DE4028859A1 - Keramik-heizelement-gluehkerze - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Glühker­ ze mit einem Keramik-Heizelement bzw. einer keramischen Heiz- oder Erwärmungseinrichtung, die aus widerstandsfä­ higem (mit - ohmischem - Widerstand behaftetem) kerami­ schem Material besteht, und insbesondere auf eine Glüh­ kerze der Selbst-Temperatur-Steuerung-Keramik-Heizein­ richtung-Bauart, die als Glühkerze nach Schnellerhit­ zungsart arbeitet und die Erwärmungseigenschaften ver­ bessert, um eine genügende Dauerfestigkeit und eine lange Nachglühzeit zu gewährleisten.

Als Glühkerzen dieses Typs sind unterschiedliche Arten von Konstruktionen bekanntgeworden. Von diesen Glühker­ zen findet eine der Bauart mit keramischer Heizeinrich­ tung besondere Aufmerksamkeit, da sie als Glühkerze des Schnellerwärmungstyps funktioniert. Als Beispiel für eine solche Glühkerzen-Bauart offenbart die offengelegte JP-Patentanmeldung Nr. 57-41 523 eine Glühkerze mit kera­ mischer Heizeinrichtung, bei der ein aus Wolfram (W) oder einer Rhenium (Re)-Legierung bestehender Heizdraht in ein isolierendes Keramikmaterial eingebettet ist. Diese Glühkerze hat eine höhere Wärmeübertragungswirksam­ keit als eine Glühkerze der herkömmlich verwendeten Schicht- oder Gehäusebauart, und sie arbeitet als Schnellerwärmungsglühkerze, da ihre Erwärmungseigenschaf­ ten oder Temperaturanstiegseigenschaften verbessert sind. Bei der obigen Keramikheizeinrichtung ist jedoch die Erwärmungsgeschwindigkeit, d. h. die Anstiegsrate der Temperatur, aufgrund der Differenz zwischen den linearen Ausdehnungskoeffizienten des Metalldrahts und des Kera­ mikmaterials begrenzt. Daher ist diese Glühkerze noch problematisch, um als Glühkerze der Schnellerwärmungsbau­ art zu funktionieren. Dieses im Hinblick auf die Schnell­ erwärmung bestehende Problem läßt sich nicht vermeiden, da ein Material mit großem positivem Widerstandstempera­ turkoeffizienten wie Wolfram verwendet wird.

Als vorstehend beschriebene Keramikheizeinrichtung offen­ bart JP-U-62-1 48 869 eine Keramikheizeinrichtung, die durch integrales Formen des gesamten Körpers von seinem Inneren bis zur Oberfläche der Heizeinrichtung aus wider­ standsfähigem Keramikmaterial hergestellt wird. Bei solch einer Keramikheizeinrichtung wird die selbst aus dem widerstandsfähigen Keramikmaterial bestehende Heiz­ einrichtung energiebeaufschlagt, um Wärme zu erzeugen. Daher ist im Gegensatz zu der Keramikheizeinrichtung, bei der der metallische Heizdraht oder dergleichen in dem isolierenden Keramikmaterial eingebettet ist, diese Keramikheizeinrichtung hinsichtlich Dauerfestigkeit aus­ gezeichnet, und sie kann als Schnellerwärmungstyp funk­ tionieren, da ihre Heizeigenschaften verbessert sind. Als widerstandsfähiges Keramikmaterial zur Verwendung bei der Keramikheizeinrichtung dieser Bauart ist SiAlON bekannt, weil dieses Material, das einen stark variieren­ den spezifischen Widerstand hat, wenn der Gehalt in Titannitrid als den Widerstand verleihendes Material erhöht/verringert wird, willkürlich und wahlweise als widerstandsfähiges oder isolierendes Material verwendet werden kann.

Um jedoch zu ermöglichen, daß eine herkömmliche Glühker­ ze, bei der eine Keramikheizeinrichtung aus dem obigen widerstandsfähigen Keranikmaterial verwendet wird, schnell Wärme erzeugt, damit sie als Glühkerze der Schnellerwärmungsbauart funktioniert, so daß beispiels­ weise eine Temperatur von ungefähr 800°C in ungefähr einer Sekunde erreicht wird, muß eine Steuerung in einem Energiezufuhr-Schaltkreis zwischen der Glühkerze und einer Batterie vorgesehen werden, um einen hohen Strom zur Verbesserung der Temperaturanstiegseigenschaften in einem anfänglichen Stadium der Energiezufuhr fließen zu lassen, wodurch die Glühkerze auf eine vorbestinmte Temperatur erwärmt wird, und zur Vermeidung eines Über­ hitzungszustandes eine Sättigung bei einer vorbestimmten Temperatur (z. B. 1100°C) zu erhalten. Die Schaltkreisan­ ordnung ist jedoch kompliziert und erhöht die Herstel­ lungskosten.

