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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Glühkerze, die in kalten Zeiten
als Starthilfe für
einen Dieselmotor verwendet wird und insbesondere auf eine Glühkerze,
die einen keramischen Heizer als ein Heizelement einschließt und ein
Verfahren zur Herstellung derselben.
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Beschreibung des Standes
der Technik
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Technischer Hintergrund
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Um
den Regulierungsanforderungen für
Abgase Rechnung zu tragen, verschiebt sich das Verbrennungsschema
eines Dieselmotors von einem Typ, der Unterverbrennungskammern verwendet,
hin zu einem so genannten Direkteinspritzungstyp und ebenso in Richtung
einer Vervielfachung der Ventile. Eine Glühkerze, die in einem Dieselmotor
eines Direkteinspritzungstyps verwendet wird, wird gegenüberliegend
zu einer Hauptverbrennungskammer durch die Wand eines dazwischen
liegenden Zylinderkopfes hindurch angeordnet und benötigt daher eine
verlängerte
Gesamtlänge
und einen verminderten Durchmesser verglichen mit einer solchen,
die dazu verwendet wurde, Unterverbrennungskammern vorzuheizen.
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Die
Dicke des Zylinderkopfes muss vergrößert werden, um seine Festigkeit
sicherzustellen und dies resultiert in einer Öffnung eines kleineren Durchmessers
und einer größeren darin
eingeformten Länge,
um die Glühkerze
aufzunehmen, die daher in einer länglichen Konfiguration in einer
korrespondierenden Weise geformt sein muss.
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4 zeigt
schematisch ein Beispiel einer herkömmlichen Glühkerze für einen Dieselmotor, die dazu
gestaltet ist, die Anforderungen einer größeren Länge und eines reduzierten Durchmessers
zu erfüllen.
Eine herkömmliche
Glühkerze
für einen
Dieselmotor, die einen keramischen Heizer als Heizelement einschließt, wird
unten unter Bezugnahme auf 4 beschrieben
werden.
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Ein
keramisches Heizelement 6 ist beispielsweise durch Hartlöten innerhalb
einer metallischen äußeren Hülse 8 einzementiert
und hat ein Elektrodenpassstück 14,
das integral verbunden ist, etwa durch Schweißen, Löten oder Verstemmen, mit einem
Ende eines externen Verbindungsanschlusses 10, wobei der äußere Umfang
dessen integral ausgeformt ist mit einem Isolationsteil einer Muffe 12,
die aus einem Kunstharz geformt sein kann. Das integrierte Bauteil
umfassend das keramische Heizelement 6, die metallische äußere Hülse 8,
den externen Verbindungsanschluss 10 und die Isolationsmuffe 12 wird
in eine innere Bohrung 4 eines Gehäuses 2 durch eine
derer Öffnungen
eingesetzt, die ein oberes Ende dessen ist, wie in 4 gezeigt,
das später dazu
verwendet wird, den externen Verbindungsanschluss zu befestigen
und die metallische äußere Hülse 8 ist
gesichert, beispielsweise durch Hartlöten, an dem anderen Ende oder
tieferen Ende, wie in 4 des Gehäuses 2 zu sehen. Entsprechend
ist das Ende des Gehäuses 2 an
einem Ort in Richtung der Isolationsmuffe 12 verstemmt,
wodurch der externe Verbindungsanschluss 10 und die Isolationsmuffe 12 mit
dem Gehäuse 2 verbunden
wird.
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In
der herkömmlichen
Keramikheizerglühkerze
ist ein Ende oder ein oberes Ende, wie in 4 zu sehen,
eines spulenförmigen
Heizdrahtes, der nicht gezeigt ist, der innerhalb des keramischen
Heizelementes 6 angeordnet ist, herausgeführt, um elektrisch
mit dem Elektrodenpassstück 14 verbunden
zu werden. Die metallische äußere Hülse 8 ist verbunden
um und zementiert mit dem äußeren Umfang
des keramischen Heizelementes 6 in der Mitte seiner Länge. Entsprechend
wird eine vergrößerte Festigkeit
des keramischen Heizelements 6 und des Elektrodenpassstücks erforderlich.
Die verlängerte Länge des
keramischen Heizelements resultiert in ansteigenden Kosten. Um darauf
Rücksicht
zu nehmen ist nun ein keramischer Heizer verfügbar, der so strukturiert ist,
dass der Heizer 6 und die Hülse 8 unter der Bedingung
zusammen zementiert sind, dass der Heizdraht des Elements 6 mit
dem Elektrodenpassstück 14 innerhalb
des Elements 6 verbunden ist und das Ende des Elements 6,
das mit dem Elektrodenpassstück 14 verbunden
ist, innerhalb der Hülse 8 aufgenommen
ist.
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In
dem keramischen Heizer, der auf diese Weise strukturiert ist, findet
die Verbindung zwischen dem internen Heizdraht des Heizelements 6 und
dem Elektrodenpassstück 14 sowie
auch die Zementierung zwischen dem Heizelement 6 und der
Hülse 8 im
Wesentlichen durch Löten
statt. Schritte, die unternommen werden, um diese Teile 6, 8 und 14 zu verlöten, werden
nun beschrieben werden unter Bezugnahme auf 2(a),
(b) und (c). Eingangs werden das keramische Heizelement 6 und
die metallische äußere Hülse 8 auf
einer Lötaufspannvorrichtung 20 angebracht,
um ihre relativen Positionen auszurichten. Ein Ende des Elektrodenpassstücks 14 wird
durch eine Anlagenöffnung 6b,
die in einem oberen Ende 6a des Heizelements 6 eingeformt
ist, hindurch geführt.
Eine vorgegebene Quantität
eines Silberlötfüllmetalls 22 in
der Form eines spulenförmigen Drahtes
wird an der Stirnseite des oberen Endes 6a des keramischen
Heizelements 6 (siehe 2(a)) angeordnet
und wird dann auf 900°C
in einer Wasserstoffatmosphäre
erhitzt.
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Wenn
es auf 900°C
erhitzt wird, wird das Silberlötfüllmetall 22 an
der oberen Stirnseite 6a des keramischen Heizelements 6 schmelzen
(siehe 2(b)), um in die Zwischenräume zwischen dem Element 6 und
der Hülse 8 und
zwischen die Öffnung 6b in
dem Element 6 und das Elektrodenpassstück 14 zu fließen, wodurch
diese zusammenzementiert werden (siehe 2(c)).
Wenn das Silberlöten
sorgfältig
stattfindet, um eine Zementierung zu erreichen, bleibt kein Silberlötfüllmetall 22 auf
der oberen Stirnfläche 6a des
Elements 6 übrig,
sondern es fließt
in seiner Gesamtheit in die Zwischenräume.
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Wenn
jedoch das Silberlöten
nicht sorgfältig stattfindet,
fließt,
wenn das spulenförmige
Silberlötfüllmetall 22,
das auf der oberen Stirnfläche 6a (siehe 3a)
platziert ist, schmilzt (siehe 3b), es
nicht in die Zwischenräume
zwischen dem Element 6 und der Hülse 8 und zwischen
die Öffnung 6b und
das Elektrodenpassstück 14,
sondern bleibt auf der oberen Stirnfläche 6a (siehe 3c)
zurück.
