[0001] Die Erfindung betrifft eine Glühkerze mit einem Hohlkörper, in dem ein keramischer
Heizstab mit eingesintertem Heizelement angeordnet ist, der an einer Seite des Hohlkörpers
axial vorsteht und dessen Heizelement mit Stromversorgungsanschlüssen verbunden ist.
[0002] Derartige Glühkerzen mit einem keramischen Leiter und einer Metallwiderstandswendel
als Heizelement sind aus der DE 42 03 183 A1 bzw. der DE 41 33 046 A1 bekannt.
[0003] Glühkerzen werden allgemein als Starthilfe in Dieselmotoren und Alkoholmotoren, zur
Zündung von Zusatzheizungen, zur Zündung von Gasbrennern usw. verwandt.
[0004] Bei der aus der DE 42 03 183 A1 bekannten Glühkerze besteht der keramische Leiter
aus einem U-förmig gebogenen Leiterstück, das am vorderen Ende des vorstehenden Teils
des Heizelementes angeordnet ist und ein erstes Heizelement bildet. Dieses erste Heizelement
ist über ein zweites Heizelement in Form einer Wendel aus einem metallischem Material
mit den Stromversorgungsanschlüssen verbunden.
[0005] Bei der aus der DE 41 33 046 A1 bekannten Glühkerze ist die Heizwendel direkt mit
den Stromversorgungsanschlüssen verbunden.
[0006] Aufgrund der bei derartigen Glühkerzen vorgesehenen Kontaktierungen im Heizbereich,
insbesondere zwischen dem ersten und dem zweiten Heizelement sowie zwischen dem zweiten
Heizelement und den Stromversorgungsanschlüssen ist das Fertigungsverfahren derartiger
Glühkerzen sehr aufwendig. Wegen der notwendigen Kontaktierungen im Heizbereich besteht
darüber hinaus eine thermische Belastbarkeitsgrenze eines in den keramischen Isolator
eingesinterten keramischen Leiters bei bereits ca. 1200°C.
[0007] Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht demgegenüber darin, die Glühkerze
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie mit einem einfachen Fertigungsverfahren,
das eine geringere Anzahl von Fertigungsschritten umfaßt, aus weniger Einzelteilen
herstellbar ist und bei der eine thermische Überlastung an den Kontaktstellen vermieden
ist.
[0008] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß am Heizelement Kontaktflächen
ausgebildet sind, über die das Heizelement mit den Stromversorgungsanschlüssen in
Kontakt steht.
[0009] Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung werden Kontakte, insbesondere Lötkontakte im
Heizbereich vermieden, so daß keine thermischen Überlastungen an den Kontaktstellen
auftreten können, wobei aufgrund der Ausbildung der Kontakte in Form von Kontaktflachen
am Heizelement die erfindungsgemäße Glühkerze mit einem einfachen Verfahren gefertigt
werden kann.
[0010] Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung ist es darüber hinaus möglich, der Kerze
Abmessungen zu geben, die geometrisch Metall-Stabglühkerzen entspricht, d.h. eine
Keramikglühkerze in Kompaktbauweise auszuführen, die darüber hinaus mit den bereits
bestehenden und bekannten Fertigungsverfahren in Großserie, d.h. kostengünstig herstellbar
ist. Die erfindungsgemäße Glühkerze weist ein Heizelement auf, das thermisch und mechanisch
auch bei Temperaturen von über 1200°C stabil ist.
[0011] Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Glühkerze
sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 10.
[0012] Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine Axialschnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Glühkerze,
Fig. 2 eine Akialschnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Glühkerze, und
Fig. 3 eine Axialschnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Glühkerze.
[0013] Die in Fig. 1 dargestellte Glühkerze besteht im wesentlichen aus einem metallischen
Hohlkörper 1, in dessen Hohlraum ein keramischer Heizstab 2 angeordnet ist, der an
einem Ende, d.h. am motorseitigen Ende des Hohlkörpers 1 axial aus diesem herausragt.
Der Heizstab 2 ist im wesentlichen aus einem keramischen Isolator 7, beispielsweise
aus AlN gebildet, in den ein keramischer Leiter 6, beispielsweise aus SiC oder SiAlON
eingebettet, z. B. eingesintert ist. Der keramische Leiter 6 ist so gestaltet, daß
in der motorseitigen Heizstabspitze, d.h. im Heizbereich 5, eine Zone 15 mit einem
höheren elektrischen Widerstand gebildet ist. Diese Zone 15 bildet den eigentlichen
Heizwiderstand, der vorzugsweise in der in Fig. 1 dargestellten Weise U-förmig ausgebildet
ist. Diese Ausbildung kann durch eine entsprechende Dotierung des keramischen Leiters
6 in der Zone 15 oder durch eine Querschnittsreduzierung erzielt werden.
