DE69312235T2

DE69312235T2 - Keramische Heizkörper für Glühkerze mit angepassten Wärmeausdehnungszahlen

Info

Publication number: DE69312235T2
Application number: DE69312235T
Authority: DE
Inventors: Sankar C O The Electr Dasgupta; James K Jacobs; Stephen Radmacher; Marek Sobczyk
Original assignee: Electrofuel Manufacturing Co
Current assignee: Electrofuel Manufacturing Co
Priority date: 1992-11-23
Filing date: 1993-11-22
Publication date: 1997-10-30
Anticipated expiration: 2013-11-23
Also published as: CA2109688A1; EP0601727A1; CA2109688C; DE69312235D1; EP0601727B1; US5304778A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Glühkerzen, die in Dieselmotoren benutzt werden, und insbesondere Keramikheizungen, die in Glühkerzen stecken.
Es ist bekannt, daß Dieselmotoren nach dem Prinzip der Kompressionsverbrennung arbeiten. Der in Dieselmotoren verbrannte Kraftstoff ist gewöhnlich ein Schweröl mit höheren Zündtemperaturen und einem weitaus breiteren Kohlenwasserstoff-Zusammensetzungsbereich, als dies bei den flüchtigeren Kohlenwasserstoff-Kraftstoffen mit kleinerem Zusammensetzungsbereich der Fall ist, die in anderen als Kfz-Dieselmotoren benutzt werden.
Dieselöle und -kraftstoffe dieser Art haben gewöhnlich einen beträchtlichen Anteil an Komponenten mit hoher Viskosität und hoher Zündtemperatur. Die Fließ- und Zündeigenschaften von Dieselkraftstoffölen sind derart, daß Kraftstoffe in dieser Kategorie vorgeheizt werden müssen, wenigstens bis der Motor seine Betriebstemperatur erreicht hat. Somit müssen Dieselmotoren mit einem Mittel ausgestattet werden, um den Kraftstoff vorzuheizen, bevor er verbrannt werden kann. Die Rolle einer Glühkerze besteht darin, den Dieselkraftstoff oder das Dieselkraftstoff-Luft- Gemisch vorzuheizen, bevor es durch die Kompression in einem konventionellen Dieselmotor verbrannt werden kann. Das Vorheizen des Kraftstoffes vor der Verbrennung kann auch bei Motoren notwendig sein, die mit alkoholhaltigen Kraftstoffen laufen, und solche werden gewöhnlich als Mischkraftstoffe bezeichnet. Es ist zu bemerken, daß in der nachfolgenden Beschreibung unter die Bezeichnung Dieselmotoren auch jene Motorkonstruktionen fallen sollen, bei denen ein Vorheizen des Kraftstoffes oder des Kraftstoff-Luft-Gemisches wünschenswert ist, bevor eine interne Verbrennung stattfinden kann. Somit kann eine fehlerhafte oder nicht funktionierende Glühkerze zu einem Versagen der erwarteten Leistung des Motors führen.
Eine Glühkerze besteht gewöhnlich aus einer Keramikheizung und einem metallischen Halter, wobei der letztere eine Tragvorrichtung darstellt und elektrische Anschlüsse aufweist. Die Heizwirkung der Glühkerze erfolgt auf der Außenfläche der Keramikheizung.
Bei sehr kalter Witterung ist es wünschenswert, daß die hohe Temperatur der Oberfläche der Keramikheizung für längere Zeit aufrechterhalten wird, ohne daß die Heizung Schaden leidet. Dieses letztere Merkmal wird häufig als Nachglühen bezeichnet
Bei einer Form einer konventionellen Glühkerze ist ein hochschmelzende(r) Metalldraht oder Metallspule in einem isolierenden und wärmebeständigen Keramikmaterial eingebettet. Die Metallspule wird gewöhnlich mit Hilfe eines die eingebettete Spule tragenden Gehäuses an eine Stromquelle angeschlossen. Wenn Strom durch die Spule oder den Draht fließt, dann wird diese(r) erhitzt, wodurch wiederum das Keramikmaterial, wie z.B. Siliziumnitrid, heiß wird. Die Spule hat gewöhnlich einen relativ kleinen Querschnitt und somit einen hohen elektrischen Widerstand zur Erzeugung von Wärme. Der kleine Querschnitt der Spule bzw. des Drahtes kann Probleme bei der Wärmeübertragung verursachen und führt schließlich zu Materialermüdung und ähnlichen Qualitätsverschlechterungen.
In einer anderen Glühkerzenform werden Keramikmaterialien im Heizungsabschnitt der Glühkerze benutzt, die elektrisch leitend sind und einen weitaus höheren Widerstand haben als Metall. Das elektrisch leitende Keramikmaterial, das in der Keramikheizung benutzt werden soll, hat konventionell eine U-Form, ist gesintert oder gebrannt, kann nachfolgend maschinell bearbeitet werden und wird dann in ein metallisches Glühkerzengehäuse eingesetzt. Es ist üblich, daß ein Arm des U-förmigen, elektrisch leitenden Keramikheizungsabschnitts an einen in dem Gehäuse befindlichen zentralen metallischen Leiter angeschlossen ist. Der metallische Leiter ist gewöhnlich elektrisch von dem Glühkerzengehäuse isoliert. Der andere Arm des U-förmigen keramischen Leiters hat mit dem metallischen Glühkerzengehäuse Kontakt. Das Glühkerzengehäuse und der zentrale Leiter darin werden dann auf konventionelle Weise an eine Stromquelle angeschlossen. Während des Betriebs der Glühkerze fließt elektrischer Strom durch den U-förmigen keramischen Leiter. Der keramische Heizungsabschnitt der Glühkerze hat einen ausreichenden elektrischen Widerstand, um sich in einer relativ kurzen Zeit auf eine Temperatur aufzuheizen, die die Verbrennung des Gasgemisches unterstützt.
Der U-förmige Heizungsabschnitt der oben erwähnten konventionellen Glühkerze, wie sie z.B. in der US 4,806,734, die am 21. Februar 1989 an Masaka et al ausgegeben wurde, beschrieben ist, hat eine einheitliche Zusammensetzung und einen Schlitz zwischen den Schenkeln der U-Form, der gegenüber ätzenden Gasen offen ist. Der U- förmige keramische Abschnitt hat jedoch keinerlei mechanische Auflage. Aufgrund des Fehlens einer physikalischen Auflage für die U-förmige Keramikheizung in dieser Glühkerzenkonstruktion ist die Heizung anfällig für Beschädigungen durch Stöße oder ähnliche mechanische Kräfte. Außerdem ist die Spitze der U-förmigen Keramikheizung, um den elektrischen Widerstand des entsprechenden Abschnittes und somit die Temperatur der Heizungsoberfläche der Glühkerze zu erhöhen, mit einer relativ dünneren Wand gearbeitet oder hergestellt. Somit wird die Spitze noch anfälliger für mechanische Beschädigungen.
