Verfahren zur Herstellung einer Glühstiftkerze

Technisches Gebiet Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Glühstiftkerze, eine Hülse zur Zentrierung sowie auf die Verwendung der Hülse in dem

Verfahren zur Herstellung einer Glühstiftkerze.

Stand der Technik

Glühstiftkerzen aus metallischem Material umfassen in der Regel ein

Heizelement, welches der Beheizung der Glühstiftkerze dient. Glühstiftkerzen umfassen in der Regel mindestens nachfolgend aufgeführte

funktionsbestimmende Bauteile: ein Mantelrohr, ein als Glühwendel

ausgebildetes Heizelement, ein Füllpulver, einen Anschlussbolzen sowie ein

Dichtelement, welches in der Regel als Dichtring ausgeführt ist.

Bei der Herstellung der Glühstiftkerzen erfolgt eine Zentrierung des in der Regel als ein- oder mehrteiligem Glühwendel ausgebildeten Heizelementes innerhalb des Mantelrohres vor der Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung über einen aus metallischem Material gefertigten Zentriereinsatz. Dieser wird, nachdem ein stoffschlüssiger Fügeprozess zwischen dem Heizelement und dem Mantelrohr stattgefunden hat, nach Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung, in der Regel eine Schweißung, aus dem Mantelrohr herausgezogen. Danach wird der Innenraum des Mantelrohres mit einem Füllpulver, in der Regel

Magnesiumoxidpulver befüllt. Dieses dient der elektrischen Isolierung zwischen den einzelnen Windungen des in der Regel als Glühwendel ausgebildeten Heizelementes sowie andererseits der Wärmeableitung von Wärme zwischen dem Heizelement und dem Mantelrohr. Es hat sich herausgestellt, dass die Verwendung des hülsenförmigen

Zentriereinsatzes bei immer schlanker bauenden Glühstiftkerzen aufgrund des sich verringernden eingeschränkten Bauraumes wegen des geringen Abstandes zwischen dem Außendurchmesser des als Glühwendel ausgebildeten

Heizelementes einerseits und dem Innendurchmesser des Mantelrohres andererseits die Verwendung des Zentriereinsatzes Einschränkungen unterliegt. Aufgrund des geringen Abstandes kann der Zentriereinsatz nicht bis in den Bereich des Mantelrohres eingeführt werden, in dem die stoffschlüssige

Verbindung ausgeführt wird. Die Qualität des Fügevorganges, d.h. der

Schweißung, wird dadurch beeinträchtigt. Die Folgen sind einerseits die

Fertigung von Ausschuss, da vermehrt Kurzschlüsse zwischen dem Heizelement und dem Mantelrohr auftreten, andererseits wird über die Lebensdauer einer derart hergestellten Glühstiftkerze aufgrund einer unregelmäßigen Ausformung der stoffschlüssigen Verbindung die Dauerhaltbarkeit der Glühstiftkerze eingeschränkt.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung einer Glühstiftkerze vorgeschlagen, wobei eine derartige Glühstiftkerze ein Heizelement, ein

Mantelrohr, ein Füllpulver, einen Anschlussbolzen sowie ein Dichtelement umfasst und zumindest die nachfolgend aufgeführten Verfahrensschritte durchlaufen werden: a) Platzieren einer Hülse auf einem Heizelement oder im Innenraum des

Mantelrohres,

b) Einführen eines Zentriereinsatzes in das Mantelrohr und

c) Einführen einer vormontierten Baugruppe aus Anschlussbolzen und Heizelement durch den Zentriereinsatz in das Mantelrohr.

Die Fertigungsqualität von Glühstiftkerzen in der Großserienproduktion kann insbesondere dadurch verbessert werden, dass im Rahmen der Vormontage die Hülse entweder auf den Außenumfang des Heizelementes aufgeschoben wird oder vor Montage der vormontierten Baugruppe aus Anschlussbolzen und Heizelement in das Innere des Mantelrohres eingelassen wird. Insbesondere ist die Hülse aus einem brechbaren Material, insbesondere aus vorgepresstem hochreinem Magnesiumoxid gefertigt. Die Hülse verbleibt nach Durchführung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Heizelement und dem

Mantelrohr im Innenraum des Mantelrohres und kann nachher nach Auffüllung des Innenraumes mit dem Füllpulver, in der Regel Magnesiumoxid-Pulver, weiterverarbeitet werden.