Außerdem dauert es, wenn direkt Batteriespannung ange­ legt wird, um die Temperatur auf die Sättigungstempera­ tur (z. B. 1100°C) zu erhöhen, ungefähr 5 Sekunden, um eine Erwärmungstemperatur von zum Beispiel ungefähr 800°C zu erreichen, wodurch die Funktion als Glühkerze der Schnellerwärmungsbauart stark beeinträchtigt wird. Daher haben sich Forderungen nach gewissen Maßnahmen gegen diese Probleme ergeben.

Weiterhin ist in den letzten Jahren eine starke Nachfra­ ge zur Aneignung des sogenannten Nachglühsystems bei der Glühkerze dieser Bauart entstanden, bei dem für einen bestimmten Zeitabschnitt nach dem Anlassen des Motors in bezug auf die Glühkerze ein Energiezufuhrzustand auf­ rechterhalten wird, um die Motorverbrennung ruhig und fehlerfrei vor sich gehen zu lassen. Auch soll die Nach­ glühzeit so lange wie möglich ausgedehnt werden. Das heißt, daß die Steuerung manchmal bei einer Glühkerze so durchgeführt wird, daß man scharfe Temperaturanstiegs­ eigenschaften bzw. -kennungen erhält, um eine vorbestimm­ te Sättigungstemperatur (ungefähr 1100°C) in ungefähr zum Beispiel 10 Sekunden zu erzielen und die Sättigungs­ temperatur auf eine vorbestinmte Temperatur oder weniger (zum Beispiel 1000°C oder weniger) zu verringern, wo­ durch eine Energiezufuhr nach dem Anlassen des Motors, d. h. ein sogenanntes Nachglühen, erfolgt. So dauert es in kalten Regionen oder dergleichen selbst nach dem An­ lassen des Motors eine längere Zeit, um den Motor aufzu­ wärmen bzw. in Aufwärmzustand zu versetzen. Auch ist bei diesem nicht aufgewärmten Zustand der Lärm während des Leerlaufs groß, oder es wird weißer Qualm erzeugt oder der Motor aufgrund unvollständiger Verbrennung in seinem Betrieb unterbrochen, wodurch sich Probleme bezüglich des Auspuffs bzw. der Abgase und der Lärmbelästigung ergeben. Um diese Probleme zu vermeiden, benötigt man das Nachglühsystem. Um während des Nachglühens eine Energiezufuhrsteuerung durchzuführen, ist zur Erzielung dieser Wirkung, eine keramische Heizeinrichtung aus dem obigen widerstandsfähigen Keramikmaterial in Dauerfestig­ keit und Dauerbelastbarkeit ausgezeichnet. Es treten dabei jedoch die folgenden Probleme auf:

So ist gegenwärtig als (oben beschriebene) Nachglühzeit ein längerer Zeitabschnitt von zum Beispiel 10 Minuten oder mehr erforderlich. Zu diesem Zweck muß jedoch in bezug auf die keramische Heizeinrichtung in einem mit der Glühkerze verbundenen Energiezufuhr-Schaltkreis eine aufwendige Schaltungseinrichtung vorgesehen werden, mit der die Energiezufuhrsteuerung genau und in geeigneter Weise durchgeführt werden kann, was zu hohen Herstel­ lungskosten führt. Daher hat sich bei einer Glühkerze der Keramik-Heizeinrichtung-Bauart dieses Typs die Forde­ rung nach gewissen Gegenmaßnahmen ergeben, mit denen alle vorgenannten Probleme gelöst und in geeigneter Weise und zuverlässig die Funktion als Schnellerwär­ mungs-Bauart-Glühkerze sowie sogenannte Überschwing- Eigenschaften (Überschießeigenschaften) oder dergleichen während des Nachglühens realisiert werden können.

Zusammemfassung der Erfindung

Es ist ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, eine Glühkerze der Keramik-Heizeinrichtung-Bauart zu schaf­ fen, mit der die Energiezufuhrsteuerung an eine Kera­ mik-Heizeinrichtung genau durchgeführt und die Brauchbar­ keit der Baueinheit und Anordnung verbessert werden können.

Zur Erreichung dieses Ziels ist nach der vorliegenden Erfindung eine Glühkerze des Keramik-Heizeinrichtung- Typs, umfassend eine U-förmige keramische Heizeinrich­ tung aus widerstandsfähigem (mit Widerstand behaftetem; ohmischem) Keramikmaterial; einen hohlen metallischen Halter mit einem distalen Endabschnitt zum Lagern (Hal­ tern) der keramischen Heizeinrichtung über Isolierteile; einen externen Verbindungsanschluß, der isolierend am hinteren Ende des metallischen Halters gelagert bzw. ge­ haltert ist; einen Energiesteuerwiderstand zum Energiezu­ fuhrsteuern für die Heizeinrichtung, der zwischen einer Anschlußkappe am rückwärtigen Ende der in dem Metallhal­ ter gehalterten Heizeinrichtung und dem externen Verbin­ dungsanschluß angeordnet ist; und Verbindungsmittel zum Verbinden einer weiteren Anschlußkappe am rückwärtigen Ende der keramischen Heizeinrichtung mit dem metalli­ schen Halter, vorgesehen, wobei diese Glühkerze dadurch gekennzeichnet ist, daß der Energiesteuerwiderstand aus metallischem Material besteht, das einen größeren positi­ ven Widerstandstemperaturkoeffizienten als das die kera­ mische Heizeinrichtung bildende widerstandsfähige Kera­ mikmaterial aufweist, daß die Verbindungsmittel eine hohle metallische Hülse zur isolierenden Aufnahme des Energiesteuerwiderstands umfassen und daß das rückwärti­ ge Ende des metallischen Halters verstemmt oder durch Verformen dichtend verbunden ist, während der externe Verbindungsanschluß über ein Isolierteil in die metalli­ sche Hülse eingepaßt ist.

