DE4335292A1 - Glühkerze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Glühkerze mit einem Hohl­ körper, in dem ein keramischer Heizstab mit eingesintertem Heizelement angeordnet ist, der an einer Seite des Hohlkör­ pers axial vorsteht und dessen Heizelement mit Stromversor­ gungsanschlüssen verbunden ist.

Derartige Glühkerzen mit einem keramischen Leiter und einer Metallwiderstandswendel als Heizelement sind aus der DE 42 03 183 A1 bzw. der DE 41 33 046 A1 bekannt.

Glühkerzen werden allgemein als Starthilfe in Dieselmo­ toren und Alkoholmotoren, zur Zündung von Zusatzheizungen, zur Zündung von Gasbrennern usw. verwandt.

Bei der aus der DE 42 03 183 A1 bekannten Glühkerze besteht der keramische Leiter aus einem U-förmig gebogenen Leiterstück, das am vorderen Ende des vorstehenden Teils des Heizelementes angeordnet ist und ein erstes Heizelement bildet. Dieses erste Heizelement ist über ein zweites Heiz­ element in Form einer Wendel aus einem metallischem Material mit den Stromversorgungsanschlüssen verbunden.

Bei der aus der DE 41 33 046 A1 bekannten Glühkerze ist die Heizwendel direkt mit den Stromversorgungsanschlüssen verbunden.

Aufgrund der bei derartigen Glühkerzen vorgesehenen Kontaktierungen. Im Heizbereich, insbesondere zwischen dem ersten und dem zweiten Heizelement sowie zwischen dem zwei­ ten Heizelement und den Stromversorgungsanschlüssen ist das Fertigungsverfahren derartiger Glühkerzen sehr aufwendig. Wegen der notwendigen Kontaktierungen im Heizbereich besteht darüber hinaus eine thermische Belastbarkeitsgrenze eines in den keramischen Isolator eingesinterten keramischen Leiters bei bereits ca. 1200°C.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht demgegenüber darin, die Glühkerze der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie mit einem einfachen Fertigungsver­ fahren, das eine geringere Anzahl von Fertigungsschritten umfaßt, aus weniger Einzelteilen herstellbar ist und bei der eine thermische Überlastung an den Kontaktstellen vermieden ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß am Heizelement Kontaktflächen ausgebildet sind, über die das Heizelement mit den Stromversorgungsanschlüssen in Kon­ takt steht.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung werden Kontakte, insbesondere Lötkontakte im Heizbereich vermieden, so daß keine thermischen Überlastungen an den Kontaktstellen auf­ treten können, wobei aufgrund der Ausbildung der Kontakte in Form von Kontaktflächen am Heizelement die erfindungsgemäße Glühkerze mit einem einfachen Verfahren gefertigt werden kann.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung ist es dar­ über hinaus möglich, der Kerze Abmessungen zu geben, die geometrisch Metall-Stabglühkerzen entspricht, d. h. eine Keramikglühkerze in Kompaktbauweise auszuführen, die darüber hinaus mit den bereits bestehenden und bekannten Fertigungs­ verfahren in Großserie, d. h. kostengünstig herstellbar ist. Die erfindungsgemäße Glühkerze weist ein Heizelement auf, das thermisch und mechanisch auch bei Temperaturen von über 1200°C stabil ist.

Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildun­ gen der erfindungsgemäßen Glühkerze sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 10.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Axialschnittansicht eines ersten Ausfüh­ rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Glühkerze,

Fig. 2 eine Axialschnittansicht eines zweiten Ausfüh­ rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Glühkerze, und

Fig. 3 eine Axialschnittansicht eines dritten Ausfüh­ rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Glühkerze.

Die in Fig. 1 dargestellte Glühkerze besteht im wesent­ lichen aus einem metallischen Hohlkörper 1, in dessen Hohl­ raum ein keramischer Heizstab 2 angeordnet ist, der an einem Ende, d. h. am motorseitigen Ende des Hohlkörpers 1 axial aus diesem herausragt. Der Heizstab 2 ist im wesentlichen aus einem keramischen Isolator 7, beispielsweise aus AlN gebil­ det, in den ein keramischer Leiter 6, beispielsweise aus SiC oder SiAlON eingebettet, z. B. eingesintert ist. Der kerami­ sche Leiter 6 ist so gestaltet, daß in der motorseitigen Heizstabspitze, d. h. im Heizbereich 5, eine Zone 15 mit einem höheren elektrischen Widerstand gebildet ist. Diese Zone 15 bildet den eigentlichen Heizwiderstand, der vorzugs­ weise in der in Fig. 1 dargestellten Weise U-förmig ausge­ bildet ist. Diese Ausbildung kann durch eine entsprechende Dotierung des keramischen Leiters 6 in der Zone 15 oder durch eine Querschnittsreduzierung erzielt werden.

