DE3701929A1 - Gluehkerze fuer eine dieselmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Glühkerze für eine Dieselmaschine mit einem einen Hohlraum aufweisenden Halter, einer im ganzen eine U-Form aufweisenden keramischen Heizeinrichtung, die mit ihrem einen Ende nach außen sich erstreckend durch den Hohlhalter gelagert ist, einer äußeren Verbindungsklemme, Mitteln zum Verbinden der keramischen Heizeinrichtung und der äußeren Verbindungsklemme sowie einem Isolierelement zur Lagerung der äußeren Verbindungsklemme in bezug auf den Hohlhalter in isoliertem Zustand. Die Glühkerze wird zum Vorerwärmen einer Unter-Teilverbrennungskammer oder einer Verbrennenungskammer einer Dieselmaschine eingesetzt. Sie wird insbesondere für eine Glühkerze der Schnell-Erwärmungsbauart verwendet, die verbesserte Erwärmungseigenschaften sowie eine Selbst- oder Eigentemperatur-Sättigbarkeit aufweist, um eine lange Nachglühzeit zu erreichen.

Da eine Dieselmaschine oder ein Dieselmotor bei niedriger Temperatur eine geringe Startbarkeit hat, wird ganz allgemein in einer Unter-/Teilverbrennungskammer oder in einer Verbrennungskammer eine Glühkerze angeordnet. Durch diese fließt Strom, um Wärme zu erzeugen. So vergrößert die Glühkerze eine Ansauglufttemperatur, oder sie dient als Zündquelle, wodurch die Startbarkeit der Maschine verbessert ist. Eine typische herkömmliche Glühkerze dieser Bauart besteht in der Hülsenbauform. Man erhält sie durch Einfüllen eines wärmebeständigen Isolierpulvers in eine Metallhülse sowie durch Verlegung oder Einbettung eines aus Eisen, Chrom, Nickel od. dgl. bestehenden Spulenwärmedrahtes in dem Pulver. Es ist aber auch eine Glühkerze der Keramikbauart bekannt (japanische Patentveröffentlichungen (Kokai) Nr. 57-41 523 und dieser entsprechend), die einen Stab- oder Stangenerwärmer verwendet, der durch Einbettung eines z. B. aus Wolfram bestehenden Wärmedrahtes in ein isolierendes Keramikmaterial wie Siliciumnitrid erreicht wird. Ein Vergleich mit der Hülsentyp-Glühkerze, die indirekte Erwärmung durch ein wärmebeständiges Isolierpulver und eine Hülse verwendet, ergibt, das letztere, d. h. die Glühkerze der Keramik-Erwärmer-Bauform, hinsichtlich Wärmeübertragungswirkungsgrad und Wärmeeigenschaften überlegen ist, zur beträchtlichen Verbesserung der Temperaturerhöhungseigenschaften in kurzer Zeit während Erwärmung zum Glühen erwärmbar ist und Funktion und/oder Wirksamkeit wie eine Schnell-Erwärmungs-Bauform erreichen kann. Daher ist diese Glühkerze in den letzten Jahren verbreitet verwendet worden.

Die herkömliche Glühkerze der keramischen Erwärmer- Bauart weist jedoch einen Aufbau auf, der durch Einlegen eines aus Metall (Wolfram) bestehenden Wärmedrahtes innerhalb eines isolierenden Keramikmaterials wie Siliciumnitrid erreicht ist. Da die Wärmeausdehnungszahlen dieser beiden Materialien voneinander verschieden sind, können infolge schnellen Temperaturanstiegs sowie wiederholten Betriebs insbesondere während Erwärmung Probleme auftreten, z. B. ein Riß oder Sprung. Dies führt zu geringer Haltbarkeit oder Lebensdauer, geringer Betriebssicherheit, z. B. zu geringer Wärmebeständigkeit, sowie zu hohen Kosten der keramischen Heizeinrichtung.

Um den genannten Problemen zu begegnen, sind Bauarten für keramische Heizeinrichtungen vorgeschlagen worden (japanische Patentveröffentlichungen (Kokai) Nummern 60-9 085, 60-14 784), bei denen ein Heizdraht durch ein leitfähiges keramisches Material gebildet ist, das im wesentlichen die gleiche Wärmeausdehnungszahl wie die des isolierenden keramischen Materials aufweist. In der Praxis kann aber keine dieser Heizeinrichtungen infolge ihrer Aufbau- und Funktionsprobleme eingesetzt werden.