Wenn das Silberlötfüllmetall 22 auf
dem Heizelement 6 auf diese Weise zurück bleibt, besteht eine Wahrscheinlichkeit
des Erzeugens eines elektrischen Kurzschlusses zwischen dem Elektrodenpassstück 14 und
der metallischen äußeren Hülse 8.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um solch eine Wahrscheinlichkeit
zu vermeiden.
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EP 0 869 698 offenbart eine
Glühkerze
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Offenbarung
der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Keramikheizerglühkerze anzugeben,
die frei von der Wahrscheinlichkeit des Erzeugens eines elektrischen Kurzschlusses
zwischen einem Elektrodenpassstück und
einer metallischen äußeren Hülse ist,
durch das Auswählen
optimaler Bedingungen, die sicherstellen, dass während eines Silberlötvorganges
geschmolzenes Silberlötfüllmaterial
in Zwischenräume
zwischen dem keramischen Heizer und der metallischen äußeren Hülse und
zwischen eine Anlagenöffnung
in dem keramischen Heizer und dem Elektrodenpassstück fließt.
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Es
ist ebenso eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung
der Keramikheizerglühkerze,
die oben genannt ist, anzugeben.
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Eine
Keramikheizerglühkerze
gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst die Merkmale des Anspruchs 1.
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Ein
Verfahren zur Herstellung einer Keramikheizerglühkerze gemäß der Erfindung ist in Anspruch 10
oder 11 definiert.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Längsschnitt
einer Keramikheizerglühkerze
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2a, 2b und 2c illustrieren Schritte
des Zusammenbauens eines Keramikheizers einer Keramikheizerglühkerze durch
Lötvorgänge, unter
Beschreibung eines normalerweise stattfindenden Lötvorganges;
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3a, 3b und 3c zeigen
die Schritte des Zusammenbauens eines keramischen Heizers einer
Keramikheizerglühkerze,
die einen nicht erfolgreichen Lötvorgang
zeigen;
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4 ist
ein Längsschnitt
eines Beispiels einer herkömmlichen
Keramikheizerglühkerze;
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5 ist
ein Diagramm, das Resultate eines ersten Bestätigungstests zeigt;
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6 zeigt
grafisch die Resultate des ersten Bestätigungstests;
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7 ist
ein Diagramm, das die Resultate eines zweiten Bestätigungstests
zeigt;
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8 ist
ein Diagramm, das die Resultate eines dritten Bestätigungstests
zeigt;
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9 ist
ein Diagramm, das die Resultate eines vierten Bestätigungstests
zeigt; und
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10 ist
ein Diagramm, das die Resultate eines fünften Bestätigungstests zeigt.
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Bevorzugte Weise, die
Erfindung auszuführen
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Bezug
nehmend auf die Zeichnungen wird nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
beschrieben. 1 zeigt eine Glühkerze für einen
Dieselmotor, der einen keramischen Heizer gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst. Die Glühkerze
umfasst ein zylindrisches Gehäuse 2,
das eine Innenbohrung 4 aufweist, die eine stufenweise
axiale Öffnung
ist, umfassend einen Bereich 4a eines mittleren Durchmessers,
der links angeordnet ist, wie in 1 zu sehen
und einen Bereich repräsentiert,
in dem ein keramisches Heizelement befestigt wird, einen Bereich 4c eines
größeren Durchmessers,
der rechts, wenn er in 1 gesehen ist, angeordnet ist und
einen Bereich repräsentiert,
in dem später
ein externer Verbindungsanschluss befestigt wird und einen Bereich 4b eines
geringeren Durchmessers, der zwischen dem Bereich 4a des
mittleren Durchmessers und dem Bereich 4c des größeren Durchmessers
angeordnet ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat der Bereich 4c des
größeren Durchmessers
in einem inneren Bereich 4ca und einem äußeren Bereich 4cb unterschiedliche
Durchmesser.
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Ein
keramisches Heizelement 6 ist innerhalb einer metallischen äußeren Hülse 8 aufgenommen, wobei
beide zusammen silbergelötet
sind, um einen keramischen Heizer 9 zu definieren, der
in einen Bereich 4a eines mittleren Durchmessers in dem
Gehäuse 2 eingesetzt
wird. Ein Teil der äußeren Umfangsoberfläche einer
metallischen äußeren Hülse 8 ist
mit dem Gehäuse 2 durch
Presssitz oder durch Löten
verbunden. Die metallische äußere Hülse 8 hat eine
innere Stirnseite 8a, die durch Anlage gegen die Stufe 4d,
die zwischen dem Bereich 4a des mittleren Durchmessers
und dem Bereich 4b des kleineren Durchmessers der Innenbohrung 4 definiert
ist, die eine schrittförmige
Axialöffnung
ist.
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Ein
externer Verbindungsanschluss 10 hat ein Isolationsteil
oder eine Muffe 12, die integral mit dem äußeren Umfang
des Anschlusses 10 geformt ist und das Isolationsteil 12 ist
in den Bereich 4c eines größeren Durchmessers der internen
Bohrung 4 eingesetzt oder genauer, in den äußeren Bereich 4cb,
und wird darin durch Verstemmen eines Endes 2a des Gehäuses gesichert.
Der äußere Umfang
des externen Verbindungsanschlusses 10 ist gerändelt und
ein Isolationskunstharz ist integral um diesen herum geformt, um
die Isolationsmuffe 12 zu formen. Der externe Verbindungsanschluss 10 ist
mit einer axialen Durchgangsöffnung 10a in
Ausrichtung mit dessen Achse eingeformt und ein Elektrodenpassstück 14 des
keramischen Heizelementes 6 wird durch die Durchgangsöffnung hindurch
geführt
und hat ein distales Ende 14a, das elektrisch mit einer äußeren Stirnseite 10b des
externen Verbindungsanschlusses, der an dem rechten Ende angeordnet
ist, wie in 1 zu sehen, entweder durch Löten oder durch
Verstemmen verbunden ist.
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Zusammenbauschritte
für die
Glühkerze,
die den keramischen Heizer für
einen Dieselmotor umfasst werden nun unter Bezugnahme auf die 1, 2a, 2b und 2c beschrieben
werden. In das keramische Heizelement 6 ist ein spulenförmiger Heizdraht 16 eingebettet,
der in der Mitte der Länge des
Heizelements 6 an seinem Ende 16a nach außen hin
freigelegt ist, um elektrisch mit der inneren Oberfläche der
metallischen äußeren Hülse 8 elektrisch verbunden
zu werden. Das andere Ende 16b des Heizdrahtes 16 ist
innerhalb einer Elektrodenpassstückanbringungsöffnung 6b,
die in einer Stirnfläche 6a des
keramischen Heizelements 6 angeordnet ist, freigelegt,
die eine rechtsseitige Stirnfläche
ist, wie in 1 gezeigt, oder eine obere Stirnfläche ist,
die in den 2a–2c gezeigt,
um elektrisch mit einem Ende 14b des Elektrodenpassstückes 14 verbunden zu
werden.
