendel als innenliegender Heizleiter ist dabei in
Isolierpulver eingebettet, wobei die Wendel entweder eine sogenannte
Einstoffwendel oder Monowendel ist, die die Heiz- und Regelfunktion kombiniert, oder eine sogenannte Zweistoffwendel ist, die aus zumindest zwei miteinander verbundenen Wendelteilen aus unterschiedlichen Werkstoffen besteht, das heißt aus einer Heizwendel und einer mit dieser verbundenen Regelwendel. Für die Werkstoffe einer Zweistoffwendel kommen dabei üblicherweise als
Regelwendelmaterial eisenhaltige Legierungen, beispielsweise CoFe8, oder auch Nickel-Legierungen zum Einsatz, in Verbindung mit Heizleiterlegierungen wie zum Beispiel die Eisenlegierung CrAI 25 5 mit 70% Eisenanteil. Als
Regelwendelmaterial können alternativ dazu auch Molybdän oder Wolfram eingesetzt werden. Der Pluspol wird durch ein erstes Ende der Wendel ausgebildet, und der Minuspol findet durch eine Verbindung des zweiten Endes der Wendel mit dem Glührohr statt, die über das vorzugsweise metallene Gehäuse der Glühstiftkerze mit dem Motorblock als Masseverbindung verbunden ist. Dabei kann noch ein Aufnahmeteil zwischen dem Glührohr und dem
Gehäuse der Glühstiftkerze vorgesehen sein. In Bezug auf das Isolierpulver ist es vorzuziehen, dass das Isolierpulver des erfindungsgemäßen Heizkörpers einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der dem des Materials der umgebenden Wendel in Größe und Temperaturverlauf zumindest ähnlich ist. Wie es unter anderem aus der DE 27 46 595 A1 bekannt ist, kann bei Verwendung von Molybdän oder Wolfram als Wendelwerkstoff das Isolierpulver vorzugsweise aus Magnesiumoxid (MgO), Aluminiumoxid (Al203) Siliziumnitrid, Bornitrid, Siliziumkarbid oder Aluminiumnitrid bestehen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Heizkörpers kann der Heizeinsatz ferner einen Pulverpressling aufweisen, der in einem Innenhohlraum der Wendel angeordnet ist, das heißt in dem durch die vorzugsweise schraubenförmige Wendel umgebenden Hohlraum oder
Wendelkern, um die sich die Windungen der Wendel wickeln, wobei vorzugsweise das Isolierpulver und der Pulverpressling aus verschiedenen Pulvermaterialien bestehen oder wobei das Isolierpulver und der Pulverpressling aus demselben Pulvermaterial mit unterschiedlichen Korngrößen bestehen. Dabei kann als Material Aluminiumoxid im Inneren der Wendel und
Magnesiumoxid in den übrigen Hohlräumen wie zum Beispiel zwischen den
Windungen der Wendel und zwischen Wendel und Glührohr verwendet werden. Ein Vorteil ist dabei, eine schlechtere Wärmeleitung nach innen als nach außen bereitzustellen und damit eine deutlich verbesserte Aufheizgeschwindigkeit und Leistungsaufnahme der Glühstiftkerze zu erreichen. Unter einem Pulverpressling ist eine aus Pulver gepresste Komponente zu verstehen, die anschließend als ein Pulververbund in Form eines einzelnen Bauteils gehandhabt werden kann. Dies hat bei der vorliegenden Erfindung den Vorteil, dass ein Pulverpressling in die Wendel eingesetzt werden kann und anschließend bei dem Pressvorgang zusammen mit der Wendel und dem Isolierpulver verpresst werden kann, ohne dass sich das Pulver des Pulverpresslings mit dem Isolierpulver vor dem Pressen vermischt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Heizkörpers ist die Wendel des Heizeinsatzes mit dem Glührohr elektrisch verbunden. Genauer gesagt wird die Wendel des Heizeinsatzes, die zumindest teilweise aus dem
Heizeinsatz freiliegt und den Minuspol oder Minuskontakt der Wendel ausbildet, mit einer Innenseite des Glührohr an dessen geschlossenen, von dem Gehäuse freiliegenden Ende stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise durch Schweißen oder Löten. Bei einem Pressen des Heizeinsatzes in dem Glührohr kann die Wendel bereits vor dem Pressen des Heizeinsatzes mit dem Glührohr stoffschlüssig verbunden werden.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ferner eine Glühstiftkerze bereitgestellt, die einen derartigen Heizkörper aufweist. Als weitere Komponenten einer derartigen Glühstiftkerze mit dem
erfindungsgemäßen Heizkörper kann diese, wie aus dem oben genannten Stand der Technik bereits bekannt, unter anderem ein Gehäuse, elektrisch isolierende Gehäusedichtungen, die den Anschlussbolzen gegenüber dem Gehäuse isolieren, einen Rundstecker, der an dem freiliegenden Ende des
Anschlussbolzens vorgesehen ist, sowie eine Isolierscheibe aufweisen, die zum elektrischen Isolieren zwischen Rundstecker und Gehäuse vorgesehen ist. Der Anschlussbolzen kann bei der Glühstiftkerze mit einem zweiten Ende der Wendel, das sich zu dem mit dem Glührohr verbundenen ersten Ende der Wendel entgegengesetzt befindet und den Pluspol oder Pluskontakt der Wendel ausbildet, in elektrischem Kontakt stehen, beispielsweise durch Aufschrauben, Einpressen oder ein ähnliches Verfahren. Dabei ist es auch denkbar, ein elektrisch leitendes Kompressionsbauteil zwischen Wendel und Anschlussbolzen vorzusehen, das eine elektrische Verbindung zwischen diesen Komponenten erleichtert.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Heizkörpers einer elektrisch beheizbaren Glühstiftkerze bereitgestellt, insbesondere zur Herstellung eines Heizkörpers wie vorhergehend beschrieben, wobei das erfindungsgemäße Verfahren die folgenden Schritte in dieser Reihenfolge umfasst:
einen Schritt des Formens einer Wendel derart, dass diese nach einem nachfolgend Schritt des axialen Pressens eine vorbestimmte Gestalt aufweist, das heißt eine Gestalt mit zumindest einem bestimmtem Spiraldurchmesser und mit bestimmten Abständen zwischen den einzelnen Windungen;
einen Schritt des Bereitstellens und Zentrieren zumindest der Wendel unter Verwendung einer Zentrierhilfe;
einen Schritt des Bereitstellens eines die Wendel umgebenden
Isolierpulvers;
einen Schritt des axialen Pressens zumindest der Wendel und des Isolierpulvers zu einem Heizeinsatz;
einen Schritt des Füllens eines Teils eines Innenraums des Glührohrs, welcher nicht durch den Heizeinsatz eingenommen ist, mit Füllmaterial;
einen Schritt des Einsetzens eines Anschlussbolzens in das Glührohr und Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen Anschlussbolzen und Wendel, vorzugsweise durch Einpressen, Verstemmen, Magnetumformung, Aufschrauben, Verschweißen oder Verlöten; und
einen Schritt des Abdichtens des Innenraums des Glührohrs mit einem Dichtelement. Anders gesagt muss bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als erster Schritt die Wendel so geformt werden, dass diese nach dem Verpressen mit dem
