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DE102007053807A1 - Keramische Glühstiftkerze mit verringertem Heizerabstand - Google Patents

Keramische Glühstiftkerze mit verringertem Heizerabstand Download PDF

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DE102007053807A1
DE102007053807A1 DE200710053807 DE102007053807A DE102007053807A1 DE 102007053807 A1 DE102007053807 A1 DE 102007053807A1 DE 200710053807 DE200710053807 DE 200710053807 DE 102007053807 A DE102007053807 A DE 102007053807A DE 102007053807 A1 DE102007053807 A1 DE 102007053807A1
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DE
Germany
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glow plug
core
heating element
ceramic material
jacket
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE200710053807
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English (en)
Inventor
Simon Schmittinger
Susanne Liemersdorf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23QIGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/001Glowing plugs for internal-combustion engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23QIGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/001Glowing plugs for internal-combustion engines
    • F23Q2007/004Manufacturing or assembling methods

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Glühstiftkerze, insbesondere zum Starten einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine, mit einem Glühstift (1), der eine Spitze aufweist, die in ein zündbares Kraftstoff-Luft-Gemisch enthaltenen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingreift, wobei der Glühstift (1) einen Mantel (11) umfasst, der aus einem keramischen Material gefertigt ist und ein Heizelement (5) enthält. Das Heizelement (5) umschließt einen Kern (3) aus einem Material mit einer Durchschlagfestigkeit von mindestens 20 kV/mm. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Glühstiftkerze, bei dem ein Kern aus einem Material mit einer Durchschlagfestigkeit von mindestens 20 kV/mm und ein Heizelement (5) von mindestens zwei Formteilen (19, 21) aus dem keramischen Material für den Mantel (11) des Glühstifts (1) umschlossen wird. Der Verbund aus Kern (3) und Formteilen (19, 21) wird zu der Glühstiftkerze gesintert.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Glühstiftkerze, insbesondere zum Starten einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Glühstiftkerze.
  • Zum Starten einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine ist eine Initialzündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine erforderlich. Hierzu werden Glühstiftkerzen eingesetzt, die jeweils in einer Wandung eines Brennraumes angeordnet sind. Die Glühstiftkerzen umfassen einen Glühstift, der mit dem zu zündenden Kraftstoff-Luft-Gemisch in Kontakt gebracht wird.
  • Üblicherweise wird der Glühstift aus einer elektrisch leitfähigen Keramik gefertigt. Hierbei besitzt der Glühstift einen definierten elektrischen Widerstand, so dass bei Verbinden des Glühstiftes mit einer Spannungsquelle ein Strom fließt, der zum Erwärmen des Glühstiftes auf eine definierte Temperatur führt. Diese Temperatur wird so gewählt, dass sie ausreichend ist, um das Kraftstoff-Luft-Gemisch zu zünden.
  • Aus EP-A 1 768 456 ist eine Glühstiftkerze bekannt, bei der in einem keramischen Material ein Heizelement eingebettet ist. Das Heizelement ist u-förmig ausgebildet und umschließt einen Kern aus dem keramischen Material. Um ein Durchschlagen des Kerns, der vom Heizelement umschlossen wird, zu verhindern, ist es notwendig, diesen ausreichend dick zu fertigen. Da im Allgemeinen die Geometrie für die Glühstiftkerze vorgegeben ist, führt dies dazu, dass die keramische Ummantelung des Heizelementes in einer geringeren Dicke ausgeführt werden muss. Da jedoch Glühstiftkerzen im Motorraum in der Regel Ölaschekorrosion ausgesetzt sind, degeneriert der keramische Werkstoff. Diese Degeneration führt zu einer Verringerung der Standzeit der Glühstiftkerze. Aufgrund der vorgegebenen Geometrie der Glühstiftkerze und der erforderlichen Dicke des Kerns ist es nicht möglich, bei der aus EP-A 1 768 456 bekannten Glühstiftkerze das Heizelement ummantelnde keramische Material in einer größeren Dicke auszuführen, um so die Standzeit zu erhöhen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteile der Erfindung
  • Eine erfindungsgemäß ausgebildete Glühstiftkerze, insbesondere zum Starten einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine, umfasst einen Glühstift, der eine Spitze aufweist, die in einen ein zündbares Kraftstoff-Luft-Gemisch enthaltenden Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingreift. Der Glühstift umfasst einen Mantel, der aus einem keramischen Material gefertigt ist und enthält ein Heizelement. Das Heizelement umschließt einen Kern aus einem Material mit einer Durchschlagsfestigkeit von mindestens 20 kV/mm.
