Legierung als Werkstoff für Regel- oder Heizelemente mit positivem Temperaturkoeffizienten

Abstract

 Werkstoff für ein elektrisches Widerstandselement mit positivem Temperaturkoeffizienten und Glühkerze mit einem solchen Widerstandselement, wobei der Werkstoff ein Widerstandsverhältnis, bezogen auf ein Temperaturverhältnis von 20°/1000°C von größer als etwa 7,5 aufweist und wobei insbesondere im Bereich von etwa 400° bis 900°C eine sprunghafte Widerstandsveränderung auftritt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Werkstoff für ein elektri­sches Widerstandselement nach dem Oberbegriff des Patent­anspruchs 1.

[0002] Werkstoffe für elektrische Widerstandselemente mit einem positiven Temperaturkoeffizienten des elektrischen Wider­standes weisen einen elektrischen Widerstand auf, der mit steigender Temperatur zunimmt. Nach Anlegen einer Spannung fließt zunächst ein vergleichsweise hoher Strom, der dann mit zunehmender Erwärmung des Widerstandselementes ab­nimmt. Es findet somit ein gewisser Selbstregelungseffekt statt. Aus diesem Grunde werden Werkstoffe für Wider­standselemente mit einem positiven Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes häufig für Regel- oder Heizelemente eingesetzt. Durch ihren zunächst niedrigen Widerstand erlauben sie eine hohe Aufheizrate. Durch die Strombegrenzung bei steigender Temperatur aufgrund des positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandes kann eine Schädigung des Widerstandselementes oder seiner Umgebung auch bei hohen Aufheizraten verhindert werden.

[0003] Ein elektrisches Widerstandsheizelement aus einem Werk­stoff mit einem hohen positiven Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes ist zum Beispiel aus der DE-OS 25 39 841 bekannt. Als Werkstoff wird dort Nickel genannt. Zusätzlich wird in der gleichen Schrift die Verwendung des Elements für Thermoschalter offenbart.

[0004] Weiterhin ist die Ausnutzung des Regelverhaltens von Widerstandselementen mit hohem positivem Temperatur­koeffizienten des elektrischen Widerstandes in Glühkerzen für Dieselmotoren aus mehreren Patentschriften bekannt. Anordnungen mit Widerstandselementen nach dem Stand der Technik sind zum Beispiel aus der DE-PS 28 02 625, der DE-OS 21 15 620 oder der GB-PS 254 482 sowie aus dem Artikel von H. Weil in "Bosch Techn. Berichte" 5 (1977), S. 279 - 286 bekannt. Als entsprechende Werkstoffe werden in der GB-PS 254 482 Eisen, Nickel und Platin genannt. Aus der DE-OS 2 115 620 ist die Verwendung einer Nickel-Eisen-­Legierung bekannt.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, einen Werkstoff für ein Widerstandselement anzugeben, das eine noch höhere Auf­heizgeschwindigkeit bei gleichzeitig verbessertem Regel­verhalten erlaubt.

[0006] Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

[0007] Wählt man zur Darstellung der Widerstands-Charakteristik der Werkstoffe für Widerstandselemente mit positivem Temperaturkoeffizienten den Temperaturfaktor TF = R(1000°C) / R(20°C), der das Widerstandsverhältnis bei einer Temperatur von 1000°C und bei Raumtemperatur angibt, so ergibt sich TF = 4 für Platin, TF = 7 für Nickel und TF = 12 für Eisen. Mit dem erfindungsgemäßen Werkstoff werden dagegen Temperaturfaktoren TF > 12 erzielt. Desweiteren weist bei dem erfindungsgemäßen Werkstoff die Widerstandskurve in Abhängigkeit von der Temperatur einen Verlauf auf, der kurze Aufheizzeiten begünstigt.

