DE102016121346B4

DE102016121346B4 - Glühkerze

Info

Publication number: DE102016121346B4
Application number: DE102016121346.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Haussner; Ralf Ehlert
Original assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2016-10-27
Filing date: 2016-11-08
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2036-11-09
Also published as: KR20180046356A; US10641488B2; DE102016121346A1; US20180119956A1

Abstract

Beschrieben wird eine Glühkerze mit einem Gehäuse, einem keramischen Glühstift (1), der aus dem Gehäuse herausragt und in dem Gehäuse einen verjüngten Endabschnitt aufweist, einem Schutzrohr (2) aus Metall, das aus dem Gehäuse herausragt und den Glühstift (1) umgibt, einer Mittelektrode (5), die in dem Gehäuse angeordnet ist und elektrisch an den Glühstift (1) angeschlossen ist, und einem ring- oder hülsenförmigen Kontaktelement (3), durch das der Glühstift (1) hindurchragt und mit dem der verjüngte Endabschnitt des Glühstifts (1) verlötet ist.Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der in dem Gehäuse angeordnete Endabschnitt (2.2) des Schutzrohrs (2) aufgeweitet ist und das Kontaktelement (3) zumindest teilweise von dem aufgeweiteten Endabschnitt (2.2) des Schutzrohrs (2) umgeben ist.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Glühkerze mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen, wie sie aus der DE 10 2009 056 057 B4 bekannt ist.
Keramische Glühstifte sind anfällig für Brüche und werden deshalb von einem Schutzrohr geschützt, das aus Metall ist und aus dem Gehäuse der Glühkerze herausragt. Der keramische Glühstift sitzt in dem Schutzrohr und ragt mit seinem brennraumseitigen Ende, also der Glühspitze, aus dem Schutzrohr heraus. In dem Gehäuse ist der Glühstift elektrisch über einen verjüngten Endabschnitt an eine Mittelelektrode angeschlossen. Dieser verjüngte Endabschnitt ist von einem ring- oder hülsenförmigen Kontaktelement, das an seiner Innenseite passend zu dem verjüngten Endabschnitt geformt ist, umgeben und mit diesem verlötet. In der Regel wird der Glühstift so über die Mittelelektrode an Potential und über das Kontaktelement an Masse angeschlossen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie die Bruchgefahr des keramischen Glühstifts einer solchen Glühkerze weiter reduziert werden kann bzw. im Fall eines Bruches die Gefahr reduziert werden, dass Bruchstücke in den Brennraum des Motors fallen können.
Diese Aufgabe wird durch eine Glühkerze mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Bei einer erfindungsgemäßen Glühkerze ist ein Endabschnitt des Schutzrohrs aufgeweitet, nämlich durch plastische Verformung. Das Kontaktelement kann deshalb zumindest teilweise in dem Schutzrohr angeordnet werden und so der verjüngte, besonders bruchgefährdete Endabschnitt des keramischen Glühstifts besser geschützt werden. Indem das Schutzrohr aufgeweitet wird, bleibt dessen Wandstärke im Vergleich zu einem Aufbohren im Wesentlichen erhalten, so dass auch die mechanische Stabilität und folglich die Schutzfunktion auch in dem aufgeweiteten Endabschnitt erhalten bleiben.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Glühkerze eine Druckmessglühkerze ist, also der Glühstift in seiner Längsrichtung relativ zu dem Gehäuse beweglich ist und der auf dem Glühstift lastende Druck mit einem Drucksensor erfasst wird. Bei einer solchen Druckmessglühkerze drückt das Schutzrohr über ein Übertragungselement auf den Drucksensor. Da durch das Aufweiten des Schutzrohres die mechanische Stabilität, insbesondere die radiale Stabilität, des Schutzrohres nicht beeinträchtigt wird, werden bei der Übertragung des auf dem Glühstift lastenden Drucks Störsignale vermieden.
Bevorzugt sind der aufgeweitete Endabschnitt des Schutzrohrs und das Übertragungselement ineinander gesteckt, beispielsweise indem das Schutzrohr in das Übertragungselement gesteckt ist. Der Endabschnitt des Schutzrohrs und das Übertragungselement können miteinander verschweißt sein.
Um die erfindungsgemäßen Vorteile zu erhalten, genügt eine kleine Aufweitung des Schutzrohres, nämlich eine Aufweitung die groß genug ist, damit das Kontaktelement in das Schutzrohr hineinragen oder sogar vollständig in dem Schutzrohr angeordnet werden kann. Bevorzugt ist der Endabschnitt des Schutzrohres um nicht mehr als das Doppelte der Wandstärke des Schutzrohres aufgeweitet, d.h. der Durchmesser um nicht mehr als das Doppelte der Wandstärke erhöht. Beispielsweise kann die Aufweitung zwischen der Hälfte der Wandstärke und der Wandstärke betragen.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der aufgeweitete Endabschnitt des Schutzrohrs einen Innendurchmesser hat, der kleiner als der Außendurchmesser eines zylindrischen Hauptabschnitts des Schutzrohrs ist. Zwischen dem aufgeweiteten Endabschnitt und dem zylindrischen Hauptabschnitt kann sich ein Übergangsabschnitt befinden, der kürzer als der Endabschnitt ist. Der Übergangsabschnitt kann beispielsweise konisch geformt sein.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Gleiche sowie einander entsprechende Komponenten sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Glühkerze;
2 eine Detailansicht zu 1;
3 eine Detailansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Glühkerze; und
4 eine Detailansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Glühkerze.

