DE8909893U1 - Glühstiftkerze - Google Patents
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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- F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
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Description
&igr; · · ■ t t · *
H. 2286^ ; ; ; ' ; : : !
17.8.1989 Zr
im Verbrennungsraum einer Dies&sbrennkraftmaschine nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Der prinzipielle Aufbau einer Glühstiftkerze ist in der
deutschen Patentschrift Nr. 26 02 625 wiedergegeben. Panach werden zur Verbesserung des Kaltstartverhaltens, von
Dieselmotoren sogenannte Glühstiftkerzen verwendet, cm
deren heißer Stiftoberfläche ein Teil des eingespritzten Kraftstoffes verdampft und sich - vermischt mit
komprimierter Luft - entzündet. Die dabei frei werdende Wärme trägt zur Einleitung des Verbrennungsprozesses bei.
Eine Glühstiftkerze hat einen aus dem Kerzengehäuse herausragenden rohrförmigen Glühstift, in dessen Glührohr
eine, in Isolierpulver hoher thermischer Leitfähigkeit (z. B. Magnesiumoxid) eingebettete Heizwendel mit im
wesentlichen temperaturunabhängigem Widerstand angeordnet ist. Um eine Überhitzung und damit eine Zerstörung des
Heizkörpers zu vermeiden, ist diese Heizwendel mit einer zusätzlichen Regelwendel elektrisch in Reihe geschaltet,
wobei die Regelwendel einen hohen positiven Widerstands-Temperatur-Koeffizienten (PTC) aufweist und auch in das
genannte Isolierpulver eingebettet ist.
Durch geeignete Auslegung und Dimensionierung von Heiz- und Regelwendel wird die Glühstiftkerze schnell auf die
für den Start erforderliche Temperatur erwärmt, ohne jeJoch die zulässige Höchsttemperatur zu überschreiten.
Der Glühstift erzielt an seiner brennraumseitigen Spitze
üblicherweise seine Arbeitstemperatur von ca. 8 50 bis 900* C nach ca. 5 bis 10 s.
Eine gute Wärmeleitfähigkeit des Keramikpulvers ist erforderlich, um die Wärme der Heizwendel rasch nach außen
&ngr; zum Glührohr zu transportieren up-.d dadurch die
brennraumseitige Glühstiftspitze auf Arbeitstemperatur zu bringen. Sofern die Heizwendel und die Regelwendel im
Glührohr räumlich eng aneinanderliegen, ergibt sich der Nachteil, daß die von der Heizwendel abgegebene Wärme
durch die gute Wärmeleitfähigkeit des Isolierpulvers eine zu rasche Aufheizung der Regelwendel bewirkt. Hierdurch
erhöht die Regelwendel zu früh ihren temperaturabhängigen Widerstand und regelt die Heizleistung der Heizwendel
herunter, Eine zu frühe Temperaturbeeinflussung der Regelwendel durch die Heizwendel ist aber unerwünscht,
weil demzufolge die Dauer bis zum Erreichen der Arbeitstemperatur verlängert wird.
um diesen Nachteil zu beheben, ist aus der EP 0 240 650 Al
eine Glühstiftkerze der gattungsgemäßen Art bekannt geworden, die zwischen der brennraumseitigen Heizwendel
und der anschlußseitigen Regelwendel ein Verbindungsstück mit niedriger thermischer Leitfähigkeit vorsieht. Dieses
Verbindungsstück besteht aus einem Chrom-Nickel-Stahl mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit. Dieses
Verbindungsstück nimmt etwa die Hälfte des GlUhrohrquerschnittes ein, während der übrige Querschnitt
2286^
mit Isolierpulver ausgefüllt ist. Die Lösung ist konstruktiv aufwendig und befriedigt im Ergebnis nur
unzureichend.