Nach der vorliegenden Erfindung wird der keramischen Heiz- oder Erwärmungseinrichtung in einem anfänglichen Zustand der Energiezufuhr eine hohe Energie zugeführt, um die Heizeinrichtung schnell Wärme erzeugen zu lassen, damit eine Funktion als Glühkerze des Schnellerwärmungs­ typs erreicht wird. Nach Verstreichen einer vorbestimm­ ten Zeit wird die Energiezufuhr an die keramische Heiz­ einrichtung von einem Energiesteuerwiderstand durchge­ führt, um eine geeignete Sättigungstemperatur und Über­ schwing(überschießende)-Eigenschaften zu erreichen, die für einen langen Zeitabschnitt Nachglühen erlauben. Außerdem muß, da der Energiesteuerwiderstand innerhalb eines Halters angeordnet ist, die Anordnung des Energie­ zufuhr-Schaltkreises im Gegensatz zu einem herkömmlichen Aufbau nicht kompliziert und aufwendig sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile und Ausführungsformen oder -möglichkei­ ten der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der in der schematischen Zeichnung darge­ stellten Ausführungsformen und -beispiele hervor. Es zeigt

Fig. 1 eine längsgeschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform einer Keramik-Heizeinrich­ tung-Glühkerze gemäß der vorliegenden Erfin­ dung,

Fig. 2 ein Schaubild zur Erläuterung der Erwärmungs­ eigenschaften und -kennung der in Fig. 1 ge­ zeigten Glühkerze,

Fig. 3. ein Schaubild, das die Zusammenhänge zwi­ schen dem Gehalt an Titannitrid und dem Widerstand zur Erzielung von widerstands­ fähigem SiAlON darstellt, und

Fig. 4 eine längsgeschnittene Seitenansicht einer anderen Ausführungsform einer Glühkerze der Keramik-Heizeinrichung-Bauart gemäß der vor­ liegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Glühkerze des Keramik-Heizeinrichtung-Typs gemäß der vorliegenden Erfindung. Die schematische Anordnung einer Glühkerze, die allgemein durch Bezugszeichen 10 dargestellt ist, wird nachfolgend kurz beschrieben. Diese Glühkerze 10 umfaßt eine im wesentlichen U-förmige Keramik-Heiz- oder Erwärmungseinrichtung 10 aus widerstandsfähigem SiAlON als widerstandsfähigem Keramikmaterial mit einem dista­ len Endabschnitt, der als Erwärmungsabschnitt funktio­ niert, sowie einen im wesentlichen rohrförmigen metalli­ schen Halter 12 mit einem distalen Endabschnitt zum Hal­ tern der Heizeinrichtung 11. Ein Energiesteuer-Metall­ widerstand 30 (der später beschrieben wird) und ein zylindrischer Abschnitt 31a größeren Durchmessers einer metallischen Hülse 31 zum isolierenden Halten eines externen Verbindungsanschlusses 13, der in Reihe mit dem Metallwiderstand 30 zu verbinden ist, sind konzentrisch in einer Öffnung oder Bohrung 12a größeren Durchmessers eingepaßt und gehalten, wobei diese Bohrung am rückwärti­ gen Ende des Halters 12 ausgebildet ist. Der externe Verbindungsanschluß 13 ist mit einem Leiterabschnitt (anodenseitiger Elektrodenausgangsabschnitt) am rückwär­ tigen Ende der keramischen Heizeinrichtung 11 über einen metallischen Leiter 32 mit dem distalen Ende des Wider­ stands 30 in der Hülse 31 verbunden. 14a, 14b und 14c bezeichnen (in dieser Reihenfolge) einen Isolierring, eine Feststellmutter sowie eine Befestigungsmutter für einen externen Leiter; alle diese Teile befinden sich schraubbar im Eingriff mit einem Gewindeabschnitt am rückwärtigen Ende des externen Verbindungsanschlusses 13. Die Muttern 14b und 14c nehmen nach Sandwichart einen Leitungsdraht od. dgl. von einer Batterie-Energie­ quelle (nicht gezeigt) zwischen sich auf, wodurch der externe Verbindungsanschluß 13 elektrisch mit einem Batterieanschluß verbunden wird. Außerdem wird ein auf der äußeren Oberfläche des Halters 12 ausgebildeter Gewindeabschnitt 12b mit einem Gewindeloch schraubend in Verbindung gebracht, das auf der Motorzylinderkopfseite (nicht gezeigt) ausgebildet ist, so daß das distale Ende der Heizeinrichtung 11 in eine Vor- oder Zusatzverbren­ nungskammer (Verbrennungskammer) hineinragt.

