Glühstiftkerze

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Glühstiftkerze zur Anordnung in einer Kammer einer Brennkraftmaschine. Speziell betrifft die Erfindung eine Glühstiftkerze zur Anordnung in einer Vor-, Wirbel- oder Brennkammer einer luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschine .

Aus der DE 199 07 229 C2 ist eine Glühstiftkerze mit einem Glührohr bekannt, wobei innerhalb des Glührohrs eine Heizwendel und eine mit der Heizwendel verbundene Regelwendel vorgesehen ist. Außerdem ist ein Stabilisatorstab vorgesehen, der sich in einer Montagestufe vom Anschlusspol bis zur Glührohrspitze erstreckt und mittig durch die Wendeln verläuft. Die Heizwendel und die Regelwendel sind in ein Füllmaterial eingebettet, das elektrisch isolierend und gut wärmeleitend ist. Allerdings ist die Wärmeleitung des in das Glührohr eingefüllten Füllmaterials nach dem Einfüllen in das Glührohr noch nicht ausreichend. Um die gute Wärmeleitung zwischen der Heizwendel und dem Glührohr zu erreichen, wird bei der Herstellung der Glühstiftkerze das Füllmaterial durch

Hämmern verdichtet. Erst das verdichtete Füllmaterial gewährleistet dann die erforderliche Wärmeleitung zwischen der Heizwendel und dem Glührohr.

Die aus der DE 199 07 229 C2 bekannte Glühstiftkerze hat den Nachteil, dass durch den Hämmerprozess bei der Herstellung der Glühstiftkerze Verformungen des Glührohres auftreten, die eine Schwächung des Materials des Glührohres und eine unregelmäßige Oberfläche des Glührohres zur Folge haben. Außerdem kann durch das Hämmern bei der Herstellung der Glühstiftkerze eine Schwächung der Wendeln auftreten, so dass die Lebensdauer der bekannten Glühstiftkerze verschlechtert ist .

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Glühstiftkerze mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass ein zuverlässiger Betrieb über die Lebensdauer der Glühstiftkerze gewährleistet ist. Außerdem ist bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Glühstiftkerze kein Hämmerprozess erforderlich, so dass die Außenkontur des Stiftes eine gleichmäßige Gestalt aufweisen kann. Ferner weist das Glührohr eine verbesserte Festigkeit auf, da die Wandstärke des Glührohres konstant gehalten werden kann und die Spannungen im Glührohr reduziert sind. Das erfindungsgemäß in den Innenraum des Glührohres eingefüllte Füllmittel hat die Eigenschaft, dass es dicht ist. Eine Verdichtung des Füllmittels durch Hämmern oder dergleichen ist daher nicht erforderlich, da das dichte Füllmittel bereits eine gute Wärmeleitfähigkeit zwischen der Heizwendel und dem Glührohr gewährleistet. Dadurch lässt sich auch das Aufheizverhalten der Glühstiftkerze, insbesondere die Geschwindigkeit des Aufheizens, positiv beeinflussen und

gezielt vorgeben. Das Verdichten des Füllmaterials zur Ausbildung des dichten Füllmittels erfolgt ohne mechanische Einwirkung von außen. Allerdings ist eine Unterstützung eines gegebenenfalls ablaufenden Verdichtungsprozesses durch eine nicht mechanische Einwirkung, beispielsweise eine thermische Einwirkung, möglich.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Glühstiftkerze möglich.

Bei dem Füllmittel kann es sich um eine hochtemperaturfeste, zumindest im Wesentlichen elektrisch isolierende und thermisch leitende Flüssigkeit oder einen entsprechenden Feststoff handeln. Ferner sind auch viskose Flüssigkeiten, insbesondere gelartige oder zähflüssige Materialien, mit den genannten Eigenschaften zur Ausbildung des Füllmittels geeignet. Das Füllmittel kann auch durch eine Kombination verschiedener Materialien gebildet sein. Insbesondere kann das Füllmittel eine Vielzahl keramischer Partikel aufweisen, die in eine Flüssigkeit, ein Gel oder eine andere viskose Flüssigkeit eingelagert sind. Die keramischen Partikel können beispielsweise durch Mahlen eines Keramikwerkstoffes hergestellt werden. Bei entsprechend fein gemahlenen keramischen Partikeln kann das Füllmittel auch allein aus den keramischen Partikeln gebildet sein, die bereits beim Einfüllen ein dichtes Füllmittel ergeben, das ohne weitere Verdichtung bereits dicht gepackt ist. Somit ist eine Vielzahl von Ausgestaltungen möglich, die eine weitgehende Anpassung an den speziellen Anwendungsbereich der Glühstiftkerze ermöglichen.

