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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Glühstiftkerze, bestehend im wesentlichen
aus einem Gehäuse
sowie einem Stiftheizer, der mit dem Gehäuse verbunden ist und in dem
ein Heizelement angeordnet ist sowie ein Verfahren zur Herstellung
dieser Glühstiftkerze.
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Glühstiftkerzen
als Teil einer Glüheinrichtung werden
unter anderem bei Kaltstart und Kaltlauf von Dieselmotoren verwendet.
Sie dienen dazu, den Brennraum vor dem eigentlichen Motorstart zu
erwärmen
und das Laufverhalten des Dieselmotors (Geräusch, Abgasemission) positiv
zu beeinflussen.
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Eine
Glühstiftkerze
besteht in der Regel neben den üblichen
Anschlusselementen, wie einem Anschlussbolzen aus einem Gehäuse sowie
einem aus dem Gehäuse
austretenden Stiftheizer, der mit dem Anschlussbolzen elektrisch
verbunden ist, wobei innerhalb des Stiftheizers ein Heizelement
angeordnet ist. Abhängig
von der Ausführung
einer sogenannten metallischen oder keramischen Glühstiftkerze
sind die Heizelemente unterschiedlich ausgebildet. Gemeinsam ist,
dass dieses innerhalb eines Stiftheizers angeordnet ist. Der Stiftheizer
selbst wird bisher mittels Einpressen oder/und Falzen in dem Gehäuse fixiert.
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In
modernen Dieselmotoren ist der Bauraum für den Einsatz der Glühstiftkerzen
sehr begrenzt. Deswegen geht die Forderung dahin, dass die Stiftheizer
und damit auch die Heizelemente deutlich in ihren Abmessungen kleiner
auszubilden sind. Die Forderungen bestehen unter anderem darin,
den Durchmesser des Heizelements kleiner als 5 mm zu gestalten.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Glühstiftkerze
sowie ein Herstellungsverfahren zur Herstellung der Glühstiftkerze
vorzuschlagen, das bei dem Fügeprozess
zwischen Stiftheizer und Gehäuse
eine geringe Beanspruchung des Stiftheizers eintritt.
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Lösung der
Aufgabe
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Der
Kerngedanke der Erfindung besteht darin, den Stiftheizer mit dem
Gehäuse
mittels angepassten Fügeverfahren
zu verbinden. Insbesondere bei keramischen Stiftheizern wird am
gehäuseseitigen
Ende ein metallisches Stützrohr
vorgesehen.
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Vorteile der
Erfindung
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Eine
der wesentlichen Vorteile der Erfindung besteht darin, dass die
mechanische Belastung auf den Stiftheizer und das innenliegende
Heizelement reduziert wird, so dass aufgrund dieser Tatsache im Durchmesser
geringere Stiftheizer und damit Heizelemente verwendet werden können.
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Ferner
ist das Verfahren kostengünstiger,
da die Fügeprozesse
in Abhängigkeit
der Glühstiftkerze (metallisch
oder keramisch) gewählt
werden können.
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Vorteilhafterweise
ist der Stiftheizer verdrehsicher in dem Gehäuse angeordnet und bietet daher eine
grosse Auszugssicherheit.
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Die
besondere Ausgestaltung der Glühstiftkerze
lässt auch
eine grössere
Bauteiltoleranz zu, wobei insbesondere dadurch eine Möglichkeit
geschaffen worden ist, beschichtete Materialien zu verwenden, deren
Toleranzen ebenfalls gering sind.
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Ferner
lässt die
erfindungsgemässe
Ausbildung zu, zusätzliche
Elemente, wie beispielsweise eine Druckmesskerzenfunktion.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung,
den Ansprüchen
sowie den Zeichnungen hervor.
