DE102013212283A1 - Glow tube for a controllable glow plug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Glühstiftkerze (10) zur Anordnung in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mit einem in einem Glührohr (12) aufgenommenen elektrischen Widerstandselement (16), ausgebildet als Einstoffwendel (44) mit einem definierten Widerstands-Temperaturkoeffizienten, wobei das elektrische Widerstandselement (16) mittels einer sich dynamisch ändernden Ansteuerspannung aufgeheizt und/oder auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten wird. Ferner wird vorgeschlagen, dass das Material des elektrische Widerstandselement (16) mindestens ein Refraktärmetall umfasst und das Glührohr (12) aus einer Nickel-Chrom Legierung gefertigt ist.The invention relates to a glow plug (10) for arrangement in a combustion chamber of an internal combustion engine of a motor vehicle with an electrical resistance element (16) accommodated in a glow tube (12), designed as a single-material coil (44) with a defined resistance temperature coefficient Resistance element (16) is heated and / or kept at a predetermined temperature by means of a dynamically changing control voltage. It is also proposed that the material of the electrical resistance element (16) comprise at least one refractory metal and that the glow tube (12) be made of a nickel-chromium alloy.

Description

Stand der TechnikState of the art

Glühstiftkerzen, auch als Glühkerzen bezeichnet, bzw. basierend auf der englischen Bezeichnung „glow plug“ mit GLP abgekürzt, welche in Verbrennungsmotoren zur Zündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches eingesetzt werden, werden im kalten Zustand vorgeglüht, bevor ihre Temperatur ausreichend hoch ist, dass sie für die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches ausreicht. Ferner kann es zur Verringerung von Emissionen nach dem Start erforderlich sein, die Glühstiftkerzen zumindest noch einige Zeit weiter zu betreiben, um eine Anhebung der Temperatur im Inneren des Brennraumes zu erreichen.Glow plugs, also referred to as glow plugs, or abbreviated based on the English term "glow plug" with GLP, which are used in internal combustion engines to ignite a fuel-air mixture are preheated in the cold state before their temperature is sufficiently high that it is sufficient for the ignition of the fuel-air mixture. Further, to reduce post start emissions, it may be necessary to continue to operate the glow plugs for some time to increase the temperature inside the combustion chamber.

Glühstiftkerzen umfassen im Allgemeinen ein elektrisches Widerstandselement, auch als Heizwiderstand bezeichnet, welches als eine brennraumseitige Heizwendel und eine mit der Heizwendel verschweißte Regelwendel ausgebildet ist. In der Glühstiftkerze wird das elektrische Widerstandselement von einem beispielsweise metallischen Glührohr, bzw. einem Schutzrohr, als äußere Hülle koaxial umgeben. Der in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine hineinragende Abschnitt des Glührohres ist üblicherweise mit einem elektrisch isolierenden Füllpulver befüllt, beispielsweise Magnesiumoxid, in das das elektrische Widerstandselement eingebettet ist. Der elektrische Anschluss erfolgt allgemein über einen Anschlussbolzen, der mit der Regelwendel und der Heizwendel elektrisch leitend verbunden ist. Ein Ende der Heizwendel ist mit dem Glührohr elektrisch kontaktiert, über das die Stromrückführung nach Masse erfolgt. An dem Anschlussbolzen kann beispielsweise ein Anschlussstecker befestigt werden. Glow plugs generally comprise an electrical resistance element, also referred to as a heating resistor, which is designed as a combustion chamber-side heating coil and a control coil welded to the heating coil. In the glow plug, the electrical resistance element of an example metallic glow tube, or a protective tube, surrounded as an outer shell coaxially. The projecting into a combustion chamber of an internal combustion engine portion of the glow tube is usually filled with an electrically insulating filler powder, such as magnesium oxide, in which the electrical resistance element is embedded. The electrical connection is generally via a connecting bolt, which is electrically conductively connected to the control coil and the heating coil. One end of the heating coil is electrically contacted with the glow tube, via which the current return to ground occurs. For example, a connector can be attached to the connection bolt.

In Glühstiftkerzen ist demnach eine Kombination von Heiz- und Regelwendel verwirklicht, die einen gemeinsamen Widerstandswert aufweist. Der Heizwiderstand wird aus einem geeigneten Material gefertigt, welches eine Legierung umfasst, die Chrom, Aluminium oder dergleichen zusätzlich zu den Hauptbestandteilen Eisen und Nickel enthält. Das Rohr, in dem der Heizwiderstand aufgenommen ist, ist üblicherweise aus einer Legierung, welche als Hauptbestandteile Eisen und Nickel enthält. In glow plugs therefore a combination of heating and control coil is realized, which has a common resistance value. The heating resistor is made of a suitable material comprising an alloy containing chromium, aluminum or the like in addition to the main components iron and nickel. The tube in which the heating resistor is accommodated is usually made of an alloy containing iron and nickel as main components.