Z. B. wird die erstere Heizeinrichtung durch Einlegen eines leitfähigen keramischen Materials erreicht, das als Erwärmungskörper in einem isolierenden keramischen Material dient. Obwohl sie der Hülsenbauart hinsichtlich thermischer Leitfähigkeit überlegen ist, kann sie deshalb wegen indirekter Erwärmung nicht als Schnell-Erwärmungs- Bauart-Glühkerze dienen, und ihre Herstellung ist beschwerlich, aufwendig und umfangreich. Andererseits kann letztere Heizeinrichtung als Schnell-Erwärmungs- Bauart arbeiten, da ein Heizkörper an der Seite der Erwärmungsfläche freigelegt ist. Der Elektrodenaufbau wird jedoch umfangreich und führt zu hohen Kosten, da der Heizkörper zum Erzielen einer U-Form lediglich durch einen Stapelaufbau von Elementen gebildet ist und deren beiden Enden nur mit dem rückwärtigen Ende der Heizeinrichtung verbunden sind.

Darüber hinaus ist der Erwärmungsabschnitt in herkömmlichen Glühkerzen der Bauart mit keramischen Heizeinrichtungen durch eine Verbindungsstruktur aus einem leitfähigen keramischen Material und einem isolierenden keramischen Material gebildet. Obwohl ihre Wärmeausdehnungszahlen im wesentlichen gleich sind, ist ihre Betriebssicherheit oder Zuverlässigkeit als keramische Heizeinrichtung in einer Glühkerze, deren Erwärmungstemperatur maximal 1 100°C beträgt, schlecht.

Zudem bestand bei der Glühkerze dieser Bauart in den letzten Jahren im Markt ein großes Bedürfnis darin, ein sogenanntes Nachglühverfahren aufzunehmen. Bei diesem Verfahren ist die Haltbarkeit gegenüber hohen Temperaturen der Betriebsbedingungen infolge von Verbesserungen in der Startbarkeit einer Dieselmaschine sowie der Einfügung eines Turbosystems groß. Nach Starten der Maschine wird die Glühkerze für einen vorbestimmten Zeitabschnitt mit einer Energie beaufschlagt, um eine ruhige oder zügige Verbrennung innerhalb der Maschine auszuführen, so daß Maßnahmen gegen Abzug, Geräusch oder Lärm erreicht sind. Zudem muß diese Nachglühzeit so lange wie möglich andauern (z. B. 10 Minuten). Um eine derartige lange Nachglühzeit zu erreichen, muß eine Energieleistung selbst- oder eigengesteuert sein, um die Erwärmungseigenschaften beträchtlich zu verbessern und an der Heizeinrichtung Überhitzung zu vermeiden. Es muß eine Selbst- Temperatur-Sättigungsfunktion vorgesehen sein, um eine Sättigungstemperatur unter einer geeigneten Temperatur zu halten. Folglich hat das Bedürfnis nach einer Glühkerze mit einer keramischen Erwärmungs-/Heizeinrichtung bestanden, die Eigenschaften oder Charakteristika bezüglich einer schnellen Erwärmung sowie einer Selbst-Temperatur- Sättigung aufweist, die hinsichtlich zuverlässiger Betriebseigenschaften wie Wärmebeständigkeit überlegen und mit niedrigen Kosten herstellbar ist.

Zusammenfassende Darstellung der Erfindung

Ein Hauptziel der Erfindung besteht darin, eine Glühkerze für eine Dieselmaschine zu schaffen, die hohe Zuverlässigkeits-, Betriebs- und/oder Sicherheitseigenschaften wie Wärmebeständigkeit aufweist sowie bezüglich Eigenschaften und Charakteristika für Haltbarkeit, Lebensdauer und Erwärmung höchsten Ansprüchen gerecht wird.

Die Aufgabe besteht auch darin, eine Glühkerze für eine Dieselmaschine zu schaffen, mit der die Herstellung vereinfacht ist, so daß Herstellungskosten verringert sind.

Ein weiteres Ziel ist die Schaffung einer Glühkerze für eine Dieselmaschine, die schnell zum Glühen erwärmbar ist und auf geeignete Weise eine Sättigungstemperatur durch Charakteristika einer Selbst-Temperatur-Sättigung steuern kann.

Die der Aufgabe zugrunde liegenden Ziele werden bei einer Glühkerze für eine Dieselmaschine mit einem einen Hohlraum umfassenden Halter, einer im ganzen eine U-Form aufweisenden keramischen Heizeinrichtung, die mit ihrem einen Ende nach außen sich erstreckend durch den Hohlhalter gelagert ist, einer äußeren Verbindungsklemme, Mitteln zum Verbinden der keramischen Heizeinrichtung und der äußeren Verbindungsklemme und einem Isolierelement zur Lagerung der äußeren Verbindungsklemme in bezug auf den Hohlhalter in isoliertem Zustand dadurch gelöst, daß die keramische Heizeinrichtung einen nach außen sich erstreckenden U-förmigen Heizabschnitt und ein Paar Leiterteile aus widerstandsfähigem keramischen Material umfaßt, wobei sich diese Leiterteile rückwärtig von beiden Enden des U-förmigen Heizabschnitts und parallel zueinander erstrecken, sowie ein Leiterteil mit dem Inneren des Hohlhalters verbunden ist und das andere Leiterteil gegenüber dem Hohlhalter isoliert sowie durch das Innere des Hohlhalters und über die Verbindungsmittel mit der äußeren Verbindungsklemme verbunden ist.

