WO2002061338A1 - Verfahren zur herstellung eines startelementes - Google Patents

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ceramic
glow plug
dry
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Heinz Geier
Eckhardt Kuglin
Michael Hausser
Herbert Triptrap
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Robert Bosch Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/001—Glowing plugs for internal-combustion engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/001—Glowing plugs for internal-combustion engines
    • F23Q2007/004—Manufacturing or assembling methods

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a starting element, in particular a glow plug, according to the preamble of claim 1.
  • Known starting elements for the combustion process in an internal combustion engine comprise a ceramic element.
  • these ceramic elements have been coated with a slip by wet application, for example by means of pouring, dipping, spraying, sprinkling or rolling up processes. After applying the slip. the ceramic element is fired, the burnable material contained in the slip melting or sintering into a glassy layer, often also referred to as a ceramic layer.
  • a disadvantage of these wet-chemical treatment methods is that the production of the slip is comparatively complex, and putrefaction processes destroy the slip sedimentation processes must be counteracted as well as wastewater problems and a high energy requirement. Draining slip can possibly lead to the formation of droplets, which necessitates extensive post-treatment. In heaters for a glow plug in a diesel engine, the slurry running off can lead to a thin layer, which increases the risk of short-circuiting.
  • the object of the invention is to propose a method for producing a starting element, in particular a glow plug, in which the disadvantages mentioned above are at least partially avoided.
  • a method according to the invention for producing a starting element is characterized in that a dry glaze is applied to the ceramic element.
  • the dry glaze is advantageously applied electrostatically to the ceramic element. This ensures that a more uniform layer thickness, in particular at the edges and in the throats, is produced compared to previous methods. The risk of short circuits in a heating element of a glow plug is thus completely avoided, which represents a significant improvement -
  • the dry glaze preferably contains 4 - 6% CaO, 4 '- 6% BaO, 8 - 12% A1 2 0 3 , 53 - 61% Si0 2 and 20 - 26% B 2 0 3 , the dry glaze advantageously 5% CaO, 5% BaO, 10% Al 2 0 3 , 57% Si0 2 and 23% B 2 0 3 comprises.
  • advantageous conductivity and fluidizability of the dry glaze can be realized, which significantly improves the electrostatic coating.
  • the use of this lead-free dry glaze also reduces the environmental impact.
  • composition of an electrostatically applicable dry glaze this is a glaze powder
  • a glaze powder can be in a wide range, so that the properties of the glaze powder, including the stoving behavior, the coefficient of expansion and the electrical properties of the powder as well as the baked glaze easily on the z-glaze Substrate can be customized.
  • Particularly suitable glaze powders such as glass frits, can be coated with insulating substances, such as, for example, organopolysiloxanes according to EP-A 0 382 003, for the purpose of increasing their specific resistance.
  • a glaze powder instead of coating a glaze powder with an insulating substance you can electrostatically applicable glaze powder for the purpose of increasing the specific resistance and improving the fluidizability according to WO 98/54105 also contain a small amount of a carboxylic acid salt.
  • a glaze powder according to WO 98/58889 containing two glass fittings with different start of softening, high-quality glazes can be achieved in a high layer thickness.
  • the adhesive strength of the glaze powder on the substrate before the fire can be increased by using a physically or chemically activatable organic adhesive, such as a thermoplastic polymer.
  • an electrically insulating ceramic element is used. This also makes it possible to coat the ceramic element of a spark plug, for example for a gasoline engine.
  • an electrically conductive ceramic element is used. This considerably simplifies the electrostatic coating and at the same time the coating according to the invention of a glow plug for a glow plug, for example for a diesel engine, can be implemented. The much more uniform coating of the edges that can be achieved compared to previous methods is crucial for the functioning of the glow plug. This could not be reliably guaranteed with conventional manufacturing processes.
  • FIG. 1 shows an electrically insulating ceramic element according to the invention
  • Figure 2 shows an electrically conductive ceramic element according to the invention for a glow plug
  • FIG. 3 shows a section of a longitudinal section of a ceramic element coated according to the invention.
  • FIG. 1 shows an electrically insulating ceramic element 1 that has a glaze 2 in an area A.
  • the glaze 2 improves both the strength of the ceramic element 1 and the repellency of dirt and water. In particular, this reduces damage during installation or removal and the occurrence of malfunctions during operation.