Im Allgemeinen bildet die Heizwendel den vorderen Teil des Glührohres, die Heizzone. Der hintere Teil, nämlich die Regelwendel, besitzt die Eigenschaft, dass mit zunehmender Temperatur der Widerstand steigt, d.h. die Regelwendel besitzt einen hohen positiven Widerstands-Temperaturkoeffizienten (PTC „Positive Temperature-Coefficient“ Charakteristik). Bei steigender Temperatur und demnach zunehmendem Widerstandwert kommt es zu einem Abregeln des Stroms, wobei sich eine definierte Endtemperatur einstellt. Heiz- und Regelwendel sind elektrisch in Reihe geschaltet, wobei beide Wendeln positive, aber voneinander verschiedene hohe Widerstands-Temperaturkoeffizienten aufweisen. In general, the heating coil forms the front part of the glow tube, the heating zone. The rear part, namely the control coil, has the property that with increasing temperature the resistance increases, i. the control coil has a high positive temperature coefficient of resistance (PTC "Positive Temperature-Coefficient" characteristic). With increasing temperature and thus increasing resistance value, there is a Abregeln the stream, which sets a defined end temperature. Heating and control coil are electrically connected in series, both coils have positive, but mutually different high resistance temperature coefficient.

Die Heizwendel besitzt bei Raumtemperatur einen hohen elektrischen Widerstand, der nahezu konstant über den Betriebstemperaturbereich bleibt. The heating coil has a high electrical resistance at room temperature, which remains almost constant over the operating temperature range.

Die Regelwendel besitzt dagegen einen bei Raumtemperatur sehr niedrigen elektrischen Widerstand, welcher steil mit zunehmender Temperatur ansteigt. Übliche geeignete Materialien der Regelwendel sind Reinstnickel oder eine Cobalt-Eisen-Legierung oder eine Cobalt-Eisen-Nickel-Legierung.In contrast, the control coil has a very low electrical resistance at room temperature, which increases steeply with increasing temperature. Typical suitable materials of the control coil are pure nickel or a cobalt-iron alloy or a cobalt-iron-nickel alloy.

Aus DE 10 2011 077 239 A1 ist eine Glühkerze bekannt mit einer Heizspule aus einem Metallmaterial, das Wolfram oder Molybdän als Hauptbestandteil enthält, und welche in einem Rohr aufgenommen ist, welches aus einer Legierung besteht, die 0,5 bis 5,0 Gew.-% Aluminium und 20 bis 40 Gew.-% Chrom enthält, um so möglichst hohe Temperaturen des Heizwiderstandes realisieren zu können, ohne dass dieser seinen Schmelzpunkt erreicht und auch die Temperaturbeständigkeit des Rohres zu gewährleisten.Out DE 10 2011 077 239 A1 For example, a glow plug is known comprising a heating coil made of a metal material containing tungsten or molybdenum as a main component, which is housed in a tube made of an alloy containing 0.5 to 5.0% by weight of aluminum and 20 to 40 Wt .-% chromium, in order to realize the highest possible temperatures of the heating resistor can, without this reaches its melting point and to ensure the temperature resistance of the tube.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird eine Glühstiftkerze zur Anordnung in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges vorgeschlagen, wobei ein elektrisches Widerstandselement umfasst ist, ausgebildet als Einstoffwendel mit einem definierten Widerstands-Temperaturkoeffizienten und aufgenommen in einem Glührohr. Das elektrische Widerstandselement wird mittels einer sich dynamisch ändernden Ansteuerspannung aufgeheizt und/oder auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten, wobei eine Temperaturregelung der Glühstiftkerze über einen ermittelten Widerstandswert erfolgt. Ferner enthält das elektrische Widerstandselement mindestens ein Refraktärmetall und ist mit dem Glührohr gasdicht und korrosionsfest verschweißt. According to the invention, a glow plug is proposed for arrangement in a combustion chamber of an internal combustion engine of a motor vehicle, wherein an electrical resistance element is included, designed as a single-material coil with a defined resistance temperature coefficient and accommodated in an incandescent tube. The electrical resistance element is heated by means of a dynamically changing drive voltage and / or maintained at a predetermined temperature, wherein a temperature control of the glow plug takes place via a determined resistance value. Furthermore, the electrical resistance element contains at least one refractory metal and is gas-tight and corrosion-resistant welded to the glow tube.

Geeignete Materialien für ein entsprechendes elektrisches Widerstandselement, welche hinsichtlich des spezifischen elektrischen Widerstands geeignet sind und darüber hinaus eine hohe Haltbarkeit zeigen, umfassen Chrom, Niob, Molybdän, Tantal, Wolfram aber auch Nickel, Titan, Rhenium und Kupfer sowie deren Legierungen. Das elektrische Heizelement enthält zumindest ein Refraktärmetall als Hauptbestandteil, beispielsweise Molybdän oder Wolfram oder deren Legierungen. Suitable materials for a corresponding electrical resistance element, which are suitable for the specific electrical resistance and also show a high durability, include chromium, niobium, molybdenum, tantalum, tungsten but also nickel, titanium, rhenium and copper and their alloys. The electric heating element contains at least one refractory metal as the main constituent, for example molybdenum or tungsten or their alloys.

