Die Erfindung betrifft eine Glühkerze gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1.
Bei den vorbekannten Glühkerzen sind Heiz- und Meßwendeln
in Reihenschaltung hintereinander angeordnet, wobei
üblicherweise im vorderen Bereich des Glühstiftes die Heizwendel
angeordnet ist, die über eine Regelwendel mit dem
Innenpol der Glühkerze verbunden ist. Die Regelwendel besteht
hierbei aus einem Material, das einen positiven oder
einen negativen Temperaturkoeffizienten des Widerstands
aufweist, so daß hierdurch eine Selbstregelung des Glühstromes
für das Heizelement erfolgt, wodurch das Überhitzen des
Heizelements vermieden werden soll.
Das Regelverhalten des Regelelements wird zusätzlich
zur Erwärmung durch den durchfließenden Strom durch die
Wärmeabstrahlung des in Reihe geschalteten Heizelements
beeinflußt. Dieser Wärmeübergang von der Heizwendel zur
Regelwendel über die Drahtverbindung der beiden Elemente
bzw. über die Wendelumgebung erfordert jedoch eine gewisse
Zeit und erfolgt ungleichförmig aus der Richtung der Heizwendel.
Dieses hat eine verzögerte und ungleichmäßige Beeinflußung
des Regelverhaltens der Regelwendel zur Folge,
was zum Durchschmelzen der Heizwendel führen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Glühkerze zur Verfügung
zu stellen, bei der die Regelwendel gleichförmiger
und schneller durch die Temperatur der Heizwendel beeinflußt
und damit geregelt wird und wobei die Regelwendel als Meßwendel
zur Steuerung der Glühstromzufuhr ausgebildet ist.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Ansprüchen
2 - 7.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher
erläutert. Hierbei ist
Figur 1 der schematische Längsschnitt durch den vorderen
Bereich des Glührohres einer Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Glühkerze; Figur 2 ist die schematische Seitenansicht, in teilweisem
Längsschnitt, einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Glühkerze nach Anspruch 1; Figur 3 ist die Seitenansicht, in teilweisem Längsschnitt,
einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Glühkerze; Figur 4 ist ein Längsschnitt durch die Glührohrspitze
einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Glühkerze; Figur 5 ist eine Seitenansicht in teilweisem Längsschnitt
einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Gemäß Figur 1 ragt bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Glühkerze der Innenpol 7 in das Glührohr 8
hinein, wobei das Glührohr 8 in seinem vorderen Bereich im
Durchmesser verjüngt sein kann. Auf einer Andrehung 7.1 des
Innenpols 7 ist eine Blockwicklung 3.2 einer Heizwendel 3
beispielsweise mittels Schweißverfahren oder Crimpen mit den
Innenpol 7 elektrisch verbunden, die in einen gestreckten
Bereich 3.1 der Heizwendel 3 übergeht, wobei der gestreckte
Bereich 3.1 als thermische Entkopplung zwischen dem Innenpol
7 und der eigentlichen Heizwendel 3 mit größerem Wendeldurchmesser
dient; die Heizwendel 3 mit großem Durchmesser,
durch den die Heizwendelwindungen in enger Nachbarschaft zur
Wandung des Glührohres 8 angeordnet sind, ist mit einer
Regelwendel 2, die in ansich bekannterweise auch als Meßwendel
fungieren kann, durch die Schweißung 5 verbunden, während
die Meßwendel 2 über eine weitere Schweißung 5 mit der
Heizwendel 1 im Spitzenbereich des Glührohres 8 verbunden
ist. Die Andrehung 7.1 des Innenpols 7 ist bevorzugt mit
einer umlaufenden Rinne versehen, in der die letzte anschlußseitige
Windung der Blockwicklung 3.2 gelagert ist.
Die Heizwendel wiederum ist am Kontaktstift 6 in der
Spitze des Glührohres 8 fixiert. Der Kontaktstift 6 weist
hierbei einen Längenanschlag 6.1 auf und dient in axialer
Richtung als Begrenzung, wodurch sich eine definierte Länge
für die Schweißung z.B. WIG-Schweißung ergibt, wobei zusätzlich
beim Laserschweißen die Schulter (6.1) ein Durchschießen
verhindert.
Bevorzugt sind Heizwendel 1 und 3, die im folgenden
auch als Heizwendelabschnitte 1 und 3 bezeichnet werden,
bezüglich ihrer Wendelgeometrie (Anzahl und Durchmesser von
Draht und Windungen) im Bereich der Schweißungen 5 im wesentlichen
gleich ausgebildet, um beidseitig gleichen Wäremtransport
in die Regelwendel 2 zu gewährleisten. Als bevorzugte
Materialien für die Heizwendelabschnitte 1 und 3 werden
Drähte aus CrA1255 (Kanthal) Heizleitermaterial verwendet;
gut geeignet ist im Grunde auch jedes andere Heizleitermaterial,
das seinen Widerstandswert in Abhängigkeit von
der Temperatur nur wenig oder nicht verändert.