  • FIG. 2 shows an electrically conductive ceramic element 3 for a glow plug, which is coated in a region B with a glaze 2 applied according to the invention.
  • the glaze 2 is applied both in the jacket area and in the end area of the ceramic element 3.
  • the glaze is removed in a semicircular area C and a rectangular area D, for example ground away, and contacting is applied to each of the two areas C, D in a manner not shown.
  • the ceramic element 3 has an insulation layer 4, wherein during operation of the glow plug, for example
  • the positive pole is realized by contacting area C and the negative pole by contacting area D.
  • a ceramic tip 5 begins to glow comparatively quickly, so that the starting process of a diesel engine is advantageously shortened compared to metallic glow plugs.
  • the glaze 2 enables electrical insulation of the glow plug from the metallic motor housing.
  • FIG. 3 shows a section of a longitudinal section of a ceramic element 1, 3.
  • FIG. 3 illustrates that the glaze 2 has a comparatively uniform layer thickness both on edges 6 and in a throat 7.
  • the comparatively thick coating on the edges 6 is functionally decisive for a glow pencil candle.
  • the relatively thin layer in the throats 7 is also favorable here.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Startelementes, insbesondere einer Glühstiftkerze, für den Verbrennungsvorgang in einer Brennkraftmaschine mit einem Keramikelement (1, 3) vorgeschlagen, dass das Glasieren des Keramikelementes (1, 3) wesentlich verbessert. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass eine Trockenglasur (2) auf das Keramikelement (1, 3) aufgebracht wird.

Description

"Verfahren zur Herstellung eines Startelementes"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Startelementes, insbesondere einer Glühstiftkerze, nach, dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Bekannte Startelemente für den Verbrennungsvorgang in einer Brennkraftmaschine, wie z.B. eine Zündkerze oder eine Glühstiftkerze, umfassen ein Keramikelement. Bislang werden, diese Keramikelemente im Nassauftrag mit einem Schlicker beschichtet, beispielsweise mittels Gieß-, Tauch-, Spritz-, Sprenkel- oder Aufrollverfahren. Nach dem Aufbringen des Schlickers. wird das keramische Element gebrannt, wobei das im Schlicker enthaltene einbrennfähige Material zu einer glasigen Schicht, oft auch als keramische Schicht bezeichnet, zusammenschmilzt oder sintert.
Nachteilig bei diesen nasschemischen Behandlungsmethoden ist jedoch, dass die Herstellung des Schlickεrs vergleichsweise aufwendig ist, Fäulnisprozesse den Schlicker zerstören können, Sedimentationsprozessen entgegengewirkt werden muss sowie Abwasserprobleme und ein hoher Energiebedarf hieraus resultiert. Ablaufender Schlicker kann gegebenenfalls zur Tropfenbildung führen, wodurch eine aufwendige Nachbehandlung nötig ist . Bei Heizern für eine Glühstiftkerze eines Dieselmotors kann der ablaufende Schlicker zu einer geringen Schichtdicke führen, wodurch die Kurzschlussgefahr erhöht wird.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung:
Demgegenüber hat die Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines Startelementes, insbesondere einer Glühstiftkerze, vorzuschlagen, bei dem die oben angeführten Nachteile wenigstens teilweise vermieden werden.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der einleitend genannten Art durch die gekennzeichneten Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
Dementsprechend zeichnet sich ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Startelementes dadurch aus, dass eine Trockenglasur auf das Keramikelement aufgebracht wird.
Durch die Vermeidung eines Schlickεrs entfällt beispielsweise die' aufwendige Haltbarmachung des Schlickεrs sowie das durch den Schlicker verursachte Abwasserproblem. Durch den trockenen Auftrag der Beschichtung, gegebenenfalls mittels Sieb-, Puder-, Schüttel- oder ähnlichen Verfahren, ist ein vergleichsweise schneller Ξi brand möglich, was auch zu einem verringerten Energieverbrauch des erfindungsgemäßen Verfahrens führt. Darüber hinaus entfällt die aufwendige Nachbearbeitung von ablaufenden Tropfen oder dergleichen.