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Wenn
das keramische Heizelement 6, die metallische äußere Hülse 8 und
das Elektrodenpassstück 14 miteinander
zementiert werden, um den keramischen Heizer 9 zusammenzubauen,
wird das keramische Heizelement 6 anfänglich in die metallische äußere Hülse 8 eingesetzt
und sie werden in einer Löthalterung 20 angebracht,
um ihre relativen Positionen auszurichten. Wenn das keramische Heizelement 6 und
die metallische äußere Hülse 8 zueinander
ausgerichtet sind, erstreckt sich ein Erwärmungsbereich 6c,
der an dem inneren Ende des keramischen Heizelements 6 angeordnet
ist, außerhalb
der metallischen äußeren Hülse, während das
gegenüberliegende
Ende 6a oder obere Ende, an dem es mit dem Elektrodenpassstück 14 verbunden
ist, innerhalb der metallischen äußeren Hülse 8 angeordnet ist.
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Ein
Ende 14b des Elektrodenpassstücks 14 ist in eine
Anlageöffnung 6b eingesetzt,
die in dem oberen Ende 6a des keramischen Heizelements 6 eingeformt
ist und an dem das Ende 16b des spulenförmigen Heizdrahtes freigelegt
ist. Nachfolgend wird ein drahtförmiges
Silberlötfüllmetall 23 aufgespult, um
einen äußeren Durchmesser
im Wesentlichen vergleichbar mit dem inneren Durchmesser der metallischen äußeren Hülse vergleichbar
ist, auszubilden und wird in die Hülse 8 eingesetzt,
um an der oberen Stirnfläche 6a des
keramischen Heizelements 6 (siehe 2a) angeordnet
zu werden. Während
es in einer Wasserstoffatmosphäre
auf 900°C aufgeheizt
wird, schmilzt das Silberlötfüllmetall 22 (siehe 2b),
um in Zwischenräume
zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des
keramischen Heizelements 6 und der inneren Umfangsoberfläche der metallischen äußeren Hülse 8 zu
fließen
und zwischen die Anlageöffnung 6b an
der oberen Stirnseite 6a des keramischen Heizelements 6 und
die äußeren Oberfläche des
Elektrodenpassstücks 14,
wodurch ein Lötvorgang
erreicht wird (siehe 2c).
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Da
die Affinität
oder Benetzbarkeit zwischen dem Silberlötfüllmetall 22 und dem
keramischen Material sehr gering ist, bleibt kein Silberlötfüllmetall 22 an
der oberen Stirnseite 6a des keramischen Heizelements 6 übrig. Es
ist zu beachten, dass in den Bereichen, in denen ein Silberlötfüllmetall
zwischen dem keramischen Heizelement 6 und der metallischen äußeren Hülse 8 angeordnet
wird und zwischen dem keramischen Heizelement 6 und dem Elektrodenpassstück 14,
die Oberflächen
dieser Teile behandelt werden, um die Affinität mit dem Silberlötfüllmetall 22 zu
erhöhen,
um ein Verteilen des Silberlötfüllmetalls 22 besonders
zu vereinfachen. Zu diesem Zweck wird eine Oberflächenbehandlung
an der metallischen äußeren Hülse 8 und
dem Elektrodenpassstück 14 beispielsweise
durch Ni-Beschichtung angewendet, und eine Oberflächenbehandlung,
die eine Ni-Metallisierung bereitstellt, wird zum Beispiel an der
Oberfläche
des keramischen Heizelements 6 angewendet, die gelötet werden
soll. Entsprechend ist die obere Stirnfläche 6a des keramischen
Heizelements 6, die nicht einem Lötvorgang ausgesetzt ist, nicht
mit einer Oberflächenbehandlung
versehen und hat daher ein sehr geringes Niveau der Benetzbarkeit bezüglich des
Silberlötfüllmetalls 22.
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Wie
vorhergehend erwähnt,
wird das keramische Heizelement 6 in die metallische äußere Hülse 8 eingesetzt
und nachdem das keramische Heizelement, die metallische äußere Hülse 8 und
das Elektrodenpassstück 14 durch
Verlöten
miteinander gesichert wurden, wird das distale Ende 14a des
Elektrodenpassstücks 14,
das nun mit dem keramischen Heizelement 6 verbunden ist,
durch die Axialbohrung 4 in dem Gehäuse 2 durch dessen Öffnung hindurch geführt, die
später
dazu verwendet wird, das keramische Heizelement zu befestigen oder
die linke Öffnung,
wie in 1 zu sehen, während
ein Ende der metallischen äußeren Hülse in den
Bereich 4a eines mittleren Durchmessers des Gehäuses 2 eingesetzt wird
und durch Löten
oder durch Presssitz darin gesichert wird. Zu dieser Zeit ist die
innere Stirnfläche 8a der
metallischen äußeren Hülse 8 in
Anlage gegen die Stufe 4d, die zwischen dem Bereich 4a eines mittleren
Durchmessers und dem Bereich 4b eines kleineren Durchmessers
der internen Bohrung 4 definiert ist, positioniert. Unter
der Bedingung, dass die metallische äußere Hülse 8 gesichert wird,
erstreckt sich das distale Ende 14a des Elektrodenpassstücks 14 auf
die Außenseite
des Bereichs 4c eines größeren Durchmessers des Gehäuses 2.
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Die
Isolationsmuffe 12 und der externe Verbindungsanschluss 10 werden
in den Bereich 4c des Gehäuses 2 eingesetzt,
während
es dem distalen Ende 14a des Elektrodenpassstücks 14 erlaubt
wird, durch die axiale Durchgangsöffnung 10a, die in
dem externen Verbindungsanschluss eingeformt ist, der integral mit
der Isolationsmuffe 12 ist, hindurchzugehen. Anschließens wird
das Ende 2a des Gehäuses 2 verstemmt,
um den externen Verbindungsanschluss am Ort zu halten. Das Elektrodenpassstück 14 wird
elektrisch mit dem externen Verbindungsanschluss 10 verbunden
an einem äußeren Ende 10b des
externen Verbindungsanschlusses, wie durch Löten oder durch Verstemmen verbunden.
Die Keramikheizerglühkerze
für einen
Dieselmotor, die in 1 gezeigt ist, wird auf diese
Weise zusammengebaut.
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Wenn
das keramische Heizelement 6 und die metallische äußere Hülse 8 durch
einen Lötvorgang
zusammenzementiert werden, wie auch das keramische Heizelement 6 und
das Elektrodenpassstück 14,
fließt,
wenn der Lötvorgang
normal stattfindet, das geschmolzene Silberlötfüllmetall 22 vollständig in
die Zwischenräume
zwischen der inneren Umfangsoberfläche der metallischen äußeren Hülse 8 und
der äußeren Umfangsoberfläche des
keramischen Heizelementes 6 und zwischen die innere Oberfläche der
Anlageöffnung 6b,
die in einer Stirnfläche 6a des
keramischen Heizelements 6 eingeformt ist, und die äußere Oberfläche des
Elektrodenpassstücks 14 und
daher bleibt kein Silberlötfüllmetall 22 an
der oberen Stirnfläche 6a des
keramischen Heizelements 6 übrig. Entsprechend kann ein
elektrischer Kurzschluss zwischen der metallischen äußeren Hülse 8 und
dem Elektrodenpassstück 14 nicht stattfinden.