Isolierpulver zu einer im Vorfeld ausgelegten Gestalt mit einem oder mehreren Spiraldurchmessern der Windungen sowie bestimmten Abständen zwischen den einzelnen Windungen, eine sogenannte Wendelauslegung, komprimiert ist. Hier kann als Wendel eine Einstoff- oder Zweistoffwendel mit Heiz- und Regelwendel aus unterschiedlichen Werkstoffen zum Einsatz kommen. Bei dem Schritt des axialen Pressens der Wendel und des Isolierpulvers zu dem Heizeinsatz wird entsprechend die Wendel zusammen mit dem elektrisch isolierenden
Isolierpulver zu einem Verbund gepresst oder komprimiert, wobei der Heizeinsatz ein axial gepresstes Bauteil ist, auch als axial verpresstes Bauteil bezeichnet. Darunter ist ein Bauteil aus verschiedenen Komponenten zu verstehen, die miteinander durch einen in axialer Richtung des gepressten Bauteils
ausgeführten Press- oder Kompaktiervorgang mittels zumindest eines
Presswerkzeugs so verbunden werden, dass das gepresste Bauteil seine endgültige Form behält und wie ein spröder Werkstoff gehandhabt werden kann. Ein derartiges Presswerkzeug besteht üblicherweise aus zumindest einem Druckstempel, auch Pressstempel genannt, der die zu verpressenden
Komponenten mit einer Druckkraft beaufschlagen kann, wobei entweder das Glührohr an sich oder aber eine Gegenform oder ein Gegendruckstempel zusammen mit einer Pressform die zu verpressenden Komponenten hält und dadurch einen Gegendruck erzeugt. Der Druckstempel kann dabei eine glatte Pressoberfläche aufweisen. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Schritt des Bereitstellens zumindest der Wendel und eines diese umgebenden Isolierpulvers zudem einen Pulverpressling umfassen, der in dem Inneren der Wendel angeordnet ist, das heißt in dem durch die schraubenförmige Wendel umgebenden Hohlraum oder Schraubenkern, wobei vorzugsweise das Isolierpulver und der Pulverpressling aus verschiedenen Pulvermaterialien bestehen oder wobei das Isolierpulver und der Pulverpressling aus demselben Pulvermaterial mit unterschiedlichen Korngrößen bestehen. Unter einem
Pulverpressling ist eine aus Pulver gepresste und eventuell gehärtete
Komponente zu verstehen, die als ein Pulververbund in Form eines einzelnen Bauteils anschließend gehandhabt werden kann. Dies hat bei der vorliegenden Erfindung den Vorteil, dass ein Pulverpressling in die Wendel eingesetzt werden kann und anschließend bei dem Schritt des Pressens zusammen mit der Wendel und dem Isolierpulver zu dem Heizeinsatz verpresst werden kann, ohne dass sich das Pulver des Pulverpresslings mit dem Isolierpulver vor dem Pressen vermischt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Schritt des axialen Pressens zumindest der Wendel und des
Isolierpulvers zu dem Heizeinsatz in dem Glührohr durchgeführt. Die Zentrierhilfe wird dabei vor dem Schritt des axialen Pressens aus dem Glührohr entfernt. Genauer gesagt befinden sich die Wendel und das Isolierpulver vor dem Pressen innerhalb des einseitig geschlossenen Glührohrs und werden dann in dem Glührohr gepresst und zu dem Heizeinsatz verdichtet, wobei die Wendel vor dem Pressen mit dem Glührohr elektrisch verbunden wird, vorzugsweise durch Schweißen oder Löten. Dabei kann das axiale Pressen durch einen
Druckstempel stattfinden, der entweder eine glatte druckausübende Seite oder Stirnfläche hat oder aber wobei die druckausübende Seite des Druckstempels vorzugsweise eine Aussparung oder Einkerbung aufweist, in der ein erstes Ende der Wendel aufgenommen wird, und zwar das Ende der Wendel, das den Pluskontakt ausbildet, der später mit dem Anschlussbolzen in Kontakt gebracht wird. Das druckausübende Ende des Druckstempels kann ferner aber auch einen sich verjüngenden Außendurchmesser aufweisen, wobei dann bei dem Schritt des axialen Pressens das druckausübende Ende des Druckstempels durch das erste Ende der Wendel umgeben ist, so dass bei dem Schritt des axialen
Pressens kein axialer Pressdruck auf das erste Ende der Wendel ausgeübt wird. Das bedeutet, dass das erste Ende der Wendel einen Wendeldurchmesser aufweist, der es zulässt, dass sich das druckausübende Ende des
Druckstempels innerhalb der Wicklungen des ersten Endes der Wendel aufhält. Da dabei das zweite Ende der Wendel einen kleineren Wendeldurchmesser aufweist, wird bei einem Schritt des axialen Pressens nur Druck auf den
Abschnitt der Wendel ausgeübt, der den kleineren Wendeldurchmesser hat, und der Abschnitt der Wendel mit größerem Wendeldurchmesser erfährt keine axiale Presskraft und verbleibt in seiner vorgeformten Gestalt, während der andere Abschnitt der Wendel gepresst und komprimiert wird. Gemäß einer alternativen bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Schritt des axialen Pressens zumindest der Wendel und des Isolierpulvers zu dem Heizeinsatz unabhängig von dem Glührohr separat in einer Pressvorrichtung durchgeführt, die zumindest aus einem Druckstempel, einem Gegendruckstempel und einer Pressform besteht, vorzugsweise einer zylindrischen Pressform. Dabei können die Schritte des Bereitstellens und Zentrierens zumindest der Wendel unter Verwendung der Zentrierhilfe, des Bereitstellens des die Wendel umgebenden Isolierpulvers, und des axialen Pressens zumindest der Wendel und des diese umgebenden Isolierpulvers zu dem Heizeinsatz in der Pressvorrichtung durchgeführt werden. Nach diesen Schritten wird der fertig gepresste Heizeinsatz in das Glührohr eingesetzt und die Wendel wird mit dem Glührohr elektrisch verbunden vorzugsweise durch ein stoffschlüssiges Verbindungsverfahren wie zum Beispiel Verschweißen oder Verlöten. Anschließend wird das erfindungsgemäße Verfahren mit dem Schritt des Füllens eines Teils eines Innenraums des Glührohrs mit Füllmaterial, dem Schritt des Einsetzens eines Anschlussbolzens in das Glührohr und Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen Anschlussbolzen und Wendel, und dem Schritt des Abdichtens des Innenraums des Glührohrs mit einem Dichtelement fortgesetzt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die druckausübende Seite des Druckstempels eine Aussparung oder Einkerbung aufweisen, in der ein erstes Ende der Wendel aufgenommen wird, und zwar das Ende der Wendel, das den Pluskontakt ausbildet, der im Anschluss mit dem Anschlussbolzen in Verbindung gebracht wird. Zusätzlich oder Alternativ dazu kann auch die druckausübende Seite des
Gegendruckstempels eine Aussparung oder Einkerbung aufweisen, in der das andere Ende der Wendel aufgenommen wird, und zwar das Ende der Wendel, das mit einer Innenseite des Glührohrs an dessen geschlossenen, von dem Gehäuse freiliegenden Ende stoffschlüssig verbunden wird, vorzugsweise durch Schweißen oder Löten.
