EP2515040A1 - Heizvorrichtung, insbesondere eine Glühkerze - Google Patents

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EP2515040A1
EP2515040A1 EP12156839A EP12156839A EP2515040A1 EP 2515040 A1 EP2515040 A1 EP 2515040A1 EP 12156839 A EP12156839 A EP 12156839A EP 12156839 A EP12156839 A EP 12156839A EP 2515040 A1 EP2515040 A1 EP 2515040A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steatite
sealing element
heating tube
ring
pressed
Prior art date
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Application number
EP12156839A
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English (en)
French (fr)
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EP2515040B1 (de
Inventor
Hans-Juergen Brix
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP2515040B1 publication Critical patent/EP2515040B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/001—Glowing plugs for internal-combustion engines

Definitions

  • the invention relates to a heating device, in particular a glow plug according to the preamble of claim 1.
  • a seal for a glow plug wherein a ceramic sealing element made of aluminum oxide is used as a radiator seal.
  • the ceramic sealing element is used as a solid sintered ring body in the opening of a glow tube of a heater.
  • the intermediate spaces between the inside of the glow tube and the ceramic element and between the ceramic element and connecting bolt are filled with a brazing alloy.
  • the soldering of the ceramic element is an additional step to be performed, which makes the production of the heater more expensive.
  • the present invention is therefore an object of the invention to provide a radiator seal for a heater, in particular a glow plug, on the one hand withstand high temperatures and on the other hand is inexpensive to carry out.
  • a ceramic sealing element which is made of steatite, which can be deformed under pressure to form a seal.
  • a preform made of steatite powder by pressing preformed and / or presintered, deformable steatite ring is used as a preform, which can be deformed during compression in the heating tube.
  • the preformed and / or pre-sintered, deformable preform is referred to below as a deformable steatite ring.
  • the deformable steatite ring is inserted in a sealing portion between the inner periphery of the heating tube and an outer periphery of a connecting bolt in an end opening of the heating tube. Subsequently, the heating tube is pressed radially onto the deformable steatite ring, whereby the deformable steatite again decomposes into powder constituents and the powder constituents are kept under the pressing force due to their flow properties between the inside of the heating tube and the outside of the connecting bolt, so that the sealing element Steatite forms.
  • the deformable steatite ring Due to the compressive forces substantially in the radial direction along the circumference of the heating tube and the flow properties of the deformable preform, i. the deformable steatite ring, which can decompose again into powder constituents during pressing, it may be expedient to exert an axial pressing force on the steatite ring in addition to the pressing force acting in the radial direction, which is applied substantially along the outside of the heating tube of the heating element.
  • the pressing force acting in the axial direction can be generated, for example, on the heating tube of the heating element, in particular on an end opening by means of a flange, which surrounds the presintered preform, i. the deformable steatite ring and the forming sealing element in the direction of the interior of the heater, i. presses on a located in the interior of the heating tube filling material.
  • a ceramic ring such as a solid sintered ceramic ring of an electrically insulating ceramic, for example hexagonal boron nitride, seen in the opening of the glow tube in the axial direction in front of the sealing element, ie the deformable steatite be used.
  • an axial pressing force can be exerted on the entire end face of the steatite ring.
  • the flange on the opening of the heating tube presses axially on the firmly sintered ceramic ring and this in turn pushes with its end face on the adjacent end face of the deformable Steatitrings and thereby support the formation of the sealing element made of steatite within the heating tube.
  • a variant of the axial press properties further favoring is to position the deformable steatite ring as a preform in turn between two firmly sintered pressure rings made of ceramic.
  • the adjoining the filling material inside the radiator ceramic ring may rest against its support on the heating tube, which is suitably formed by a, for example, introduced in the heating tube, circumferentially formed bead. This is preferably introduced after the radial compression of the heating tube and before the beading of the frontal opening of the heating tube. This can be done for example by rolling or other non-cutting manufacturing processes.
  • the method according to the invention is characterized in that the sealing element of steatite in the form of the deformable steatite ring is arranged on the connecting bolt in the region of the sealing section, and that subsequently the deformable steatite ring is compressed in the sealing section between heating tube and connecting bolt.
  • the radial force for pressing the steatite between heating tube and terminal bolt is generated by the heating tube undergoes a reduction in diameter at least in the region of the sealing portion by swaging.
  • An additional axial force for pressing the steatite between heating tube and terminal bolt is achieved by an additional axial pressing force is generated by a bead (28) at an end opening (25) of the heating tube (12), so that the deformable steatite ring by means of at least one pressure ring (34 , 38) is additionally pressed in the axial direction. Furthermore, the deformable steatite ring can be pressed axially between two pressure rings, wherein the one pressure ring is pressed against a peripheral bead and / or against a filling material.
