Die Technik moderner Dieselmotoren stellt an Glühstiftker- zen hohe Anforderungen und zwar insbesondere in bezug auf Baugröße, Festigkeit, Aufheizgeschwindigkeit und Hochtempe- raturbeständigkeit. Es ist üblicherweise erwünscht, daß mit einer Heizerleistung von ca. 70 bis 100 W innerhalb 2 Se- kunden eine Temperatur von 1000°C und eine Beharrungstempe- ratur von 1200°C erreicht werden kann.

Aus der Praxis sind heutzutage Glühstiftkerzen mit metalli- schen und keramischen Heizern bekannt. Gängige Ausführungen der keramischen Glühstiftkerzen verfügen über innenliegende metallische oder keramische Heizer, die in eine hochtempe- raturstabile nichtleitende Keramik eingesintert sind. Glüh-

stiftkerzen einer solchen Bauart können jedoch nur durch aufwendige Heizpreßverfahren hergestellt werden. Dagegen sind Glühstiftkerzen mit außenliegenden Heizern aus Kompo- sitkeramiken durch einfachere und kostengünstigere Sinter- verfahren herstellbar.

Eine Glühkerze für Dieselmotoren mit einem zylindrischen Metallrohr, mit einer Anschlußvorrichtung zur elektrischen Kontaktierung und mit einer keramischen Heizvorrichtung ist beispielsweise aus der WO 96/27104 bekannt. Bei dieser Glühkerze hält das zylindrische Metallrohr an seiner Spitze die keramische Heizvorrichtung freitragend, wobei die kera- mische Heizvorrichtung mit der Anschlußvorrichtung kontak- tiert ist, so daß während des Glühvorgangs ein Strom durch die keramische Heizvorrichtung fließt.

Die keramische Heizvorrichtung weist dabei mindestens eine Stelle verringerten Querschnitts auf, wobei die Quer- schnittsreduzierung der keramischen Heizvorrichtung an der Stelle erfolgt, auf die das Brennstoff-Luft-Gemisch auf- trifft. Die Querschnittsverringerung ist bei dieser kerami- schen Heizvorrichtung derart realisiert, daß die Wanddicke der Seitenwand an der betreffenden Stelle entsprechend re- duziert ist.

Bei einer solchen Glühstiftkerze ist es möglich, daß der Bereich der Heizvorrichtung, der dem brennbaren Gemisch am zugänglichsten ist, aufgrund des damit größeren Widerstan- des am schnellsten die notwendige Zündtemperatur erreicht.

Dadurch sind kürzere Aufheizzeiten der Glühstiftkerze mög- lich. Eine solche definierte Reduzierung der Wanddicke er-

möglicht es, genau die Stelle der Glühstiftkerze am heiße- sten werden zu lassen, auf die das Brennkraftgemisch auf- trifft.

In der WO 00/35830 wird eine weitere herkömmliche Lösung zur Schaffung eines sich schnell aufheizenden Stiftheizers beschrieben, wobei dies wiederum durch eine Verringerung des Querschnitts des Stiftheizers im Bereich der heißen Zo- ne erreicht wird. Ein derartiger Stiftheizer ist zur Quer- schnittsreduktion mit einer filigranen Spitze ausgebildet.

Solche aus dem Stand der Technik bekannten Stiftheizer ha- ben den Nachteil, daß sie eine heiße Zone aufweisen, die äußerst filigran durch eine Spitzenbildung oder eine son- stige Querschnittsreduzierung im Bereich der Spitze des Stiftheizers aufgebaut sein muß, um schnell auf eine hohe Temperatur aufgeheizt werden zu können.

Solche filigranen und damit mechanisch nur wenig belastba- ren Spitzen der Stiftheizer sind jedoch äußerst empfindlich und können insbesondere beim Handling, dem Einbau in den Motor, etc. leicht beschädigt werden.

Darüber hinaus weisen solche in ihrem Querschnitt reduzier- ten Bereiche der Stiftheizer auch eine unzureichende ther- mische Masse auf, so daß keine ausreichende Temperatursta- bilität erreicht werden kann, und somit bei einer plötzli- chen Abkühlung der Umgebung, wie beispielsweise bei einem Kaltstart des Motors, die Gefahr des Ausblasens der Glüh- stiftkerze sehr groß ist.

Vorteile der Erfindung Der vorgeschlagene Stiftheizer in einer Glühstiftkerze für Dieselmotoren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die veränderte Ausfor- mung der Spitzengeometrie des Stiftheizers eine deutlich höhere mechanische Stabilität erreicht werden kann, da die Spitze des Stiftheizers nicht in ihrem Gesamtquerschnitt vermindert wird.