  • Aufgrund der Durchschlagsfestigkeit von mindestens 20 kV/mm ist es möglich, den Kern, der vom Heizelement umschlossen wird, in einer geringeren Dicke auszuführen, als dies bei der aus dem Stand der Technik bekannten Glühstiftkerze möglich ist. Hierdurch ist es möglich, das keramische Material für den Mantel des Glühstiftes, der das Heizelement umschließt, in einer größeren Dicke auszuführen. Hierdurch kann die Standzeit der Glühstiftkerze erhöht werden, da der Abbau des keramischen Materials durch die Ölaschekorrosion aufgrund der größeren Dicke zu einer später eintretenden Schädigung führt, die ein Unbrauchbarwerden der Glühstiftkerze zur Folge hat.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weisen das keramische Material für den Kern und das keramische Material für den Mantel des Glühstifts eine im Wesentlichen gleiche Wärmeausdehnung auf. Durch die im Wesentlichen gleiche Wärmeausdehnung wird vermieden, dass bei der Aufheizung der Glühstiftkerze das keramische Material des Mantels des Glühstifts oder das Material des Kerns geschädigt werden. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn der Kern eine größere Wärmeausdehnung aufweist als das keramische Material des Mantels des Glühstifts. In diesem Fall dehnt sich der Kern stärker aus als der Mantel, was zu einem Reißen des Mantels führt.
  • Als Material für den Kern eignen sich zum Beispiel Aluminiumnitrid, Siliziumcarbid und Siliziumnitrid, besonders bevorzugt als Material für den Kern ist Aluminiumnitrid. Vorteil des Aluminiumnitrids ist seine hohe Durchschlagsfestigkeit von ungefähr 20 bis 25 kV/nm, aufgrund dessen der Durchmesser des Kerns sehr klein gewählt werden kann. Die Durchschlagsfestigkeit des Aluminiumnitrids ist dabei abhängig von der genauen Zusammensetzung und dem Hersteller. So ist zum Beispiel bei einer Glühstiftkerze, wie sie üblicherweise in selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen betrieben wird, eine Dicke des Kerns von 0,6 mm ausreichend, ohne dass ein Durchschlagen durch den Kern auftritt. Ein weiterer Vorteil von Aluminiumnitrid ist dessen Temperaturstabilität unter Ausschluss von Luft. Der Schmelzpunkt von Aluminiumnitrid liegt bei ungefähr 2000°C. Da die Temperaturstabilität jedoch nur unter Ausschluss von Luft gegeben ist, ist es erforderlich, den Kern aus Aluminiumnitrid mit einem Mantel aus einem anderen keramischen Material zu versehen.
  • Erfindungsgemäß ist das keramische Material des Glühstiftes eine Nichtoxid-Keramik. Üblicherweise wird eine Keramik verwendet, die auch in Gegenwart von Luft eine hohe Temperaturstabilität zeigt. Als Nichtoxid-Keramiken für den Glühstift eignen sich zum Beispiel Siliziumnitrid, oder Siliziumcarbid, besonders bevorzugt als keramisches Material für den Glühstift ist Siliziumnitrid.