Bei der Verwendung einer Pressvorrichtung mit Druckstempel,
Gegendruckstempel und Pressform kann dabei die Wendel vor dem Schritt des axialen Pressens und während des Einfüllens des Isolierpulvers in die Pressform durch ein Zentrierbauteil mittig in der Pressform gehalten werden, so dass das Isolierpulver gleichmäßig um die Wendel herum verteilt wird. Genauer gesagt wird dabei die Wendel mittels des als Zentrierhilfe wirkenden Zentrierbauteils mittig in der Pressform eingesetzt. Das Zentrierbauteil kann dabei eine
Zentrierhülse oder dergleichen sein. Anschließend wird das Isolierpulver in den restlichen Hohlraum der Pressform eingefüllt und das ganze gerüttelt, so dass sich das Isolierpulver gleichmäßig verteilt. Danach wird das Zentrierbauteil entfernt und zusätzliches Isolierpulver hinzugefügt, bis die Wendel vollständig von dem Isolierpulver abgedeckt ist, und anschließend ein weiteres Mal gerüttelt, so dass sich das gesamte Isolierpulver in der Pressform vor dem Pressen gleichmäßig verteilt. Die Zentrierhilfe wird folglich vor dem Schritt des axialen Pressens aus der Pressform entfernt. Schließlich wird der Inhalt der Pressform mit einem Druckstempel zu dem Heizeinsatz axial, also in Richtung der
Längsachse der Pressform gepresst. Der eingepresste Wendel-Kompaktpulver- Verbund wird dann aus der Pressform entnommen und in das Glührohr eingesetzt und mit diesem verbunden, wonach der Anschlussbolzen in das Gehäuse eingesetzt und mit dem freien ersten Ende der Wendel verbunden wird. Vorzugsweise kann vor dem Schritt des Pressens das zweite Ende der Wendel, das mit dem Glührohr zu verbinden ist, mit einem entfernbaren Material, einem sogenannten Platzhalter, der vorzugsweise aus Kunststoffschaum oder einem ähnlichen schwammartigen Stoff besteht, wie zum Beispiel Polyamid,
Polyurethan, usw. als Polymere oder Ni-Legierungen im Fall von Metallen, umgeben werden, um dieses Ende der Wendel während des Schritts des axialen Pressens frei von Isolierpulver zu halten. Nach dem Pressen wird der Platzhalter von dem zweiten Ende der Wendel entfernt und dieses wird mit dem Glührohr verbunden, beispielsweise durch Schweißen oder Löten. Die Kontaktierung des anderen, ersten Endes der Wendel mit dem Anschlussbolzen erfolgt durch Verstemmen, Magnetumformung, Aufschrauben, Einpressen, Schweißen oder ein ähnliches Verfahren.
Vorteile der Erfindung
Mit der erfindungsgemäßen Heizkörper für eine Glühstiftkerze beziehungsweise mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren kann die Wärmeleitung von Wendel zur Glührohroberfläche abgesichert werden und es kann auf das Reduzieren des fertig zusammengesetzten Glührohrs mittels Rundkneten verzichtet oder dieses zumindest erheblich reduziert werden. Somit wird die Wärmeleitung von Wendel beziehungsweise vom Heizwendelabschnitt der Wendel zum Glührohr abgesichert, wobei eine erhebliche Einsparung von Komprimierschritten am fertig zusammengesetzten Glührohr durch Vermeiden des Rundknetens erzielt wird. Durch die Produktion des Heizkörpers ohne Rundkneten wird die Wendel weniger beschädigt beziehungsweise vollständig intakt gelassen, was sowohl die Reproduzierbarkeit des Verfahrens als auch die Robustheit der Glühstiftkerze deutlich verbessert.
Die vorliegende Erfindung stellt folglich einen Heizkörper für eine Glühstiftkerze sowie ein diesbezügliches Herstellungsverfahren bereit, das die unerwünschte Verformung der Wendel des Heizkörpers während des Rundknetens des Glührohrs erheblich vermindert oder sogar komplett vermeidet. Dies geschieht durch ein axiales Verpressen von Wendel und elektrisch isolierendem aber wärmeleitendem Isolierpulver zu einem verdichteten Heizeinsatz vor oder nach dessen Einbau ins Glührohr, wobei der Heizeinsatz der in der Axialrichtung elektrisch leitend und in der Radialrichtung elektrisch isolierend ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt einen Heizkörper für eine Glühstiftkerze gemäß einer ersten
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer freigeschnittenen Querschnittsansicht;
Figur 2 zeigt einen Heizkörper für eine Glühstiftkerze gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer freigeschnittenen Querschnittsansicht;
Figur 3 zeigt einen Heizkörper für eine Glühstiftkerze gemäß einer dritten
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer freigeschnittenen Querschnittsansicht; Figur 4 zeigt aufeinanderfolgende Schritte eines Herstellungsverfahrens des in Figur 1 dargestellten Heizkörpers für eine Glühstiftkerze gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform in einer Querschnittsansicht;
Figur 5 zeigt einen Auszug aufeinanderfolgender Schritte eines
Herstellungsverfahrens des in Figur 2 dargestellten Heizkörpers für eine Glühstiftkerze gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform in einer Querschnittsansicht;
Figur 6 zeigt einen Auszug aufeinanderfolgender Schritte eines
Herstellungsverfahrens des in Figur 3 dargestellten Heizkörpers für eine Glühstiftkerze gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform in einer Querschnittsansicht;
Figur 7 zeigt einen Auszug aufeinanderfolgender Schritte eines alternativen
Herstellungsverfahrens des in Figur 2 dargestellten Heizkörpers für eine Glühstiftkerze gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform in einer Querschnittsansicht; und
Figur 8 zeigt eine Glühstiftkerze gemäß dem Stand der Technik in einer
Querschnittsansicht.