[0008] Anhand der in der Tabelle aufgeführten Ausführungs­beispiele und des in Fig. 1 und 2 dargestellten Wider­standsverhältnisses R(T) / R(20°C) in Abhängigkeit von der Temperatur für erfindungsgemäße Werkstoffe und für Werkstoffe nach dem Stand der Technik soll die Erfindung näher erläutert werden.

[0009] Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Werkstoffes für Widerstandselemente ist der spezielle Verlauf der Widerstandskurve in Abhängigkeit von der Temperatur. In Fig. 1 ist das Widerstandsverhältnis R(T) / R(20°C) für eine Legierung, bestehend aus 79 Gew.% Kobalt und 21 Gew.% Eisen (1), sowie für eine Legierung bestehend aus 75 Gew.% Kobalt und 25 Gew.% Eisen (2) dargestellt. Fig. 2 zeigt das entsprechende Widerstandsverhältnis für eine Legierung mit der Zusammensetzung von 71 Gew.% Kobalt und 29 Gew.% Eisen (3). Der Verlauf des Widerstands­verhältnisses der erfindungsgemäßen Werkstoffe zeigt bis zur Temperatur T1 einen relativ geringen Anstieg und daran anschließend einen steilen, z. T. sogar sprungartigen Anstieg. Er begünstigt somit kurze Aufheizzeiten, wenn Temperaturen um etwa 1000°C erreicht werden sollen.

[0010] Die Ursache für diesen besonderen Verlauf der Wider­standskurve ist in einer Phasenumwandlung zu sehen. Bei Raumtemperatur weist der erfindungsgemäße Werkstoff eine kubisch raumzentrierte Struktur (α) auf, im Bereich zwischen 750 und 900°C findet ein Übergang zu einer kubisch flächenzentrierten Struktur (γ) statt. Die Umwandlungstemperatur T1 ist vom Eisenanteil in der jeweiligen Legierungszusammensetzung abhängig und steigt mit zunehmendem Eisengehalt an. Bei der Abkühlung erfolgt die Umwandlung von der kubisch flächenzentrierten Struktur (γ) zur kubisch raumzentrierten Struktur (α) bei einer Temperatur, die niedriger liegt als T1, wodurch eine Hysteresekurve entsteht. Die Hysterese wird mit steigendem Eisengehalt kleiner.

[0011] In Fig. 1 und 2 ist zusätzlich zum Vergleich in Kurve 4 das Widerstandsverhältnis R(T) / R(20°C) für Eisen und in Fig. 1 in Kurve 5 dasjenige für Nickel aufgetragen, also von Werkstoffen für Widerstandselemente mit positivem Temperaturkoeffizienten nach dem Stand der Technik. Die Kurve 5 für Nickel flacht bereits bei einer Temperatur von weniger als 400°C und diejenige für Eisen bei einer Temperatur von 800°C ab. Dieses Abflachen ist auf das Erreichen der Curietemperatur zurückzuführen.

[0012] Der Verlauf des Widerstandsverhältnisses für den erfin­dungsgemäßen Werkstoff weist demgegenüber zunächst einen relativ flachen Anstieg auf, wodurch höhere Aufheizraten ermöglicht werden. Bei Erreichen der α/γ-Umwandlungs­temperatur T1 steigt der Widerstand dann steil an, die Stromstärke und damit die erzeugte Wärmeleistung nehmen entsprechend stark ab. Diese Selbstregelung erlaubt die schnelle Erzielung der Endtemperatur, ohne daß das Wider­standselement selbst geschädigt wird.