Weitere Ausführungsformen umfassen Nickel-Chrom-Eisen Legierungen mit mehr als 10 Gew.-% Nickel, mehr als 10 Gew.-% Chrom, mehr als 1 Gew.-% Aluminium und/oder mehr als 0,5 Gew.-% Silizium. Ferner besteht die Möglichkeit, eine Nickel-Chrom-Eisen-Legierung mit 15 bis 60 Gew.-% Nickel und/oder 12 bis 27 Gew.-% Chrom und/oder 24 bis 58 Gew.-% Eisen und/oder 0,1 bis 10 Gew.-% Aluminium einzusetzen.Other embodiments include nickel-chromium-iron alloys with more than 10 wt% nickel, more than 10 wt% chromium, more than 1 wt .-% aluminum and / or more than 0.5 wt .-% silicon. There is also the possibility of a nickel-chromium-iron alloy with 15 to 60 wt .-% nickel and / or 12 to 27 wt .-% chromium and / or 24 to 58 wt .-% iron and / or 0.1 to use 10 wt .-% aluminum.

In einer alternativen Ausführungsform erweisen sich Molybdän oder Wolfram mit Lanthanoxid (La2O3) und/oder Thoriumdioxid (ThO2) und/oder Cerdioxid (CeO2) und/oder Yttriumoxid (Y2O3) als geeignete Materialzusammensetzung. Ferner sind Molybdän-Titan-Zirkon Legierungen geeignet. In an alternative embodiment, molybdenum or tungsten with lanthana (La 2 O 3 ) and / or thoria (ThO 2 ) and / or ceria (CeO 2 ) and / or yttria (Y 2 O 3 ) prove to be a suitable material composition. Furthermore, molybdenum-titanium-zirconium alloys are suitable.

Hinsichtlich des Materials des Glührohres, welches mit dem erfindungsgemäß als Einstoffwendel ausgebildeten elektrischen Widerstandselements kombinierbar ist, sind Materialien geeignet, welche die Haltbarkeit des Rohres bei den angestrebten hohen Temperaturen steigern und diese über einen langen Zeitraum aufrechthält. Geeignete Materialzusammensetzungen enthalten neben Eisen und Nickel als Hauptbestandteile Anteile an Aluminium und Chrom. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst eine Nickel-Chrom-Legierung unter anderem mindestens 1 bis 10 Gew.-% Aluminium, 10 bis 30 Gew.-% Chrom und 0,05 bis 5 Gew.-% Silizium. With regard to the material of the glow tube, which can be combined with the invention designed as Einstoffwendel electrical resistance element, materials are suitable which increase the durability of the tube at the desired high temperatures and this aufrechthält over a long period. Suitable material compositions contain, in addition to iron and nickel as main constituents, proportions of aluminum and chromium. In a preferred embodiment, a nickel-chromium alloy includes inter alia at least 1 to 10 wt% aluminum, 10 to 30 wt% chromium and 0.05 to 5 wt% silicon.

Weitere Ausführungsformen des Materials des Glührohrs umfassen mehr als 5 Gew.-% Eisen und/oder mehr als 0,05 Gew.-% Titan und/oder weniger als 0,2 Gew.-% Kupfer und/oder weniger als 0,5 Gew.-% Kohlenstoff und/oder weniger als 0,3 Gew.-% Yttrium und/oder weniger als 0,2 Gew.-% Zirkon und/oder weniger als 0,7 Gew.-% Mangan.Further embodiments of the material of the glow tube comprise more than 5% by weight of iron and / or more than 0.05% by weight of titanium and / or less than 0.2% by weight of copper and / or less than 0.5% by weight % Of carbon and / or less than 0.3% by weight of yttrium and / or less than 0.2% by weight of zirconium and / or less than 0.7% by weight of manganese.

Der Einsatz eines Refraktärmetalls als Material des Heizwiderstandes, welches entsprechend hohe Temperaturen der Glühwendel zulässt, in Kombination mit einem metallischen Glührohr, stellt besondere Anforderungen an die Anbindung des Heizelements an das Glührohr. Ein Vorderendabschnitt des als Einstoffwendel ausgebildeten Heizelements ist erfindungsgemäß mit einem Vorderendabschnitt des Glührohres verbunden. Das Heizelement, ausgebildet als Einstoffwendel, wird in das Glührohr eingeführt, wobei der Vorderendabschnitt, ausgebildet als Glührohrhals, desselben offen ist. Nun wird der Vorderendabschnitt des Glührohres geschlossen, wobei der Vorderendabschnitt des Heizelements zumindest teilweise eingebettet wird. Der Vorderendabschnitt des Glührohrs kann mit mindestens einem Teil des Heizelements verschweißt werden, so dass die Vorderendabschnitte von Glührohr und Heizelement stofflich und somit auch elektrisch miteinander verbunden sind. Alternativ kann der Vorderendabschnitt des elektrischen Widerstandselements mit dem Glührohrmaterial stoffschlüssig gefügt, zum Beispiel verschweißt werden, beispielsweise mittels Laserschweißung und anschließend erfolgt das Verschließen des Glührohres in einem weiteren stoffschlüssigen Fügeschritt. In einer weiteren Ausführungsvariante können die Fügestellen mittels Lötmaterials geschlossen werden. The use of a refractory metal as the material of the heating resistor, which allows correspondingly high temperatures of the filament, in combination with a metallic glow tube, makes special demands on the connection of the heating element to the glow tube. A front end portion of the heating element formed as Einstoffwendel is connected according to the invention with a front end portion of the glow tube. The heating element, designed as Einstoffwendel is introduced into the glow tube, wherein the front end portion, designed as Glührohrhals, the same is open. Now, the front end portion of the glow tube is closed, wherein the front end portion of the heating element is at least partially embedded. The front end portion of the glow tube may be welded to at least a part of the heating element, so that the front end portions of the glow tube and heating element are materially and thus electrically connected to each other. Alternatively, the front end section of the electrical resistance element can be joined to the glow tube material by material bonding, for example by welding, for example by means of laser welding, and then the closing of the glow tube takes place in a further integral joining step. In a further embodiment, the joints can be closed by means of soldering material.

