Glühkerze zur Anordnung im Brennraum einer luftverdichtenden Brennkraftmaschine

Abstract

 Eine Glühkerze (11) zur Verwendung in Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, hat in ihrem Glühelement (15) einen elektrischen Widerstandskörper, der teilweise aus einem Runddraht (19) und in seinem dem Boden (16) des Glüh­elementes (15) zugewandten Teil, aus einem Flachmaterial­streifen (20) besteht, der in Form einer in Längsrichtung auseinandergezogenen Spirale ausgebildet ist. Dieses in einer Einbettmasse (17) in dem Glühelement angeordnete Wi­derstandsheizelement sorgt für eine besonders schnelle Auf­heizung bei guter Lebensdauer. Das Flachmaterial-Wider­standselement (20) ist mit dem Boden (16) verschweißt und kann auch aus einem Band bestehen, dessen größere Abmessun­gen quer zur Achse (24) liegen. Das Widerstandselement kann konisch ausgebildet sein.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Glühkerze zur Anordnung im Brennraum einer luftverdichtenden Brennkraftmaschine.

[0002] Eine derartige Glühkerze ist beispielsweise aus der DE-OS 27 46 496 und 27 44 624 bekanntgeworden. Ein dem Boden des Glühelementes zugewandter Abschnitt des elektrischen Wider­standselementes besteht aus einer nach Art einer dicht ge­wickelten Uhrfeder ausgebildeten Spirale aus Flachmaterial, das auf einen Bolzen gewickelt ist und mit einer zwischenge­wickelten, bandförmigen Isolierung versehen ist. Dadurch entsteht ein sich selbst aufheizender massiver Zylinder, der nur eine geringe Außenoberfläche hat und bei dem insbeson­dere die Wärmeabfuhr von der Mitte her sehr schwierig ist.

[0003] Wie es bereits in der britischen Patentschrift 1 376 817 beschrieben ist, besteht ein Abschnitt des Widerstandsheiz­elementes aus einem Material mit hohem positiven Wider­stands-Temperaturkoeffizienten (PTC), um eine Schnellaufhei­zung mit nachfolgender Begrenzung des Heizstromes zu unter­stützen.

[0004] Eine gleiche Ausbildung mit wendelförmigen Heizdrähten ist in der deutschen Patentschrift 28 02 625 beschrieben.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Glühkerze der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die noch kürzere Aufheizzeiten ermöglicht.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Anspruch 1 ge­löst.

[0007] Bei der Verwendung von Flachmaterial in Form einer in Längs­richtung auseinandergezogenen Spirale oder Wendel treten verbesserte Wärmeübertragungsverhältnisse auf. Die Oberflä­che ist bei gleichem Querschnitt vergrößert. Bei der erfin­dungsgemäßen Glühkerze treten jedoch die üblicherweise bei Flachmaterialheizungen zu erwartenden Nachteile, beispiels­weise eine höhere Neigung zum Durchbrennen, nicht auf. Dies liegt einerseits an den kurzen Betriebszeiten und anderer­seits an der sehr festen Einbettung der Widerstandselemente, die für eine gute und gleichmäßige Wärmeabfuhr von allen Flächen des Widerstandselementes sorgt. Es kommt noch der Vorteil hinzu, daß infolge der gleichmäßigen Isolationsab­stände zwischen nebeneinanderliegenden Widerstandselement­flächen auf kleinerem Raum eine größere Heizleistung unter­gebracht werden kann. Diese Vorteile führen dazu, daß die Glühkerze nach der Erfindung eine um bis zu 50 % verkürzte Anheizzeit bei im übrigen gleichen Voraussetzungen für Standzeit und gleicher Stromaufnahme ermöglicht. Da diese

[0008] Zeiten die Vorglühzeiten für Dieselmotoren bestimmen, ist dies ein sehr wesentlicher Vorteil, der zu hohen Zeiteinspa­rungen und einem verbesserten Startverhalten führt.

[0009] Bei einer bevorzugten Ausführungsform, bei der das Flachma­terial oder Band seine größte Querschnittsabmessung in Rich­tung der Wendel- oder Spiralachse hat, wendet das Wider­standselement eine seiner großen Flächen der Außenseite zu, die somit die Wärme durch Leitung über die zwischengeschal­tete Einbettmasse direkt an die Außenfläche des Glühelemen­tes abgeben kann. Durch die Auseinanderziehung dieser Wendel oder Spirale mit keiner, mehr oder weniger Überlappung wird die gesamte Länge des Widerstandsheizelementes weitgehend gleichmäßig zur Wärmeableitung herangezogen und die Mittel­bereiche sind nicht benachteiligt. Durch konische Ausbildung des Widerstandselementes, das somit eine Wendel- bzw. Spi­ralform hat, läßt es sich gut an die Gegebenheiten anpassen.

