DE102008040339A1

DE102008040339A1 - Glow pipe, in particular for a glow plug

Info

Publication number: DE102008040339A1
Application number: DE102008040339A
Authority: DE
Inventors: Patrick Vedel; Albrecht Geissinger; Pavlo Saltikov
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-07-11
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2010-01-14
Also published as: US20110180525A1; WO2010003727A1; EP2297521A1

Abstract

Es wird ein Glührohr, insbesondere für eine Glühstiftkerze vorgeschlagen. Das Glührohr, das einen kuppelförmigen, geschlossenen Endabschnitt (27) und einen zylindrischen, offenen Endabschnitt (28) aufweist, ist aus mindestens zwei in axialer Richtung hintereinander liegenden Glührohrteilen zusammengesetzt. Das eine Glührohrteil ist am geschlossenen Endabschnitt (27) von einer nahtlosen Glührohrkappe (31) und das andere Glührohrteil ist am offenen Endabschnitt (28) von einer im Wesentlichen zylindrischen Glührohrverlängerung (32) gebildet.It is proposed a glow tube, in particular for a glow plug. The glow tube, which has a dome-shaped, closed end section (27) and a cylindrical, open end section (28), is composed of at least two glow tube sections located one behind the other in the axial direction. One glow tube part is formed at the closed end section (27) by a seamless glow tube cap (31) and the other glow tube part is formed at the open end section (28) by a substantially cylindrical glow tube extension (32).

Description

Die Erfindung betrifft ein Glührohr, insbesondere für eine Glühstiftkerze nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a glow tube, in particular for a glow plug according to the preamble of the claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Glührohre finden bei Glühstiftkerzen Verwendung und bilden dort die äußere Umhüllung eines in den Brennraum einer Brennkraftmaschine hineinragenden Glühstiftes. Eine derartige Glühstiftkerze ist beispielsweise aus DE 9412 268 U1 bekannt. Der Glühstift ist mit dem Glührohr mit einem Teil seiner Länge in einer Längsbohrung eines rohrförmigen Metallgehäuses abdichtend festgelegt. Das dünnwandigen Glührohr ist an seinem brennraumseitigen Ende mit einem kuppelförmigen Endabschnitt verschlossen und am gegenüberliegenden Ende mit einem offenen zylindrischen Endabschnitt ausgeführt. Im Innenraum des Glührohres ist in ein keramisches Isoliermaterial ein sich in axialer Richtung erstreckendes Widerstandselement als Heizeinrichtung eingebettet. Das Widerstandselement ist brennraumfern mit einem Anschlussteil für einen elektrischen Stromkreis versehen. Beim Schließen des Stromkreises wird die Heizeinrichtung aufgeheizt und das Glührohr der Glühstiftkerze wird bei jedem Glühvorgang auf eine Betriebstemperatur von mindestens 1100°C aufgeheizt. Das Material des Glührohres ist folglich einer sehr starken thermischen Beanspruchung ausgesetzt. Als Material für das Glührohr werden beispielsweise Ni-Basis-Legierungen eingesetzt.Annealing tubes are used in glow plugs use and form there the outer envelope of a projecting into the combustion chamber of an internal combustion engine glow plug. Such a glow plug is for example off DE 9412 268 U1 known. The glow plug is sealed to the glow tube with a portion of its length in a longitudinal bore of a tubular metal housing. The thin-walled glow tube is closed at its combustion chamber end with a dome-shaped end portion and executed at the opposite end with an open cylindrical end portion. In the interior of the glow tube, a resistance element extending in the axial direction is embedded as a heater in a ceramic insulating material. The resistance element is provided brennraumfern with a connection part for an electrical circuit. When closing the circuit, the heater is heated and the glow tube of the glow plug is heated at each annealing to an operating temperature of at least 1100 ° C. The material of the glow tube is therefore exposed to a very high thermal stress. As the material for the glow tube, for example, Ni-base alloys are used.