Bei einer anderen Form einer konventionellen Glühkerze, die ein Heizungselement aus einem elektrisch leitenden Keramikmaterial benutzt, hat die Heizung die Form einer geschlossenen Röhre oder einer offenseitigen, U- förmigen Röhre, die auf einem mittig angeordneten Keramikisolator montiert oder mit diesem verbunden ist. Die US 4,486,651, die am 4. Dezember 1984 an Kinya Atsumi et al ausgegeben wurde, beschreibt verschiedene Ausgestaltungen der obigen Konstruktion. Die verschiedenen Ausgestaltungen unterscheiden sich in der Weise, in der die Röhre mit dem geschlossenen Ende oder dem U-förmigen Aufbau an einen metallischen Leiter angeschlossen ist, um während des Betriebs der Glühkerze mit Strom versorgt zu werden. In allen in der US 4,486,651 beschriebenen Ausgestaltungen sowie in einigen nachfolgenden Ausgestaltungen dieser Glühkerzenbauweise besteht der Keramikheizungsabschnitt aus einem gleichförmigen Gemisch, das Siliziumnitrid, Molybdändisilizid, Aluminiumoxid und Magnesiumoxid enthält, was als breiter Zusammensetzungsbereich definiert wird. Da der gesamte Keramikheizungsabschnitt eine gleichförmige Zusammensetzung aufweist, ist der spezifische Widerstand eines beliebigen Teils der Heizung ähnlich, aber die Wanddicke der Spitze der Heizung kann geringer sein als die anderer Teile. Das konventionelle Verfahren der Reduzierung der Heizungswanddicke der Spitze, wodurch die Temperatur der Heizfläche der Glühkerze während des Betriebs erhöht wird, wurde in verschiedenen Ausgestaltungen der US 4,486,651 angewendet. So lehrt Atsumi et al. die Regulierung des Widerstandes des Keramikheizungsabschnittes der Glühkerze durch Regulieren der geometrischen Abmessungen.
Ein weiterer möglicher Nachteil, der sich durch die Benutzung der in der US 4,486,651 beschriebenen Glühkerzenheizungskonstruktion ergibt, besteht darin, daß der metallische Leiter, mit dem die Widerstandsschicht der Keramikheizung an die Stromquelle angeschlossen ist, sich während des Betriebs lösen kann. Die Keramikheizungsschicht der US 4,486,651, die von der Isolatorplatte getragen wird, bettet den metallischen Leiter ein. Der Kontakt zwischen dem metallischen Steckverbinder und der Keramikheizungsschicht kann während des Betriebs aufgrund der Differenzen der Wärmeausdehnungskoeffizienten abreißen, und dadurch kann die Glühkerze funktionsunfähig werden.
Eine weitere Glühkerzenvorrichtung mit einer elektrisch leitenden Keramikheizung ist in der US 4,472,209 beschrieben, die am 3. Mai 1988 an Minegishi et al. ausgegeben wurde. Die Heizung in der US-A-4,742,209 ist aus einer Röhre mit geschlossenem Ende und einer dünnerwandigen Spitze konstruiert, die von einem röhrenförmigen Isolator getragen wird und mit diesem verbunden ist. Innerhalb des röhrenförmigen Isolators befindet sich ein elektrisch leitender Keramikstab mit derselben Zusammensetzung wie die Röhre mit geschlossenem Ende. Der elektrisch leitende Keramikstab und die mit dem Stab in Kontakt befindliche Röhre mit geschlossenem Ende bestehen aus Sialon, einer Zusammensetzung, die Siliziumnitrid und Aluminiumoxid in wohldefinierten Verhältnissen enthält, denen eine elektrisch leitende Keramiksubstanz wie Titannitrid in Mengen von mehr als 20% zugegeben wurde.
Der Nachteil der Glühkerzenheizungskonstruktion der US-A-4,742,209 besteht darin, daß die Leitfähigkeit der elektrisch leitenden Elemente innerhalb und außerhalb der Isolatorröhre gleich ist, aber aufgrund von Wärmeverlustdifferenzen ist ihre jeweilige Temperatur während des Betriebs unterschiedlich. Auch die Wärmeausdehnungskoeffizienten des Isolators und der elektrisch leitenden Elemente sind unterschiedlich, was zu erheblichen thermischen Belastungen innerhalb der Heizung führen kann, was Risse, Abblättern und Zusammenbrechen des Betriebs der Glühkerzenheizung zur Folge haben kann. Die elektrisch leitende Keramikkomponente in den Heizungen der oben beschriebenen konventionellen Glühkerzen ist Molybdändisilizid oder Titannitrid, das mit geringen Mengen Siliziumnitrid und Aluminiumoxid und ähnlichen sinterfördernden Mitteln vermischt wurde. Die Isolatorelemente andererseits bestehen gewöhnlich aus einem Gemisch aus Siliziumnitrid und Aluminiumoxid. Somit unterscheidet sich der Wärmeausdehnungskoeffizient des Heizungselementes merklich von dem des Isolatorelementes. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Glühkerzenheizung aus Keramikelementen bereitzustellen, bei der der Widerstand der Elemente, aus denen sich die Heizung zusammensetzt, durch Einstellen der Konzentration der elektrisch leitenden Keramikkomponente innerhalb der Heizungselemente und innerhalb des Isolators variiert werden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Keramikheizung für eine Glühkerze bereitzustellen, die aus Keramikheizungselementen und Isolatorelementen konstruiert ist, bei der die Heizungselemente und das die Heizungselemente trennende Isolatorelement aus Keramikzusammensetzungen mit Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt sind, die relativ ähnliche Werte besitzen.
Es wird eine verbesserte Heizung für eine Glühkerze beschrieben, die ein elektrisches Widerstandskeramikelement und ein Isolatorelement umfaßt, und die Elemente der Keramikheizung bestehen im wosentlichen aus Siliziumnitrid, das eine elektrisch leitende Keramikkomponente in unterschiedlichen Konzentrationen enthält. Die elektrisch leitende Keramikkomponente ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Titannitrid, Titankarbonitrid oder Molybdändisilizid. Das mit elektrischem Widerstand behaftete Keramikelement umfaßt ferner eine zylindrische Keramikröhre mit einem geschlossenen Ende und einer Innenfläche sowie einen in dieses passenden Keramikstab und ist einstückig auf die Keramikröhre mit geschlossenem Ende gesintert, so daß der Keramikstab und die Innenfläche der zylindrischen Keramikröhre einen ringförmigen Raum zwischen sich bilden. Die zylindrische Keramikröhre besteht aus Siliziumnitrid, das 33-50 Vol.-% elektrisch leitende Keramikkomponente enthält, und der Keramikstab besteht aus Siliziumnitrid, das 46-75 Vol.-% elektrisch leitende Keramikkomponente enthält, so daß die elektrische Leitfähigkeit des Keramikstabes pro Einheitsvolumen die elektrische Leitfähigkeit der zylindrischen Keramikröhre pro Einheitsvolumen überschreitet. Das Isolatorelement in der Keramikheizung ist eine Keramikröhre mit Abmessungen, die dem ringförmigen Raum innerhalb des mit elektrischem Widerstand behafteten Keramikelementes entsprechen und besteht im wesentlichen aus Siliziumnitrid, das 0,5-28 Vol.-% elektrisch leitendes Keramikmaterial enthält.