Bevorzugte Ausführungsformen, weitere Ausbildungsmöglichkeiten, Zweckmäßigkeiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der in der schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele hervor.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 im Längsschnitt eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Glühkerze für eine Dieselmaschine,

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines Hauptteils des Ausführungsbeispiels in Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht einer einen Hauptbestandteil der Erfindung bildenden keramischen Heizeinrichtung,

Fig. 4 eine graphische Darstellung einer Temperaturkennlinie der einen Hauptbestandteil der Erfindung bildenden keramischen Heizeinrichtung,

Fig. 5 und 6 Längsschnitte eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Glühkerze für eine Dieselmaschine jeweils entsprechend Fig. 1 und 2 und

Fig. 7 und Fig. 8A und 8B eine schematische perspektivische bzw. Querschnittsansichten von Ausführungsbeispielen einer einen Hauptbestandteil der Erfindung bildenden keramischen Heizeinrichtung.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele

Fig. 1 bis 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Glühkerze für eine Dieselmaschine und/oder einen Dieselmotor gemäß der Erfindung. Zunächst wird nachstehend eine schematische Konfiguration oder Zusammensetzung einer in Fig. 1 dargestellten Glühkerze 10 beschrieben.

Die Glühkerze 10 umfaßt eine stab- oder stangenähnliche keramische Heiz- oder Erwärmungseinrichtung 11, deren von der Körpermitte entfernt gelegenes (distales) Ende als Heiz- bzw. Erwärmungsabschnitt oder -teil dient, sowie einen im wesentlichen rohr- oder hohlförmigen Metallhalter 12 zur Lagerung der keramischen Heizeinrichtung 11 an ihrem fernen Ende. Durch eine aus einem Kunstharzmaterial od. dgl. gefertigte isolierende Hülse 13 befindet sich eine äußere Verbindungsklemme 14 konzentrisch im Eingriff mit dem rückwärtigen Ende des Halters 12. Die äußere Verbindungsklemme 14 ist durch einen Leitungsdraht 15 aus Metall, z. B. einen flexiblen Draht, mit später beschriebenen, aus leitfähigem keramischem Material bestehenden Leitungs- oder Führungsabschnitten verbunden, die die keramische Heizeinrichtung 11 ausbilden. In Fig. 1 ist mit 13 a ein Metallrohr bezeichnet, das einstückig um den äußeren Umfang der Isolierhülse 13 gepaßt ist. Das Metallrohr 13 a ist durch einen hohen Druck axial gekrümmt oder gestaucht, der durch das rückwärtige Endes des Halters 12 erzeugt ist, der während der Montage verstemmt oder sonstwie abgedichtet ist, um die Isolierhülse 13 unter einer vorbestimmten mechanischen Festigkeit einstückig mit dem Halter 12 vorzusehen oder auszubilden, so daß der Aufbau oder die Struktur nicht ohne weiteres durch Temperatur beeinträchtigt ist. Es sind ein Isolierring 16 a, eine Befestigungsmutter 16 b und eine Mutter 16 c zum Spannen oder Festziehen äußerer Drähte vorgesehen, die mit einem Gewindeabschnitt an dem rückwärtigen Ende der äußeren Verbindungsklemme 14 verbunden sind. Die Leitungsdrähte od. dgl. von einer (nicht dargestellten) Batterie sind zwischen den Muttern 16 b und 16 c mehrlagig angebracht, so daß die äußere Verbindungsklemme 14 elektrisch mit den Batterieklemmen verbunden ist. Durch Einschrauben seines Gewindeabschnittes 12 a in eine Gewindebohrung an einem Zylinderkopf einer Maschine ist der Halter 12 elektrisch geerdet oder an Masse gelegt.

Dies führt gleichzeitig dazu, daß sich das ferne Ende der Heizeinrichtung 11 in eine Unter- oder Teilverbrennungskammer oder eine Verbrennungskammer erstreckt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die äußere Verbindungsklemme 14 mit der keramischen Heizeinrichtung 11 durch den Leitungsdraht 15 aus Metall verbunden, um so die Heizeinrichtung 11 vor verschiedenen Vibrationen oder mechanischen äußeren Kräften wie einem Spannmoment zu schützen. Vorzugsweise besteht die Leitung aus einem flexiblen Material wie einem flexiblen Draht.

Wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, ist die an dem fernen Ende des Halters 12 gehaltene stabähnliche keramische Heizeinrichtung 11 in der Glühkerze 10 mit dem beschriebenen Aufbau erfindungsgemäß als ganzes im wesentlichen in einer U-Form ausgebildet, indem ein U-förmiger Heiz- oder Erwärmungsabschnitt 20 integriert oder einstückig mit einem Paar Leiterteilen oder -abschnitten 21 und 22 geformt und gebildet ist, die sich nach hinten von und parallel zu den beiden Enden des U-förmigen Heizabschnittes 20 erstrecken. Zudem ist eine metallisierte Schicht 23 auf der äußeren Fläche des einen Leiterteils 21 ausgebildet. Eine isolierende Überzugs- oder Deckschicht 24 ist auf dem anderen Leiterteil 22 als Isolierschicht ausgebildet. Diese Teile sind mit dem Halter 12 verbunden bzw. bilden mit ihm einen Verbund, um ihn zu lagern bzw. zu halten.

In diesem Ausführungsbeispiel umfaßt die Heizeinrichtung 11 im einzelnen den mit einem kleinen Durchmesser ausgebildeten Heizabschnitt 20, so daß dessen Dicke kleiner als die der Leiterteile 21 und 22 ist. Entlang der Längsrichtung der Heizeinrichtung 11 ist an deren mittlerem oder zentralem Teil ein Schlitz 25 derart ausgebildet, daß er sich von dem Heizabschnitt 20 in einem Teil oder Bereich zwischen den Leiterteilen 21 und 22 erstreckt. Zudem ist von den Leiterteilen 21 und 22, die durch ein einen Widerstand aufweisendes keramisches Material einstückig mit dem Heizabschnitt 20 gebildet sind, auf der äußeren Fläche des einen Leiterteils 21 die metallisierte Schicht 23 (mit einer vernickelten Schicht auf ihrer Fläche) ausgebildet. Auf dem anderen Leiterteil 22 ist die isolierende Überzugssschicht 24 (mit einer vernickelten Schicht auf ihrer Fläche) ausgebildet. Die keramische Heizeinrichtung 11 ist durch die Schichten 23 und 24 sowie durch die darauf gebildeten vernickelten Schichten mit dem von der Körpermitte fernen (distalen) Ende des Halters 12 verbunden und gehalten. In diesem Fall ist eine vernickelte Schicht vorzugsweise auch auf einer Verbindungs- oder Kontaktierungsfläche des Halters 12 ausgebildet. Die Erfindung ist darauf aber nicht beschränkt.

Das eine Leiterteil 21 ist durch die metallisierte Schicht 23 auf seiner äußeren Fläche elektrisch an dem Halter 12 geerdet bzw. an Masse gelegt. Das ferne Ende des Leitungsdrahtes 15 aus Metall, der von der äußeren Verbindungsklemme 14 her gezogen oder geführt ist, ist elektrisch eine Elektrodenverbindung bildend an ein Elektrodenende 26 angeschlossen, das sich von dem rückwärtigen Ende des anderen Leiterteils 22 nach hinten durch die Klemm- oder Elektrodenkappe 15 a erstreckt, so daß der Strom durch die keramische Heizeinrichtung 11 entlang der in Fig. 2 durch Pfeile angegebenen Richtungen fließt.

Die beschriebene keramische Heizeinrichtung 11 kann einfach und auf geeignete Weise durch Kneten eines leitfähigen keramischen Materials mit einem thermoplastischen Kunststoff od. dgl., Einbringen (Gießen) des resultierenden Materials in eine (Druck-)Gußform und Brennen desselben oder durch Formen eines keramischen, in Stangenform vorgeformten Erhitzers mittels einer elektrischen Entladungsmaschine in vorbestimmter Gestalt oder Form hergestellt werden. Nach dieser Formgebung werden auf der äußeren Fläche des jeweiligen Leiterteils 21 bzw. des Leiterteils 22 die metallisierte Schicht 23 bzw. die isolierende Überzugsschicht 24 (die vorzugsweise durch Aufsprühen von Aluminium od. dgl. gebildet wird) ausgebildet. In einem weiteren Verfahrensschritt werden auf deren Oberflächen vernickelte Schichten als Hilfselemente zum Verbinden des Metallhalters 12 ausgebildet. Mit 27 ist eine auf dem Elektrodenende 26 ausgebildete metallisierte Schicht 27 bezeichnet. Auf ihrer Oberfläche wird wie in dem beschriebenen Fall eine vernickelte Schicht vorgesehen. Zur Ausbildung einer Anordnung bzw. zur Montage der Heizeinrichtung wird der Leitungsdraht 15 durch die Klemmkappe 15 a mit der vernickelten Schicht verbunden.