Als Glührohre werden üblicherweise längsnahtgeschweißte Rohre verwendet. Ausgangsprodukt für diese Rohre ist ein Blechband, das zu einem Rohr gebogen und an der Stoßstelle ohne Zusatz verschweißt wird. Um die Schweißspannungen zu beseitigen, werden die Rohre anschließend geglüht. Danach werden die Rohre über einen Dorn gezogen, wobei der Umformungsgrad bei 10 bis 50% liegt. Anschließend erfolgt zur Einstellung der mechanischen Eigenschaften und des Gefüges nochmals ein Rekristallisationsglühen.When Annealing pipes are usually longitudinally welded Used pipes. Starting product for these pipes is a Sheet metal strip bent into a pipe and at the joint is welded without addition. To the welding voltages to be removed, the tubes are then annealed. After that the tubes are pulled over a mandrel, the degree of deformation at 10 to 50%. Subsequently, for adjustment the mechanical properties and the structure again a recrystallization annealing.

Moderne Dieselmotoren sollen ohne merkliches Vorglühen starten. Deshalb müssen die Glühstiftkerzen sehr schnell aufgeheizt werden. Für ein gutes Kaltlaufverhalten der Dieselmotoren werden außerdem Glühstiftkerzen mit höheren Glühtemperaturen benötigt. Höhere Glühtemperaturen erzeugen wiederum hohe Temperaturgradienten, so dass unter diesen Betriebsbedingungen nach längerer Beanspruchung das Glührohr Risse entlang der Schweißnaht aufweist. Ursache für dieses Versagensbild sind thermomechanische Belastungen. Die durch die thermomechanischen Belastungen verursachten Dehnungen konzentrieren sich aufgrund der unterschiedlichen Gefüge von Schweißnaht, Blechmaterial des Glührohres und Wärmeeinflusszone der Schweißung auf den mechanisch schwächsten Bereich, nämlich die wärmebeeinflusste Zone der Schweißung.modern Diesel engines should start without appreciable preheating. Therefore, the glow plugs must be very fast be heated. For a good cold running behavior of the Diesel engines will also be glow plugs needed with higher annealing temperatures. Higher annealing temperatures in turn produce high Temperature gradient, so that under these operating conditions after prolonged stress the glow tube cracks along the weld has. Cause of this failure picture are thermomechanical loads. The thermomechanical Stresses caused by strain are concentrated due to the different structure of weld, sheet material of the glow tube and heat affected zone of the weld on the mechanically weakest area, namely the heat-affected zone of the weld.

Zur Vermeidung von derartigen thermomechanischen Belastungen in der Zone der Schweißnaht wurde bereits in der DE-Patentanmeldung 102008010243.1 vorgeschlagen, nahtlose Glührohre einzusetzen. Die Herstellung derartiger Glührohre mit einem Durchmesser von beispielsweise 4 bis 7 mm und einer Länge von beispielsweise 30 bis 45 mm ist mit üblichen Tiefziehverfahren nicht oder nur sehr schwer möglich.To avoid such thermomechanical loads in the zone of the weld was already in the DE patent application 102008010243.1 proposed to use seamless glow tubes. The production of such glow tubes with a diameter of, for example, 4 to 7 mm and a length of, for example, 30 to 45 mm is not or only with great difficulty possible with conventional deep drawing methods.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Glührohr zu schaffen, das höheren thermischen Beanspruchungen standhält und das fertigungstechnisch mit vertretbarem Aufwand herstellbar ist.task the present invention is to provide an incandescent tube which withstands higher thermal stresses and the manufacturing technology produced with reasonable effort is.

Darlegung der ErfindungPresentation of the invention

Die Aufgabe der Erfindung wird mit den kennzeichnenden Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst.The The object of the invention is with the characterizing measures of claim 1.