Ausführungsformen der Erfindung
In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßen Heizkörper 1 für eine Glühstiftkerze gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform gezeigt, bei der aus Gründen der Übersichtlichkeit Komponenten wie zum Beispiel ein Gehäuse sowie
Isolierbauteile und Anschlusselemente weggelassen wurden. Der in Figur 1 gezeigte Heizkörper 1 hat ein metallenes Glührohr 11, einen darin angeordneten Heizeinsatz 12, der im Inneren eines geschlossenen Endes 112 des Glührohrs 11 angeordnet ist, und einen Anschlussbolzen 13, der über ein Kontaktelement 14 mit dem Heizeinsatz 12 in Verbindung steht. Der Heizeinsatz 12 sowie der Anschlussbolzen 13 sind dabei von Seiten eines offenen Endes 111 des Glührohrs 11 in dieses eingesetzt, das zu dem geschlossenen Ende 112 des Glührohrs 11 entgegengesetzt angeordnet ist.
Der Heizeinsatz 12 besteht aus einem verpressten Verbund aus einer Wendel 121 und einem Isolierpulver 122. Ein erstes Ende 1211 der Wendel 121, das zu dem geschlossenen Ende 112 des Glührohrs 11 entgegengesetzt angeordnet ist, stellt die Verbindung des Heizeinsatzes 12 mit dem Kontaktelement 14 her. Ein zweites Ende 1212 der Wendel 121 steht mit dem geschlossenen Ende 112 des Glührohrs 11 in elektrischer Verbindung, wobei das zweite Ende 1212 der Wendel 121 mit dem geschlossenen Ende 112 des Glührohrs 11 stoffschlüssig in
Verbindung steht, beispielsweise indem das zweite Ende 1212 der Wendel 121 mit der Innenseite des Glührohrs 11 an dessen geschlossenen Ende 112 verschweißt ist, oder indem das zweite Ende 1212 der Wendel 121 durch das geschlossene Ende 112 hindurchgehend mit diesem stoffschlüssig verbunden ist.
Der Teil des Anschlussbolzens 13, der sich innerhalb des Glührohrs 11 befindet, sowie das Kontaktelement 14, das in Form eine elektrisch leitenden und elastisch verformbaren Körpers wie zum Beispiel in Form einer Metallfeder, einer
Graphittablette oder dergleichen vorliegen kann, sind von einem elektrisch isolierenden Füllmaterial 15 umgeben, wie zum Beispiel einem Keramikpulver, einer Sinterkeramik, einem Keramikschaum oder dergleichen, wobei das
Füllmaterial 15 durch ein ringförmiges isolierendes Dichtelement 16 in dem Glührohr 11 gehalten ist. Das Füllmaterial 15 wird durch das offene Ende 111 des Glührohrs 11 eingefüllt. Anstelle des Füllmaterials 15 kann alternativ auch
Leerraum vorgesehen sein.
Ähnlich wie Figur 1 zeigt Figur 2 einen erfindungsgemäßen Heizkörper 1' für eine Glühstiftkerze gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform, bei der aus Gründen der Übersichtlichkeit Komponenten wie zum Beispiel ein Gehäuse sowie Isolierbauteile und Anschlusselemente weggelassen wurden.
Der in Figur 2 dargestellte Teil des erfindungsgemäßen Heizkörpers 1' hat ein metallenes Glührohr 11', einen darin angeordneten Heizeinsatz 12', der im Inneren eines geschlossenen Endes 112' des Glührohrs 11' angeordnet ist, und einen Anschlussbolzen 13', der mit dem Heizeinsatz 12' in Verbindung steht. Der Heizeinsatz 12' sowie der Anschlussbolzen 13' sind dabei von Seiten eines offenen Endes 111' des Glührohrs 11' in dieses eingesetzt, das zu dem geschlossenen Ende 112' des Glührohrs 11' entgegengesetzt angeordnet ist.
Der Heizeinsatz 12' besteht aus einem verpressten Verbund aus einer Wendel 121' und einem Isolierpulver 122'. Ein erstes Ende 1211' der Wendel 121', das zu dem geschlossenen Ende 112' des Glührohrs 11' entgegengesetzt
angeordnet ist, stellt die Verbindung des Heizeinsatzes 12' mit dem
Anschlussbolzen 13' her. Ein zweites Ende 1211' der Wendel 121' besteht hierbei anders als bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform aus einem von dem Heizeinsatz 12' in Richtung des Anschlussbolzens 13' hervorstehenden Wendelabschnitt, der in eine Aussparung 131' des Anschlussbolzens 13' hineinragt und mit dessen Boden stoffschlüssig verbunden ist, wobei die
Aussparung 131' in dem der Wendel 121' zugewandten Ende des
Anschlussbolzens 13' vorgesehen ist. Das zweite Ende 1212' der Wendel 121' steht ähnlich zu der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform mit dem
geschlossenen Ende 112' des Glührohrs 11' in elektrischer Verbindung, beispielsweise indem das zweite Ende 1212' der Wendel 121' mit der Innenseite des Glührohrs 11' an dessen geschlossenen Ende 112' verschweißt ist, oder indem das zweite Ende 1212' der Wendel 121' durch das geschlossene Ende 112' hindurchgehend mit diesem stoffschlüssig verbunden ist.
Der Teil des Anschlussbolzens 13', der sich innerhalb des Glührohrs 11' befindet, sowie das von dem Heizeinsatz 12' hervorstehende Ende 1211' der Wendel 121' sind von einem elektrisch isolierenden Füllmaterial 15' umgeben, wie zum
Beispiel einem Keramikpulver, einer Sinterkeramik, einem Keramikschaum oder dergleichen, wobei das Füllmaterial 15' durch ein ringförmiges isolierendes Dichtelement 16' in dem Glührohr 11' gehalten ist. Das Füllmaterial 15' wird durch das offene Ende 111' des Glührohrs 11' eingefüllt. Anstelle des
Füllmaterials 15' kann alternativ auch Leerraum vorgesehen sein.