Als U-förmige keramische Heizeinrichtung 11, wie sie vor­ stehend beschrieben ist, wird eine bipolare keramische Heizeinrichtung mit einem U-förmigen Erwärmungsabschnitt 20, von dessen zwei Enden sich ein Paar paralleler Lei­ terabschnitte 21 und 22 in rückwärtiger Richtung er­ streckt, und die als ganzes aus widerstandsfähigem SiAlON oder dergleichen besteht, verwendet. Anschlußkap­ pen 21a und 22a, die als anoden- und erdseitige Elektro­ den-Ausgangs-(Extraktions-)Abschnitte dienen, sind mit den rückwärtigen Endseiten der Leiterabschnitte 21 und 22 hartverlötet. Ein sich von der erdseitigen Anschluß­ kappe 22a rückwärtig erstreckendes elastisches Verbin­ dungsstück ist mit dem inneren Ende der metallischen Hülse 31 verbunden und elektrisch mit dem Halter 12 über den Zylinderabschnitt 31a großen Durchmessers am rückwär­ tigen Ende der Hülse verbunden bzw. geerdet. Bei dieser Anordnung ist der U-förmige Erwärmungsabschnitt 20 so ausgebildet, daß er eine Stärke hat, die geringer als die der Leiterabschnitte 21 und 22 ist und seinen Quer­ schnitt verringert, wodurch Schnellerwärmungseigenschaf­ ten und ein geeignetes Steuern der Sättigungstemperatur erreicht werden, um ein Nachglühen über einen langen Zeitabschnitt zu ermöglichen.

In Fig. 1 bezeichnet Bezugszeichen 24 einen Schlitz, der in der Längsrichtung in der Mitte der Heizeinrichtung 11 von einem Teil des U-förmigen Heizabschnitts 20, der am distalen Ende der Heizeinrichtung mit einem geringen Durchmesser ausgebildet ist, zu einem Abschnitt zwischen den Leiterabschnitten 21 und 22 hin ausgebildet ist. Eine aus einem isolierenden Keramikmaterial bestehende Isolierplatte oder -schicht 25 ist in mindestens einem Teil des Schlitzes zwischen den rückwärtigen Enden der Leiterabschnitte 21 und 22 und entsprechend dem distalen Endabschnitt des Halters 12 eingefügt und mit den aus widerstandsfähigem Keramikmaterial bestehenden Leiterab­ schnitten 21 und 22 integral verbunden, wodurch der Schlitz 24 am distalen Endabschnitt des Halters 12 ge­ schlossen wird, um für eine Abdichtung gegen den Verbren­ nungsdruck oder die Verbrennungswärme innerhalb des Hal­ ters 12 zu sorgen. Auf der Außenfläche ist am im wesent­ lichen zentralen Teil in der Längsrichtung der Heizein­ richtung 11 eine isolierende Deckschicht 26 aus isolie­ rendem Glas oder dergleichen gebildet. Auf der Oberflä­ che der Isolierdeckschicht 26 ist eine Metallisierungs­ schicht aufgeschichtet (gecoatet), und die Heizeinrich­ tung ist durch Silber-Hartlöten oder dergleichen an dem distalen Endabschnitt des Halters 12 über die Metallisie­ rungsschicht befestigt.

Mit Bezug auf Fig. 1 bezeichnet Bezugszeichen 12c einen Verformungs- oder Verstemmabschnitt, der an dem Öffnungs­ rand des rückwärtigen Endabschnitts des Halters 12 ausge­ bildet ist, um den Abschnitt 31a großen Durchmessers am rückwärtigen Ende der Hülse 31 in die Bohrung 12a großen Durchmessers des Halters 12 passend einzusetzen bzw. zu montieren und abzudichten (zu verstopfen). Das vorerwähn­ te elastische Verbindungsteil, das in rückwärtiger Rich­ tung von der anodenseitigen Anschlußkappe 21a hervor­ ragt, ist mit der Seite des isolierend am inneren Ende der Hülse 31 gehaltenen Metalleiters 32 verbunden.