[0013] Die α/γ-Umwandlung tritt bei Kobalt-Eisen-Legierungen mit einem Eisengehalt von mehr als 20 Gew.% auf. Die Legie­rungen können zusätzlich auch noch Nickel enthalten, jedoch nur bis zu einem solchen Anteil, daß die kubisch raumzentrierte Struktur bei Raumtemperatur erhalten bleibt. Der zulässige Nickelanteil steigt mit zunehmendem Eisenanteil an. Der maximale Nickelgehalt, bei dem die Legierung bei Raumtemperatur eine kubisch raumzentrierte Struktur aufweist, kann annähernd durch lineare Inter­polation zwischen den Werten von etwa 0 Gew.-% bei einem Eisenanteil von 20 Gew.-% und 15 Gew.-% bei einem Eisen­anteil von 35 Gew.-% ermittelt werden. Bei einem Eisen­gehalt von 25 Gew.% kann der Nickelanteil maximal 5 Gew.% und bei einem Eisengehalt von 30 Gew.% maximal 10 Gew.% betragen. Zusätzlich können die Legierungen andere Elemente, z. B. als Verarbeitungszusätze mit einem Anteil von bis zu 1 Gew.% enthalten.

[0014] Die erfindungsgemäßen Legierungen sind gut kalt umformbar und können gut zu Drähten und Bändern oder dergleichen verarbeitet werden. Legierungen mit einem Eisengehalt von mehr als 35 Gew.% werden dagegen aufgrund der sich ausbildenden Ordnungseinstellung zunehmend spröde.

Ausführungsbeispiele:

[0015] In der Tabelle sind die α/γ-Umwandlungstemperatur T1, der spezifische elektrische Widerstand bei Raumtemperatur und bei 1000°C sowie der sich daraus ergebende Temperatur­faktor TF sowohl für erfindungsgemäße Werkstoffe, als auch für Eisen und Nickel aufgelistet.

Beispiel a):

[0016] Eine Legierung, bestehend aus 79 Gew.% Kobalt und 21 Gew.% Eisen wurde im Sinterverfahren hergestellt. Für diese Legierungszusammensetzung beträgt die α/γ-Um­wandlungstemperatur 750°C. Aus den Werten des spezifischen Widerstandes bei Raumtemperatur und bei 1000°C errechnet sich der Temperaturfaktor TF = 15.

Beispiel b):

[0017] Für eine ebenfalls im Sinterverfahren hergestellte Legierung bestehend aus 77 Gew.% Kobalt und 23 Gew.% Eisen beträgt die α/γ-Umwandlungstemperatur T1 780°C und für den Temperaturfaktor ergibt sich TF = 16.

Beispiel c):

[0018] Eine Legierung mit einer Zusammensetzung von 75 Gew.% Kobalt und 25 Gew.% Eisen, die ebenfalls im Sinterverfahren hergestellt wurde, wies die folgenden Werte auf: T1 = 825°C, TF = 17,5.

Beispiel d):

[0019] Eine Legierung mit der im wesentlichen gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel c) wurde im Schmelzverfahren hergestellt. Zu diesem Zweck wurden 0,2 Gew.% Mangan und 0,1 Gew.% Silizium als Verarbeitungs­zusätze hinzugefügt, der Eisenanteil betrug 25 Gew.% , der Rest war Kobalt. Die α/γ-Umwandlungstemperatur T1 war unverändert gegenüber der im Sinterverfahren hergestellten Legierung aus Beispiel c). Bedingt durch die Verarbei­tungszusätze erhöhte sich jedoch der spezifische Wider­stand. Dadurch war auch der Temperaturfaktor TF mit dem Wert TF = 15 etwas niedriger als bei dem gesinterten Werkstoff ohne Legierungszusätze aus Beispiel c).

Beispiel e):

[0020] Ein Werkstoff mit einer Zusammensetzung von 71 Gew.% Kobalt und 29 Gew.% Eisen wurde im Sinterver­fahren hergestellt. Die α/γ-Umwandlungstemperatur T1 betrug 900°C, für den Temperaturkoeffizient wurde der Wert TF = 20 ermittelt. Ein Vergleich mit den vorgenannten Beispielen, die einen geringeren Eisengehalt aufweisen, zeigt, daß sowohl die α/γ-Umwandlungstemperatur T1 als auch der Temperaturfaktor TF mit zunehmendem Eisenanteil ansteigen.