Die Keramikheizung wird danach durch Wärmebehandlung gesintert, um eine gesinterte einheitliche Heizung zu bilden. Die Keramikheizung wird danach in ein metallisches Gehäuse eingesetzt, wobei das Gehäuse einen zentralen metallischen Leiter aufweist, der von dem Gehäuse isoliert ist. Das Gehäuse und der zentrale metallische Leiter besitzen ein Mittel für den Anschluß an eine elektrische Stromquelle.
Die bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben und durch Arbeitsbeispiele veranschaulicht.
Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung der Glühkerzenheizung der vorliegenden Erfindung, die entlang ihrer Längsachse geschnitten ist.
Fig. 2 zeigt den schematischen vergrößerten Querschnitt der Glühkerzenheizung der vorliegenden Erfindung in der Ebene ihrer kürzeren Achse entlang der Linien 2-2 von Fig. 1.
Fig. 3 zeigt die Reaktionszeit der erfindungsgemäßen Glühkerze, und
Fig. 4 illustriert die Leistung der vorliegenden Glühkerze nach wiederholter Temperaturzyklierung.
Gemäß den Figuren 1 und 2 der Begleitzeichnungen umfaßt eine einheitliche Keramikheizung einen zentralen elektrisch leitenden Keramikstab 16, um den herum ein röhrenförmiges Isolationselement 14 angeordnet ist. Die Innenfläche einer Außenröhre 12, die ebenfalls aus elektrisch leitendem Keramikmaterial besteht, ist mit der Außenfläche des genannten röhrenförmigen Isolators 14 verbunden, wobei die Außenröhre an einem Ende geschlossen und an ihrem geschlossenen Ende mit dem distalen Ende des genannten Stabes 16 verbunden ist, wobei das proximale Ende des genannten Stabes elektrisch an einen zentralen metallischen Steckverbinder 18 angeschlossen ist, der innerhalb einer Isolierschicht angeordnet und durch diese von einem Glühkerzengehäuse 20 getrennt ist. Der Durchmesser der einheitlichen Keramikheizung kann im Bereich seiner Spitze reduziert werden, so daß ein Ansatz 10 gebildet wird.
Siliziumnitrid wird in den meisten keramischen Glühkerzenanwendungen eingesetzt. Diese Keramiksubstanz ist beständig gegen hohe Temperaturen sowie gegen ätzende Gase, kann zu gewünschten Formen gegossen und nachfolgend gebrannt werden und hat die gewünschten Module und Festigkeiten für diesen Verwendungstyp. Außerdem ist es haltbar und stabil. Elektrctechnisch wird Siliziumnitrid als Isolator angesehen, dessen Widerstand bei hohen Temperäturen weit über 10¹² Ohm.cm liegt. Keramiksubstanzen, die keine Isolatoren sind und bekanntermaßen Widerstände in der Größen6rdnung von 10&sup5; Ohm.cm und eine hohe Temperaturstabilität aufweisen, sind unter anderem Molybdändisilizid, Titannitrid und Titankarbonitrid. Hafniumnitrid und Zirkoniumnitrid haben ebenso wünschenswerte Widerstandseigenschaften, wurden jedoch bisher weniger eingesetzt, vermutlich aufgrund der Vorbereitungskosten.
Der Deutlichkeit halber wird unter dem Widerstand von Substanzen im allgemeinen eine relativ niedrige elektrische Leitfähigkeit im Vergleich zu metallischen Leitern verstanden. Der Widerstand keramischer Substanzen nimmt mit zunehmender Temperatur ab. Aufgrund der relativ niedrigen Leitfähigkeit bei Anlegen eines elektrischen Potentials an einen Körper, der die erforderliche Menge solcher elektrischen Widerstandskeramiksubstanzen enthält, wird durch den Durchfluß des Ladungsträgers Wärme erzeugt. Die Leitfähigkeit eines Widerstandskeramikkörpers ist um mehrere Größenordnungen niedriger als die Leitfähigkeit von Metallen und um mehrere Größenordnungen höher als die eines Isolators.
Daraus wird ersichtlich, daß die Leitfähigkeit eines Keramikkörpers aus einem Gemisch von Siliziumnitrid und einer elektrisch leitenden Keramiksubstanz wie Titannitrid, Titankarbonitrid und Molybdändisilizid direkt proportional zur Konzentration der elektrisch leitenden Substanz ist, die innig mit dem Siliziumnitrid vermischt wird.
Ein gesinterter einheitlicher Keramikheizungskörper aus zwei nebeinanderliegenden Keramikabschnitten, von denen jeder dieselbe Konzentration der elektrisch leitenden Keramiksubstanz in dem Siliziumnitrid aufweist, hat in jedem Abschnitt der Keramikheizung dieselbe elektrische Leitfähigkeit pro Einheitsvolumen. Es ist wünschenswert, daß ein Abschnitt der einheitlichen Keramikheizung eine höhere Temperatur erreicht, wenn ein elektrisches Potential an einen solchen Körper angelegt wird, als der andere Abschnitt. Bei konventionellen Glühkerzenkonstruktionen wird eine solche Temperaturdifferenz während des Gebrauchs der Glühkerze durch Reduzieren des geometrischen Querschnitts der Keramikheizung in der Nähe der Spitze der Heizung erzielt. Es wurde nun gefunden, daß weitere Verbesserungen in der Glühkerzenheizung dadurch erzielt werden können, daß unterschiedliche Konzentrationen der elektrisch leitenden Substanz in den verschiedenen Abschnitten der einheitlichen Keramikheizung benutzt werden. Der Außenabschnitt der verbesserten Heizung, d.h. der Abschnitt, der die brennbaren Gase erhitzen soll, hat eine geringere Ronzentration der elektrisch leitenden Substanz als der benachbarte Abschnitt, der sich innerhalb der Heizung befindet und deren Innenkern bildet. Wenn ein elektrisches Potential an die verbesserte Keramikheizung angelegt wird, dann erreicht der Außenabschnitt der Heizung aufgrund seiner geringeren Leitfähigkeit bzw. seines (höheren Widerstands eine Temperatur, die höher ist als die Kerntemperatur der Heizung, weil deren benachbarter Innenabschnitt eine höhere Leitfähigkeit bzw. einen niedrigeren Widerstand hat. Somit wird bei der verbesserten Heizung die erhöhte Spitzentemperatur während des Gebrauchs dadurch erzielt, daß für die elektrisch leitende Komponente in dem Keramikröhrenabschnitt eine geringere Konzentration gewählt wird als in dem benachbarten Keramikstababschnitt.