Da die für das als Einstoffwendel ausgebildete elektrische Heizelement geeigneten Refraktärmetalle die Eigenschaft haben mit Sauerstoff zu oxidieren, wobei sich der Heizwiderstand derselben verschlechtert, ist von Bedeutung, dass die Fügestellen weitgehend gasdicht sind, insbesondere gegenüber Stickstoff und Sauerstoff. Since the refractory metals suitable for the single-filament helix have the property of oxidizing with oxygen, whereby the heating resistance of the same deteriorates, it is important that the joints are largely gas-tight, in particular with respect to nitrogen and oxygen.

Ferner ist der Abstand insbesondere des Vorderendabschnittes des elektrischen Heizelements gegenüber der Außenfläche des Vorderendabschnitts des Glührohres von Bedeutung. Der Abstand steht in Zusammenhang zu der Ausbildung der Fügestelle, welche wiederum von dem gewählten Verbindungsverfahren abhängig ist. Um einen gewünschten Abstand zu erreichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Vorderendabschnitt des Glührohrs in Form eines Glührohrhalses auszubilden, wobei die Länge des Glührohrhalses entsprechend den Vorgaben wählbar ist. Ferner ist der Abstand, welcher mindestens zweimal den Durchmesser des zur Einstoffwendel ausgebildeten Glühdrahtes entspricht, von Bedeutung, um einen Kontakt zu den heißen Brennraumgasen zu dem elektrischen Widerstandselement zu vermeiden, auch bei einer externen Korrosion des Glührohres im Laufe der Lebensdauer der Glühstiftkerze. Further, the distance, in particular, of the front end portion of the electric heating element relative to the outer surface of the front end portion of the glow tube of importance. The distance is related to the formation of the joint, which in turn depends on the chosen connection method. In order to achieve a desired distance, the invention proposes to form the front end portion of the glow tube in the form of a Glührohrhalses, wherein the length of the Glührohrhalses is selected according to the specifications. Furthermore, the distance which corresponds at least twice the diameter of the filament formed to Einstoffwendel, important to avoid contact with the hot combustion chamber gases to the electrical resistance element, even with an external corrosion of the glow tube over the life of the glow plug.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung stellt eine Glühstiftkerze bereit, welche eine Wärmeerzeugung bei äußerst hohen Temperaturen zulässt, ohne dass es zu einem Aufschmelzvorgang des elektrischen Widerstandselements kommt. Die erfindungsgemäß als Bestandteile des Heizelements vorgeschlagenen Refraktärmetalle zeichnen sich durch extrem hohe Schmelztemperaturen aus, bei niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und einer hohen Temperatur- und Stromleitfähigkeit. Darüber hinaus kann auf einfache Weise eine Steuer- und/oder Regelung der Temperatur der Glühstiftkerze erreicht werden, da die eingesetzten Refraktärmetalle in dem Betriebstemperaturbereich der Glühstiftkerze einen erfassbaren Zusammenhang zwischen messbarem Widerstand und Temperatur erlauben. The solution proposed according to the invention provides a glow plug which allows heat to be generated at extremely high temperatures without melting the electrical resistance element. The refractory metals proposed according to the invention as constituents of the heating element are characterized by extremely high melting temperatures, with low coefficients of thermal expansion and high temperature and current conductivity. In addition, a control and / or regulation of the temperature of the glow plug can be achieved in a simple manner, since the refractory metals used in the operating temperature range of the glow plug allow a detectable relationship between measurable resistance and temperature.

Allerdings neigen Refraktärmetalle zur Oxidation mit Sauerstoff, der beispielsweise in dem Glührohr vorhanden ist, wobei es zu einer Verschlechterung des Heizwiderstands kommt. Um einer Oxidation des elektrischen Heizwiderstandes entgegenzutreten, ist das Material des Glührohres von Bedeutung. So ist ein gewisser Anteil von Aluminium und Chrom in der Materialzusammensetzung des Glührohres notwendig, um als Sauerstofffängerelement insbesondere im Inneren des Glührohres zu fungieren. Da das Innere des Glührohres gegenüber der Umgebung abgedichtet ist, kann der Sauerstoffpartialdruck im Glührohrinneren effektiv gesenkt werden. Ferner verhindert ein sich an der Außenfläche des Glührohres ausbildender Oxidfilm ein weiteres Eindringen von Sauerstoff, wobei die Oxidationsbeständigkeit der Elemente der Glühstiftkerze verbessert wird.However, refractory metals tend to oxidize with oxygen present in the glow tube, for example, resulting in deterioration of the heating resistance. To counteract oxidation of the electrical heating resistor, the material of the glow tube is important. Thus, a certain proportion of aluminum and chromium in the material composition of Glow tube necessary to act as oxygen scavenger, especially in the interior of the glow tube. Since the interior of the glow tube is sealed from the environment, the oxygen partial pressure in the glow tube interior can be effectively lowered. Further, an oxide film formed on the outer surface of the glow tube prevents further penetration of oxygen, thereby improving the oxidation resistance of the elements of the glow plug.