Ähnlich wie Figuren 1 und 2 zeigt Figur 3 einen erfindungsgemäßen Heizkörper 1" für eine Glühstiftkerze gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform, bei der aus Gründen der Übersichtlichkeit Komponenten wie zum Beispiel ein Gehäuse sowie Isolierbauteile und Anschlusselemente weggelassen wurden. Der in Figur 3 dargestellte erfindungsgemäßen Heizkörper 1" zeigt ein metallenes Glührohr 11", einen darin angeordneten Heizeinsatz 12", der im Inneren eines geschlossenen Endes 112" des Glührohrs 11" angeordnet ist, und einen Anschlussbolzen 13", der mit dem Heizeinsatz 12" in Verbindung steht. Der Heizeinsatz 12" sowie der Anschlussbolzen 13" sind dabei von Seiten eines offenen Endes 111" des Glührohrs 11" in dieses eingesetzt, das zu dem geschlossenen Ende 112" des Glührohrs 11" entgegengesetzt angeordnet ist. Das Glührohr 11" der dritten bevorzugten Ausführungsform hat anders als bei den vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen einen sich verändernden Durchmesser und besteht ausgehend von dem offenen Ende 111" des Glührohrs
11" hin zu dem geschlossenen Ende 112" des Glührohrs 11" aus einem ersten Abschnitt IIA" mit größerem Durchmesser und einem zweiten Abschnitt IIB" mit geringerem Durchmesser, wobei ein Übergang zwischen dem ersten
Abschnitt IIA" und dem zweiten Abschnitt IIB" graduell verjüngend erfolgt. Dadurch entsteht im Inneren des Glührohrs 11" eine Trichterform, die zu dem geschlossenen Ende 112" des Glührohrs 11" hin enger wird.
Der Heizeinsatz 12" besteht aus einem verpressten Verbund aus einer Wendel 121" und einem Isolierpulver 122". Ein erstes Ende 1211" der Wendel 121", das zu dem geschlossenen Ende 112" des Glührohrs 11" entgegengesetzt angeordnet ist, stellt die Verbindung des Heizeinsatzes 12" mit dem
Anschlussbolzen 13" her. Das erste Ende 1211" der Wendel 121", das mit dem Anschlussbolzen 13" in Verbindung steht, besteht hierbei anders als bei den vorhergehenden Ausführungsformen aus einem von dem Heizeinsatz 12" in Richtung des Anschlussbolzens 13" hervorstehenden Wendelabschnitt, der eine ausgedehnte Gestalt mit vergrößertem Innendurchmesser hat, also eine
Windungsform, bei der der Abstand zwischen den einzelnen Windungen und deren Spiraldurchmesser größer ist als bei dem in dem Isolierpulver 122" angeordneten Teil der Wendel 121". Das erste Ende 1211" der Wendel 121' ist teilweise um den Anschlussbolzen 13" herumgewickelt und mit diesem stoffschlüssig verbunden. Ein zweites Ende 1212" der Wendel 121" steht ähnlich zu den vorhergehenden Ausführungsformen mit dem geschlossenen Ende 112" des Glührohrs 11" in elektrischer Verbindung, beispielsweise indem das zweite Ende 1212" der Wendel 121" mit der Innenseite des Glührohrs 11" an dessen Ende 111" verschweißt ist, oder indem das zweite Ende 1212" der Wendel 121" durch das geschlossene Ende 112" hindurchgehend mit diesem stoffschlüssig verbunden ist.
Der Teil des Anschlussbolzens 13", der sich innerhalb des Glührohrs 11" befindet, sowie das von dem Heizeinsatz 12" hervorstehende erste Ende 1211" der Wendel 121" sind von einem elektrisch isolierenden Füllmaterial 15" umgeben, wie zum Beispiel einem Keramikpulver, einer Sinterkeramik, einem Keramikschaum oder dergleichen, wobei das Füllmaterial 15" durch ein ringförmiges isolierendes Dichtelement 16" in dem Glührohr 11" gehalten ist. Das Füllmaterial 15" ragt dabei mit einem Teil 151" in einen in dem Heizeinsatz
12" eingepressten Lunker 1221", genauer gesagt in einem in dem Isolierpulver 122" eingepressten Lunker 1221" hinein. Die dadurch entstehende Überdeckung von Isolierpulver 122" und Füllmaterial 15", also des Teils 151" des Füllmaterials 15', das sich in dem Lunker 1221" befindet, liegt innerhalb des durch das Glührohr 11" erzeugten Trichters, also in dem Bereich des Übergangs von dem ersten Abschnitt IIA" in den zweiten Abschnitt IIB" des Glührohrs 11". Anstelle des Füllmaterials 15" kann alternativ auch Leerraum vorgesehen sein.