[0010] Bei einer Ausführung, bei der die größten Querabmessungen quer zur Spiral- bzw. Wendelachse liegen, läßt sich eine sehr dichte Wicklung vornehmen und der tote Innenraum der Wendel bzw. Spirale, der nur den Durchmesser vergrößert und weitgehend nutzlos mit aufgeheizt werden muß, läßt sich ge­ring halten.

[0011] In diesem Falle kann der dem Boden zugewandte Teil des Wi­derstandselementes an diesem direkt durch Schweißung be­festigt sein, so daß das Glühelement den Rückleiter bildet. Es ist auch möglich, die Breite des Flachmaterialbandes über die Länge des Widerstandsheizelementes zu variieren, um es aufgrund der unterschiedlichen Leiterquerschnitte in der Glühtemperatur an die Gegebenheiten anzupassen, beispiels­weise um Bereiche mit höherer Wärmeableitung stärker behei­zen zu können. Zwischen der Erstreckung der größten Quer­schnittsabmessung in Achsrichtung oder quer zu dieser sind auch beliebige Zwischenstellungen möglich, in denen das

[0012] Flachmaterial einen Winkel zur Achse einnimmt. In diesem Falle würde beispielsweise eine Wendel oder Spirale mit ko­nisch ansteigenden oder abfallenden Windungsflanken entste­hen.

[0013] Diese und weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unter­ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausfüh­rungsbeispielen anhand der Zeichnung beschrieben und erläu­tert, wobei die einzelnen Merkmale für sich allein oder in Unterkombinationen zu mehreren verwirklicht sein können. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine teilgeschnittene Detailansicht einer Glühkerze in teil-perspektivischer Darstel­lung,

Fig. 2 eine entsprechende Darstellung einer Variante,

Fig. 3 eine weitere Variante eines Widerstandselemen­tes.

[0014] Fig. 1 zeigt eine Glühkerze 11 mit einem Kerzengehäuse 12, das mittels eines Gewindes 13 über Sechskant-Schlüsselflä­chen 14 in den Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, zum Beispiel eines Dieselmotors, eingeschraubt werden kann. Das Kerzengehäuse und der nicht dargestellte Anschluß an eine elektrische Zuleitung kann in üblicher Weise ausgebildet sein. In den Brennraum hinein ragt ein hülsenförmiges Glüh­element 15, das an seinem freien Ende durch einen beispiels­weise kugeligen Boden 16 abgeschlossen ist. In ihm liegt in einer elektrisch-isolierenden, hochwärmefesten Einbettmasse 17 ein elektrisches Widerstandselement 18, mit dem das Glüh­element beheizt wird.

[0015] Das Widerstandselement 18 besteht aus zwei Abschnitten, und zwar einem Draht-Widerstandselement 19, das aus einem in Form einer zylindrischen Wendel gewickelten Runddraht be­steht und den zum Kerzengehäuse 12 hin gewandten Abschnitt des Widerstandselementes 18 bildet. Mit einem geschweißten Anschluß 22 ist direkt mit ihm ein Flachmaterial-Wider­standselement 21 verbunden, das aus einem Band aus Wider­standsmaterial besteht, das die Form einer konisch auseinan­dergezogenen Spirale hat. Die größten Querschnittsabmessun­gen ª liegen dabei in Richtung der Achse 24 des Widerstands­elementes und der Glühkerze. Der dem Boden 16 zugewandte Teil des Flachmaterial-Widerstandselementes 20 ist direkt mit dem Boden verschweißt, der den Rückleiter bildet.

[0016] Die einzelnen Windungen der konischen Spirale sind beim Aus­führungsbeispiel so weit auseinandergezogen, daß sie sich kaum noch überlappen. Wenn sie so weit auseinandergezogen sind, daß zwischen benachbarten Windungen ein Längsabstand zur Schaffung einer Isolierstrecke entsteht, könnte das Flachmaterial-Widerstandselement auch in Form einer zylind­rischen Wendel ausgebildet sein. Im Beispiel verjüngt sich das Flachmaterial-Widerstandselement 20 vom Wendeldurchmes­ser des Draht-widerstandselementes bis auf einen sehr klei­nen Durchmesser im Bereich des Bodenanschlusses 23 und paßt sich somit gut der sich ebenfalls verjüngenden Form des Glühelementes an.

[0017] Einer der Widerstandselement-Abschnitte, vorzugsweise der dem Kerzengehäuse zugewandte, kann aus einem Material mit hohem positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandes (PTC) bestehen.

