[0001] Die Erfindung betrifft eine Stabflammglühkerze zum Vorwärmen der Ansaugluft einer
Brennkraftmaschine mit Selbstzündung nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs
1.
[0002] Eine derartige Stabflammglühkerze, die beispielsweise aus der DE-PS 40 07 340 bekannt
ist, wird dazu verwandt, die Ansaugluft einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung
beispielsweise eines Dieselmotors zu erwärmen, wenn aufgrund niedriger Temperaturen
bei der Selbstzündung Startprobleme auftreten würden.
[0003] Stabflammglühkerzen sind in Ausführungen mit einem oder mehreren Heizstäben sowie
mit einfachen oder mehrfachen Wendelkombinationen aus Regel- und Heizwendeln bekannt.
Wenn an eine derartige Stabflammglühkerze eine elektrische Spannung gelegt wird, dann
fließt ein Strom durch die Wendelkombination aus Regel- und Heizwendeln, so daß die
Heizwendel, deren Widerstandswert von der Temperatur nahezu unabhängig ist, zuerst
glüht. Durch die Erwärmung des Regelwendelmaterials, das einen negativen Widerstandstemperaturkoeffizienten
hat und daher mit steigender Temperatur den Strom über seinen Eigenwiderstand reduziert,
wird die Heizwendel gegen eine Überhitzung geschützt.
[0004] Üblicherweise bestehen die Regelwendeln aus Reinnickel, d. h. Ni 99,9. Dieses Material
hat jedoch ein Regelverhalten, d. h. ein Widerstandsverhalten bezüglich der Abregelung
des Stromes über die Temperatur, das zu relativ langen Aufheizzeiten führt. Der flache
Anstieg der Temperaturkurve, der für die lange Aufheizzeit bis zur Zündtemperatur
verantwortlich ist, entspricht ohne Taktfunktion beim Einsetzen der Generatorspannung
nicht den Anforderungen für eine Schnellstart der Brennkraftmaschine, insbesondere
innerhalb von ca. 15 s.
[0005] Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Stabflammglühkerze
nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die eine kürzere Aufheizzeit
bis zur Zündtemperatur hat und nicht getaktet werden muß, um die hohen Spannungen
abzufangen.
[0006] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Regelwendel aus einer
CoFe-Legierung besteht.
[0007] Das Widerstandsverhalten bezüglich der Abregelung des Stromes gegenüber der Temperatur
ist bei CoFe-Legierungen wesentlich höher als bei Nickel, wobei der sich ergebende
Regelfaktor proportional mit der Temperatur des Heizstabes gekoppelt ist. Die Aufheizzeiten
einer Stabflammglühkerze mit einer Regelwendel aus einer CoFe-Legierung gemäß der
Erfingung und einer Regelwendel aus Ni sind im Vergleich in Fig. 3 der zugehörigen
Zeichnung dargestellt.
[0008] Besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Stabflammglühkerze
sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 9.
[0009] Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht des Heizstabes bei einem ersten Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Stabflammglühkerze,
Fig. 2 eine Schnittansicht des Heizstabes bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Stabflammglühkerze,
Fig. 3 in einem Temperatur-Zeit-Diagramm die Aufheizzeit bei einem Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Stabflammglühkerze mit Regelwendel aus CoFe gegenüber einer
üblichen Stabflammglühkerze mit Regelwendel aus Ni und
Fig. 4 den Grundaufbau einer Stabflammglühkerze.
[0010] Wie es in Fig. 4 dargestellt ist, besteht eine Stabflammglühkerze üblicherweise aus
einem Gehäuse 12 mit einem Kraftstoffanschluß 13 mit Dosiereinrichtung und einem elektrischen
Anschluß 14. Im Inneren des Gehäuses 12 befindet sich ein Heizstab, der vom luftseitigen
Ende des Gehäuses 12 vorsteht und dort von einem Schutzrohr 15 umgeben ist, das sich
axial an das luftseitige Ende des Gehäuses 12 anschließt. Im Inneren des Gehäuses
wird der über den Kraftstoffanschluß 13 zugeführte Kraftstoff mittels des Heizstabes,
der über den elektrischen Anschluß 14 mit Strom versorgt wird, erwärmt, verdampft
und schließlich gezündet. Eine derartige Stabflammglühkerze ist im Ansaugluftstrom
einer Brennkraftmaschine so angeordnet, daß die dabei entstehende Flamme die Ansaugluft
erwärmt. Dadurch ist ein Start einer Brennkraftmaschine auch bei Temperaturen möglich,
die so niedrig sind, daß bei Selbstzündung Startprobleme auftreten würden.
