EP1213540A2 - Glühstiftkerze für Brennkraftmaschinen - Google Patents

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EP1213540A2
EP1213540A2 EP01126795A EP01126795A EP1213540A2 EP 1213540 A2 EP1213540 A2 EP 1213540A2 EP 01126795 A EP01126795 A EP 01126795A EP 01126795 A EP01126795 A EP 01126795A EP 1213540 A2 EP1213540 A2 EP 1213540A2
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EP
European Patent Office
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glow plug
iron
resistance
combustion chamber
based alloy
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EP1213540B1 (de
Inventor
Hartwin Weber
Waldemar Döring
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Vacuumschmelze GmbH and Co KG
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Vacuumschmelze GmbH and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
    • F23Q7/001—Glowing plugs for internal-combustion engines

Definitions

  • the invention relates to a glow plug for arrangement in Combustion chamber of air compressing internal combustion engines with two in Series of connected resistance coils, of which the combustion chamber side Resistance coil serves as a heating element and the Resistance coil away from the combustion chamber due to its high positive Temperature resistance coefficient as a control element acts and consists of an iron-based alloy.
  • a glow plug is also known from DE-C-38 25 012, which are basically the same structure and the same Function like the glow plug in DE-C-28 mentioned above 02 625.
  • the control element consists of a Cobalt-iron alloy, the iron content between 20 and Is 35% by weight. This alloy exhibits at room temperature a cubic inner-centered crystal structure while when heated to 1000 ° C in a face centered cubic Crystal structure merges. Because this temperature window run through very often when operating the glow plug must, it comes through the phase transitions induced thereby thermal fatigue (disruption) of the control element material. It has been shown that these latter glow plugs as a result of the disruption of the control element material have a relatively short lifespan. It also happens unwanted malfunctions and beyond fall for troubleshooting costs.
  • cobalt-based alloys show a low room temperature resistance and a high temperature factor, i.e. that the ratio of resistivity at a high temperature, for example 1000 ° C, for specific resistance is high at room temperature. This causes that at low temperatures can flow while high currents steady-state current occurs at high temperatures. In practice, however, it has been shown that not necessarily always such a high specific resistance at room temperature is necessary.
  • the scale resistance of these alloys can be determined in the As a rule, no high demands are made. That's why the surroundings of the control element are hermetically sealed, so that contact with oxygen can be excluded can.
  • these cobalt-based alloys have a relative have high melting temperature because the temperature in the control element can briefly exceed 1200 ° C, which leads to melting the rule spiral would lead.
  • the melting temperatures of the cobalt-based alloys are to be regarded as critical here.
  • a coarse grain arises as a result of the high temperatures a, d. H. a grain in the alloy covers the cross section. This can reduce the risk of slipping on the grain boundaries exist that are perpendicular to the wire axis. This one tries to prevent it by tightly closing the spiral surrounded with ceramic powder and thus immobile. Thereby no additional measures against grain growth are necessary.
  • the cobalt-based alloys known from EP 0 523 062 B1 also show a high solidification and can therefore only with intermediate annealing to the preferred dimensions with a diameter of 0.35 mm and sometimes only with Effort to wind exact coils because of the high solidification a sensitivity to internal tensions and whose fluctuations are connected.
  • cobalt is very expensive as a raw material Comparison to nickel and iron, which also means that in EP 0 523 062 B1 described cobalt-based alloys relatively expensive are.
  • this object is achieved by a glow plug of the type mentioned, characterized in that is that the resistance coil serving as a control element consists of an iron-based alloy that works during all operating conditions the resistance helix is a cubically centered Maintains crystal structure.
  • the strong temperature dependence of the electrical resistance of these iron based alloys depends on the phenomenon of ferromagnetism together.
  • the temperature dependence is extremal for metallic alloys with the highest saturation magnetization. This usually goes hand in hand with a high one Curie temperature.
  • the Curie temperature determines the abnormal one Temperature range of resistance and also contributes to a high temperature resistance coefficient.
  • Metals to be added to the iron-based alloy preferably aluminum and / or chromium and / or titanium and / or Vanadium and / or molybdenum. Are preferred because the simpler manufacture, however, binary alloys.
  • iron-based alloy either between about 1.25 and about 2.00% by weight of vanadium or between approx. 2.00 and approx. 3.50% by weight of molybdenum or between approx. 1.00 and about 2.00% by weight of titanium.