[0018] Es ist zu erkennen, daß damit ein insbesondere im besonders wesentlichen Endbereich des Glühelementes sehr großflächiges und wirksames Widerstandselement geschaffen wird. Es ist den Gegebenheiten, insbesondere der hohen Wärmeabgabe im Endbe­reich, gut anzupassen.

[0019] Bei der Ausführung nach Fig. 2 ist bei im übrigen gleicher Ausbildung des dem Boden zugewandten Teils, d.h. des Flach­material-Widerstandselementes 20 auch der dem Kerzengehäuse zugewandte Teil des Widerstandselementes 20a als wendelför­mig gewickeltes Flachmaterialband ausgeführt, dessen größere Flächenabmessungen ª in Richtung der Mittelachse 24 verlau­fen. Auch hierbei ist eine Verschweißung zwischen den beiden Widerstandselement-Abschnitten vorgesehen. Eine Ausführung mit Flachmaterial-Widerstandsheizelement wäre auch bei einer einteiligen Ausführung der gesamten Heizung vorteilhaft.

[0020] Fig. 3 zeigt eine Ausführung, bei der das Flachmaterial-­Widerstandsheizelement ebenfalls aus einem Band hergestellt ist, das jedoch seine größeren Querschnittsabmessungen ª quer zur Achse 24 hat. Auch dies ist in Form eines konischen bzw. bogenförmig gerundeten spiralig/wendelförmigen Körpers gewickelt, der sich ebenfalls gut an die Endform des Glüh­elementes anpassen läßt. Insbesondere bei dieser verjüngten Ausbildung hat sich die Anordnung der Bänder mit quer zur Achse verlaufender Flächenerstreckung vorteilhaft, weil da­durch eine bevorzugte Wärmeabgabe an das Ende des Glühele­mentes erfolgt. Auch für die Einbettung ergeben sich Vor­teile.

Ansprüche

1. Glühkerze zur Anordnung im Brennraum einer luftverdich­tenden Brennkraftmaschine mit einem Flachmaterial-­Widerstandselement (20).

2. Glühkerze nach Anspruch 1, mit einem Kerzengehäuse (12) und einem hülsenförmigen Glühelement (15) mit einem Boden (16) an seinem freien Ende, in dem in elek­trisch-isolierender Einbettmasse (17) ein elektrisches Widerstandselement (18) angeordnet ist, das zumindest teilweise aus spiralig geformtem Flachmaterial besteht und an seinen beiden Enden elektrisch angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse (22, 23) des Flachmaterial-Widerstandselementes (20) in Längsrichtung des Glühelementes (15) entfernt voneinan­der angeordnet sind.

3. Glühkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­net, daß das Flachmaterial-Widerstandselement (20) die Form einer sich verjüngenden, zum Beispiel konischen Spirale hat, deren Durchmesser sich vorzugsweise, zu­mindest über einen Teil ihrer Länge, zum Boden (16) des Glühelementes (15) hin verringert.

4. Glühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­durch gekennzeichnet, daß das Flachmaterial-Wider­standselement (20) aus zwei in Längsrichtung hinterein­andergeschalteten Abschnitten unterschiedlichen Wider­standsmaterials besteht, von denen wenigstens einer aus Widerstands-Flachmaterial besteht.

5. Glühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­durch gekennzeichnet, daß ein Flachmaterial-Wider­standselement (20) eine in Längsrichtung des Glühele­mentes (15) auseinandergezogene Spirale ist.

6. Glühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­durch gekennzeichnet, daß ein Flachmaterial-Wider­standselement (20) eine Flachmaterial-Wendel ist.

7. Glühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­durch gekennzeichnet, daß das Flachmaterial-Wider­standselement (20) mit einem seiner Anschlüsse (23) mit dem Boden (16) verbunden ist, vorzugsweise im Bereich seines geringsten Durchmessers direkt mit dem Boden (16) verschweißt ist, wobei insbesondere ein dem Boden (16) benachbarter Abschnitt konisch ausgebildet ist.

8. Glühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­durch gekennzeichnet, daß insbesondere ein dem Boden (16) zugewandtes Flachmaterial-Widerstandselement (20) größere Querschnittsabmessungen (ª) quer zur Achse (24) des gegebenenfalls verjüngt wendel- bzw. spiralförmig gewickelten Widerstandselementes (20) aufweist.

9. Glühkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Flachmaterial einen Querschnitt mit in Längsrichtung des Glühelementes (15) größeren, vorzugsweise mehr als dreimal größeren Längsabmessungen aufweist als die zugehörigen Dicken-Abmessungen.

10. Glühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­durch gekennzeichnet, daß die Breite des Flachmaterial­streifens, aus dem das Flachmaterial-Widerstandselement (20) besteht, über die Länge des Widerstandselementes unterschiedlich ist.

Zeichnung