Es wurde beobachtet, daß Siliziumnitrid, das 46-75 Vol.-% Titannitrid, Titankarbonitrid und Molybdändisilizid enthält, eine merkliche elektrische Leitfähigkeit hat; andererseits verhält sich Siliziumnitrid, das 28 Vol.-% oder weniger dieser Substanzen enthält, als guter Isolator. Es wurde nun unerwarteterweise gefunden, daß zwar die elektrischen Eigenschaften eines Siliziumnitrids, das Titannitrid, Titankarbonitrid und Molybdändisilizid enthält, von der Konzentration dieser Substanzen abhängig ist, daß aber der Wärmeausdehnungskoeffizient des Gemisches nur in einem geringen Ausmaß von deren jeweiliger Konzentration abhängt. Spezifischer ausgedrückt, liegt der Wärmeausdehnungskoeffizient der Heizungselemente und des Isolators in Kontakt mit den Elementen der Glühkerze der vorliegenden Erfindung in der Größenordnung von 10&supmin;&sup6; pro Grad. Es hat sich nun überraschenderweise herausgestellt, daß, wenn ein Keramikkörper mit Elementen oder Abschnitten aus Siliziumnitrid, das unterschiedliche Konzentrationen der elektrisch leitenden Keramiksubstanz enthält, zu einem einheitlichen Keramikkörper gesintert und sich dann aufheizen gelassen wird, so daß die verschiedenen Abschnitte unterschiedliche Temperaturen erreichen, kein Reißen, Abblättern oder eine ähnliche Manifestation thermischer Belastungen beobachtet wurden. Es konnten keine schädlichen Auswirkungen beobachtet werden, wenn der Erhitzungszyklus des Keramikkörpers mehrere Male wiederholt wurde.
In der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird eine Keramikröhre mit einem geschlossenen Ende mit einem Gemisch aus Siliziumnitrid und 33-50 Vol.-% Titannitrid, Titankarbonitrid oder Molybdändisilizid gegossen. Um die Sinterfähigkeit zu verbessern, wurden Sintermittel wie Yttriumoxid, Aluminiumoxid und/oder Aluminiumnitrid in einer Gesamtkonzentration von weniger als 6 Vol.-% zugegeben.
Danach wird ein Keramikstab aus einem Gemisch gegossen, das Siliziumnitrid und 46-75 Vol.-% Titannitrid, Titankarbonitrid und Molybdänsilizid sowie Sinteradditive enthält. Die Abmessungen des Keramikstabes werden so gewählt, daß er in die Keramikröhre paßt und der Innenfläche des geschlossenen Ende der zuvor gegossenen Keramikröhre benachbart ist. Auf diese Weise wird ein einheitlicher, mit elektrischem Widerstand behafteter, gegossener Keramikkörper mit einem ringförmigen Spalt gebildet.
In einem nachfolgenden Schritt wird ein drittes Gemisch aus Siliziumnitrid hergestellt, das weniger als 28 Vol.-% der oben aufgeführten elektrisch leitenden Keramiksubstanz sowie Sinteradditive enthält. Ein röhrenförmiger Körper, der nachfolgend als röhrenförmiges Element bezeichnet wird, mit offenen Enden und Abmessungen, die dem ringförmigen Spalt in dem mit elektrischem Widerstand behafteten Keramikkörper entsprechen, der aus dem oben erwähnten ersten und zweiten Gemisch gebildet ist, wird aus dem dritten Gemisch gegossen. Das röhrenförmige Element aus dem dritten Gemisch wird danach in den ringförmigen Spalt eingesetzt. Somit wird ein einheitlicher gegossener Keramikkörper aus drei Elementen oder Bestandteilen gebildet, der Zusammensetzungen von Siliziumnitrid aufweist, das drei verschiedene Konzentrationen einer elektrisch leitenden Keramikkomponente aufweist. Der gegossene Keramikkörper wird danach durch Brennen mit Temperaturen von über 1600ºC gesintert.
Der mit den oben beschriebenen Verfahren und Verfahrensschritten hergestellte gesinterte einheitliche Keramikkörper hat einen Stab, der die höchste Leitfähigkeit aufweist, ein röhrenförmiges Element, das auf die Oberfläche des Stabes gesintert ist und elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist, sowie eine Außenröhre mit einem geschlossenen Ende. Die Außenröhre ist umschlossen und auf die zylindrische Oberfläche des röhrenförmigen Elementes sowie auf das distale Ende des Stabs gesintert. Die Außenröhre hat eine elektrische Leitfähigkeit, die geringer ist als die elektrische Leitfähigkeit des Stabes, aber wesentlich höher als die elektrische Leitfähigkeit des röhrenförmigen Elementes. Somit wird ein einheitlicher Körper erhalten, der sich aus bis zu drei zusammengesinterten Schichten zusammensetzt, die jeweils andere elektrische Eigenschaften besitzen. Aber obwohl sich die elektrischen Leitfähigkeiten der gesinterten benachbarten Schichten unterscheiden, zeigt der einheitliche Körper keine merkliche Wärmebeanspruchung, wenn er auf eine hohe Temperatur erhitzt und danach abgekühlt wird. Die fehlende Wärmebeanspruchung ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß alle drei Schichten aus Siliziumnitrid bestehen, das eine der obengenannten elektrisch leitenden Keramikkomponenten und Sinteradditive enthält, so daß sich ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten ergeben, die im Bereich zwischen 3,6 und 7,0 x 10&supmin;&sup6; pro ºC liegen.
Daraus wird ersichtlich, daß der so erhaltene einheitliche Körper als Keramikheizung in einer Glühkerze benutzt werden kann und verbesserte Wärrneschockbeständigkeit zusammen mit einer unerwarteten Kombination von elektrischen und thermischen Eigenschaften besitzt.
In der mit dem obigen Verfahren erhaltenen Keramikheizung können breite Konzentrationsbereiche von Titannitrid, Titankarbonitrid und Molybdänsilizid benutzt werden. Es ist zu bemerken, daß es bei der Herstellung einer funktionsfähigen Keramikheizung der vorliegenden Erfindung wesentlich ist, daß die Konzentration der elektrisch leitenden Komponente, wie beispielsweise die von Titannitrid, Titankarbonitrid oder Molybdänsilizid, im Kern oder im gesinterten Stab der Heizung höher ist als in der Außenröhre. Mit anderen Worten, es ist ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß die elektrische Leitfähigkeit pro Einheitsvolumen des Stabes die elektrische Leitfähigkeit pro Einheitsvolumen der Außenröhre überschreitet, und daß beide Leitfähigkeiten im wesentlichen die Leitfähigkeit pro Einheitsvolumen des röhrenförmigen Elementes überschreiten, das den Stab von der Außenröhre trennt.
Die bevorzugten Konzentrationsbereiche zur Erzielung der besten Keramikheizung gemäß der vorliegenden Erfindung lauten wie folgt:
55-62 Vol.-% TiN, TICN oder MoSi&sub2;, dispergiert in Si&sub3;N&sub4;, als Kemzusammensetzung;
15-26 Vol.-% TiN, TiCN oder MoSi&sub2;, dispergiert in Si&sub3;N&sub4;, als Zusammensetzung des röhrenförmigen Rings; und