Eine sensible Abstimmung der Materialien des Glührohres und des elektrischen Heizelements erlaubt eine lange Lebensdauer der Glühstiftkerze bei gleichzeitiger Reduzierung der Kosten, da die erfindungsgemäße Materialwahl ein Einsparpotential bereitstellt.A sensitive tuning of the materials of the glow tube and the electric heating element allows a long life of the glow plug while reducing costs, since the choice of material according to the invention provides a savings potential.

Ferner ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass durch die mechanische und elektrische Kontaktierung des elektrischen Widerstandselements zum metallischen Glührohr der Kontakt zum Minuspol des Motors hergestellt wird. Insbesondere vorteilhaft ist, dass an der Kontaktstelle zwischen elektrischen Heizelement und Glührohr auch bei hohen Temperaturen und langer Lebensdauer keine Versprödung eintritt. Die Legierungen oder Materialien des Glührohrs lassen sich ausgezeichnet verarbeiten und zeichnen sich durch eine hohe Kriechbeständigkeit aus.Furthermore, it results in an advantageous manner that the contact to the negative terminal of the motor is produced by the mechanical and electrical contacting of the electrical resistance element to the metallic glow tube. It is particularly advantageous that embrittlement does not occur at the contact point between the electrical heating element and the glow tube, even at high temperatures and with a long service life. The alloys or materials of the glow tube can be processed excellently and are characterized by a high creep resistance.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere Vorteile und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Further advantages and embodiments of the objects according to the invention are illustrated by the drawings and explained in more detail in the following description.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Querschnittsansicht einer Glühstiftkerze gemäß dem Stand der Technik; 1 a schematic cross-sectional view of a glow plug according to the prior art;

2 ein Detail einer schematischen Querschnittsansicht einer Glühstiftkerze gemäß einer Ausführungsvariante; 2 a detail of a schematic cross-sectional view of a glow plug according to a variant embodiment;

3 eine Darstellung des Vorderendabschnitts einer Glühstiftkerze gemäß einer Ausführungsvariante; 3 a representation of the front end portion of a glow plug according to a variant embodiment;

4 eine Darstellung des Vorderendabschnitts einer Glühstiftkerze, wobei elektrisches Widerstandselement und Glührohr mechanisch und elektrische verbunden sind. 4 a representation of the front end portion of a glow plug, wherein electrical resistance element and glow tube are mechanically and electrically connected.

Gemäß dem Stand der Technik geht aus der Darstellung 1 eine Querschnittsansicht einer Glühstiftkerze 10 hervor. According to the prior art goes from the presentation 1 a cross-sectional view of a glow plug 10 out.

