DE9112507U1

DE9112507U1 - Glühkerze

Info

Publication number: DE9112507U1
Application number: DE9112507U
Authority: DE
Original assignee: BERU RUPRECHT GmbH and CO KG 7140 LUDWIGSBURG DE
Current assignee: BERU RUPRECHT GmbH and CO KG 7140 LUDWIGSBURG DE
Priority date: 1991-10-08
Filing date: 1991-10-08
Publication date: 1992-03-26
Anticipated expiration: 2001-10-09

Description

WILHELMS · KILIAN & PARTNER

PATENTANWÄLTE
EUROPEAN PATENT ATTORNEYS · MANDATAlflEo EN BREVETS. EUROPAS

BERU Ruprecht GmbH & Co. KG 714 0 Ludwigsburg

DR. RER. NAT. ROLF E. WILHELMS DR. RER. NAT. HELMUT KILIAN DIPL.-PHYS. ECKART POHLMANN

DIPL. ING. LEONHARD HAIN

Eduard-Schmid-Straße 2 D-8000 München 90 Telefon (0 89) 65 2091 Telex 523467 (wilp-d) Telefax (0 89) 6 51 62 06 Electronic Mailbox: 3015:PAT001

PG/GP 5499-DE

Glühkerze

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Glühkerze gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Glühkerze wird beispielsweise in der DE-PS 28 02 625 beschrieben. Diese Glühkerze weist ein Glührohr auf, in dem im Spitzenbereich eine Heizwendel und im anschlußseitigen Bereich eine Regelwendel in einem elektrisch isolierenden Stoff angeordnet ist.

In der Folgezeit wurden weitere Patentanmeldungen mit dem Ziel hinterlegt, eine entsprechende thermische Entkopplung zwischen Regel- und Heizwendel zu erzielen, wodurch angeblich die Funktion der o.g. Glühkerze weiter verbessert wird.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Glühkerzen dieser Gattung weisen den Nachteil auf, daß sie bei Dauerglühen bzw. längerem Glühen im laufenden Motor, das zu umweltverträglicheren Abgasen führt, zu geringe Standfestigkeit aufweisen, um den

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üblichen Anforderungen an die Standfestigkeit von Glühkerzen zu genügen.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Umgehung der im Stand der Technik aufgezeigten Nachteile eine Glühkerze zur Verfügung zu stellen, die hohe Standfestigkeit auch bei längerem Nachglühen aufweist; gleichzeitig soll die bisher erreichbare Vorglühzeit praktisch eingehalten werden, sowie eine Massenproduktion in gewohnter Weise und wirtschaftlich wie bisher erfolgen können. Diese Aufgabe wird durch die Glühkerze gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Ansprüchen 2 bis 13.

Intensive Untersuchungen haben gezeigt, daß Veränderungen an dem System Heizwendel/Regelwendel, insbesondere auch die vorgeschlagene thermische Entkopplung von Heiz- und Regelwendel nicht zu dem gewünschten Erfolg führen. Vielmehr wurde gefunden, daß ein möglicher Grund für die geringere Standfestigkeit der vorbekannten Glühkerzen darin zu sehen ist, daß die Temperaturverteilung über den Regelwiderstand ungleichmäßig ist, so daß sich örtliche Uberhitzungen bilden, an denen sich zusätzlicher Energieumsatz konzentriert, wodurch eine weitere Temperaturerhöhung erfolgt und zu erhöhtem Verschleiß bzw. zum Abbrennen des Regel-Widerstands führt. Eine erfindungsgemäße Ursache dafür wurde in dem Umstand gefunden, daß im Bereich der Regelwendel, der am Innenpol der Glühkerze angeschlossen ist, der Innenpol diesen Bereich kühlt. Hierdurch entsteht nicht nur eine ungleichmäßige Temperaturverteilung über die Regelwendel; hinzu kommt, daß der kühlere Bereich niedrigohmiger bleibt und zur Abregelung des Glühkerzenstroms weniger beiträgt, als theoretisch bei "ungestörtem" Erwärmen dieses Regelwendelbereichs erfolgen würde.

Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird demnach darin gesehen, das System Innenpol/Übergang Innenpol-Regelwendel/Regelwendel derart zu gestalten, daß der nachteilige Kühleffekt durch den Innenpol minimiert wird, wobei gleichzeitig die ande-

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ren oben aufgeführten Anforderungen an eine Glühkerze erfüllt sein müssen, und wobei die übliche Geometrie von Glührohren bezüglich beispielsweise der Glührohrlänge, Länge und Geometrie der im Glührohr unterzubringenden Heiz- und Regelwendel usw. berücksichtigt werden muß.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Querschnitt durch einen Heizstab einer erfindungsgemäßen Glühkerze,

Fig. 2 ist der schematische Querschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Glühkerze.