Nach der vorliegenden Erfindung sind bei der Glühkerze 10 obiger Anordnung der Anschlußkappenabschnitt (anoden­ seitiger Anschlußkappenabschnitt 21a) am rückwärtigen Ende der keramischen Heizeinrichtung 11 und das innere Ende des Kopfes des externen Verbindungsanschlusses 13 am rückwärtigen Endabschnitt des Halters 12 in Reihe miteinander über den Energiesteuerwiderstand 30 verbun­ den, der aus einem metallischen Material (zum Beispiel Eisen oder Nickel) besteht, das einen größeren positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten als das widerstandsfä­ hige SiAlON (widerstandsfähiges Keramikmaterial) auf­ weist, das die Heizeinrichtung 11 bildet. Bei dieser Aus­ führungsform wird ein spulen- oder schraubenwendelarti­ ges Teil als Widerstand 30 verwendet und in die Metall­ hülse 31 eingesetzt, während die beiden Enden dieses spu­ lenähnlichen Teils mit dem externen Verbindungsanschluß 13 und dem Metalleiter 32 durch Punktschweißen verbunden werden. Außerdem ist ein wärmebeständiges/warmfestes Isolierpulver 33 wie Magnesiumoxid (MgO) oder Zirkonoxid (ZrO₂) in die Metallhülse 31 eingefüllt, und es wird eine Fluktuation/Vibration eingesetzt oder ein Stauchen durchgeführt, um das warmfeste Isolierpulver 33 mit hoher Dichte zu füllen. In Fig. 1 bezeichnet Bezugszei­ chen 34 einen O-Ring zum Abdichten eines Endes der zwei offene Enden aufweisenden Metallhülse, wenn der Wider­ stand 30 od. dgl. in die Metallhülse eingeführt und das warmfeste Isolierpulver in diese eingefüllt wird. Der Abschnitt 31a großen Durchmessers der Metallhülse 31, die diese Teile als Einheit integral einschließt, wird in die Bohrung 12a großen Durchmessers am rückwärtigen Ende des Halters 12 eingepaßt und durch den Verstemm- oder Verstopfungsabschnitt 12c fixiert. In diesem Falle wird das warmfeste Isolierpulver 33 zwischen die Metall­ hülse 31 und das distale Ende 13a des externen Verbin­ dungsanschlusses 13 eingefüllt, um die beiden Teile von­ einander isoliert zu halten. Die anodenseitige Anschluß­ kappe 21a am rückwärtigen Ende der Heizeinrichtung 11 ist mit dem externen Verbindungsanschluß 13 über den isolierend in der Hülse 31 gehaltenen Metalleiter 32 und den Widerstand 30 verbunden, und die erdseitige Anschluß­ kappe 22a ist mit der Hülse 31 verbunden, wodurch sie auf der Seite des Halters 12 geerdet ist.

Bei obiger Anordnung kann der keramischen Heizeinrich­ tung 11 in einem Anfangszustand der Energiezufuhr eine hohe Energie zugeführt werden, damit die Heizeinrichtung 11 schnell Wärme erzeugen kann, wodurch die Wirkung als Glühkerze der Schnellerwärmungsbauart erzielt wird. Weiter wird nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit die Energiezufuhr an die keramische Heizeinrichtung durch den Energiesteuerwiderstand 30 durchgeführt, wodurch man eine geeignete Sättigungstemperatur und Überschwingeigenschaften erzielt, die über einen langen Zeitraum hinweg ein Nachglühen ermöglichen. Da der Ener­ giesteuerwiderstand 30 in dem Halter 12 angeordnet ist, braucht die Anordnung des Energiezufuhr-Schaltkreises nicht so kompliziert und aufwendig wie bei herkömmlichen Konstruktionen zu sein. Bei der Konstruktion der obigen Ausführungsform wird der Widerstand 30 bei hoher Dichte in der Hülse 31 über das warmfeste Isolierpulver 33 abdichtend eingebracht. Damit werden die Wärmestrahlungs­ eigenschaften und dergleichen, die beispielsweise von der Wärmeleitung abhängig sind, stabilisiert, und man erhält einen hohen Wärmewiderstand, wodurch die gewünsch­ te Energiesteuerfunktion verwirklicht wird.

Wenn die Glühkerze 10 durch die keramische Heizeinrich­ tung 11 mit obiger Anordnung in Kombination mit dem Energiesteuerwiderstand 30 gebildet wird, so kann die Glühkerze 10 gute Heiz- bzw. Erwärmungseigenschaften erzielen, wie sie in Fig. 2 gezeigt sind. Unter Bezugnah­ me auf Fig. 2 sei darauf hingewiesen, daß das Bezugszei­ chen b die Erwärmungskennung bezeichnet, die man mit der Glühkerze 10 gemäß der vorliegenden Erfindung erzielen kann. Im Vergleich zu einer herkömmlichen Glühkerze, die Erwärmungseigenschaften aufweist, wie sie durch Bezugs­ symbol a in Fig. 2 bezeichnet sind, kann die Glühkerze 10 die Funktion als Glühkerze des Schnellerwärmungstyps erzielen, Übersättigung vermeiden und bestimmte Über­ schwingeigenschaften erreichen, um über einen langen Zeitabschnitt hinweg ein Nachglühen zu ermöglichen. Diese Vorteile der Glühkerze 10 der vorliegenden Erfin­ dung sind leicht verständlich.

