DE3923582A1 - Gluehkerze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Glühkerze, wie sie in der Deutschen Patentanmeldung P 38 25 013.6 in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbart ist. Die beiliegende Abschrift der Hauptanmeldung ist als Inhalt der vorliegenden Beschreibung zu betrachten.

Überraschenderweise wurde nunmehr gefunden, daß die erfindungsgemäße Glühkerze besonders wirkungsvoll funktio­ niert, wenn die Regelwendel aus einer Kobalt-/Eisenlegierung besteht, wobei diese Legierung 23-25 Gew.-% Eisen, Rest Kobalt enthält. Dieses gilt insbesondere, wenn der Eisen­ gehalt etwa 25 Gew.-%, Rest Kobalt ist.

Die Ergebnisse werden noch weiter deutlich verbessert, wenn die Regelwendellegierung durch Sintern hergestellt ist. Dieses gilt, obwohl bisher nicht geklärt werden konnte, warum die Ergebnisse für den vorliegenden Zweck deutlich besser sind, wenn die Legierungen bei gleichem Reinheitsgrad im Sinter- und nicht im Schmelzverfahren hergestellt wurden.

Der Vorteil der Verwendung der reinen Legierungen Co Fe 23 bis Co Fe 25 liegt in der relativ geringen Widerstandszunahme bis 800°C wodurch sich rasches Aufheizen ergibt sowie die bei etwa 825°C ausgeprägt auftretende Sprungcharakteristik des Temperaturkoeffizienten, wodurch sich ein wirkungsvolles Abregeln ergibt. Es wurde herausgefunden, daß als obere Grenztemperatur der Heizwendeln 1060°C anzusehen sind; durch die erfindungsgemäß eigentümliche Regelcharakteristik der erfindungsgemäßen Regelwendel sind keine weiteren Bauelemente mehr nötig, um die Überschreitung dieser oberen Grenztemperatur zu verhindern.

Besonders vorteilhafte Glühkerzen der erfindungsgemäßen Art ergeben sich, wenn die Regelwendel in zwei Abschnitte unterteilt ist, wobei der der Heizwendel benachbarte Abschnitt aus dem beschriebenen Regelwendelmaterial besteht, und der andere Abschnitt eine an sich eine bekannte Wendel aus reinem Nickel ist, und wenn Regel- und Heizwendel praktisch vollständig in dem Teil des Rohrs angeordnet sind, der als Glühstift dient und frei von anliegenden, wärmeab­ ziehenden Bauteilen ist.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert:

Fig. 1 ist die graphische Wiedergabe des Widerstandsver­ hältnisses verschiedener Wendeldrahtmaterialien in Abhängigkeit von der Temperatur.

Fig. 2 ist die graphische Darstellung der Temperatur der Heizstab-Oberfläche in Abhängigkeit von der Zeit.

Fig. 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Glühstiftkerze.

Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Glühstiftkerze.

Es wurde gefunden, daß theoretisch durch Veränderung der Wendelgeometrie des Wendeldrahtes sowie der Ausbildung des Glühstiftes Aufheizzeiten unter 5 Sekunden erhältlich sind, wobei deren Lebensdauer jedoch für den gewünschten Zweck völlig unzureichend ist. Es wurde gefunden, daß dieses vor allem daran liegt, daß die schnelle Aufheizperiode nicht zu "bremsen" ist, so daß sich der Heizstab auf eine Behar­ rungstemperatur von mehr als 1130° bei üblicher Batteriespan­ nung nach etwa 10 Sekunden einstellt, wobei nach diesseitiger Erkenntnis diese Temperatur die Lebensdauer solcher Glüh­ stiftkerzen entscheidend beeinträchtigt.

Verwendet man demgegenüber als Regelwendel eine Widerstandswendel mit höherem Widerstand ist es nicht möglich, die gewünschte Verkürzung der Aufheizzeit zu erzielen, wenn man auf eine Beharrungstemperatur von etwa maximal 1060°C abzielt.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß sowohl die Aufheizzeit verringert wie auch die funktionsgemäße Lebens­ dauer erzielbar ist, wenn man für die Regelwendel ein Material verwendet, das ein Widerstandsverhältnis von größer als etwa 7,5, vorzugsweise größer als 12 und insbesondere von etwa 14 aufweist.