  • a heating device which in the present embodiments is a glow plug for a compression ignition internal combustion engine, comprises a heating element 10 which is formed by a metallic heating tube 12, in which at least one electrical resistance heater in the form of a heating coil 22 is arranged.
  • the heating tube in the present glow plug is referred to below as the glow tube 12.
  • the radiator 10 is inserted into a housing, not shown.
  • a glow plug such glow plugs are also referred to, which additionally contain a functional element, such as a sensor for receiving a combustion chamber pressure.
  • An inner jacket of the glow tube 12 is identified by reference numeral 14.
  • the interior of the glow tube 12 of the radiator 10 is filled with a filling material 20, which is, for example, a good thermal conductivity, ceramic insulating powder.
  • a substantially cylindrically shaped connecting bolt 24 is used at the one end for contacting the heating coil 22 and at the other end for connection to a positive terminal of a power supply for the electrical resistance heating of the heating coil 22.
  • the negative terminal of the power supply is via the metallic glow tube 12 to the heating coil 22nd guided, wherein the heating coil 22 is contacted at the top of the glow tube 12 in the interior with the glow tube 12.
  • FIG. 1 there is a sealing element 26, which is made essentially of the ceramic material steatite, between the lateral surface of the substantially cylindrically shaped connecting bolt 24 and the inner shell 14 of the glow tube 12 of the radiator 10.
  • the sealing element 26 of steatite is substantially ring-shaped and surrounds the lateral surface of the connecting bolt 24 on the one hand and on the other hand with its lateral surface on the inner shell 14 of the glow tube 12 sealingly.
  • FIG. 1 is indicated that on the outer circumferential surface of the glow tube 12 of the radiator 10 along an axially extending sealing portion 16, a radial pressure force 18 is applied.
  • the radial pressing force 18 is applied uniformly over the entire circumference of the glow tube 12 of the radiator 10, so that the sealing element 26 made of steatite, which is a deformed during pressing by means of the radial force 18 steatite ring, a gas and liquid-tight seal between the glow tube 12th and the connecting bolt 24 is formed.
  • the sealing element 26 made of steatite is produced from a preformed and / or pre-sintered, deformable steatite ring as a preform, which is designed such that it decomposes again into its powder constituents during pressing to form the sealing element 26.
  • This is due to the radial pressure force 18, which is distributed uniformly along the outer circumference of the glow tube 12, as well as the flow properties of the deformable steatite ring.
  • an axial pressing force is exerted on the sealing element 26 made of steatite.
  • a flanging 28 is provided on the frontal opening 25 of the glow tube 12, from which the connecting bolt 24 for electrical contacting of the heating coil 22 protrudes.
  • the deformable steatite ring is pressed against the filling material 20 located in the interior of the glow tube 12 during the application of the radial pressing force 18 and a concomitant deformation in the direction of the interior space.
  • the ring-shaped sealing element 26 made of steatite is pressurized indirectly in the axial direction by the radial pressing force 18 both in the radial direction and by the flange 28, so that between the lateral surfaces of the Connecting bolt 24 and the sealing element 26, the steatite on the one hand and on the other hand between the outer surface of the annular sealing element 26 made of steatite and the inner shell 24 of the glow tube 12 forms an effective radiator seal.
  • a filling material 20 facing the end face of the annular sealing element 26 made of steatite is designated by reference numeral 32.
  • a first end face of the ring-shaped sealing element 26 made of steatite is indicated by reference numeral 30. This first end face 30 of the sealing element 26 made of steatite is acted upon by the flange 28 of the glow tube 12 and brings the axial pressing force on the annular formed sealing element 26 made of steatite.
  • the representation according to FIG. 2 is a further advantageous embodiment of the device according to the invention for sealing the radiator 10, in particular to take the glow plug.
  • FIG. 2 shows that the radiator 10 shown there also includes a glow tube 12, in the interior of the filling material 20, which is in particular is insulating powder, is added.
  • the filling material 20 of the connecting bolt 24 is inserted, which protrudes on the one hand with one end from the glow tube 12 of the radiator 10 and contacted with its opposite end face the heating coil 22 of the radiator 10.
  • the sealing element 26 is made of steatite whose first end face 30 presses against a first pressure ring 34 and against the first end face 30 assigning end face 36.
  • the first pressure ring 34 is arranged as a firmly sintered body made of an electrically insulating ceramic, such as hexagonal boron nitride, in the interior of the glow tube 12 and in the axial direction placed with respect to the opening 25 axially in front of the ring-shaped sealing element 26 made of steatite.
  • the flange 28 at the front-side opening 25 of the glow tube 12 presses in the axial direction seen on the first pressure ring 34, whereas this presses with its end face 36 on the entire, adjacent to this first end face 30 of the deformable Steatitrings.