Das Material der Regelwendel 2 besitzt positiven oder
negativen Temperaturkoeffizienten des Widerstands und besteht
beispielsweise aus Ni 99,9 oder CoFe, wobei CoFe einen
höheren Regelfaktor besitzt als Ni 99,9 und damit zu einem
besseren Meßsignal bei Verwendung der Regelwendel als Meßwendel
führt; gut geeignet ist auch jedes andere Material,
welches seinem Widerstandswert über die Temperatur ändert.
Bei einer Ausführungsform gemäß Figur 2, die im übrigen
der der Figur 1 entspricht, ist zur weiteren thermischen
Entkopplung von Heiz-/Regelbereich eine Durchmesserverkleinerung
7.3 des Ansatzes und Innenpol 7 vorgesehen; wobei in
einer Bohrung 7.2 des Ansatzes das anschlußseitige Ende des
Heizwendelabschnitts 3.2 fixiert ist. Die Kontaktierung mit
der Glührohrspitze erfolgt direkt, also ohne Kontaktstück 6
gemäß Figur 1.
Eine weitere erfindungsgemäße Glühkerze zeigt Figur 3,
bei der eine Heizwendel 1 und eine Regelwendel 2 in Reihe
geschaltet und in 5 miteinander verschweißt sind, wobei bei
dieser Ausführungsform ein wesentlicher Bereich der Länge
der Regelwendel 2 in die Heizwendel 1 größeren Wendeldurchmessers
eingeschoben ist; als wesentlicher Bereich der Länge
der Meßwendel 2 wird ein solcher Bereich betrachtet, der
groß genug ist, um durch die einströmende Wärme aus der
umgebenden Heizwendel 1 bezüglich seines Regelverhaltens
definiert beeinflußt zu werden. Bevorzugt kann bei dieser
Lösung zwischen Heizwendel 1 und Regelwendel 2 ein beide
voneinander isolierender Rohrabschnitt 11 eingeschoben sein.
Der die Verbindung zum Innenpol 7 herstellende Regelwendelbereich
2.1 ist zur thermischen Entkopplung von Regel-/Heizbereich
und Innenpol als gestreckte Wendel ausgebildet. Die
Kontaktierung mit der Glührohrspitze erfolgt direkt, also
ohne Kontaktstück 6 gemäß Figur 1.
In Figur 4 wird eine Lösung wiedergegeben, bei der
ebenfalls ein Heizwendelabschnitt 1, eine Regelwendel 2 und
ein Heizwendelabschnitt 3 in Reihe geschaltet sind, wobei
jedoch alle drei Wendeln ineinander geschoben sind, gegebenenfalls
durch Isolierrohre 11 und 11.1 voneinander isoliert.
Im übrigen besitzen die Bezugszeichen die zuvor gegebene
Bedeutung.
Die erfindungsgemäße Lösung nach Figur 5 entspricht
insoweit der Ausführungsform nach Figur 1, als das Heiz- und
Regelelement ebenfalls dreiteilig als Heizwendelabschnitt 1,
Regelwendel 2 und Heizabschnitt 3 ausgebildet ist, wobei
jedoch, wie in Ausführungsform nach Figur 3, die Regelwendel
2 in den Heizwendelabschnitt 1 eingeschoben ist. Bevorzugt
ist der Heizwendelabschnitt 1 in der Glührohrspitze mit der
Schweißung 10 fixiert; zusätzlich kann bevorzugt die Glührohrspitze
einen anreduzierten Bereich 13.1 aufweisen. Der
Innenpol 7 ist gegenüber dem Glührohr 8 durch einen 0-Ring
12 abgedichtet. Zwischen Innenpol 7 und Körper 14 ist eine
ringförmige Körperabdichtung 15 vorgesehen, wobei zwischen
Gehäuse 14 und Anschlußhülse 17 mit Glühkerzenanschluß 18
eine Isolierscheibe 16 angeordnet ist.
Die vorgeschlagenen Lösungen, insbesondere die bevorzugten
Lösungen, bei denen die Regelwendel in erfindungsgemäßer
Weise einem oder zwei Heizwendelbereichen benachbart
ist, gewährleistet, daß die Regelwendel 2 nahezu gleichzeitig
und gleichförmig über die Länge ihres regel-wesentlichen
Bereichs mit der Temperatur des Heizwendelabschnitts 1 oder
der Heizwendelabschnitte 1 und 3 ihre Temperatur und damit
ihren Widerstand ändert; die Widerstandsänderung der Regelwendel
wird als Steuersignal im Steuergerät bzw. in der
Steuerelektronik der Glühkerze verarbeitet, um die Energiezufuhr
unmittelbar zu erniedrigen oder zu erhöhen, so daß
sich die Regelzeiten deutlich verringern lassen, ohne daß es
zu unerwünschten Überhitzungen der Heizwendel(n) kommt,
womit auch allgemein die Einsatzdauer dieser Kerzen verlängert
wird. Erfindungsgemäß sind Aufheizzeiten von ≤ 2 sec
auf 1000° C erzielbar. Besonders vorteilhaft sind die erfindungsgemäßen
Glühkerzen in an sich bekannter Ausführung als
Ionenmeßkerzen, insbesondere als Ionenmeßkerzen mit integrierter
Schaltelektronik im anschlußseitigen Kerzenkörperbereich.