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Die vorliegende Erfindung betrifft eine keramische Heizeinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, die beispielsweise in einem Träger oder einer Fassung verwendet wird, und einen Montageaufbau nach Patentanspruch 15 von dieser, der in geeigneter Weise beispielsweise mit einer Zündquelle einer Verbrennungsheizeinrichtung, der Glühkerze eines Dieselmotors usw. verwendet wird.
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Eine herkömmliche keramische Heizeinrichtung dieser Bauart ist in 9 gezeigt. Diese Keramikheizeinrichtung wird als eine Zündquelle einer Verbrennungsheizeinrichtung zum Erwärmen des Kühlwassers eines Dieselmotors verwendet und weist ein stabartiges keramisches Wärmeerzeugungselement J1 auf, das in einem Verbundstück oder Einsatz J2 aus rostfreiem Stahl gestützt ist, das einen wärmeerzeugenden Abschnitt an einem seiner Enden und Leitungsdrähte J3 als Energieleitungsabschnitte an dem anderen seiner Enden zum Erregen und zum Erwärmen des wärmeerzeugenden Abschnitts aufweist.
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Diese keramische Heizeinrichtung ist in ein Loch J6 eingesetzt, das in einem Gehäuse J5 der Verbrennungskammer einer Verbrennungsheizeinrichtung ausgebildet ist, die einen Träger bzw. Fassung oder Gehäuse bildet. Das Verbundstück J2 ist fest an dem Verbrennungskammergehäuse J5 durch einen einzelnen Befestigungsbolzen J3 und einer einzelnen Mutter J4 montiert.
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Bei diesem Montageaufbau hat das Verbundstück J2, obwohl es zum Schließen des Lochs J6 des Verbrennungskammergehäuses J5 befestigt ist, eine ungenügende Dichtwirkung, und zum Verbessern der Dichtwirkung ist für das Verbundstück J2 ein anderes Dichtelement wie z. B. eine Dichtung erforderlich, wodurch sich der Aufbau kompliziert.
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Zum Befestigen des Verbundstücks J2 an das Verbrennungskammergehäuse J5 sind andererseits einzelne Befestigungsteile erforderlich, die einen Befestigungsbolzen J3 und eine Mutter J4 aufweisen, was ebenso den Aufbau unter dem Gesichtspunkt der Montagearbeit kompliziert.
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Eine herkömmliche keramische Heizeinrichtung dieser Bauart weist im allgemeinen folgendes auf: ein keramisches Wärmeerzeugungselement, das einen wärmeerzeugenden Abschnitt an einem seiner Enden zum Erzeugen von Wärme aus zugeführter Leistung und zumindest einen leistungszuführenden Leitungsabschnitt enthält, der sich zu dem anderen Ende von dem wärmeerzeugenden Abschnitt erstreckt, und ein Metallgehäuse zum Abdecken des keramischen Wärmeerzeugungselement in einer Weise, dass ein Ende des keramischen Wärmeerzeugungselements von einem Ende des Gehäuses freisteht, und das andere Ende des keramischen Wärmeerzeugungselements von dem anderen Ende des Gehäuses freisteht. Die keramische Heizeinrichtung ist durch ein Befestigen des Gehäuses an einer geeigneten Stelle der Verbrennungsheizeinrichtung an der Verbrennungsheizeinrichtung montiert, wobei der wärmeerzeugende Abschnitt in dem inneren der Verbrennungskammer frei liegt.
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Ein Teil des Leitungsabschnitts des keramischen Wärmeerzeugungselements (das weit von dem Verbinder bzw. Anschlusselement des wärmeerzeugenden Abschnitts entfernte Ende) ist elektrisch mit dem anderen Ende des Gehäuses direkt durch Löten verbunden oder direkt elektrisch mit dem Montageelement verbunden, das direkt durch Löten oder dergleichen an dem anderen Ende des Gehäuses angebracht ist. Auf diese Weise ist ein elektrischer Strom daran angepasst, zwischen dem Leitungsabschnitt und einer externen Einheit zu fließen.
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Bei dem vorstehend erwähnten Verbindungsaufbau des Leitungsabschnitts werden jedoch die Wärme in der Verbrennungskammer und die Wärme, die durch ein Selbsterwärmen des wärmeerzeugenden Abschnitts erzeugt wird, direkt durch das Gehäuse hindurch zu dem Leitungsabschnitt übertragen. Als ein Ergebnis ist der Leitungsabschnitt erwärmt und das Lötmaterial wird infolge der Wärmespannung verschlechtert, was häufig zu dem Problem führt, dass jeder Leitungsabschnitt von dem Gehäuse abgetrennt wird. Ein ähnliches Problem einer Abtrennung tritt auch durch das Montageelement auf, das durch Löten an dem anderen Ende des Gehäuses angebracht ist.
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Bei einem herkömmlichen Verfahren zum Bewältigen dieses Problems wird ein ringartiges Metallelektrodenmontageelement in das keramische Wärmeerzeugungselement in einer Weise eingepasst, dass das andere Ende des keramischen Wärmeerzeugungselements in das Elektrodenmontageelement eingefügt wird. Zumindest ein Leitungsabschnitt wird mit dem Elektrodenmontageelement verbunden, während das Elektrodenmontageelement von dem Gehäuse kontaktlos abgetrennt wird. Dieser Aufbau kann verhindern, dass die Wärme direkt zu dem Leitungsabschnitt übertragen wird.
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Mit diesem Aufbau unter Verwendung des Elektrodenmontageelements macht es jedoch die Tatsache, dass das Elektrodenmontageelement und das Gehäuse miteinander außer Kontakt stehen, schwierig, das Elektrodenmontageelement an dem keramischen Wärmeerzeugungselement an einer Position für eine Verbindung mit dem Leitungsabschnitt zu montieren. Anders gesagt sind das Elektrodenmontageelement und das keramische Wärmeerzeugungselement schwer zu positionieren.
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Angesichts des vorstehend erwähnten Problems ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine keramische Heizeinrichtung und einen Montageaufbau davon vorzusehen, der eine einfache Struktur hat und eine hohe Dichtwirkung mit dem Träger bzw. der Fassung erreicht.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Montageaufbau einer keramischen Heizeinrichtung zu schaffen mit einem keramischen Wärmeerzeugungsbauteil bestehend aus zumindest einem Energiezuführungsleitungsabschnitt, der von einem Gehäuse abgedeckt ist, wobei das ringförmige Elektrodenmontagebauteil für das Anschließen des Leitungsabschnitts einfach positionierbar ist, wenn dieses am keramischen Wärmeerzeugungsbauteil montiert wird, während das Elektrodenmontagebauteil in dem direkten Kontakt mit dem Gehäuse abgehalten wird.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die keramische Heizeinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so weiterzuentwickeln, dass sie eine einfache Struktur hat und eine hohe Dichtwirkung mit dem Träger bzw. der Fassung erreicht.
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Diese Aufgabe wird mit einer keramischen Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Patentansprüchen dargelegt.
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Vorzugsweise wird eine keramische Heizeinrichtung 100 geschaffen, die auf einem Träger oder einer Fassung 200 montiert ist, indem sie in eine Bohrung oder ein Loch 201 eingesetzt wird, welches mit einem geneigten oder konischen Abschnitt 201a ausgeformt ist, der einen inneren Durchmesser hat, welcher sich fortlaufend in Einsetzrichtung verringert, wobei die keramische Heizeinrichtung folgende Elemente hat:
ein keramisches Wärmeerzeugungsbauteil 20a, bestehend aus einem Wärmeerzeugungsabschnitt 22 an dessen einem Ende und Energieleitungsabschnitte 40, 41 des Wärmeerzeugungsabschnitts, die elektrisch an dem anderen Ende angeschlossen sind, und
ein Gehäuse 10, das an die äußere periphere Fläche des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils angeschlossen ist, um das keramische Wärmeerzeugungsbauteil derart abzudecken, dass ein Ende des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils von einem Ende des Gehäuses aus freiliegt und das andere Ende des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils von dem anderen Ende des Gehäuses aus freiliegt, wobei ein geneigter bzw. konischer Dichtungsabschnitt 13 entsprechend dem konischen Abschnitt 201a des Lochs 201 des Trägers 200 sowie ein Einsatz oder eine Armatur 11, der bzw. die dafür vorgesehen ist, in der Bohrung bzw. dem Loch befestigt zu werden, einstückig an der anderen peripheren Fläche des Gehäuses 10 ausgeformt sind, sodass dann, wenn das Gehäuse in dem Loch über den Einsatz fixiert wird, der Dichtungsabschnitt in Presskontakt mit dem konischen Abschnitt gebracht wird.