Die in 1 dargestellte Glühstiftkerze 10 umfasst unter anderem ein im Wesentlichen hohlzylindrisches Glührohr 12, das mit einem Gehäuse 14 verbunden ist. In dem Glührohr 12 befindet sich ein elektrisches Widerstandselement 16, das eine Regelwendel 18 und eine nachgeschaltete, mit der Regelwendel 18 im Allgemeinen verschweißte Heizwendel 20 umfasst. Das im Wesentlichen spiralförmig ausgebildete Widerstandselement 16 ist koaxial zum Glührohr 12 angeordnet und vorzugsweise vollständig in einem Füllpulver 22 zur mechanischen Stabilisierung sowie zur elektrischen Isolierung eingebettet. Das Füllpulver 22 kann beispielsweise Magnesiumoxid (MgO) sein. Die Regelwendel 18 und die Heizwendel 20 sind über eine Kontaktstelle 24 elektrisch leitend miteinander verbunden, wobei sie in Reihe geschaltet sind. Ein unteres Ende der Heizwendel (nicht bezeichnet) ist mittels einer Kontaktstelle 26 mit einem Glührohrendabschnitt 28 elektrisch verbunden. Ein ebenfalls nicht bezeichnetes Ende der Regelwendel 18 ist mittels einer weiteren Kontaktstelle 30 elektrisch leitend mit einem im Wesentlichen zylindrischen Anschlussbolzen 32 elektrisch leitend verbunden. Der Anschlussbolzen 32 ist aus einem elektrisch leitfähigen metallischen Material gefertigt. Die Kontaktstellen 24, 26, 30 können als Schweißpunkte ausgebildet sein. Auf den Anschlussbolzen 32 ist ein kappenförmiger Rundstecker 34 aufgeschraubt, welcher ebenfalls aus einem gut leitenden elektrischen Material hergestellt ist. Mittels des Rundsteckers 34 wird eine elektrische Verbindung der Glühstiftkerze 10 zu einer Stromverteilung eines nicht dargestellten elektrischen Versorgungssystems eines Kraftfahrzeuges geschaffen, die beispielsweise mit dem Pluspol einer Batterie und/oder eines Generators verschaltet ist. Die Rückführung zur Masse erfolgt über die Kontaktstelle 26, das Glührohr 12, das damit leitend verbundene Gehäuse 14 und den – in einem nicht dargestellten Motorblock – eingeschraubten Gehäusegewindeabschnitt 36. Zur elektrischen Isolation gegen das Gehäuse 14 dient unter anderem eine unterhalb des Rundsteckers 34 angeordnete scheibenförmige Isolationsscheibe 38 sowie eine kegelstumpfförmige Gehäusedichtung 40. Eine weitere, scheibenförmige Glührohrabdichtung 42 ist im Bereich des Glührohrs 12 vorgesehen. Die Gehäusedichtung 40 und die Glührohrabdichtung 42 sind aus einem elektrisch isolierenden, temperaturbeständigen Material gefertigt, wobei neben der elektrischen Isolationsfunktion auch eine koaxiale Befestigung des Anschlussbolzens 32 bzw. der Regel- und Heizwendel 18, 20 innerhalb des Glührohrs 12 und des Gehäuses 14 sicher gestellt ist.In the 1 shown glow plug 10 includes, inter alia, a substantially hollow cylindrical glow tube 12 that with a housing 14 connected is. In the glow tube 12 there is an electrical resistance element 16 that is a rule coil 18 and a downstream, with the control coil 18 generally welded heating coil 20 includes. The essentially spiral-shaped resistance element 16 is coaxial with the glow tube 12 arranged and preferably completely in a filling powder 22 embedded for mechanical stabilization and electrical insulation. The filling powder 22 may be, for example, magnesium oxide (MgO). The rule coil 18 and the heating coil 20 are via a contact point 24 electrically connected to each other, wherein they are connected in series. A lower end of the heating coil (not designated) is by means of a contact point 26 with a glow tube end section 28 electrically connected. An also not designated end of the control coil 18 is by means of another contact point 30 electrically conductive with a substantially cylindrical connecting bolt 32 electrically connected. The connecting bolt 32 is made of an electrically conductive metallic material. The contact points 24 . 26 . 30 can be designed as welds. On the connecting bolt 32 is a cap-shaped round plug 34 screwed, which is also made of a highly conductive electrical material. By means of the round plug 34 becomes an electrical connection of the glow plug 10 created to a power distribution of an electrical supply system of a motor vehicle, not shown, which is connected, for example, with the positive pole of a battery and / or a generator. The return to the mass takes place via the contact point 26 , the glow tube 12 , the so-called conductive housing 14 and the - in a non-illustrated engine block - screwed housing threaded portion 36 , For electrical insulation against the housing 14 Among other things, one serves below the round plug 34 arranged disc-shaped insulating disc 38 and a frusto-conical housing seal 40 , Another disc-shaped glow tube seal 42 is in the area of the glow tube 12 intended. The housing seal 40 and the glow tube seal 42 are made of an electrically insulating, temperature-resistant material, wherein in addition to the electrical insulation function, a coaxial attachment of the connecting bolt 32 or the control and heating coil 18 . 20 inside the glow tube 12 and the housing 14 is ensured.

Ausführungsvariantenvariants

In 2 ist eine Detailansicht einer Ausführungsform der Glühstiftkerze 10 gemäß der Erfindung dargestellt.In 2 is a detail view of an embodiment of the glow plug 10 represented according to the invention.

In 2 ist eine Spitze der Glühstiftkerze 10 dargestellt, welche in einen nicht weiter dargestellten Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine ragt. Die Glühstiftkerze 10 umfasst ein Glührohr 12, welches im Wesentlichen koaxial ein elektrisches Widerstandselement bzw. einen Glühdraht umfasst, welcher gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform als Einstoffwendel 44 ausgebildet ist. Die Einstoffwendel 44 vereinigt Eigenschaften der Heizwendel 20 und der Regelwendel 18 der 1 und wird auch als Heizelement bezeichnet. Ferner ist die Einstoffwendel 44 in dem Glührohr 12 in dem elektrisch isolierenden Füllpulver 22 eingebettet. In 2 ist auch mit 42 die Heizkörperabdichtung dargestellt. Die Einstoffwendel 44 umfasst einen Glühdraht, welcher aus einem uniformen Material gefertigt ist und Funktionen der Heizwendel 20 erfüllt. Das verwendete uniforme Material der Einstoffwendel 44 besitzt einen Widerstand mit PTC-Verhalten. Insbesondere enthält die Einstoffwendel 44 mindestens ein Refraktärmetall. In 2 is a tip of the glow plug 10 shown, which projects into a combustion chamber, not shown, of an internal combustion engine. The glow plug 10 includes a glow tube 12 which substantially coaxially comprises an electrical resistance element or a filament, which according to the embodiment of the invention as a single-material coil 44 is trained. The single-material coil 44 combines properties of the heating coil 20 and the rule coil 18 of the 1 and is also referred to as a heating element. Furthermore, the Einstoffwendel 44 in the glow tube 12 in the electrically insulating filling powder 22 embedded. In 2 is also with 42 the radiator seal shown. The single-material coil 44 includes a filament made of a uniform material and functions of the heating coil 20 Fulfills. The used uniform material of Einstoffwendel 44 has a resistor with PTC behavior. In particular, contains the Einstoffwendel 44 at least one refractory metal.