35-45 Vol.-% TiN, TiCN oder MoSi&sub2;, dispergiert in Si&sub3;N&sub4;, als Zusammensetzung der Außenröhre.
Die Keramikheizung der vorliegenden Erfindung wird auf konventionelle Weise in ein metallisches Glühkerzengehäuse eingesetzt. Das Glühkerzengehäuse hat gewöhnlich einen zentralen metallischen Leiter, der von dem Gehäuse isoliert ist. Der zentrale metallische Leiter oder dessen Äquivalent ist auf konventionelle Weise mit dem Stab der Heizung verbunden, und die Außenröhre der Heizung wird auf konventionelle Weise mit dem metallischen Glühkerzengehäuse in Kontakt gebracht. Die Glühkerze weist gewöhnlich ein Mittel auf, um sie an eine Stromquelle oder Batterie anzuschließen, so daß während des Betriebs der Glühkerze Strom in der gewünschten Weise durch die Heizung fließen kann.
In die obere Schaltung ist gewöhnlich eine Form eines Umschaltmechanismus eingebaut, so daß elektrischer Strom zum Generieren von Wärme nur dann in die Heizung fließt, wenn dies erforderlich ist.
Die oben beschriebene Weise, in der die Elemente der Keramikheizung zusammengesetzt werden, d.h. die Schritte vor dem Sintern zur Erzielung der einheitlichen keramischen Glühkerzenheizung der vorliegenden Erfindung, ist nur eines der bevorzugten Verfahren. Es gibt möglicherweise andere konventionelle Verfahren, mit denen eine gesinterte Keramikheizung aus drei Elementen wie oben beschrieben erhalten werden kann.
Eine weitere Schrittfolge unter Anwendung einer konventionellen Technik zum Zusammenbauen der Keramikheizung kann wie folgt lauten: Zunächst wird ein Keramikstab der gewünschten Zusammensetzung hergestellt, dann wird um den Stab eine Isolierschicht mit der oben angegebenen Zusammensetzung gewickelt, danach wird der Stab in eine Röhre mit einem geschlossenen Ende und einer Zusammensetzung wie oben beschrieben auf eine solche Weise eingesetzt, daß ein Ende des Stabes mit der Innenfläche der Röhre in Kontakt ist. Die einheitliche grüne Keramikheizung aus drei Elementen wird dann gesintert.
Es muß jedoch bemerkt werden, daß sich die einheitliche Heizung der vorliegenden Erfindung, welche konventionelle Schrittfolge auch angewendet wird, aus Folgendem zusammensetzt:
i) einem Keramikstab mit der höchsten Population pro Einheitsvolumen der elektrisch leitenden Keramikkomponente,
ii) der von einem keramischen röhrenförmigen Element mit der geringsten Population pro Einheitsvolumen der elektrisch leitenden Keramikkomponente umschlossen ist, die ferner umschlossen ist durch
iii) eine keramische Außenröhre, die auf das röhrenförmige Element und auf das distale Ende des Stabes gesintert ist, mit eiher Zwischenpopulation pro Einheitsvolumen der elektrisch leitenden Keramikkomponente.
Die Glühkerzenheizung der vorliegenden Erfindung kann weiter dadurch verbessert werden, daß sie eine konische Spitze aufweist. In dieser Form hat die Außenröhre der Heizung an ihrem distalen Ende, d.h. dort, wo sie auf den Stab gesintert ist, einen kleineren Querschnitt als weiter unten in der Nähe des Endes, das von dem Glühkerzengehäuse getragen werden soll. Dieses letztere Merkmal führt zu einer weiteren Erhöhung des Widerstandes und somit der Spitzentemperatur der Heizung während des Betriebs. Dieses Merkmal ist jedoch keinesfalls für den Betrieb der Glühkerzenheizung der vorliegenden Erfindung wesentlich. Der wirksame Betrieb der oben beschriebenen keramischen Glühkerzenheizung kann noch weiter dadurch verbessert werden, daß der Keramikstab die höchste Konzentration der elektrisch leitenden Komponente enthält, d.h., daß das Heizelement mit der höchsten Leitfähigkeit in der Keramikheizung über die Länge der Außenröhre und des röhrenförmigen Isolatorendes verläuft. Auf diese Weise verläuft der Stababschnitt der gesinterten einheitlichen Heizung in dieser weiter verbesserten Konstruktion über das offene Ende der Keramikheizungsröhre hinaus. Der Vorteil eines solchen bedarfsabhängigen Konstruktionsmerkmals besteht darin, daß der Stababschnitt leichter und fester mit dem zentralen Leiter des Glühkerzengehäuses verbunden werden kann. Es kann jedes konventionelle Verfahren benutzt werden, um den Stababschnitt der Heizung der vorliegenden Erfindung mit dem metallischen Leiter zu verbinden, das als Mittel zum elektrischen Anschließen der Heizung an eine Stromquelle dient. Ebenso kann die Außenröhre der Heizung auf jede konventionelle Weise an das Glühkerzengehäuse angeschlossen und von diesem getragen werden.
Der besondere Vorteil der Heizung der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der Widerstand des Stababschnittes der Heizung merklich unter dem des Außenabschnittes der Heizung liegt, daher wird Wärme vornehmlich auf der Oberfläche der Heizung generiert, die den zu verbrennenden Gasen ausgesetzt ist.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Glühkerzenheizung besteht darin, daß die metallischen Teile in der Glühkerze vollkommen gegen die durch die Verbrennung generierten ätzenden Gase abgeschirmt und geschützt sind. Die Möglichkeit eines Kurzschlusses zwischen dem zentralen Leiter der Glühkerze und dem Gehäuse wird dadurch erheblich reduziert und die Lebensdauer der Glühkerze kann erheblich verlängert werden.
Wie oben erörtert, besteht ein weiterer Vorteil der vorliegenden Glühkerzenheizungskonstruktion darin, daß alle Elemente der Heizung ähnliche Chemikalienkomponenten aufweisen und somit ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen. Die Heizung der vorliegenden Erfindung hat eine erhöhte Stoßfestigkeit, und das Risiko des Auftretens von Rissen oder Abblättern der Keramikschicht in der Heizung ist stark reduziert. Dieses Merkmal führt zu einem stabilen Betrieb der Glühkerze selbst nach wiederholten Wärmezyklen, sowie zu einer längeren Lebensdauer der Glühkerze Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Heizung für eine Glühkerze besteht darin, daß sie eine kürzere Reaktionszeit hat als die meisten konventionellen Glühkerzenheizungen, und zwar aufgrund von Verbesserungen der Art und Weise, in der die leitenden Keramikelemente konstruiert und zusammengesetzt sind.
Die folgenden Beispiele illustrieren den Aufbau und die Arbeitsweise der Glühkerzenheizung der vorliegenden Erfindung.