üie erfinäungsgemäöe Anordnung mit dem kennzeichnenden
Merkmal des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sich ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes
Regelverhalten der Glühstiftkerze einstellt, wobei wesentlich einfachere Mittel zur Herstellung dieses
verbesserten Regelverhaltens eingesetzt werden. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine
geringere Beeinflussung der Regelwendel durch die Heizwendel dadurch erzielt werden kann, indem der
Wärmetransport zwischen diesen beiden Wendeln reduziert wird. Physikalisch gesehen hängt der Wärmetransport mit
der Ubertragungsfläche oder den Ubertragungsquerschnitten
zusammen. Gemäß der Erfindung wird deshalb dieser für die
wärmeübertragung wirksame Querschnitt reduziert, was durch
eine Einschnürung des Glührohtes und damit einer Reduzierung des wirksamen Querschnitts für den
Wärmeübergang innerhalb des Isolierpulvers bewirkt wird. Die Einschnürung erfolgt in Form einer umlaufenden Rille
im Glührohr, wodurch sich der Ubergangsquerschnitt in diesem Bereich stark verringert. Ist der
Ubergangsquerschnitt jedoch geringer, so kann auch nur ein verminderter Wärmetransport über diesen
Querschnittsbereich erfolgen.
Zwar ist aus der DE 33 01 559 C2 eine Stabglühkerze bekannt geworden, die ebenfalls an ihrem Umfang mehrere
axial hintereinanderliegende Ringnuten aufweist. Diese
R.
Ringnuten dienen jedoch zur Beeinflussung des auf die
Glühstiftkerze auftreffenden KraftstoffStrahls, der durch
die ringförmigen Ringnuten einer Art Zerstäubung unterzogen werden soll. Abgesehen von der völlig anderen
Aufgabenstellung als bei der vorliegenden Erfindung» sind in dieser Druckschrift keinerlei Angaben über die Art und
Anordnung der Ringnuten im Zusammenhang mit der Heiz- und Hegeiwendei gemacht.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen und
Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Glühstiftkerze möglich.
Zur weiteren Verbesserung des Regelverhaltens kann die Wandstärke des Glührohrs im Bereich der Übergangszone
zwischen Heizwendel und Regelwendel zusätzlich auf einen niedrigeren Wert reduziert werden. Hierdurch wird auch die
Wärmeleitung innerhalb der Glührohrwandung wirksam reduziert.
Aufgrund der Einschnürung bzw. der Reduzierung der Dicke der Glührohrwandung im Ubergangsbereich zwischen
Heizwendel und Regelwendel ergibt sich eine Änderung der inneren Formgebung des Glührohrs. Es erscheint deshalb
zweckmäßig, daß die Formgebung der Heizwendel an diese geänderte Formgebung des Glührchrs angepaßt wird.
Insbesondere ist vorgesehen, daß die Heizwendel als ein
sich zur Regelwendel hin verjüngender Kegel ausgebildet ist. Neben dieser geometrischen Anpassung an die äußere
Formgebung des Glührohrs wird hierdurch weiterhin erreicht, daß der wirksame Querschnitt und damit auch die
Heizleistung der Heizwendel verringert wird. Hierdurch
bildet sich eine Wärmesenke zwischen Heizwendel und Regelwendel mit einem verminderten Wärmetransport zwischen
diesen beiden Wendeln. Dies hat aber eine verzögerte und ; damit verbesserte Regelung durch die Regelwendel zur
Folge.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist r vorgesehen j daß die Heizwendel als doppelkonischer Ke^eI
;. ausgebildet ist. Hierdurch verjüngt sich die Heizwendel
; sowohl - wie beschrieben - in Richtung zur Regelwendel,
'·: als auch in Richtung zur Glühstiftspitze, was der
': - geometrischen Anpassung an die etwas spitz zulaufende Form
j der Glühstiftspitze entspricht. Im Bereich der Kegelbasis, d. h. im Bereich des Kegels mit größtem Durchmesser, wird
demnach eine Zone mit erhöhter Temperaturleistung der Heizwendel erzeugt, was sich positiv auf das
Startverhalten einer Dieselbrennkraftmaschine auswirkt. Es hat sich nämlich gezeigt, daß die Glühtemperatur der
Glühstiftkerze an ganz bestimmten Stellen im Brennraum angeordnet werden muß. Diese Stelle wird durch die
Glühstiftspitze mit erhöhter Heizleiefeung erreicht.