[0014] An die Zone 15 schließt sich ein niederohmiger Bereich 14 an, der die beiden Enden
des Heizwiderstandes elektrisch mit dem Anschlußbereich, d.h. den Stromversorgungsanschlüssen,
verbindet, die bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der metallischen
Hohlkörper 1 als Masseanschluß und ein Schraub- oder Steckeranschluß 3 sind, der gleichfalls
im Hohlkörper 1 auf der dem Heizbereich 5 gegenüberliegenden Seite angeordnet ist.
[0015] Zur Bildung des Heizstabes 2 wird der keramische Leiter 6 nach üblichen Fertigungsverfahren
in den keramischen Isolator 7 eingesintert und durch eine mechanische Bearbeitung
vor oder nach dem Sintervorgang mit Kontaktflächen 8 und 9 für den Massekontakt und
den Steckerkontakt versehen. Die Anordnung des keramischen Leiters 6 sowie die Ausbildung
der Kontaktflächen 8 und 9 sind derart, daß der keramische Leiter 6 elektrisch einerseits
im Bereich seines Endabschnittes mit dem metallischen Hohlkörper 1 zur Bildung des
Massekontaktes und andererseits am anderen Endabschnitt mit dem Steckeranschluß 3
elektrisch verbunden ist. Die Massekontaktfläche 9 kann gleichzeitig als Dichtsitz
dienen. Die Kontaktfläche 8 steht mit dem Steckeranschluß 3 in Verbindung, der beispielsweise
als ein Rundstecker ausgeführt sein kann.
[0016] Die Kontaktierung des keramischen Leiters 6 mit den Stromversorgungsanschlüssen,
d.h. gemäß Fig. 1 mit dem metallischen Hohlkörper 1 sowie mit dem Steckeranschluß
3 ist vorzugsweise eine Druckkontaktierung. Das heißt, daß der Kontakt an den Kontaktflächen
8 und 9 druckbeaufschlagt ist. Das kann dadurch erreicht werden, daß der Heizstab
2 druckdicht über einen Isolierring 4 in den Hohlkörper 1 eingebaut ist, über den
der Rand 12 des Hohlkörpers 1 gebördelt ist, wobei die dabei erzielte Vorspannung
einen Druck an den Kontaktflächen 8 und 9 zur Folge hat. Die Vorspannung kann darüber
hinaus durch ein Erwärmen und axiales Stauchen des Hohlkörpers 1 im mittleren Bereich
13 erzielt oder gesteigert werden.
[0017] Falls es erforderlich sein sollte, können die Kontakte zusätzlich gelötet oder mit
einem leitfähigen Kleber oder einem leitfähigen Kitt verklebt sein.
[0018] Bei der in Fig. 1 dargestellten Glühkerze sind zur Verbesserung der Kontaktierung
an den Kontaktflächen 8 und 9 Kontaktteile in Form von metallischen Kontaktringen
10 und 11 vorgesehen, die mit dem keramischen Leiter 6 an den Kontaktflächen 8 und
9 mechanisch und elektrisch, beispielsweise durch Löten, verbunden sind. Diese Kontaktringe
10 und 11 können auf den vorgefertigten Heizstab 2 aufgebracht werden oder mit dem
keramischen Leiter 6 verbunden werden, bevor der keramische Leiter mit den Kontaktringen
10, 11 komplett in den keramischen Isolator 7 eingesintert wird. Durch eine entsprechende
Anordnung des keramischen Leiters 6 und der Kontaktringe 10, 11 im Isolateor 7 ist
dafür gesorgt, daß der keramische Leiter 6 auf der den Kontakten diametral gegenüberliegenden
Stellen gegen Hohlkörper 1 bzw. dem Steckeranschluß 3 isoliert ist.
[0019] Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Glühkerze, das sich von
dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, daß es eine
zweipolige Ausführung gegenüber der in Fig. 1 dargestellten einpoligen Ausführung
hat.
[0020] Während bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel die Kontaktfläche 9 für
den Massekontakt an einer Außenseite des keramischen Leiters 6 im niederohmigen Bereich
innerhalb des metallischen Hohlkörpers 1 ausgebildet war und dort mit diesem den Massekontakt
bildete, ist bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel auch diese Kontaktfläche
für den Massekontakt am Ende des keramischen Leiters 6 ausgebildet und über einen
Kontaktteil 18 mit dem zweiten Pol 20 des Steckeranschlusses 3 verbunden, dessen erster
Pol in gleicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ausgebildet ist. Ein
Isolierteil 19 ist zwischen den beiden Polen 3 und 20 des Steckeranschlusses 3 vorgesehen.