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Ein
Mechanismus, der es dem Silberlötfüllmetall 22 erlaubt,
in die Zwischenräume
zwischen dem keramischen Heizelement 6 auf der einen Seite und
der metallischen äußeren Hülse 8 und
dem Elektrodenpassstück 14 auf
der anderen Seite während des
Lötvorganges
zu fließen,
wird nun kurz erläutert. Die
Affinität
zwischen der Flüssigkeit
und der festen Oberfläche
wird üblicherweise
als Benetzbarkeit bezeichnet. Wenn die Benetzbarkeit oder die Affinität hoch ist,
tendiert die Flüssigkeit
dazu, sich stark entlang der festen Oberfläche zu verteilen, während, wenn
die Benetzbarkeit oder die Affinität niedrig ist, die Flüssigkeit
dazu tendiert, sich an einer einzelnen Stelle auf der festen Oberfläche zu sammeln,
um eine halbkugelförmige
Konfiguration anzunehmen. Das geschmolzene Silberlötfüllmetall 22 hat
eine sehr geringe Benetzbarkeit bezüglich der Keramiken und hat
eine hohe Benetzbarkeit bezüglich
einer Oberfläche
von Ni (Nickel), Ti beinhaltend Ni, Cu, Ag Legierungen oder Glas.
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Entsprechend
wird, wenn das geschmolzene Silberlötfüllmetall 22 an der
oberen Stirnfläche 6a des keramischen
Heizelementes 6 in einem ringförmigen Raum zwischen dem inneren
Umfang der metallischen äußeren Hülse 8 und
dem äußeren Umfang des
Elektrodenpassstückes 14 angeordnet
ist, der Kapillareffekt des Zwischenraums, der zwischen der inneren
Umfangsoberfläche
der metallischen äußeren Hülse 8 und
der äußeren Umfangsoberfläche des keramischen
Heizelementes 6 vorgesehen ist, kombiniert mit einer Absorptionskraft,
die durch die Benetzbarkeit zwischen dem Silberlötfüllmetall 22 und dem
Ni, das durch die Oberflächenbehandlung
der äußeren Umfangsoberfläche des
keramischen Heizelementes 6 und der inneren Umfangsoberfläche der metallischen äußeren Hülse 8 aufgebracht
ist, um einen Einfluss auf das Silberlötfüllmetall 22 auszuüben, um
es in den Hohlraum zu ziehen. Andererseits da die Benetzbarkeit
des Silberlötfüllmetalls 22 mit der
gesamten Oberfläche,
die durch das Silberlötfüllmetall 22 kontaktiert
ist, inklusive der inneren Umfangsoberfläche der metallischen äußeren Hülse 8, die
oberhalb der oberen Stirnfläche 6a des
keramischen Heizelements 6 angeordnet und durch das geschmolzene
Silberlötfüllmetall 22 kontaktiert
ist, produziert die äußere Umfangsoberfläche des
Elektrodenpassstücks 14 und
die obere Stirnfläche 6a des keramischen
Heizelementes 6 eine Kraft, die dazu tendiert, das geschmolzene
Silberlötfüllmetall 22 an dem
keramischen Heizelement 6 zu halten. Wenn die Summe der
Kraft des Kapillareffekts kombiniert mit der Absorptionskraft größer ist,
als die Kraft, die durch die Benetzbarkeit produziert wird, die
dazu tendiert, das geschmolzene Silberlötfüllmetall an dem keramischen
Heizelement zu halten, kann das Silberlötfüllmetall 22 in den
Zwischenraum hereingezogen werden.
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Es
wird zu sehen sein, dass das Silberlötfüllmetall 22 in seinem
geschmolzenen Zustand, das an der oberen Stirnfläche 6a des keramischen
Heizelements 6 angeordnet ist, einen Teil umfasst, der
in Kontakt mit der Keramik ist, die eine niedrige Benetzbarkeit
aufweist und einen anderen Teil, der in Kontakt mit der metallischen äußeren Hülse 8 und
dem Elektrodenpassstück 14 ist,
die Ni beschichtet sind und eine hohe Benetzbarkeit hat. Je höher der
Anteil eines Kontaktbereichs mit der Keramik, die eine niedrige
Benetzbarkeit hat, ist, desto niedriger ist die gesamte resultierende
Benetzbarkeit. In diesem Fall wird das geschmolzene Silberlötfüllmetall 22 in
den Hohlraum zwischen dem keramischen Heizelement 6 und
der metallischen äußeren Hülse 8 hereingezogen
und es bleibt kein Silberlötfüllmetall 22 an
der Stirnfläche 6a des
keramischen Heizelements 6 übrig. Wenn jedoch das Verhältnis des
Kontaktbereichs mit dem Keramik reduziert wird, steigt die Gesamtbenetzbarkeit
an und entsprechend wird das geschmolzene Silberlötfüllmetall 22 nicht
in den Zwischenraum hereingezogen, sondern bleibt an der Stirnfläche 6a des
keramischen Heizelements übrig.
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Wie
oben erwähnt,
wenn der Lötvorgang
normal stattfindet, bleibt kein Silberlötfüllmetall 22 an der oberen
Stirnfläche 6 des
keramischen Heizelements 6 zwischen der metallischen äußeren Hülse 8 und dem
Elektrodenpassstück 14 übrig und
daher kann dort ein elektrischer Kurzschluss zwischen der metallischen äußeren Hülse 8 und
dem Elektrodenpassstück 14 nicht
stattfinden. Es gibt jedoch den Fall, dass das Silberlötfüllmetall 22,
das auf der oberen Stirnfläche 6a des
keramischen Heizelementes 6 angeordnet ist, wie in den 3a–3c gezeigt,
nicht in den Zwischenraum hineinfließen kann, nachdem es geschmolzen
ist, wie in 3b gezeigt und daher auf der
Stirnfläche 6a verbleibt
(siehe 3c). Wenn das Silberlötfüllmetall 22 auf
dem keramischen Heizelement 6, das zwischen dem Elektrodenpassstück 14 und
der metallischen äußeren Hülse 8 angeordnet ist,
verbleibt, besteht die Wahrscheinlichkeit, dass ein elektrischer
Kurzschluss zwischen dem Elektrodenpassstück 14 und der metallischen äußeren Hülse 8 auftritt.
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Unter
Berücksichtigung
des Mechanismus, durch den das geschmolzene Silberlötfüllmetall 22 auf
der Stirnfläche 6a des
keramischen Heizelements 6 in den Zwischenraum zwischen
dem keramischen Heizelement 6 und der metallischen äußeren Hülse 8 hereingezogen
wird, haben die vorliegenden Erfinder Tests durchgeführt, um
die Grenzbedingungen zwischen einem normalen Lötvorgang, in dem kein Silberlötfüllmaterial 22 auf
der Stirnfläche 6a des keramischen
Heizelementes 6 verbleibt und einem nicht erfolgreichen
Lötvorgang
ermittelt.