Vorteilhaft ist weiterhin, daß die Heizwendel und eventuell auch die Regelwendel einen sogenannten
Zentrieransatz oder Zentrierwindungen aufweist, die in ihrem Durchmesser deutlich geringer sind als der übrige
Bereich von Heiz- oder Regelwendel. Hierdurch wird ein definierter Bereich für den Zusammenschluß der beiden
Wendeln erzeugt, wobei der für die Heizleistung wirksame Wendelwiderstand gering gehalten ist. Diese
Zentrierwindungen werden deshalb sowohl in ihrem Durchmesser als auch in ihrer Länge variabel ausgestaltet.
t _·
Aufgrund der örtlich stark definierten und bestimmten Hei&zgr;zone, hervorgerufen durch &thgr;&idigr;&eegr;&ohacgr; deutliche Wärmesenke
zwischen Heizwendel und Regelwendel, stellt sich im Bereich der Regelwendel eine Zone erhöhter
Wärmeabstrahlung und damit eine örtlich definierte zweite
Heizzone ein. Diese zweite Heizzone oder Glühzone liegt dann in der Nähe der Kammerwandung, was zu einer
in der Nähe der Kammerwendung befindet. Es hat sich
gezeigt, daß mit zunehmender Drehzahl der Dieselbrennkraftmaschine eine gewisse Verlagerung des
Kraftstoffnebeis in die Nähe der Kammerwandung führt. Es
erscheint deshalb sinnvoll und zweckmäßig, 3aß auch dieser Bereich durch die Glühstiftkerze erfaßt wird, indem in
diesem Bereich eine zweite definierte Glühzone vorhanden ist. Dies wird jedoch mit der Einschnürung zwischen
vorderer Heizwendel und hinterer Regelwendel durchaus erreicht.
&Zgr;&thgr; ichmirirf
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen Schnitt durch den brennraumseitigen Abschnitt einer Glühstiftkerze mit Einschnürung
im Übergangsbereich zwischen Heizwendel und Regelwendel,
Fig. 2 einen Schnitt durch den Glühstift im vorderen Bereich mit einer Heizwendel in Form eines
doppe]konischen Kegels,
Fig. 3 die Heiz- und Regelwendel nach Fig. 2 in Alleindarstellung und
Fig. 4 den vorderen Bereich eines Glühstiftes mit zusätzlichen Zentrierwindungen zwischen
Heizwendel und Regelwendel.
Die in der Fig. 1 dargestellte Glühstiftkerze 1 besteht
auc einem Kerzengehäuse 2 und einem in dessen Längsbohrung fest und gasdicht angeordneten, als Glühstift bezeichneten
Heizkörper 3, bestehend aus einem korrosionsfesten Glührohr 4, in welchem eine sogenannte 2-Stoff-Wendel 5 in
einem keramischen Isolierpulver 6, insbesondere Magnesiumoxid, eingebettet ist. Die 2-Stoff-Wendel 5
besteht aus einer brennraumseitigen Heizwendel 7 aus einem im wesentlichen temperaturunabhängigen Widerstandsmaterial
und einer anschlußseitigen Regelwendel 8 aus einem Widerstandsmaterial mit einem hohen positiven Widerstands-Temperatur-Koeffizienten. Die Heiz- und Regelwendeln sind
in Reihe hintereinandergeschaltet. Die Regelwendel 8 ist
anschlußseitig mit einem Anschlußbolzen 9 verbunden, der als Stromzuführung zur 2-Stoff-Wendel 5 dient. Die
Heizwendel 7 ist an ihrem brennraumseitigen Ende mit dem Glührohr 4 verschweißt (Schweißstelle 10). Das die
Heizwendel 7 und die Regelwendel 8 umschließende Isolierpulver 6 aus Magnesiumoxid weist eine hohe
Wärmeleitfähigkeit und eine gute elektrische Isolierfähigkeit auf.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 weist die Heizwendel 7 eine axiale Länge I1, die Regelwendel 8 eine axiale
Länge 1, und der Ubergangsbereich 11 zwischen Heizwendel
7 und Regelwendel 8 eine axiale Länge I2 auf. Die
Regelwendel 8 befindet sich mit einer Länqe I4 innerhalb
des Kerzengehäuses, wobei I4 ^ 0,5 I3 ist. Das
Verhältnis von 1» &igr; 1, beträat ca. 5 J 1.