  • the alloys according to the present invention were made by Melting of ARMCO iron as a starting material.
  • ARMCO irons are understood to be large-scale operations manufactured technically pure iron, i.e. an iron with a Iron content from 99.80 to 99.90% by weight.
  • the melt were then the metals aluminum, chrome, titanium, vanadium or molybdenum, so that those shown in the table Alloys were made. Of course point the alloys produced the production-related impurities on.
  • the alloy designated "CF8" in the table forms one Alloy from the prior art according to EP 0 523 062 B1 and is a cobalt base alloy that has a share of 8 % By weight of iron. This alloy was used for reference around the alloys according to the present invention to compare with the state of the art.
  • the table shows the specific resistance at 1000 ° C and at 20 ° C, the scale thickness dz with a heat treatment of a duration of 1 hour at 1100 ° C in air, the melting point Tm, the Curie temperature Tc and the change in resistance at room temperature by alloying 1.00% by weight of the corresponding Zulegleitersmetalles.
  • the starting material was melted, the The melt is poured into a mold and the cast body is opened hot rolled to a thickness of 6 mm. After that, the hot-rolled was Wire drawn, surface processed and to a diameter drawn from 0.35 to 0.5 mm.
  • All alloys showed an almost hysteresis-free course the specific resistance when heating room temperature to 1200 ° C and then cooling from 1200 ° C Room temperature. Therefore it can be assumed that the alloys listed in the table over the entire temperature range were single phase or that other phase portions were negligible.
  • the highest temperature resistance coefficient showed an iron base alloy at 1.50 % By weight of titanium followed by an iron-based alloy with 1.25 % By weight vanadium and an iron-based alloy with 2.00% by weight Molybdenum.
  • the Iron-based alloys with molybdenum content particularly favored, because their scale thicknesses are only about 1/10 to 1/25 of Scale thicknesses of pure iron or of the cobalt-based alloy with 8 wt.% iron (CF8).
  • the highest melting temperatures showed the iron-based alloys with vanadium content on. Their melting temperatures were around 1530 ° C.
  • all iron-based alloys according to the present invention can be processed in the same way as pure iron and thus have the low strengthening known for ferritic materials. All the alloys produced did not have to be annealed when the 6 mm thick wire was processed into wires with a diameter of 0.3 to 0.5 mm. The strengths achieved were similar to the strengths that can be achieved with a cobalt-based alloy with 8% by weight of iron, ie with strengths of ⁇ 1000 N / mm 2 . As a result, the coils could be wound in a hard state. Due to the lower strengthening, no problems occurred when winding the coils.
  • FIG. 1 The figure shown is an original reproduction of Figure 1 EP 0 523 062 B1 and represents a glow plug 10, for arrangement in a combustion chamber, not shown air-compressing internal combustion engines is provided.
  • This Glow plug 10 has a tubular metal housing 11, in the longitudinal bore 12 a glow plug 13 with a part its length is fixed sealingly.
  • This glow plug 13 has a corrosion-resistant, thin-walled glow tube 14, which closed at its combustion chamber end with a bottom 15 is.
  • the resistance element 17 is embedded in an insulating material 18.
  • the electrical resistance element 17 consists of two resistance coils 20 and 21 connected in series Resistance coil 20 serves as a heating element and the resistance coil 21 remote from the combustion chamber acts in succession their high positive temperature resistance coefficient is known as a control element, whereas where as the heating element serving resistance coil 20 in a known manner from a Wire material with essentially temperature-independent Resistance behavior exists, the one acting as a control element Resistance coil 21 selected from an iron-based alloy, the during all operating conditions of the glow plug 10 maintains a cubic inner-centered crystal structure.
  • An inner-centered structure of an iron-based alloy such resistance element 21 serving as a control element is given, for example, if the alloy between approx. 1.25 and 2.0% by weight vanadium or between 2.00 and 3.50 % By weight of molybdenum or between approximately 1.00 and 2.00% by weight of titanium contains. However, there are also mixtures of these additives possible. If the admixtures of alloying metals are undercut, there would be no inner-centered cubic structure and / or the alloy would be of interest Temperature interval should not be single phase. However, they will Additions to alloying metals are exceeded, so the the specific resistances are too high and thus the temperature resistance coefficients for use in the control coils not suitable. Of course, these two apply Statements only for binary alloy systems.