Beispiel f):

[0021] Ein aus der Schmelze hergestellter Werkstoff mit einer Zusammensetzung von 25 Gew.% Eisen, 5 Gew.% Nickel, 0,2 Gew.% Mangan und 0,1 Gew.% Silizium als Ver­arbeitungszusätze, Rest Kobalt wies eine α/γ-Umwandlungs­temperatur T1 von 810°C und einen Temperaturfaktor TF = 17 auf.

Beispiel g):

[0022] Ein aus der Schmelze hergestellter Werkstoff mit einer Zusammensetzung von 30 Gew.% Eisen, 10 Gew.% Nickel, 0,2 Gew.% Mangan und 0,1 Gew.% Silizium als Ver­arbeitungszusätze, Rest Kobalt wies eine α/γ-Umwandlungs­temperatur T1 von 850°C und einen Temperaturfaktor TF = 16,5 auf. Es werden somit auch bei Legierungen, die einen Nickelanteil aufweisen, hohe Temperaturkoeffizienten TF erreicht. Bei weiter steigendem Nickelanteil weisen die Legierungen jedoch auch bei Raumtemperatur bereits die kubisch flächenzentrierte Struktur auf und die spezielle Charakteristik der Widerstandskurve, die auf dem Übergang von kubisch raumzentrierter zu kubisch flächenzentrierter Struktur beruht, geht verloren.

[0023] Die in Tab. I aufgeführten Beispiele belegen, daß mit einem erfindungsgemäßen Werkstoff ein Temperaturfaktor TF > 12 erreicht wird, d. h. ein Temperaturfaktor, der größer ist, als bei den bisher bekannten Werkstoffen für Widerstandselemente mit positivem Temperaturkoeffizienten.

[0024] Besonders vorteilhaft können die erfindungsgemäßen Werk­stoffe für Glühkerzen für Dieselmotore eingesetzt werden. Sie können dort direkt als Heizelement verwendet werden oder auch als Regelelement in Verbindung mit einem Heiz­element mit geringerem positivem Temperaturkoeffizienten.

[0025] Weitere vorteilhafte Anwendungsgebiete sind zum Beispiel die Verwendung als Heizelement, beispielsweise bei Haus­halts-Durchlauferhitzern oder auch die Verwendung in Thermoschaltern.

Tabelle I

	Zusammensetzung						spez. Widerstand/µΩcm		TF
	Co	Fe	Ni	Mn	Si	Tl/°C	bei 20°C	bei 1000°C
a)	79	21	-	-	-	750	6,4	98	15
b)	77	23	-	-	-	780	5,8	98	16
c)	75	25	-	-	-	825	5,7	100	17,5
d)	R	25	-	0,2	0,1	825	6,7	103	15
e)	71	29	-	-	-	900	5,5	108	20
f)	R	25	5	0,2	0,1	810	5,8	98	17
g)	R	30	10	0,2	0,1	850	5,8	96	16,5
h)	-	-	100	-	-	-			6,5
i)	-	100	-	-	-	910			12
a) - g): erfindungsgemäße Legierungen
h), i) : Werkstoffe nach dem Stand der Technik

[0026] Die Erfindung betrifft eine Glühkerze, wie sie im Oberbegriff des Hauptanspruchs beschrieben ist.

[0027] Bei kaltem, unterhalb der Selbststarttemperatur liegendem Motor müssen luftverdichtende Brennkraftmaschinen mit Hilfe von Glühkerzen angelassen werden.

[0028] Die genannten Glühkerzen benötigen eine gewisse Zeit, um sich auf ihre Arbeitstemperatur zu erhitzen. Erst dann kann die Brennkraftmaschine angelassen werden. Diese Zeitdauer, auch Vorglühzeit genannt, ist bei der genannten Kerze schon recht kurz. Dennoch ist sie gegenüber dem Benzinmotor noch relativ lang, der sofort anlaßbereit ist.

