Die Erfindung bezieht sich auf Glühstiftkerzen, insbesondere Niedervolt-Glühstiftkerzen zum Anordnen in einem Brennraum einer Brennstoffkraftmaschine, wobei die Glühstiftkerze einen mit einer definierten Betriebsspannung ausgelegten Spannungsquelle verbindbaren elektrischen Widerstand aufweisenden Heizleiter umfasst und der Heizleiter auf eine definierte Betriebstemperatur bringbar ist.

Glühstiftkerzen als Teil einer Glüheinrichtung werden unter anderem beim Kaltstart und Kaltlauf von Dieselmotoren verwendet. Sie dienen dazu, den Brennraum vor dem eigentlichen Motorstart zu erwärmen und das Laufverhalten des Dieselmotors (Geräusch, Abgasemission) positiv zu beeinflussen.

Um auch während eines Spannungseinbruchs des Bordnetzes, der in der Regel während der Betätigung des Anlassens entsteht, eine kurze Aufheizzeit der Glühstiftkerze zu gewährleisten, werden diese oftmals als Niedervolt-Glühstiftkerzen ausgeführt. Die Reduzierung der Bordnetzspannung auf die notwendige Betriebsspannung erfolgt durch Takten der Bordnetzspannung mit definiertem Taktverhältnis. Ein Betrieb mit Überspannung kann zu Temperaturen weit oberhalb der maximalen Einsatztemperatur der verwendeten Materialien der Glühstiftkerze und somit zur Zerstörung der Glühstiftkerze führen.

Aus EP 103 775 A2 ist eine Glühstiftkerze mit einer Schutzfunktion gegen Zerstörung durch Überspannung bekannt. Die Glühstiftkerze weist dabei einen elektrisch isolierenden Keramikträger auf, auf dem Anschlussleiter und ein Heizelement angeordnet sind. Die Anschlussleiter führen dabei von den Anschlusskontakten zu dem an der Spitze des elektrisch isolierenden Keramikkörpers angeordneten Heizelement. Die Schutzfunktion wird durch ein Überhitzungsschutz (PTC-Widerstand) und/oder durch einen Spannungsbegrenzer (Varistor) realisiert. Der Überhitzungsschutz und/oder der Spannungsbegrenzer ist den Anschlussleitern zugeordnet.

Aus GB 2 058 216 A ist eine Glühstiftkerze mit einer Schutzfunktion gegen Zerstörung durch Überspannung bekannt, bei der der Heizleiter aus einem Material mit einer PTC-Charakteristik besteht, bei der bei Einschalten des Stromes ein schnelles Aufheizen des Heizleiters auftritt, jedoch ein Durchbrennen des Heizleiters infolge der Zunahme des elektrischen Widerstandes bei höheren Temperaturen ausgeschlossen wird.

Die Aufgabe er Erfindung ist es, die aus dem Stand der Technik bekannten Glühstiftkerzen derart auszulegen, dass eine schnelle Aufheizzeit gewährleitstet ist, und dass gleichzeitig niedrige Anfangströme mit einer erhöhten Schutzfunktion gegenüber Spannungen realisiert werden.

Kern der Erfindung ist es, eine Schutzfunktion, insbesondere für Niedervoltglühstiftkerzen zu schaffen. Dies wird dadurch realisiert, das oberhalb der Betriebstemperatur der spezifische Widerstand des Heizleiters so stark ansteigt, dass die verursachende erhöhte Betriebsspannung nahezu kompensiert wird, und die umgesetzte elektrische Leistung nur geringfügig ansteigt.

Als Lösung wird daher vorgeschlagen, dass der spezifische elektrische Widerstand des Heizleiters derart ausgelegt ist, dass oberhalb der Betriebstemperatur der elektrische Widerstand des Heizleiters derart ansteigt, dass die verursachte erhöhte Betriebspannung kompensiert wird. Erreicht wird dies dadurch, dass der Temperaturkoeffizient des Materials des Heizleiters oberhalb der Sollbetriebstemperatur etwa dreimal höher ist als unterhalb der Sollbetriebstemperatur.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die Materialauslegung der Glühstiftkerze bzw. des Stiftes ein gegenüber dem Stand der Technik flachere Temperatur - Spannungskennlinie bei hohen Betriebstemperaturen erreicht wird. Dies ermöglicht, die Temperaturen gezielt einzustellen, jedoch die Zerstörung bei Betrieb mit Überspannung zu vermeiden.

Es ist daher möglich, eine Aufheizgeschwindigkeit der Glühstiftkerze mit einer flachen Regelcharakteristik bei hohen Betriebstemperaturen zu kombinieren.

Ein weiterer Vorteil ist eine steilere Widerstands-Temperatur-Kennlinie, wodurch die Widerstandsmessung zu genaueren Temperaturergebnissen führt.

Temperaturen oberhalb der maximalen Betriebstemperatur der verwendeten Materialien können auf diese Weise vermieden werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den nachstehenden Diagrammen hervor.

Es zeigen

Fig. 1

Eine schematische Darstellung des Verhältnisses vom spezifischen Widerstand zur Temperatur;

Fig. 2

Eine schematische Darstellung des Verhältnisses von Temperatur zur Betriebsspannung.

In den Figuren 1 und 2 sind zum einen die aus dem Stand der Technik bekannten Verhältnisse zwischen spezifischem Widerstand des Heizleiters und der Temperatur bzw. Temperatur und Betriebsspannung dargestellt, wobei die aus dem Stand der Technik bekannten Verhältnisse die Bezeichnung "Standardauslegung" erhalten haben.

Die erfindungsgemäßen Auslegungen haben die Bezeichnung "idealisiert" bzw. "real" erhalten. Materialeigenschaften für die Glühstiftkerze werden so eingestellt, dass bis zu einer Grenztemperatur, beispielsweise in den Figuren 1 und 2 1.200°C, die ungefähr die Betriebstemperatur entspricht, die Temperaturkoeffizient des spezifischen Widerstandes niedrig ist. Dies bringt eine sehr hohe durchschnittliche Leistung bei niedrigen Anfangsströmen mit sich. Oberhalt an dieser Grenztemperatur ist jedoch der Temperaturkoeffizient wesentlich höher. Dies führt dazu, dass ein starkes Abregeln des Betriebsstromes erfolgt und somit die Zerstörung der Glühstiftkerne auf einfache Art und Weise vermieden wird.

Alternativ lässt sich auch das spezifische Widerstandsverhältnis zur Temperatur über einen spannungsabhängigen Widerstand erreichen, der derart ausgelegt ist, dass der spezifische Widerstand des Heizleiters bei hohen Betriebsspannungen deutlich zunimmt.

Die Betriebstemperatur beträgt 1.200 °C. Um zu erreichen, dass die Temperatur der Glühstiftkerze nur um 25° pro Volt zunimmt (im Vergleich zum Stand der Technik) wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Temperaturkoeffizient des Materials oberhalb der Sollbetriebstemperatur etwa dreimal höher ist als unterhalb der Betriebstemperatur. Bei dieser Abschätzung wird nur der Wärmetransport für Wärmestrahlung berücksichtigt, da dieser proportional zur vierten Potenz der Temperatur ist. Unter Berücksichtung von Wärmeleitung und Konvektion ist bei der gleichen Materialwahl das Abregelverhalten sogar noch stärker. Um das gleiche Abregelverhalten in der soeben genannten Abschätzung zu erhalten, ist somit eine geringe Differenz der Temperaturkoeffizienten notwendig.