JA
Un die Wärmeleitfähigkei : zwischen der Heizwendel 7 und
der Regelwendel 8 herabzusetzen, d. h. um im Übergangsbereich 11 eine Zone mit niedrigem Wärmeübergang
zu schaffen (Wärmesenke), ist gemäß Darstellung nach Fig. 1. 2 und 4 das Glührohr 4 in diesem Bereich mit einer
Einschnürung oder Rille 12, 12", 12'' versehen. Der
normale Auöendurehmesser D des Glührohrs 4 wird demnach
auf einen Durchmesser D, reduziert» so daß sich der Innendurchmesser Oi1 gegenüber dem üblichen
Innendurchmesser e. jiark verkleinert. Diese
Durchmesserangaben sind in Fig. 1 und Fig. 2 näher angegeben.
Aufgrund dieser Einschnürung oder Rille 12, 12·, 1211 wird
der wirksame Querschnitt des Isolierpulvers 6 in diesem jeweiligen Ubergangsbereich 11 demnach vom
Innendurchmesser d auf den Innendurchmesser d, reduziert, wodurch der Wärmetransport durch diesen
Querschnitt verringert wird. Hierdurch kommt es zu einer verminderten Beeinflussung der Regelwendel 8 durch die
Heizwendel 7. In einem praktischen Ausführungsbeispiel beträgt der Glührohr -Außendurchmesser D ~ 6 mm, der
Einschnürungsdurchmesser D1~ 4 bis 5,5 mm. Demzufolge
wird der wirksame Querschnitt für den Wärmeübergang d, gegenüber dem normalen Innendurchmesser d um ca. 2 mm im
Durchmesser eingeschnürt, was einer ausreichenden Querschnittsverengung entspricht. Die Länge I1 von öer
Spitze 13 des Glühstifts bis zu Deginn der Einschnürung beträgt I1^v 3 bis 10 mm. Die Länge des
Ubergangsbereichs 11 beträgt I2 7^ 2 bis 5 mm.
Wie in Fig. 1 dargestellt, kann zusätzlich zur Querschnittsverengung im Ubergangsbereich 11 die
Wandstärke s des Glührohrs 4 auf einen kleineren Wert S1
reduziert werden, um den Wärmeübergang auch im Glührohr selbst zu reduzieren. Dabei kann S1 bis zu 50 % von s
betraaen.
9:'-:·::· &ngr;·:": »· 22864
In Pig. 2 ist weiterhin die Ausbildung der Heizwendel 7 als doppelkonischer Kegel dargestellt. Dieser in seinen
Abmaßen in Fig. 3 näher dargestellte doppeIkonisehe Kegel
als Heizwendel 71 weist einen Außendurchmesser d„ von
ca* 4.-4 mm auf, bei einem Kegelöffnungswinkel zur
Glühstiftspitze hin von q{ . ~~>
43*. Der doppelkonische Kegel 7' ist bezüglich der dargestellten horizontalen
Symmetrieebene 14 symmetrisch ausgebildet, so daß auch der zur i&gelwendel 8 hin sich öffnende Kegelwinkel d\ 2
ebenfalls (&Lgr; 2 ~"""'* ** * *st# ^ seinen beiden Enden läuft
3er doppelkonische Regel >
jeweils ainem Bereich aus, der -\ mit Zentrierwindungen 15, Lt, mit eir«m Durchmesser d,-"^
1,8 mn. ausgebildet ist. Diese eng gewickelten
Zentrierwindungen ermöglichen £vr &eegr; besonders
vorteilhaften Anschluß der brennraumseitigen Verschweißung
10 mit dem Glührohr 4 und der Schweißverbindung 17, die als Laserschwei&ing ausgebildet ist, mit der Regelwendel
8. Der Außendurchmesser der doppelkonischen Heizwendel 7' beträgt d2~" 4,4 mm. Der Außendurchmesser der
Regelwendel 8 beträgt auch d. r^> 4,4 mm.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 mit entsprechender
detaillierter Darstellung der 2-Stoff-Wendel 7, 8 in Fig.