Darüber hinaus bietet die mit einem größeren Querschnitt ausgeformte Heizerspitze vorteilhafterweise eine größere thermische Masse. Dies wirkt dann unter bestimmten Be- triebszuständen, insbesondere bei einem Kaltstart, einem Ausblasen der Glühstiftkerze entgegen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Stiftheizers ist dieser im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet.

Dies hat sich deshalb als vorteilhaft erwiesen, da es bei einer derartigen Gestaltung des Stiftheizers ermöglicht wird, daß die Kerze in ihrem mittleren Spitzenbereich glüht, wie es für moderne, direkt einspritzende Dieselmoto- ren verlangt wird.

Bei der Gestaltung des Stiftheizers kann es dabei vorgese- hen sein, daß die Isolationsschicht von der Leitschicht im wesentlichen ummantelt ist.

Es hat sich gezeigt, daß es insbesondere für die Herstel- lung des Stiftheizers vorteilhaft ist, wenn die Isolations- schicht von der Leitschicht im wesentlichen sandwichartig

umgeben wird, das heißt, daß bei Betrachtung des Quer- schnitts eine Abfolge von Leitschicht, einer mittigen Iso- lationsschicht und wieder einer Leitschicht vorliegt, wobei die Isolationsschicht wenigstens annähernd in einem mittle- ren Bereich des Querschnitts des Stiftheizers liegt.

Dies hat sich insbesondere dann als vorteilhaft erwiesen, wenn der Stiftheizer durch Spritzgießen hergestellt wird und die Isolationsschicht zuerst spritzgegossen wird, wobei sich die Isolationsschicht mit ihrem Randbereich, das heißt, dem nicht an die Leitschicht grenzenden Bereich, we- nigstens teilweise bis an den Umfang des Stiftheizers er- streckt. Dadurch kann die Isolationsschicht in ein Werkzeug zum Aufspritzen der Leitschicht gestellt werden, beispiels- weise senkrecht zur Werkzeugtrennebene.

Insbesondere in bezug auf die Baugröße des Stiftheizers, die vorzugsweise sehr gering gehalten werden soll, ist es vorteilhaft, wenn der Stiftheizer einen Durchmesser im Be- reich von etwa 2 mm bis 5 mm aufweist.

Günstigerweise ist die Anordnung der Leitschicht und der Isolationsschicht für ein jeweiliges Herstellungsverfahren der Stiftkerze optimiert. Bevorzugte Herstellungsverfahren sind das Spritzgießen und/oder das Spritzpressen. Die Opti- mierung erfolgt vorzugsweise mittels analytischer Verfah- ren, insbesondere mittels eines Finite-Elemente-Verfahrens, erfolgt. Mit einer solchen Optimierung ist es möglich, daß eine Geometrie des Stiftheizers berechnet wird, die bei- spielsweise durch ein zweistufiges Spritzgußverfahren ohne

Nachbearbeitung und nachfolgendes Sintern sehr einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.

Das keramische Verbundgefüge der Leit-und Isolations- schicht weist dabei besonders bevorzugt als Bestandteile Trisiliciumtetranitrid und ein Metallsilizid auf. Dabei wird besonders bevorzugt das keramische Verbundgefüge für die Leitschicht aus 60 Gew.-% MoSi2 und 40 Gew.-% Si3N4 so- wie Sinteradditiven, und für die Isolationsschicht aus 40 Gew.-% MoSi2 und 60 Gew.-% Si4N4 sowie Sinteradditiven ge- bildet.

Weitere Vorteile und bevorzugte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.

Zeichnung Drei bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Stiftheizers in einer Glühstiftkerze für Dieselmotoren sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt dabei Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Stiftheizer mit zwei zugehörigen Querschnitten entlang der Linien A-A und B-B gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Er- findung ; Figur 2 eine durch Finite-Elemente-Rechnung optimierte Leitschicht eines Spitzenbereiches eines Stiftheizers gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ; Figur 3 die Isolationsschicht, die zu der in der Figur 2 dargestellten Leitschicht gehört ;

Figur 4 eine dreidimensionale Darstellung eines Stifthei- zers gemäß den Figuren 2 und 3 ; Figur 5 eine Ansicht von hinten auf den Stiftheizer gemäß der in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Ausführungsform ; und Figuren 6a) bis c) einen Querschnitt, einen Längsschnitt sowie eine Aufsicht auf einen Siftheizer gemäß einer drit- ten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Figur 1 ist nun ein Stiftheizer 1 in einer längs ge- schnittenen Ansicht gezeigt, wobei eine Leitschicht 2 im wesentlichen außen liegt und eine Isolationsschicht 3 im wesentlichen innen liegt, wobei die Isolationsschicht 3 von der Leitschicht 2 sandwichartig umgeben ist. Beide Schich- ten 2,3 umfassen ein keramisches Verbundgefüge.

