WO2012076246A1 - Glühkerze mit graphitdichtung und elektrischer isolierschicht - Google Patents

Glühkerze mit graphitdichtung und elektrischer isolierschicht Download PDF

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glow
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graphite
connecting bolt
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Andreas Reissner
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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

Definitions

  • the invention relates to a glow plug according to the preamble of claim 1 and a method for producing the glow plug.
  • the glow plugs of the prior art have a glow plug inserted into a metallic housing, which is designed with an glow tube and an incandescent tube arranged in the glow tube.
  • the incandescent filament is electrically contacted at one end in an opening of the glow tube with a connecting bolt and at the other end with the metallic glow tube.
  • the opening of the glow tube is sealed between glow tube and connecting bolt to protect the filament by means of a radiator seal against ambient air. So that no short circuit occurs between the glow tube and connecting bolt, the radiator seal is performed by a sealing element made of an elastomer.
  • the maximum temperature for the elastomeric sealing element is limited to 1000 hours for long-term use at 200 ° C.
  • a metallic sealing ring as a sealing element between the glow tube and the connecting bolt.
  • For electrical insulation of the metallic sealing ring of the connecting bolt is provided in the sealing area with an electrical insulating layer.
  • the metallic sealing ring is used as a solder joint, welded joint or sintered metal powder.
  • a glow plug by means of a sealing element made of graphite in a housing of
  • Glow plug is known from WO 2006/027280 AI known.
  • the glow plug according to the invention and the inventive method for producing the glow plug have the advantage that a safe and cost-effective radiator seal can be achieved, which withstands higher temperatures and manages without an additional cohesive connection.
  • the seal is achieved in that the sealing element made of graphite in the form of a pre-pressed Grafitrings is pushed in the region of the sealing portion on an insulating layer formed on the connecting bolt and the glow tube is pressed in the sealing portion on the graphite ring.
  • the pre-pressed graphite ring is much easier to reshape than a metallic sealing ring and also adapts better to the contiguous shapes of the glow tube and connecting bolt.
  • the electrical insulating layer is at least in the region of
  • the press connection between glow tube, sealing element and connecting bolt is achieved by the glow tube at least in the region of the sealing section has a diameter reduction, by means of which the sealing element is pressed as a graphite ring between the glow tube and connecting bolt.
  • An expedient method is a reduction in diameter of the glow tube which is carried out after assembly of the pre-pressed graphics, whereby the glow tube is pressed onto the graphite ring by rotary swaging.
  • Figure 2 shows an enlarged portion II of the glow plug in Figure 1 with a first embodiment of a radiator seal
  • FIG 3 shows the enlarged portion II of the glow plug in Figure 1 with a second embodiment of a Schuetzldichtung.
  • the glow plug shown in Figure 1 has a metallic housing 10 with a continuous longitudinal bore 12 in which a glow plug 14 is pressed as a radiator.
  • the glow plug 14 consists of a metallic glow tube 16, in which an incandescent filament 18 is arranged, which is contacted at one end with the glow tube 16 and at the other end with a terminal bolt 17 electrically.
  • the connecting bolt 17, which is led out of the housing 10 at the opposite end to the glow plug 14 with a connection 21, is surrounded within the housing 10 by an annular space 13, which in turn is sealed off from the surroundings.
  • the glow tube 16 is closed at the pointing into a combustion chamber of an internal combustion engine end and has at the opposite end to the annular space 13 toward an opening 22.
  • the connection bolt 17 is provided, for example, with an end bore 24 in which the incandescent filament 18 is inserted with a centering turn 25.
  • Essential for the life of the filament 18 is that the material of the filament 18 is protected from an oxidizing and nitriding atmosphere.
  • the interior of the glow tube 16 is closed at the opening 22 with a radiator seal 30.
  • the radiator seal 30 is formed by a sealing element 31 made of graphite and at least one electrical insulation.
  • the sealing element 31 made of graphite is electrically insulated in a sealing section 23 between the glow tube 16 and the connecting bolt 17 and pressed there, wherein the electrical insulation, the sealing element 31 made of graphite at least in the region of the sealing portion 23 against the
  • the sealing element 31 made of graphite encloses with the inner surface of the connecting bolt 17. On the outer peripheral surface of the sealing element 31 made of graphite, the glow tube 16 is pressed. The electrical insulation is necessary because graphite electrical see is conductive and a short circuit between the glow tube 16 and connecting bolt
  • the glow tube 16 at least in the region of the sealing portion 23 has a diameter reduction 26, by means of which the sealing element 31 is pressed from graphite between the glow tube 16 and the terminal bolt 17.
  • the electrical insulation is formed by an electrical insulating layer 32 applied to the connecting bolt 17.
  • the sealing element 31 made of graphite is pressed between the insulating layer 32 and the glow tube 16.
  • the electrical insulation is carried out by an electrical insulation layer 33 formed in the opening 22 in the region of the sealing section 23 on the inner wall of the glow tube 16.
  • the sealing element 31 made of graphite is pressed between the insulating layer 33 and the connecting bolt 17.
  • the electrical insulation layers 32 and 33 may consist, for example, of glass, silicate, borosilicate or bosilicate glass, metal oxides, metal nitrides or metal oxynitrides and be deposited by means of processes known per se, for example by means of gas phase deposition on the connection bolts 17 and / or on the inner wall of the glow tube 16 applied.
  • An effective radiator seal 30 between glow tube 16 and connecting bolt 17 is realized by the sealing element 31 is pushed in the form of a pre-pressed Grafitrings on the connecting bolt 17 in the region of the electrical insulation layer 32, 33, so that the pre-pressed graphite ring in the opening 22nd of the glow tube 16 in the region of the sealing portion 23 is located. Subsequently, the glow tube 16 is reduced, for example, by swaging in diameter in the form of the diameter reduction 26, whereby the glow tube 16 is pressed in the region of the sealing portion 23 on the pre-pressed graphite ring. As a result, the pre-pressed graphite ring in the opening 22 of the glow tube 16 in the region of the sealing portion 23 between the glow tube 16 and terminal bolt 17 is pressed. The graphite ring used in vorgepresster form is deformed, thereby forming between the glow tube 16 and connecting bolt 17, the sealing element 31 made of graphite and thus the radiator seal 30 is formed.