3 wird im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 dahingehend ergänzt, daß auch die Regelwendel 8 einen zusätzlichen
Bereich mit Zentrierwindungen 18 aufweist, der als Gegenstück zu den Zentrierwindungen 16 an der Heizwendel
7' in Fig. 2, 3 dient. Der zugehörige Durchmesser d5
entspricht dem Durchmesser d3 der Zentrierwindungen 15,
16. Hierdurch wird ein besserer Zusammenschluß und insbesondere eine bessere Zentrierung für die
Schweißverbindung 19 erzielt, da die beiden Zentrierwindungen 16, 18 unmittelbar aneinanderliegen.
4 · r «
Weiterhin kann durch diese Zentrierwindungen der Abstand I^· in Fig. 4 weiter vergrößert werden, so daß hier
dieser Abstand I-· ca. 2 bis 10 mm betragen kann. Die in
diesem Ubergangsbereich 31 befindliche Wärmesenke wird deshalb auf einen längeren Bereich ausgedehnt, wodurch
sich die Heizwendel 7 und die Regelwendel 8 weniger beeinflussen können.
Wie aus Fig. 1, 2 und 4 ersichtlich, kann auch &aacgr;&iacgr;&eegr;
Formgebung des Ubergangsbereichs 11 insgesamt variieren. In Fig. 1 und 4 ist dieser Bereich zur Bildung der
-> Einschnürung 12, 12'' eher rechteckförmig ausgebildet,
während dies in Fig. 2 in Form eines Halbkreises geschieht (Einschnürung 12'). Die Einschnürung 12, 12', 12'" kann
durch Einprägen des Glühstiftes 3 von außen durch Verringerung des Außendurchmessers eingearbeitet werden,
um so die gewünschte Wärmesenke zu bilden. Durch die unterschiedlichen Formgebungen der Einschnürungen 12, 12',
12'' im Ubergangsbereich 11 kann ebenso wie durch die
'tnterschiedliche Ausbildung der Regelwendel bzw. Heizwendel in Form eines dopptlkonischen Kegels 7' mit
entsprechenden Zentrierwindungen jeweils ein unterschiedliches Maß an Beeinflussung zwischen
Regelwendel und Heizwendel erzielt werden. Hierdurch kann
) eine gewisse Variation dieser Beeinflussung eingestellt
werden.