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Abstract

Es wird eine Glühstiftkerze vorgeschlagen, die als Widerstandswendel in einem elektrischen Widerstandselement eine Legierung verwendet, die einen hohen positiven Temperatur-Widerstandskoeffizienten aufweist und aus einer Eisenlegierung besteht, die während aller Betriebszustände der Glühstiftkerze eine kubisch innenzentrierte Kristallstruktur beibehält.

Description

Die Erfindung betrifft eine Glühstiftkerze zur Anordnung im Brennraum luftverdichtender Brennkraftmaschinen mit zwei in Reihe verbundenen Widerstandswendeln, von denen die brennraumseitige Widerstandswendel als Heizelement dient und die brennraumferne Widerstandswendel in Folge ihres hohen positiven Temperatur-Widerstandskoeffizienten als Regelelement wirkt und aus einer Eisenbasislegierung besteht.
Der prinzipielle Aufbau und die Funktion einer derartigen Glühstiftkerze ist beispielsweise in der DE-C-28 02 625 wiedergegeben. Bei dieser Glühstiftkerze enthält der Glühstift ein in ein Isoliermaterial eingebettetes, elektrisches Widerstandselement, das sich aus zwei in Reihe verbundenen Widerstandswendeln zusammensetzt. Die brennraumseitige Widerstandswendel dieses Widerstandselementes dient als Heizelement und besitzt einen im wesentlichen temperaturunabhängigen Widerstand, während die brennraumferne Widerstandswendel einen hohen positiven Temperatur-Widerstand-Koeffizienten aufweist und als Regelelement wirkt. Die letztere Widerstandswendel besteht dabei in der Regel aus Nickel.
Aus der DE-C-38 25 012 ist des Weiteren eine Glühkerze bekannt, die prinzipiell den gleichen Aufbau und die gleiche Funktion wie die Glühstiftkerze in der oben genannten DE-C-28 02 625 aufweist. Das Regelelement besteht jedoch aus einer Kobalt-Eisen-Legierung, wobei der Eisengehalt zwischen 20 und 35 Gew.% beträgt. Diese Legierung weist bei Raumtemperatur eine kubisch innenzentrierte Kristallstruktur auf, während sie bei Erwärmung auf 1000°C in eine kubisch flächenzentrierte Kristallstruktur übergeht. Da dieses Temperaturfenster beim Betrieb der Glühstiftkerze sehr oft durchlaufen werden muss, kommt es durch die dadurch induzierten Phasenübergänge zu thermischen Ermüdungen (Zerrüttungen) des Regelelementmaterials. Es hat sich gezeigt, dass diese letztgenannten Glühstiftkerzen in Folge der Zerrüttung des Regelelementmaterials nur eine relativ kurze Lebensdauer haben. Es kommt ferner zu unerwünschten Betriebsstörungen und darüber hinaus fallen für die Störungsbeseitigung Kosten an.
Diesem Nachteil begegnete man in der EP 0 523 062 B1 durch die Einführung eines Regelelements aus einer Kobalt-Eisen-Legierung, die während aller Betriebszustände der Glühstiftkerze eine kubisch flächenzentrierte Materialstruktur beibehält. Die dabei verwendete Kobaltbasislegierung wies einen Eisenanteil zwischen 6 und 18 Gew.% auf. Durch die Verwendung wurde eine Zerrüttung des Regelelements effektiv vermieden.
Diese Kobaltbasislegierungen zeigen einen niedrigen Raumtemperatur-Widerstand und einen hohen Temperatur-Faktor, d.h. dass das Verhältnis des spezifischen Widerstandes bei einer hohen Temperatur, beispielsweise 1000°C, zum spezifischen Widerstand bei Raumtemperatur hoch ist. Dies bewirkt, dass bei niedrigen Temperaturen hohe Ströme fließen können, während sich bei hohen Temperaturen ein stationärer Strom einstellt. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass nicht unbedingt immer ein so hoher spezifischer Widerstand bei Raumtemperatur von Nöten ist.
Diese Legierungen weisen jedoch auch Nachteile auf:
An die Zunderbeständigkeit dieser Legierungen können in der Regel keine hohen Anforderungen gestellt werden. Deswegen muß die Umgebung des Regelelements hermetisch abgeschlossen werden, so dass ein Kontakt mit Sauerstoff ausgeschlossen werden kann.