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Vorzugsweise ist bei der keramischen Heizeinrichtung 100 ferner der Einsatz 11, der dafür vorgesehen ist, in dem Loch 201 des Trägers befestigt zu werden, einstückig an dem Gehäuse 10 ausgeformt, wobei dadurch ein unabhängiges, zusätzliches Befestigungsteil im Unterschied zum Stand der Technik nicht mehr erforderlich ist. Auch wenn das Gehäuse in dem Loch fixiert wird, wird der Dichtungsabschnitt 13 in Presskontakt mit dem konischen Abschnitt 201a des Lochs gebracht, wobei der Kontaktabschnitt dazwischen abgedichtet wird, wodurch die Notwendigkeit eines unabhängigen zusätzlichen Dichtungsbauteils eliminiert wird. Erfindungsgemäß wird folglich eine keramische Heizeinrichtung mit einem einfachen Aufbau geschaffen, welcher eine hervorragende Dichtwirkung mit dem Träger erreicht.
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Vorzugsweise wird ferner eine keramische Heizeinrichtung geschaffen, welche folgende Teile hat:
ein keramisches Wärmeerzeugungsbauteil 20, unter anderem bestehend aus Energieleitungsabschnitten 23, 24, die sich von einem Wärmeerzeugungsabschnitt 22, welcher an einem Ende des Gehäuses angeordnet ist, zudem anderen Ende des Gehäuses erstrecken,
ein ringförmiges Elektrodenmontagebauteil 30, das an dem anderen Ende des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils angeordnet und elektrisch an ein Teil der Leitungsabschnitte angeschlossen ist,
ein Gehäuse 10, welches das keramische Wärmeerzeugungsbauteil derart abdeckt, dass die Enden des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils von den Enden des Gehäuses unverdeckt bleiben, und
ein Distanzbauteil (Abstandsstück) 60 mit einer kleineren Wärmeleitfähigkeit als das Gehäuse und welches zwischen dem Elektrodenmontagebauteil und dem Gehäuse derart zwischengefügt ist, dass es mit dem Elektrodenmontagebauteil und dem Gehäuse in Kontakt steht.
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Vorzugsweise wird ferner durch das Zwischenfügen eines Abstandsstücks, mit kleinerer Wärmeleitfähigkeit als das Gehäuse zwischen das Elektrodenmontagebauteil und das Gehäuse verhindert, dass Wärme direkt von dem Gehäuse zu dem Elektrodenmontagebauteil übertragen wird, wobei die Tatsache, dass das Abstandsstück eine kleinere Wärmeleitfähigkeit besitzt als das Gehäuse dazu führt, dass die Wärmeleitung von dem Gehäuse zu dem Elektrodenmontagebauteil unterdrückt wird.
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Da vorzugsweise das Abstandsstück ferner mit dem Elektrodenmontagebauteil und dem Gehäuse in Kontakt ist, kann das Elektrodenmontagebauteil in Position gehalten werden durch Einsetzen des Elektrodenmontagebauteils in das keramische Wärmeerzeugungsbauteil, bis das Elektrodenmontagebauteil mit dem mit dem Gehäuse in Kontakt stehenden Abstandsstück in Kontakt kommt. Folgleich kann gemäß diesem Aspekt der Erfindung das Elektrodenmontagebauteil einfach positioniert werden, wenn dieses in das keramische Wärmeerzeugungsbauteil montiert wird, während gleichzeitig das Elektrodenmontagebauteil und das Gehäuse von einem direkten Kontakt miteinander abgehalten werden.
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Vorzugsweise wird ferner eine keramische Heizeinrichtung 300 geschaffen, die an einen Träger 200 dadurch montiert wird, dass sie in ein Loch 201 eingesetzt wird und die folgende Teile hat:
ein keramisches Wärmeerzeugungsbauteil 20
ein Gehäuse 10
ein Einsatz bzw. Armatur 11, der bzw. die an der äußeren peripheren Fläche des Gehäuses ausgeformt und dafür vorgesehen ist, in dem Loch 201 befestigt zu werden, und
unabhängige Dichtungsmittel 70, 71, die an der äußeren peripheren Fläche des Gehäuses montiert sind, wobei
die Dichtungsmittel bzw. die Dichtungseinrichtung in Kontakt mit dem Loch bringbar ist und das Loch durch die Kraft verschließt, welche durch den Einsatz ausgeübt wird, wenn das Gehäuse in dem Loch fixiert wird.
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Da vorzugsweise der Einsatz 11, der dafür vorgesehen ist, in dem Loch 201 des Trägers befestigt zu werden, ferner einstückig mit dem Gehäuse 10 ausgeformt ist, ist ein unabhängiges zusätzliches Befestigungsteil im Unterschied zum Stand der Technik nicht mehr erforderlich. Wenn folglich das Gehäuse in dem Loch fixiert wird, kommt die Dichtungseinrichtung 70, 71 in Kontakt mit dem Loch, um dieses zu verschließen, wobei der Kontaktabschnitt dazwischen abgedichtet wird. Folglich wird gemäß diesem Gesichtspunkt der Erfindung eine keramische Heizeinrichtung geschaffen, die einen einfachen Aufbau hat und die eine hohe Dichtwirkung mit dem Träger erreicht.
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Vorzugsweise wird ferner eine Montagestruktur für eine keramische Heizeinrichtung 100 geschaffen, die ein Wärmeerzeugungsbauteil 20, ein Gehäuse 10 sowie einen Träger 200 hat, auf welchem die keramische Heizeinrichtung montiert ist, wobei der Träger mit einem Loch 201 ausgebildet ist, in welches die keramische Heizeinrichtung eingesetzt werden kann, wobei
die innere Wandfläche des Lochs mit einem geneigten bzw. konischen Abschnitt 201a ausgeformt ist, in welchem der innere Durchmesser des Lochs sich in Einsetzrichtung der keramische Heizeinrichtung fortlaufend verringert, wobei ein geneigter bzw. konischer Dichtungsabschnitt 13 entsprechend dem konischen Abschnitt des Lochs sowie ein Einsatz bzw. Armatur 11, der bzw. die dafür vorgesehen ist, in dem Loch fixiert zu werden, einstückig miteinander an der äußeren peripheren Fläche des Gehäuses ausgeformt sind, und wobei
die keramische Heizeinrichtung in das Loch eingesetzt wird, wobei das Gehäuse in dem Loch durch den Einsatz befestigt wird, derart, dass der Dichtungsabschnitt in Presskontakt mit dem konischen Abschnitt gebracht wird, um hierdurch den Kontaktabschnitt zwischen dem Dichtungsabschnitt um dem konischen Abschnitt abzudichten.
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Gemäß dieser Erfindung wird folglich ein Montageaufbau für eine keramische Heizeinrichtung geschaffen, die eine einfache Konfiguration aufweist, und eine hohe Dichtwirkung mit dem Montagebauteil erreicht.
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Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert.
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1 ist eine Schnittansicht, die schematisch eine Montagestruktur einer keramischen Heizeinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt,
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2 ist eine Schnittansicht, die schematisch eine generelle Konfiguration einer keramischen Heizeinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt, welches in der 1 gezeigt ist,
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3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Abmessungen der wesentlichen Teile eines keramischen Wärmeerzeugungsbauteils der keramische Heizeinrichtung gemäß 2 darstellt,
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4a, 4b, 4c sind Diagramme, die erste bis dritte Modifikationen der keramischen Heizeinrichtung gemäß der vorstehend genannten Ausführungsbeispiele darstellen,
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5a, 5b sind Diagramme, die eine vierte Modifikation der keramischen Heizeinrichtung gemäß den vorstehend genannten Ausführungsbeispielen darstellt,
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6 ist eine Schnittansicht, die schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Montagestruktur einer keramischen Heizeinrichtung gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung darstellt,
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7 ist eine Schnittansicht, die schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Montagestruktur einer keramischen Heizeinrichtung gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung darstellt,
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8 ist ein Modelldiagramm, das den inneren Aufbau einer keramischen Heizeinrichtung darstellt,
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9 ist eine Schnittansicht, die schematisch die Montagestruktur einer herkömmlichen keramischen Heizeinrichtung darstellt.