[0011] Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, besteht der Heizstab im wesentlichen aus einem
Glührohr 8, das mit einem Füllmaterial 10 gefüllt ist und in dem wenigstens eine Regelwendel
2 und eine Heizwendel 1 angeordnet sind, die in das Füllmaterial 10 eingebettet sind.
Die Wendeln 1, 2 sind in Reihe zueinander geschaltet und an einem Schweißpunkt 5 miteinander
verschweißt sowie mit dem elektrischen Anschluß, d. h. dem Innenpol 9 sowie bei dem
in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Schweißlinse 7 mit dem Glührohr
8 als Masseanschluß verbunden.
[0012] Wenn eine elektrische Spannung zwischen dem Innenpol 9 und dem Glührohr 8 liegt,
dann fließt ein Strom durch die Wendelkombination der Heiz- und Glühwendeln 1 und
2. Da die Heizwendel aus einem Material besteht, dessen Widerstandswert über die Temperatur
nahezu konstant ist, glüht die Heizwendel 1 zuerst. Durch die dann einsetzende Erwärmung
des Regelwendelmaterials, das einen negativen Temperaturkoeffizienten hat und somit
mit steigender Temperatur den Strom über seinen Eigenwiderstand reduziert, wird die
Heizwendel 1 gegenüber einer Überhitzung geschützt. Das Regelwendelmaterial ist eine
CoFe-Legierung, vorzugsweise Co8Fe oder Co25Fe.
[0013] Wie es weiterhin in Fig. 1 dargestellt ist, ist der Windungsabstand im vorderen Bereich
4 der Regelwendel 2, d. h. am heizwendelseitigen Ende größer als im übrigen Bereich
der Regelwendel 2, was eine spätere Abregelung der Regelwendel 2 durch Wärmeabführung
bewirkt. Da der Regelwendeldraht über die Temperatur den Widerstand verändert, beeinflußt
die Wärmeabstrahlung bzw. Wärmeleitung der Heizwendel 1 das Regelverhalten der Regelwendel
2. Für dieses Regelverhalten sind daher sowohl der Abstand zwischen den einzelnen
Regelwendelwindungen sowie der Abstand zwischen der Heiz- und der Regelwendel 1, 2
ausschlaggebend. Der Sprung, d. h. der Abstand zwischen den Windungen an den miteinander
verbundenen Enden der Regelwendel 2 und der Heizwendel 1 trägt somit gleichfalls zur
Verzögerung der Abregelung bei.
[0014] Wie es in Fig. 1 weiterhin dargestellt ist, ist auch bei der Heizwendel 1 an einem
bestimmten Bereich, nämlich am vorderen Bereich der Heizwendel 1, d. h. am luftseitigen
Ende, an dem die Heizwendel 1 mit dem Glührohr 8 verschweißt ist ein größerer Windungsabstand
als am übrigen Bereich der Heizwendel 1 vorgesehen. Dadurch wird eine bessere Wärmeverteilung
und eine bessere Befüllung mit der Füllmasse 10 erreicht und ergibt sich die Möglichkeit,
gemäß Fig. 2 durch ein zusätzliches Anreduzieren 6 des Glührohres an der Glühstabspitze
eine höhere Verdichtung des Füllmaterials 10 zu erreichen. Dieses Anreduzieren der
Spitze des Glührohrs 6 führt zu einer Verdichtung des Füllmaterials 10 im Bereich
der ersten bis dritten Windung der Heizwendel 1 und damit zu einer Aufstauchung. Durch
den Windungsabstand oder Sprung 3 in der Heizwendel 1 wird verhindert, daß durch das
Reduzieren 6 die Wendel 1 am Glührohr 8 anliegt, und wird weiterhin ein nicht definiertes
Aufgehen des in Fig. 1 dargestellten Doppelblocks 11 am Heizwendelende verhindert.