  • composite of the sealing element 26 made of steatite and the at least one pressure ring 34 is formed upon application of the radial force 18 along the seal portion 16 on the inner shell 14 of the glow tube 12, a sealing compound whose sealing effect is improved by the axial pressing force.
  • FIG. 3 is a further, third advantageous embodiment of the present invention proposed heater to remove.
  • FIG. 3 shows that in addition to the sealing element 26 of steatite and the in FIG. 2 shown first pressure ring 34 in the sealing portion 16, a further second pressure ring 38 is arranged.
  • the composite of the first pressure ring 34, the sealing element 26 made of steatite and said second pressure ring 38 is pressed by the formed on the front opening 25 of the glow tube flange 28, for example, against a circumferential bead 40.
  • the circumferential bead 40 is in the lateral surface of the glow tube 12 of the radiator 10, which is in particular a glow plug, rolled or rolled or produced on another non-cutting production.
  • the circumferential bead 40 protruding into the interior of the glow tube 12 serves as an axial stop for an end face of the second pressure ring 38, which is also made of an electrically insulating ceramic, such as hexagonal boron nitride.
  • the in the embodiment according to FIG. 3 shown arrangement, ie, the composite of the first pressure ring 34, the sealing element 26 made of steatite and the second pressure ring 38 represents a variant in which the force acting in the axial direction of the pressing force is further enhanced.
  • the sealing element 26 made of steatite is positioned between the two firmly sintered ceramic pressure rings 34 and 38.
  • the adjacent to the filling material 20 second pressure ring 38 is located on the peripheral bead 40th the glow tube 12, which is preferably introduced after the radial compression of the glow tube 12 by means of the radial compression force 18 and before generating the flange 28 at the opening of the glow tube 12 in the lateral surface of the glow tube 12.
  • the second pressure ring 38 presses without an abutment on a bead 40 directly to the filler 20.
  • sealing element 26 made of steatite which has a higher coefficient of thermal expansion than, for example, hexagonal boron nitride, thereby acts at higher temperatures between the fixed sintered pressure rings 34 and 38 produced an increased axial pressing force, which further improves the sealing effect of the sealing element 26 made of steatite.
  • the sealing element 26 made of steatite, consists of the main component soapstone (Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 ), a natural magnesium silicate and of additions of clay and feldspar or barium carbonate.
  • first and second pressure rings 34 and 38 are firmly sintered ceramic rings and are preferably made of hexagonal boron nitride.
  • a preformed and / or pre-sintered steatite ring preformed by pressing is arranged as a preform on the connecting bolt 24 in the region of the sealing section 16. Subsequently, the deformable steatite ring in the sealing portion 16 between the glow tube 12 and connecting bolt 24 is pressed. The radial force for compressing the deformable steatite ring between glow tube 12 and connecting bolt 24 is generated by the glow tube 12 undergoes a reduction in diameter at least in the region of the sealing portion 16 by swaging.
  • An additional axial force for compressing the deformable steatite ring between glow tube 12 and connecting bolt 24 is achieved by the deformable steatite ring and at least one pressure ring by a bead on the frontal opening 25 of the glow tube 12 against the peripheral bead 40 and / or against the filling material 20 within the Glow tube 12 is pressed.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Glühkerze, und auf ein Verfahren zur Herstellung der Glühkerze. Die Heizvorrichtung weist einen Heizkörper (10) auf, welcher ein Heizrohr (12) und einen aus dem Heizrohr (12) herausgeführten Anschlussbolzen (24) umfasst. Zwischen dem Heizrohr (12) und dem Anschlussbolzen (24) ist innerhalb eines Dichtungsabschnittes (16) ein Dichtelement (26) angeordnet. Das Dichtelement (26) ist aus Steatit ausgebildet und ist mittels zumindest einer Radialkraft (18) im Dichtungsabschnitt (16) zwischen Heizrohr (12) und Anschlussbolzen (24) verpresst.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung, insbesondere eine Glühkerze nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
    • Stand der Technik
  • Aus US 2010/0133253 A1 ist eine Abdichtung für eine Glühkerze bekannt, wobei ein keramisches Dichtelement aus Aluminiumoxid als Heizkörperdichtung verwendet wird. Das keramische Dichtelement wird als fest gesinterter Ringkörper in die Öffnung eines Glührohres einer Heizvorrichtung eingesetzt. Zur Ausbildung einer gasdichten Verbindung werden die Zwischenräume zwischen der Innenseite des Glührohrs und dem Keramikelement sowie zwischen Keramikelement und Anschlussbolzen mit einem Hartlot ausgefüllt. Das Einlöten des Keramikelementes stellt einen zusätzlich durchzuführenden Arbeitsschritt dar, welcher die Herstellung der Heizvorrichtung verteuert.