Die Ausführung des Glührohres aus mindestens zwei miteinander verbundenen Glührohrteilen mit einer kuppelförmigen Glührohrkappe und einer im Wesentlichen zylinderrohrförmigen Glührohrverlängerung ermöglicht es, den in den Brennraum weisenden und thermisch am stärksten belasteten Endabschnitt des Glührohres mit gängigen Fertigungsverfahren nahtlos herzustellen. Die sich anschließende zylindrische Glührohrverlängerung kann dann wie bei den üblichen längsnahtgeschweißten Glührohren ausgeführt oder aus einem weniger temperaturbeständigen und dafür einfacher kaltumformbaren Material nahtlos gefertigt werden. Dadurch ist es möglich, die nahtlose Glührohrkappe, die nur eine geringe Tiefe aufweist, mit einem gängigen Fertigungsverfahren zu realisieren.The Execution of the glow tube of at least two interconnected Glührohrteilen with a dome-shaped Glührohrkappe and a substantially cylindrical tube-shaped Glow tube extension allows the pointing in the combustion chamber and thermally loaded the strongest End portion of the glow tube with common manufacturing processes to produce seamlessly. The subsequent cylindrical Glow pipe extension can then as with the usual longitudinally welded glow tubes or from a less temperature resistant and for that simple cold forming material can be seamlessly made. Thereby It is possible to use the seamless glow tube cap, which has only a small depth, with a common manufacturing process to realize.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind mit den Merkmalen der Unteransprüche möglich.advantageous Further developments are with the features of the subclaims possible.

Die Verbindungsstelle für die Glührohrkappe und die Glührohrverlängerung liegt bei einer Glühstiftkerze zweckmäßigerweise an einer Stelle des Glührohres, die einer geringeren thermischen Belastung als der Großteil der Glührohrkappe ausgesetzt ist. Dabei wird die Verbindungsstelle von einer an der Glührohrkappe ausgebildeten ringförmigen Stirnfläche und einer an der Glührohrverlängerung ausgebildeten weiteren ringförmigen Stirnfläche gebildet. An der Verbindungsstelle sind die Glührohrkappe und die Glührohrverlängerung mittels einer umlaufenden Schweißnaht stoffschlüssig verbunden.The Connection point for the glow tube cap and the Glow plug extension lies with a glow plug expediently at a location of the glow tube, that of a lower thermal load than the majority the glow tube cap is exposed. This will be the connection point from a formed on the Glührohrkappe annular End face and one at the Glührohrverlängerung formed further annular end face educated. At the junction are the glow tube cap and the Glührohrverlängerung means of a circumferential weld cohesively connected.

Die Glührohrkappe weist eine geschlossene Kuppe und einen im wesentlichen zylindrischen Abschnitt auf. Die axiale Länge des zylindrischen Abschnitts beträgt dabei maximal das 8-fache des Durchmessers des zylindrischen Abschnitts nach dem Hammerprozess des Glührohres, d. h. im fertig gebauten Zustand. Damit liegt ein für das Tiefziehen der Glührohrkappe günstiges Durchmesser-Länge-Verhältnis von 1/2 bis 1/3 vor, wobei sich diese Angabe auf eine Glührohrkappe vor dem Hammerprozess bezieht.The glow tube cap has a closed Dome and a substantially cylindrical section. The axial length of the cylindrical portion is a maximum of 8 times the diameter of the cylindrical portion after the hammer process of the glow tube, ie in the finished state. This is a favorable for the deep-drawing of Glührohrkappe diameter-length ratio of 1/2 to 1/3, which refers to a Glührohrkappe before the hammer process.

Aufgrund der mehrteiligen Ausführung des Glührohres ist es möglich, die thermisch weniger stark belasteten Abschnitte des Glührohres aus einem kostengünstigeren Material herzustellen.by virtue of the multi-part design of the glow tube is it is possible the thermally less heavily loaded sections of the glow tube made of a less expensive material manufacture.

Ausführungsbeispielembodiment

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.One Embodiment of the invention is in the drawing shown and in the following description in more detail explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 einen prinzipiellen Aufbau einer Glühstiftkerze gemäß dem Stand der Technik, 1 a basic structure of a glow plug according to the prior art,

2a zwei Glührohrteile des erfindungsgemäßen Glührohres und 2a two glow tube parts of the glow tube according to the invention and

2b die Glührohrteile gemäß 2a im zusammengebauten Zustand. 2 B the glow tube parts according to 2a in the assembled state.