[0029] Man ist deshalb bemüht, die Vorglühzeit möglichst noch weiter zu verkürzen.

[0030] Bei den bekannten Glühstiftkerzen ist die Regelwendel üblicher Weise aus reinem Nickel gefertigt, wobei sich ein Widerstandsverhältnis von etwa 7, bezogen auf ein Temperatur­verhältnis 20°/1000°C ergibt, d. h., daß der Widerstand bei 1000°C etwa 7 mal so groß wie bei 20°C ist. Auf diese Weise lassen sich Glühstiftkerzen herstellen, deren Aufheizzeit im Bereich von etwa 5 bis 6 Sekunden liegt; an der Glührohr­spitze beträgt die Temperatur dann etwa 850°C, während sich nach etwa 10 Sekunden eine Beharrungstemperatur von etwa 1140°C bei Nennspannung einstellt.

[0031] Wie die Praxis gezeigt hat, ist bei dieser Temperatur die Belastbarkeit der Wendeln erreicht, so daß bei weiterer theoretisch möglicher Verkürzung der Aufheizzeit durch Veränderungen beispielsweise der Wendelgeometrie oder durch konstruktive Gestaltung des Glührohres die Lebensdauer der Glühkerze erheblich beeinträchtigt wird.

[0032] Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile Glühstiftkerzen zur Verfügung zu stellen, deren Aufheizzeit gegenüber der der vorbekannten Glühstiftkerzen deutlich verringert ist, wobei gleichzeitig eine ausreichende Lebensdauer der Glühkerzen gewährleistet ist. Gleichzeitig sollen solche Glühstiftkerzen einfach herstellbar sein und den Einsatz von Steuergeräten zur Lösung der gestellten Aufgabe entbehrlich machen. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung solcher Glühstiftkerzen.

[0033] Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die kennzeich­nenden Merkmale des Anspruchs 4 gelöst. Weitere wesentli­che und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Ansprüchen 5 bis 17.

[0034] Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert:

Fig. 1A ist die graphische Wiedergabe des Widerstandsver­hältnisses verschiedener Wendeldrahtmaterialien in Abhängigkeit von der Temperatur.

Fig. 2 A ist die graphische Darstellung der Temperatur der Heizstab-Oberfläche in Abhängigkeit von der Zeit.

Fig. 3 A ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfin­dungsgemäßen Glühstiftkerze.

[0035] Es wurde gefunden, daß theoretisch durch Veränderung der Wendelgeometrie des Wendeldrahtes sowie der Ausbildung des Glühstiftes Aufheizzeiten unter 5 Sekunden erhältlich sind, wobei deren Lebensdauer jedoch für den gewünschten Zweck völlig unzureichend ist. Es wurde gefunden, daß dieses vor allem daran liegt, daß die schnelle Aufheizperiode nicht zu "bremsen" ist, so daß sich der Heizstab auf eine Behar­ rungstemperatur von mehr als 1130° bei üblicher Batteriespan­nung nach etwa 10 Sekunden einstellt, wobei nach diesseitiger Erkenntnis diese Temperatur die Lebensdauer solcher Glüh­stiftkerzen entscheidend beeinträchtigt.

[0036] Verwendet man demgegenüber als Regelwendel eine Widerstandswendel mit höherem Widerstand ist es nicht möglich, die gewünschte Verkürzung der Aufheizzeit zu erzielen, wenn man auf eine Beharrungstemperatur von etwa 1000°C abzielt.

[0037] Überraschenderweise wurde gefunden, daß sowohl die Aufheizzeit verringert wie auch die funktionsgemäße Lebens­dauer erzielbar ist, wenn man für die Regelwendel ein Material verwendet, das ein Widerstandsverhältnis von größer als etwa 7,5, vorzugsweise größer als 12 und insbesondere von etwa 14 aufweist.