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Abstract

Es wird eine Glühkerze mit einem in einem metallischen Gehäuse aufgenommenen Glühstift vorgeschlagen. Der Glühstift weist ein Glührohr (16) und eine im Glührohr (16) angeordnete Glühwendel (18) auf, wobei die Glühwendel (18) an einem Ende mit dem Glührohr (16) und am anderen Ende mit einem Anschlussbolzen (17) elektrisch kontaktiert ist. Der Anschlussbolzen (17) ragt in eine axiale Öffnung (22) des Glührohres (16) hinein und ist dort in einem Dichtungsabschnitt (23) mittels einer Heizkörperdichtung (30) elektrisch isolierend mit dem Glührohr (16) verbunden. Die Heizkörperdichtung (30) ist mit einem Dichtelement (31) aus Grafit und mindestens einer elektrischen Isolierschicht (32) ausgeführt, wobei das Glührohr (16) mit dem Dichtelement (31) aus Grafit auf den Anschlussbolzen (17) gepresst ist. Zur Herstellung der Heizkörperdichtung (30) wird ein vorgepresster Grafitring (31) in der Öffnung (22) des Glührohres (16) im Dichtungsabschnitt (23) zwischen Glührohr (16) und Anschlussbolzen (17) verpresst.

Description

GLÜHKERZE MIT GRAPHITDICHTUNG UND ELEKTRISCHER ISOLIERSCHICHT
Die Erfindung betrifft eine Glühkerze nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung der Glühkerze.
Stand der Technik Die Glühkerzen des Standes der Technik weisen einen in ein metallisches Gehäuse eingesetzten Glühstift auf, der mit einem Glührohr und einer im Glührohr angeordneten Glühwendel ausgeführt ist. Die Glühwendel ist an einem Ende in einer Öffnung des Glührohres mit einem Anschlussbolzen und am anderen Ende mit dem metallischen Glührohr elektrisch kontaktiert. Die Öffnung des Glührohres ist zwischen Glührohr und Anschlussbolzen zum Schutz der Glühwendel mittels einer Heizkörperdichtung gegen Umgebungsluft abgedichtet. Damit zwischen dem Glührohr und Anschlussbolzen kein Kurzschluss entsteht ist die Heizkörperdichtung durch ein Dichtelement aus einem Elastomer ausgeführt. Die Maximaltemperatur für das Dichtelement aus Elastomer ist bei langfristigem Einsatz bei 200 °C auf 1000 Stunden beschränkt. Beim Einsatz in Verbrennungsmotoren spielt diese Einsatzgrenze eine untergeordnete Rolle, da der Zylinderkopf der Verbrennungsmotoren, in die Glühkerze mit dem Gehäuse eingeschraubt wird, unter 200 °C gekühlt wird. Es ist auch denkbar, Glühkerzen außerhalb des gekühlten Motorblocks einzusetzen, z. B. im Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs, in Injektionsbrennern zum Beheizen des Abgasstrangs, in Zuheizeinrichtungen für Kraftfahrzeuge oder für Anwendungsbereiche außerhalb von Kraftfahrzeugen, z. B. als Zündquelle für Pellet-Heizungen. Bei derartigen Anwendungen, in denen die Umgebung der Glühkerze nicht mehr gekühlt wird, kann ein Elastomer nicht mehr als Dichtelement eingesetzt werden.
Aus WO 2010/027697 ist bekannt, als Dichtelement zwischen Glührohr und An- schlussbolzen einen metallischen Dichtring einzusetzen. Zur elektrischen Isolierung des metallischen Dichtring ist der Anschlussbolzen im Dichtbereich mit einer elektrischen Isolierschicht versehen. Der metallische Dichtring wird dabei als Lötverbindung, Schweißverbindung oder als gesinteres Metallpulver eingesetzt. Einen Glühstift mittels eines Dichtelements aus Grafit in einem Gehäuse der