Des Weiteren müssen diese Kobaltbasislegierungen eine relativ hohe Schmelztemperatur aufweisen, da die Temperatur im Regelelement kurzzeitig über 1200°C betragen kann, was zu Aufschmelzungen der Regelwendel führen würde. Die Schmelztemperaturen der Kobaltbasislegierungen sind hier als kritisch anzusehen.
Als Folge der hohen Temperaturen stellt sich ein Grobkorn ein, d. h. ein Korn in der Legierung überdeckt den Querschnitt. Dadurch kann die Gefahr des Abgleitens auf den Korngrenzen bestehen, die senkrecht zur Drahtachse stehen. Dies versucht man zu verhindern, in dem man die Regelwendel dicht mit Keramikpulver umgibt und damit unbeweglich macht. Dadurch sind keine zusätzlichen Maßnahmen gegen Kornwachstum nötig.
Des Weiteren zeigen die aus der EP 0 523 062 B1 bekannten Kobaltbasislegierungen eine hohe Verfestigung und lassen sich deshalb nur mit Zwischenglühungen auf die bevorzugten Abmessungen von 0,35 mm Durchmesser ziehen und zum Teil nur mit Mühe zu exakten Wendeln wickeln, weil mit der hohen Verfestigung eine Empfindlichkeit gegenüber inneren Spannungen und deren Fluktuationen verbunden ist.
Letztendlich ist Kobalt als Ausgangsmaterial sehr teuer im Vergleich zu Nickel und Eisen, wodurch auch die in der EP 0 523 062 B1 beschriebenen Kobaltbasislegierungen relativ teuer sind.
Insgesamt ergibt sich demnach der Wunsch, alternative Legierungen für Glühstiftkerzen bereitzustellen, die neben einem Preisvorteil gegenüber den aus der EP 0 523 062 B1 bekannten Kobaltbasislegierungen, einen höheren Schmelzpunkt, eine bessere Verarbeitbarkeit beim Draht- und Wendelherstellen sowie eine bessere Zunderbeständigkeit aufweisen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Glühstiftkerze der eingangs genannten Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die als Regelelement dienende Widerstandswendel aus einer Eisenbasislegierung besteht, die während aller Betriebszustände der Widerstandswendel eine kubisch innenzentrierte Kristallstruktur beibehält.
Die starke Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands dieser Eisenbasislegierungen hängt mit dem Phänomen des Ferromagnetismus zusammen. Die Temperaturabhängigkeit ist extremal bei metallischen Legierungen mit der höchsten Sättigungsmagnetisierung. Dies geht meistens einher mit einer hohen Curie-Temperatur. Die Curie-Temperatur bestimmt den anomalen Temperaturbereich des Widerstandes und trägt ebenfalls zu einem hohen Temperaturwiderstandskoeffizienten bei.
Aus diesem Grund kommen neben den Kobaltbasislegierungen aus dem Stand der Technik nur Eisen und dessen Legierungen in Frage. Gerade reines Eisen zeigt aber bei erhöhter Temperatur in einem Fenster zwischen 900°C und 1400°C einen Phasenübergang von α-Eisen zu γ-Eisen, d. h. von einer kubisch innenzentrierten Kristallstruktur zu einer kubisch flächenzentrierten Kristallstruktur. Es kommt deshalb nicht in Frage, da damit die Zerrüttungsphänomene auftreten. Durch Zulegieren kann dieses γ-Gebiet "abgeschnürt" werden, so dass die resultierende erfindungsgemäße Eisenbasislegierung im gesamten Temperaturbereich einphasig bleibt, d. h. eine kubisch innenzentrierte Kristallstruktur aufweist. Diese Kristallstruktur weist per se eine im Vergleich zu einer kubisch flächenzentrierten Kristallstruktur geringere Verfestigung auf und ist damit per se im Vergleich zu den eingangs erwähnten kubisch flächenzentrierten Kobaltbasislegierungen leichter verarbeitbar.
Typischerweise weisen die erfindungsgemäßen Legierungen einen Temperaturfaktor größer 6 auf und bei nicht ganz so hohen Anforderungen an die Zunderbeständigkeit einen Temperaturfaktor größer 7.
Als der Eisenbasislegierung zuzulegierende Metalle kommen vorzugsweise Aluminium und/oder Chrom und/oder Titan und/oder Vanadium und/oder Molybdän in Betracht. Bevorzugt sind wegen der einfacheren Herstellung jedoch binäre Legierungen.