Durch den Einsatz der Hülse entfällt die Notwendigkeit, den Zentriereinsatz bis unmittelbar in die Fügezone in das Mantelrohr einzuführen, wo die

stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Heizelement und dem Mantelrohr auf thermischem Wege, in der Regel durch Schweißen, erzeugt wird.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens wird die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Heizelement und dem

Mantelrohr erzeugt, wobei die Hülse entweder im Mantelrohr verbleibt oder auf dem Heizelement verbleiben kann. Dies stellt insofern keine Beeinträchtigung dar, da der Innenraum des Mantelrohres im weiteren Herstellungsprozess der Glühstiftkerze mit einem Füllpulver, insbesondere Magnesiumoxid-Pulver befüllt wird und der Werkstoff, aus dem die Hülse gefertigt ist, eben hochreines, vorgepresstes Magnesiumoxid ist.

Im Rahmen des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Herstellungsverfahrens für die Glühstiftkerze, kann gemäß Verfahrensschritt a), die Hülse mittels eines Aufschubvorganges auf das Heizelement aufgeschoben werden oder die Hülse wird im Rahmen eines Montageschrittes vor der Einführung des

Zentriereinsatzes in den Hohlraum des Mantelrohres in diesen platziert. Die Hülse kann durch Spritzgießen oder einem Extrusionsvorgang aus dem pulverförmigen Material, insbesondere dem Füllpulver, insbesondere hochreinem Magnesiumoxid-Pulver hergestellt werden.

Nach der Erzeugung der stoffschlüssigen Verbindung an der Spitze der

Glühstiftkerze in der Fügezone zwischen dem Heizelement und dem inneren Teil des Mantelrohres, wird der zuvor in das Mantelrohr eingeführte Zentriereinsatz entfernt und eine Befüllung des Innenraumes des Mantelrohres mit Füllpulver, insbesondere hochreinem Magnesiumoxid-Pulver, vorgenommen. Danach wird das Füllpulver im Mantelrohr verdichtet und der Innenraum des Mantelrohres mit darin aufgenommenem Heizelement umhüllt von Füllpulver mittels eines Dichtelementes verschlossen.

Die im Rahmen des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens zur

Herstellung einer Glühstiftkerze zum Einsatz kommende Hülse zur Zentrierung einer vormontierten Baugruppe aus Heizelement und Anschlussbolzen im Mantelrohr, ist bevorzugt aus hochreinem vorgepresstem Magnesiumoxid gefertigt. In vorteilhafter Weise ist die Hülse aus dem gleichen Material gefertigt, welches später in Pulverform in den Innenraum des Mantelrohrs eingefüllt wird und dort den oben erwähnten Isolations- und Ableitungszwecken dient.

Die Hülse weist im Wesentlichen eine Zylinderform auf und eine Wandstärke, die im Bereich weniger Zehntel mm, so beispielsweise zwischen 0,1 mm und 0,5 mm, vorzugsweise bei 0,2 mm liegt. Im Wesentlichen ist die Hülse zylinderförmig beschaffen, wobei eine Hülsenhöhe deren Außendurchmesser übersteigt.

Des Weiteren bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Verwendung als Zentrierhülse für eine montierte Baugruppe im Rahmen eines Verfahrens zur Herstellung einer Glühstiftkerze.

Vorteile der Erfindung

Die Vorteile der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung sind vor allem darin zu erblicken, dass die Qualität der stoffschlüssigen Verbindung innerhalb der Fügezone zwischen dem ein Wendelteil oder auch zwei Wendelteile

umfassenden Heizelement und der Innenseite des Mantelrohres erheblich verbessert werden kann, so dass das Auftreten von Kurzschlüssen

ausgeschlossen ist. Aufgrund einer nunmehr erzielbaren regelmäßigen

Ausformung der stoffschlüssigen Verbindung, vorzugsweise als Schweißung beschaffen, kann die Dauerhaltbarkeit und damit die Einsatzdauer der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Glühstiftkerze erheblich verbessert und um ein Mehrfaches verlängert werden. Idealerweise ist die Hülse, die entweder in den Innenraum des Mantelrohres platziert wird oder die auf eine vormontierte Baugruppe als Anschlussbolzen und Heizelement aufgeschoben wird, aus dem gleichen Material gefertigt, wie das später zu Befüllen des Hohlraumes zum Einsatz kommende Füllpulver.