BEISPIEL 1

Zum Herstellen der Keramikheizung der vorliegenden Erfindung wurden drei verschiedene Gemische aus Keramiksubstanzen wie folgt hergestellt:
Gemisch A bestand aus Siliziumnitrid mit einem Molybdändisilizidgehalt von 60 Vol
Gemisch B bestand aus Siliziumnitrid mit einem Molybdändisilizidgehalt von 40 Vol.-%, und
Gemisch c bestand aus Siliziumnitrid mit einem Molybdändisilizidgehalt von 25 Vol %.
Jedem Gemisch wurde Yttriumoxid und Aluminiumoxid in etwa gleichen Anteilen, dch. Y&sub2;O&sub3;:Al&sub2;O&sub3;=1:1 als Sinteradditive zugegeben. Die Sinteradditive wurden jedem Gemisch in Mengen von nicht mehr als 6 Vol.-% zugegeben. Jedes der obengenannten Gemische wurde zunächst individuell in einer konventionellen Kugelmühle, dann in einer konventionellen Vibrationsmühle zerkleinert. Jedem zerkleinerten Gemisch wurde ein im Handel erhältliches organisches Bindemittel wie beispielsweise Metylzellulose oder Ammoniumpolyacrylat zugegeben, das unter dem Handelsnamen "Darvan 821" von R.T. Vanderbilt erhältlich ist.
Es können unter anderem die folgenden organischen Bindemittel benutzt werden: Polyacrylsäuren, Polyethylenoxide, Polymere auf Zellulosebasis und andere chemische Äquivalente. Das organische Bindemittel wird den einzelnen zerkleinerten Mischungen in der Form einer wässrigen Lösung in Mengen und Konzentrationen, die von dem Hersteller des organischen Bindemittels empfohlen werden, zugegeben und mit diesen vermischt. Auf diese Weise wurden separate wassrige Schlemme von Gemisch A, Gemisch B und Gemisch C erhalten.
Aus dem Gemisch A wurden Keramikstäbe mit einem Durchmesser von 1,8 mm und einer Länge von 68 mm gegossen. Aus dem Gemisch B wurden Keramikröhren mit geschlossenem Ende und einer Wanddicke nahe 1,25 mm und einer Länge von etwa 68 mm gegossen. In jede Röhre mit geschlossenem Ende wurde ein Keramikstab gesetzt, auf den ein leichter Druck ausgeübt wurde, so daß ein Ende des Keramikstabes aus Gemisch A neben der Innenfläche des geschlossenen Endes der Röhre aus Gemisch B lag. Es gab einen ringförmigen Spalt zwischen dem Keramikstab aus Gemisch A und der Röhre aus Gemisch B. Die wie oben beschrieben konstruierten Elemente ergaben das mit elektrischem Widerstand behaftete Keramikelement der Glühkerzenheizung.
Aus dem Gemisch C wurde eine Keramikröhre mit einem Innendurchmesser von etwas mehr als 1,8 mm und einer Wanddicke von 1,2 mm hergestellt. Aus der Röhre wurden 68 mm lange Segmente geschnitten, und in jeden ringförmigen Spalt wurde ein Röhrensegment aus dem Gemisch C, das oben als röhrenförmiges Element bezeichnet wurde, auf eine solche Weise eingesetzt, daß die Röhre aus dem Gemisch C neben die Innenfläche der Röhre mit dem geschlossenen Ende aus Gemisch B zu liegen kam.
Die einheitliche Keramikstruktur, die die drei Elemente aus Gemisch A, Gemisch B und Gemisch C enthält, wurde nachfolgend mit 1850ºC in einer unter Druck stehenden Inertgasatmosphäre für einen Zeitraum von 1 bis 2 Stunden gesintert. Die erhaltene gesinterte einheitliche Glühkerzenheizung konnte problemlos gehandhabt werden, brach nicht, wenn normaler Druck auf sie ausgeübt wurde, und hatte eine gute Stoßfestigkeit.
Die Glühkerzenheizung ist in Fig. 1 entlang der Längsachse geschnitten dargestellt. Die Glühkerzenheizung ist mit 10 bezeichnet. Die Außenröhre aus Gemisch B ist mit 12 bezeichnet, und der Stab der Heizung aus Gemisch A ist mit 16 bezeichnet. Das röhrenförmige Isolierelement bzw die Isolierschicht aus Gemisch C ist mit 14 bezeichnet. Die Grenzfläche, auf der der Keramikstab 16 auf die Außenröhre 12 gesintert ist, ist durch eine unterbrochene Linie dargestellt. Der Stab 16 ist mit dem schematisch dargestellten zentralen Leiter 18 des Glühkerzengehäuses verbunden. Die Außenröhre ist an dem Ende, das dem geschlossenen Ende gegenüberliegt, schematisch abgestützt* und mit dem Glühkerzengehäuse 20 verbunden.
Ein Querschnitt der Heizung in der angedeuteten Ebene 2-2 ist in Fig. 2 dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den Figuren repräsentieren gleichartige Elemente der Glühkerzenheizung.