Die in der beschriebenen Weise hergestellte keramische Heizeinrichtung 11 wird in den Halter 12 eingepaßt bzw. eingefügt. An diesen werden die äußeren Flächen der Leitungsteile 21 und 22 durch Lötung od. dgl. über der leitfähigen Schicht 23 bzw. der Isolierschicht 24 befestigt. Das rückwärtige Ende des Leitungsdrahtes 15 wird mit der durch das rückwärtige Ende des Halters 12 gehaltenen äußeren Verbindungsklemme 14 verbunden, wodurch die Glühkerze 10 montiert ist.

Als leitfähiges Material zur Ausbildung der im ganzen die beschriebene U-Form aufweisenden keramischen Heizeinrichtung 11 wird vorzugsweise SIALON od. dgl. verwendet. Dieses gewährleistet durch Regulierung oder Einstellung der Menge an Titannitrid (TiN), das β SIALON oder α-β SIALON (Si₃N₄ . . . 88 Vol%, Al₂O₃ . . . 5 Vol%, Y₂O₃ . . . 7 Vol%) hinzugefügt wird, die Wahl des Isoliervermögens und/oder der Leitfähigkeit. D. h., daß beim Hinzufügen von TiN zu dem genannten SIALON in einer Menge von 20 Vol% oder mehr (in der Praxis vorzugsweise 24 bis 30 Vol%) die Leitfähigkeit durch positive Widerstand- Temperatur-Charakteristika (sogenanntes leitfähiges SIALON) erzielbar ist. Wenn mehr TiN hinzugefügt wird, ändert sich der spezifische Widerstand kontinuierlich. So erkennt man, daß der Gehalt an TiN bequem gewählt werden kann.

Die als widerstandsfähiger Körper oder als Widerstandskörper dienenden leitfähigen keramischen Materialien in der keramischen Heizeinrichtung 11 sind jedoch nicht auf die beschriebenen SIALONE beschränkt. Es können keramische Materialien verwendet werden, die bei hohen Temperaturen (bis z. B. 1 200°C) stabil sind und ein hervorragendes Verhalten hinsichtlich Wärmewiderstandsfähigkeit sowie Schlagbiegefestigkeit od. dgl. aufweisen. In Betracht kommt z. B. ein SIALON gesinterter Körper, der mindestens einen aus der nicht oxidierenden leitfähige Materialien wie SiC umfassenden Gruppe gewählten Bestandteil und/oder Carbide, Boride, Nitride sowie Carbonnitride der Elemente in Gruppe 4a, 5a und 6a des Periodensystems enthält. Al oder ein Al-Gemisch und/oder eine Al-Verbindung kann das Sintermaterial sein.

Herkömmliche Glühkerzen können nicht als Schnell-Erwärmungs- Bauart-Glühkerzen arbeiten, da es sich um eine Bauart mit innerer Erwärmung handelt, die durch Einlegen oder Einbettung eines Metallwärmedrahtes in eine Hülse oder ein isolierendes keramisches Material erhalten werden. Mit dem beschriebenen erfindungsgemäßen Aufbau ist das genannte Problem jedoch dadurch beseitigt, daß der aus einem leitfähigen keramischen Material gebildete Heizabschnitt 20 an der Außenfläche der Heizeinrichtung 11 freigelegt ist. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau sind die Wärmeeigenschaften oder Kennwerte verbessert.

Da der Heizabschnitt 20 nur aus einem leitfähigen keramischen Material besteht, das keine Verunreinigungen enthält, gewährleistet die erfindungsgemäße Glühkerze insbesondere hohe Betriebs- und/oder Zuverlässigkeitseigenschaften wie Wärmebeständigkeit, und zwar ungeachtet der während des Betriebs wiederholt auftretenden thermischen Beanspruchung. Zudem zeichnet sie sich durch besonders lange Lebensdauer und/oder Haltbarkeit aus, sie läßt sich vorteilhaft herstellen und kann zur Reduzierung der Herstellungskosten als Massenprodukt gefertigt werden.