Weiterhin kann bei der vorangehenden Anordnung ein Lei­ tungsdraht oder dergleichen, wie er erforderlich ist, um die keramische Heizeinrichtung 11 mit dem externen Ver­ bindungsanschluß 13 oder dergleichen bei einer herkömm­ lichen Konstruktion zu verbinden, fortgelassen werden, und die Erdseite wird durch Verwendung der Hülse 31 ge­ bildet, was zu einer einfachen Anordnung und günstiger sowie einfacher Verwendbarkeit und Einsatzfähigkeit führt. Außerdem läßt sich eine geeignete und zweckmäßige elektrische Verbindung erzielen.

Das Material des Widerstands 30 weist vorzugsweise einen positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten (PTC) auf, der viel größer als der des widerstandsfähigen SiAlON als widerstandsfähiges Keramikmaterial der keramischen Heizeinrichtung 11 ist. Beispiele für dieses Material sind Wolfram (W), Nickel (Ni) und Eisen (Fe).

Mit obiger Glühkerze lassen sich deshalb, da der einfach als Einheit in dem Halter 12 eingeschlossene Energie­ steuerwiderstand 30 die angelegte Spannung an die kerami­ sche Heizeinrichtung 11 steuert, die Funktion als Glüh­ kerze des Schnellerwärmungstyps und eine lange Nachglüh­ zeit erreichen, ohne daß zusätzlich eine aufwendige, bei herkömmlichen Anordnungen verwendete Steuerschaltung vor­ zusehen ist, was bei der Erfindung zu großen Vorteilen führt. Insbesondere kann bei der obigen Anordnung die zur Erzielung einer Erwärmungstemperatur von 800°C erfor­ derliche Zeit auf ungefähr 2 bis 3 Sekunden eingestellt werden, und es kann eine Sättigungstemperatur von 1000°C oder weniger verwirklicht werden. Weiterhin kann die Spitzentemperatur unter 1100°C oder weniger gehal­ ten werden, um ein Nachglühen über 10 Minuten oder mehr zu ermöglichen. Dies läßt sich leicht aus dem Schaubild der Fig. 2 ablesen.

Bei der den vorgenannten Widerstand 30 verwendenden Glüh­ kerze läßt sich mit der Energiezufuhrschaltung der kera­ mischen Heizeinrichtung 11 die Funktion als Spannungsab­ fall-Steuermittel durch den Widerstand des Widerstands 30 erzielen, wodurch die an die keramische Heizeinrich­ tung 11 nach Energiezufuhr anzulegende Spannung verrin­ gert werden kann. Demzufolge wird der Gehalt an Titanni­ trid erhöht, um Erwärmungseigenschaft-Schwankungen auszu­ schließen, die bei herkömmlichen Konstruktionen ein Pro­ blem darstellen. Mit anderen Worten muß, wie aus Fig. 3 zu erkennen, bei einem widerstandsfähigen Keramikmate­ rial wie widerstandsfähigem SiAlON der Gehalt an Titanni­ trid als die Widerstandsfähigkeit (Fahigkeit, als Wider­ stand zu wirken) begründendes Material in Anbetracht der Erwärmungseigenschaften oder Schwankungen innerhalb eines engen Bereiches bestimmt werden. Wenn der Wider­ stand durch Verwendung einer Batteriespannung (z. B. 12 V) als nomineller Spannung und der Gehalt des Titannitrids innerhalb dieses Bereichs bestimmt werden, so wird der Gehalt zu klein, um im Betrieb die Variationsbreite zu erhöhen. Bei der vorliegenden Erfindung hingegen wird die angelegte Spannung durch die Anwesenheit des Wider­ stands 30 verringert, um den Gehalt an Titannitrid zu erhöhen, wodurch eine Veränderung/Schwankung im Wider­ stand bei der Herstellung der Glühkerze ausgeschlossen wird.

Weiter braucht bei der obigen Anordnung, da die Metall­ hülse 31 in den Abschnitt 12a großen Durchmessers am rückwärtigen Endabschnitt des Halters 12 eingesetzt und durch den Verstemm- bzw. Verstopfabschnitt 12c fixiert ist, die Metallhülse 31 nicht in dem metallischen Halter 12 getragen/gelagert zu sein. Daher brauchen die kerami­ sche Heizeinrichtung 11 und die Metallhülse 31 nur nach­ einander in den Metallhalter 12 eingesetzt zu werden, und der Gegenstand kann durch Befestigen der Metallhülse durch den Verstemmabschnitt 12c und Hartlöten der Deck­ schicht 26 der Keramik-Heizeinrichtung an dem Halter 12 komplettiert werden. Daher kann der Zusammenbau der Glüh­ kerze wesentlich vereinfacht werden.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird bei einer Glühkerze obiger Anordnung ein gerades, dünnwandiges Rohrteil als Metallhülse 31 zum Halten eines Energiesteu­ erwiderstands 30 mit größerem positivem Widerstandstempe­ raturkoeffizienten und verbunden mit einer anodenseiti­ gen Anschlußkappe 21a am rückwärtigen Ende der aus wider­ standsfähigem SiAlON bestehenden keramischen Heizeinrich­ tung verwendet, so daß der Energiesteuerwiderstand 30 in einem warmfesten Isolierpulver 33 eingebettet ist, und es wird ein starkwandiges metallisches Rohrteil 36 gro­ ßen Durchmessers, das in eine am rückwärtigen Endab­ schnitt des Halters 12 ausgebildete Bohrung 12a einge­ paßt und durch einen Verstemm- bzw. Verstopfabschnitt (Verformungsabschnitt) 12c fixiert ist, integral am rück­ wärtigen Endabschnitt der metallischen Hülse 31 durch Klemmpassung oder dergleichen befestigt.