BEISPIEL 2

Die wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellte Glühkerzenheizung wurde in ein kommerziell erhältliches metallisches Glühkerzengehäuse gesetzt. Die Außenröhre wurde auf konventionelle Weise jeweils mit dem zentralen Steckverbinder und dem Gehäuse verbunden. Die Glühkerze wurde dann in einen elektrischen Schaltkreis eingebaut, indem sie an eine Stromquelle wie beispielsweise eine Batterie angeschlossen wurde. Die Glühkerze wurde geprüft, indem ein elektrisches Potential an sie angelegt wurde. Es wurde die Zeit gemessen, die die Glühkerze zum Erreichen einer gewünschten Temperatur in Abhängigkeit von der angelegten Spannung benötigte. Diese Zeitdauer wird gewöhnlich als Reaktionszeit bezeichnet. Die Reaktionszeiten der erfindungsgemäß hergestellten Glühkerze und die einer konventionellen Glühkerze sind in Fig. 3 aufgezeichnet.
Es ist ersichtlich, daß die Glühkerze der vorliegenden Erfindung eine kürzere Reaktionszeit hat als die konventionelle Glühkerze

BEISPIEL 3

Die wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellte Glühkerzenheizung, die von einem konventionellen Glühkerzengehäuse getragen und an dieses angeschlossen ist&sub1; wurde auf gewöhnliche Weise in eine elektrische Schaltung eingebaut. Die Glühkerzenheizung wurde auf die gewöhnliche Betriebstemperatur erhitzt, dann abgeschaltet und abkühlen lassen. Der Erhitzungs- und Abkühlungszyklus der Glühkerze wurde mehrere Male wiederholt. Die Leistung der Glühkerze nach zahlreichen Zyklen ist in Fig. 4 dargestellt.
Dieser Test zeigt, daß die Glühkerze der vorliegenden Erfindung zu wiederholten Leistungen ohne Reißen, Kurzschluß, Abblättern oder ähnliche schädliche Effekte in der Lage ist. Mit anderen Worten, sie hat eine längere Lebensdauer.

BEISPIEL 5

Eine Glühkerze mit der Keramikheizung der vorliegenden Erfindung wurde über eine längere Zeitdauer unter verschiedenen Arbeitsbedingungen in einem Dieselmotor mit mittlerer Drehzahl von der Detroit Diesel Corporation getestet. Die unterschiedlichen Motorarbeitsbedingungen umfaßten Leerlauf bei 500 Upm und Höchstdrehzahl bei 1800 Upm jeweils bei 60% und 100% Auslastung. Zweck des Tests war es zu zeigen, daß die Glühkerze mit der keramischen Heizung in der Lage ist, als Arbeitskomponente eines Dieselmotors über lange Zeit zu arbeiten.
Nach 600 Betriebsstunden unter wiederholtem Wechsel der Arbeitsbedingungen und der Dauer der unterschiedlichen Bedingungen zeigte die Glühkerze der vorliegenden Erfindung keine Anzeichen von Abblättern, Rissen in den Keramikkomponenten, Korrosion in dem Gehäuse und an den metallischen Kontaktteilen oder andere schädliche Effekte. Es wurde während des Tests kein Abfall des Leistungsniveaus in bezug auf die Geschwindigkeit des Erreichens der gewünschten Temperatur beobachtet.
Es wurde gefunden, daß die Glühkerzenheizung unter Bedingungen und für eine Zeitdauer mehr als ausreichend arbeitete, unter denen eine konventionelle Glühkerze mit einem in einer Keramiksubstanz eingebetteten metallischen Heizelement nicht ausgehalten hätte.
Die vorliegende Erfindung wurde zwar unter Bezugnahme auf die bevorzugte Ausgestaltung beschrieben, es ist jedoch zu verstehen, daß Modifikationen und Variationen möglich sind, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, der dem Fachmann leicht verständlich sein wird. Solche Modifikationen und Variationen werden als in den Aufgabenbereich und Umfang der Erfindung und beiliegenden Ansprüche fallend angesehen.