  • Vorteil der Verwendung von Siliziumnitrid als keramisches Material für den Glühstift und von Aluminiumnitrid für den Kern ist, dass diese beiden Keramiken eine ähnliche Wärmeausdehnung von ungefähr 4,6·10–6 K–1 aufweisen. Somit kann durch eine Kombination dieser beiden Keramiken eine stabile und langlebige Glühstiftkerze hergestellt werden. Da Aluminiumnitrid eine höhere Durchschlagsfestigkeit als Siliziumnitrid aufweist und somit der Kern aus Aluminiumnitrid mit einer geringeren Dicke gefertigt werden kann als ein Kern aus Siliziumnitrid, ist es möglich, bei gleicher Außenabmessung eine größere Dicke des keramischen Materials für den Mantel, der das Heizelement umgibt, einzustellen. Hierdurch lässt sich die Lebensdauer der Glühstiftkerze vergrößern, da der Abbau des Siliziumnitrides aufgrund einer Degeneration durch zum Beispiel Ölaschekorrosion bis zum Erreichen des Heizelementes mehr Zeit in Anspruch nimmt.
  • Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Siliziumnitrid als keramisches Material für den Mantel des Glühstifts ist es, dass Siliziumnitrid auch in Gegenwart von Luft bis hin zu Temperaturen von ungefähr 1400°C stabil ist. Weiterhin zeichnet sich Siliziumnitrid durch eine hohe Festigkeit aus.
  • Das Heizelement, mit dem die Glühstiftkerze aufgeheizt wird, ist üblicherweise u-förmig ausgebildet. Das u-förmig ausgebildete Heizelement umschließt den Kern und ist seinerseits durch das keramische Material des Glühstiftes umschlossen.
  • Üblicherweise werden als Material für das Heizelement Wolframcarbid-haltige Keramiken eingesetzt.
  • Die Ummantelung des Heizelementes durch das keramische Material des Glühstiftes ist erforderlich, da insbesondere Wolframcarbid als Bestandteil des Heizelements in Gegen wart von Luft mit dem Luftsauerstoff reagiert, woraus ein Durchbrennen des Heizelements resultieren würde. Dies führt zu einem irreparablen Ausfall der Glühstiftkerze.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung ist im Kern eine Nut ausgebildet, in der das Heizelement enthalten ist. Vorteil der Nut ist es, dass eine ebene Oberfläche des Kerns mit darauf enthaltenem Heizelement gewährleistet wird. Hierdurch wird die Maßgenauigkeit zusätzlich abgesichert, da es nicht erforderlich ist, eine dem Heizelement entsprechende Nut im keramischen Material für den Glühstift auszuführen.
  • Bei der Verwendung von Aluminiumnitrid für den Kern und Siliziumnitrid als keramisches Material für den Glühstift, das den Kern umschließt, bildet sich zwischen dem keramischen Material des Glühstiftes und dem von diesem umschlossenen Kern eine Grenzschicht aus, die eine Verbindung des Materials des Kerns mit dem keramischen Material des Glühstiftes bildet. Hierdurch werden der Kern und das den Kern umgebende keramische Material stabil miteinander verbunden. Zudem wirkt die Grenzschicht als Gradientenwerkstoff, das heißt, dass sich Stoffeigenschaften stetig vom Material des Kerns zum keramischen Material, das den Kern umgibt, ändern, eine sprunghafte Änderung tritt nicht auf. Bei Verwendung von Aluminiumnitrid für den Kern und Siliziumnitrid als keramisches Material für den Glühstift wird im Allgemeinen ein SiAlON aufgrund des während der Montage in das System eingebrachten Sauerstoffanteils ausgebildet. Dieses SiAlON bildet die Grenzschicht zwischen dem Aluminiumnitrid des Kerns und dem den Kern umgebenden Siliziumnitrid.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Glühstiftkerze.