Glühkerze dicht aufzunehmen ist aus WO 2006/027280 AI bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Glühkerze und das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Glühkerze haben den Vorteil, dass eine sichere und kostengünstige Heizkörperdichtung erzielbar ist, die höheren Temperaturen standhält und ohne eine zusätzliche stoffschlüssige Verbindung auskommt. Die Abdichtung kommt dabei dadurch zustande, dass das Dichtelement aus Grafit in Form eines vorgepressten Grafitrings im Bereich des Dichtungsabschnitts auf eine am Anschlussbolzen ausgebildete Isolationsschicht aufgeschoben wird und das Glührohr im Bereich Dichtungsabschnitts auf den Grafitring aufgepresst wird. Der vor- gespresste Grafitring lässt sich wesentlich einfacher umformen als ein metallischer Dichtring und passt sich außerdem besser an die angrenzenden Formen von Glührohr und Anschlussbolzen an.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche möglich. Zweckmäßigerweise wird die elektrische Isolierschicht zumindest im Bereich des
Dichtungsabschnitts am Anschlussbolzen und/oder zumindest im Bereich des Dichtungsabschnitts in der Öffnung an der Innenwand des Glührohres ausgebildet. Die Pressverbindung zwischen Glührohr, Dichtelement und Anschlussbolzen wird dadurch erzielt, indem das Glührohr zumindest im Bereich des Dichtungs- abschnittes eine Durchmesserreduzierung aufweist, mittels welcher das Dichtelement als Grafitring zwischen Glührohr und Anschlussbolzen verpresst wird.
Als zweckmäßiges Verfahren eignet sich eine nach der Montage des vorgepress- ten Grafitrings durchgeführte Durchmesserreduzierung des Glührohres, wodurch das Glührohr auf den Grafitring durch Rundkneten auf gepresst wird.
Ausführungsbeispiele
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine Schnittdarstellung durch eine Glühkerze,
Figur 2 einen vergrößerten Abschnitt II der Glühkerze in Figur 1 mit einer ersten Ausführungsform einer Heizkörperdichtung und
Figur 3 der vergrößerte Abschnitt II der Glühkerze in Figur 1 mit einer zweiten Ausführungsform einer Heizwendeldichtung.
Die in Figur 1 dargestellte Glühkerze weist ein metallisches Gehäuse 10 mit einer durchgehenden Längsbohrung 12 auf, in der ein Glühstift 14 als Heizkörper ein- gepresst ist. Der Glühstift 14 besteht aus einem metallischen Glührohr 16, in dem ein Glühwendel 18 angeordnet ist, die an einem Ende mit dem Glührohr 16 und am anderen Ende mit einem Anschlussbolzen 17 elektrisch kontaktiert ist. Der Anschlussbolzen 17, der an dem zum Glühstift 14 gegenüberliegenden Ende mit einem Anschluss 21 aus dem Gehäuse 10 herausgeführt ist, ist innerhalb des Gehäuses 10 von einem Ringraum 13 umgeben, der wiederum gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist.
Das Glührohr 16 ist an dem in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine weisenden Ende geschlossen und weist am dazu gegenüberliegenden Ende zum Ringraum 13 hin eine Öffnung 22 auf. Zur Kontaktierung der Glühwendel 18 ist gemäß Figur 2 und 3 der Anschlussbolzen 17 zum Beispiel mit einer stirnseitigen Bohrung 24 versehen, in der die Glühwendel 18 mit einer Zentrierwindung 25 eingesetzt ist. Wesentlich für die Lebensdauer der Glühwendel 18 ist, dass das Material der Glühwendel 18 gegenüber einer oxidierenden und nitrierenden Atmosphäre geschützt ist. Dazu ist der Innenraum des Glührohres 16 an der Öffnung 22 mit ei- ner Heizkörperdichtung 30 verschlossen. Die Heizkörperdichtung 30 wird von einem Dichtelement 31 aus Grafit und mindestens einer elektrischen Isolierung gebildet. Das Dichtelement 31 aus Graphit ist in einem Dichtungsabschnitt 23 zwischen dem Glührohr 16 und dem Anschlussbolzen 17 elektrisch isoliert angeordnet und dort verpresst, wobei die elektrische Isolierung das Dichtelement 31 aus Grafit zumindest im Bereich des Dichtungsabschnitts 23 gegenüber dem