In bevorzugten Ausführungsbeispielen, die weiter unten eingehend diskutiert werden, enthält die Eisenbasislegierung entweder zwischen ca. 1,25 und ca. 2,00 Gew.% Vanadium oder zwischen ca. 2,00 und ca. 3,50 Gew.% Molybdän oder zwischen ca. 1,00 und ca. 2,00 Gew.% Titan.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt die Figur einen Längsschnitt durch den brennraumseitigen Bereich einer Glühstiftkerze in vergrößerter Darstellung.
Die Legierungen gemäß der vorliegenden Erfindung wurden durch Schmelzen von ARMCO-Eisen als Ausgangsmaterial hergestellt. Unter ARMCO-Eisen versteht man hierbei ein im Großbetrieb hergestelltes technisch reines Eisen, d.h. ein Eisen mit einem Eisengehalt von 99,80 bis 99,90 Gew.%. Der Schmelze wurden dann jeweils die Metalle Aluminium, Chrom, Titan, Vanadium bzw. Molybdän zulegiert, sodass die in der Tabelle gezeigten Legierungen hergestellt wurden. Selbstverständlich weisen die hergestellten Legierungen die herstellungsbedingten Verunreinigungen auf.
Die in der Tabelle mit "CF8" bezeichnete Legierung bildet eine Legierung aus dem Stand der Technik gemäß der EP 0 523 062 B1 und ist eine Kobaltbasislegierung, die einen Anteil von 8 Gew.% Eisen aufweist. Diese Legierung wurde als Referenz hergezogen, um die Legierungen gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem Stand der Technik zu vergleichen. Die Tabelle zeigt dabei den spezifischen Widerstand bei 1000°C und bei 20°C, die Zunderdicke dz bei einer Wärmebehandlung von einer Dauer von 1 Stunde bei 1100°C in Luft, den Schmelzpunkt Tm, die Curie-Temperatur Tc sowie die Widerstandsänderung bei Raumtemperatur durch Zulegieren von 1,00 Gew.% des entsprechenden Zulegierungsmetalles.
Nachdem das Ausgangsmaterial geschmolzen wurde, wurde die Schmelze in eine Kokille abgegossen und der Gusskörper auf eine Dicke von 6 mm warmgewalzt. Danach wurde der warmgewalzte Draht gezogen, oberflächenbearbeitet und auf einen Durchmesser von 0,35 bis 0,5 mm gezogen.
In diesem Zustand wurden dann Wendeln gewickelt. Nach einem ersten Erhitzen über 1000°C liegt der sogenannte "weiche" Zustand vor. Die in der Tabelle aufgeführten Werte beziehen sich auf diesen Zustand.
In den Fällen, in denen die Zunderdicke nicht angegeben ist, muß von einer ungleichförmigen Verzunderung und damit einer Oxidpenetration in großen Teilen des Querschnitts ausgegangen werden, was sich ungünstig auf Standzeit und längerfristiges Widerstandsverhalten auswirkt.
Alle Legierungen zeigten einen nahezu hysteresefreien Verlauf des spezifischen Widerstandes beim Erwärmen von Raumtemperatur auf 1200°C und darauffolgendem Abkühlen von 1200°C auf Raumtemperatur. Deswegen kann davon ausgegangen werden, dass die in der Tabelle aufgeführten Legierungen im gesamten Temperaturbereich einphasig waren oder dass andere Phasenanteile vernachlässigbar gering waren. Den höchsten Temperaturwiderstandskoeffizienten zeigte eine Eisenbasislegierung mit 1,50 Gew.% Titan gefolgt von einer Eisenbasislegierung mit 1,25 Gew.% Vanadium und einer Eisenbasislegierung mit 2,00 Gew.% Molybdän.
Es hat sich gezeigt, dass die Elemente Aluminium und Chrom im Vergleich zu den Elementen Titan, Vanadium und Molybdän weniger günstige Eigenschaften aufwiesen. Dies lag zum einen daran, dass Aluminium eine zu hohe Widerstandsänderung aufwies und zum anderen daran, dass beim Zusatz von Chrom zu hohe Chrommengen benötigt werden, um die Forderung nach Einphasigkeit zu erreichen.