Mit anderen Worten muß, um den Energiesteuerwiderstand 30 in das warmfeste Isolierpulver 33 einzubetten und diese Teile in der Metallhülse 31 zusammenzufügen, die letztere einem Stauchvorgang (Durchmesser-reduzierendes Verfahren) unterworfen werden, um das warmfeste Isolier­ pulver 33 mit hoher Dichte zu füllen, wodurch der Wider­ stand 30 die vorbestimmte Funktion als Widerstand erhal­ ten kann. Wenn jedoch der zylindrische Abschnitt 31a großen Durchmessers am rückwärtigen Endabschnitt der Hülse 31 wie bei der in Fig. 1 gezeigten und oben be­ schriebenen Ausführungsform vorhanden ist, so wird auf der äußeren Kontur der Hülse 31 eine Stufe bzw. ein Absatz ausgebildet, was aufgrund der zweistufigen Struk­ tur zu einem mühseligen Verfahrensablauf führt. Weiter wird es schwierig, einen vorbestimmten Stauchzustand (Stauchungsgrad) zu erhalten, bei dem der Wirkungsgrad und Nutzen der inneren Füllung erhöht wird. Daher können sich, um die gewünschte Funktion des Energiesteuerwider­ standes 30 zu erzielen, Probleme hinsichtlich Verarbeit­ barkeit, Herstellbarkeit und Herstellungskosten ergeben.

Aus diesem Grunde wird bei dieser Ausführungsform die metallische Hülse 31 stufenweise zusammengebaut, um eine zweistufige Struktur zu erhalten. Mit anderen Worten werden der Widerstand 30 und das warmfeste Isolierpulver 33 in der Hülse 31 zusammengefügt, und die Hülse 31 wird einem Stauchen unterworfen. Danach wird das vorerwähnte starkwandige Rohrteil 36 an dem rückwärtigen Endab­ schnitt der Hülse 31 durch Preßpassung oder dergleichen befestigt. Mit dieser Anordnung kann daher die Gesamt­ heit des Widerstands 30 leicht in die Hülse 31 einge­ schlossen bzw. darin aufgenommen werden, um die vorbe­ stimmte Funktion zu erhalten, was zu guter Verarbeitbar­ keit, Anwendbarkeit und niedrigen Kosten führt. In diesem Fall wird das starkwandige Rohrteil 36 nicht nur durch Preßpassung, sondern auch durch Löten oder Verstem­ men einer Außenfläche oder eine Kombination beider an der Hülse 31 befestigt. Mit anderen Worten kann das Rohr­ teil 36 durch jedes geeignete Mittel an der Hülse be­ festigt werden, solange die Hülse 31 in einem vorbestimm­ ten Zustand fixiert ist, wenn das Rohrteil 36 in die Bohrung 12a großen Durchmessers am rückwärtigen Endab­ schnitt des Halters 12 eingepaßt wird. Zusätzlich ist bei dieser Ausführungsform das distale Ende 13a des externen Verbindungsanschlusses 13 zur Heizeinrichtung 11 hin verjüngt. Daher kann das warmfeste Isolierpulver leicht in die Hülse 31 eingefüllt werden, um die Isola­ tion zwischen der Hülse 31 und dem distalen Ende 13a sicherzustellen.

Es sei darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die Konstruktionen obiger Ausführungsformen beschränkt ist, sondern daß Form und Aufbau jedes Einzel­ teils der Glühkerze 10 willkürlich abgewandelt und geän­ dert werden können. Beispielsweise wird bei jeder der obigen Ausführungsformen die Glühkerze 10 mit einer kera­ mischen Heizeinrichtung 11 verwendet, die unter Verwen­ dung widerstandsfähigen SiAlON′s als widerstandsfähigem Keramikmaterial entsprechend dem Gehalt an Titannitrid hergestellt wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf obige Struktur der Glühkerze 10 oder die obige Form oder Struktur der Keramikheizeinrichtung 11 be­ schränkt. Außerdem können die verschiedensten Modifika­ tionen beim Zusammenfügen und der Struktur des Energie­ steuerwiderstands 30 eingesetzt werden.