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Die Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die Erläuterung dieser Ausführungsbeispiele basiert auf der Annahme, dass die Erfindung als eine keramische Heizeinrichtung ausgeführt ist, wie sie verwendet wird für eine Zündquelle einer Verbrennungsheizeinrichtung für ein Erhitzen des Motorkühlwassers für ein Dieselmotor-betriebenes Kraftfahrzeug in einem kalten Bereich. Die 1 ist eine Schnittansicht, die schematisch eine Montagestruktur einer keramischen Heizeinrichtung 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt, wobei die 2 eine Schnittansicht ist, die schematisch eine generelle Konfiguration der keramischen Heizeinrichtung 100 gemäß 1 darstellt.
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Die keramische Heizeinrichtung 100 ist so konfiguriert, dass ein stabförmiges keramisches Wärmeerzeugungsbauteil in einem Gehäuse 10 abgestützt ist und fest in eine Bohrung oder ein Loch 201 eingesetzt ist, welches in einem Körper 200 (nachfolgend als ein Träger bezeichnet, der beispielsweise aus Aluminium besteht) der Verbrennungsheizeinrichtung ausgeformt ist. Der vorwärtige Endabschnitt des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils 20 mit einem nachfolgend beschriebenen Wärmeerzeugungsabschnitt 21 liegt zu dem Innenraum des Körpers 200 hin frei bzw. ragt in diesen vor.
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Zuerst wird die Verbrennungsheizeinrichtung mit Bezug auf die 1 näher beschrieben. Die Verbrennungsheizeinrichtung hat ein metallisches Netz- oder Siebbauteil 203 welches leichtes Öl, das an der äußeren Fläche der Verbrennungskammer 202, die in dem Körper 200 ausgebildet ist, angeordnet ist, hält. Das leichte Öl des metallischen Netzbauteils 203 wird durch das keramische Wärmeerzeugungsbauteil 20 (auf ungefähr 1100°C) erhitzt, wobei die hierbei erzeugten Flammen in die Verbrennungskammer 202 über die Bohrung 204 ausgesandt werden.
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Die in die Verbrennungskammer ausgesandten Flammen werden durch die Luft angefächert, welche von einem Lufteinlassabschnitt 205 in die Verbrennungskammer 202 eingeleitet wird. Gemäß 1 bezeichnet das Bezugszeichen 206 eine Leitung für das Zuführen des leichten Öls zu dem metallischen Netzbauteil 203. Die Wärme, die in der Verbrennungskammer 202 erzeugt wird, wird als Heizquelle für das Erwärmen bzw. Erhitzen des Kühlwassers des Motors verwendet.
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Nachfolgend wird eine Konfiguration der keramischen Heizeinrichtung 100 sowie eine Struktur für das Montieren der keramischen Heizeinrichtung 100 an dem Körper (Träger) 200 im einzelnen mit Bezug auf die 2 erneut beschrieben.
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Die keramische Heizeinrichtung 100 hat ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 10, bestehend aus Metall (rostfreiem Stahl beispielsweise), das durch spanabhebendes Metallbearbeiten hergestellt ist. Die äußere periphere Fläche des Gehäuses 10 ist mit einem Außengewindeabschnitt (nachfolgend als Einsatz oder Armatur bezeichnet) 11 und einem Hexagonalabschnitt 12 für das Fixieren der keramischen Heizeinrichtung 100 an dem Träger 200 der Verbrennungsheizeinrichtung ausgebildet, wobei der Teil zwischen den Abschnitten 11 und 12 einen Dichtungsabschnitt 13 ausbildet.
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Gemäß der 1 ist ein geneigter oder konischer Abschnitt 201a mit einem inneren Durchmesser der Bohrung bzw. des Lochs 201, der fortlaufend in die Einsetzrichtung der keramischen Heizeinrichtung 100 verringert wird, über die gesamte innere Wandfläche der Bohrung 201 des Körpers 200 ausgeformt.
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Die äußere periphere Fläche des Dichtungsabschnitts 13 des Gehäuses 10 ist in einer solchen Weise verringert, dass der äußere Durchmesser des Gehäuses 10 in Richtung zu dem Außengewinde 11 von dem Hexagonalabschnitt 12 aus fortlaufend verringert wird und dabei unter dem gleichen Winkel sich verjüngt wie der konische Abschnitt 201a. Der Dichtungsabschnitt 13 ist dafür vorgesehen, mit dem konischen Abschnitt 201a in Kontakt zu kommen.
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Auch ist jener Abschnitt der inneren Wandfläche des Lochs 200 des Verbrennungsheizeinrichtungskörpers 200, welcher näher zu der Innenseite der Verbrennungsheizeinrichtung ist, als der konische Abschnitt 201a mit einem Innengewindeabschnitt 201b ausgeformt, welches entsprechend dem Außengewinde 11 des Gehäuses 10 gedreht ist.
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Bei der Montagstruktur gemäß 1 wird der Außengewindeabschnitt 11 sowie der Innengewindeabschnitt 201b miteinander verschraubt, wobei das Gehäuse 10 der keramischen Heizeinrichtung in dem Loch 201 des Körpers 200 fixiert wird. Gleichzeitig bewirken Kopplungskräfte der Gewinde, dass der Dichtungsabschnitt 13 mit dem konischen Abschnitt 201a in Presskontakt gebracht wird, um hierdurch den Kontaktabschnitt abzudichten. Die äußere periphere Fläche des Dichtungsabschnitts 13 ist auf eine solche Rauhigkeit geglättet, (beispielsweise 25Z oder weniger) um eine Dichtfähigkeit zu gewährleisten.
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Andererseits wird das stabförmige (zylinderförmig gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel) keramische Wärmeerzeugungsbauteil 20, welches, wie in der 2 dargestellt wird, in dem Gehäuse 10 abgestützt ist, durch das Gehäuse 10 in einer solchen Weise abgedeckt, dass ein Ende 20a des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils 20 von einem Ende 10a des Gehäuses 10 freiliegt bzw. vorsteht, wobei das andere Ende 20b des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils 20 von dem anderen Ende 10b des Gehäuses 10 freiliegt bzw. davon vorsteht.
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Das keramische Wärmeerzeugungsbauteil 20 hat einen hitzebeständigen Isolationsabschnitt 21 mit einer Hitzebeständigkeit sowie einer Isolationscharakteristik für das Ausbilden und Definieren des Körpers, einen U-förmigen hitzeerzeugenden Leitungsabschnitt 22, der in dem hitzebeständigen Isolationsabschnitt 21 eingebettet ist und zwei Leitungskabel (nachfolgend als Verbindungsleitungsabschnitt bezeichnet) 23, 24, die an die zwei Enden des Wärmeerzeugungsabschnitts 22 angeschlossen sind.
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Der Wärmeerzeugungsabschnitt 22 ist an dem Ende 20a des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils 20 angeordnet, wobei die zwei Leitungskabel 23, 24 sich linear zu dem anderen Ende 20b des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils 20 von dem Wärmeerzeugungsabschnitt 22 aus erstrecken. Die Leitungskabel 23, 24 bestehen jeweils aus einem leitfähigen Kabelmaterial aus Wolfram oder ähnlichem und weisen im wesentlichen den gleichen Durchmesser über deren gesamte Länge hinweg auf.
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Der Wärmeerzeugungsabschnitt 22 sowie die Leitungskabel 23, 24 sind in isolierender Weise durch Einbetten in den hitzebeständigen Isolationsabschnitt 21 festgehalten, dessen äußere periphere Fläche wiederum an die innere periphere Fläche des Gehäuses 10 gekoppelt und an dieser festgehalten ist.
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Das Bauteil, welches für das Koppeln des Gehäuses 10 und des hitzebeständigen Isolationsabschnitts 21 verwendet wird, hat eine Beschichtung oder ein Lötmaterial oder Glas (enthält beispielsweise ein Metall).