1 zeigt in einer geschnittenen Ansicht eine Glühkerze mit einem keramischen Glühstift 1, der aus einem Gehäuse herausragt, das beispielsweise aus Gehäuseteilen 9, 10 zusammengesetzt sein kann. Der keramische Glühstift 1 ist von einem Schutzrohr 2 aus Metall, beispielswiese Stahl, umgeben. Das vordere brennraumseitige Ende des Glühstifts 1, also dessen Glühspitze, ragt aus dem Schutzrohr 2 hinaus.
Wie insbesondere 2 als Detailansicht zeigt, ist der keramische Glühstift 1 an seinem hinteren Ende verjüngt, beispielsweise konisch verjüngt, und dort elektrisch an eine Mittelelektrode 5 angeschlossen, beispielsweise indem er in eine passende Ausnehmung 7 gesteckt und dort verlötet ist. Das Schutzrohr 2 hat einen aufgeweiteten Endabschnitt 2.2, der zumindest einen Teil des verjüngten Endabschnitts des Glühstifts 1 umgibt. Der aufgeweitete Endabschnitt 2.2 des Schutzrohrs 2 ist durch plastische Verformung aufgeweitet, was manchmal auch als „auftulpen“ bezeichnet wird. Die Aufweitung, d.h. die Erhöhung des Durchmessers, ist relativ zu der Weite des Schutzrohres klein und beträgt beispielsweise nur zwischen dem 0,5- und 2-fachen der Wandstärke des Schutzrohrs 2, wobei die Wandstärke auf den unverformten, zylindrischen Hauptabschnitt des Schutzrohres 2 bezogen ist.
Der konisch verjüngte Endabschnitt des keramischen Glühstifts 1 ist mit einem ring- oder hülsenförmigen Kontaktelement 3 verlötet. Der keramische Glühstift 1 ragt durch das Kontaktelement 3 hindurch. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt der Massekontakt des Glühstifts 1 über das Kontaktelement 3, während der Potentialanschluss über die Mittelelektrode 5 erfolgt.
Das Kontaktelement 3 hat eine trichterförmige, beispielsweise konische, Innenfläche 6, die zu der verjüngten Form des Endabschnitts des keramischen Glühstifts 1 passt. Eine Außenfläche des Kontaktelements 3, die bevorzugt zylindrisch geformt ist, ist mit dem aufgeweiteten Endabschnitt 2.2 des Schutzrohrs 2 verbunden, beispielsweise verschweißt.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Druckmessglühkerze. Der keramische Glühstift 1 ist in seiner Längsrichtung unter Einwirkung des Brennraumdrucks gegen eine Rückstellkraft beweglich. Brennraumdruck überträgt sich von dem Schutzrohr 2 über das Kontaktelement 3 auf ein Übertragungselement 4, das auf einen Drucksensor 11 drückt. Der Drucksensor 11 kann beispielsweise als ein piezoelektrischer Sensor oder als eine Metallmembran mit darauf angebrachten Dehnungsmessstreifen ausgebildet sein.
Der aufgeweitete Endabschnitt 2.2 hat praktisch dieselbe Wandstärke wie der restliche Teil des Schutzrohrs 2 und kann deshalb Drucksignale gut übertragen.
Zur Abdichtung gegen Brennraumgase ist ein Abschnitt des Schutzrohrs 2 in dem Gehäuse von einem Faltenbalg 8 umgeben, der mit einem Ende an dem Schutzrohr 2 und mit seinem anderen Ende an dem Gehäuse befestigt ist.
3 zeigt eine Detailansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Druckmessglühkerze, das sich von dem Ausführungsbeispiel der 1 im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass das Kontaktelement 3 vollständig in dem Schutzrohr 2, nämlich in dessen aufgeweitetem Endabschnitt 2.2 angeordnet ist. Das Schutzrohr 2 ist bei diesem Ausführungsbeispiel mit dem Übertragungselement 4 verschweißt, beispielsweise über eine Durchschweißung. Der aufgeweitete Endabschnitt 2.2 des Schutzrohrs 2 ist in das Übertragungselement 4 gesteckt und kann mit diesem direkt verschweißt werden.
Im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 ist das Kontaktelement 3 in 3 einfacher geformt. Zudem lassen sich durch das Ineinanderstecken von Schutzrohr 2 und Übertragungselement 4 Längentoleranzen ausgleichen und die Position der Verschweißung kann in Längsrichtung ohne Auswirkungen auf die Belastbarkeit variiert werden. Durch diesen Aufbau wird die Baugruppe mechanisch stabiler, insbesondere gegen radiale Belastungen, da die Schweißungen radial weiter außen erfolgen können.
Das Schutzrohr 2 kann dabei so lang sein, dass der konisch verjüngte Endabschnitt des keramischen Glühstifts 1 vollständig in dem Schutzrohr 2 angeordnet ist. Es ist aber auch möglich, dass der konisch verjüngte Endabschnitt des Glühstifts 1 aus dem aufgeweiteten Endabschnitt 2.2 herausragt.
4 zeigt eine Detailansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Druckmessglühkerze. Es unterscheidet sich von der Glühkerze nach 3 im Wesentlichen darin, dass der keramische Glühstift 1 im konischen Bereich zwischen den Kontaktstellen zu dem Kontaktelement 3 und zu der Mittelelektrode 5 eine Sollbruchstelle 12, beispielsweise in Form einer Ringnut 12 aufweist. Durch diese Sollbruchstelle wird im Falle einer unzulässig hohen mechanischen Belastung die Schadenstelle in diesen Bereich gelegt. Im Falle eines Bruches wird dadurch der Heizstab 1 noch über das Kontaktelement 3 festgehalten und kann nicht in den Brennraum fallen. Die Sollbruchstelle 12 kann beispielsweise auch als eine Kerbe oder eine unterbrochene Ringnut ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste

1: Glühstift
2: Schutzrohr
2.2: Endabschnitt des Schutzrohrs
3: Kontaktelement
4: Übertragungselement
5: Mittelelektrode
6: Innenfläche
7: Ausnehmung
8: Faltenbalg
9: Gehäuseteil
10: Gehäuseteil
11: Drucksensor
12: Ringnut

Claims

Glühkerze mit einem Gehäuse, einem keramischen Glühstift (1), der aus dem Gehäuse herausragt und in dem Gehäuse einen verjüngten Endabschnitt aufweist, einem Schutzrohr (2) aus Metall, das aus dem Gehäuse herausragt und den Glühstift (1) umgibt, einer Mittelektrode (5), die in dem Gehäuse angeordnet ist und elektrisch an den Glühstift (1) angeschlossen ist, und einem ring- oder hülsenförmigen Kontaktelement (3), durch das der Glühstift (1) hindurchragt und mit dem der verjüngte Endabschnitt des Glühstifts (1) verlötet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem Gehäuse angeordnete Endabschnitt (2.2) des Schutzrohrs (2) relativ zu einem zylindrischen Hauptabschnitt des Schutzrohrs (2) durch plastische Verformung aufgeweitet ist und das Kontaktelement (3) zumindest teilweise von dem aufgeweiteten Endabschnitt (2.2) des Schutzrohrs (2) umgeben ist.
Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt des Glühstifts (1) konisch verjüngt ist und das Kontaktelement (3), das zwischen dem ausgeweiteten Endabschnitt (2.2) des Schutzrohrs (2) und dem konisch verjüngten Endabschnitt des Glühstifts (1) sitzt, eine Innenfläche (6) aufweist, die passend zu dem konisch verjüngten Endabschnitt des Glühstifts (1) geformt ist.
Glühkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (3) eine zylindrisch geformte Außenfläche aufweist.
Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (2.2) des Schutzrohrs (2) durch Auftulpen aufgeweitet ist.
Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Glühstift (1) in seiner Längsrichtung relativ zu dem Gehäuse beweglich ist, wobei das Schutzrohr (2) über ein Übertragungselement (4) auf einen Drucksensor (11) drückt.
Glühkerze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr (2) und das Übertragungselement (4) ineinander gesteckt sind.
Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aufgeweitete Endabschnitt (2.2) des Schutzrohrs (2) im Wesentlichen zylindrisch ist.
Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aufgeweitete Endabschnitt (2.2) des Schutzrohrs (2) einen Innendurchmesser hat, der kleiner als der Außendurchmesser des zylindrischen Hauptabschnitts des Schutzrohrs (2) ist.
Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (3) vollständig in dem Schutzrohr (2) angeordnet ist.
Glühkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem verjüngten Endabschnitt des Glühstifts (1) zwischen dem Kontaktelement (3) und der Mittelelektrode (5) eine Sollbruchstelle (12) ist.
Glühkerze nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstelle eine umlaufende Ringnut (12) ist.