Die Bildung eines (Jbergangsberrichs 11 und damit einer
Wärmesenke mittels einer Einschnürung .12, 12', 12'·
zwischen Heizwendel 7 und Regelwendel 8 hat weiterhin zur Folge, daß neben der durch die Heizwendel im vorderen,
brennraumseitigen Bereich gebildeten ersten Glühzone eine weitere Glühzone im hinteren, anschlußseitigen Bereich
geschaffen wird, wobei dieser Bereich im Bereich der
Wandung des Verbrennungsraums liegt. Diese weitere Glühzone wird durch die Regelwendel selbst beheizt, wobei
ein Aufheizen der Regelwendel zeitlich etwas verzögert eintritt. Dieses Aufheizen der Regelwendel vollzieht sich
aber synchron mit dem Vorgang, daß mit steigender Motordrehzahl der Kraftstoffnebel mit dem Kammerwirbel in
die Nähe der Kammerwandung geführt wird. Eine erhöhte Temperatur in diesem wandnahen Bereich ist deshalb von
Vorteil, um die Kaltlaufeigenschaften des Motors zu
verbessern. Es ist deshalb vorteilhaft, daß die Glühkerze zwei definierte Glühzonen aufweist, nämlich zum einen die
* Glühzone an der Glühstiftspitze, gebildet und bewirkt
durch die Heizwendel 7, und die Glü^zone im wandnahen
Abschnitt der Kerze, hervorgerufen durch die etwas verzögerte Aufheizung der Regelwendel 8.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sie umfaßt
auch vielmehr alle fachmännischen Ausgestaltungen ohne eigenen erfinderischen Gehalt.
Claims (8)
1. Glühstiftkerze zur Anordnung im Verbrennungsraum einer Dieselbrennkraftmaschine, mit einem Kerzengehäuse
und einem in dessen Längsbohrung festgelegten, in den Brennraum hineinragenden, mit Isolierpulver gefüllten, als
Glühstift ausgebildeten Heizkörper, der in seinem Glührohr brennraumseitig eine Heizwendel mit im wesentlichen
konstanten Widerstand und anschlußseitig eine hiermit in Reihe geschaltete Regelwendel mit einem positiven
Temperatur-Widerstands-Koeffizienten (PTC) zur Temperaturregelung bzw. Temperaturbegrenzung der
Regelwendel eine Übergangszone niedriger thermischer Leitfähigkeit vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß
das Glührohr (4) im Bereich der Ubergangszone (11) ! zwischen Heizwendel (7) und Regelwendel (8) eine den
Querschnitt verjüngende Einschnürung oder Rille (12, 12', 12'') aufweist.
2, Glühstiftkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke (S1) des Glührohres
jj (4) im Bereich der Obergangszone (11) gegenüber dem
&iacgr; Normalwert (s) verringert ist.
3. Glühstiftkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwendel (7, 71) als zur
Regelwendel (8) hin sich verjüngender Kegel mit einem öffnungswinkel ((X) ausgebildet ist.
4. Glühstiftkerze nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwendel (7, 7') als
äoppeikonischer Kegel (7') ausgebildet ist.
5. Glühstiftkerze nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Heizwendel (7, 71) und/oder die
Regelwendel (8) in ihrem gegenseitigen Anschlußbereich Zentrierwindungen (16, 18) aufweist.
6. Glühstiftkerze nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zentrierwindungen (16, 18) in ihrem Durchmesser (d3, dg) sowie ihrer Länge (I5,
I6) variabel sind.
7. Glühstiftkerze nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet., daß die
Regelwendel (8) aufgrund der Einschnürung (12, 12', 12") im Ubergangsbereich (11) zwischen Heizwendel (7) und
Regelwendel (8) eine definierte zweite Glühzone bildet.
8. Glühstiftkerze nach einem oder mehl er;= &eegr; der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangszone (11) mit Einschnürung (12, 12', 1211) eine
definierte Länge (I2, I2") aufweist.
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DE8909893U DE8909893U1 (de) | 1989-08-18 | 1989-08-18 | Glühstiftkerze |
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DE8909893U1 true DE8909893U1 (de) | 1990-12-20 |
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DE8909893U Expired - Lifetime DE8909893U1 (de) | 1989-08-18 | 1989-08-18 | Glühstiftkerze |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE10134956A1 (de) * | 2001-07-23 | 2003-02-20 | Beru Ag | Glühkerzen und Verfahren zu deren Herstellung |
DE102007014999B4 (de) * | 2006-04-03 | 2018-11-08 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Glühkerze und Baugruppe aus Glühkerze und Zylinderkopf |
-
1989
- 1989-08-18 DE DE8909893U patent/DE8909893U1/de not_active Expired - Lifetime
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