Die in 1 dargestellte Glühstiftkerze besitzt ein rohrförmiges Gehäuse 11 mit einer Längsbohrung 12, in die ein Glühstift 13 mit einem Teil seiner Länge abdichtend festgelegt ist. Der Glühstift 13 weist ein dünnwandiges Glührohr 14 mit beispielsweise einem Innendurchmesser von 3 bis 7,5 mm und einer Wandstärke von 0,5 bis 1,0 mm auf.In the 1 shown glow plug has a tubular housing 11 with a longitudinal bore 12 into which a glow plug 13 is sealingly fixed with part of its length. The glow plug 13 has a thin-walled glow tube 14 with, for example, an inner diameter of 3 to 7.5 mm and a wall thickness of 0.5 to 1.0 mm.

Im Innenraum 16 des Glührohres 14 erstreckt sich in axialer Richtung ein Widerstandselement 17 als Heizeinrichtung, das in ein keramisches Isoliermaterial 18 eingebettet ist. Das Widerstandselement 17 ist brennraumfern mit einem Anschlussteil 19 zum Anschließen eines elektrischen Stromkreises kontaktiert. Das brennraumseitige Ende des Widerstandselements 17 ist elektrisch leitend mit dem Boden des Glührohres 14 verbunden.In the interior 16 of the glow tube 14 extends in the axial direction, a resistance element 17 as a heating device, in a ceramic insulating material 18 is embedded. The resistance element 17 is brennraumfernfern with a connection part 19 contacted for connecting an electrical circuit. The combustion chamber end of the resistor element 17 is electrically conductive to the bottom of the glow tube 14 connected.

Das Widerstandselement 17 besteht beispielsweise aus zwei in Reihe geschalteten Widerstandswendeln, wobei die brennraumseitige Widerstandswendel eine Heizwendel und die brennraumferne Widerstandswendel eine Regelwendel 21 bildet. Die Regelwendel 21 hat die Aufgabe, aufgrund ihres hohen positiven Temperaturkoeffizienten mit steigender Temperatur den Strom im Stromkreis zu begrenzen.The resistance element 17 consists for example of two series-connected resistance coils, wherein the combustion chamber-side resistance coil, a heating coil and the combustion chamber remote resistance coil a control coil 21 forms. The rule coil 21 has the task of limiting the current in the circuit due to its high positive temperature coefficient with increasing temperature.

Das Glührohr 14 weist gemäß 1 einen geschlossenen, kuppelförmigen Endabschnitt 27 und einen offenen, zylindrischen Endabschnitt 28 auf. Das Glührohr 14 ist gemäß der vorliegenden Erfindung zweiteilig ausgeführt. Gemäß 2a und 2b wird das Glührohr 14 am geschlossenen Endabschnitt 27 von einer nahtlosen Glührohrkappe 31 und am offenen Endabschnitt 28 von einer zylinderförmigen Glührohrverlängerung 32 gebildet.The glow tube 14 according to 1 a closed, dome-shaped end portion 27 and an open, cylindrical end portion 28 on. The glow tube 14 is designed in two parts according to the present invention. According to 2a and 2 B becomes the glow tube 14 at the closed end section 27 from a seamless glow tube cap 31 and at the open end section 28 from a cylindrical glow tube extension 32 educated.

Die zylinderförmige Glührohrverlängerung 32 ist wie die bisherigen Glührohre aus einem Blechband hergestellt, das zu einem Rohr gebogen und an einer axialen Stoßstelle 33 verschweißt ist. Die zylinderförmige Glührohrverlängerung 32 kann aber auch aus einem besser kaltumformbaren und dafür weniger temperaturstabilen Material hergestellt werden. Am offenen Endabschnitt 28 gegenüberliegend ist eine ringförmige Stirnseite 34 an der Glührohrverlängerung 32 ausgebildet.The cylindrical glow tube extension 32 is like the previous glow tubes made of a metal strip, which bent into a tube and at an axial joint 33 is welded. The cylindrical glow tube extension 32 but can also be made of a better kaltumformbaren and therefore less temperature-stable material. At the open end section 28 opposite is an annular end face 34 at the glow tube extension 32 educated.