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Um
die Parameter, die während
dieser Tests verwendet wurden, auszuwählen, wurden beide Faktoren,
die sich auf die Affinität
oder Benetzbarkeit und auf den Kapillareffekt und Faktoren, die
sich auf den Lötvorgang
beziehen, berücksichtigt.
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Faktoren,
die sich auf die Benetzbarkeit und den Kapillareffekt beziehen,
sind nachfolgend aufgeführt.
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1. Oberflächenbehandlung,
die in einem Bereich angewendet wird, der verlötet werden soll:
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Die
Oberfläche
des Teiles in dem Bereich, in dem er silbergelötet werden soll, wird behandelt,
um die Benetzbarkeit oder Affinität mit dem Silberlötfüllmetall 22 zu
erhöhen.
Zum Beispiel kann sie aus Ni oder Ni-Legierungen geformt sein. Die
Oberfläche
ist Ni-beschichtet, die Oberfläche
ist metallisiert durch Ni, Ti umfassend Ni, Cu oder Ag Legierungen
oder die Oberfläche
ist mit einem Glasfilm ausgeformt, um die Benetzbarkeit oder Affinität mit dem
Silberlötfüllmetall 22 zu
erhöhen.
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2. Zwischenraum zwischen
der äußeren Umfangsoberfläche des
keramischen Heizelements 6 und der inneren Umfangsoberfläche der
metallischen äußeren Hülse 8:
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Die
Kraft, die durch den Kapillareffekt erzeugt wird, steigt an, wenn
der Zwischenraum reduziert wird.
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3. Fläche der Stirnfläche 6a des
keramischen Heizelementes 6 oder der Fläche zwischen dem inneren Durchmesser
der metallischen äußeren Hülse 8 und dem äußeren Durchmesser
des Elektrodenpassstücks 14:
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Da
die Abmessung der Kontaktfläche
mit der Keramik, die eine reduzierte Benetzbarkeit mit dem Silberlötfüllmetall 22 hat,
ansteigt, wird die Gesamtbenetzbarkeit reduziert. Andererseits,
wenn das Verhältnis
der Kontaktfläche
reduziert wird, nimmt die Gesamtbenetzbarkeit zu.
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4. Material des Silberlötfüllmetalls 22:
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Für den keramischen
Heizer 9, der innerhalb der Glühkerze verwendet wird, kann
das Silberlötfüllmaterial
schmelzen während
der Zeit, in der die Glühkerze
Hitze produziert, wenn die Löttemperatur gleich
oder unter 900°C
liegt.
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Entsprechend
ist es notwendig, dass die Löttemperatur
zumindest gleich 900°C
oder höher
ist. Aus diesem Grund ist das Silberlötfüllmetall 22 beschränkt auf
eines, das einen Silberbestandteil aufweist, der gleich ist oder
größer als
70% ist, so wie BAg-8, das einen Silberanteil von 71 bis 73% aufweist.
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Faktoren,
die sich auf den Lötvorgang
beziehen, sind nachfolgend aufgelistet.
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1. Quantität des Silberlötfüllmetalls 22:
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Eine
minimale Quantität
des Silberlötfüllmetalls 22 wird
bestimmt aus der Notwendigkeit, einen erfolgreichen Lötvorgang
in einem Bereich, der gelötet
werden soll, durchzuführen.
Es ist jedoch notwendig, einen Einfluss zu bestätigen, der daraus resultieren
könnte,
wenn eine Quantität
verwendet würde
zusätzlich
zu der verwendeten minimalen Quantität.
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2. Durchgänge des
Lötvorgangs:
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Es
ist notwendig zu bestätigen,
welche Unterschiede auftreten zwischen einem Lötvorgang in einem einzigen
Durchlauf, nämlich,
in dem das Löten zwischen
dem keramischen Heizelement 6 und der metallischen äußeren Hülse 8 und
dem Löten
zwischen dem keramischen Heizelement 6 und dem Elektrodenpassstück 14 in
einem Schritt stattfindet, und einem Lötvorgang in zwei Durchgängen, nämlich, in
dem das Elektrodenpassstück 14 zunächst mit dem
keramischen Heizelement 6 verlötet wird und dann das keramische
Heizelement 6 in die metallische äußere Hülse eingesetzt wird, um mit
dieser verlötet
zu werden.
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Eine
Anzahl von Bestätigungstests
wurden durchgeführt
um die unterschiedlichen Faktoren, die oben genannt wurden, zu berücksichtigen.
In einem ersten Bestätigungstest
wurde der Einfluss der Fläche
der oberen Stirnseite 6a des keramischen Heizelementes 6 berücksichtigt.
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Testmuster
umfassen die metallische äußere Hülse 8,
die aus einem rostfreien Stahl SUS430 geformt ist, wobei ihre Oberfläche mit
einer Dicke im Bereich von 10 μ Ni-beschichtet
ist, das Elektrodenpassstück 14,
das aus einem weichen Stahldrahtmaterial geformt ist, wobei seine
Oberfläche
Ni-beschichtet ist
bis zu einer Dicke im Bereich von 10 μ und das keramische Heizelement 6,
das aus Silikonnitridkeramik geformt ist mit einer Oberflächenbehandlung,
die auf einer innere Oberfläche
der Elektrodenpassstückanlageöffnung 6b und
einem Oberflächenbereich,
der mit der inneren Oberfläche
der metallischen äußeren Hülse 8 verlötet werden
soll, angewendet ist. Die Oberflächenbehandlung
umfasst das Anwenden einer Ni-Paste
auf den Oberflächenbereich,
der verlötet
werden soll, gefolgt von einer Metallisierung oder eines Aufbackens
bei einer Temperatur von 950°C,
um die metallische Komponente (Ni) in der Paste zu metallisieren.
Das Silberlötfüllmetall 22 umfasst
BAg-8 in der Form eines Drahtgewichts von 0,3 g. Die Quantität des Silberlötfüllmetalls 22 wird
bestimmt auf eine solche Weise, dass, wenn die Lötlänge zwischen dem keramischen
Heizelement 6 und der metallischen äußeren Hülse 8 30 mm ist, die
Quantität,
die dazu benötigt
wird, den daraus sich ergebenden Abstand aufzufüllen, um 10% erhöht wird.
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Größen für die Testmuster
sind so, dass für die
metallische äußere Hülse 8,
15 Werte für
den inneren Durchmesser gewählt
wurden in einem Bereich von ⌀ 2,0
bis 4,8 mm in Inkrementen von 0,2 mm und zehn Werte gewählt wurden
für den
Außendurchmesser
des Elektrodenpassstücks 14 in
einem Bereich von Durchmesser ⌀ 0,4
bis 2,5 mm, nämlich, ⌀ 0,4 mm,
0,5 mm, 0,6 mm, 0,8 mm, 1,0 mm, 1,2 mm, 1,5 mm, 1,8 mm, 2,0 mm und
2,5 mm. Der Abstand zwischen dem inneren Durchmesser der metallischen äußeren Hülse 8 und
dem Außendurchmesser des
keramischen Heizelementes 6 beträgt auf einer Seite 75 μ. Die Lötlänge zwischen
der metallischen äußeren Hülse 8 und
dem keramischen Heizelement 6 ist gleich 30 mm.
