DE3539970A1 - Gluehkerze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Glühkerze gemäß Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Es ist eine Glühkerze dieser Art bekannt (DE-OS 28 02 625), bei welcher der PTC-Regelwiderstand durch eine Metallwendel gebildet ist, welche unmittelbar anschlie­ ßend an den Heizwiderstand im Glührohr angeordnet ist.

Eine metallische Regelwendel ist insofern nachteilig, als sie wegen des begrenzten Temperaturkoeffizienten me­ tallischer Leiterwerkstoffe eine verhältnismäßig kleine Regelsteilheit hat, was unter anderem eine Empfindlich­ keit der Glühkerze gegen Überspannungen zur Folge hat.

In einer älteren Anmeldung der Anmelderin (P 34 29 262.4) ist ferner eine Glühkerze der eingangs genannten Art be­ schrieben, welche elektrisch parallel zu der im obigen Sinne angeordneten Regelwendel einen Keramikwiderstand mit positivem Temperaturkoeffizienten aufweist, der im Glüh­ kerzenkörper angeordnet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Glühkerze der ein­ gangs genannten Art so zu gestalten, daß sie ein verbes­ sertes Abregelverhalten bei gleichzeitig verringerter Emp­ findlichkeit gegenüber Überspannungen zeigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Glüh­ kerze gemäß Anspruch 1 gelöst.

Die heute verfügbaren Keramikwiderstände zeichnen sich durch einen sehr niedrigen Kaltwiderstand und einen sprunghaften Temperaturanstieg bei der Kenntemperatur aus. Durch die Anordnung des Keramikwiderstands im Glühkerzen­ körper liegt der Keramikwiderstand im kältesten Bereich der Glühkerze im wesentlichen im Fußpunkt eines Tempera­ turgefälles von der Glühkerzenspitze und vom Motorblock her. Damit ist es möglich, in Form der Keramikwiderstände PTC-Widerstände einzusetzen, welche eine obere Grenztem­ peratur bis zu 300°C haben.

Zur Erzielung wohldefinierter Temperaturverhältnisse am Keramik-Regelwiderstand in Bezug auf die Temperatur des Heizwiderstands ist gemäß einer bevorzugten Ausge­ staltung der Erfindung vorgesehen, daß der Keramikwider­ stand über einen im Glührohr verlaufenden elektrisch und thermisch leitenden Stab mit dem Heizwiderstand verbunden ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Keramikwiderstand aus übereinanderlie­ genden Keramiklagen aufgebaut, die elektrisch parallel geschaltet sind. Dies ergibt im Hinblick auf den durch die Normmaße einer Glühkerze vorgegebenen im Inne­ ren des Glühkerzenkörpers vorhandenen Raum einen kompak­ ten Aufbau des Keramik-Regelwiderstands bei gleichzeitiger Verminderung seines Kaltwiderstands.

Vorzugsweise ist der Keramikwiderstand in diesem Zu­ sammenhang so aufgebaut, daß die Keramiklagen mit metal­ lischen Lagen abwechseln, wobei jeweils übernächste me­ tallische Lagen miteinander verbunden sind, derart, daß sich zwei ineinandergreifende Kammstrukturen der metal­ lischen Lagen ergeben.

Vorzugsweise sind hierbei die Keramiklagen und me­ tallischen Lagen durch Lochscheiben gebildet, die auf ei­ nem isolierenden Stab aufgereiht sind, welcher auf den Verbindungsstab aufgesetzt ist. Eine äußere metallische Lochscheibe berührt hierbei den Verbindungsstab.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser zeigt

Fig. 1 eine Glühkerze im Längsschnitt,

Fig. 2 eine seitliche Detailansicht eines bevorzugten Aufbaus des PTC-Keramikwiderstands,

Fig. 3 eine perspektivische Explosionsdarstellung, die das Aufreihen der Elemente des PTC-Keramikwider­ stands auf einem isolierenden Stab zeigt,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines geschichteten PTC-Keramikwiderstands, und

Fig. 5 das elektrische Prinzipschaltbild der Anordnungen gemäß Fig. 2 und Fig. 4.

Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine Glühkerze mit ei­ nem rotationssymmetrischen Glühkerzenkörper 10 aus Metall, aus welchem axial ein Glührohr 6 herausragt in dessen ab­ geschlossener Spitze ein Heizwiderstand 5 in Form einer Metallwendel angeordnet ist. Der Heizwiderstand 5 ist über einen in der Achse des Glührohres 6 angeordneten Verbindungsstab 4 aus Metall elektrisch und thermisch mit einem PTC-Keramikwi­ derstand 3 verbunden, der sich ebenfalls axial kopfseitig im Glühkerzenkörper 10 befindet. Der Keramikwiderstand 3 kon­ taktiert mit dem Verbindungsstab 4 über eine an dessen Ende vorgesehene Platte 11 und ist andererseits über ein am Ende ebenfalls plattenförmig erweitertes Kontaktelement 2 mit dem elektrischen Spannungsanschluß 1 der Glühkerze, der auf das Kontaktelement 2 gesteckt ist, verbunden. Die Anordnung aus Heizwiderstand 5, Verbindungsstab 4, PTC- Keramikwiderstand 3 und Anschlußteil 1 ist innerhalb des Glühkerzenkörpers 10 und des Glührohres 6 von verdichtetem Schmelzmagnesit 12 umgeben.

Wird an die Glühkerze gemäß Fig. 1 Spannung angelegt, so fließt der Strom über den Anschluß 1, das Kontaktele­ ment 2, den PTC-Keramikwiderstand 3, den Verbindungsstab 4 und den Heizwiderstand 5 zum Glührohr 6 und damit nach Masse zurück. Am Anfang hat der PTC-Widerstand einen klei­ nen Widerstandswert. Der Strom ist groß und wird in er­ ster Linie durch den Widerstandswert des wendelförmigen Heizwiderstands 5 bestimmt. Die Heizwendel erwärmt sich rasch und bringt das Glührohr 6 zum Glühen. Gleichzeitig erwärmt sich der PTC-Keramikwiderstand 3 durch Eigener­ wärmung infolge des Stromdurchflusses und außerdem durch Wärmezufuhr über den Verbindungsstab 4 vom Heizwiderstand 5 her.

Sobald sich der PTC-Keramikwiderstand 3 auf seine Kenntemperatur erwärmt hat, steigt sein elektrischer Wi­ derstandswert stark an und führt zu einer starken Absen­ kung des Stromes. Die Glühkerze regelt ab.

Die statischen und dynamischen Verhältnisse sind da­ bei so aufeinander abgestimmt, daß die Spitze der Glüh­ kerze bzw. des Glührohres 6 schnell zum Glühen kommt und so abgeregelt wird, daß eine Überhitzung nicht vorkommt. Durch die Wärmezufuhr über den Verbindungsstab 4 und die Wärmeableitung über den Glühkerzenkörper 10 befindet sich der PTC-Keramikwiderstand im Bereich des Fußpunkts eines Wärmegefälles. Der PTC-Keramikwiderstand 3 kann dadurch bei einer Temperatur betrieben werden, die zwischen der Temperatur des Glühkerzengehäuses 10 und derjenigen des Heizwiderstands 5 in der Nähe der Temperatur des Glühker­ zengehäuses 10 liegt. Dies ermöglicht den Einsatz von PTC- Keramikwiderständen, die verglichen mit metallischen PTC- Widerständen wegen des größeren Temperaturkoeffizienten eine verbesserte Regelsteilheit, allerdings auch eine obe­ re Grenztemperatur von etwa 300°C haben.

Erwärmt sich der PTC-Keramikwiderstand 3 vom Glühker­ zengehäuse 10 her, so wird von dieser Wärmequelle her ab­ geregelt. Dies ist deshalb günstig, weil derartige Ver­ hältnisse bedeuten, daß der Motor, in den die Glühkerze eingebaut ist, warm genug ist und die Glühung unterblei­ ben kann.

Darüber hinaus zeigt eine derartige Anordnung mit PTC-Keramikwiderstand eine geringere Toleranzempfindlich­ keit als eine Anordnung mit metallischer Regelwendel und ebenso eine geringere Spannungsempfindlichkeit, so daß sie den Verhältnissen in Kraftfahrzeugen mit wechselnden Spannungen an der Glühkerze besser gerecht wird.