  • DE 195 32 090 A1 offenbart Lambdasonden, bei denen Steatit als elektrisch isolierendes und hoch temperaturfestes Dichtungsmaterial eingesetzt wird, wobei ein sensitiver Keramikkörper bzw. ein sensitives Keramikplättchen mittels eines Dichtelementes aus Steatit in einem metallischen Gehäuse gasdicht gehalten werden. Die Dichtung wird von einem vorgesinterten Steatitring dargestellt, der verformbar ausgebildet ist und zur Verformung axial im Gehäuse verpresst wird.
    • Darstellung der Erfindung
  • Der vorliegenden Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, eine Heizkörperdichtung für eine Heizvorrichtung, insbesondere einer Glühkerze bereitzustellen, die einerseits hohen Temperaturen standhält und andererseits kostengünstig ausführbar ist.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, ein keramisches Dichtelement einzusetzen, welches aus Steatit gefertigt ist, welches sich unter Druckaufbringen zu einer Dichtung verformen lässt. Zur Herstellung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Heizkörperdichtung an einer Heizvorrichtung, wie beispielsweise einer Glühkerze, wird ein aus Steatit-Pulver durch Pressen vorgeformter und/oder vorgesinterter, verformbarer Steatitring als Vorformling verwendet, der sich beim Verpressen im Heizrohr verformen lässt. Der vorgeformte und/oder vorgesinterte, verformbare Vorformling wird nachfolgend als verformbarer Steatitring bezeichnet. Der verformbare Steatitring wird in einem Dichtungsabschnitt zwischen dem Innenumfang des Heizrohrs und einem Außenumfang eines Anschlussbolzens in eine stirnseitige Öffnung des Heizrohres eingesetzt. Anschließend wird das Heizrohr radial auf den verformbaren Steatitring gepresst, wodurch sich der verformbare Steatitring wieder in Pulverbestandteile zersetzt und sich die Pulverbestandteile aufgrund ihrer Fließeigenschaften zwischen der Innenseite des Heizrohres und der Außenseite des Anschlussbolzens jeweils unter der Presskraft gehalten werden, so dass sich das Dichtelement aus Steatit ausbildet.
  • Aufgrund der im Wesentlichen in radialer Richtung entlang des Umfangs des Heizrohrs anliegenden Presskräfte sowie der Fließeigenschaften des verformbaren Vorformlings, d.h. des verformbaren Steatitrings, der sich beim Verpressen wieder in Pulverbestandteile zersetzen kann, kann es zweckmäßig sein, zusätzlich zu der in radialer Richtung wirkenden Presskraft, die im Wesentlichen entlang der Außenseite des Heizrohrs des Heizkörpers aufgebracht wird, eine axiale Presskraft auf den Steatitring auszuüben. Die in axialer Richtung wirkende Presskraft kann beispielsweise am Heizrohr des Heizkörpers, insbesondere an einer stirnseitigen Öffnung durch eine Umbördelung erzeugt werden, die den vorgesinterten Vorformling, d.h. den verformbaren Steatitring und das sich ausbildende Dichtelement in Richtung des Innenraumes der Heizeinrichtung, d.h. auf ein sich im Innenraum des Heizrohres befindendes Füllmaterial andrückt.
  • In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann beispielsweise ein Keramikring, so zum Beispiel ein fest gesinterter Keramikring aus einer elektrisch isolierenden Keramik, zum Beispiel aus hexagonalem Bornitrid, in die Öffnung des Glührohres in axialer Richtung gesehen vor dem Dichtelement, d.h. dem verformbaren Steatitring eingesetzt werden. Dadurch lässt sich auf die gesamte Stirnfläche des Steatitrings eine axiale Presskraft ausüben. Die Umbördelung an der Öffnung des Heizrohres drückt axial auf den fest gesinterten Keramikring und dieser wiederum drückt mit seiner Stirnfläche auf die angrenzende Stirnfläche des verformbaren Steatitrings und unterstütz dadurch die Ausbildung des Dichtelementes aus Steatit innerhalb des Heizrohres.