Auf Anwenderseite werden Glühstiftkerzen nachgefragt, bei denen die

Temperaturen an der Mantelfläche der Glühstiftkerze so hoch liegen, dass die Kerntemperatur des Heizelementes im Bereich der Schmelztemperatur des eingesetzten Glühwendeldrahtes liegen kann. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann diesem Umstand abgeholfen werden, indem versucht wird, den Verlauf des Glühwendeldrahtes näher an das Mantelrohr zu legen. Bei gleicher thermischer Belastung des Wendeis wird dadurch mehr Hitze an die Außenfläche abgeführt. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung können somit die auf Anwenderseite erwarteten hohen Temperaturen an der Mantelfläche der Glühstiftkerze bereitgestellt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender

beschrieben.

Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Darstellung der Hülse zur Zentrierung einer vormontierten Baugruppe bei der Herstellung einer Glühstiftkerze,

Figuren 2

bis 10 einzelne Schritte des erfindungsgemäß vorgeschlagenen

Herstellungsverfahrens.

Au sf ü h ru n gs va ria nte n Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Hülse 10, die im Rahmen des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Herstellungsverfahrens zur Zentrierung einer vormontierten Baugruppe zum Einsatz kommt.

Die in Figur 1 im Halbschnitt dargestellte Hülse 10 wird in einem

Aufschubvorgang 12, wie er in Figur 2 angedeutet ist, auf den Außenumfang eines Heizelementes 30 in vertikale Richtung aufgeschoben. Die Hülse 10 ist symmetrisch zu ihrer Symmetrieachse 14 ausgebildet. Die Hülse 10 gemäß dem Halbschnitt in Figur 1 wird bevorzugt aus einem vorgepressten hochreinen Material, wie beispielsweise Magnesiumoxid gefertigt und ist brechbar, d.h. verliert ihre ursprüngliche Ausgangsform im weiteren Verlauf des

Herstellungsverfahrens einer Glühstiftkerze 28.

Wie aus Figur 1 hervorgeht, übersteigt eine Hülsenhöhe 16 einen

Außendurchmesser 22 der Hülse 10. Ein Innendurchmesser 20 sowie der Außendurchmesser 22 sind so abgestimmt, dass eine Wandstärke 18 der Hülse 10 erreichbar ist, der im Bereich weniger Zehntel mm, bevorzugt zwischen 0,1 mm und 0,5 mm liegt. Idealerweise beträgt bei einer Hülsenhöhe 16 von 6 mm die Wandstärke 18 etwa 2 mm.

Die Hülse 10 könnte auch in einer Konizität ausgebildet werden, so dass eine leichte Abweichung von der in Figur 1 im Halbschnitt dargestellten Hülse 10 in Zylinderform verwirklicht wird. Beide Ausführungsvarianten sind möglich.

Dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Herstellungsverfahren folgend, wird gemäß Figur 2 eine vormontierte Baugruppe aus einem Anschlussbolzen 36 und dem besagten Heizelement 30 gefertigt. Diese Komponenten sind Teil einer Glühstiftkerze 28, wie sie gemäß Figur 10 nach Durchlaufen des

Herstellungsverfahrens erhalten wird. Das Heizelement 30 kann - wie in Figur 2 angedeutet - ein erstes Wendelteil 32 und ein zweites Wendelteil 34 aufweisen. In der Darstellung gemäß Figur 2 ist im Rahmen des Aufschiebevorgangs 12 die Hülse 10 auf das zweite Wendelteil 34 im Bereich der Spitze des Heizelementes 30 aufgeschoben. Aus der Darstellung gemäß Figur 2.1 geht hervor, dass in ein noch nicht befülltes Mantelrohr 40 ein Zentriereinsatz 38 von oben her gemäß einer

Einschubbewegung 42 eingeschoben wird. Der Zentriereinsatz 38, wie in Figur 2.1 dargestellt, dient der Zentrierung der vormontierten Baugruppe aus

Anschlussbolzen 36 und Heizelement 30, vergleiche Figur 2. Diese werden gemäß Figur 3 im Rahmen einer Einschubbewegung 42 durch den

Zentriereinsatz 38 in das Mantelrohr 40 eingeschoben, wobei dessen Innenraum noch hohl ist, d.h. noch nicht mit einem Füllpulver 50 befüllt ist. Gemäß Figur 3 befindet sich an der Spitze des Heizelementes 30 auf dem zweiten Wendelteil 34 die Hülse 10. Andererseits besteht in Abwandlung von dieser

Durchführungsmöglichkeit des erfindungsgemäß vorgeschlagenen

Herstellungsverfahrens die Möglichkeit, die Hülse 10 auch vor dem Einschieben der vormontierten Baugruppe aus Anschlussbolzen 36 und Heizelement 30 bereits im Hohlraum des Mantelrohres 40 zu platzieren. Beide