  • Zur Herstellung der Glühstiftkerze wird ein Kern aus einem Material mit einer Durchschlagsfestigkeit von mindestens 20 kV/mm und ein Heizelement von mindestens zwei Formteilen aus dem keramischen Material für den Mantel des Glühstifts umschlossen. Dieser Verbund aus Kern und Formteilen wird zu der Glühstiftkerze gesintert. Durch das Sintern verbinden sich die Formteile und der Kern miteinander, so dass ein stabiler Verbund entsteht. Zudem bildet sich zwischen dem Kern und den Formteilen, die die Außenhülle des Glühstiftes bilden, die Grenzschicht aus, so dass ein Gradientenwerkstoff entsteht, durch den vermieden wird, dass sich Stoffeigenschaften sprunghaft ändern.
  • In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Heizelement auf die Formteile aus dem keramischen Material für den Mantel des Glühstifts aufgedruckt. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass das Heizelement auf den Kern aufgedruckt wird. Durch das Aufdrucken des Heizelementes entweder auf den Kern oder auf die Formteile aus dem keramischen Material für den Glühstift wird erzielt, dass eine Verringerung des Abstandes zwischen den gegenüberliegenden Seiten des Heizelementes während des Fertigungsprozesses ausgeschlossen wird. Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn das Heizelement in eine Nut aufgedruckt wird, die im Kern ausgebildet ist. Durch die Nut im Kern wird die Maßgenauigkeit wie vorstehend beschrieben, zusätzlich abgesichert.
  • Um zu vermeiden, dass Spannungen auftreten, werden Kern und Heizelement vorzugsweise gleichzeitig gesintert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Glühstift,
  • 2 einen Kern und Formteile für den Glühstift zur Herstellung eines Glühstiftes,
  • 3 einen Kern mit aufgedrucktem Heizelement,
  • 4 einen Kern mit darin ausgebildeter Nut und aufgedrucktem Heizelement.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In 1 ist ein Querschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Glühstift dargestellt.
  • Als Glühstift 1 wird die Spitze einer Glühstiftkerze bezeichnet, die in einen Brennraum einer hier nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine hineinragt, um eine Initialzündung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches zu erzielen.
  • Der erfindungsgemäß ausgebildete Glühstift 1 umfasst einen Kern 3 aus einem Material mit einer Durchschlagsfestigkeit von mindestens 20 kV/mm. Als Material für den Kern 3 eignen sich zum Beispiel Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid und Siliziumcarbid. Besonders bevorzugt als Material für den Kern 3 ist Aluminiumnitrid. Neben einem Kern aus im We sentlichen reinem Aluminiumnitrid ist es auch möglich, dass dem Material für den Kern 3 zum Beispiel Seltenerdoxide zugegeben werden. Geeignete Seltenerdoxide sind zum Beispiel Y2O3, Yb2O3, Lu2O3 sowie Oxide des La, Nd, Gd, und Sc. Der Anteil an Seltenerdoxiden und/oder Alkalioxiden liegt vorzugsweise im Bereich von 0 bis 15 Gew-%.
  • An den Kern 3 schließt sich ein Heizelement 5 an. Das Heizelement 5 ist im Allgemeinen u-förmig ausgebildet und umfasst einen ersten Schenkel 7 sowie einen zweiten Schenkel 9, die einander gegenüber liegend angeordnet sind. Der erste Schenkel 7 und der zweite Schenkel 9 umschließen den Kern 3 und werden durch diesen voneinander getrennt. Aufgrund der hohen Durchschlagsfestigkeit des Kerns 3 wird vermieden, dass ein Kurzschluss durch einen Spannungsübergang vom ersten Schenkel 7 auf den zweiten Schenkel 9 oder in entgegengesetzte Richtung entsteht.
  • Das Heizelement 5 stellt einen Widerstand dar und wird durch Anlegen einer Spannung aufgeheizt. Das Material für das Heizelement 5 wird üblicherweise so gewählt, dass eine Aufheizung des Glühstiftes 1 innerhalb kürzester Zeit auf Betriebstemperatur ermöglicht wird. Ein geeignetes Material für das Heizmaterial 5 ist zum Beispiel eine Wolframcarbidhaltige Keramik.