Wenn das Füllmittel aus einem Kunststoff gebildet ist, dann wird der Kunststoff zum Einfüllen in das Glührohr vorzugsweise so bereitgestellt, dass er hinreichend fließfähig ist, um nach einer Aushärtezeit die Wendel komplett zu umschließen und das Glührohr an der Innenseite zu benetzen.

Vorteilhaft ist es, dass der Innenraum zumindest im Heizbereich der Heizwendel vollständig mit dem dichten Füllmittel aufgefüllt ist. Dadurch wird eine möglichst weitgehende Ableitung der von der Heizwendel erzeugten Wärme an das Glührohr gewährleistet.

Vorteilhaft ist es, dass ein Dichtelement vorgesehen ist, das ein kammerfernes Ende des Glührohres verschließt. Das Dichtmittel ist insbesondere bei einem aus einer Flüssigkeit, einem Gel oder einer anderen viskosen Flüssigkeit gebildeten Füllmittel vorgesehen, um ein Auslaufen oder Verdampfen des Füllmittels zu verhindern. Allerdings hat das Füllmittel vorzugsweise einen Siedepunkt, der höher als eine Betriebstemperatur der Glühstiftkerze ist. Die Betriebstemperatur ergibt sich zum einen durch die Glühtemperatur und zum anderen durch die Dauereinsatztemperatur. Die verwendete Flüssigkeit wird vorzugsweise so ausgewählt, dass deren Siedepunkt größer als die beim Betrieb der Glühstiftkerze erreichte maximale Glühtemperatur ist, die in der Regel höher als die Dauereinsatztemperatur ist.

Ferner ist es vorteilhaft, dass ein elektrisch leitendes Leitmittel vorgesehen ist, das an einem kammerseitigen Ende des Innenraums des Glührohres angeordnet ist, um die

Heizwendel mit dem Glührohr elektrisch zu kontaktieren. Die Betriebssicherheit der Glühstiftkerze wird weiter verbessert.

Zeichnung

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze in einer schematischen Schnittdarstellung und

Fig. 2 den in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt der Glühstiftkerze des Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Glühstiftkerze 1 in einer axialen, schematischen Schnittdarstellung. Die Glühstiftkerze 1 kann insbesondere als Glühstiftkerze 1 für eine luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschine ausgestaltet sein. Ein Heizkörper 2 der Glühstiftkerze 1 ragt bei Vor- und Wirbelkammermotoren in die Kammer der Brennkraftmaschine und bei Motoren mit Direkteinspritzung in eine Brennkammer des Motors . Die erfindungsgemäße Glühstiftkerze 1 eignet sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle .

Die Glühstiftkerze 1 weist ein metallisches Gehäuse 3 auf. Das Gehäuse 3 weist eine konzentrische Durchgangsbohrung 4 auf, wobei der Heizkörper 2 teilweise innerhalb des Gehäuses 3 angeordnet ist und von dem Gehäuse 3 gehalten wird. Der

Heizkörper 2 der Glühstiftkerze 1 weist ein Glührohr 5 auf, das im Bereich einer kammerseitigen öffnung 6 beispielsweise durch eine Schweißverbindung oder Pressverbindung mit dem Gehäuse 3 verbunden ist. Ferner weist der Heizkörper 2 eine Regelwendel 7 und eine Heizwendel 8 auf, die innerhalb des Glührohrs 5 angeordnet sind. Die Regelwendel 7 ist beispielsweise über ein Kontaktelement 9 oder direkt mit einem Anschlussbolzen 10 verbunden, der an einem kammerfernen Ende 11 der Glühstiftkerze 1 in eine Anschlussvorrichtung 12 der Glühstiftkerze 1 eingeschraubt oder mit dieser verstemmt ist, wobei die Anschlussvorrichtung 12 zum Anschließen einer elektrischen Zuleitung an die Glühstiftkerze 1 dient. Der Anschlussbolzen 10 und die Anschlussvorrichtung 12 sind über ein elektrisch isolierendes Dichtelement 13 gegenüber dem Gehäuse 3 elektrisch isoliert, wobei das Dichtelement 13 den durch die Durchgangsbohrung 4 gegebenen Innenraum 15 des Gehäuses 3 von dem kammerfernen Ende 11 her abdichtet. Die Abdichtung an der kammerseitigen öffnung 6 ist über die Schweißnaht gegeben. Außerdem ist das metallische Glührohr 5 sowohl elektrisch als auch mechanisch mit dem Gehäuse 3 verbunden, wodurch das Glührohr 5 der in die entsprechende Bohrung der Brennkraftmaschine eingeschraubten Glühstiftkerze 1 auf Masse liegt. Durch Anlegen einer Betriebsspannung an die Anschlussvorrichtung 12 wird ein Stromfluss durch die Regelwendel 7 und die Heizwendel 8 erzeugt, der über das Glührohr 5 zurückfließt, wodurch sich die Heizwendel 8 aufheizt .