Da der spezifische Widerstand des den Heizabschnitt 20 sowie das Paar der Leiterteile 21 und 22 bildenden leitfähigen SIALONS durch die dazu zugefügte Menge an Titannitrid einstellbar ist, ist bei der erfindungsgemäßen keramischen Heizeinrichtung 11 weiterhin gewährleistet, daß ihre Dicke frei ausgeführt bzw. gegeben werden kann, d. h., daß eine Breite (Querschnittsfläche) des Heizabschnitts 20 reduzierbar ist, um Eigenschaften einer schnellen Erwärmung zu erzielen sowie ihre Sättigungstemperatur auf geeignete Weise zu steuern oder zu regeln, wodurch eine lange Nachglühzeit realisiert ist. Im einzelnen werden derartige Selbst-Temperatur-Sättigungs- Charakteristika durch ein Verhältnis zwischen einem Volumen oder Umfang (Querschnittsfläche) des Heizabschnitts 20 und dem der Leitungsteile 21 und 22 erreicht. Diese Widerstandskörper sind einstückig und mit einem leitfähigen keramischen Material ausgebildet. Deshalb ist die erfindungsgemäße keramische Heizeinrichtung 11 vorteilhaft herkömmlichen Metallwärmeleitungen hinsichtlich der Herstellbarkeit, Lebensdauer, Betriebszuverlässigkeit und Haltbarkeit überlegen. Insbesondere weist das oben beschriebene leitfähige SIALON einen großen Widerstands- Temperatur-Koeffizienten auf. So ist es besonders vorteilhaft hinsichtlich der Selbst-Temperatur-Sättigungs- Charakteristika oder -Kennwerte.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Dicke od. dgl. eines jeden Teils der Heizeinrichtung 11 während der Herstellung frei einstellbar ist, wodurch der Widerstandswert frei wählbar ist. Wenn in dem gegebenen Ausführungsbeispiel die Rund- (Kreis-)querschnitte der vollständigen Heizeinrichtung 11 und des Heizabschnittes 20 Durchmesser von 5 mm bzw. 3 mm aufweisen und ihre Länge 50 mm (abgesehen von 5 mm des Elektrodenendes 26) beträgt, wird z. B. dem Heizabschnitt 20 eine Länge von 10 mm gegeben und die metallisierte Schicht 23 sowie die isolierende Überzugsschicht 24 werden so ausgebildet, daß sie sich um 20 mm von der Position, die sich im Abstand von 25 mm von dem distalen Ende befindet, erstrecken. Es ist experimentell bestätigt worden, daß auf diese Weise die Wärmekapazität des Heizabschnittes 20 kleiner als die der Leiterteile 21 und 22 vorgesehen werden kann, um einen vorbestimmten Widerstandswert zu erzielen. Dadurch sind die geforderten Selbst-Temperatur-Sättigungs-Charakteristika erreicht.

Beim Einsatz der erfindungsgemäßen Glühkerze unter strengen oder harten Betriebsbedingungen kann, obwohl dies in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel nicht beschrieben ist, an dem Heizabschnitt 20 ein Schutzfilm mit einem Oxidationswiderstand durch Ablagerung, Aufbringen od. dgl. ausgebildet sein, um eine höhere Lebensdauer oder Haltbarkeit zu erzielen.

Bei Verwendung der keramischen Heizeinrichtung 11, die mit im ganzen einer im wesentlichen U-Form durch das beschriebene leitfähige keramische Material einstückig ausgebildet ist, können, wie in Fig. 4 gezeigt, hervorragende Eigenschaften der Glühkerze 10 erreicht werden. D. h., daß bei der erfindungsgemäßen Glühkerze 10 experimentell bestätigt worden ist, daß eine Sättigungstemperatur bei 1 100°C liegen kann, wie dies durch die Kurve a in Fig. 4 unter solchen Bedingungen dargestellt ist, daß die zum Erreichen von 800°C erforderliche Zeit 3,5 s beträgt und ein zulässiger Bereich der Sättigungstemperatur 1 200°C oder weniger ist.

Wie aus Fig. 1 bis 3 ersichtlich, steht bei der Glühkerze 10 mit dem beschriebenen Aufbau der innere Raum des Halters 12 mit einer Maschinenverbrennungskammer od. dgl. in Verbindung, die durch den entlang der Längsrichtung der keramischen Heizeinrichtung 11 ausgebildeten Schlitz 25 der Heizeinrichtung 11 zugewandt ist. So muß verhindert werden, daß während Explosion in der Verbrennungskammer erzeugter Verbrennungsdruck von der Maschine (dem Motor) nach außen entweicht. Zu diesem Zweck ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Dichtungsplatte 28 aus Asbest, Gummi od. dgl. an dem äußeren Ende des Isolierhülse 13 vorgesehen, die an einer Öffnung des rückwärtigen Endes des Halters 12 einstückig mit der äußeren Verbindungsklemme 14 ausgebildet ist. Dadurch wird dieser Abschnitt mechanisch abgedichtet. Jedoch können die Position eines derartigen Dichtungsteils und das Dichtungsverfahren auf vielfältige Weise variiert werden. Zum Dichten zwischen der Isolierhülse 13 und dem Halter 12 kann z. B. ein Ring od. dgl. an dem inneren Ende der Isolierhülse 13 angeordnet sein.

Zudem können wie oben beschriebene Dichtungsmittel in Fig. 5 und 6 dargestellte Anordnungen nach freier Wahl ausgeführt werden. Das heißt, das mindestens für einen Bereich oder Teil zwischen den Leiterteilen 21 und 22 in Übereinstimmung mit dem fernen Ende des Halters 12 in der keramischen Heizeinrichtung 11 eine Isolierschicht oder -platte 30 aus einem isolierenden keramischen Material vorgesehen wird. So ist die Isolierplatte 30 einstückig mit den Leitungsteilen 21 und 22 einens keramischen Materials verbunden, wodurch der Schlitz 25 mit dem Halter 12 geschlossen wird, um den Verdichtungsdruck abzudichten und dessen Entweichen zu vermeiden. Bei diesem Aufau kann die mechanische Festigkeit des rückwärtigen Endes der durch den Halter 12 gehaltenen keramischen Heizeinrichtung 11 verbessert werden. Die Platte 28 für eine wie in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel vorgesehene Abdichtung kann entfallen. Darin besteht ein großer Vorteil.