  • Die Spannungsversorgung des Heizelementes 5 zum Betrieb der Glühstiftkerze erfolgt über elektrische Leiter 13, die mit dem Heizelement 5 verbunden sind. Die elektrischen Leiter 13 werden vorzugsweise über den Kern 3 zu einem hier nicht dargestellten Stromanschluss geführt. Als Material für die elektrischen Leiter 13 eignet sich jedes beliebige elektrisch leitfähige Material, welches einen geringen elektrischen Widerstand aufweist, um ein Aufheizen der gesamten Glühstiftkerze zu vermeiden und welches einen der Keramik ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, um Spannungen zu vermeiden. Geeignete Materialien für die elektrischen Leiter 13, mit denen das Heizelement 5 verbunden ist, ist zum Beispiel Wolframcarbid.
  • Da Wolframcarbid gegenüber dem in der Luft enthaltenen Sauerstoff nicht temperaturstabil ist, werden der Kern 3 und das Heizelement 5 von einem Mantel 11 umschlossen. Der Mantel 11 ist ebenfalls aus einem keramischen Material gefertigt. Hierbei ist das keramische Material des Mantels 11 ein anderes als das Material für den Kern 3. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn das Material für den Kern 3 nicht gegenüber Luft stabil ist, wie dies zum Beispiel bei Aluminiumnitrid der Fall ist. Als Material für den Mantel 11 eignen sich zum Beispiel Siliziumnitrid oder Siliziumcarbid. Bevorzugt ist jedoch Siliziumnitrid.
  • Das Material für den Mantel 11 wird vorzugsweise derart ausgewählt, dass es auch bei hohen Temperaturen gegenüber Luft stabil ist. Dies ist insbesondere deshalb erforderlich, da im Brennraum der Verbrennungskraftmaschine ein Kraftstoff-Luft-Gemisch enthalten ist. Der Glühstift 1 wird somit auch Umgebungsluft ausgesetzt. In einer Ausführungsform ist es zum Beispiel möglich, dass das keramische Material für den Mantel 11 dotiert ist. Dies kann zum Beispiel durch Zugabe von Seltenerdoxiden erfolgen. Geeignete Seltenerdoxide sind zum Beispiel Y2O3, Yb2O3, Lu2O3 sowie Oxide des La, Nd, Gd, und Sc. Seltenerdoxide werden dabei als Sinteradditive zur Erniedrigung der Eutektika eingesetzt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kern 3 aus Aluminiumnitrid gefertigt und der Mantel 11 aus Siliziumnitrid. Vorteil dieser Materialkombination ist es, dass Aluminiumnitrid und Siliziumnitrid eine ähnliche Wärmeausdehnung von ungefähr 4,6·10–6 K–1 aufweisen. Vorteil der im Wesentlichen gleichen Wärmeausdehnung ist es, dass keine Schädigung durch eine größere Wärmeausdehnung des Kerns oder des Mantels des Glühstiftes 1 bei Erhitzung durch das Heizelement 5 eintritt.
  • Wenn der Kern 3 aus Aluminiumnitrid gefertigt wird und der Mantel 11 aus Siliziumnitrid, bildet sich an der Grenzfläche 15 zwischen Kern 3 und Mantel 11 eine Grenzschicht 17 aus. Die Grenzschicht 17 enthält im Wesentlichen SiAlON. Die SiAlON-Grenzschicht 17 bildet sich insbesondere dadurch aus, dass während der Montage des Glühstiftes 1 ein geringer Sauerstoffanteil in den Kontaktbereich zwischen Kern 3 und Mantel 11 eingebracht wird. Die Grenzschicht 17 dient gleichzeitig als Gradientenwerkstoff, durch den eine sprunghafte Änderung der Werkstoffeigenschaften vermieden wird. Es wird ein stetiger Übergang der Werkstoffeigenschaften zwischen Kern 3 und Mantel 11 erzielt.