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Die
oben genannten Muster wurden sequentiell miteinander kombiniert,
um die Fläche
der oberen Stirnseite des keramischen Heizelementes 6,
die zur Durchführung
eines Lötvorgangs
durch das Silberlötfüllmetall 22 kontaktiert
wird, zu verändern
und eine Bestätigung
wurde durchgeführt
um zu sehen, ob ein elektrischer Kurzschluss zwischen der metallischen äußeren Hülse 8 und
dem Elektrodenpassstück 14 auftrat.
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Der
Testvorgang umfasst das Auswählen
einer Kombination der Muster, nämlich
des keramischen Heizelementes 6, der metallischen äußeren Hülse 8 und
des Elektrodenpassstücks 14,
deren Anordnung auf der Löthalterung 20 auf
eine Weise, die in 2 gezeigt ist,
Anordnen des Silberlötfüllmetalls 22,
Aufheizen der Anordnung auf 900°C
und Halten in einer Wasserstoffatmosphäre für 30 Minuten, um einen Lötvorgang
durchzuführen.
Auf diese Weise findet der Lötvorgang
in einem einzigen Schritt statt. Nachfolgend wird das Auftreten
eines elektrischen Kurzschlusses zwischen der metallischen äußeren Hülse 8 und
dem Elektrodenpassstück 14 untersucht.
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Testresultate
sind in 5 und 6 gezeigt. 5 ist
ein Diagramm, das das Auftreten eines elektrischen Kurzschlusses
zwischen der metallischen äußeren Hülse 8 und
dem Elektrodenpassstück 14 nach
dem Lötvorgang
zeigt und jeglichen Rückstand
des Silberlötfüllmetalls 22 auf
der oberen Stirnfläche 6a des
keramischen Heizelementes nach dem Lötvorgang für unterschiedliche Kombinationen der
metallischen äußeren Hülse 8 und
des Elektrodenpassstücks 14. 6 ist
eine grafische Darstellung der Testresultate. In diesen Figuren
bezeichnet ein Kreis die Abwesenheit eines Kurzschlusses und kein Übrigbleiben
des Silberlötfüllmetalls 22,
während
X das Auftreten eines Kurzschlusses und eines Überrestes des Silberlötfüllmetalls 22 andeutet.
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Die
Resultate, die in 5 und 6 gezeigt
sind, können
wie folgt zusammengefasst werden.
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Für einen
Innendurchmesser (X) der metallischen äußeren Hülse, die in den Bereich von ⌀ 2,0 mm
bis ⌀ 4,8
mm liegt und dem Außendurchmesser (Y)
des Elektrodenpassstücks 14 in
dem Bereich von ⌀ 0,5
mm bis ⌀ 2,5
mm, wird bestätigt,
dass, wenn der Unterschied zwischen dem Innendurchmesser der metallischen äußeren Hülse 8 und
dem Außendurchmesser
des Elektrodenpassstücks 14 (X – Y) einen Wert
hat, der gleich ist oder größer als
1,5 mm, nach dem Lötvorgang
kein Silberlötfüllmetall 22 auf
der oberen Stirnfläche 6a des
keramischen Heizelementes 6 verbleibt und kein Kurzschluss
zwischen dem Elektrodenpassstück 14 und
der metallischen äußeren Hülse 8 auftritt.
Umgekehrt tritt, für
einen Unterschied (X – Y),
der weniger als 1,5 mm ist, ein Verbleiben des Silberlötfüllmetalls 22 auf
der oberen Stirnfläche 6a des
keramischen Heizelementes 6 auf und das Elektrodenpassstück 14 hat
einen Kurzschluss mit der metallischen äußeren Hülse 8.
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Die
Testresultate analysierend wird berücksichtigt, dass für eine Differenz
(X – Y)
zwischen dem Innendurchmesser der metallischen äußeren Hülse 8 und dem Außendurchmesser
des Elektrodenpassstücks 14,
der weniger als 1,5 mm ist, das Verhältnis der Kontaktfläche mit
der Keramik eine sehr niedrige Affinität oder Benetzbarkeit aufweist,
reduziert wird über
die gesamte Kontaktfläche
des geschmolzenen Silberlötfüllmetalls 22,
das an der oberen Stirnfläche 6a des
keramischen Heizelementes 6 mit dem keramischen Heizelement 6,
dem keramischen Heizelement 6, der metallischen äußeren Hülse 8 und
dem Elektrodenpassstück 14 angeordnet
ist, wobei die Gesamtbenetzbarkeit ansteigt. Als Konsequenz erzeugt
die hohe Benetzbarkeit Kräfte,
die dazu tendieren, das Silberlötfüllmetall 22 in
Position zu halten, unter Überwindung
des Effekts des Kapillareffekts oder der Absorptionskraft, die durch
die Benetzbarkeit produziert wird, die dazu tendiert, das Silberlötfüllmetall
in den Zwischenraum zwischen dem keramischen Heizelement 6 und
der metallischen äußeren Hülse 8 hereinzuziehen,
wodurch das geschmolzene Silberlötfüllmittel 22 davor
bewahrt wird, in den Zwischenraum hereingezogen zu werden und daher auf
der oberen Stirnfläche 6a verbleiben
kann.
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Wenn
die Differenz (X – Y)
zwischen dem Innendurchmesser der metallischen äußeren Hülse 8 und dem Außendurchmesser
des Elektrodenpassstücks 14 gleich
ist oder größer als
1,5 mm, belegt die Kontaktfläche
des keramischen Heizelementes 6 mit dem Silberlötfüllmetall 22 ein
größeres Verhältnis der
Gesamtkontaktfläche
und reduziert daher die Gesamtbenetzbarkeit. Als Konsequenz überwindet
die Absorptionskraft, die dazu tendiert, dass Silberlötfüllmetall
in den Zwischenraum hereinzuziehen, den Effekt der Benetzbarkeit,
wobei das geschmolzene Silberlötfüllmetall 22 in
den Zwischenraum hereingezogen wird und es davor bewahrt, auf der
oberen Stirnfläche 6a des
keramischen Heizelementes 6 zu verbleiben.
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Ein
zweiter Bestätigungstest
wurde gemacht, um den Einfluss der Oberflächenbehandlung, die der metallischen äußeren Hülse 8 und
dem keramischen Heizelement 6 angewendet wurden, zu sehen.
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Testmuster
für den
zweiten Bestätigungstest umfassen
die metallische äußere Hülse 8 umfassend Proben,
die der gleichen Oberflächenbehandlung durch
Ni-Beschichtung, wie oben im Zusammenhang mit dem ersten Bestätigungstest
genannt unterworfen waren und Proben (aus rostfreiem Stahl SUS430) ohne
die Oberflächenbehandlung
und keramische Heizelemente 6 umfassend Proben, die metallisiert wurden
mit der gleichen Ni-Paste, wie in dem ersten Bestätigungstest
und Proben, die mit Glasfilmen ausgebildet wurden. Es ist zu beachten,
dass wenn ein Glasfilm bereitgestellt wird, keine Oberflächenbehandlung
auf eine Fläche
der oberen Stirnfläche 6a des
keramischen Heizelementes 6, die nicht einem Lötvorgang
ausgesetzt ist, angewendet wird. Kein Film wird in der Fläche ausgeformt,
die den Stromfluss hindurchleitet.