An die Zone 15 schließt sich ein niederohmiger Bereich 14 an, der die beiden Enden des Heizwiderstandes elektrisch mit dem Anschlußbereich, d. h. den Stromversorgungsanschlüs­ sen, verbindet, die bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel der metallischen Hohlkörper 1 als Massean­ schluß und ein Schraub- oder Steckeranschluß 3 sind, der gleichfalls im Hohlkörper 1 auf der dem Heizbereich 5 gegen­ überliegenden Seite angeordnet ist.

Zur Bildung des Heizstabes 2 wird der keramische Leiter 6 nach üblichen Fertigungsverfahren in den keramischen Iso­ lator 7 eingesintert und durch eine mechanische Bearbeitung vor oder nach dem Sintervorgang mit Kontaktflächen 8 und 9 für den Massekontakt und den Steckerkontakt versehen. Die Anordnung des keramischen Leiters 6 sowie die Ausbildung der Kontaktflächen 8 und 9 sind derart, daß der keramische Lei­ ter 6 elektrisch einerseits im Bereich seines Endabschnittes mit dem metallischen Hohlkörper 1 zur Bildung des Massekon­ taktes und andererseits am anderen Endabschnitt mit dem Steckeranschluß 3 elektrisch verbunden ist. Die Massekon­ taktfläche 9 kann gleichzeitig als Dichtsitz dienen. Die Kontaktfläche 8 steht mit dem Steckeranschluß 3 in Verbin­ dung, der beispielsweise als ein Rundstecker ausgeführt sein kann.

Die Kontaktierung des keramischen Leiters 6 mit den Stromversorgungsanschlüssen, d. h. gemäß Fig. 1 mit dem me­ tallischen Hohlkörper 1 sowie mit dem Steckeranschluß 3 ist vorzugsweise eine Druckkontaktierung. Das heißt, daß der Kontakt an den Kontaktflächen 8 und 9 druckbeaufschlagt ist. Das kann dadurch erreicht werden, daß der Heizstab 2 druck­ dicht über einen Isolierring 4 in den Hohlkörper 1 eingebaut ist, über den der Rand 12 des Hohlkörpers 1 gebördelt ist, wobei die dabei erzielte Vorspannung einen Druck an den Kontaktflächen 8 und 9 zur Folge hat. Die Vorspannung kann darüber hinaus durch ein Erwärmen und axiales Stauchen des Hohlkörpers 1 im mittleren Bereich 13 erzielt oder gestei­ gert werden.

Falls es erforderlich sein sollte, können die Kontakte zusätzlich gelötet oder mit einem leitfähigen Kleber oder einem leitfähigen Kitt verklebt sein.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Glühkerze sind zur Verbesserung der Kontaktierung an den Kontaktflächen 8 und 9 Kontaktteile in Form von metallischen Kontaktringen 10 und 11 vorgesehen, die mit dem keramischen Leiter 6 an den Kon­ taktflächen 8 und 9 mechanisch und elektrisch, beispiels­ weise durch Löten, verbunden sind. Diese Kontaktringe 10 und 11 können auf den vorgefertigten Heizstab 2 aufgebracht werden oder mit dem keramischen Leiter 6 verbunden werden, bevor der keramische Leiter mit den Kontaktringen 10, 11 komplett in den keramischen Isolator 7 eingesintert wird. Durch eine entsprechende Anordnung des keramischen Leiters 6 und der Kontaktringe 10, 11 im Isolateor 7 ist dafür ge­ sorgt, daß der keramische Leiter 6 auf der den Kontakten diametral gegenüberliegenden Stellen gegen Hohlkörper 1 bzw. dem Steckeranschluß 3 isoliert ist.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungs­ gemäßen Glühkerze, das sich von dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, daß es eine zwei­ polige Ausführung gegenüber der in Fig. 1 dargestellten einpoligen Ausführung hat.

Während bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbei­ spiel die Kontaktfläche 9 für den Massekontakt an einer Außenseite des keramischen Leiters 6 im niederohmigen Be­ reich innerhalb des metallischen Hohlkörpers 1 ausgebildet war und dort mit diesem den Massekontakt bildete, ist bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel auch diese Kontaktfläche für den Massekontakt am Ende des keramischen Leiters 6 ausgebildet und über einen Kontaktteil 18 mit dem zweiten Pol 20 des Steckeranschlusses 3 verbunden, dessen erster Pol in gleicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ausgebildet ist. Ein Isolierteil 19 ist zwischen den beiden Polen 3 und 20 des Steckeranschlusses 3 vorgese­ hen.