Die Glührohrkappe 31 ist nahtlos ausgeführt, d. h. sie weist keine Schweißnaht in axialer Richtung auf. Die Glührohrkappe 31 ist an einem geschlossenen Endabschnitt mit einer Kuppe 35 geschlossen. An die Kuppe 35 schließt sich eine kurzer zylindrischer Abschnitt 36 an, der in Abhängigkeit vom Fertigungsverfahren für die Glührohrkappe 31 eine Länge l von 10 bis 30 mm und einen Durchmesser d von 3 bis 7 mm aufweist. Die Kuppe 35 bildet die Spitze des Glühstifts 13. Der zylindrische Abschnitt 36 endet mit einer ringförmigen Stirnseite 37 an der Glührohrkappe 31.The glow tube cap 31 is seamless, ie it has no weld in the axial direction. The glow tube cap 31 is at a closed end section with a dome 35 closed. At the top 35 closes a short cylindrical section 36 depending on the method of manufacturing the glow tube cap 31 has a length l of 10 to 30 mm and a diameter d of 3 to 7 mm. The dome 35 forms the tip of the glow plug 13 , The cylindrical section 36 ends with an annular end face 37 on the glow tube cap 31 ,

Die Herstellung der nahtlosen Glührohrkappe 31 erfolgt beispielsweise durch Tiefziehen eines Blechs. Die relativ kurze Tiefe der Glührohrkappe 31 ermöglicht ein für das Tiefziehen günstiges Durchmesser-Länge-Verhältnis, das beim vorliegenden Ausführungsbeispiel bei 1/2 bis 1/3 liegt, wobei sich diese Angabe auf eine Glührohrkappe 31 vor einem Hammerprozess bezieht. Es ist aber genauso möglich, die Glührohrkappe 31 durch ein spanendes Verfahren herzustellen.The production of the seamless glow tube cap 31 For example, by deep drawing a sheet. The relatively short depth of the glow tube cap 31 allows a favorable for thermoforming diameter-length ratio, which is in the present embodiment at 1/2 to 1/3, which is an indication of a Glührohrkappe 31 before a hammer process relates. But it is just as possible, the glow tube cap 31 produced by a machining process.

Die Glührohrkappe 31 und die Glührohrverlängerung 32 sind gemäß 2b an den Stirnseiten 34, 37 an einer Stoßstelle zusammengeführt und an der Stoßstelle mittels einer umlaufenden Schweißnaht 39 verschweißt.The glow tube cap 31 and the glow tube extension 32 are according to 2 B on the front sides 34 . 37 brought together at a joint and at the joint by means of a circumferential weld 39 welded.

Der Einsatz eines längsgeschweißten Rohres für die zylinderförmige Glührohrverlängerung 32 ist möglich, weil die Glühstiftkerze aufgrund des Temperaturabfalls in Richtung des vom Brennraum abgewandten Endes einer geringeren thermischen Belastung ausgesetzt ist. Solche zylinderförmigen Glührohrverlängerungen 32 können ohne die Qualitätseinbuße in beliebiger Länge hergestellt werden, was wiederum die Herstellung beliebig langer aus mindestens zwei Teilen zusammengesetzten Glührohren 14 ermöglicht. Neben dem Herstellungsverfahren von längsgeschweißten Rohren kann für die Glührohrverlängerung 32 ein kostengünstigeres Material als für die thermisch hoch belastete Glührohrkappe 31 verwendet werden. Die Glührohrkappe 31 ist dabei aus einem Material zu fertigen, das höheren thermischen Beanspruchungen standhält. Der weniger thermisch beanspruchte Abschnitt des Glührohres 14, der von der Glührohrverlängerung 32 gebildet wird, kann aus einem Material hergestellt werden, das nur einer geringeren thermische Beanspruchung standhalten braucht. Die kostengünstigere Glührohrverlängerung 32 kann auch als variables Bauteil mit beispielsweise verschiedenen Längen ausgeführt werden, wobei die gleiche Glührohrkappe 31 für alle möglichen Varianten einsetzbar ist.The use of a longitudinally welded tube for the cylindrical glow tube extension 32 is possible because the glow plug is exposed due to the temperature drop in the direction of the combustion chamber remote from the end of a lower thermal load. Such cylindrical Glührohrverlängerungen 32 can be produced without the loss of quality in any length, which in turn the production of any length from min at least two parts of composite glow tubes 14 allows. In addition to the manufacturing process of longitudinally welded tubes may be used for the glow tube extension 32 a less expensive material than for the thermally highly loaded glow tube cap 31 be used. The glow tube cap 31 is to manufacture from a material that can withstand higher thermal loads. The less thermally stressed section of the glow tube 14 that of the glow tube extension 32 can be made of a material that only needs to withstand a lower thermal stress. The less costly glow tube extension 32 can also be designed as a variable component with, for example, different lengths, with the same Glührohrkappe 31 can be used for all possible variants.