Als die beschriebenen isolierenden keramischen Materialien kann SIALON od. dgl., das durch Einstellung der Menge (30%, ggf. weniger oder mehr) an Titannitrid (TiN) eine Wahl der Isolierfähigkeitseigenschaft und Leitfähigkeit ermöglicht, zusätzlich zu dem die keramische Heizeinrichtung 11 bildenden leitfähigen keramischen Material verwendet werden. Bei Wahl dieser Materialien weisen die Isolierplatte 30 und der Widerstandskörper im wesentlichen die gleiche Ausdehnungszahl auf, woduch die Verbundfestigkeit zum Erreichen von Betriebs- und Zuverlässigkeitseigenschaften wie Wärmebeständigkeit und/oder Wärmewiderstand verstärkt ist. Um isolierende und leitfähige keramische Materialien der oben beschriebenen SIALONE fest miteinander zu verbinden, wird ein Oxid- Sinter-Hilfsmittel wie Y₂O₃ (Yttriumoxid) zwischen den zwei Materialien zur Ausbildung einer Diffusionsschicht an dem verbundenen Teil oder Abschnitt vorgesehen und gesintert. Es können aber herkömmliche keramische Verbindungsverfahren, z. B. ein Halegonidverfahren, ein Lötverfahren und ein Feststoff-Phase-Verfahren angewendet werden. Zudem können zum Ausbilden der Isolierplatte oder -schicht 30 als isolierende keramische Materialien Materialien eingesetzt werden, die hauptsächlich aus SiC, Si₃N₄, AlN und Al₂O₃ bestehen, die in bezug auf das leitfähige keramische Material hervorragende Eigenschaften hinsichtlich Wärmebeständigkeit od. dgl. und hinsichtlich Verbundfestigkeit aufweisen. Weiterhin kann ein Isoliermaterial wie Glas verwendet werden.

Die Isolierschicht 30 ist an dem rückwärtigen Ende getrennt von dem Heizabschnitt 20 der Heizeinrichtung 11 angeordnet. Insbesondere ergeben sich daher praktisch keine Probleme, und zwar auch dann nicht, wenn die Zuverlässigkeits- oder Funktionseigenschaft des verbundenen Abschnitts um ein gewisses Maß herabgesetzt ist.

Die Erfindung ist auf die dargestellten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt. Vielmehr können im Hinblick auf Form, Gestaltung, Aufbau und/oder Bauart der jeweiligen Teile verschiedene Abänderungen und Ausgestaltungen vorgenommen werden. Z. B. ist die Gestalt der keramischen Heizeinrichtung 11 nicht auf die Rundstabform in dem dargestellten Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern sie kann, wie in Fig. 7 dargestellt, eine Rechteck-Stab- Form mit Rechteck-Querschnitt oder, wie aus Fig. 8A 8B ersichtlich, eine elliptische Form aufweisen.

In den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist zudem die keramische Heizeinrichtung 11 durch das ferne (freie) Ende des Halters 12 gehalten und mit diesem verbunden. Zu diesem Zweck ist die metallisierte Schicht 23 auf dem einen Leiterteil 21 und die isolierende Überzugsschicht 24 auf dem anderen Leiterteil 22 als leitfähige Schicht bzw. isolierende Schicht ausgebildet, so daß die keramische Heizeinrichtung 11 mit dem Halter 12 verlötet ist. Auf den äußeren Flächen der Leiterteile 21 und 22 der keramischen Heizeinrichtung 11 können aber Glasschichten ausgebildet sein, um sie mit dem Halter 12 zu verlöten. Ebenso können viele andere Verbundverfahren angewendet werden. Bei Verwendung des beschriebenen, Glasschichten und die Lötung nutzenden Verbindungsverfahrens wird ein Teil der Glasschicht, der dem mit dem Halter 12 elektrisch zu verbindenden Leitungsteil entspricht, teilweise entfernt, um den Leiterabschnitt zur Sicherstellung eines leitfähigen Zustandes durch die Lötschicht teilweise freizulegen.