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Insbesondere in dem Fall, wonach ein Löt- bzw. Hartlötmaterial oder ein Beschichtungsmaterial verwendet wird, wird die äußere periphere Fläche des hitzebeständigen Isolationsabschnitts 21 mit Ni oder Cu beschichtet, wobei ein Hartlötmaterial aus Ag oder Cu zwischengefügt und zwischen die Beschichtung und der inneren peripheren Fläche des Gehäuses 10 gefüllt wird. In dem Fall, wonach Glas als ein Kopplungsmaterial verwendet wird, wird andererseits Glas auf die äußere periphere Fläche des hitzebeständigen Isolationsabschnitts 21, welcher in das Gehäuse 10 eingesetzt wird, aufgetragen, wobei das Glas geschmolzen ist.
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Des weiteren haben die zwei Leitungskabel 23, 24, die sich linear von dem Wärmeerzeugungsabschnitt 22 aus zu dem anderen Ende 20b des keramischen Wärmeerzeugungsabschnitts 20 hin erstrecken, jeweils ein Ende, welches von dem hitzebeständigen Isolationsabschnitt 21 an dem anderen Ende 20b des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils 20 vorragen bzw. freiliegen, das wiederum von dem anderen Ende 10b des Gehäuses 10 aus frei liegt. Ein Metallring 30 ist an diesem äußeren peripheren Abschnitt des hitzebeständigen Isolationsabschnitts 20 angeordnet, von welchem ein Ende des Leitungskabels 23 vorragt, wobei ein Metallring 31 an jenem äußeren peripheren Abschnitt des hitzebeständigen Isolationskörpers 21 angeordnet ist, von welchem ein Ende des anderen Leitungskabels 24 vorragt. Die Leitungskabel 23, 24 sind elektrisch durch ein Silberlegierungs-Hartlötmaterial an die Ringe 30 bzw. 31 an den vorstehend beschriebenen bzw. vorragenden Abschnitten angeschlossen. Das keramische Wärmeerzeugungsbauteil 20 (d. h. der hitzebeständige Isolationsabschnitt 21) sowie die Ringe 30, 31 sind durch Silberlegierungs-Hartlötmaterial oder ähnlichem hartverlötet.
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Diese Ringe 30, 31 sind elektrisch durch Verschweißen oder Hartverlöten eines leitfähigen Kabelmaterials mit den Energieleitungsabschnitten 40 bzw. 41 verbunden. Diese Energieleitungsabschnitte 40, 41 sind elektrisch an einen externen Schaltkreis beispielsweise einer ECU des dieselbetriebenen Fahrzeugs über ein Kabelbauteil oder ähnliches angeschlossen.
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Gemäß der 2 bezeichnet das Bezugszeichen 50 des weiteren ein Rohr oder Röhre bzw. Hülse (in 1 nicht gezeigt) für das Schützen der Ringe 30, 31 sowie des Anschlusses zwischen den Ringen 30, 31 und den Energieleitungsabschnitten 40, 41. Das Bezugszeichen 60 bezeichnet einen ringförmigen Isolator für das isolierende Abstützen der inneren peripheren Fläche des Hexagonalabschnitts 12 des Gehäuses 10 und der äußeren peripheren Fläche des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils 20. Bei der keramischen Heizeinrichtung 100 mit dieser Konfiguration wird der Energieleitungsabschnitt 40, der an das Leitungskabel 23 über den Ring 30 angeschlossen ist, als die Negativseite angenommen, wohingegen der Energieleitungsabschnitt 41, der an das Leitungskabel 24 über den Ring 31 angeschlossen ist, als die Positivseite angenommen wird. In diesem Fall wird ein Strom von einem externen Energiekreis zugeführt. Daraufhin fließt der Strom durch den Energieleitungsabschnitt 41, den Ring 31, den Leitungsabschnitt 24, den Wärmeerzeugungsabschnitt 22, den Leitungsabschnitt 23, den Ring 30 und den Energieleitungsabschnitt 40 in dieser Reihenfolge, wodurch der Wärmeerzeugungsabschnitt 20 energieversorgt und dabei aufgeheizt wird.
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Nachfolgend wird im Einzelnen die Konfiguration des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils 20 näher beschrieben. Der Wärmeerzeugungsabschnitt 22 sowie der hitzebeständige Isolationsabschnitt 21 des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils 20 sind jeweils aus einer Mixtur aus einem leitfähigen keramischen Pulver(Molybdän-Silikat (MoSi2)-Pulver gemäß diesem Ausführungsbeispiel) und einem isolierenden keramischen Pulver(Silikonnitrit(Si3N4)-Pulver gemäß diesem Ausführungsbeispiel) zusammengestellt, welche in dem gleichen Mischverhältnis gesintert werden.
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Bei dem Wärmeerzeugungsabschnitt 22 jedoch ist die Durchschnittskorn- bzw. Granulatgröße des MoSi2-Pulvers kleiner, als jene des Si3N4-Pulvers während bei dem hitzebeständigen Isolationsabschnitt 21 die Durchschnittskorn- bzw. Granulatgröße des MoSi2-Pulvers die gleiche ist oder geringfügig größer ist als jene des Si3N4-Pulvers. Insbesondere durch Ändern der Korngröße jedes Pulvermaterials sind der Wärmeerzeugungsabschnitt 22 sowie der hitzebeständige Isolationsabschnitt 21 beim Produktionsprozess unterschiedliche voneinander.
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Bei den keramischen Wärmeerzeugungsbauteilen 20 mit dieser Konfiguration ist der Wärmeerzeugungsabschnitt 22 derart konfiguriert, dass das kleinkörnige MoSi2-Pulver (leitfähiges Keramikpulver) das großkörnige Si3N4-Pulver (isolierendes Keramikpulver) umgibt, wodurch der Strom zum Wärmeerzeugungsabschnitt 22 geleitet wird, der wiederum aufgeheizt wird.
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Bei dem hitzebeständigen Isolationsabschnitt 21 bewirkt andererseits das Zwischenfügen des kleinkörnigen Si3N4-Pulvers (isolierende Keramiken) zwischen das großkörnige MoSi2-Pulver (leitfähiges Keramikpulver) ein Anordnen der zwei Pulvertypen in Serie, wobei hierdurch eine Isolationsschicht mit einem größeren Widerstand als der Wärmeerzeugungsabschnitt 22 ausgeformt wird.
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Bei dem Herstellungsverfahren für das keramische Wärmeerzeugungsbauteil 20 wird zuerst ein Binder mit einer Mixtur aus dem MoSi2-Pulver und dem Si3N4-Pulver gemischt und zu einer Paste geknetet, wobei der Wärmeerzeugungsabschnitt 22 und der hitzebeständige Isolationsabschnitt 21 jeweils zu der gewünschten Form gespritzt werden. Der Wärmeerzeugungsabschnitt 22 ist in einer solchen Position angeordnet, dass er durch den hitzebeständigen Isolationsabschnitt 21 aufgenommen werden kann, wobei nach einem Heißpressen bei 1700–1800°C ein zylindrischer keramischer Wärmeerzeugungsabschnitt 20 abgeschnitten wird. Des weiteren wird an dem vorderseitigen Endabschnitt des keramische Wärmeerzeugungsabschnitts 20 der hitzebeständige Isolationsabschnitt 21 zu einer sphärischen bzw. kugelförmigen Form bearbeitet. Als ein Ergebnis hiervon wird der gesamte keramische Wärmeerzeugungsabschnitt 22 in dem hitzebeständigen Isolationsabschnitt 21 eingebettet.
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Nachfolgend wird ein Beispiel für die Abmessungen der wesentlichen Bauteile dieses keramischen Wärmeerzeugungsbauteils 20 mit Bezug auf die 3 näher erläutert. In 3 sind die Größen bzw. Abmessungen der Bestandteile in Millimeter ausgedrückt. Die Länge des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils 20, welches von einem Ende 10a des Gehäuses 10 vorragt, beträgt 19 mm, wobei der äußere Durchmesser des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils 20 4,5 mm beträgt, der Abstand zwischen dem unteren Endabschnitt des eingebetteten Wärmeerzeugungsabschnitts 22 und einem Ende 20a des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils 20 0,9 mm beträgt, die Breite bzw. Weite des gekrümmten Abschnitts des Wärmeerzeugungsabschnitts 22 1,3 mm beträgt und der Abschnitt zwischen einem Endabschnitt der Leitungskabel 23, 24 und einem Ende 20a des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils 20 16 mm beträgt.