Geeignete Materialien sind nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, Reinnickel sondern beispielsweise Legierun­ gen aus Nickel/Eisen und Kobalt/Eisen, insbesondere Kobalt/ Eisen gemäß Anspruch 1 und Anspruch 2.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß die erfin­ dungsgemäße Glühkerze dann besonders wirkungsvoll arbeitet, wenn die Regelwendellegierung (bei gleicher Zusammensetzung, bzw. gleichem Reinheitsgrad) nicht durch Schmelzverfahren, sondern durch Sintern hergestellt wurde.

Als ganz besonders geeignet haben sich solche Mate­ rialien herausgestellt, die nicht nur das genannte Wider­ standsverhältnis aufweisen, sondern bei denen sich die Wider­ standsänderung in einem bestimmten Temperaturbereich "sprunghaft" ändert, d. h., daß er sich nicht etwa linear wie bei rein Nickel sondern wie den genannten Legierungen im Bereich von 600 bis 900° sehr schnell, bezogen auf den übrigen Kurvenverlauf, verändert. Dieses wird durch die Kurven gemäß Fig. 1 aufgezeigt, in der der Verlauf des Widerstandsverhältnisses in Abhängigkeit von der Temperatur für die genannten Materialien schematisch wiedergegeben wird.

Entsprechend erfindungsgemäß ausgebildete Glühstiftkerzen zeigen bezüglich ihrer Oberflächentemperatur als Funktion der Zeit ein Verhalten gemäß der Fig. 2. Während bei diesem gezeigten Beispiel die Glühstiftkerze aus dem Stand der Technik die Glühstiftspitzentemperatur von 850°C nach etwa 8 Sekunden erreicht hat, erreicht die erfindungsgemäße Glühstiftkerze diese Temperatur nach etwa 3 bis 4 Sekunden. Darüber hinaus ergibt sich aus der Darstellung qualitativ, daß die erfindungsgemäße Glühstiftkerze bezüglich der Oberflächentemperatur sehr stark "gebremst" wird und sich auf eine Beharrungstemperatur gemäß Fig. 2 von etwa 1000°C einstellt, während die Glühstiftkerze aus dem Stand der Technik sich auf eine Beharrungstemperatur von etwa über 1150°C einstellt.

Die niedrige Beharrungstemperatur der erfindungsgemäßen Glühkerze verbessert jedoch nicht nur die Lebensdauer der Glühstiftkerze entscheidend; sie ermöglicht vor allem auch, daß mit dieser Kerze in den laufenden Motor mit höherer Generatorspannung (bis zu 13 Volt an der Kerze) nachgeglüht werden kann, ohne Heiz- und Regelwendel zu zerstören; dieser Möglichkeit des Nachglühens kommt wesentliche Bedeutung zur Verminderung der Schadstoffe im Abgas von Dieselmotoren zu. Auf diese Weise entfallen beim Nachglühen die sonst vor­ zusehenden aufwendigen elektrischen oder elektronischen Steuerungen.

Eine typische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Glühstiftkerze ist in Fig. 3 wiedergegeben.

Der Glühstift 1, als verschlossenes Glührohr ausgebil­ det, besteht üblicherweise aus korrosionsbeständigem Werkstoff, vorzugsweise Inconel 600 oder 601.

In diesem Schutzrohr ist eine Wendelkombination 2/3 in einem gut wärmeleitenden Isolierstoff 4 (beispielsweise Magnesiumoxid) eingebettet.

Der vordere Abschnitt 2 der hintereinander angeordneten Wendeln wird als Heizwendel bezeichnet und besteht aus einem Drahtmaterial mit geringem positiven oder negativem Tempera­ turkoeffizienten, vorzugsweise aus einem Chrom-/Aluminium- /Eisendraht. Der Durchmesser des Drahtes beträgt üblicher­ weise 0,3 bis 0,5 mm.