Figur 4 zeigt eine Abfolge von einzelnen Schritten (a) bis (f), die ein
Herstellungsverfahren des in Figur 1 gezeigten und oben beschriebenen
Heizkörpers 1 darstellen. In dem ersten Schritt (a) wird dabei zuerst die vorgeformte Wendel 121 in das Glührohr 11 eingesetzt und an ihrem zweiten Ende 1212 mit dem geschlossenen Ende 112 des Glührohrs 11 verbunden, beispielsweise indem das zweite Ende 1212 der Wendel 121 mit der Innenseite des Glührohrs 11 an dessen geschlossenem Ende 112 verschweißt ist. Das erste Ende 1211 der Wendel 121 wird dabei durch eine Zentrierhilfe 2 mittig in dem Glührohr 11 gehalten, die in das Glührohr 11 eingesetzt ist. In dem darauffolgenden Schritt (b) wird das Isolierpulver 122 in das Glührohr 11 eingefüllt, während das erste Ende 1211 der Wendel 121 weiter durch eine Zentrierhilfe 2 mittig in dem Glührohr 11 gehalten wird, so dass sich das
Isolierpulver 122 gleichmäßig um die Wendel 121 herum verteilt und diese vollständig bedeckt. Anschließend wird in einem Schritt (c) die Zentrierhilfe 2 aus dem Glührohr 11 entfernt und ein Druckstempel 3 in das Glührohr 11 eingesetzt, der mit dem Verbund aus Wendel 121 und Isolierpulver 122 in Kontakt tritt. Die Wendel 121 weist in diesem Zustand noch immer ihre vorgeformte Ausgangslänge LI auf. Durch den Druckstempel 3 sowie durch das Glührohr 11 wird eine Kraft F von beiden Seiten auf den Wendel-Isolierpulver-Verbund ausgeübt. Das Glührohr 11 ist dabei vorzugsweise in einer (nicht gezeigten) Halterung oder dergleichen gehalten, um eine Gegenkraft gegen die von dem Druckstempel 3 ausgeübte Kraft bieten zu können. Durch die Ausübung der
Druckkraft F von beiden Seiten auf den Wendel-Isolierpulver-Verbund wird von Schritt (c) zu Schritt (d) der Wendel-Isolierpulver-Verbund verdichtet und zu dem gewünschten Heizeinsatz 12 in Form eines Verbunds aus Wendel 121 und kompaktiertem beziehungsweise verdichtetem Isolierpulver 122, also zu einem Wendel- Kompaktpulver- Verbund verpresst. Dieser Vorgang des Verdichtens des
Verbunds aus Wendel 121 und Isolierpulver 122 zu dem Heizeinsatz 12 in Form des Wendel- Kompaktpulver- Verbunds wird als Schritt des axialen Pressens bezeichnet. Dabei weist die Wendel 121 nach dem Verdichten durch den Druckstempel 3 eine verringerte Gesamtlänge L2 auf, die kleiner als die
Ausgangslänge LI ist. Der Druckstempel 3 wird daraufhin aus dem Glührohr 11 entfernt, wobei der neu hergestellte Heizeinsatz 12 in dem Glührohr 11 verbleibt, siehe Schritt (e). Anschließend wird das Kontaktelement 14 sowie der
Anschlussbolzen 13 in das Glührohr 11 eingesetzt, wobei das Kontaktelement 14 einen elektrischen Kontakt zwischen dem ersten Ende 1211 der Wendel 121 und dem Anschlussbolzen 13 herstellt. Weiterhin wird der restliche Raum in dem
Glührohr 11 mit dem Füllmaterial 15 in Form eines Keramikpulvers aufgefüllt, das das Kontaktelement 14 und den in dem Glührohr 11 angeordneten Teil des Anschlussbolzens 13 vollständig umgibt. Das Innere des Glührohrs 11 wird ferner durch das Dichtelement 16 abgedichtet.
Fig. 5 zeigt eine abgewandelte Form der in Figur 4 dargestellten Schrittabfolge, bei der die Schritte (c), (d) und (f) durch die Schritte (c'), (d') und (f) zu ersetzen sind und die damit ein Herstellungsverfahren des in Figur 2 gezeigten und oben beschriebenen Heizkörpers 1' darstellen. Die verbleibenden Schritte sind identisch zu den jeweiligen Schritten des in Figur 4 dargestellten Verfahrens. Ein wesentlicher Unterschied bei dem in Figur 5 dargestellten Verfahren ist in der Beschaffenheit des Druckstempels 3' sowie des ersten Endes 1211' der Wendel 121' zu finden. Wie es in Schritt (c') zu sehen ist, weist der Druckstempel 3' an dessen druckausübender Seite oder Stirnfläche eine Aussparung 31' auf, in der das erste Ende 1211' der Wendel 121' bei dem axialen Pressen aufgenommen wird. Dadurch wird es ermöglicht, dass die Wendel 121' durch den Druckstempel 3' mit dem Isolierpulver 122' verpresst und dabei die Ausgangslänge LI auf die verringerte Gesamtlänge L2 reduziert wird. Der darüber hinaus hervorstehende Wendelabschnitt in Form des ersten Endes 1211' der Wendel 121' wird dadurch bei dem Schritt des axialen Pressens nicht verdichtet und verbleibt in seiner
Ausgangsgestalt. Nach einem Entfernen des Druckstempels 3' aus dem Glührohr 11' verbleibt der durch das axiale Pressen erzeugte Heizeinsatz 12' in dem Glührohr 11'. Anschließend wird der Anschlussbolzen 13' in das Glührohr 11' eingesetzt und ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten Ende 1211' der Wendel 121' und dem Anschlussbolzen 13' hergestellt. Das hervorstehende erste Ende 1211' der Wendel 121' ist dabei in einer Aussparung 131'
aufgenommen, die in dem Anschlussbolzen 13' in dessen Stirnseite vorgesehen ist, die zu dem geschlossenen Ende 112' des Glührohrs 11' weist. Weiterhin wird der restliche Raum in dem Glührohr 11' mit dem Füllmaterial 15' in Form eines Keramikpulvers aufgefüllt, das den in dem Glührohr 11' angeordneten Teil des
Anschlussbolzens 13' sowie das hervorstehende erste Ende 1211' der Wendel 121' vollständig umgibt. Das Innere des Glührohrs 11' wird ferner durch das Dichtelement 16' abgedichtet. In Fig. 6 ist eine weitere abgewandelte Form der in Figur 4 dargestellten
Schrittabfolge gezeigt, bei der die Schritte (c), (d) und (f) durch die Schritte (c"), (d") und (f") zu ersetzen sind und die damit ein Herstellungsverfahren des in Figur 3 gezeigten und oben beschriebenen Heizkörpers 1" darstellen. Die verbleibenden Schritte sind identisch zu den jeweiligen Schritten des in Figur 4 dargestellten Verfahrens. Bei der in Figur 6 gezeigten weiter abgewandelten
Form wird der Heizeinsatz 12" vor dem Pressen ebenfalls in Form der Wendel 121" und des Isolierpulvers 122" lose in dem Glührohr 11" angeordnet, wobei das zweite Ende 1212" der Wendel 121" bereits mit dem geschlossenen Ende 112" des Glührohrs 11" stoffschlüssig in elektrischer Verbindung steht. Bei Schritt (c") wird wieder ein Druckstempel 3" in das Glührohr 11' eingebracht, wobei das erste Ende 1211" der Wendel 121" einen so großen
Spiraldurchmesser hat, dass es zwar durch eine Zentrierhilfe 2" mittig in dem Glührohr 11" gehalten ist, der Druckstempel 3" aber durch die Spiralwindungen hindurch innerhalb diesen angeordnet ist und mit seiner druckausübenden Stirnfläche auf dem Isolierpulver 122" aufliegt. Der Druckstempel 3" weist an seinem druckausübenden Ende einen sich verjüngenden Außendurchmesser auf, der dadurch eine Kegelform hat. Die Ausgangslänge LI des Rests der Wendel 121" befindet sich dabei innerhalb des Isolierpulvers 122", ist also von diesem vollständig umgeben. Mittels der Kraftaufbringung mit der Kraft F durch den Druckstempel 3" wird das den Rest der Wendel 121" umgebende
Isolierpulver 122" verdichtet und damit dessen Gesamtlänge auf L2 verringert, die Wendel 121" entsprechend gestaucht. Aufgrund der Kegelform des druckausübenden Endes des Druckstempels 3" wird eine entsprechende
Gegenform in das Isolierpulver 122" eingepresst, so dass sich dieses nach oben steigend um den Druckstempel 3" herum verteilt, so dass der dadurch entstehende Lunker 1221" in das Isolierpulver 122" eingepresst wird, siehe Schritt (d").