[0038] Geeignete Materialien sind nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, Reinnickel sondern beispielsweise Legierun­gen aus Nickel/Eisen und Kobalt/Eisen, insbesondere Kobalt/­Eisen, vorzugsweise Legierungen gemäß Ansprüchen 7 und 8.

[0039] Als ganz besonders geeignet haben sich solche Mate­rialien herausgestellt, die nicht nur das genannte Wider­standsverhältnis aufweisen, sondern bei denen sich die Wider­standsänderung in einem bestimmten Temperaturbereich "sprunghaft" ändert, d. h., daß er sich nicht etwa linear wie bei rein Nickel sondern wie den genannten Legierungen im Bereich von 600 bis 900° sehr schnell, bezogen auf den übrigen Kurvenverlauf, verändert. Dieses wird durch die Kurven gemäß Figur 1 aufgezeigt, in der der Verlauf des Widerstandsverhältnisses in Abhängigkeit von der Temperatur für die genannten Materialien schematisch wiedergegeben wird.

[0040] Entsprechend erfindungsgemäß ausgebildete Glühstiftker­zen zeigen bezüglich ihrer Oberflächentemperatur als Funktion der Zeit ein Verhalten gemäß Figur 2A. Während bei diesem gezeigten Beispiel die Glühstiftkerze aus dem Stand der Technik die Glühstiftspitzentemperatur von 850° nach etwa 8 Sekunden erreicht hat, erreicht die erfindungsgemäße Glühstiftkerze diese Temperatur nach etwa 3 bis 4 Sekunden. Darüber hinaus ergibt sich aus der Darstellung, daß die erfindungsgemäße Glühstiftkerze bezüglich der Oberflächen­temperatur sehr stark "gebremst" wird und sich auf eine Beharrungstemperatur gemäß Figur 2A von etwa 1000° einstellt, während die Glühstiftkerze aus dem Stand der Technik sich auf eine Beharrungstemperatur von etwa über 1150° einstellt.

[0041] Die niedrige Beharrungstemperatur der erfindungsgemäßen Glühkerze verbessert jedoch nicht nur die Lebensdauer der Glühstiftkerze entscheidend; sie ermöglicht vor allem auch, daß mit dieser Kerze in den laufenden Motor mit höherer Generatorspannung (bis zu 13 Volt an der Kerze) nachgeglüht werden kann, ohne Heiz- und Regelwendel zu zerstören; dieser Möglichkeit des Nachglühens kommt wesentliche Bedeutung zur Verminderung der Schadstoffe im Abgas von Dieselmotoren zu. Auf diese Weise entfallen beim Nachglühen die sonst vor­zusehenden aufwendigen elektrischen oder elektronischen Steuerungen.

[0042] Eine typische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Glühstiftkerze ist in Figur 3A wiedergegeben.

[0043] Der Glühstift 1, als verschlossenes Glührohr ausgebil­det, besteht üblicherweise aus korrosionsbeständigem Werkstoff, vorzugsweise Inconel 600 oder 601.

[0044] In diesem Schutzrohr ist eine Wendelkombination 2/3 in einem gut wärmeleitenden Isolierstoff 4 (beispielsweise Magnesiumoxid) eingebettet.

[0045] Der vordere Abschnitt 2 der hintereinander angeordneten Wendeln wird als Heizwendel bezeichnet und besteht aus einem Drahtmaterial mit geringem positiven oder negativem Tempera­turkoeffizienten, vorzugsweise aus einem Chrom/Aluminium-­/Eisendraht. Der Durchmesser des Drahtes beträgt üblicher­ weise 0,3 bis 0,5 mm.