Glührohr 16 und/oder dem Anschlussbolzen 17 elektrisch isoliert. Der Dichtelement 31 aus Grafit umschließt dabei mit der inneren Fläche den Anschlussbolzen 17. Auf die äußere Umfangsfläche des Dichtelements 31 aus Grafit wird das Glührohr 16 gepresst. Die elektrische Isolierung ist notwendig, weil Grafit elektri- sehe leitend ist und ein Kurzschluss zwischen Glührohr 16 und Anschlussbolzen
17 vermieden werden muss. Zur Ausbildung der Heizkörperdichtung 30 weist das Glührohr 16 zumindest im Bereich des Dichtungsabschnitts 23 eine Durchmesserreduzierung 26 auf, mittels welcher das Dichtelement 31 aus Grafit zwischen Glührohr 16 und dem Anschlussbolzen 17 verpresst ist.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ist die elektrische Isolierung von einer auf dem Anschlussbolzen 17 aufgebrachten elektrischen Isolationsschicht 32 gebildet. Das Dichtelement 31 aus Grafit ist zwischen Isolationsschicht 32 und Glührohr 16 verpresst.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist die elektrische Isolierung von einer in der Öffnung 22 im Bereich des Dichtungsabschnitts 23 an der Innenwand des Glührohres 16 ausgebildeten elektrischen Isolationsschicht 33 ausgeführt. Das Dichtelement 31 aus Grafit ist zwischen Isolationsschicht 33 und Anschlussbol- zen 17 verpresst.
Es ist aber auch denkbar sowohl am Anschlussbolzen 17 als auch an der Innenwand des Glührohres 16 jeweils eine elektrische Isolationsschicht 32, 33 auszubilden und das Dichtelement 31 aus Grafit dann zwischen den Isolationsschich- ten zu verpressen. Die elektrischen Isolationsschichten 32 und 33 können beispielsweise aus Glas, Silikat-, Bor- oder Bosilikatglas, Metalloxiden, Metallnitride oder Metalloxynitride bestehen und werden durch an sich bekannten Verfahren, z.B. mittels Gaspha- senabscheidung auf den Anschlussbolzen 17 und/oder an der Innenwand des Glührohres 16 aufgebracht.
Eine wirksame Heizkörperdichtung 30 zwischen Glührohr 16 und Anschlussbolzen 17 wird dadurch realisiert, indem das Dichtelement 31 im Form eines vorge- pressten Grafitrings auf den Anschlussbolzen 17 im Bereich der elektrischen Isolationsschicht 32, 33 aufgeschoben wird, so dass sich der vorgepresste Grafitring in der Öffnung 22 des Glührohres 16 im Bereich des Dichtungsabschnitts 23 befindet. Nachfolgend wird das Glührohr 16 beispielsweise durch Rundkneten im Durchmesser in Form der Durchmesserreduzierung 26 reduziert, wodurch sich das Glührohr 16 im Bereich des Dichtungsabschnitts 23 auf den vorgepressten Grafitring presst. Dadurch wird der vorgepresste Grafitring in der Öffnung 22 des Glührohres 16 im Bereich des Dichtungsabschnitts 23 zwischen Glührohr 16 und Anschlussbolzen 17 verpresst. Der in vorgepresster Form eingesetzte Grafitring wird dabei verformt, wodurch sich zwischen Glührohr 16 und Anschlussbolzen 17 das Dichtelement 31 aus Grafit ausbildet und dadurch die Heizkörperdichtung 30 entsteht.