Durchführungsvarianten sind möglich. Von Bedeutung ist, dass die Hülse 10, welche die vormontierte Baugruppe im Bereich der Spitze des Mantelrohres 40 zentriert, in einer Fügezone 44, wie sie in Figur 4 angedeutet ist, platziert wird. Es ist unerheblich, ob diese Platzierung der Hülse 10 in der Fügezone 44 durch vorheriges Einsetzen der Hülse 10 in den Hohlraum des Mantelrohres 40 erfolgt, oder ob die Hülse 10 bei der Einschubbewegung 42 der vormontierten

Baugruppe aus Anschlussbolzen 36 und Heizelement 30 in die Fügezone 44 gelangt.

Gemäß der Darstellung in Figur 4 erfolgt in der Fügezone 44 die Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Heizelement 30, dem zweiten

Wendelteil 34 und der Innenseite des Mantelrohres 40. Wie aus Figur 4 hervorgeht, liegt die Hülse 10 entweder aufgenommen am Außenumfang des zweiten Wendelteiles 34 oder zuvor platziert im Innenraum des Mantelrohres 40 im Bereich der Fügezone 44. Die dort ausgeführte stoffschlüssige Verbindung wird in der Regel durch ein Schweißverfahren erzeugt.

Gemäß der Darstellung in Figur 5 wird nach der Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung in der Fügezone 44 der Zentriereinsatz 38 aus dem Innenraum des Mantelrohres 40 entfernt, vergleiche Bezugszeichen 46. Nun erfolgt - vergleiche Figur 6 - ein Befüllvorgang 48 des Innenraumes des Mantelrohres 40, in dem die vormontierte Baugruppe aus Anschlussbolzen 36 und Heizelement 30 mit erstem Wendelteil 32 und zweitem Wendelteil 34 angeordnet ist. Der Befüllvorgang 48 erfolgt mittels eines Füllpulvers 50, bei dem es sich bevorzugt um pulverförmiges Magnesiumoxid handelt. Idealerweise ist das Material, welches als Füllpulver 50 eingesetzt wird, identisch mit dem Material, aus welchem die Hülse 10 gefertigt ist.

Nach dem Befüllvorgang 48 - wie schematisch in der Darstellung gemäß Figur 6 angedeutet ist - erfolgt, vergleiche Figur 7, ein Rüttel- oder Verdichtungsvorgang 52, mit welchem das Material im Innenraum des Mantelrohres 40, d.h. das Füllpulver 50 verdichtet wird, um Lufteinschlüsse zu verhindern und die Fülldichte zu erhöhen. Je dichter die Füllung aus Füllpulver 50 im Hohlraum des

Mantelrohres 40 ist, eine desto bessere Isolation zwischen den Windungen der einzelnen Wendelteile 32 und 34 ist erreichbar; ferner ist eine verbesserte Ableitung der Wärme zwischen den Wendelteilen 32, 34 und dem Mantelrohr 40 realisierbar.

Aus den Darstellungen gemäß der Figuren 8 bis 10 geht hervor, dass nach dem Rüttel- bzw. Verdichtungsvorgang 52 ein in der Regel ringförmig ausgebildetes Dichtelement 54 auf den Anschlussbolzen 36 aufgeschoben und in vertikale Richtung auf die Öffnung des Mantelrohres 40 aufgeschoben wird. Dort erfolgt ein Montagevorgang 56 gemäß Figur 9 derart, dass das Mantelrohr 40 im Bereich seiner Öffnung bei eingeschobenem ringförmigem Dichtelement 54 im Rahmen eines Verschließvorganges 58, beispielsweise durch Verstemmung am Umfang den Innenraum des Mantelrohres 40 verschließt.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann den Anforderungen an die Entwicklung schlanker ausgeführter Glühstiftkerzen 28 mit eingeschränktem Bauraum aufgrund des geringen Abstandes zwischen einem Außendurchmesser 22 des Heizelementes 30 und einem Innendurchmesser 20 des Mantelrohres 40 Rechnung getragen werden, so dass durch die Hülse 10 eine Zentrierung des Heizelementes 30 im Bereich der Fügezone 44 erreicht werden kann, obwohl aufgrund des geringen Abstandes zwischen dem Außendurchmesser 22 des Heizelementes 30 und dem Innendurchmesser 20 des Mantelrohres 40 des Zentriereinsatzes 38 die Fügezone 44 nicht mehr erreicht. Diesem Umstand wird durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung abgeholfen.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die

Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.