[0015] Die zusätzliche Anreduzierung mit Aufstauchung des Heizdrahtes der Heizwendel 1 ergibt
darüberhinaus eine wesentlich höhere Lebensdauer, da der Draht aufgrund der Drahtaufstauchung
nicht so schnell durchbrennt.
[0016] Das Füllmaterial 10, mit dem das Glührohr 8 befüllt ist und in das die Regel- und
Heizwendeln 1, 2 eingebetten sind, besteht wenigstens teilweise, d. h. wenigstens
im Bereich der Heizwendel 1 aus AlN, d. h. einem Material mit hoher Wärmeleitung,
um für eine schnelle Wärmeabführung von der Heizwendel 1 zur Oberfläche des Glührohres
8 zu sorgen. Im Regelwendelbereich 2 besteht das Füllmaterial vorzugsweise aus MgO,
d. h. einem Material mit schlechterer Wärmeleitung als AlN, was zur Folge hat, daß
einerseits die Wärme der Heizwendel 1 schnell nach außen abgeführt wird, während andererseits
die Erwärmung der Regelwendel 2 durch die Wärme der Heizwendel 1 verzögert ist.
[0017] Es ist auch möglich, sowohl den Heizwendelbereich als auch den Regelwendelbereich
mit AlN zu befüllen und im Zwischenraum zwischen der Heiz- und der Regelwendel 1,
2 ein Füllmaterial aus MgO vorzusehen.
[0018] Schließlich kann auch die komplette Füllung aus AlN bestehen, wenn der Windungsabstand
4 und der Windungssprung zwischen der Heiz- und der Regelwendel 1, 2 entsprechend
angepaßt werden.
[0019] Bei der erfindungsgemäßen Stabflammglühkerze, bei der die Regelwendel aus einer CoFe-Legierung
besteht, wird somit durch die starke Abregelung eine schnellere Aufheizzeit bei gleichzeitiger
Sicherheit gegen ein Durchbrennen erzielt. Dieser Effekt wird dadurch verstärkt oder
unterstützt, daß die Windungsabstände und die Füllmaterialien in der oben angegebenen
Weise gewählt werden.
[0020] Die Anreduzierung bewirkt eine Verdichtung des Füllmaterials bei gleichzeitiger Aufstauchung
des Heizdrahtes, wobei die Verdichtung einerseits eine bessere Wärmeabfuhr und andererseits
ein Herauspressen des Sauerstoffes bewirkt, der sonst zur Zerstörung der Wendelelemente
führen könnte.
1. Stabflammglühkerze zum Vorwärmen der Ansaugluft einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung
mit
- einem Gehäuse, das einen Kraftstoffanschluß mit Dosiereinrichtung und einen elektrischen
Anschluß aufweist, und
- wenigstens einem Heizstab, der im Gehäuse angeordnet ist und aus einem mit einem
Füllmaterial gefüllten Glührohr und wenigstens einer Regelwendel und wenigstens einer
Heizwendel gebildet ist, die in das Füllmaterial eingebettet und in Reihe zueinander
mit dem elektrischen Anschluß verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die Regelwendel (2) aus einer CoFe-Legierung besteht.
2. Stabflammglühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die CoFe-Legierung
Co8Fe ist.
3. Stabflammglühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die CoFe-Legierung
Co25Fe ist.
4. Stabflammglühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Windungsabstand der Regelwendel (2) im heizwendelseitigen Bereich größer als
im übrigen Bereich ist.
5. Stabflammglühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Windungsabstand der Heizwendel (1) im Bereich der Glühstabspitze größer als
im übrigen Bereich ist.
6. Stabflammglühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Füllmaterial (10) wenigstens im Heizwendelbereich AlN ist.
7. Stabflammglühkerze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial im
Regelwendelbereich MgO ist.
8. Stabflammglühkerze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial sowohl
im Heizwendel- als auch im Regelwendelbereich AlN ist und zwischen der Heiz- und der
Regelwendel ein Füllmaterial aus MgO vorgesehen ist.
9. Stabflammglühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine
Durchmesserreduzierung (6) der Glührohrspitze.