Während bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbei­ spiel die Kontaktteile als Kontaktringe 10, 11 ausgebildet waren, sind bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbei­ spiel einzelne Kontaktstücke 17, 18 vorgesehen, die jeweils für den Kontakt zu dem entsprechenden ersten oder zweiten Pol angeordnet und ausgebildet sind.

Bei einer zweipoligen Ausbildung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, ist der Hohlkörper 1 gegenüber den Heiz­ elementen elektrisch isoliert eingebaut, wobei die Fläche 21, die sich an der Stelle befindet, an der in Fig. 1 die Massekontaktfläche 9 ausgebildet ist, als reine Dichtfläche dient.

Im übrigen entspricht die in Fig. 2 dargestellte Glüh­ kerze dem in Verbindung mit Fig. 1 bereits beschriebenen Aufbau.

Bei den beiden in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispielen kann durch eine spezielle Dotierung der leitfähigen Keramik des keramischen Leiters 6 dafür gesorgt werden, daß der keramische Leiter 6 bereichsweise verschie­ dene Widerstandstemperaturkoeffizienten hat, d. h. daß ein Bereich mit positivem Widerstandstemperaturkoeffizient ent­ steht, so daß die Glühkerze selbstregelnd ist. Diese Selbst­ regeleigenschaft kann über den ganzen Bereich des kerami­ schen Leiters 6 oder nur über einen Teilbereich vorgesehen sein. Vorzugsweise ist diese Eigenschaft über den Bereich 14 vorhanden.

Das in Fig. 3 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von dem in Fig. 1 darge­ stellten Ausführungsbeispiel im wesentlichen dadurch, daß statt eines keramischen Leiters als Heizelement eine Heiz­ wendel 16 aus einem Widerstandsdraht, insbesondere eine Wol­ framdrahtwendel, vorgesehen ist. Die Wolframdrahtwendel 16 ist in den keramischen Isolator 7 eingesintert und über Kontaktringe 10, 11 mit den Versorgungsanschlüssen, z. B. einem Steckeranschluß 3 und dem Masseanschluß am Körper 1 an der Kontaktfläche 9 verbunden. Im übrigen entspricht das dritte in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel dem anhand von Fig. 1 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel.

Claims (10)

1. Glühkerze mit einem Hohlkörper, in dem ein kerami­ scher Heizstab mit eingesintertem Heizelement angeordnet ist, der an einer Seite des Hohlkörpers axial vorsteht und dessen Heizelement mit Stromversorgungsanschlüssen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß am Heizelement (6) Kontakt­ flächen (8, 9) ausgebildet sind, über die das Heizelement (6) mit den Stromversorgungsanschlüssen in Kontakt steht.

2. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte des Heizelementes (6) an seinen Kontakt­ flächen (8, 9) mit den Stromversorgungsanschlüssen druck­ beaufschlagt sind.

3. Glühkerze nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Isolier- und Dichtungsring (4), der auf der anderen Seite im Hohlkörper (1) angeordnet ist und über den der Rand (12) des Hohlkörpers (1) so gebördelt ist, daß eine Vorspan­ nung in axialer Richtung besteht, die die Kontaktflächen (8, 9) mit Druck beaufschlagt.

4. Glühkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine axiale Vorspannung, die die Kontaktflächen (8, 9) unter Druck setzt, durch Erwärmen und axiales Stauchen des Hohlkörpers (1) erzeugt ist.

5. Glühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch metallische Kontaktteile (10, 11, 17, 18), die an den Kontaktstellen zwischen den Kontaktflächen (8, 9) des Heizelements (6) und den Stromversorgungsan­ schlüssen vorgesehen sind.

6. Glühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche (8) für den Steckeranschluß (3) an einem Leiterendabschnitt ausgebildet ist und die Kontaktflächen (9) für den Masseanschluß an einer Stelle in einem Bereich des anderen Leiterendabschnit­ tes, der sich in dem aus einem metallischen Material beste­ henden Hohlkörper (1) befindet, ausgebildet ist, wobei das Heizelement (6) so angeordnet und die Kontaktfläche (9) für den Masseanschluß so ausgebildet ist, daß an dieser Stelle der Massekontakt zum metallischen Hohlkörper (1) gebildet ist.

7. Glühkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (1) gegenüber dem Heizel­ ement (6) isoliert ist und die Kontaktfläche für den Masse­ anschluß am anderen Ende des Heizelementes (6) ausgebildet und mit dem Massepol (20) eines zweipoligen Anschlußsteckers (3, 20) verbunden ist.

8. Glühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (6) ein kerami­ scher Leiter ist.

9. Glühkerze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Leiter (6) wenigstens teilweise unter­ schiedlich dotiert ist, so daß Bereiche mit positivem und negativem Widerstandstemperaturkoeffizienten gebildet sind.

10. Glühkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement eine Heizwendel aus einem metallischen Widerstandsmaterial ist.