Der Heizstab gemäß Fig. 1 besteht in an sich bekannter Weise aus dem Rohr 7, in dem die Heizwendel 1, die Regelwendel 2, der Innenpol 4 und der Abdichtring (0 - Ring) in elektrisch isolierendem Material (z.B. MgO) angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Entkopplung zwischen dem eigentlichen Regelwendelbereich 2 (mit Windungen größeren Durchmessers) und dem Innenpol 4 erfolgt über den Wendelbereich 3 (mit kleinerem Windungsdurchmesser) .

Der Durchmesser der Windungen des Bereichs 3 ist bevorzugt kleiner als der halbe Durchmesser der Windungen des eigentlichen Regelbereichs 2 der Regelwendel.

Die Drahtlänge des Bereiches 3 entspricht etwa 1/10 bis etwa 1/20 der gesamten Drahtlänge des Regelwiderstands bei Raumtemperatur. Bevorzugt ist die Länge dieses Teils größer als etwa 2,5 bis 4 mm, insbesonders bevorzugt weist es mindestens vier Windungen auf.

Der Windungsdurchmesser im Bereich 3 sollte als untere Begrenzung etwa der vierfachen Regeldrahtstärke entsprechen.

Die Steigung dieses Teils 3 ist gleich oder größer der doppelten Drahtstärke.

Die Abbildung zeigt den Regelwendelbereich 2 (mit größerem Durchmesser) einstückig. Tatsächlich kann er jedoch auch zwei- oder mehrstückig ausgebildet sein, wobei die Unterbereiche je-

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weils aus verschiedenen Legierungen mit unterschiedlichen Temperatur-Widerstands-Koeffizienten bestehen können.

Die erfindungsgemäße Lösung ist besonders vorteilhaft in dem Fall, in dem Regelwendeln mit hohen Temperatur-Widerstands-Koeffizienten verwendet werden, bei denen beispielsweise das Widerstandsverhältnis des Widerstandes bei 20° C/l.OOO" C größer als etwa 7,5 ist (bei >12 wird es extrem kritisch); insbesondere gilt dieses auch für Regelwendeln aus Materialien, die nicht einen kontinuierlichen sondern einen sprunghaften Anstieg des Widerstands aufweisen, wie es beispielsweise in den Anmeldungen DE-OS 38 25 013 und 39 23 582 beschrieben wird. Unter diesen Umständen sind die erfindungsgemäßen Glühkerzen bei Dauerglühen bzw. längerem Glühen im laufenden Motor besonders geeignet.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 1 weist einen üblichen Innenpol 4 auf. Besonders bevorzugt ist dieser Innenpol 4 aus einem den Strom leitenden, schlecht wärmeleitenden Material hergestellt. Als Beispiel sei ein Stahl mit höherem Cr-Ni-Anteil genannt, der wie auch andere dem Durchschnittsfachmann auf dem Legierungsgebiet leicht zugänglich ist. Da er zusätzlich durch seine Zusammensetzung rostgeschützt ist, braucht der Kabelanschluß (M5-, M4-Gewinde) nicht, wie oft gefordert wird, mit Rostschutz versehen werden. Als eine besondere Ausführungsform der Erfindung, die nicht abgebildet ist, besteht demnach der Innenpol aus einem den Strom leitenden und die Wärme schlecht leitendem Material. Bei dieser speziellen Ausführungsform kann auf den Zwischenbereich 3 verzichtet werden (bzw. mit Zwischenbereich 3 zusammen ist Wärmeabführung noch weiter verringerbar).

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Glühkerzenausführung, in der der Glühkerzenstift gemäß Fig. 1 eingebaut ist. Hierbei sind der Übergangsbereich 3 und der Innenpol 4 durch einen an sich bekannten "Steckanschluß¹¹ 8 mit zusätzlicher Verstemmung miteinander verbunden.

Bei dieser Ausführungsform wird deutlich, daß die Regelwendel (n) 2 sich praktisch über ganze Länge auf gleiche Tempera-

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tür aufheizen kann, und daß weder die axial rückfließende Wärme aus dem Bereich der Heizwendel 7 noch die sich radial von der/-den Regelwendel(n) ausbreitende Wärme zum Glührohr ungleichförmig abgezogen und die Wärmeabführung zum Innenpol ausreichend stark behindert wird.