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Maße für die Testmuster
sind ein Innendurchmesser ⌀ 2,6
mm für
die metallische äußere Hülse und
vier Außenmesser
von ⌀ 0,8
mm, 1,0 mm, 1,2 mm und 1,5 mm für
das Elektrodenpassstück 14. Diese
Testmuster werden auf die gleiche Art getestet wie in dem ersten
Bestätigungstest.
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Resultate
des zweiten Bestätigungstest
sind in 7 gezeigt. Wie angedeutet, wird
kein Unterschied bezüglich
der Resultate des ersten Bestätigungstests
erkannt, abhängig
von der Anwesenheit oder Abwesenheit oder der Variation der Oberflächenbehandlung,
die auf die Testmuster angewendet wurde. Es kann gesehen werden,
dass eine Veränderung
der Oberflächenbehandlung
gemäß dem zweiten
Bestätigungstest
keinen Einfluss auf die in dem ersten Bestätigungstest ermittelten Resultate
hat und wenn die Differenz (X – Y)
zwischen dem Innendurchmesser der metallischen äußeren Hülse 8 und dem Elektrodenpassstück 14 gleich
oder größer als 1,5
mm sind, bleibt kein Silberlötfüllmetall 22 auf
der oberen Stirnfläche 6a des
keramischen Heizelementes 6 nach dem Lötvorgang übrig und entsprechend ohne
dass irgendein Kurzschluss zwischen dem Elektrodenpassstück 14 und
der metallischen äußeren Hülse 8 auftritt.
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Wenn
keine Oberflächenbehandlung
auf die metallische äußere Hülse 8 angewendet
wird, wird seine Benetzbarkeit mit dem Silberlötfüllmetall 22 reduziert,
aber eine Verminderung in der Benetzbarkeit, die durch die Abwesenheit
der Oberflächenbehandlung
stattfindet, hat keinen manifesten Einfluss. Bezüglich der Oberflächenbehandlung
des keramischen Heizelementes 6 resultiert das Vorsehen
eines Glasfilmes darauf in keinem Unterschied im Vergleich mit der
Metallisierung einer Ni-Paste. Offensichtlich ist, wenn keine Oberflächenbehandlung
an einer Fläche
des keramischen Heizelementes 6, das silbergelötet werden
soll, angewendet ist, ist die Benetzbarkeit stark reduziert. Entsprechend
wurde kein Test durchgeführt,
sofern kein Fluss des Silberlötfüllmetalls 22 in
den Zwischenraum zwischen der metallischen äußeren Hülse 8 und dem keramischen
Heizelement 6 unter solchen Umständen stattfinden kann.
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Ein
dritter Bestätigungstest
wurde durchgeführt,
um den Einfluss des Materials und der Quantität des Silberlötfüllmetalls 22 zu
sehen. Die Testmuster für
den dritten Bestätigungstest
umfassen dieselben, wie die Muster, die in dem ersten Bestätigungstest
verwendet wurden. Um unterschiedliche Testmuster bereitzustellen,
werden BAg-8 und Silberlötfüllmetalle,
die einen Silbergehalt von 95 bis 97% aufweisen, als das Silberlötfüllmetall 22 verwendet.
Die Quantität
des Silberlötfüllmetalls 22 liegt
in zwei Variationen von 0,5 g und 0,8 g vor, wobei beide größer sind
als die Quantität,
die im ersten Bestätigungstest verwendet
wurde.
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Der
Testvorgang bleibt der gleiche wie der des ersten Bestätigungstests.
Wenn das Silberlötfüllmetall 22,
das einen Silbergehalt von 95 bis 97% enthält, verwendet wird, wird eine
Löttemperatur
von 950°C
gewählt.
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Testresultate
des dritten Bestätigungstestes sind
in 8 gezeigt. Wie angezeigt, wird kein Unterschied
bezüglich
der Resultate, die im ersten Bestätigungstest erhalten wurden,
gefunden, abhängig
von dem Material und der Quantität
des Silberlötfüllmetalls 22 und
daher indizieren die Testresultate, dass es keinen Einfluss auf
die erhaltenen Resultate in dem ersten Bestätigungstest gibt. Unter Berücksichtigung
der Resultate des dritten Bestätigungstestes wird
bedacht, dass, wenn die Quantität
des Silberlötfüllmetalls 22 gewählt wird
im Überschuss
zu der, die benötigt
wird, um die Zwischenräume
zwischen dem keramischen Heizelement 6 und der metallischen äußeren Hülse 8 auszufüllen, fließt, wenn
das geschmolzene Silberlötfüllmetall 22 beginnt
in den Zwischenraum zu fließen,
ein überschüssiger Betrag
des Silberlötfüllmetalls 22 aus
der unteren Öffnung
des Zwischenraumes heraus. Daher hat ein Anheben der Quantität des verwendeten
Silberlötfüllmetalls 22 keinen
Einfluss auf die Resultate. Es ist klar, dass der Bruchteil des
Silberlötfüllmetalls 22,
der abwärts
des Zwischenraums geflossen ist durch den Zwischenraum zwischen
der äußeren Umfangsoberfläche der metallischen äußeren Hülse und
der Löthalterung 20 durch
einen Kapillareffekt ansteigt, um an der äußeren Umfangsoberfläche der
metallischen äußeren Hülse 8 anzuhaften.
Da das keramische Heizelement 6 und die Löthalterung 20 eine
niedrige Benetzbarkeit mit dem Silberlötfüllmetall 22 aufweisen,
haftet das Silberlötfüllmetall 22 an
der äußeren Umfangsoberfläche der
metallischen äußeren Hülse 8 an.
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Ein
vierter Bestätigungstest
wurde gemacht, um einen Einfluss der Größe des Zwischenraums zwischen
dem keramischen Heizelement 6 und der metallischen äußeren Hülse 8 zu
sehen. Die Testmodelle für
den vierten Bestätigungstest
umfassen die gleichen Modelle, die in dem ersten Bestätigungstest verwendet
wurden. Um unterschiedliche Modelle bereitzustellen, wurde der Innendurchmesser
der metallischen äußeren Hülse 8 gewählt, einen
Durchmesser von 2,6 mm zu haben und der Abstand (einer Seite) zwischen
der Innenoberfläche
der metallischen äußeren Hülse 8 und
der äußeren Oberfläche des
keramischen Heizelementes 6 ist so gewählt, dass er 50 μ und 100 μ ist, die
einen Abstand repräsentieren,
der kleiner und größer ist
als der Abstand, der in dem ersten Bestätigungstest verwendet wurde (75 μ). Der Testvorgang
bleibt der gleiche wie der im ersten Bestätigungstest.