Vorteilhafterweise wird die Trockenglasur elektrostatisch auf das Keramikelement aufgebracht. Hierdurch wird gewährleistet, dass gegenüber bisherigen Verfahren eine gleichmäßigere Schichtdicke, insbesondere an den Kanten sowie in den Kehlen, erzeugt wird. Die Gefahr von Kurzschlüssen bei einem Heizelement einer Glühstiftkerze wird somit vollständig vermieden, was eine Wesentliche Verbesserung darstellt -
Vorzugsweise enthält die Trockenglasur 4 - 6 % CaO, 4' - 6 % BaO, 8 - 12 % A1203, 53 - 61 % Si02 sowie 20 - 26 % B203, wobei die Trockenglasur vorteilhafterweise 5 % CaO, 5 % BaO, 10 % Al203, 57-% Si02 sowie 23 % B203 umfasst. Mit einer entsprechend zusammengesetzten Trockenglasur wird eine vorteilhafte Leitfähigkeit und Fluidisierbarkeit der Trockenglasur realisierbar, was die elektrostatische Beschiσhtung wesentlich verbessert . Darüber hinaus reduziert sich zusätzlich die Umweltbelastung durch die Verwendung dieser bleifreien Trockenglasur.
Die Zusammensetzung einer elektrostatisch applizierbaren Trockenglasur, hierbei handelt es sich um ein Glasurpulver, kann in weiten Bereichen liegen, so dass die Eigenschaften des Glasurpulvers, darunter das Einbrennverhalten, der Ausdehnungskoeffizient und die elektrischen Eigenschaften des Pulvers sowie der eingebrannten Glasur leicht an das z - glasierende Substrat angepasst werden kann. Besonders geeignete Glasurpulver, wie Glasfritten, können zum Zwecke der Erhöhung ihres spezifischen Widerstands mit isolierenden Substanzen, wie beispielsweise Organopolysiloxanen gemäß ΞP-Ä 0 382 003, überzogen sein. Anstelle der- Beschichtung eines Glasurpulvers mit einer isolierenden Substanz können elektrostatisch applizierbare Glasurpulver zum Zwecke der Erhöhung des spezifischen Widerstands und Verbesserung der Fluidisierbarkeit gemäß WO 98/54105 auch eine kleine Menge eines Carbonsäuresalzes enthalten. Durch Verwendung eines Glasurpulvers gemäß WO 98/58889, enthaltend zwei Glasf itten mit unterschiedlichem Ξrweichungsbeginn, lassen sich qualitativ gute Glasuren in hoher Schichtdicke erzielen. Die Haftfestigkeit des Glasurpulvers auf dem Substrat vor dem Brand lässt sich gemäß WO 94/26679 oder WO 97/08115 durch Mitverwendung eines physikalisch oder chemisch aktivierbaren organischen Haftmittels,' wie eines thermoplastischen Polymers, steigern.
In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung wird ein elektrisch isolierendes Keramikelement verwendet. Hierdurch wird auch die Beschichtung des Keramikelementes einer Zündkerze, beispielsweise für einen Ottomotor, realisierbar.
In einer anderen Ausführungsform wird ein elektrisch leitendes Keramikelement verwendet . Hierdurch wird die elektrostatische Beschichtung wesentlich vereinfacht und gleichzeitig die erfindungsgemäße Beschichtung eines Glühstifts für eine Glühstiftkerze, beispielsweise für einen Dieselmotor, realisierbar. Hierbei ist die gegenüber bisherigen Verfahren realisierbare wesentlich gleichmäßigere Beschichtung der Kanten für das Funktionieren der Glühstiftkerze entscheidend. Mit herkömmlichen Herstellungsverfahren war dies nicht zuverlässig zu gewährleisten.
Ausführungsbeispiel
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert .
Im einzelnen zeigen
Figur 1 ein erfindungsgemäßes elektrisch isolierendes Kerämikelement,
Figur 2 ein erfindungsgemäßes elektrisch leitendes Keramikelement für eine Glühstiftkerze und
Figur 3 einen Ausschnitt eines Längsschliffs eines erfindungsgemäß beschichteten Keramikelementes .
In Figur 1 ist ein elektrisch isolierendes Keramikelement 1 dargestellt, dass in einem Bereich A eine, Glasur 2 aufweist. Mittels der Glasur 2 verbessert sich sowohl die Festigkeit des Keramikelementes 1 als auch das Abweisen von Schmutz und Wasser. Dies reduziert insbesondere das Beschädigen beim Ein- oder Ausbau sowie das Auftreten von Störungen im Laufe des Betriebs .