Claims

1. Einheitliche keramische Heizung für eine Glühkerze, umfassend einen elektrisch leitenden Keramikstab (16), ein röhrenförmiges Isolationselement (14), welches den genannten Stab umgibt, und eine elektrisch leitende keramische Außenröhre (12) mit einem geschlossenen Ende, deren Innenfläche mit dem genannten röhrenförmigen Isolationselement (14) und deren geschlossenes Ende mit dem genannten Stab (16) verbunden ist, wobei der genannte Stab (16) und die damit verbundene genannte Außenröhre (12) aus einem elektrisch leitenden keramischen Gemisch hergestellt ist, das Siliziumnitrid sowie Titannitrid, Molybdändisilicid oder Titankarbonitrid enthält, und wobei das genannte röhrenförmige Isolationselement (14) aus einem elektrisch nichtleitenden keramischen Gemisch hergestellt ist, das Siliziumnitrid sowie Titannitrid, Molybdändisilicid oder Titankarbonitrid enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikgemisch des Stabes (16) Siliziumnitrid und 46 bis 75 Vol.-% Titannitrid, Titankarbonitrid oder Molybdändisilicid umfaßt, wobei das Keramikgemisch der Außenröhre (12) Siliziumnitrid und 33 bis 50 Vol.-% Titannitrid, Titancarbonitrid oder Molybdändisilicid umfaßt, und dadurch, daß das röhrenförmige Isolationselement (14), das mit dem genannten Stab verbunden und aus einem elektrisch nichtleitenden Keramikgemisch hergestellt ist, das Siliziumnitrid und 0,5 bis 25 Vol.-% Titannitrid, Titankarbonitrid oder Molybdändisilicid umfaßt.

2. Einheitliche keramische Heizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Keramikstab (16) bis 63 Vol.-% Titannitrid enthält, und wobei das genannte Isolationselement (14) 15 bis 26 Vol.-% Titannitrid und die genannte Außenröhre 35 bis 44 Vol.-% Titannitrid enthält.

3. Einheitliche keramische Heizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Keramikstab 55 bis 62 Vol.-% Molybdändisilicid enthält, das genannte röhrenförmige Isolationselement 15 bis 26 Vol.-% Molybdändisilicid enthält und die genannte Außenröhre 35 bis 44 Vol.-% Molybdändisilicid enthält.

4. Einheitliche keramische Heizung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab, das röhrenförmige Isolationselement und die Außenröhre wenigstens einen Sinterzusatz enthalten, der ausgewählt wurde aus Yttriumoxid, Aluminiumnitrid und Aluminiumoxid.

5. Einheitliche keramische Heizung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossene Ende der genannten Außenröhre konisch geformt ist.

6. Keramische Heizung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Stab der genannten einheitlichen keramischen Heizung über die Länge des genannten röhrenförmigen Isolationselementes und des offenen Endes der genannten Außenröhre hinaus verläuft.

7. Verbesserte Glühkerze für einen Dieselmotor, umfassend ein metallisches Gehäuse, das eine keramische Heizung trägt und ein Mittel aufweist, um einen elektrischen Kontakt zu der genannten keramischen Heizung herzustellen, und das an eine Stromquelle angeschlossen werden kann, und eine einheitliche keramische Heizung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

8. Verfahren zur Herstellung einer verbesserten keramischen Heizung für eine Glühkerze, umfassend die folgenden Schritte:

i) Herstellen eines ersten Gemisches, das Siliziumnitrid, wenigstens einen Sinterzusatz, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Yttriumoxid, Aluminiumoxid und Aluminiumnitrid, sowie 33 bis 50 Vol.-% einer elektrisch leitenden keramischen Komponente, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Titannitrid, Titankarbonitrid und Molybdändisilicid enthält, und danach Gießen einer ersten keramischen Röhre mit einem geschlossenen Ende und einem Innendurchmesser, die aus dem genannten ersten Gemisch hergestellt ist;

ii) Herstellen eines zweiten Gemisches, das Siliziumnitrid, wenigstens einen Sinterzusatz, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Yttriumoxid, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, sowie 46 bis 75 Vol.-% einer elektrisch leitenden Keramikkomponente, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Titannitrid, Titankarbonitrid und Molybdändisilicid enthält, und danach Gießen eines Keramikstabes mit einem Durchmesser, der kleiner ist als der genannte Innendurchmesser der genannten Keramikröhre, die in Schritt i) gegossen wurde, hergestellt aus dem genannten Gemisch;

iii) Anbringen des so erhaltenen gegossenen Stabes in der genannten ersten gegossenen Röhre in der Nähe des geschlossenen Endes, um so einen ringförmigen Raum um den genannten Stab zu bilden und ein einheitliches Gußstück aus einem elektrisch widerstandsfähigen Keramikelement zu erhalten;

iv) Herstellen eines dritten Gemisches, das Siliziumnitrid, wenigstens einen Sinterzusatz, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Yttriumoxid, Aluminiumoxid und Aluminiumnitrid, sowie 0,5 bis 28 Vol.-% einer elektrisch leitenden Keramikkomponente, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Titannitrid, Titankarbonitrid und Molybdändisilicid enthält, und danach Gießen einer zweiten keramischen Röhre mit einem Durchmesser und einer Wanddicke, die im wesentlichen denen des genannten ringförmigen Raumes [sic] entsprechen, der in Schritt iii) gebildet wurde, um so ein röhrenförmiges Isolationselement zu erhalten, das nachfolgend in den genannten ringförmigen Raum eingesetzt wird, um somit ein einheitliches Gußstück einer keramischen Heizung zu erhalten;

v) Sintern des so erhaltenen einheitlichen Gußstücks, um so eine gesinterte einheitliche keramische Heizung mit einer Kemzusammensetzung wie in Schritt ii) definiert zu erhalten, wobei ein auf den genannten Kern gesintertes röhrenförmiges Isolationselement eine Zusammensetzung wie in Schritt iv) definiert hat, und eine Außenröhre, die auf das genannte röhrenförmige Isolationselement und auf ein Ende des genannten Kerns gesintert wurde, mit einer Zusammensetzung wie in Schritt i) definiert.