Neben der beschriebenen zweiteiligen Ausführung des Glührohres 14 ist es auch denkbar, das Glührohr 14 aus mehr als zwei Glührohrteilen herzustellen. Dabei ist die axiale Position einer nahtlosen Glührohrkappe 31 beliebig variabel. Je nach Temperaturprofil entlang des Glührohres 14 kann die nahtlose Glührohrkappe 31 unterschiedlich positioniert werden. Allerdings ist die im Ausführungsbeispiel beschriebene Glührohrkappe 32 an der dem Brennraum zugewandten Seite des Glührohres 14 vorteilhaft, weil in diesem Fall keine gravierenden Änderungen des Designs der Glühstiftkerze erforderlich sind. Außerdem ist es auch denkbar, das Glührohr 14 für andere hochtemperaturbeanspruchte Schutzhülsen für aktive oder passive Bauelemente (z. B. Temperaturmesssonden, Sensoren usw.) einzusetzen.In addition to the described two-part design of the glow tube 14 it is also conceivable, the glow tube 14 to produce more than two Glührohrteilen. Here is the axial position of a seamless glow tube cap 31 arbitrarily variable. Depending on the temperature profile along the glow tube 14 Can the seamless glow tube cap 31 be positioned differently. However, the glow tube cap described in the exemplary embodiment 32 on the side facing the combustion chamber of the glow tube 14 advantageous because no serious changes in the design of the glow plug are required in this case. In addition, it is also conceivable, the glow tube 14 for other high-temperature-loaded protective sleeves for active or passive components (eg temperature measuring probes, sensors, etc.).

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 9412268 U1 [0002]
- DE 102008010243 [0005]

Claims

Glow tube, in particular for a glow plug, with a dome-shaped closed end section ( 27 ) and a cylindrical open end portion ( 28 ), characterized in that the glow tube ( 14 ) is composed of at least two Glührohrteilen, and that the one Glührohrteil at the closed end portion ( 27 ) from a seamless glow tube cap ( 31 ) and the other glow tube part at the open end section (FIG. 28 ) of a substantially cylindrical glow tube extension ( 32 ) is formed.

Glow tube according to claim 1, characterized in that between the glow tube cap ( 31 ) and the glow tube extension ( 32 ) a connection point ( 39 ) is formed, and that the connection point ( 39 ) at a position of the glow tube ( 14 ), which has a lower thermal load than the majority of the glow tube cap ( 31 ) is exposed.

Glow tube according to claim 2, characterized in that the connection point ( 39 ) from one on the glow tube cap ( 31 ) formed annular end face ( 37 ) and one at the Glührohrverlängerung ( 32 ) formed further annular end face ( 34 ) is formed.

Glow tube according to claim 2 or 3, characterized in that the glow tube cap ( 31 ) and the glow tube extension ( 32 ) at the junction ( 39 ) are cohesively connected.

Glow tube according to one of the preceding claims, characterized in that the glow tube cap ( 31 ) a closed dome ( 35 ) and a substantially cylindrical portion ( 36 ), and that the axial length l of the cylindrical portion ( 36 ) the maximum 8 times the diameter d of the cylindrical section ( 36 ) after the hammer process of the glow tube is.

Glow tube according to one of the preceding claims, characterized in that the glow tube cap ( 31 ) and the glow tube extension ( 32 ) are made of different materials.

Glow tube according to one of the preceding claims, characterized in that the glow tube cap ( 31 ) by deep drawing, MIM (Metal Injection Molding), powder extrusion, metal injection molding or by machining.