Dieser Stiftheizer 1 weist, wie der Figur 1 zu entnehmen ist, über seine gesamte Länge einen einheitlichen Gesamt- querschnitt auf, wobei die Isolationsschicht 3 im Bereich einer Spitze 4 des Stiftheizers 1 eine Querschnittsvergrö- ßerung erfährt, während sich der Anteil der außen liegenden Leitschicht 2 bezüglich des Gesamtquerschnittes entspre- chend verringert.

Wie insbesondere den zugehörigen Querschnitten entlang der Linien A-A und B-B von Figur 1 zu entnehmen ist, ist der Stiftheizer gemäß der bevorzugten Ausführungsform symme- trisch ausgebildet. Unter symmetrisch kann dabei eine Sym- metrie um eine in der Querschnittsebene liegende Symmetrie-

achse verstanden werden oder auch eine Symmetrie um eine Drehachse entlang der Achse des Stiftheizers in einem kri- stallographischen Sinne.

Es handelt sich hier somit um einen keramischen Stiftheizer 1 mit einem außenliegenden Heizer, der einen geeigneten Durchmesser für einen Einbau in ein M8-Gehäuse aufweist.

Hierfür hat sich ein Durchmesser von etwa 3,3 mm für den Stiftheizer 1 als vorteilhaft erwiesen.

Durch eine in der Figur 1 dargestellte geeignete Wahl der Geometrie der Leitschicht 2 und der Isolationsschicht 3 wird eine Querschnittsreduktion der Leitschicht 2 im Spit- zenbereich 4 ermöglicht, wobei der gesamte Stiftheizer 1 über seine gesamte Länge im wesentlichen einen einheitli- chen Querschnitt besitzt. Hierdurch wird es ermöglicht, daß der Stiftheizer 1 im Spitzenbereich 4 schnell glüht, wie es für moderne direkt einspritzende Dieselmotoren verlangt wird, und trotzdem eine gute mechanische Stabilität auf- weist.

In den Figuren 2 bis 5, in welchen aus Gründen der Über- sichtlichkeit für funktionsgleiche Bauelemente gleiche Be- zugszeichen wie in Figur 1 verwendet werden, ist ein Stift- heizer 1 dargestellt, dessen Form, und zwar insbesondere die Form der Leitschicht 2 zur Isolationsschicht 3, mittels analytischer Verfahren optimiert wurde, wobei die Optimie- rung in bezug auf das Herstellungsverfahren des Stifthei- zers 1, und zwar insbesondere auf ein Spritzgußverfahren erfolgt.

Ein derartiger Stiftheizer 1 kann in einem einfachen Spritzgußverfahren realisiert werden, wobei zuerst die Iso- lationsschicht 3 in einem vorgeformten Werkzeug vorge- spritzt wird und die keramische Leitschicht 2 in einem zweiten Arbeitsschritt um die Isolationsschicht 3 herum ge- spritzt wird.

Eine in den Figuren 2 bis 5 dargestellte Ausweitung 3A der Isolationsschicht 3 an den Rändern des Stiftheizers 1 er- höht die Spritzgießbarkeit eines solchen Stifheizers 1 so- wie die Lagestabilität der Isolationsschicht 3 im Werkzeug zum Aufspritzen der Leitschicht 2. Derart wird ein Spritz- gießen des Stiftheizers 1 ohne Mäterialüberstände, die Nachbearbeitungen bedingen, möglich.

Die Optimierung der Geometrie wurde gemäß der gezeigten zweiten Ausführungsform für Kompositkeramiken, wie bei- spielsweise Si3N4 und MoSi2, optimiert. Dabei besteht die Leitschicht 2 wenigstens annähernd aus 60 Gew.-% MoSi2, 40 Gew.-% Si3N4 sowie Sinteradditiven, und die Isolations- schicht 3 aus 40 Gew.-% MoSi2, 60 Gew.-% Si3N4 und Sinterad- ditiven.