  • Eine die axialen Presseigenschaften weiter begünstigende Ausführungsvariante liegt darin, den verformbaren Steatitring als Vorformling seinerseits zwischen zwei fest gesinterten Druckringen aus Keramik zu positionieren. Der an das Füllmaterial im Inneren des Heizkörpers angrenzende Keramikring kann an seiner Auflage am Heizrohr anliegen, die zweckmäßigerweise von einer beispielsweise im Heizrohr eingebrachten, umlaufend ausgebildeten Sicke gebildet wird. Diese wird vorzugsweise nach dem radialen Verpressen des Heizrohres und vor dem Bördeln der stirnseitigen Öffnung des Heizrohres eingebracht. Dies kann beispielsweise durch Rollen oder andere spanlose Fertigungsverfahren erfolgen. Auf das sich aus dem Steatitvorformling ausbildende Dichtelement, welches einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als beispielswiese hexagonales Bornitrid aufweist, wirkt dadurch bei höheren auftretenden Temperaturen zwischen den fest gesinterten Keramikringen an beiden Stirnflächen eine zunehmende axiale Presskraft, die die Dichtwirkung des sich aus dem Steatitvorformling herausbildenden Dichtelementes weiter verstärkt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Dichtelement aus Steatit in Form des verformbaren Steatitrings auf den Anschlussbolzen im Bereich des Dichtungsabschnitts angeordnet wird, und dass anschließend der verformbare Steatitring im Dichtungsabschnitt zwischen Heizrohr und Anschlussbolzen verpresst wird. Die Radialkraft zum Verpressen des Steatitrings zwischen Heizrohr und Anschlussbolzen wird dadurch erzeugt, indem das Heizrohr zumindest im Bereich des Dichtungsabschnitts durch Rundkneten eine Durchmesserreduzierung erfährt. Eine zusätzliche Axialkraft zum Verpressen des Steatitrings zwischen Heizrohr und Anschlussbolzen wird erreicht, indem durch eine Umbördelung (28) an einer stirnseitigen Öffnung (25) des Heizrohres (12) eine zusätzliche axiale Presskraft erzeugt wird, sodass der verformbare Steatitring mittels mindestens einem Druckring (34, 38) zusätzlich in axiale Richtung gepresst wird. Weiterhin kann der verformbare Steatitring zwischen zwei Druckringen axial verpresst werden, wobei der eine Druckring gegen eine umlaufende Sicke und/oder gegen ein Füllmaterial gedrückt wird.
    • Ausführungsbeispiele
  • Anhand der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung wird die Erfindung eingehender beschrieben.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung mit einem Dichtelement gebildet durch einen aus Steatit gefertigten, verformbaren Vorformling,
    Figur 2
    eine zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung, bei der dem Vorformling zum Verpressen in axialer Richtung ein fest gesinterter Keramikring vorgeschaltet ist und
    Figur 3
    eine dritte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung, bei der der Vorformling zwischen zwei Keramikringen aus fest gesintertem Keramikmaterial verpresst ist.
  • Eine Heizvorrichtung, bei der es sich bei den vorliegenden Ausführungsbeispielen um eine Glühkerze für eine Selbstzünderverbrennungskraftmaschine handelt, umfasst einen Heizkörper 10, der von einem metallischen Heizrohr 12, in dem mindestens ein elektrischer Widerstandheizer in Form einer Heizwendel 22 angeordnet ist, gebildet wird. Das Heizrohr wir bei der vorliegenden Glühkerze nachfolgend als Glührohr 12 bezeichnet. Der Heizkörper 10 ist in ein nicht dargestelltes Gehäuse eingesetzt. Als Glühkerze sind auch solche Glühkerzen bezeichnet, die zusätzlich ein Funktionselement enthalten, wie zum Beispiel ein Sensor zum Aufnehmen eines Brennraumdrucks. Ein Innenmantel des Glührohres 12 ist mit Bezugszeichen 14 gekennzeichnet. Das Innere des Glührohres 12 des Heizkörpers 10 ist mit einem Füllmaterial 20 gefüllt, bei dem es sich beispielsweise um ein gut wärmeleitendes, keramisches Isolierpulver handelt. Aus dem Inneren des Glührohres 12 des Heizkörpers 10 ragt aus einer stirnseitigen Öffnung 25 ein im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeter Anschlussbolzen 24 hinaus. Der Anschlussbolzen 24 dient an dem einen Ende zur Kontaktierung der Heizwendel 22 und an dem anderen Ende zum Anschließen an einen Pluspol einer Stromversorgung für die elektrische Widerstandheizung der Heizwendel 22. Der Minuspol der Stromversorgung wird über das metallische Glührohr 12 zur Heizwendel 22 geführt, wobei die Heizwendel 22 an der Spitze des Glührohres 12 im Inneren mit dem Glührohr 12 kontaktiert ist.