Ein Innenraum 15 des Glührohres 5 ist in einen Heizbereich 16 und einen Bereich 17 aufgeteilt. Der Heizbereich 16 befindet sich dabei am kammerseitigen Ende 18 der Glühstiftkerze 1. Der Heizbereich 16 ist durch die am kammerseitigen Ende 18 im

Innenraum 15 vorgesehene Heizwendel 8 definiert. Der übrige Innenraum 15 definiert den Bereich 17.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Innenraum 15 vollständig mit einem dichten Füllmittel 20 aufgefüllt. Das Glührohr 5 ist an seinem innerhalb des Gehäuses 3 vorgesehenen Ende mit einem ringförmigen Dichtelement 21 verschlossen. Durch das Dichtelement 21 ist der Innenraum 15 des Glührohres 5 verschlossen, so dass das Füllmittel 20 in den Innenraum 15 eingeschlossen ist. Dadurch wird ein Entweichen des Füllmittels 20 aus dem Innenraum 15 verhindert. Das Dichtelement 21 ist insbesondere bei einem flüssigen, zähflüssigen oder viskosen Füllmittel 20 vorgesehen, wobei es auch ein Verdampfen des Füllmittels 20 verhindert. Bei einem aus einem Feststoff bestehenden Füllmittel 20 ohne vorgegebene Form, insbesondere bei einem rieselfähigen Füllmittel 20, ist das Dichtelement 21 ebenfalls von Vorteil. Bei einem Füllmittel, das den Innenraum 15 formfest ausfüllt, kann das Dichtelement 21 auch entfallen.

Zur Herstellung der Glühstiftkerze 1 kann das Füllmittel 20 beim Einfüllen riesel-, fließfähig, flüssig und/oder keramisch sein. Das Füllmittel 20 kann gegebenenfalls nach dem Einfüllen in das Glührohr 5 aushärten oder ein zähflüssiges Füllmittel 20 bilden.

Die weitere Ausgestaltung der Glühstiftkerze 1 des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist nachfolgend anhand der Fig. 2 weiter im Detail beschrieben.

Fig. 2 zeigt den in Fig. 1 mit II bezeichneten Ausschnitt in einer detaillierten, schematischen Schnittdarstellung.

Bereits beschriebene Elemente sind in der Fig. 2 mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen, wodurch sich eine wiederholende Beschreibung erübrigt.

Am kammerseitigen Ende 18 des Glührohres 5 ist eine Spitze 22 des Heizkörpers 2 ausgebildet. Auf der Seite des Innenraums 15 weist die Spitze 22 eine ringförmige Mulde 23 auf, so dass die Spitze 22 des Glührohres 5 zum Innenraum 15 hin kuppeiförmig ausgebildet ist. Die Heizwendel 8 ist im Bereich der Mulde 23 mit der Spitze 22 durch WIK, Laser- oder Plasmaschweißen verschweißt. Die ringförmige Mulde 23 wird dabei durch das Verschweißen eines Wendelzapfens mit dem Glührohr 5 erzeugt. Außerdem ist in diesem

Ausführungsbeispiel im Bereich des kammerseitigen Endes 18 des Heizbereichs 16, das heißt insbesondere im Bereich der Mulde 23, ein elektrisch leitendes Leitmittel 26 vorgesehen, das einerseits einen Teil der Heizwendel 8 und andererseits eine Innenwand 27 und die Mulde 23 des Glührohres 5 berührt, wodurch ein zuverlässiger elektrischer Kontakt zwischen der Heizwendel 8 und der Spitze 22 des Glührohres 5 gebildet ist. Das Leitmittel 26 kann sowohl aus einem festen oder einem flüssigen sowie einem viskosen Material bestehen, wobei das Leitmittel 26 auch aus verschiedenen Materialien bestehen kann. Selbst beim Brechen der Heizwendel 8 im Bereich der Spitze 22 ist weiterhin eine zuverlässige elektrische Verbindung mit dem Glührohr 5 über das Leitmittel 26 gewährleistet .

An das Leitmittel 26 grenzt unmittelbar das Füllmittel 20 an, so dass eine zuverlässige Ableitung der im Heizbereich 16 erzeugten Wärme über das Füllmittel 20 und das Leitmittel 26 an das Glührohr 5 gewährleistet ist.

Das Leitmittel 26 kann insbesondere aus einer elektrisch leitenden Keramik oder einem elektrisch leitenden Kunststoff, die außerdem hochtemperaturbeständig sind, ausgebildet sein. Die Ausbildung des Leitmittels 26 aus einem festen Material ist in Kombination mit einem flüssigen oder viskosen Füllmittel 20 von Vorteil, um ein ungewolltes Verkürzen des Heizbereichs 16 durch einen elektrischen Kurzschluss zwischen den einzelnen Windungen der Heizwendel 8 zu verhindern.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.