In 3 ist ein Detail der Glühstiftkerze 10 dargestellt. Mit Bezugszeichen 12 ist das Glührohr bezeichnet, in welchem koaxial das als Einstoffwendel 44 ausgebildete elektrische Widerstandselement aufgenommen ist. Das Glührohr 12 weist einen Vorderendabschnitt 46 auf, welcher in der Darstellung der 3 in Form eines Glührohrhalses 48 ausgebildet ist und offen dargestellt ist, d.h. eine Öffnung 49 aufweist. Die Einstoffwendel 44 ist in Form einer Heizspule ausgebildet, welche unterschiedliche Durchschnittsganghöhen 52, 54 aufweist. Insbesondere derjenige Abschnitt der Einstoffwendel 44, bezeichnet als Vorderendabschnitt 50, welcher in dem Glührohrhals 48 aufgenommen ist, hat eine kleinere Durchschnittsganghöhe 54.In 3 is a detail of the glow plug 10 shown. With reference number 12 is called the glow tube, in which coaxially as Einstoffwendel 44 formed electrical resistance element is added. The glow tube 12 has a front end portion 46 on which in the representation of the 3 in the form of a glow tube neck 48 is formed and shown open, ie an opening 49 having. The single-material coil 44 is formed in the form of a heating coil, which heights different average 52 . 54 having. In particular, that portion of the Einstoffwendel 44 , referred to as front end section 50 which is in the Glührohrhals 48 has a smaller average height 54 ,

In 4 ist die Glühstiftkerze 10 mit einem geschlossenen Vorderendabschnitt 46 dargestellt. Insbesondere geht aus der Darstellung der 4 hervor, dass der Vorderendabschnitt 50 der Einstoffwendel 44 mit dem Vorderendabschnitt 46 des Glührohres 12 verbunden ist, beispielsweise in dem Material des Glührohres 12 eingebettet ist. Zum Schließen des Glührohres 12, bzw. des Glührohrhalses 48, kann in die Öffnung 49 zunächst ein Materialstück angeordnet werden, welches aus dem gleichen Material gefertigt ist, wie das Glührohr 12 bzw. der Glührohrhals 48. Mittels eines stoffschlüssigen Fügeverfahrens, beispielsweise mittels Lichtbogenschweißens, wird das Materialstück geschmolzen, wobei der Vorderendabschnitt 46 geschlossen wird und der Vorderendabschnitt 50 der Einstoffwendel 44 mit dem Vorderendabschnitt 46 verbunden wird. Insbesondere ist ersichtlich, dass die Einstoffwendel 44 mit dem Glührohr 12 stofflich verbunden ist, insbesondere in das Material des Glührohres 12 eingebettet ist. Ferner geht aus 4 eine Fügestelle 56 hervor, welche einerseits die Schließung der Öffnung 49 des Glührohres 12 entspricht und andererseits den Bereich der Einbettung der Einstoffwendel 44 in dem Material des Glührohres 12 darstellt.In 4 is the glow plug 10 with a closed front end section 46 shown. In particular, from the representation of the 4 apparent that the front end section 50 the single-material coil 44 with the front end portion 46 of the glow tube 12 is connected, for example, in the material of the glow tube 12 is embedded. To close the glow tube 12 , or the Glührohrhalses 48 , can in the opening 49 First, a piece of material to be arranged, which is made of the same material as the glow tube 12 or the Glührohrhals 48 , By means of a cohesive joining method, for example by means of arc welding, the piece of material is melted, wherein the front end portion 46 is closed and the front end section 50 the single-material coil 44 with the front end portion 46 is connected. In particular, it can be seen that the Einstoffwendel 44 with the glow tube 12 is materially connected, in particular in the material of the glow tube 12 is embedded. Further, go out 4 a joint 56 on the one hand the closure of the opening 49 of the glow tube 12 and on the other hand, the area of embedding the Einstoffwendel 44 in the material of the glow tube 12 represents.

Es ist ersichtlich, dass der Vorderendabschnitt 50 der Einstoffwendel 44 zu einer äußeren Spitze 58 des Glührohres 12 einen Abstand 60 aufweist. Um zu verhindern, dass das empfindliche Material der Einstoffwendel 44 in Kontakt mit den heißen Brennraumgasen kommt, ist ein ausreichend großer der Abstand 60 notwendig. Dieser berücksichtigt auch, dass im Falle einer externen Korrosion des Glührohres 12 während der Lebensdauer, die Wandstärke des Glührohres 12 abnimmt. Ferner ist von großer Bedeutung, dass die Fügestelle 56 gegenüber Sauerstoff und Stickstoff gasdicht ausgeführt ist.It can be seen that the front end section 50 the single-material coil 44 to an outer tip 58 of the glow tube 12 a distance 60 having. To prevent the sensitive material of Einstoffwendel 44 comes in contact with the hot combustion gases, is a sufficiently large the distance 60 necessary. This also takes into account that in case of external corrosion of the glow tube 12 during the life, the wall thickness of the glow tube 12 decreases. Furthermore, it is of great importance that the joint 56 is made gas-tight with respect to oxygen and nitrogen.