Zur Erreichung einer begrenzten Zunderbeständigkeit sind die Eisenbasislegierungen mit Molybdänanteil besonders begünstigt, da deren Zunderdicken nur ungefähr 1/10 bis 1/25 der Zunderdicken von reinem Eisen bzw. von der Kobaltbasislegierung mit 8 Gew.% Eisen (CF8). Die höchsten Schmelztemperaturen wiesen die Eisenbasislegierungen mit Vanadiumgehalt auf. Deren Schmelztemperaturen lagen bei ca. 1530°C.
Alle Eisenbasislegierungen gemäß der vorliegenden Erfindung lassen sich im Prinzip genauso wie Reineisen verarbeiten und weisen damit die für ferritische Werkstoffe bekannten niedrigen Verfestigungen auf. Alle hergestellten Legierungen mussten bei der Verarbeitung des 6 mm dicken Drahtes zu Drähten mit 0,3 bis 0,5 mm Durchmesser nicht zwischengeglüht werden. Die dabei erzielten Festigkeiten waren ähnlich zu den Festigkeiten, die mit einer Kobaltbasislegierung mit 8 Gew.% Eisen erzielt werden können, d. h. bei Festigkeiten ≤ 1000 N/mm2. Dies hatte zur Folge, dass die Wendeln im harten Zustand gewickelt werden können. Aufgrund der geringeren Verfestigung traten beim Wickeln der Wendeln keine Probleme auf.
Insgesamt lässt sich sagen, dass mit den Legierungen gemäß der vorliegenden Erfindung zwar ein um einen Faktor von ca. 1,5 niedrigerer Temperaturwiderstandskoeffizienten im Vergleich zu den den Stand der Technik bildenden Kobaltbasislegierungen aus der EP 0 523 062 B1 aufweisen, was jedoch als noch nicht kritisch anzusehen ist. Sie zeigen jedoch gegenüber den den Stand der Technik bildenden Legierungen mehrere physikalische-technisch vorteilhafte Eigenschaften auf und sind insgesamt wesentlich billiger.
So weisen die Legierungen eine geringere Gefahr von Aufschmelzungen durch den um bis zu 50°C höheren Schmelzpunkt auf. Des Weiteren haben sie eine wesentlich höhere Verzunderungsbeständigkeit, so dass geringere Ansprüche an den hermetischen Abschluss innerhalb der Glühstiftkerze gestellt werden kann. Ferner weisen sie eine bessere Verarbeitbarkeit beim Herstellen von Drähten und beim Wickeln dieser Drähte zu Wendeln auf.
Im folgenden wird auf den genauen Aufbau der Glühstiftkerzen eingegangen.
Die gezeigte Figur ist eine Originalreproduktion der Figur 1 der EP 0 523 062 B1 und stellt eine Glühstiftkerze 10 dar, die zur Anordnung in einem nicht dargestellten Brennraum luftverdichtender Brennkraftmaschinen vorgesehen ist. Diese Glühstiftkerze 10 besitzt ein rohrförmiges Metallgehäuse 11, in dessen Längsbohrung 12 ein Glühstift 13 mit einem Teil seiner Länge abdichtend festgelegt ist. Dieser Glühstift 13 hat ein korrosionsbeständiges, dünnwandiges Glührohr 14, welches an seinem brennraumseitigen Ende mit einem Boden 15 verschlossen ist. In dem Innenraum 16 des Glührohres 14 erstreckt sich ein elektrisches Widerstandselement 17, das sich in axialer Richtung erstreckt. Das Widerstandselement 17 ist dabei in ein Isoliermaterial 18 eingebettet. Ferner ist das elektrische Widerstandselement 17 brennraumfern mit einem Anschlussteil 19 für den elektrischen Strom versehen und brennraumseits elektrisch leitend und fest mit dem Boden 15 des Glührohrs 14 verbunden.
Das elektrische Widerstandselement 17 besteht dabei aus zwei in Reihe verbundenen Widerstandswendeln 20 und 21. Die brennraumseitige Widerstandswendel 20 dient dabei als Heizelement und die brennraumferne Widerstandswendel 21 wirkt in Folge ihres hohen positiven Temperatur-Widerstandskoeffizienten bekannterweise als Regelelement, wo hingegen die als Heizelement dienende Widerstandswendel 20 in bekannter Weise aus einem Drahtmaterial mit im wesentlichen temperaturunabhängigen Widerstandsverhalten besteht, wird die als Regelelement wirkende Widerstandswendel 21 aus einer Eisenbasislegierung gewählt, die während aller Betriebszustände der Glühstiftkerze 10 eine kubisch innenzentrierte Kristallstruktur beibehält.