Wie oben beschrieben, umfaßt gemäß der vorliegenden Er­ findung die Glühkerze des Keramikheizeinrichtungstyps eine keramische Heizeinrichtung (Erwärmungselement), die aus einem widerstandsfähigen Keramikmaterial besteht, das am distalen Endabschnitt eines Halters gehalten werden soll, und ein Anschlußkappenteil am rückwärtigen Ende der Heizeinrichtung und das innere Ende eines am rückwärtigen Endabschnitt des Halters gehaltenen exter­ nen Verbindungsanschlusses werden in Reihe miteinander verbunden, und zwar über einen Energiesteuerwiderstand, der aus metallischem Material mit einem größeren positi­ ven Widerstandstemperaturkoeffizienten besteht als das die Heizeinrichtung bildende widerstandsfähige Keramik­ material. Daher kann ungeachtet einer einfachen und preiswerten Anordnung, bei der die Energiezufuhrschal­ tung nicht wie bei einer herkönmlichen Anordnung aufwen­ dig und kompliziert ist, dem keramischen Heizelement in einem anfänglichen Zeitpunkt der Energiezufuhr eine hohe Energie zugeführt werden, um das Heizelement schnell Wärme erzeugen zu lassen, wodurch man einen Einsatz als Glühkerze des Schnellerwärmungstyps erzielt. Darüber hinaus wird nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit die Energiezufuhr zur keramischen Heizeinrichtung durch den Energiesteuerwiderstand durchgeführt bzw. übernom­ men, um geeignete und zweckmäßige Sättigungstemperatur- und Überschwingeigenschaften zu erhalten, die ein lang­ zeitiges Nachglühen als Gegenmaßnahme gegen Betriebsun­ terbrechung des Motors oder Lärm ermöglichen.

Insbesondere kann man nach der vorliegenden Erfindung eine Glühkerze hoher Stand- und Dauerfestigkeit und guter Erwärmungseigenschaften durch Verwendung einer keramischen Heizeinrichtung aus widerstandsfähigem Kera­ mikmaterial erzielen. Weiterhin kann das widerstandsfähi­ ge Keramikmaterial für sich eine Selbsttemperatursteu­ ereigenschaft durch den in dem Halter eingebetteten Energiesteuerwiderstand erzielen. Auch läßt sich die gesamte Vorerwärmungseinrichtung vereinfachen und unter niedrigen Kosten herstellen.

Claims (5)

1. Glühkerze der Keramik-Heizeinrichtung(-element)- Bauart, umfassend:
eine U-förmige keramische Heizeinrichtung aus widerstandsfähigem Keramikmaterial;
einen hohlen metallischen Halter mit einem dista­ len Endabschnitt zum Lagern (Haltern) der kerami­ schen Heizeinrichtung über Isolierteile;
einen externen Verbindungsanschluß, der isolie­ rend am hinteren Ende des metallischen Halters ge­ haltert ist;
einen Energiesteuerwiderstand zum Energiezu­ fuhr-Steuern in bezug auf die Heizeinrichtung, der zwischen einer Anschlußkappe am rückwärtigen Ende der in dem Metallhalter gelagerten Heizeinrichtung und dem externen Verbindungsanschluß angeordnet ist; und
Verbindungsmittel zum Verbinden einer weiteren Anschlußkappe am rückwärtigen Ende der keramischen Heizeinrichtung mit dem metallischen Halter; dadurch gekennzeichnet, daß
der Energiesteuerwiderstand aus metallischem Material besteht, das einen größeren positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten als das die keramische Heizeinrichtung bildende widerstands­ fähige Keramikmaterial aufweist
die Verbindungsmittel eine hohle metallische Hülse zur isolierenden Aufnahme des Energiesteuer­ widerstands umfassen, und
das rückwärtige Ende der metallischen Hülse mit dem rückwärtigen Ende des metallischen Halters ver­ stemmt oder durch Verformen dichtend verbunden ist, während der externe Verbindungsanschluß über ein Isolierteil in die metallische Hülse eingepaßt ist.

2. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in einem Schlitz der U-förmigen, in dem metallischen Halter aufgenomme­ nen keramischen Heizeinrichtung eine Isolierlage zum externen Dichten des metallischen Halters ange­ ordnet ist.

3. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das zwischen dem externen Verbindungsanschluß und der metallischen Hülse angeordnete Isolierteil ein warmfestes isolie­ rendes Pulver ist, das um den in der metallischen Hülse aufgenommenen Energiesteuerwiderstand herum­ gefüllt ist.

4. Glühkerze nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein O-Ring zum Ab­ dichten des in die metallische Hülse gefüllten warm­ festen Isolierpulvers am distalen Ende der metalli­ schen Hülse angeordnet ist.

5. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das rückwärtige Ende der metallischen Hülse einen Abschnitt großen Durch­ messers aufweist, von dem ein Ende, das näher an dem Energiesteuerwiderstand liegt, mit einem Stufen­ abschnitt in Verbindung steht, der innerhalb des me­ tallischen Halters ausgebildet ist, um als Anschlag zu dienen.