Die Zentrierhilfe 2" bleibt während des Schritts des axialen Pressens in dem Glührohr 11", um das erste Ende 1211" der Wendel 121" weiter mittig zu halten und um dadurch den Druckstempel 3" mittig zu führen. Das verdichtete
Isolierpulver 122" erstreckt sich folglich über den zweiten Abschnitt IIB" mit geringerem Durchmesser des Glührohrs 11" sowie über den Übergang zwischen dem ersten Abschnitt IIA" und dem zweiten Abschnitt IIB", der sich graduell verjüngt, vergleiche Figur 3. Das erste Ende 1211" der Wendel 121" erfährt dadurch keine axiale Presskraft und behält seine ursprüngliche Form bei. Nach einem Entfernen des Druckstempels 3" aus dem Glührohr 11" verbleibt der durch das axiale Pressen erzeugte Heizeinsatz 12" in dem Glührohr 11".
Anschließend wird der Anschlussbolzen 13" in das Glührohr 11" eingesetzt und ragt zumindest teilweise in das erste Ende 1211" der Wendel 121" hinein, wobei der Anschlussbolzen 13' mit diesem in Berührung kommt, wodurch ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten Ende 1211" der Wendel 121" und dem Anschlussbolzen 13" hergestellt wird. Weiterhin wird der restliche Raum in dem Glührohr 11" einschließlich des Lunkers 1221" mit dem Füllmaterial 15" in Form eines Keramikpulvers aufgefüllt, das den in dem Glührohr 11" angeordneten Teil des Anschlussbolzens 13" sowie das hervorstehende erste Ende 1211" der Wendel 121" vollständig umgibt. Das Füllmaterial 15" ragt dabei mit einem Teil 151" in den in dem Heizeinsatz 12" eingepressten Lunker 1221", genauer gesagt in den in dem Isolierpulver 122" eingepressten Lunker 1221" hinein. Das Innere des Glührohrs 11" wird ferner durch das Dichtelement 16" abgedichtet. In Figur 7 ist ein alternatives Verfahren mit den Schritten (B), (C), (D), (E) und (F) gezeigt, bei dem ein Heizkörper 1' hergestellt wird, wie er bereits aus Figur 2 bekannt ist. Dabei kommt eine Pressvorrichtung 4' zum Einsatz, die aus einem Druckstempel 41', einem Gegendruckstempel 42' sowie einer Pressform 43' besteht. Die Pressform 43' kann eine einteilige Form haben, kann aber auch eine zwei- oder mehrteilige Gestalt aufweisen. Das erste Ende 1211' der Wendel 121' wird dabei durch eine Zentrierhilfe 2' mittig in der Pressform 43', genauer gesagt in einer Durchgangsbohrung 431' der Pressform 43' gehalten, wie es in Schritt (B) zu erkennen ist. Weiter wird das zweite Ende 1212' der Wendel 121' in einer
Aussparung 421' aufgenommen, die in der druckausübenden Stirnfläche des Gegendruckstempels 42' vorgesehen ist. Das Isolierpulver 122' ist in die
Pressform 43' eingefüllt, während das erste Ende 1211' der Wendel 121' weiter durch die Zentrierhilfe 2' mittig in der Pressform 43' gehalten wird, so dass sich das Isolierpulver 122' gleichmäßig um die Wendel 121' herum verteilt und diese möglichst vollständig bedeckt. Anschließend wird in einem Schritt (C) die Zentrierhilfe 2' aus der Pressform 43' entfernt und der Druckstempel 41' in die Pressform 43' eingesetzt, so dass die Wendel 121' zusammen mit dem
Isolierpulver 122' zwischen dem Druckstempel 41' und dem Gegendruckstempel 42' in der Durchgangsbohrung 431' der Pressform 43' gehalten ist.
Das erste Ende 1211' der Wendel 121' wird dabei in einer Aussparung 411' des Druckstempels 41' aufgenommen. Anschließend wird eine Druckkraft F auf den Druckstempel 41' beziehungsweise eine Druckkraft F auf den
Gegendruckstempel 42' aufgebracht und die Wendel 121' zusammen mit dem
Isolierpulver 122' zu dem Heizeinsatz 12' axial gepresst, so dass die
Gesamtlänge der Wendel 121' von LI auf L2 gestaucht wird, siehe Schritt (D). Das erste Ende 1211' sowie das zweite Ende 1212' der Wendel 121' werden durch deren Unterbringung in den Aussparungen 411' und 421' nicht weiter gestaucht. Das erste Ende 1211' und das zweite Ende 1212' der Wendel 121' können jeweils mit einem entfernbaren Kunststoffschaum umgeben sein, um diese während des Schritts des axialen Pressens frei von Isolierpulver 122' zu halten. Bei Schritt (E) kann der Heizeinsatz 12' aus der Pressvorrichtung 4' entnommen werden und der Kunststoffschaum kann entfernt werden, so dass die beiden Enden 121 1 ' und 1212' der Wendel 121 ' frei von Isolierpulver 122' aus dem Heizeinsatz 12' hervorstehen. Anschließend wird der Heizeinsatz 12' in Schritt (F) in das Glührohr ll'eingesetzt und das zweite Ende 1212' der Wendel 121' mit dem geschlossenen Ende 112' des Glührohrs 11' stoffschlüssig verbunden, so dass diese miteinander in elektrischer Verbindung stehen.
Anschließend wird der Anschlussbolzen 13' in das Glührohr 11' eingesetzt und stellt einen elektrischen Kontakt zwischen dem ersten Ende 1211' der Wendel 121' und dem Anschlussbolzen 13' her.
Das hervorstehende erste Ende 1211' der Wendel 121' ist dabei in der
Aussparung 131' aufgenommen, die in dem Anschlussbolzen 13' in dessen Stirnseite vorgesehen ist, welche zu dem geschlossenen Ende 112' des
Glührohrs 11' weist. Weiterhin wird der restliche Raum in dem Glührohr 11' mit dem Füllmaterial 15' in Form eines Keramikpulvers aufgefüllt, das den in dem Glührohr 11' angeordneten Teil des Anschlussbolzens 13' sowie das
hervorstehende erste Ende 1211' der Wendel 121' vollständig umgibt. Das Innere des Glührohrs 11' wird ferner durch das Dichtelement 16' abgedichtet.