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Resultate
des vierten Bestätigungstests
sind in 9 gezeigt. Wie gezeigt, wird
kein Unterschied bezüglich
der Resultate, die in dem ersten Bestätigungstest erhalten wurden,
gefunden, wenn die Größe des Zwischenraums
zwischen der metallischen äußeren Hülse 8 und
dem keramischen Heizelement 6 verändert wird und daher zeigen
die Testresultate an, dass es keinen Einfluss auf die Resultate,
die in dem ersten Bestätigungstest
erhalten wurden, gibt. Es wird davon ausgegangen, dass dies auf
die Tatsache zurückführbar ist,
dass der Zwischenraum in einem Bereich (50 μ bis 100 μ), der in dem vierten Bestätigungstest
verwendet wurde, keine signifikante Änderung in der Kraft, die durch
den Kapillareffekt produziert wird, auftritt und entsprechend keinen
Einfluss auf die Resultate des ersten Bestätigungstests hat.
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Abschließend wurde
ein fünfter
Bestätigungstest
durchgeführt
um den Einfluss der Durchführung
des Lötvorgangs
in einem Durchlauf oder in zwei Durchläufen zu sehen. Testmodelle
für den
fünften
Bestätigungstest
umfassen die gleichen Modelle, die in dem ersten Bestätigungstest
verwendet wurden. Die metallische äußere Hülse 8 hat einen Innendurchmesser
von 2,6 mm. Der Testvorgang umfasst den gleichen Vorgang wie der,
der während
des ersten Bestätigungstest
verwendet wurde, wenn der Lötvorgang
in einem Durchgang stattfindet, und wenn der Lötvorgang in zwei Durchgängen stattfindet,
wird das distale Ende des Elektrodenpassstücks 14 anfänglich in
die Elektrodenpassstückanlageöffnung 6b,
die in der Stirnfläche
des keramischen Heizelementes 6 eingeformt ist, eingeführt, um
einen Lötvorgang
durchzuführen
und dann werden die metallische äußere Hülse 8 und
das keramische Heizelement 6 auf die Löthalterung 20 geführt, um
einen Lötvorgang
auf die gleiche Weise durchzuführen,
wie er in dem ersten Bestätigungstest
durchgeführt
wurde.
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Die
Resultate des fünften
Bestätigungstestes
sind in 10 gezeigt. Wie angegeben, kann kein
Unterschied zwischen dem einen Durchgangs- und dem zwei Durchgangslötvorgang
festgestellt werden und daher zeigen die Restresultate, dass dies
keinen Einfluss auf die erhaltenen Resultate während des ersten Bestätigungstestes
hat.
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Während des
zwei Durchgangslötvorgangs repräsentiert,
wenn das Elektrodenpassstück 14 anfänglich mit
dem keramischen Heizelement 16 verlötet wird, der Betrag des Silberlötfüllmetalls 22,
das dazu benötigt
wird, das Elektrodenpassstück 14 zu verlöten, ein
reduziertes Verhältnis
bezüglich
der gesamten Quantität
des Silberlötfüllmetalls 22,
das benötigt
wird, und es wird angenommen, dass dies erklärt, warum kein Einfluss durch
den zwei Durchgangslötvorgang
auftritt.
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Um
die Resultate der fünf
Bestätigungstests zusammenzufassen,
wird gefolgert, dass, wenn die metallische äußere Hülse einen Innendurchmesser (X)
in einem Bereich von ⌀ 2,0
mm bis ⌀ 4,8
mm hat, das Elektrodenpassstück 14 einen
Außendurchmesser
(Y) in einem Bereich von ⌀ 0,4
mm bis ⌀ 2,5
mm hat und der Unterschied (X – Y)
zwischen dem Innendurchmesser (X) der metallischen äußeren Hülse 8 und
dem Außendurchmesser
(Y) des Elektrodenpassstücks 14 gleich
ist oder größer als
1,5 mm, nach der Beendigung des Lötvorganges kein Silberlötfüllmetall
auf der oberen Stirnfläche 6a des
keramischen Heizelements 6 verbleibt und zwischen dem Elektrodenpassstück 14 und
der metallischen äußeren Hülse kein
elektrischer Kurzschluss auftritt.
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Wenn
die metallische äußere Hülse 8 rostfreien
Stahl SUS430 mit einer Ni-Beschichtung oder rostfreien Stahl SUS430
ohne Oberflächenbehandlung
umfasst und die Oberflächenbehandlung
des keramischen Heizelementes 6 so ist, dass sie mit einer
Ni-Paste aufgebracht ist, die nachfolgend metallisiert wird oder
mit einem Glasfilm versehen ist, wird geschlussfolgert, dass das
Vorliegen oder die Abwesenheit der Oberflächenbehandlung oder eine Veränderung
in der Oberflächenbehandlung
das erhaltene Restresultat nicht beeinflusst, wenn der Abstand (X – Y) zwischen
dem Innendurchmesser (X) der metallischen äußeren Hülse und dem Außendurchmesser (Y)
des Elektrodenpassstücks 14 gleich
ist oder größer als
1,5 mm. Da kein Einfluss auf die Testresultate da ist, wird, wenn
die metallische äußere Hülse 8 ohne
eine Oberflächenbehandlung
bleibt, gesehen, dass dies ausreichend ist für den Zweck der vorliegenden
Erfindung, da eine Benetzbarkeit oder Affinität vergleichbar mit der des
rostfreien Stahls sichergestellt werden kann. Das gleiche gilt,
wenn das Silberlötfüllmetall 22 einen
Silbergehalt gleich oder größer als
70% aufweist und wenn der Abstand zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des
keramischen Heizelementes 6 und der inneren Umfangsoberfläche der
metallischen äußeren Hülse 8 in
einem Bereich von 50 bis 100 μ gewählt wird.
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Wie
oben diskutiert, umfasst eine Keramikheizerglühkerze gemäß der vorliegenden Erfindung einen
keramischen Heizer umfassend ein keramisches Heizelement, dessen
eines Ende mit einem Elektrodenpassstück silbergelötet ist
und das ebenso silbergelötet
ist an einer metallischen äußeren Hülse unter
einer Bedingung, dass das Ende des keramischen Heizelementes, das
mit dem Elektrodenpassstück
verlötet
ist, das in der Hülse
aufgenommen ist, mit einem Innendurchmesser X der metallischen äußeren Hülse und
einem Außendurchmesser
Y des Elektrodenpassstückes,
die so gewählt
sind, das sie die Beziehung X – Y ≥ 1,5 mm erfüllen. Auf
diese Weise wird jedes Übrigbleiben
von Silberlötfüllmetall an
der Stirnfläche
des keramischen Heizelementes zwischen der metallischen äußeren Hülse und
dem Elektrodenpassstück
nach dem Silberlötvorgang
vermieden und das Auftreten eines elektrischen Kurzschlusses zwischen
der metallischen äußeren Hülse und
dem Elektrodenpassstück
kann ebenso vermieden werden.
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Ein
Verfahren zur Herstellung einer Keramikheizerglühkerze gemäß Anspruch 10 verwendet einen
einfachen Durchgang des Lötvorganges,
um das keramische Heizelement und das Elektrodenpassstück zusammen
zu zementieren und um das keramische Heizelement und die metallische äußere Hülse zusammen
zu zementieren und daher einen Lötvorgang
bereitzustellen, der eine hohe Qualität aufweist, der in einem einzigen
Schritt ausgeführt
wird, um eine wesentliche Kostenreduktion zu erhalten.