Der Übergangsbereich 3 ist bei der Standardausführung der Erfindung einstückig und aus dem gleichen Material ausgebildet wie der benachbarte Regelwendelbereich 2. Gemäß erfinderischer Konzeption kann jedoch dieser Bereich 3 auch aus einem anderen Material bestehen, als das des sich anschließenden Bereichs der Regelwendel 2, wobei das Material dieses Bereiches 3 dann zwar Stromleitfähigkeit, jedoch geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen soll; derartiges Material und Legierungen sind an sich bekannt und können beispielsweise auch die Materialien sein, die zuvor bezüglich des Innenpols beschrieben wurden, wenn dieser geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist.

Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform beträgt der Glührohrdurchmesser etwa 6 mm; der Durchmesser der Regelwendel 2 beträgt etwa 3,8 mm und der Durchmesser des Übergangsbereiches 3 etwa 1,8 mm bei einer Regeldrahtstärke von etwa 0,35 mm. Die Länge des Regeldrahtes insgesamt beträgt 200 bis 22 0 mm, wobei die Länge des Regeldrahtes im Bereich 3 etwa 12 mm beträgt.

Die erfindungsgemäße Lösung führt zu dem überraschenden Ergebnis, daß die Maximaltemperatur der Glühstiftspitze bzw. der Heizwendel selbst, bei der das Abregein einsetzt, erniedrigt wird, so daß einerseits die Vorglühzeit praktisch nicht vermindert, die Lebensdauer unter Nachglühbedingungen jedoch deutlich erhöht wird.

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Bezugszeichenliste

1 Heizwendel

2 Regelwendel(n)

3 Übergangsteil

4 Innenpol

5 O-Ring

6 Isoliermaterial

7 Glührohr

8 Steckanschluß (Verbindung Innenpol-Regelwendel)

Claims

Beru.... PG/GP 5499-DE Ansprüche

1. Glühkerze mit einem Glührohr, in dem in der Spitze ein Heizelement angeordnet ist, dem ein Regelelement vorgeschaltet ist, das ebenfalls in dem Glührohr angeordnet ist, wobei das Regelelement aus einem Strom leitenden Material mit positiven Temperatur-Widerstandkoeffizienten besteht, und wobei der Innenpol der Glühkerze mit dem Regelelement, das Regelelement mit dem Heizelement und das Heizelement mit der Glührohrspitze in Reihe verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß

der Wärmeübergang zwischen Regelelement (2) und Innenpol (4) minimiert wird.

2. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Innenpol (4) aus einem Strom leitenden und die Wärme
schlecht leitenden Material besteht.

3. Glühkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

zwischen Innenpol (4) und Regelwendel (2) ein Strom leitendes, die Wärme schlecht leitendes Material in Draht- oder Stabform angeordnet ist.

4. Glühkerze nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

das Regelelement (2) aus einer Regelwendel (2) besteht, die

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einen Wendelbereich (3) aufweist, der einen kleineren Windungsdurchmesser als die Regelwendel (2) aufweist.

5. Glühkerze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtlänge des Bereichs (3) etwa 1/10 bis etwa 1/20 der gesamten Drahtlänge des Regelwiderstandes bei Raumtemperatur entspricht.

6. Glühkerze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gewickelte Bereich (3) länger als 2,5 bis 4 mm ist.

7. Glühkerze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Windungen des Bereichs (3) kleiner als der halbe Durchmesser der Windungen der Regelwendel (2) ist.

8. Glühkerze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Windungsdurchmesser der Bereichs (3) gleich oder größer als etwa der vierfachen Drahtstärke der Regelwendel (2) ist.

9. Glühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

Regelwendel (2) und Regelwendelbereich (3) einstückig ausgebildet sind.

10. Glühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

die Regelwendel (2) mindestens zweiteilig ausgebildet ist, wobei die einzelnen Teile der Regelwendel (2) aus verschiedenen Legierungen mit unterschiedlichen Temperatur-Widerstands-Koeffizienten bestehen.

11. Glühkerze nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für die Regelwendel (2) oder einen Teil der Regelwendel (2) ein Material verwendet wird, bei dem das Widerstandsverhältnis des

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Widerstandes bei 20° C/1.000" C größer als etwa 7,5 ist.

12. Glühkerze nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für die Regelwendel (2) oder einen Teil der Regelwendel (2) ein Material verwendet wird, bei dem das Widerstandsverhältnis des Widerstandes bei 20° 0/1.000° C = 12 ist.

13. Glühkerze nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Regelwendelmaterial einen nicht-kontinuierlichen, sondern einen sprunghaften Anstieg des Widerstandes

aufweist.