[0021] Während bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel die Kontaktteile als
Kontaktringe 10, 11 ausgebildet waren, sind bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
einzelne Kontaktstücke 17, 18 vorgesehen, die jeweils für den Kontakt zu dem entsprechenden
ersten oder zweiten Pol angeordnet und ausgebildet sind.
[0022] Bei einer zweipoligen Ausbildung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, ist der Hohlkörper
1 gegenüber den Heizelementen elektrisch isoliert eingebaut, wobei die Fläche 21,
die sich an der Stelle befindet, an der in Fig. 1 die Massekontaktfläche 9 ausgebildet
ist, als reine Dichtfläche dient.
[0023] Im übrigen entspricht die in Fig. 2 dargestellte Glühkerze dem in Verbindung mit
Fig. 1 bereits beschriebenen Aufbau.
[0024] Bei den beiden in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen kann durch eine
spezielle Dotierung der leitfähigen Keramik des keramischen Leiters 6 dafür gesorgt
werden, daß der keramische Leiter 6 bereichsweise verschiedene Widerstandstemperaturkoeffizienten
hat, d.h. daß ein Bereich mit positivem Widerstandstemperaturkoeffizient entsteht,
so daß die Glühkerze selbstregelnd ist. Diese Selbstregeleigenschaft kann über den
ganzen Bereich des keramischen Leiters 6 oder nur über einen Teilbereich vorgesehen
sein. Vorzugsweise ist diese Eigenschaft über den Bereich 14 vorhanden.
[0025] Das in Fig. 3 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet
sich von dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel im wesentlichen dadurch,
daß statt eines keramischen Leiters als Heizelement eine Heizwendel 16 aus einem Widerstandsdraht,
insbesondere eine Wolframdrahtwendel, vorgesehen ist. Die Wolframdrahtwendel 16 ist
in den keramischen Isolator 7 eingesintert und über Kontaktringe 10, 11 mit den Versorgungsanschlüssen,
z.B. einem Steckeranschluß 3 und dem Masseanschluß am Körper 1 an der Kontaktfläche
9 verbunden. Im übrigen entspricht das dritte in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel
dem anhand von Fig. 1 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel.
1. Glühkerze mit einem Hohlkörper, in dem ein keramischer Heizstab mit eingesintertem
Heizelement angeordnet ist, der an einer Seite des Hohlkörpers axial vorsteht und
dessen Heizelement mit Stromversorgungsanschlüssen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
daß am Heizelement (6) Kontaktflächen (8, 9) ausgebildet sind, über die das Heizelement
(6) mit den Stromversorgungsanschlüssen in Kontakt steht.
2. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte des Heizelementes
(6) an seinen Kontaktflächen (8, 9) mit den Stromversorgungsanschlüssen druckbeaufschlagt
sind.
3. Glühkerze nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Isolier- und Dichtungsring (4),
der auf der anderen Seite im Hohlkörper (1) angeordnet ist und über den der Rand (12)
des Hohlkörpers (1) so gebördelt ist, daß eine Vorspannung in axialer Richtung besteht,
die die Kontaktflächen (8, 9) mit Druck beaufschlagt.
4. Glühkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine axiale Vorspannung, die
die Kontaktflächen (8, 9) unter Druck setzt, durch Erwärmen und axiales Stauchen des
Hohlkörpers (1) erzeugt ist.
5. Glühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch metallische
Kontaktteile (10, 11, 17, 18), die an den Kontaktstellen zwischen den Kontaktflächen
(8, 9) des Heizelements (6) und den Stromversorgungsanschlüssen vorgesehen sind.
6. Glühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kontaktfläche (8) für den Steckeranschluß (3) an einem Leiterendabschnitt ausgebildet
ist und die Kontaktflächen (9) für den Masseanschluß an einer Stelle in einem Bereich
des anderen Leiterendabschnittes, der sich in dem aus einem metallischen Material
bestehenden Hohlkörper (1) befindet, ausgebildet ist, wobei das Heizelement (6) so
angeordnet und die Kontaktfläche (9) für den Masseanschluß so ausgebildet ist, daß
an dieser Stelle der Massekontakt zum metallischen Hohlkörper (1) gebildet ist.
7. Glühkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper
(1) gegenüber dem heizelement (6) isoliert ist und die Kontaktfläche für den Masseanschluß
am anderen Ende des Heizelementes (6) ausgebildet und mit dem Massepol (20) eines
zweipoligen Anschlußsteckers (3, 20) verbunden ist.
8. Glühkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das
Heizelement (6) ein keramischer Leiter ist.
9. Glühkerze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Leiter (6) wenigstens
teilweise unterschiedlich dotiert ist, so daß Bereiche mit positivem und negativem
Widerstandstemperaturkoeffizienten gebildet sind.
10. Glühkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement
eine Heizwendel aus einem metallischen Widerstandsmaterial ist.