Hinsichtlich des Regelwiderstands ist ein möglichst niedriger Kaltwiderstand wünschenswert. Andererseits muß der Regelwiderstand wegen der Begrenztheit des im Glüh­ kerzenkörper vorhandenen Raumes möglichst kompakt sein. Einen Aufbau eines PTC-Keramikwiderstands, der diese An­ forderungen erfüllt, ist in Fig. 2 dargestellt. Dieser PTC-Keramikwiderstand 3 weist übereinander geschichtete Lochscheiben 20 aus Keramikmaterial auf, die mit dazwi­ schenliegenden Lochscheiben 21 aus Metall abwechseln. Jede Metallscheibe 21 ist jeweils mit einer übernächsten Metallscheibe verbunden. Von den sich auf diese Weise er­ gebenden zwei Metallscheibengruppen kontaktiert die eine zum Verbindungsstab 4, während die andere zum Spannungs­ anschluß 1 bzw. zum Kontaktteil 2 unter Zwischenlage einer Feder 23 kontaktiert. Damit liegen sämtliche Keramikschei­ ben 20 mit entsprechend vermindertem Gesamtwiderstand zwischen Spannungsanschluß 2 und Verbindungsstab 4 elektrisch parallel. Der Zentrierung aller Keramik- und Metallscheiben dient ein Führungsstift 24 aus isolierendem Werkstoff.

Fig. 3 zeigt nochmals in Explosionsdarstellung die abwechselnde Anordnung von Keramikscheiben 20 und Metall­ scheiben 21 auf dem Führungsstift 24.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der räum­ lich hintereinanderliegende Abschnitte eines Keramikkör­ pers 40 durch Vorsehen paralleler Kontaktierungsschichten 41, die jeweils mit der übernächsten Kontaktierungsschicht elektrisch verbunden sind, so daß zwei ineinandergreifen­ de Kammstrukturen entstehen, zwischen den beiden Kontaktierungs­ schichtengruppen elektrisch parallel geschaltet sind. Die Verbindung der einzelnen Kontaktierungsschichten ist je­ weils durch eine außenflächige Metallisierungsschicht 42 auf dem Keramikkörper gegeben.

Fig. 5 zeigt das elektrische Prinzipschaltbild der An­ ordnungen gemäß Fig. 2 und Fig. 4, wobei der gestrichelt dargestellte Teil der Schaltung nur für die Anordnung gemäß Fig. 2 zutrifft. Die dargestellten Widerstände entsprechen den Keramikscheiben 20 bzw. den Abschnitten des Keramikkör­ pers 40, während die gezeigten Verbindungsleitungen den zu zwei Gruppen zusammengefaßten Metallscheiben 21 bzw. Kontak­ tierungsschichten 41 entsprechen.

Claims (5)

1. Glühkerze mit einem in der Spitze eines vom Glüh­ kerzenkörper (10) ausgehenden abgeschlossenen Glührohres (6) angeordneten Heizwiderstand (5) und einem mit dem Heiz­ widerstand elektrisch in Reihe liegenden Regelwiderstand (3) mit positivem Temperaturkoeffizienten, wobei der Regel­ widerstand (3) an einem Ende mit dem Spannungsanschluß (1) der Glühkerze und der Heizwiderstand (5) am anderen Ende mit dem Glührohr (6) und damit mit Masse verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein eine an den Heizwiderstand räumlich unmittelbar anschließende me­ tallische Regelwendel ersetzender Keramikwiderstand (3), welcher unter Aufrechterhaltung einer thermischen Kopp­ lung zum Heizwiderstand (5) entfernt von diesem im Glüh­ kerzenkörper (10) angeordnet ist, vorgesehen ist.

2. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Keramikwiderstand (3) über einen im Glührohr (6) verlaufenden elektrisch und thermisch leitenden Stab (4) mit dem Heizwiderstand (5) verbunden ist.

3. Glühkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Keramikwiderstand (3) aus übereinanderliegenden Keramiklagen aufgebaut ist, die elektrisch parallel geschaltet sind.

4. Glühkerze nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Keramiklagen mit me­ tallischen Lagen (41) abwechseln, wobei jeweils übernäch­ ste metallische Lagen miteinander verbunden sind, derart, daß sich zwei ineinandergreifende Kammstrukturen der me­ tallischen Lagen ergeben.

5. Glühkerze nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Keramiklagen und me­ tallischen Lagen durch Lochscheiben (20, 21) gebildet werden, die auf einem isolierenden Stab (24), welcher auf den Verbindungsstab (4) aufgesetzt ist, aufgereiht sind.