  • Wie der Darstellung gemäß Figur 1 zu entnehmen ist, befindet sich ein Dichtelement 26, dass im Wesentlichen aus dem keramischen Material Steatit gefertigt ist, zwischen der Mantelfläche des im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Anschlussbolzens 24 und dem Innenmantel 14 des Glührohres 12 des Heizkörpers 10. Das Dichtelement 26 aus Steatit ist im Wesentlichen ringförmig ausgebildet und umschließt die Mantelfläche des Anschlussbolzens 24 einerseits und liegt andererseits mit seiner Mantelfläche am Innenmantel 14 des Glührohres 12 dichtend an. In Figur 1 ist angedeutet, dass auf die Außenmantelfläche des Glührohres 12 des Heizkörpers 10 entlang eines axial sich erstreckenden Dichtungsabschnittes 16 eine Radialpresskraft 18 appliziert wird. Die Radialpresskraft 18 wird gleichmäßig über den gesamten Umfang des Glührohres 12 des Heizkörpers 10 aufgebracht, sodass das Dichtelement 26 aus Steatit, bei dem es sich um einen beim Verpressen mittels der Radialkraft 18 verformten Steatitring handelt, eine gas-und flüssigkeitsdichte Dichtung zwischen dem Glührohr 12 und dem Anschlussbolzen 24 ausbildet.
  • Das Dichtelement 26 aus Steatit wird aus einem vorgeformten und/oder vorgesinterten, verformbaren Steatitring als Vorformling erzeugt, der so beschaffen ist, dass er sich beim Verpressen zur Ausbildung des Dichtelements 26 wieder in seine Pulverbestandteile zersetzt. Dies geschieht aufgrund der Radialpresskraft 18, die sich gleichmäßig entlang des Außenumfangs des Glührohres 12 verteilt, sowie der Fließeigenschaften des verformbaren Steatitrings. In zweckmäßiger Weise wird zusätzlich zur Radialpresskraft 18 eine Axialpresskraft auf das Dichtelement 26 aus Steatit ausgeübt. Dazu ist an der stirnseitigen Öffnung 25 des Glührohres 12, aus der der Anschlussbolzen 24 zur elektrischen Kontaktierung der Heizwendel 22 herausragt, eine Umbördelung 28 vorgesehen. Mittels der Umbördelung 28 wird der verformbare Steatitring während des Aufbringens der Radialpresskraft 18 und einer damit einhergehenden Verformung in Richtung des Innenraumes gegen das sich im Innenraum des Glührohres 12 befindende Füllmaterial 20 gedrückt.
  • Dies bedeutet, dass das ringförmig ausgebildete Dichtelement 26 aus Steatit durch die Radialpresskraft 18 sowohl in Radialrichtung wie auch durch die Umbördelung 28 mittelbar in axiale Richtung druckbeaufschlagt ist, sodass sich zwischen den Mantelflächen des Anschlussbolzens 24 und dem Dichtelement 26 das Steatit einerseits und andererseits zwischen der Außenmantelfläche des ringförmig ausgebildeten Dichtelementes 26 aus Steatit und dem Innenmantel 24 des Glührohres 12 eine wirkungsvolle Heizkörperdichtung ausbildet.
  • Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass in der Darstellung gemäß Figur 1 eine dem Füllmaterial 20 zugewandte Stirnseite des ringförmig ausgebildeten Dichtelementes 26 aus Steatit mit Bezugszeichen 32 bezeichnet ist. Eine erste Stirnseite des ringförmig ausgebildeten Dichtelementes 26 aus Steatit ist durch Bezugszeichen 30 kenntlich gemacht. Diese erste Stirnseite 30 des Dichtelementes 26 aus Steatit ist durch die Umbördelung 28 des Glührohres 12 beaufschlagt und bringt die axiale Presskraft auf das ringförmig ausgebildete Dichtelement 26 aus Steatit auf.
  • Der Darstellung gemäß Figur 2 ist eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abdichtung des Heizkörpers 10, insbesondere der Glühkerze zu entnehmen.
  • Figur 2 zeigt, dass der dort dargestellte Heizkörper 10 ebenfalls ein Glührohr 12 umfasst, in dessen Innenraum das Füllmaterial 20, bei dem es sich insbesondere um Isolierpulver handelt, aufgenommen ist. In das Füllmaterial 20 ist der Anschlussbolzen 24 eingelegt, der einerseits mit einem Ende aus dem Glührohr 12 des Heizkörpers 10 herausragt und mit seiner gegenüberliegenden Stirnseite die Heizwendel 22 des Heizkörpers 10 kontaktiert. Aus der Darstellung gemäß Figur 2 geht hervor, dass sich innerhalb des Dichtungsabschnittes 16 auf der Mantelfläche des Anschlussbolzens 24 das Dichtelement 26 aus Steatit befindet, dessen erste Stirnseite 30 gegen einen ersten Druckring 34 bzw. gegen dessen der ersten Stirnseite 30 zuweisende Stirnseite 36 drückt.
