DE102014220235A1

DE102014220235A1 - Heizkörper für eine elektrisch beheizbare Glühstiftkerze mit axial gepresstem Heizeinsatz, und zugehöriges Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102014220235A1
Application number: DE102014220235.3A
Authority: DE
Inventors: Bruno Ceron Nicolat
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-10-07
Filing date: 2014-10-07
Publication date: 2016-04-07
Also published as: CN106796030B; WO2016055233A1; EP3204693A1; CN106796030A

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt einen Heizkörper (1) einer elektrisch beheizbaren Glühstiftkerze bereit, der ein 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

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 911 und Regelwendelabschnitt 912 bestehenden Wendel 91, wie sie in 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 911, 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 Rundknetverfahren 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 CrAl 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 (Al₂O₃) 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
1 zeigt einen Heizkörper für eine Glühstiftkerze gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer freigeschnittenen Querschnittsansicht;
2 zeigt einen Heizkörper für eine Glühstiftkerze gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer freigeschnittenen Querschnittsansicht;
3 zeigt einen Heizkörper für eine Glühstiftkerze gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer freigeschnittenen Querschnittsansicht;
4 zeigt aufeinanderfolgende Schritte eines Herstellungsverfahrens des in 1 dargestellten Heizkörpers für eine Glühstiftkerze gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform in einer Querschnittsansicht;
5 zeigt einen Auszug aufeinanderfolgender Schritte eines Herstellungsverfahrens des in 2 dargestellten Heizkörpers für eine Glühstiftkerze gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform in einer Querschnittsansicht;
6 zeigt einen Auszug aufeinanderfolgender Schritte eines Herstellungsverfahrens des in 3 dargestellten Heizkörpers für eine Glühstiftkerze gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform in einer Querschnittsansicht;
7 zeigt einen Auszug aufeinanderfolgender Schritte eines alternativen Herstellungsverfahrens des in 2 dargestellten Heizkörpers für eine Glühstiftkerze gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform in einer Querschnittsansicht; und
8 zeigt eine Glühstiftkerze gemäß dem Stand der Technik in einer Querschnittsansicht.
Ausführungsformen der Erfindung
In 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 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 1 zeigt 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 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 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 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 1 und 2 zeigt 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 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 11A‘‘ mit größerem Durchmesser und einem zweiten Abschnitt 11B‘‘ mit geringerem Durchmesser, wobei ein Übergang zwischen dem ersten Abschnitt 11A‘‘ und dem zweiten Abschnitt 11B‘‘ 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 11A‘‘ in den zweiten Abschnitt 11B‘‘ des Glührohrs 11‘‘. Anstelle des Füllmaterials 15‘‘ kann alternativ auch Leerraum vorgesehen sein.
4 zeigt eine Abfolge von einzelnen Schritten (a) bis (f), die ein Herstellungsverfahren des in 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 L1 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 L1 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.
5 zeigt eine abgewandelte Form der in 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 2 gezeigten und oben beschriebenen Heizkörpers 1‘ darstellen. Die verbleibenden Schritte sind identisch zu den jeweiligen Schritten des in 4 dargestellten Verfahrens. Ein wesentlicher Unterschied bei dem in 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 L1 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 6 ist eine weitere abgewandelte Form der in 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 3 gezeigten und oben beschriebenen Heizkörpers 1‘‘ darstellen. Die verbleibenden Schritte sind identisch zu den jeweiligen Schritten des in 4 dargestellten Verfahrens. Bei der in 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 L1 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 11B‘‘ mit geringerem Durchmesser des Glührohrs 11‘‘ sowie über den Übergang zwischen dem ersten Abschnitt 11A‘‘ und dem zweiten Abschnitt 11B‘‘, der sich graduell verjüngt, vergleiche 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 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 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 L1 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 1211‘ 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 11’ 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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2746595 A1 [0009]

Claims

Heizkörper (1; 1‘; 1‘‘) für eine elektrisch beheizbare Glühstiftkerze, mit einem Glührohr (11; 11‘; 11‘‘), und einem in dem Glührohr (11; 11‘; 11‘‘) angeordneten Heizeinsatz (12; 12‘; 12‘‘), der zumindest eine Wendel (121; 121‘; 121‘‘) und ein damit verpresstes Isolierpulver (122; 122‘; 122‘‘) aufweist, wobei der Heizeinsatz (12; 12‘; 12‘‘) ein axial gepresstes Bauteil ist.
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.
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.
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.