Erfindungsgemäß ist, wie oben beschrieben, die stabähnliche keramische Heizeinrichtung dadurch ausgebildet, daß der U-förmige Heizabschnitt mit dem Paar der Leiterteile einstückig ausgebildet ist, die sich von beiden Seiten des U-förmigen Heizabschnitts sowie parallel zueinander nach hinten unter Verwendung des leitfähigen keramischen Materials erstrecken. Die Außenfläche des einen Leiterteils ist mit dem fernen Ende des Halters durch die leitfähige Schicht verbunden. Das andere Leiterteil ist mit dem fernen Halterende durch die Isolierschicht verbunden. Da der Heizabschnitt lediglich aus dem leitfähigen keramischen Material ohne Verunreinigungen hergestellt ist, können, ungeachtet des beschriebenen einfachen und kostengünstigen Aufbaus, hohe Betriebs- und Zuverlässigkeitseigenschaften wie Wärmebeständigkeit gegen wiederholt auftretende thermische Beanspruchung sowie gute Lebensdauer, Haltbarkeit und Wärmeeigenschaften erreicht werden. Mit der Erfindung ist auch eine leichte, Herstellungskosten reduzierende Fabrikation gewährleistet. Zudem kann durch den aus leitfähigem Material bestehenden, an der Fläche der Heizeinrichtung freigelegten Heizabschnitt das ferne Ende der Heizeinrichtung schnell bis zum Glühen erwärmt werden, wodurch Funktions-, Wirksamkeits- und Nutzeigenschaften wie bei einer Glühkerze der Schnell-Erwärmungs-Bauart erreicht sind. Die Wärmekapazität des fernen Endes des Heizabschnitts des leitfähigen keramischen Materials kann verringert werden, um Selbst-Temperatur-Sättigungs-Charakteristika zu erreichen, wodurch die Sättigungstemperatur auf geeignete Weise gesteuert wird. Im Ergebnis erreicht man im Hinblick auf eine Verbesserung von Funktion und Eigenschaften der Glühkerze eine lange Nachglühzeit, die eine Maßnahme gegen Abgas sowie Geräusch und Lärm darstellt.

Claims (8)

1. Glühkerze (10) für eine Dieselmaschine, umfassend
einen einen Hohlraum aufweisenden Halter (12),
eine im ganzen eine U-Form aufweisende keramische Heizeinrichtung (11), die mit ihrem einen Ende nach außen sich erstreckend durch den Hohlhalter (12) gelagert ist,
eine äußere Verbindungsklemme (14),
Mittel (15) zum Verbinden der keramischen Heizeinrichtung (11) und der äußeren Verbindungsklemme (14) und
ein Isolierelement (13) zur Lagerung der äußeren Verbindungsklemme (14) in bezug auf den Hohlhalter (12) in isoliertem Zustand, dadurch gekennzeichnet, daß
die keramische Heizeinrichtung (11) einen nach außen sich erstreckenden U-förmigen Heizabschnitt (20) und ein Paar Leiterteile (21, 22) aus widerstandsfähigem keramischen Material umfaßt, wobei sich die Leiterteile nach hinten von beiden Enden des U-förmigen Heizabschnitts (20) und parallel zueinander erstrecken, sowie
ein Leiterteil (21) mit dem Inneren des Hohlhalters (12) verbunden ist und das andere Leiterteil (22) gegenüber dem Hohlhalter (12) isoliert sowie durch das Innere des Hohlhalters (12) und über die Verbindungsmittel (15) mit der äußeren Verbindungsklemme (14) verbunden ist.

2. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem einen Leiterteil (21) und dem Hohlhalter (12) eine leitfähige Schicht ausgebildet ist.

3. Glühkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem anderen Leiterteil (22) und dem Hohlhalter (12) eine Isolierschicht ausgebildet ist.

4. Glühkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die keramische Heizeinrichtung (11) bildende U-förmige Heizabschnitt (20) mit einer Dicke ausgebildet ist, die kleiner als die der Leiterteile (21, 22) ist.

5. Glühkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem einen Leiterteil (21) und dem Hohlhalter (12) eine metallisierte Schicht (23) und zwischen dem anderen Leiterteil (22) und dem Hohlhalter (12) eine Isolierschicht (24) ausgebildet ist.

6. Glühkerze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (24) eine auf der äußeren Fläche des anderen Leiterteils (22) gebildete Überzugsschicht wie eine Deckschicht, einen Film, eine dünne Folie od. dgl. umfaßt.

7. Glühkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die keramische Heizeinrichtung (11) eine Isolierlage oder -schicht (30) umfaßt, die mindestens an einem Abschnitt zwischen dem Paar der Leiterteile (21, 22) sowie entsprechend dem fernen Ende des Hohlhalters (12) vorgesehen ist.

8. Glühkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die keramische Heizeinrichtung (11) durch Hinzufügung von Titannitrid zu β SIALON oder zu α-β SIALON (Si₃N₄ . . . 88 Vol%, Al₂O₃ . . . 5 Vol%, Y₂O₃ . . . 7 Vol%) gebildet ist, so daß ihre Eigenschaften vom Isoliervermögen zur Leitfähigkeit variiert sind.