Die Heizwendel 2 ist mit der Regelwendel 3 üblicherweise durch Verschweißen verbunden. Die Regelwendel besteht in diesem Fall aus einer Legierung Kobalt/Eisen, wobei der Kobaltanteil in der Legierung etwa 75% beträgt und der Rest Eisen ist; auf diese Weise wird erfindungsgemäß ein Material verwendet, dessen Widerstandskennlinie der Anwendung einer Glühkerze angepaßt ist. Diese Regelwendel 3 weist erfin­ dungsgemäß zunächst einen niedrigeren Anstieg des Widerstands auf, während der Widerstand im Bereich der Wendeldrahttem­ peratur von etwa 400 bis etwa 900° steil ansteigt.

Ebenfalls erfindungsgemäß stellt sich die gewünschte Beharrungstemperatur nach etwa 8 Sekunden ein. Die Glüh­ temperatur von etwa 850°C wird bereits nach zwei bis fünf Sekunden erreicht. Der Durchmesser der Regelwendel beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel etwa 0,3 bis 0,4 mm.

Beispiele für erfindungsgemäß verwendbare Legierungen ergeben sich aus der folgenden Tabelle:

Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform wird in Fig. 4 wiedergegeben. Bei dieser Ausführungsform ist die Regelwendel in die beiden Abschnitte 3 und 6 unterteilt, wobei der Abschnitt 3 aus einem Material mit dem genannten steilen Widerstandsanstieg im genannten Temperaturbereich besteht, während Abschnitt 6 aus einer ansich bekannten Wendel aus z. B. reinem Nickel besteht. Auf diese Weise kann die Widerstandskennlinie bezüglich der Anwendung der Glühkerze erfindungsgemäß angepaßt werden.

Claims (7)

1. Glühkerze zur Anordnung im Brennraum einer luftver­ dichtenden Brennkraftmaschine, mit einem Kerzengehäuse, mit einer Anschlußvorrichtung für den Glühstrom, mit einem an dem Kerzengehäuse befestigten Rohr, das an seinem vom Kerzen­ gehäuse abgewandten Ende verschlossen ist, wobei in dem Rohr ein drahtwendelförmiges Widerstandselement in einem Isolier­ stoff angeordnet ist, wobei das Widerstandselement aus zwei in Reihe verbundenen Widerstandswendeln besteht, von denen die hintere als Regelwendel dienende Widerstandswendel einen höheren positiven Temperatur-Widerstandskoeffizienten als die vordere, als Heizwendel dienende Widerstandswendel aufweist, wobei das Regelwendelmaterial ein Widerstandsverhältnis, bezogen auf ein Temperaturverhältnis von 20°/1000°C von größer als etwa 7,5 aufweist nach Patentanmeldung P 38 25 013.6, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelwendel aus einer Kobalt-/Eisenlegierung mit einem Eisengehalt von 23-25 Gew.-%, Rest Kobalt, besteht.

2. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Regelwendel aus einer Kobalt-/ Eisenlegierung mit einem Eisengehalt von 25 Gew.-%, Rest Kobalt, besteht.

3. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Regelwendellegierung durch Sintern hergestellt ist.

4. Glühkerze nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Legierung durch Sintern hergestellt ist.

5. Regelwendel nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Regelwendel in zwei Abschnitte unterteilt ist, wobei der der Heizwendel benachbarte Abschnitt aus dem beschriebenen Regelwendelmaterial besteht, und der andere Abschnitt eine an sich bekannte Wendel aus reinem Nickel ist.

6. Glühkerze nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Regelwendel in zwei Abschnitte unterteilt ist, wobei der der Heizwendel benachbarte Abschnitt aus dem beschriebenen Regelwendelmaterial besteht, und der andere Abschnitt eine an sich bekannte Wendel aus reinem Nickel ist.

7. Glühkerze nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Regel- und Heizwendel praktisch vollständig in dem Teil des Rohres angeordnet sind, der als Glühstift dient und frei von anliegenden, wärmeabziehenden Bauteilen ist.