  • Analog zur Darstellung gemäß Figur 1 wird entlang des Dichtungsabschnittes 16 auf der Außenmantelfläche des Glührohres 12 die Radialpresskraft 18 appliziert, sodass sich der verformbare Steatitring zum Dichtelement 26 verformt. Um weitgehend über dessen gesamte erste Stirnseite 30 des Dichtelementes 26 aus Steatit eine axiale Presskraft aufzubringen, wird der erste Druckring 34 als fest gesinterter Körper aus einer elektrisch isolierenden Keramik, wie zum Beispiel aus hexagonalem Bornitrid, im Innenraum des Glührohrs 12 angeordnet und in axialer Richtung in Bezug auf die Öffnung 25 axial vor dem ringförmig ausgebildeten Dichtelement 26 aus Steatit platziert. Bei Ausbildung der Umbördelung 28 an der stirnseitigen Öffnung 25 des Glührohres 12 drückt dann in axiale Richtung gesehen diese auf den ersten Druckring 34, wohingegen dieser mit seiner Stirnseite 36 auf die gesamte, an diesen angrenzende erste Stirnseite 30 des verformbaren Steatitrings drückt. Durch den in der Darstellung gemäß Figur 2 dargestellten Verbund aus dem Dichtelement 26 aus Steatit und dem mindestens einen Druckring 34 entsteht bei Applikation der Radialkraft 18 entlang des Dichtungsabschnittes 16 am Innenmantel 14 des Glührohres 12 ein Dichtverbund, dessen Dichtwirkung durch die axiale Presskraft verbessert wird.
  • Während die erste Stirnseite 30 des Dichtelementes 26 aus Steatit durch die Stirnseite 36 des ersten Druckringes 34 aus einer elektrisch isolierenden Keramik beaufschlagt ist, drückt die zweite Stirnseite 32 des ringförmig ausgebildeten Dichtelementes 26 aus Steatit aufgrund der durch die Umbördelung 28 erzeugten Axialkraft auf das Füllmaterial 20.
  • Der Darstellung gemäß Figur 3 ist eine weitere, dritte vorteilhafte Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Heizvorrichtung zu entnehmen.
  • Aus der Darstellung gemäß Figur 3 geht hervor, dass zusätzlich zum Dichtelement 26 aus Steatit und dem in Figur 2 dargestellten ersten Druckring 34 im Dichtungsabschnitt 16 ein weiterer zweiter Druckring 38 angeordnet ist. Der Verbund aus erstem Druckring 34, dem Dichtelement 26 aus Steatit und besagtem zweiten Druckring 38 wird durch die an der stirnseitigen Öffnung 25 des Glührohres ausgebildete Umbördelung 28 beispielsweise gegen eine umlaufende Sicke 40 gedrückt. Die umlaufende Sicke 40 ist in die Mantelfläche des Glührohres 12 des Heizkörpers 10, bei dem es sich insbesondere um eine Glühkerze handelt, eingewalzt oder eingerollt oder auf eine andere spanlose Fertigungsart hergestellt. Die in den Innenraum des Glührohres 12 hineinragende umlaufende Sicke 40 dient als Axialanschlag für eine Stirnseite des zweiten Druckringes 38, die ebenfalls aus einer elektrisch isolierenden Keramik, wie zum Beispiel hexagonalem Bornitrid gefertigt ist. Die in der Ausführungsvariante gemäß Figur 3 dargestellte Anordnung, d.h. der Verbund aus erstem Druckring 34, dem Dichtelement 26 aus Steatit und dem zweiten Druckring 38 stellt eine Ausführungsvariante dar, bei der die in axiale Richtung wirkende Presskraft weiter verstärkt wird.
  • Gemäß der in Figur 3 dargestellten Ausführungsvariante ist das Dichtelement 26 aus Steatit zwischen den beiden fest gesinterten keramischen Druckringen 34 und 38 positioniert. Der an das Füllmaterial 20 angrenzende zweite Druckring 38 liegt an der umlaufenden Sicke 40 des Glührohres 12 an, die vorzugsweise nach dem radialen Verpressen des Glührohres 12 mit Hilfe der Radialpresskraft 18 und vor dem Erzeugen der Bördelung 28 an der Öffnung des Glührohres 12 in die Mantelfläche des Glührohres 12 eingebracht wird. Es ist aber auch denkbar, dass der zweite Druckring 38 ohne ein Gegenlager an einer Sicke 40 direkt auf das Füllmaterial 20 drückt. Auf das Dichtelement 26 aus Steatit, das einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als zum Beispiel hexagonales Bornitrid aufweist, wirkt dadurch bei höheren Temperaturen zwischen den fest gesintert hergestellten Druckringen 34 und 38 eine verstärkte axiale Presskraft, die die Dichtwirkung des Dichtelementes 26 aus Steatit weiter verbessert.