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Claims (11)

Glühstiftkerze (10) zur Anordnung in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mit einem in einem Glührohr (12) aufgenommenen elektrischen Widerstandselement (16), ausgebildet als Einstoffwendel (44) mit einem definierten Widerstands-Temperaturkoeffizienten, wobei das elektrische Widerstandselement (16) mittels einer sich dynamisch ändernden Ansteuerspannung aufgeheizt und/oder auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des elektrische Widerstandselement (16) mindestens ein Refraktärmetall umfasst und mit dem Glührohr (12) gasdicht und korrosionsfest verschweißt ist.Glow plug ( 10 ) for arrangement in a combustion chamber of an internal combustion engine of a motor vehicle with one in a glow tube ( 12 ) received electrical resistance element ( 16 ), designed as a single-material coil ( 44 ) having a defined resistance temperature coefficient, wherein the electrical resistance element ( 16 Is) heated by means of a dynamically changing the drive voltage and / or maintained at a predetermined temperature, characterized in that the material of the electrical resistance element ( 16 ) comprises at least one refractory metal and with the glow tube ( 12 ) is gas-tight and corrosion-resistant welded. Glühstiftkerze (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des elektrischen Widerstandselements (16) aus den Refraktärmetallen Chrom, Molybdän, Niob, Tantal, Wolfram oder deren Legierungen ausgewählt ist.Glow plug ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the material of the electrical resistance element ( 16 ) is selected from the refractory metals chromium, molybdenum, niobium, tantalum, tungsten or their alloys. Glühstiftkerze (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des elektrischen Widerstandselements (16) Molybdän oder Wolfram umfasst mit Lanthanoxid (La2O3), Thoriumoxid (ThO2), Cerdioxid (CeO2) und/oder Yttriumoxid (Y2O3).Glow plug ( 10 ) according to claim 2, characterized in that the material of the electrical resistance element ( 16 ) Molybdenum or tungsten includes with lanthanum oxide (La 2 O 3 ), thorium oxide (ThO 2 ), ceria (CeO 2 ) and / or yttria (Y 2 O 3 ). Glühstiftkerze (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des elektrischen Widerstandselements (16) eine Molybdän-Titan-Zirkon-Legierung ist. Glow plug ( 10 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the material of the electrical resistance element ( 16 ) is a molybdenum-titanium-zirconium alloy. Glühstiftkerze (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des elektrischen Widerstandselements (16) eine Nickel-Chrom-Eisen-Legierung ist mit mehr als 10 Gew.-% Nickel, mehr als 10 Gew.-% Chrom, mehr als 1 Gew.-% Aluminium und/oder mehr als 0,5 Gew.-% Silizium.Glow plug ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the material of the electrical resistance element ( 16 ) a nickel-chromium-iron alloy is more than 10 wt .-% nickel, more than 10 wt .-% chromium, more than 1 wt .-% aluminum and / or more than 0.5 wt .-% silicon , Glühstiftkerze (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Glührohr (12) eine Nickel-Chrom-Legierung ist mit 1 bis 10 Gew.-% Aluminium, 10 bis 30 Gew.-% Chrom und 0,05 bis 5 Gew.-% Silizium. Glow plug ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the glow tube ( 12 ) is a nickel-chromium alloy with 1 to 10 wt .-% aluminum, 10 to 30 wt .-% chromium and 0.05 to 5 wt .-% silicon. Glühstiftkerze (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Glührohr (12) eine Legierung ist mit mehr als 5 Gew.-% Eisen, mehr als 0,05 Gew.-% Titan, weniger als 0,2 Gew.-% Kupfer, weniger als 0,5 Gew.-% Kohlenstoff, weniger als 0,3 Gew.-% Yttrium, weniger als 0,2 Gew.-% Zirkon und/oder weniger als 0,7 Gew.-% Mangan.Glow plug ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the glow tube ( 12 ) an alloy is more than 5 wt.% iron, more than 0.05 wt.% titanium, less than 0.2 wt.% copper, less than 0.5 wt.% carbon, less than 0 , 3 wt .-% yttrium, less than 0.2 wt .-% zirconium and / or less than 0.7 wt .-% manganese. Glühstiftkerze (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorderendabschnitt (50) des elektrischen Widerstandselements (16) mit einem Vorderendabschnitt (46) des Glührohres (12) verbunden ist.Glow plug ( 10 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that a front end section ( 50 ) of the electrical resistance element ( 16 ) with a front end section ( 46 ) of the glow tube ( 12 ) connected is. Glühstiftkerze (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorderendabschnitt (46) des Glührohres (12) als Glührohrhals (48) ausgebildet ist, welcher mittels mindestens eines Schweißverfahrens derart verschlossen ist, dass der Vorderendabschnitt (50) des elektrischen Widerstandselements (16) stofflich und elektrisch mit dem Glührohr (12) verbunden ist.Glow plug ( 10 ) according to claim 8, characterized in that the front end section ( 46 ) of the glow tube ( 12 ) as glow tube neck ( 48 ) is formed, which is closed by means of at least one welding process such that the front end portion ( 50 ) of the electrical resistance element ( 16 ) materially and electrically with the glow tube ( 12 ) connected is. Glühstiftkerze (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorderendabschnitt (50) des elektrischen Widerstandselements (16) zu einer äußeren Spitze (58) des Glührohres (12) um einen Abstand (60) beabstandet ist.Glow plug ( 10 ) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the front end portion ( 50 ) of the electrical resistance element ( 16 ) to an outer tip ( 58 ) of the glow tube ( 12 ) by a distance ( 60 ) is spaced. Glühstiftkerze (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (60) mindestens zweimal einen Durchmesser des zur Einstoffwendel (44) geformten Glühdrahtes beträgt. Glow plug ( 10 ) according to claim 10, characterized in that the distance ( 60 ) at least twice a diameter of the Einstoffwendel ( 44 ) shaped filament is.
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