Claims

Ansprüche
1. Glühkerze mit einem metallischen Gehäuse (10), welches eine Längsbohrung (12) aufweist, in der ein Glühstift (14) aufgenommen ist, welcher ein Glührohr (16) und eine im Glührohr (16) angeordnete Glühwendel (18) aufweist, wobei die Glühwendel (18) an einem Ende mit dem Glührohr (16) und am anderen Ende mit einem Anschlussbolzen (17) elektrisch kontaktiert ist, wobei der Anschlussbolzen (17) in eine axiale Öffnung (22) des Glührohres (16) hineinragt und dort in einem Dichtungsabschnitt (23) mittels einer Heizkörperdichtung (30) elektrisch isolierend mit dem Glührohr (16) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizkörperdichtung (30) mit einem Dichtelement (31) aus Grafit und mindestens einer elektrischen Isolierschicht (32, 33) ausgeführt ist, und dass das Glührohr (16) mit dem Dichtelement (31) aus Grafit auf den Anschlussbolzen (17) gepresst ist.
2. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolierschicht (32) zumindest im Bereich des Dichtungsabschnitts (23) am Anschlussbolzen (17) ausgebildet ist.
3. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolierschicht (33) zumindest im Bereich des Dichtungsabschnitts (23) an der Innenwand des Glührohres (16) ausgebildet ist.
4. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Bereich des Dichtungsabschnitts (23) am Anschlussbolzen (17) und an der Innenwand des Glührohres (16) jeweils eine elektrische Isolierschicht (32, 33) ausgebildet ist.
Glühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glührohr (16) zumindest im Bereich des Dichtungsab- Schnitts (23) eine Durchmesserreduzierung (26) aufweist, mittels welcher das Dichtelement (31) aus Grafit mit dem Anschlussbolzen (17) verpresst ist.
6. Verfahren zur Herstellung der Glühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (31) in Form eines vorgepressten Grafitrings auf den Anschlussbolzen (17) im Bereich des Dichtungsabschnitts (23) angeordnet wird, und dass anschließend der vorgepresste Grafitring in der Öffnung (22) des Glührohres (16) im Dichtungsabschnitt (23) zwischen Glührohr (16) und Anschlussbolzen (17) verpresst wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Glührohr (16) zumindest im Bereich des Dichtungsabschnitts (23) durch Rundkneten eine Durchmesserreduzierung (26) erfährt, durch die der vorgepresste Grafitring zwischen Glührohr (16) und Anschlussbolzen (17) verpresst wird.
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