[0046] Die Heizwendel 2 ist mit der Regelwendel 3 üblicherweise durch Verschweißen verbunden. Die Regelwendel besteht in diesem Fall aus einer Legierung Kobalt/Eisen, wobei der Kobaltanteil in der Legierung etwa 75 % beträgt und der Rest Eisen ist; auf diese Weise wird erfindungsgemäß ein Material verwendet, dessen Widerstandskennlinie der Anwendung einer Glühkerze angepaßt ist. Diese Regelwendel 3 weist erfin­dungsgemäß zunächst einen niedrigeren Anstieg des Widerstands auf, während der Widerstand im Bereich der Wendeldrahttem­peratur von etwa 400 bis etwa 900° steil ansteigt.

[0047] Ebenfalls erfindungsgemäß stellt sich die gewünschte Beharrungstemperatur nach etwa 8 Sekunden ein. Die Glüh­temperatur von etwa 850°C wird bereits nach zwei bis fünf Sekunden erreicht. Der Durchmesser der Regelwendel beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel etwa 0,3 bis 0,4 mm.

[0048] Beispiele für erfindungsgemäß verwendbare Legierungen ergeben sich aus der folgenden Tabelle:

	Zusammensetzung						spez. Widerstand/µΩcm		TF
	Co	Fe	Ni	Mn	Si	Tl/°C	bei 20°C	bei 1000°C
a)	79	21	-	-	-	750	6,4	98	15
b)	77	23	-	-	-	780	5,8	98	16
c)	75	25	-	-	-	825	5,7	100	17,5
d)	R	25	-	0,2	0,1	825	6,7	103	15
e)	71	29	-	-	-	900	5,5	108	20
f)	R	25	5	0,2	0,1	810	5,8	98	17
g)	R	30	10	0,2	0,1	850	5,8	96	16,5

Ansprüche

1. Werkstoff für ein elektrisches Widerstandselement mit einem hohen positiven Temperaturkoeffizienten des elektri­schen Widerstandes, dadurch gekennzeichnet, daß zur Er­zielung eines hohen Verhältnisses der Widerstandswerte bei Temperaturen oberhalb 750°C und bei Raumtemperatur sowie eines nichtlinearen, zunächst flachen und dann steilen Anstiegs des Widerstandes mit der Temperatur eine Legie­rung verwendet wird, die bei Raumtemperatur eine kubisch raumzentrierte Struktur aufweist, die bei Erwärmung im Bereich zwischen Raumtemperatur und 1000°C in eine kubisch flächenzentrierte Struktur übergeht und die aus 20 - 35 Gew.% Eisen, anderen Elementen, z. B. Verarbeitungszusätze bis zu 1 Gew.-%, Rest Kobalt und wahlweise Nickel besteht.

2. Werkstoff nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeich­net, daß zur Erzielung einer bei Raumtemperatur kubisch raumzentrierten Struktur der Nickelgehalt mit steigendem Eisengehalt ansteigt.

3. Werkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Nickelgehalt durch annähernd lineare Inter­polation zwischen den Werten 0 Gew.% Nickel bei einem Eisengehalt von 20 Gew.% und 15 Gew.% Nickel bei einem Eisengehalt von 35 Gew.% ermittelt werden kann.

4. Glühkerze zur Anordnung im Brennraum einer luftver­dichtenden Brennkraftmaschine, mit einem Kerzengehäuse, mit einer Anschlußvorrichtung für den Glühstrom und mit einem an dem Kerzengehäuse befestigten Rohr, das an seinem vom Kerzengehäuse abgewandten Ende verschlossen ist, wobei in dem Rohr ein drahtwendelförmiges Widerstandselement in einem Isolierstoff angeordnet ist, wobei das Widerstandselement aus zwei in Reihe verbundenen Widerstandswendeln besteht, von denen die hintere als Regelwendel dienende Widerstandswendel einen höheren positiven Temperatur-Widerstandskoeffizienten als die vordere, als Heizwendel dienende Widerstandswendel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelwendelmaterial ein Widerstandsverhältnis, bezogen auf ein Temperaturverhältnis von 20°/100°C, von größer als etwa 7,5 aufweist.