Die technischen Merkmale der vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen sowohl des Heizkörpers der Glühstiftkerze als auch dessen
Herstellungsverfahrens sind nicht auf die jeweilige beschriebene
Ausführungsform begrenzt und sind entsprechend untereinander austauschbar.

Claims

Ansprüche
1. Heizkörper (1; 1'; 1") für eine elektrisch beheizbare Glühstiftkerze, mit einem Glührohr (11; 1 ; 11"), und
einem in dem Glührohr (11; 11'; 11") angeordneten Heizeinsatz (12; 12'; 12"), der zumindest eine Wendel (121; 12 ; 121") und ein damit verpresstes Isolierpulver (122; 122'; 122") aufweist,
wobei der Heizeinsatz (12; 12'; 12") ein axial gepresstes Bauteil ist.
2. Heizkörper (1; 1'; 1") nach Anspruch 1, wobei der Heizeinsatz (12; 12';
12") ferner einen Pulverpressling aufweist, der in einem Innenhohlraum der Wendel (121; 121'; 121") angeordnet ist, vorzugsweise wobei das Isolierpulver (122; 122'; 122") und der Pulverpressling aus
verschiedenen Pulvermaterialien bestehen oder wobei das Isolierpulver (122; 122'; 122") und der Pulverpressling aus demselben Pulvermaterial mit unterschiedlichen Korngrößen bestehen.
3. Heizkörper (1; 1'; 1") nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wendel (121;
121'; 121") des Heizeinsatzes (12; 12'; 12") mit dem Glührohr (11; 11'; 11") elektrisch verbunden ist, vorzugsweise durch Schweißen oder Löten.
4. Elektrisch beheizbare Glühstiftkerze mit einem Heizkörper (1; 1'; 1") nach einem der vorangehenden Ansprüche, die vorzugsweise ferner ein Gehäuse zur Aufnahme des Heizkörpers (1; 1'; 1"), zumindest eine elektrisch isolierende Gehäusedichtung zum Isolieren zwischen einem Anschlussbolzen (13; 13'; 13") und dem Gehäuse, einen Rundstecker sowie eine Isolierscheibe aufweist, die zum elektrischen Isolieren zwischen Rundstecker und Gehäuse vorgesehen ist. Verfahren zur Herstellung eines Heizkörpers (1; 1'; 1") für eine elektrisch beheizbare Glühstiftkerze, insbesondere eines Heizkörpers (1; 1'; 1") nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit den folgenden Schritten:
Formen zumindest eines Teils einer Wendel (121; 121'; 121") derart, dass diese nach einem nachfolgenden Schritt des axialen Pressens eine vorbestimmte Gestalt aufweist;
Bereitstellen und Zentrieren zumindest der Wendel (121; 121'; 121") unter Verwendung einer Zentrierhilfe (2; 2");
Bereitstellen eines die Wendel (121; 121'; 121") umgebenden Isolierpulvers (122; 122'; 122");
Axiales Pressen zumindest der Wendel (121; 121'; 121") und des diese umgebenden Isolierpulvers (122; 122'; 122") zu einem Heizeinsatz
(12; 12'; 12");
Füllen eines Teils eines Innenraums des Glührohrs (11; 11'; 11"), welcher nicht durch den Heizeinsatz (12; 12'; 12") eingenommen ist, mit Füllmaterial (15; 15'; 15");
Einsetzen eines Anschlussbolzens (13; 13'; 13") in das Glührohr (11; 11'; 11") und Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen Anschlussbolzen (13; 13'; 13") und Wendel (121; 121'; 121"); und
Abdichten des Innenraums des Glührohrs (11; 11'; 11") mit einem Dichtelement (16; 16'; 16").
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des axialen Pressens zumindest der Wendel (121; 121'; 121") und des Isolierpulvers (122; 122'; 122") zu dem Heizeinsatz (12; 12'; 12") in dem Glührohr (11; 11'; 11") durchgeführt wird, wobei die Wendel (121; 121'; 121") vor dem Schritt des axialen Pressens mit dem Glührohr (11) elektrisch verbunden wird, vorzugsweise durch Schweißen oder Löten.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das axiale Pressen in dem Glührohr (11; 11'; 11") durch einen Druckstempel (3; 3'; 3") stattfindet, vorzugsweise wobei
die druckausübende Seite des Druckstempels (3') eine
Aussparung (31') aufweist, in der ein erstes Ende (1211') der Wendel (121') aufgenommen wird, oder das druckausübende Ende des Druckstempels (3") einen sich verjüngenden Außendurchmesser aufweist und bei dem Schritt des axialen Pressens durch ein erstes Ende (1211") der Wendel (121") umgeben ist, so dass auf das erste Ende (1211") der Wendel (121") bei dem Schritt des axialen Pressens kein axialer Pressdruck ausgeübt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des axialen Pressens zumindest der Wendel (121') und des Isolierpulvers (122') zu dem Heizeinsatz (12') in einer Pressvorrichtung (4') durchgeführt wird, die zumindest aus einem Druckstempel (41'), einem Gegendruckstempel (42') und einer Pressform (43') besteht.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Schritte des Bereitstellens und Zentrierens zumindest der Wendel (121') unter Verwendung der Zentrierhilfe (2), des Bereitstellens des die Wendel (121') umgebenden Isolierpulvers (122'), und des axialen Pressens zumindest der Wendel (121') und des diese umgebenden Isolierpulvers (122') zu dem
Heizeinsatz (12') in der Pressvorrichtung (4') durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die druckausübende Seite des Druckstempels (41') eine Aussparung (411') aufweist, in der ein erstes Ende (1211') der Wendel (121') aufgenommen wird, und/oder wobei die druckausübende Seite des Gegendruckstempels (42') eine Aussparung (421') aufweist, in der das zweite Ende (1212') der Wendel (121') aufgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei zumindest das zweite Ende (1212') der Wendel (121') mit einem entfernbaren Material, vorzugsweise Kunststoffschaum, umgeben ist, um dieses während des Schritts des axialen Pressens frei von Isolierpulver (122') zu halten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, wobei die Zentrierhilfe (2) vor dem Schritt des axialen Pressens entfernt wird.
EP15775109.0A 2014-10-07 2015-09-11 Heizkörper für eine elektrisch beheizbare glühstiftkerze mit axial gepresstem heizeinsatz, und zugehöriges herstellungsverfahren Withdrawn EP3204693A1 (de)

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