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Bei dem keramischen Wärmeerzeugungsbauteils 20, das in dieser Weise gefertigt worden ist, sind der Wärmeerzeugungsabschnitt 22 sowie die Leitungskabel 23, 24 fest sowie isolierend gehalten, indem diese in den hitzebeständigen Isolationsabschnitt 21 eingebettet worden sind. Der hitzebeständige Isolationsabschnitt 21, dessen äußere periphere Fläche mit der inneren peripheren Fläche des Gehäuses 10 gekoppelt ist, wird fest an dem Gehäuse 10 gehalten. Das Lötmaterial (Silberlot, Palladiumlot, Goldlot usw.) kann als ein Material für das Koppeln des Gehäuses 10 und des hitzebeständigen Isolationsabschnitts 21 verwendet werden.
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Die Leitungskabel 23, 24 für die Energiezufuhr zu dem Wärmeerzeugungsabschnitt 22 in dem keramischen Wärmeerzeugungsbauteil 21 haben jeweils ein Ende, welches von dem hitzebeständigen Isolationsabschnitt 21 an dem anderen Ende 20b des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils 20 vorragen, das wiederum von dem anderen Ende 10b des Gehäuses 10 vorragt. Das Leitungskabel 23 ragt zu einem Abschnitt vor, der näher zu dem anderen Ende 10b des Gehäuses liegt, als das andere Kabel 24.
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Ein Ring (wird nachfolgend als Elektrodenmontagebauteil bezeichnet) 30 aus einem Metall (beispielsweise rostfreiem Stahl) ist an der äußeren Peripherie des hitzebeständigen Isolationsabschnitts 21 angeordnet, wo ein Ende des Leitungskabels 23 hinragt, während eine ringförmige Kappe 31 aus Metall (beispielsweise rostfreiem Stahl) an der äußeren Peripherie des hitzebeständigen Isolationsabschnitts 21 angeordnet ist, wo ein Ende des Leitungskabels 24 hinragt. Der Ring 30 ist angeordnet, indem er in bzw. auf das keramische Wärmeerzeugungsbauteil 20 (den hitzebeständigen Isolationsabschnitt 21) gesetzt wird, wobei die Kappe 31 angeordnet wird, indem sie auf das andere Ende 20b des keramischen Wärmeerzeugungsbauteil 21 aufgesetzt wird.
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Die Leitungskabel 23 und 24 sind elektrisch durch ein Silberlot an den Ring 30 bzw. die Kappe 31 jeweils angeschlossen, und zwar an den vorstehend beschriebenen vor- bzw. hinragenden Abschnitten. Auch das keramische Wärmeerzeugungsbauteil 20, (d. h. der hitzebeständige Isolationsabschnitt 21), der Ring 30 sowie die Kappe 31 sind durch Silberlot miteinander hartverlötet.
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Der Ring 30 sowie die Kappe 31 sind jeweils durch Verschweißen oder Hartverlöten von einem leitfähigen Kabelmaterial an die Kabelbauteile 40, 41 jeweils angeschlossen. Diese Kabelbauteile 40, 41 sind elektrisch an einen externen Schaltkreis, beispielsweise die ECU des dieselbetriebenen Kraftfahrzeugs über weitere, nicht gezeigte Kabelbauteile angeschlossen.
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Das Bezugszeichen 50 bezeichnet des weiteren eine Röhre oder Hülse für das Schützen des Rings 30 sowie der Kappe 31 und des weiteren der Anschlüsse zwischen dem Ring 30, der Kappe 31 und den Kabelbauteilen 40, 41.
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Zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Konfiguration hat die keramische Heizeinrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel des weiteren eine einzigartige Konfiguration, wonach ein Abstandsstück 60 (nachfolgend auch als Beabstandungsbauteil bezeichnet) mit einer kleineren Wärmeleitfähigkeit als das Gehäuse 10 zwischen den Ring 30 und das Gehäuse 10 zwischengefügt ist, wobei das Beabstandungsbauteil 60 mit dem Ring 30 sowie dem Gehäuse 10 in Kontakt gehalten wird.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist das Abstandsstück 60 hinsichtlich seiner Formgebung ringförmig, in welches das andere Ende 20b des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils 20 eingesetzt werden kann, wobei es des weiteren einen im wesentlichen rechtwinkligen diametralen Bereich hat. Das andere Ende 10b des Gehäuses 10, d. h. die Endfläche des Hexagonalabschnitts 12 ist ferner mit einem ringförmigen Hohlraumabschnitt 10c ausgeformt, der zu der betreffenden Endfläche hin offen ist, wodurch die innere periphere Fläche des Hexagonalabschnitts 12 von der äußeren peripheren Fläche des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils 20 beabstandet wird. Das Abstandsstück 60 ist in bzw. an das keramische Wärmeerzeugungsbauteil 20 eingesetzt und in den Raumabschnitt 10c derart aufgenommen, dass die Öffnung des Raumabschnitts 10c abgedeckt bzw. verschlossen wird. Dieses Abstandsstück 60 ist in der folgenden Weise angeordnet:
Die untere Endflächenkante des Abstandsstücks 60 ist mit einem Absatz 10d in Kontakt, der in dem Raumabschnitt 10c ausgeformt ist, wobei die äußere periphere Fläche des Abstandsstücks 60 mit der inneren peripheren Fläche des Hexagonalabschnitts 12 in Kontakt ist. Die obere Endfläche des Abstandsstücks 60 ist mit der unteren Endfläche des Rings 30 in Kontakt. Insbesondere ist das Abstandsstück 60 in Kontakt mit und wird abgestützt von dem Ring 30 sowie dem Gehäuse 10, und ist folglich fest zwischen den Bauteilen 10 und 30 eingefügt. Folglich sind der Ring 30 sowie das Gehäuse 10 nicht in direktem Kontakt miteinander.
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Das Abstandsstück 60 besteht aus einem Keramikmaterial wie beispielsweise einem Aluminiumporzellan, Glas, Gips, Porzellan, Ziegel usw. und wird durch sintern ausgeformt. Der Ring 30 sowie das Gehäuse 10 aus Metall (beispielsweise rostfreiem Stahl) werden durch spanabhebende Formgebung hergestellt. In diesem Ausführungsbeispiel wird Aluminium-Porzellan (Wärmeleitfähigkeit von 6 kcal/mh°C) für das Abstandsstück 60 verwendet, wobei SUS 430 (Wärmeleitfähigkeit von 73,7 kcal/mh°C) für den Ring 30 und das Gehäuse 10 verwendet wird. Aluminium (Wärmeleitfähigkeit von 175 kcal/mh°C) wird für den Träger der Verbrennungsheizeinrichtung verwendet, auf welchen das Gehäuse 10 montiert ist.
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Nachfolgend wird ein Herstellungsverfahren für eine keramische Heizeinrichtung mit dieser Konfiguration mit Bezug auf verschiedene Bauteile bei Verwendung eines Lötmaterials (Silberlot, Palladiumlot, Goldlot usw.) beschrieben. Zuerst wird das keramische Wärmeerzeugungsbauteil 20 in das Gehäuse 10 in einer solchen Weise eingesetzt, dass der Wärmeerzeugungsabschnitt 22 um eine vorbestimmte Länge vom einen Ende 10a des Gehäuses 10 vorragt, wobei die Relativpositionen der zwei Bauteile durch eine Aufspannvorrichtung oder ähnlichem festgelegt werden. Anschließend wird ein Hartlotmaterial in den Raumabschnitt 10c von der Öffnung des Raumabschnitts 10c des Gehäuses 10 aus eingefüllt bzw. platziert.