  • 2 zeigt eine Draufsicht auf Einzelteile zur Herstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Glühstiftes.
  • Um den Glühstift 1 herzustellen wird der Kern 3 von einem ersten Formteil 19 und einem zweiten Formteil 21 umschlossen. Bevor der Kern 3 jedoch von dem ersten Formteil 19 und dem zweiten Formteil 21 umschlossen wird, wird das Heizelement 5 entweder am Kern 3 oder an den Formteilen 19, 21 angelegt oder auf den Kern 3 oder die Formteile 19, 21 aufgedruckt, damit dieses zwischen dem Kern 3 und den Formteilen 19, 21, die den Mantel 11 bilden, aufgenommen ist.
  • Üblicherweise wird zunächst der Kern 3 hergestellt. Dies kann zum Beispiel durch Spritzguss oder andere Presstechniken erfolgen. Hierdurch wird bei Herstellung eines kerami schen Kerns 3 zunächst ein so genannter Grünkörper hergestellt. Die Festlegung der Endkonturen des Kerns 3 kann am Grünkörper durchgeführt werden.
  • Der Kern 3 wird anschließend zusammen mit dem Heizelement 5 von den Formteilen 19, 21, die den Mantel 11 bilden, umschlossen. Hierzu sind in den Formteilen 19, 21 Aussparungen 23 ausgebildet, die der Negativform des Kerns 3 entsprechen. Die Formteile 19, 21 haben vorzugsweise einen halbrunden Querschnitt und entsprechen somit bereits im Wesentlichen der Form des fertigen Glühstiftes 1. Alternativ ist es jedoch auch möglich, die Fortmeile 19, 21 quaderförmig auszubilden und zu fügen. Nach dem Zusammenfügen der Formteile 19, 21 um den Kern 3 und das Heizelement 5 wird der Verbund aus Formteilen 19, 21, Kern 3 und Heizelement 5 vorzugsweise einer Temperaturbehandlung zum Sintern der Formteile 19, 21 zum Mantel 11 unterzogen. Nach der Temperaturbehandlung kann die Außenfläche des Glühstiftes 1 einer Formbehandlung durch mechanische Bearbeitung unterzogen, um die endgültige Form des Glühstiftes 1 zu erzielen.
  • Das Heizelement 5 ist vorzugsweise aus Wolframcarbid gefertigt und wird vor dem Fügen der Formteile 19, 21 in einer ersten Ausführungsform auf die Aussparung 23 in den Formteilen 19, 21 aufgedruckt. Nach dem Fügen ergibt sich so ein durchgehendes, u-förmiges Heizelement 5. Vorzugsweise sollten die Teile aber als Grünkörper schon endkonturnah bearbeitet werden.
  • Bevorzugt ist es jedoch auch möglich, das Heizelement 5 auf den Kern 3 aufzudrucken. Dies ist in einer ersten Ausführungsform in 3 dargestellt.
  • Um die Maßgenauigkeit des Kerns 3 zu sichern, wird der Kern 3 zunächst zum Beispiel gepresst. Auf den Grünkörper des Kerns 3 wird das Heizelement 5 aufgedruckt und mit den elektrischen Leitern 13 verbunden. Die elektrischen Leiter 13 können zum Beispiel auch auf den Kern 3 aufgedruckt werden. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass als elektrische Leiter 13, die auf den Kern 3 aufgelegt werden, zum Beispiel Drähte mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten eingesetzt werden, der ähnlich dem der Keramik ist.