Eine innenzentrierte Struktur der Eisenbasislegierung eines solchen als Regelelement dienenden Widerstandselementes 21 ist beispielsweise dann gegeben, wenn die Legierung zwischen ca. 1,25 und 2,0 Gew.% Vanadium oder zwischen 2,00 und 3,50 Gew.% Molybdän oder zwischen ca. 1,00 und 2,00 Gew.% Titan enthält. Es sind jedoch auch Mischungen von diesen Zusätzen möglich. Werden die Beimengungen an Zulegiermetallen unterschritten, würde keine kubisch innenzentrierte Struktur vorliegen und/oder wäre die Legierung würde im interessierenden Temperaturintervall nicht einphasig sein. Werden jedoch die Beimengungen an Zulegiermetallen überschritten, so werden die die spezifischen Widerstände zu hoch und damit die Temperaturwiderstandskoeffizientenen für die Anwendung in den Regelwendeln ungeeignet. Selbstverständlich gelten diese beiden Aussagen nur für binäre Legierungssysteme.
Es versteht sich von selbst, dass bei den in Rede stehenden erfindungsgemäßen Legierungen Verunreinigungen bzw. Verarbeitungszuschläge, wie sie bei der Herstellung von Eisenbasislegierungen verwendet werden, bei den vorstehenden Angaben vernachlässigt worden sind.
Figure 00110001

Claims (10)

  1. Glühstiftkerze (1) zur Anordnung im Brennraum luftverdichtender Brennkraftmaschinen, mit einem elektrischen Widerstandselement (17), das aus zwei in Reihe verbundenen Widerstandswendeln (20, 21) zusammengesetzt ist, von denen die brennraumseitige Widerstandswendel (20) als Heizelement dient und die brennraumferne Widerstandswendel (21) in Folge ihres hohen positiven Temperatur-Widerstandskoeffizienten als Regelelement wirkt und aus einer Eisenbasislegierung besteht,
    dadurch gekennzeichnet , dass die aus einer Eisenbasislegierung bestehende, als Regelelement dienende Widerstandswendel (21) während aller Betriebszustände der Glühstiftkerze (10) eine kubisch innenzentrierte Kristallstruktur beibehält.
  2. Glühstiftkerze (10) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet , dass die Eisenbasislegierung einen Temperaturwiderstandskoeffizienten größer 6 aufweist.
  3. Glühstiftkerze (10) nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet , dass die Eisenbasislegierung einen Temperaturfaktor größer 7 aufweist.
  4. Glühstiftkerze (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet , dass die Eisenlegierung zwischen ca. 1,25 und 2,00 Gew.% Vanadium enthält.
  5. Glühstiftkerze (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet , dass die Eisenlegierung zwischen ca. 2,00 und 3,50 Gew.% Molybdän enthält.
  6. Glühstiftkerze (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet , dass die Eisenlegierung zwischen ca. 1,00 und 2,00 Gew.% Titan enthält.
  7. Glühstiftkerze (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet , dass die Glühstiftkerze mit einem rohrförmigen Metallgehäuse (11) umgeben ist, in dessen Längsbohrung (12) ein Glühstift (13) mit einem Teil seiner Länge abdichtend festgelegt ist, wobei der Glühstift (13) ein dünnwandiges, an seinem brennraumseitigen Ende mit einem Boden (15) verschlossenes Glührohr (14) aufweist, in dessen Innenraum sich in axialer Richtung das elektrische Widerstandselement (17) erstreckt.
  8. Glühstiftkerze (10) nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet , dass das elektrische Widerstandselement (17) in ein Isoliermaterial (18) eingebettet ist.
  9. Glühstiftkerze (10) nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet , dass das elektrische Widerstandselement (17) brennraumfern mit einem Anschlußteil (19) für den elektrischen Strom versehen ist.
  10. Glühstiftkerze (10) nach Anspruch 7,
    dadurch gennzeichnet ,
    dass das elektrische Widerstandselement (17) brennraumseitig elektrisch leitend und fest mit dem Boden (15) des Glührohrs (14) verbunden ist.
EP01126795A 2000-12-05 2001-11-09 Glühstiftkerze für Brennkraftmaschinen Expired - Lifetime EP1213540B1 (de)

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DE10060273 2000-12-05

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EP1213540A2 true EP1213540A2 (de) 2002-06-12
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AT (1) ATE352753T1 (de)
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