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Als ein nächster Schritt wird ein Abstandsstück 60 in das keramische Wärmeerzeugungsbauteil 20 von dessen anderem Ende 20b aus zuerst eingesetzt, wobei anschließend das Abstandsstück 60 in dem Raumabschnitt 10c platziert wird. Anschließend wird der Ring 30 auf das keramische Wärmeerzeugungsbauteil 20 von dem anderen Ende 20b des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils 20 aufgesetzt, bis es mit dem Abstandsstück 60 in Kontakt kommt, wobei das Lötmaterial an der oberen Endfläche des Rings 30 angeordnet wird. Des weiteren wird die ringförmige Kappe 31 auf das andere Ende 20b des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils 20 aufgepasst, wobei das Lötmaterial an der Oberfläche des anderen Endes 20b angeordnet wird. Hieraus wird die Montagegruppe, bei welchen das Lötmaterial an jedem vorstehend beschriebenen Punkt aufgebracht worden ist, einer Wärmebehandlung unterzogen. Hierbei fließt das bei jedem vorstehend beschriebenen Punkt aufgetragenen Lotmaterial in jeden Spalt zwischen den entsprechenden Bauteilen. Das Lotmaterial füllt folglich die Spalte zwischen den Bauteilen aus und verfestigt sich hierdurch, um das keramische Wärmeerzeugungsbauteil 20 mit dem Gehäuse 10, dem Ring 30 sowie der Kappe 31 zu verbinden. Nach diesem Lötprozess werden die Anschlüsse der Kabelbauteile 40, 41 an den Ring 30 bzw. die Kappe 31 angeschweißt.
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In dieser Weise werden die Kabelbauteile 40, 41 elektrisch mit dem keramischen Wärmeerzeugungsbauteil 20 verbunden, wobei die keramische Heizeinrichtung gemäß der 2 fertiggestellt wird. Für das Koppeln des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils 20 und des Gehäuses 10 miteinander kann das hitzebeständige Isolationsbauteil 21, dessen äußere periphere Fläche mit Glas beschichtet ist, in das Gehäuse 10 eingesetzt und das Glas aufgeschmolzen werden.
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Bei dieser keramische Heizeinrichtung 100 ist das Kabelbauteil 40, welches an das Leitungskabel 23 über den Ring 30 angeschlossen ist, als die Negativseite festgelegt, wobei das Kabelbauteil 41, das an das Leitungskabel 24 über die Kappe 31 angeschlossen ist, als die Positivseite festgelegt ist. Wenn ein Strom von dem externen Kreis gemäß vorstehender Beschreibung zugeführt wird, fließt dieser durch das Kabelbauteil 41, die Kappe 31, das Leitungskabel 24, den Wärmeerzeugungsabschnitt 22, das Leitungskabel 23, den Ring 30 sowie das Kabelbauteil 40 in dieser Reihenfolge, sodass der Wärmeerzeugungsabschnitt 23 erregt wird und dabei Hitze erzeugt.
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Die Heizeinrichtung 100 ist an dem (nicht gezeigten) Träger der Verbrennungsheizeinrichtung unter Verwendung des Gewindes 11 des Gehäuses 10 in einer solchen Weise montiert, dass der Wärmeerzeugungsabschnitt 22 in die (nicht gezeigte) Verbrennungskammer vorragt. Der Wärmeerzeugungsabschnitt 22, der durch Zuführen von Strom gemäß vorstehender Beschreibung erregt wird, erzeugt Wärme, sodass der Kraftstoff (leichtes Öl), der sich in der Verbrennungskammer befindet, verbrannt wird, wobei das Motorkühlwasser des dieselbetriebenen Fahrzeugs durch die Verbrennungshitze aufgewärmt wird.
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Bei der keramischen Heizeinrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Abstandsstück 60 mit einer kleineren Wärmeleitfähigkeit als das Gehäuse 10 zwischen dem Ring 30 und dem Gehäuse 10 zwischengefügt, wobei folglich Wärme, die durch den Wärmeerzeugungsabschnitt 22 erzeugt wurde oder innerhalb der Verbrennungskammer der Verbrennungsheizeinrichtung erzeugt wurde, nicht auf den Ring 30 direkt von dem Gehäuse 10 übertragen wird. Da das Abstandsstück 60 eine kleinere Wärmeleitfähigkeit besitzt als das Gehäuse 10 wird folglich eine Wärmeleitung von dem Gehäuse 10 zu dem Ring 30 unterdrückt. Als ein Ergebnis hiervon wird ein Beabstanden bzw. ein Abreißen eines Leitungskabels 23 von dem daran angeschlossenen Ring 30 beispielsweise durch thermische Spannungen verhindert.
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Durch Einsetzen des Rings 30 in bzw. auf das keramische Wärmeerzeugungsbauteil 20 soweit, bis es mit dem Abstandsstück 60 in Kontakt kommt, welches mit dem Gehäuse 10 in Kontakt gehalten wird, kann der Ring 30 darüber hinaus in Position an dem exponierten Abschnitt des Leitungskabels 23 gehalten werden. Wie vorstehend ausgeführt wurde, kann gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Ring 30 sowie das keramische Wärmeerzeugungsbauteil 20 in einfacher Weise in Position gehalten werden, wenn der Ring 30 in bzw. auf das keramische Wärmeerzeugungsbauteil 20 gesetzt wird, während gleichzeitig ermöglicht wird, eine Konfiguration zu realisieren, wonach der Ring 30 sowie das Gehäuse 10 nicht in direktem Kontakt miteinander stehen.
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Bei der keramischen Heizeinrichtung 100 gemäß der 2 hat das Abstandsstück 60 eine ringförmige Gestalt, um das Einsetzen des anderen Endes 20b des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils 20 zu ermöglichen. Aus diesem Grunde kann das Abstandsstück 60 in einfacher Weise auf den keramischen Wärmeerzeugungsbauteil 20 durch dessen Aufpassen von dem Ende 20b aus montiert werden.
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Bei der keramischen Heizeinrichtung 100 gemäß der 2 ist der zu der anderen Endfläche hin geöffnete Hohlraumabschnitt 10c in dem Gehäuse 10 ausgeformt, wobei das Abstandsstück 60 in Kontakt mit dem Gehäuse 10 derart angeordnet ist, dass es die Öffnung des Hohlraumabschnitts 10c abdeckt. Aus diesem Grunde kann der Kontaktbereich zwischen dem Abstandsstück und dem Gehäuse 10 um einen Betrag reduziert werden, entsprechend dem Hohlraumabschnitt 10c, der in dem Kontaktabschnitt zwischen dem Abstandsstücks 60 und dem Gehäuse 10 ausgebildet ist. Folglich kann der Betrag an Wärme, der vom Gehäuse 10 auf das Abstandsstück 60 übertragen wird, reduziert werden.
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Modifikationen der Konfiguration (Form und Ausführung) des Abstandsstücks 60 der keramische Heizeinrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind in den 4a bis 4c sowie 5a und 5b dargestellt. Die 4a bis 4c sind Schnittansichten, die in vergrößerter Form schematisch den Nachbarschaftsbereich des Abstandsstücks 60 darstellen, wobei die 4a eine erste Modifikation zeigt, die 4b eine zweite Modifikation zeigt und die 4c eine dritte Modifikation zeigt. Die 5a und 5b zeigen eine vierte Modifikation, wobei die 5a eine Vogelperspektive einer Endfläche des Endabschnitts 10b des Gehäuses 10 darstellt und die 5b eine Schnittansicht einer Konfiguration des Abstandsstücks 60 entlang der Linie A-A gemäß der 5a darstellt. Die Röhre oder Hülse 50 ist in den 4a bis 4c sowie 5a und 5b nicht dargestellt.
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Bei der ersten Modifikation gemäß der 4a ist das Gehäuse 10 nicht mit einem Hohlraumabschnitt für das Reduzieren des Kontaktbereichs zwischen dem Abstandsstück und dem Gehäuse 10 ausgeformt, sondern das Abstandsstück 60 ist derart angeordnet, dass es mit der Endfläche des anderen Endes 10b des Gehäuses 10 in Kontakt steht. Als ein Ergebnis hiervon besteht keine Notwendigkeit für das Ausbilden des Hohlraumabschnitts, wobei folglich die spanabhebende Fertigungsarbeit für das Gehäuse 10 durch das Fehlen des Hohlraumabschnitts vereinfacht wird.