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Zeichnungen
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Es
zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemässen
Ausbildung einer Glühstiftkerze,
wobei hier ausschliesslich der erfindungswesentliche Teil im Schnitt
dargestellt ist;
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemässen
Ausbildung einer Glühstiftkerze,
wobei hier ausschliesslich der erfindungswesentliche Teil im Schnitt
dargestellt ist, sowie erläuternde Merkmale
zur Herstellung der Glühstiftkerze;
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3 ein drittes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemässen
Ausbildung einer Glühstiftkerze,
wobei hier ausschliesslich der erfindungswesentliche Teil im Schnitt
dargestellt ist, sowie erläuternde Merkmale
zur Herstellung der Glühstiftkerze;
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4 ein viertes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemässen
Ausbildung einer Glühstiftkerze,
wobei hier ausschliesslich der erfindungswesentliche Teil im Schnitt
dargestellt ist, sowie erläuternde Merkmale
zur Herstellung der Glühstiftkerze,
aufgeteilt in zwei (4a und 4b) wesentliche Verfahrensschritte;
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5 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Ausbildung
einer Glühstiftkerze,
wobei hier ausschliesslich der erfindungswesentliche Teil im Schnitt
dargestellt ist, sowie erläuternde Merkmale
zur Herstellung der Glühstiftkerze,
aufgeteilt in zwei ( 5a und b) wesentliche Verfahrensschritte;
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6 ein sechstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemässen
Ausbildung einer Glühstiftkerze,
wobei hier aus schliesslich der erfindungswesentliche Teil im Schnitt
dargestellt ist, sowie erläuternde
Merkmale zur Herstellung der Glühstiftkerze.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist der erfindungswesentliche
Teil einer Glühstiftkerze 1 im
Schnitt dargestellt. Die Glühstiftkerze 1 umfasst
in dieser Darstellung ein Gehäuse 2 sowie
einen Stiftheizer 3, in dem nicht näher dargestellt ein Heizelement
angeordnet ist. Ferner ist erfindungsgemäss vorgesehen, ein Stützrohr 4 anzuordnen.
Dieses Stützrohr 4 ist
in seinem Innendurchmesser 5 derart bemessen, dass der
Stiftheizer 3 aufgenommen werden kann. Bei diesem ersten
Ausführungsbeispiel
bilden Gehäuse 2 und
Stützrohr 4 ein
einteiliges Bauteil. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin,
dass eine belastungsarme Montage möglich ist, Herstellungsschritte
eingespart werden und die Verbindung zwischen Stützrohr 4 bzw. Stiftheizer sehr
einfach herstellbar ist.
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In 2 ist in einem ersten Verfahrensschritt das
erfindungsgemässe
Stützrohr 4 auf
den Stiftheizer 3 aufgesteckt. Zusammen werden beide Bauteile in
das Gehäuse 3 eingeführt und
dort mittels eines von aussen auf das Gehäuse 2 treffenden Laserstrahl 6 verschweisst.
Vorzugsweise wird eine kontinuierliche Schweissnaht auf dem gesamten
Umfang des Gehäuses 2 vorgeschlagen.
Dies wird dadurch bewirkt, dass die Glühstiftkerze 1 um ihre
Symmetrieachse 7 in Richtung der Drehpfeile 8 verdreht
wird. Alternativ kann auch eine Punktschweissung vorgeschlagen werden.
Der wesentliche Vorteil – neben den
bereits genannten Vorteilen – bei
der Verwendung des Verfahrens liegt darin, dass eine sehr verdrehsichere
Verbindung herstellbar ist. Zudem zeichnet sich diese Verbindung
durch eine hohe Auszugsfestigkeit aus. Bedingt ist dieses Verfahren
auch anwendbar für
metallische Glühstiftkerzen.
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In 3 wird ein drittes Verfahren
vorgeschlagen. Dieses unterscheidet sich von dem Verfahren, das
in 2 dargestellt ist,
dadurch, dass anstelle eines Laserschweissverfahrens ein Widerstandsschweissverfahren
eingesetzt wird. Hierzu werden an dem Umfang des Gehäuses 2 Elektroden 9 angesetzt,
wobei das Stützrohr 4 mittels
eines Anschlusselements 10 geerdet ist. Durch dieses Verfahren
wird das Stützrohr 4 zusammen
mit dem Stiftheizer 3 an dem Gehäuse 2 fixiert. Der
wesentliche Vorteil – neben
den bereits genannten Vorteilen – bei der Verwendung des Verfahrens
liegt darin, dass eine sehr verdrehsichere Verbindung herstellbar
ist. Zudem zeichnet sich diese Verbindung durch eine hohe Auszugsfestigkeit
aus. Dieses kostengünstige
Verfahren ist auch anwendbar für
metallische Glühstiftkerzen.