Zur Herstellung der Spritzgußmassen werden die Pulvermi- schungen mit einem mit Acrylsäure oder Maleinsäureanhydrid gepropften Polypropylen wie z. B. Polybond 1000 Binder und Cyclododecan bzw. Cyclododecanol als Hilfsstoffe verknetet, die insgesamt einen Anteil von 15 bis 20 Gew.-% an der Spritzgußmasse haben.

In den Figuren 6 a) bis c) ist ein noch weiter bezüglich seines. Herstellungsverfahrens optimierter Stiftheizer 1 in einer Querschnittschnittsansicht (Figur 6a), in einem Längsschnitt (Figur 6b) sowie. in einer Aufsicht (Figur 6c) dargestellt.

Dabei wurden die Übergänge zwischen Isolationsschicht 3 und Leitschicht 2 verrundet bzw. abgerundet, was sich wiederum bezüglich des Spritzgießens als vorteilhaft erwiesen hat, da nach dem Aufspritzen der Leitschicht 2 keine Spitzen der thermischen Spannungen an scharfen Ecken und Kanten entste- hen.

In der Querschnittsdarstellung der Figur 6a ist nochmals die bezüglich des oben angegebenen Materials und des Spritzverfahrens optimierte Form des Stiftheizers 1 genauer durch eine beispielhafte Größenangabe ersichtlich. Es be- trägt dabei der Durchmesser dl des Stiftheizers 3,3 mm, die Breite bl der Isolationsschicht 3 zwischen den Schultern 1,9 mm bis 2 mm, die Dicke bzw. der Durchmesser des Heizka- nals d2 0,35 mm und die Dicke der Isolationsschicht 0,8 mm.

Der Winkel a der Isolationsschichtschulter beträgt vor- zugsweise 120°.

Auch. bei dem in der Figur 6 dargestellten Stiftheizer 1 handelt es sich im wesentlichen um einen sandwichartig auf- gebauten Stiftheizer 1, bei dem die Isolationsschicht 3 im wesentlichen zwischen der Leitschicht 2 angeordnet ist, wo- bei die Isolationsschicht 3 zumindest teilweise bis zum Rand des Stiftheizers 1 ausläuft.

Beispielhaft soll nachfolgend der Ablauf des Spritzgießens eines Stiftheizers kurz erläutert werden.

In einem ersten Abschnitt wird die Isolationsschicht 3 spritzgegossen. Dabei liegt der Anschnitt an der dicksten Stelle der Isolationsschicht 3, d. h. gemäß der vorliegenden Erfindung im Bereich der Spitze 4. Bei einer Länge der Leitschicht 2 von etwa 50 mm ist derzeit in einem metalli- schen Werkzeug eine Schichtdicke von minimal 0,8 mm spritz- gießbar. Wird auf die Oberfläche der Kavität des Spritz- gießwerkzeuges eine Wärmedämmschicht, wie Al203, ZrO2 oder ähnliches, aufgebracht, so sind auch dünnere Isolations- schichten 3 spritzgießbar.

Als nächstes wird diese Isolationsschicht 3 in das Werkzeug senkrecht zur Werkzeugtrennebene, d. h. also stehend, einge- legt und die Leitschicht 2 aufgespritzt.

. Das Anspritzen erfolgt dabei am Fuß, das Überspritzen der Isolationsschicht 3 mit Leitmasse vom Fuß aus zur Spitze 4.

Dabei schmilzt die Oberfläche der Isolationsschicht 3 kurz- zeitig an und verbindet sich mit der Leitschicht 2. Die Kontur der Isolationsschicht 3 ist an der Werkzeugwand mit vier Kanten so gestaltet, daß diese Kanten leicht von der Schmelze der Leitschichtmasse erreicht bzw. angeschmolzen werden können. Hierfür sind insbesondere die verrundeten Übergänge vorgesehen.

Sollten Isolationsschicht 3 und Leitschicht 2 dennoch un- mittelbar im Bereich der Oberfläche der'Kavität nicht ver- schmelzen, so kann die Werkzeugoberfläche im Bereich des

Übergangs von Isolationsschicht 3 und Leitschicht 2 wieder- um mit einer Wärmedämmschicht versehen werden.

Danach erfolgt ein Abdrehen der Leitschichtmasse zum Fuß bis zum Beginn der Isolationsschicht 3, so daß der Fußbe- reich nicht elektrisch kurzgeschlossen ist. Daran schließt sich dann ein thermisches Entbindern und Sintern an.