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Bei der zweiten Modifikation gemäß 4c ist der diametrale Bereich des ringförmigen Abstandsstücks 60 nicht rechtwinklig, wie in der 2 dargestellt wird, sondern im wesentlichen kreisförmig. Als ein Ergebnis hiervon kann der Kontaktbereich zwischen dem Abstandsstück 60, dem keramischen Wärmeerzeugungsbauteil 20 sowie dem Gehäuse 10 über das Maß der in der 2 gezeigten Ausführungsform reduziert werden, um die Wärmeübertragung von dem Gehäuse 10 auf das Abstandsstück 60 und das keramische Wärmeerzeugungsbauteil 20 weiter zu reduzieren.
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Bei der dritten Modifikation gemäß der 4b wird andererseits das Abstandsstück 60 teilweise von dem Hohlraumabschnitt 10c des Gehäuses 10 verlängert und ist somit größer als jenes gemäß der 2. Als ein Ergebnis hiervon wird der durch das Abstandsstück 60 erzielbare Effekt, welcher eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt, im Vergleich zur Ausführungsform gemäß 2 vergrößert, sodass die Wärmeübertragung von dem Abstandsstück 60 auf den Ring 30 weiter reduziert wird.
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Bei der vierten Modifikation gemäß der 5a, 5b ist der Hohlraumabschnitt 10c, der in dem Gehäuse 10 ausgeformt ist, nicht ringförmig und nicht über die gesamte Peripherie ausgebildet, sondern lediglich teilweise (in 3 Teile im dargestellten Fall) entlang der Peripherie des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils 20 im Unterschied zur Ausführungsform gemäß der 2 ausgebildet. Auch in diesem Fall kann der Kontaktbereich zwischen dem Abstandsstück 60 und dem Gehäuse 10 um einen Betrag reduziert werden, der dem Hohlraumabschnitt 10c entspricht, welcher in dem besonderen Kontaktbereich ausgebildet ist, wobei folglich die Wärmeübertragung von dem Gehäuse 10 auf das Abstandsstück 60 reduziert werden kann. Darüber hinaus muss der Hohlraumabschnitt 10c nicht derart ausgeformt werden, dass die innere periphere Fläche des Hexagonalabschnitts 12 von der äußeren peripheren Fläche des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils 20 beabstandet wird, sondern kann als ein Rücksprung an der Endfläche 10b des Gehäuses 10 ausgeformt sein.
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Das Abstandsstück 60 muss keine ringförmige Gestalt aufweisen, sondern kann in einer solchen Position angeordnet sein, dass es die äußere periphere Fläche des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils 20 zwischen sich aufnimmt und kann auch jedwede Form wie beispielsweise halbkreisförmig, hufeisenförmig, U-förmig oder V-förmig aufweisen, solange es zwischengefügt werden kann und dafür verwendet werden kann, die zwei Bauteile 10 und 30 zu berühren. Darüber hinaus kann das Abstandsstück 60 die Form eines Kreises haben, welches in eine Mehrzahl von Teilen segmentiert ist. Das Abstandsstück 60 kann entweder leitfähig oder nicht leitfähig ausgebildet sein.
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Nachfolgend wird eine Beschreibung eines Montageverfahrens für die keramische Heizeinrichtung 100 auf dem Körper (Träger) 20 der Verbrennungsheizeinrichtung gegeben.
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Zuerst wird die keramische Heizeinrichtung 100 in das Loch 201 des Körpers 200 von dessen einem Ende 20a aus eingesetzt. Bei diesem Prozess wird der Hexagonalabschnitt 12 des Gehäuses 10 gedreht, während es eingesetzt wird und zwar unter Verwendung eines Einspannvorrichtungs-artigen Schraubenschlüssels, indem das Außengewinde (Einsatz) 11 des Gehäuses 10 in das Innengewinde 201b des Lochs 201 eingedreht wird.
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Sobald der Hexagonalabschnitt 12 des Gehäuses 10 soweit eingesetzt ist, bis der Dichtungsabschnitt 13 des Gehäuses 10 mit dem konischen Abschnitt 201a des Lochs 201 in Kontakt kommt, ist die Montage der keramischen Heizeinrichtung 100 komplettiert. Nachdem das Gehäuse 10 der keramischen Heizeinrichtung 100 in dem Loch 201 fixiert ist, pressen die Kopplungskräfte zwischen den Gewinden 11, 201b den Dichtungsabschnitt 13 in Einsetzrichtung in Kontakt mit dem konischen Abschnitt 201a. Folglich wird der Kontaktabschnitt zwischen den Teilen 13 und 201a zufriedenstellend abgedichtet.
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Bei der Montagestruktur gemäß der 1, wie sie vorstehend beschrieben worden ist, wird der Wärmeerzeugungsabschnitt 22 der keramischen Heizeinrichtung 100 durch Energiezufuhr aufgeheizt, wobei hieraus resultierende Wärme dazu verwendet wird, leichtes Öl (Dieselöl) in der Verbrennungsheizeinrichtung zu zünden. Die aus den Flammen gewonnene Wärme, welche in der Verbrennungskammer 202 erzeugt wird, wird als Wärmequelle für das Aufheizen des Motorkühlwassers verwendet.
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Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist, nebenbei bemerkt, das Außengewinde 11, welches den am Träger fixierbaren Einsatz oder Armatur ausbildet, integral mit dem Gehäuse 10 ausgeformt, wobei folglich im Gegensatz zum Stand der Technik ein unabhängiges zusätzliches Fixierungsteil nicht erforderlich ist.
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Wenn das Gehäuse 10 in dem Loch 201 fixiert wird, dann wird der Dichtungsabschnitt 13 im Presskontakt mit dem konischen Abschnitt 201a des Loches 201 gebracht, sodass der Kontaktabschnitt abgedichtet wird, wodurch es nicht mehr notwendig ist, ein unabhängiges Komponententeil für die Abdichtung vorzusehen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird folglich die keramische Heizeinrichtung 100 bezüglich ihres Aufbaus vereinfacht, wobei gleichzeitig eine höhere Dichtwirkung mit dem Träger erzielt wird.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Abschnitt der Leitungskabel (verbindende Leitungsabschnitte) 23, 24 entsprechend dem Dichtungsabschnitt 13 des Gehäuses 10 als ein linearer Abschnitt mit einem im wesentlichen gleichen Durchmesser ausgeformt, der sich von dem einen Ende 20a zu dem anderen Ende 20b des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils 20 erstreckt. Der Grund für diese Konstruktion wird nachfolgend beschrieben.
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Der Druck, der in dem Kontaktpunkt zwischen dem konischen Abschnitt 201a, der Bohrung 201 und dem Dichtungsabschnitt 13 des Gehäuses 10 erzeugt wird, wenn die keramische Heizeinrichtung 100 fest in der Bohrung 201 montiert wird, wird von dem Dichtungsabschnitt 13 des Gehäuses 10 aus in das keramische Wärmeerzeugungsbauteil 20 übertragen. Dieser Druck, der in das keramische Wärmeerzeugungsbauteil 20 übertragen wird, bewirkt, dass eine Spannung infolge des Drucks in den Leitungskabeln 23, 24 erzeugt wird. Die lineare Konfiguration der Leitungskabel 23, 24 dient dazu, ein Abtrennen (Abreißen) zu verhindern, welches ansonsten infolge der hierbei auftretenden Spannungen bewirkt werden könnte.
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Die 8 ist ein Modelldiagramm, welches den inneren Aufbau einer konventionellen keramischen Heizeinrichtung gemäß der 9 darstellt. In 8 bezeichnet das Bezugszeichen J10 ein Heizkabel (elektrisches Heizkabel), das einen Wärmeerzeugungsabschnitt ausbildet, J11 ein Spiralleitungskabel, welches einen Verbindungsleitungsabschnitt ausbildet und J12 ein gerade verlaufendes Leitungskabel für das Verbinden des Leitungskabels J11 über die Ringe J13 und J14 zu dem Leitungskabel J3. All diese Bestandteile werden in isolierender Weise in dem keramischen Wärmeerzeugungsbauteil J1 gehalten.