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In 4a wird in einem ersten
Verfahrensschritt das Stützrohr 4 auf
den Stiftheizer 3 aufgesteckt. Das Stützrohr 4 ist derart
ausgebildet, dass dieses zylindrisch ausgebildet ist und an dem
zum Gehäuse 2 hinweisenden
Ende einen Wulst 11 vorgesehen ist. Der Wulst 11 ist
derart bemessen, dass dieser auf einer Schulter 12, die
innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet
ist, aufliegt, wobei der Wulst 11 vorzugsweise gebördelt ist.
Dadurch wird verhindert, dass der Stiftheizer 3 zusammen
mit dem Stützrohr 4 nicht
weiter in Pfeilrichtung 13 verschiebbar ist. Zur Fixierung,
wie in 4b dargestellt,
wird der Wulst 11 durch Ansetzen einer Kraft F in Pfeilrichtung 13 verpresst.
Der wesentliche Vorteil – neben
den bereits genannten Vorteilen – bei der Verwendung des Verfahrens
liegt darin, dass eine sehr verdrehsichere Verbindung herstellbar
ist. Zudem zeichnet sich diese Verbindung durch eine hohe Auszugsfestigkeit aus.
Grössere
Fertigungstoleranzen sind möglich. Das
Verfahren lässt
sich auch bei beschichteten Oberflächen anwenden.
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Durch
das Einpressen des Stützrohrs 4 in das
Gehäuse 2 ist
die Belastung – bei
keramischen Glühstiftkerzen – auf den
keramischen Stift (innerhalb des Stiftheizers 3 angeordnet)
insbesondere im Fügebereich
maximal reduziert. Zudem lässt
sich der Einbau einer Druckmesskerze realisieren.
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Das
in 5a und b vorgeschlagene Verfahren unterscheidet
sich von dem in 4 dadurch, dass
anstelle eines Verpressens innerhalb des Gehäuses 2 ein Fügen des
Stützrohrs 4 zusammen
mit dem Stiftheizer 3 durch Bördeln, Hämmern oder Verstemmen (Krafteinwirkung
F, wie in 5b dargestellt)
eingesetzt wird. Um dieses Verfahren anzuwenden, ist die Öffnung 14 zwischen
Gehäuse 2 und Stützrohr 4 derart
bemessen, dass ein geringes Übermass
vorhanden ist. Der wesentliche Vorteil – neben den bereits genannten
Vorteilen – bei
der Verwendung des Verfahrens liegt darin, dass eine sehr verdrehsichere
Verbindung herstellbar ist. Zudem zeichnet sich diese Verbindung
durch eine hohe Auszugsfestigkeit aus. Grössere Fertigungstoleranzen sind
möglich.
Das Verfahren lässt
sich auch bei beschichteten Oberflächen anwenden. Durch das Verpressen
des Stützrohrs 4 in
dem Gehäuse 2 ist
die Belastung – bei
keramischen Glühstiftkerzen – auf den
keramischen Stift (innerhalb des Stiftheizers 3 angeordnet)
insbesondere im Fügebereich
reduziert. Gestalterische Änderungen
an dem Stiftheizer können
durch die Verwendung des Verfahrens kompensiert werden.
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In 6 ist erfindungsgemäss vorgesehen, das
Stützrohr 4 auf
der zum Gehäuse 2 hinweisenden
Seite mit einem Gewinde 15 auszubilden. Dadurch in das
Stützrohr 4 in
das Gehäuse 2 in
Richtung der Drehpfeile 16 eindrehbar. Anschliessend kann
durch Ansetzen einer Kraft F in Richtung der Pfeile 17 das
Stützrohr 4 mit
dem Gehäuse 3 verpresst
werden. Der wesentliche Vorteil – neben den bereits genannten
Vorteilen – bei
der Verwendung des Verfahrens liegt darin, dass eine sehr verdrehsichere
Verbindung herstellbar ist. Zudem zeichnet sich diese Verbindung
durch eine hohe Auszugsfestigkeit aus. Dieses Verfahren eignet sich
besonders bei der Verwendung von Bauteilen, deren Oberflächen beschichtet
sind. Eine thermische Veränderung des
Gefüges
des Gehäuses 2 und/oder
des Stützrohrs 4 sowie
des Stiftheizers 3 wird vermieden.
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Durch
die Verwendung eines Stützrohrs
sind dadurch vielfältige
Ausführungsformen
möglich,
wobei der Stiftheizer 3 und die damit verbundenen Heizelemente
sehr klein ausgebildet sind, insbesondere bezogen auf ihren Durchmesser.