  • Neben der Herstellung des Kerns 3 durch Spritzgießen oder Formpressen ist es auch möglich, den Verbund zum Beispiel durch Spark Plasma Sintern herzustellen. Beim Spark Plasma Sintern werden hohe Prozessdrücke und Temperaturen mit gerichteten Gleichstromimpulsen kombiniert. Hierbei wird das Material sehr stark sinteraktiviert und es kann eine vollständige Verdichtung bei hohem Druck aber vergleichsweise niedrigen Temperaturen erfolgen. Dies erlaubt eine zuverlässige Prozesskontrolle bei der Herstellung nanokristalliner und mikrokristalliner Werkstoffe.
  • 4 zeigt einen Kern mit darauf aufgedrucktem Heizelement in einer zweiten Ausführungsform.
  • Die in 4 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 3 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass im Kern 3 zunächst eine Nut 25 ausgebildet wird. Das Heizelement 5 wird in die Nut 25 gedruckt. Auch die elektrischen Leiter 13 werden in die Nut 25 eingelegt bzw. in die Nut 13 gedruckt. Vorteile der Nut 25 ist es, dass das Heizelement 5 nicht auf dem Kern 3 aufliegt und somit zu einer Erhöhung der Oberfläche führt. Hierdurch lässt sich eine noch bessere Maßgenauigkeit erzielen.
  • Nach dem Aufdrucken des Heizelementes 5 in die Nut 25 ist es möglich, diese zum Beispiel mit keramischem Material zu verschließen, um eine ebene Oberfläche 27 des Kerns 3 zu erzielen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 1768456 A [0004, 0004]

Claims (13)

  1. Glühstiftkerze, insbesondere zum Starten einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine, mit einem Glühstift (1), der eine Spitze aufweist, die in einen ein zündbares Kraftstoff-Luft-Gemisch enthaltenden Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingreift, wobei der Glühstift (1) einen Mantel (11) umfasst, der aus einem keramischen Material gefertigt ist und ein Heizelement (5) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (5) einen Kern (3) aus einem Material mit einer Durchschlagsfestigkeit von mindestens 20 kV/mm umschließt.
  2. Glühstiftkerze gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material für den Kern (3) und das keramische Material für den Mantel (11) des Glühstiftes (1) eine im Wesentlichen gleiche Wärmeausdehnung aufweisen.
  3. Glühstiftkerze gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material für den Kern (3) Aluminiumnitrid, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, bevorzugt Aluminiumnitrid enthält.
  4. Glühstiftkerze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das keramsche Material des Mantels (11) für den Glühstift (1) eine Nichtoxid-Keramik enthält.
  5. Glühstiftkerze gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nichtoxid-Keramik Siliziumnitrid oder Siliziumcarbid, bevorzugt Siliziumnitrid enthält.
  6. Glühstiftkerze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (5) u-förmig ausgebildet ist.
  7. Glühstiftkerze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für das Heizelement (5) Wolframcarbid-haltige Keramik eingesetzt wird.
  8. Glühstiftkerze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Kern (3) eine Nut (25) ausgebildet ist, in der das Heizelement (5) enthalten ist.
  9. Glühstiftkerze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem keramischen Material des Mantels (11) für den Glühstift (1) und dem von diesem umschlossenen Kern (3) eine Grenzschicht (17) ausgebildet ist, die eine Ver bindung des Materials des Kerns (3) mit dem keramischen Material des Mantels (11) bildet.
  10. Verfahren zur Herstellung einer Glühstiftkerze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem ein Kern (3) aus einem Material mit einer Durchschlagsfestigkeit von mindestens 20 kV/mm und ein Heizelement (5) von mindestens zwei Formteilen (19, 21) aus dem keramischen Material für den Mantel (11) des Glühstifts (1) umschlossen wird und der Verbund aus Kern (3) und Formteilen (19, 21) zu der Glühstiftkerze gesintert wird.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (5) auf die Formteile (19, 21) aus dem keramischen Material für den Mantel (11) des Glühstifts (1) aufgedruckt ist.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (5) auf den Kern (3) aufgedruckt ist.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Kern (3) eine Nut (25) ausgebildet ist, in der das Heizelement (5) aufgedruckt wird.
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