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Es wird angenommen, dass die Leitungskabel des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils gemäß diesem Ausführungsbeispiel spiralförmig ähnlich zu dem Leitungskabel J11 gemäß der 8 sind. Die Spannung infolge des Drucks wird bevorzugt an dem Krümmungsabschnitt konzentriert, wodurch öfters ein Abtrennen bewirkt wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel macht es die Linearkonfiguration der Leitungskabel 23, 24 schwierig, dass sie durch die auftretende Spannung getrennt bzw. abgerissen werden, wobei folglich ein Abtrennen verhindert werden kann.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird das äußere Gewinde 11, welches dafür vorgesehen ist, mit der inneren Fläche der Bohrung 201 gekoppelt zu werden, als ein Einsatz gemäß der Erfindung verwendet. Durch die Schraubenverbindung kann in einfacher Weise die gewünschte Presskraft für ein Abdichten des konischen Abschnitts 201a des Lochs 201 und des Dichtungsabschnitts 13 des Gehäuses 10 durch Einstellen der Umdrehungen des Gewindes (des Rotationsgrades des Hexagonalabschnitts 12) gewährleistet werden.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind das Gehäuse 10 und das keramische Wärmeerzeugungsbauteil 20 durch ein Kopplungsmaterial wie beispielsweise der Beschichtung oder das Hartlotmaterial gemäß vorstehender Beschreibung oder der Glasbeschichtung miteinander gekoppelt, wodurch eine einfache Kopplungsstruktur ermöglicht wird.
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Erste und zweite Beispiele für eine Montagestruktur einer keramischen Heizeinrichtung 100' gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind schematisch in den Schnittansichten der 6 und 7 jeweils dargestellt. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß vorstehender Beschreibung sind der konische Dichtungsabschnitt 13 sowie das Außengewinde (Einsatz), welches dafür vorgesehen ist, fest in dem Loch 201 montiert zu werden, einstückig an der äußeren peripheren Fläche des Gehäuses 10 ausgeformt.
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Erfindungsgemäß ist das Innengewinde 201b entsprechend dem Außengewinde 11 des Gehäuses 10 jedoch nicht der vorstehend beschriebene konische Abschnitt im Gegensatz hierzu an der inneren Wandfläche der Bohrung 201 des Körpers 200 der Verbrennungsheizeinrichtung ausgeformt. Der Dichtungsabschnitt gemäß vorstehender Beschreibung ist nicht zwischen dem Außengewinde 11 und dem Hexagonalabschnitt 12 an der äußeren Peripherie des Gehäuses 10 ausgebildet. Statt dessen sind Dichtungen (Dichtungseinrichtungen) 70, 71 unabhängig von dem Gehäuse 10 montiert. Diese Sachverhalte sind unterschiedlich zu dem ersten Beispiel, während die übrige Konfiguration der keramische Heizeinrichtung 100' gemäß diesem Ausführungsbeispiel die gleiche ist, wie jene der keramische Heizeinrichtung 100. Die unterschiedlichen Sachverhalte werden nachfolgend erläutert.
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Das erste Beispiel gemäß der 6 verwendet eine ringförmige Metalldichtung 70, wobei das zweite Beispiel gemäß 7 eine ringförmige Kunstharzdichtung 71 verwendet. Die Kunstharzdichtung 71 hat eine Gummidichtung. Die Dichtungen 70, 71 werden in das Gehäuse 10 eingesetzt. Ein Halter 14 mit einem größeren äußeren Durchmesser als der innere Durchmesser der Dichtungen 70, 71 ist an der äußeren peripheren Fläche des Gehäuses 10 oberhalb der Dichtungen 70, 71 ausgeformt. Durch die schraubende Kupplung des Außengewindes 11 und des Innengewindes 201b wird das Gehäuse 10 der keramischen Heizeinrichtung 100' in der Bohrung 201 des Körpers 200 fixiert. Gleichzeitig werden die Dichtungen 70, 71 in Presskontakt mit der Öffnungskante der Bohrung 201 durch den Halter 14 gebracht. Wenn das Gehäuse 10 in der Bohrung 201 in dieser Weise fixiert wird, werden die Dichtungen 70, 71 in Kontakt mit der Bohrung 201 gebracht, um diese zu schließen, sodass der Kontaktabschnitt zwischen den Dichtungen 70, 71 und der Bohrung 201 abgedichtet ist.
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Beim Montieren der keramische Heizeinrichtung 100' an dem Körper (Träger) 200 der Verbrennungsheizeinrichtung werden die Dichtungen 70, 71 in dem Gehäuse 10 aufgepasst, worauf die keramische Heizeinrichtung 100' eingesetzt wird, während das Außengewinde 11 in das Innengewinde 201b innerhalb der Bohrung 201 des Körpers 200 eingeschraubt wird.
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Gemäß diesem Beispiel ist das Außengewinde (Einsatz) 11, der dafür vorgesehen ist, in der Bohrung 201 des Körpers 200 der Verbrennungsheizeinrichtung eingesetzt zu werden, einstückig mit dem Gehäuse 10 ausgeformt. Aus diesem Grunde ist ein unabhängiges Fixierteil entgegen dem Stand der Technik nicht erforderlich. Wenn das Gehäuse 10 in der Bohrung 201 fixiert wird, dann werden die Dichtungen (Dichtungseinrichtung) 70, 71 in Kontakt mit der Bohrung 201 gebracht um diese zu schließen, sodass der Kontaktabschnitt dazwischen abgedichtet wird. Als ein Ergebnis hiervon wird eine keramische Heizeinrichtung mit einfacher Konfiguration geschaffen, die eine höhere Dichtwirkung mit dem Träger erreicht. Das Dichtungsmittel kann beispielsweise ein O-Ring sein. Gemäß den ersten und zweiten unmittelbar vorstehend beschriebenen Beispielen ist weder ein konischer Abschnitt in der Bohrung 201 noch ein Dichtungsabschnitt an dem Gehäuse 10 ausgeformt. Wie im ersten Ausführungsbeispiel jedoch vorgesehen ist, kann sowohl der konische Abschnitt als auch der Dichtungsabschnitt vorgesehen werden. In anderen Worten ausgedrückt, kann das zweite Ausführungsbeispiel (erstes und zweites Beispiel) mit dem ersten Ausführungsbeispiel kombiniert werden.
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Als Einsatz gemäß der Erfindung kann ein Teil der äußeren Peripherie des Gehäuses 10 mit einem elastischen Bauteil aus hitzebeständigem Gummi oder ähnlichem konfiguriert werden, wobei das elastische Bauteil unter einem bestimmten Druck in die Bohrung 201 eingesetzt wir, sodass das Gehäuse 10 in der Bohrung 201 unter Verwendung der Elastizität des elastischen Bauteils fixiert wird.
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Erfindungsgemäß ist eine keramische Heizeinrichtung vorgesehen mit einem keramischen Wärmeerzeugungsbauteil unter anderem bestehend aus einem Wärmeerzeugungsabschnitt an einem Ende und zumindest einem Energieleitungsabschnitt, der elektrisch an das andere Ende angeschlossen ist, und mit einem Gehäuse, das an die äußere periphere Fläche des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils angekoppelt ist und dieses abdeckt, wobei ein Ende des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils von einem Ende des Gehäuses vorragt, während das andere Ende des keramischen Wärmeerzeugungsbauteils von dem anderen Ende des Gehäuses vorragt, wobei die Konfiguration des Gehäuses sowie des Trägers gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die wesentlichen Bestandteile der Erfindung darstellen und wobei folglich die Gestaltung der übrigen Bestandteile in geeigneter Weise modifiziert werden können.
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Die keramische Heizeinrichtung gemäß der Erfindung kann für eine Glühkerze als eine Vorverbrennungs-Heizquelle verwendet werden, welche in der Hilfsverbrennungskammer des Dieselmotors zusätzlich zu der Zündquelle der Verbrennungsheizeinrichtung montiert ist. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung anwendbar bei jedweder keramischen Heizeinrichtung, die dafür vorgesehen ist, derart montiert zu werden, dass sie in einen Träger mit einer entsprechenden Bohrung eingesetzt wird.
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Während die Erfindung unter Bezugnahme auf die spezifischen Ausführungsbeispiele lediglich zum Zwecke der Illustration beschrieben wurde, soll es für den Fachmann ersichtlich sein, dass natürlich auch zahlreiche Modifikationen von einem Fachmann durchführbar sind, ohne dass hierdurch von dem Grundkonzept und dem Umfang der Erfindung gemäß anliegender Ansprüche abgewichen wird.