  • Das Dichtelement 26 aus Steatit, besteht aus der Hauptkomponente Speckstein (Mg3Si4O10(OH)2), einem natürlichen Magnesiumsilikat und aus Zusätzen von Ton und Feldspat oder Bariumcarbonat. Die in Figur 2 bzw. 3 genannten ersten und zweiten Druckringe 34 bzw. 38 sind fest gesinterte Keramikringe und werden bevorzugt aus hexagonalem Bornitrid gefertigt.
  • Zum Herstellen der Heizvorrichtung wird ein durch Pressen vorgeformter und/ oder vorgesinterter, verfombarer Steatitring als Vorformling auf den Anschlussbolzen 24 im Bereich des Dichtungsabschnitts 16 angeordnet. Anschließend wird der verformbare Steatitring im Dichtungsabschnitt 16 zwischen Glührohr 12 und Anschlussbolzen 24 verpresst. Die Radialkraft zum Verpressen des verformbaren Steatitrings zwischen Glührohr 12 und Anschlussbolzen 24 wird dadurch erzeugt, indem das Glührohr 12 zumindest im Bereich des Dichtungsabschnitts 16 durch Rundkneten eine Durchmesserreduzierung erfährt. Eine zusätzliche Axialkraft zum Verpressen des verformbaren Steatitrings zwischen Glührohr 12 und Anschlussbolzen 24 wird erreicht, indem der verformbare Steatitring und mindesten ein Druckring durch eine Umbördelung an der stirnseitigen Öffnung 25 des Glührohres 12 gegen die umlaufende Sicke 40 und/oder gegen das Füllmaterial 20 innerhalb des Glührohres 12 gedrückt wird.

Claims (12)

  1. Heizvorrichtung, insbesondere Glühkerze (10), mit einem Heizkörper, welcher ein Heizrohr (12) und einen aus dem Heizrohr (12) herausgeführten Anschlussbolzen (24) umfasst, wobei zwischen Heizrohr (12) und Anschlussbolzen (24) innerhalb eines Dichtungsabschnittes (16) ein Dichtelement (26) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (26) aus Steatit ausgebildet ist und mittels zumindest einer Radialkraft (18) im Dichtungsabschnitt (16) zwischen Heizrohr (12) und Anschlussbolzen (24) verpresst ist.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (26) aus Steatit einerseits den Anschlussbolzen (24) umschließt und andererseits an einem Innenmantel (14) des Heizrohres (12) anliegt.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Radialkraft (18) eine Axialkraft auf das Dichtelement (26) aus Steatit einwirkt.
  4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (26) aus Steatit mittels einer an einer stirnseitigen Öffnung (25) des Heizrohres (12) ausgebildeten Umbördelung (28) in axiale Richtung im Inneren des Heizrohres (10) gegen ein Füllmaterial (20) gepresst ist.
  5. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Dichtelement (26) aus Steatit mindestens ein Druckring (34, 38) aus einem keramischen Material zugeordnet ist.
  6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Dichtelement (26) aus Steatit stirnseitig jeweils ein erster Druckring (34) sowie ein zweiter Druckring (38) zugeordnet ist und dass das Dichtelement (26) aus Steatit zusätzlich zwischen den beiden Druckringen (34, 38) verpresst ist.
  7. Vorrichtung gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (26) aus Steatit und der mindestens eine Druckring (34, 38) axial stirnseitig aneinander gepresst sind, eine Mantelfläche des Anschlussbolzens (24) umschließen und radial an den Innenmantel (14) des Heizkörpers (10) angepresst sind.
  8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizrohr (12) mindestens eine umlaufende Sicke (40) aufweist, an der sich der eine Druckring (38) axial abstützt.
  9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Druckring (34, 38) durch die Umbördelung in axiale Richtung gegen die umlaufende Sicke (40) und/der gegen das Füllmaterial (20) gedrückt ist.
  10. Verfahren zur Herstellung der Heizvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (26) aus Steatit in Form eines vorgeformten und/oder vorgesinterten, verformbaren Steatitrings auf den Anschlussbolzen (24) im Bereich des Dichtungsabschnitts (16) angeordnet wird, und dass anschließend der verformbare Steatitring im Dichtungsabschnitt (16) zwischen Heizrohr (12) und Anschlussbolzen (24) verpresst wird.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizrohr (12) zumindest im Bereich des Dichtungsabschnitts (16) durch Rundkneten eine Durchmesserreduzierung erfährt, durch die der verformbare Steatitring zwischen Heizrohr (12) und Anschlussbolzen (24) mittels der dadurch entstehenden Radialkraft verpresst wird.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Umbördelung (28) an einer stirnseitigen Öffnung (25) des Heizrohres (12) eine zusätzliche axiale Presskraft erzeugt wird, sodass der verformbare Steatitring mittels mindestens einem Druckring (34, 38) zusätzlich in axiale Richtung gepresst wird.
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