5. Glühkerze nach Anspruch 4, dadurch gekenn­zeichnet, daß das Widerstandsverhältnis größer als 12 ist.

6. Glühkerze nach Anspruch 5, dadurch gekenn­zeichnet, daß das Widerstandsverhältnis etwa 14 ist.

7. Glühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelwendel­material im Bereich der Regelwendeldrahttemperatur von etwa 400 bis etwa 900°C eine sprunghafte Widerstandsänderung aufweist.

8. Glühkerze nach Anspruch 7, dadurch gekenn­zeichnet, daß sich der Bereich der sprunghaften Widerstandsänderung des Regelwendeldrahts von etwa 600 bis etwa 900°C erstreckt.

9. Glühkerze nach, mindestens einem der vorhergehenden Ansprüchen 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelwendel aus einer Nickel/Eisenlegierung besteht.

10. Glühkerze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelwendel aus einer Kobalt/Eisenlegierung besteht, die aus 20 - 35 Gew.% Fe, anderen Elementen als Verarbei­tungszusätze bis etwa 1 Gew.%, Rest Co und wahlweise Ni besteht.

11. Glühkerze nach Anspruch 10, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Legierung der Regelwendel einen Nickelgehalt aufweist, der mit steigendem Eisengehalt ansteigt, wobei der maximale Nickelgehalt durch annähernd lineare Interpolation zwischen den Werten 0 Gew.% Nickel bei einem Eisengehalt von 20 Gew.% und 15 Gew.% Nickel bei einem Eisengehalt von 35 Gew.% ermittelt werden kann.

12. Glühkerze nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelwendel ein- oder mehrstückig aus einem Material oder Materialien ausgebildet ist, dessen/deren Widerstandsver­hältnis(se) (20/1000 °C) im Bereich von etwa 100 bis etwa 400°, vorzugsweise bis etwa 600°, etwa 7,5 oder kleiner und im Bereich von 400°, vorzugsweise 600° bis etwa 900° steil auf Werte oberhalb etwa 7,5 bis auf größer als 12 ansteigt(en).

13. Glühkerze nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Regelwendel und Heizwendel praktisch vollständig in dem Teil des Rohres angeordnet sind, der als Glühstift dient und frei in den Raum ragt.

14. Verfahren zur Herstellung von Glühstiftkerzen nach einem der Ansprüchen 4 bis 13, dadurch gekenn­zeichnet, daß man die Regelwendel ein­stückig derart ausbildet, daß das Widerstandsverhältnis im Bereich von etwa 100 bis etwa 400°, vorzugsweise bis etwa 600°, etwa 7,5 oder kleiner ist und im Bereich von 400, vorzugsweise von 600° bis etwa 900°, steil auf Werte oberhalb etwa 7,5 bis auf etwa 14 ansteigt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekenn­zeichnet, daß man die Regelwendel ein- oder mehrstückig derart ausbildet, daß das Widerstandsverhältnis im Bereich von etwa 100 bis etwa 400°, vorzugsweise bis etwa 600° etwa 7,5 oder kleiner ist und im Bereich von 400, vorzugsweise von 600° bis etwa 900°, steil auf Werte oberhalb 12 ansteigt.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekenn­zeichnet, daß man als Material für die Regelwendel eine Kobalt/Eisenlegierung verwendet, die aus 20 - 35 Gew.% Fe, anderen Elementen als Verarbeitungszusätze bis etwa 1 Gew.%, Rest Co und wahlweise Ni besteht.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Legierung der Regelwendel einen Nickelgehalt aufweist, der mit steigendem Eisengehalt ansteigt, wobei der maximale Nickelgehalt durch annähernd lineare Interpolation zwischen den Werten 0 Gew.% Nickel bei einem Eisengehalt von 20 Gew.% und 15 Gew.% Nickel bei einem Eisengehalt von 35 Gew.% ermittelt werden kann.

Zeichnung