In Figur 2 ist ein elektrisch leitendes Keramikelement 3 für eine Glühstiftkerze dargestellt, dass in einem Bereich B mit einer erfindungsgemäß aufgebrachten Glasur 2 beschichtet ist. Die Glasur 2 ist hierbei sowohl im Mantelbereich als auch im Stirnbereich des Keramikelementes 3 aufgebracht. Nach dem elektrostatischen Beschichten und Glasieren des Keramikelementes 3 wird in einem halbkreisförmigen Bereich C sowie einem rechteckförmigen Bereich D die Glasur • ieder entfernt, beispielsweise weggeschliffen, und in nicht näher dargestellter Weise jeweils eine Kontaktierung an den beiden Bereichen C, D angebracht.
Das Keramikelement 3 weist eine Isolationsschicht 4 auf, wobei im Betrieb der Glühstiftkerze beispielsweise der Pluspol mittels der Kontaktierung des Bereichs C und der Minuspol mittels der Kontaktierung im Bereich D realisiert wird. Mit Hilfe eines über die Kontaktierung realisierten Stromflusses beginnt eine keramische Spitze 5 vergleichsweise schnell zu glühen, so dass der Startvorgang eines Dieselmotors im Vergleich zu metallischen Glühstiftkerzen vorteilhaft verkürzt wird.
Die Glasur 2 ermöglicht im eingebauten Zustand der Gluhstiftkerze eine elektrische Isolation der Gluhstiftkerze gegenüber dem metallischen Motorgehäuse.
In Figur 3 ist ein Ausschnitt eines Längsschliffs eines Keramikelementes 1, 3 dargestellt. Figur 3 veranschaulicht, dass die_ Glasur 2 sowohl an Kanten 6 als auch in einer Kehle 7 eine vergleichsweise gleichmäßige Schichtdicke aufweist . Insbesondere die vergleichsweise dicke Beschichtung an den Kanten 6 ist für eine Gluhstiftkerze funktionsentscheidend. Günstig ist hierbei auch die verhältnismäßig dünne Schicht in den Kehlen 7.
Bezugszeichenliste :
1 Keramikelement
2 Glasur
3 Keramikelement
4 Isolationsschicht
5 Spitze
6 Kante
7 Kehle
A Bereich
B Bereich
C Bereich
D Bereich

Claims

Ansprüche :
1. ' Verfahren zur Herstellung eines Startelementes, insbesondere einer Gluhstiftkerze, für den Verbrennungsvorgang in einer Brennkraftmaschine mit einem Keramikelement (1, 3), dadurch gekennzeichnet, dass eine Trockenglasur (2) auf das Keramikelement (1, 3) aufgebracht wird.
2. • Verfahren, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trockenglasur (2) ' elektrostatisch auf das Keramikelement
(1, 3) aufgebracht wird.
3. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trockenglasur (2) verwendet wird, die 4 - 6 % CaO, 4 - 6 % BaO, 8 - 12 % Al203, 53 - 61 % Si02 sowie 20 - 26 % B203 enthält.
4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trockenglasur (2) verwendet wird, die 5 % CaO, 5 % BaO, 10 % Äl203, 57 % Si02 sowie 23 % B203 enthäl .
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisch isolierendes Keramikelement (1) verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisch leitendes Keramikelement (3) verwendet wird.
7. Keramikelement (1, 3) eines Startelεmentes, insbesondere einer Gluhstiftkerze, für den Verbrennungsvorgang in einer Brennkraftmaschine, wobei auf dem Keramikelement (1, 3) eine Glasur (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrostatisch aufgebrachte Trockenglasur (2) vorgesehen ist.
8. Keramikelement (1, 3) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trockenglasur (2) 4 - 6 % CaO, 4 - 6 % BaO, 8 - 12 % A1203, 53 - 61 % Si02 sowie
20 - 26 % B203 enthält.
9. Keramikelement (1, 3) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trockenglasur (2) 5 % CaO, 5 % BaO, 10 % Al203, 57 % Si02 sowie 23 % B203 enthält'.
10. Keramikelement (1, 3) nach Anspruch 1 , 8 oder 9 , dadurch gekennzeichnet, dass das Keramikelement (1, 3) im Wesentlichen aus einer elektrisch isolierenden Keramik besteht .
11. Keramikelement (1, 3) nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Keramikelement (1, 3) im Wesentlichen aus einer elektrisch leitenden Keramik besteht.
12. Gluhstiftkerze, dadurch gekennzeichnet, dass ein Keramikelement (3) nach Anspruch 7, 8, 9 oder 11 vorgesehen ist.
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