GLOW PLUG FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES

Abstract: 1. Glow plug (10) for internal-combustion engines, especially for internal-combustion engines without spark ignition, with a heating body (11) having a bar-shaped or tubular ceramic carrier (14) which, on the connection side, has a head (16) and on its surface is equipped with an electrical heating element (22) resembling a conductor track, from which a first electrical connecting conductor (24) resembling a conductor track is guided into an electrical contact region located in the sealing region of the heating body on the connection side, and from which, moreover, a second electrical connecting conductor (23) resembling a conductor track, covered on its top side with an electrically insulating, sealing protective layer in the sealing region on the connection side, is guided to the end face (20) of the ceramic carrier located on the connection side and is designed as a contact face (25), the end portion of the connecting bolt (12) standing up on the end contact face (25) of the ceramic carrier, characterized in that the head (16) of the ceramic carrier (14) has a sealing face (21) directed towards the combustion space and intended to form a seal with a corresponding sealing seat in the bore (43) of the cylinder head (44) of the internal-combustion engine, and in that rotatably arranged coaxially round the connecting bolt (12) is an essentially tubular screw head (13) which presses the connecting bolt (12) against the contact face (25) located on the end face (20) of the ceramic carrier (14) on the connection side, and which, moreover, is electrically insulated from the connecting bolt (12) by means of a ring-like, electrically insulating element (36) and also has fastening means (41, 42) for fastening the glow plug (10) and for pressing the sealing face (21) of the ceramic carrier against the corresponding sealing seat (47) in the internal-combustion engine.

Description: Glühkerze für Brennkraftmaschinen Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Glühkerze für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine Glühkerze bekannt (DE-OS 31 04 401), die einen stabbzw. rohrförmigen Keramikkörper mit auf dessen Oberfläche aufgebrachtem, leiterbahnartigem Heizelement besitzt; der Keramikkörper dieser Glühkerze ist anschlussseits fest und abgedichtet von einem Metallgehäuse umgeben, mit dessen Befestigungsmitteln die Glühkerze im Zylinderkopf von Brennkraftmaschinen dicht einzubauen ist. Aufgrund des geringen Platzangebotes im Zylinderkopf kann der Keramikkörper nur einen relativ kleinen Aussendurchmesser haben, infolgedessen die Gefahr von Brüchen im Keramikkörper gegeben ist. Eine solche Bruchgefahr besteht insbesondere in Bereichen von Kehlen am Keramikkörper und/oder bei rohrförmigen Keramikkorpern. Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemässe Glühkerze mit den kennzeichnenden 4Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass der Keramikkörper trotz gleicher Einbaubedingungen im Zylinderkopf mit einem grösseren, tragfahigeren Querschnitt ausgestattet werden kann und demzufolge nicht mehr derart bruchgefahrdet ist und eine grössere Betriebssicherheit der Glühkerze gewährleistet. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Glühkerze möglich; besonders vorteilhaft ist es, dass die erfindungsgemässe Glühkerze dennoch als Baueinheit ausgebildet und gegebenenfalls auch mit einem Schutzrohr um den Keramikkörper und zu sätzlich sogar mit einem Überhitzungsschutz und/oder einem Spannungsbegrenzer versehen werden kann. Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Längsschnitt durch eine vergrössert dargestellte Glühkerze nach der Erfindung und Figur 2 den vergrössert dargestellten Kopf des Keramikträgers mit einer bevorzugten Anordnung der Anschlussleiter. Beschreibung des Ausführungsbeispiels Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Glühkerze 10 besteht im wesentlichen aus drei Teilen: einem Heizkörper 11, einem Anschlussbolzen 12 und einem Schraubkopf 13. Der Heizkörper 11 besitzt einen stab- bzw. rohrförmigen Keramikträger ih, welcher brennraumseits mittels eines kuppenartigen Bodens 15 verschlossen ist und an seinem anschlussseitigen, offenen Endabschnitt einen Kopf 16 aufweist; dieser Keramikträger 14 hat im Bereich seines Bodens 15 eine Dicke zwischen 0,3 und 0,8 mm und besteht aus elektrisch isolierendem Keramikmaterial oder Glaskeramik, vorzugsweise jedoch aus Aluminiumoxid. Der Aussendurchmesser des Keramikträgers 14 beträgt dicht unterhalb der Dichtfläche 21 etwa 6 mm, oberhalb des kuppenartigen Bodens 15 etwa 5 mm und im Bereich des Kopfes 16 etwa 10 mm. Der Innenraum 17 dieses Keramikträgers 14 ist vorzugsweise geringfügig konisch gestaltet, damit bei der Herstellung des Keramikträgers 14 der in diesem Innenraum 17 befindliche Kern (nicht dargestellt) problemlos entfernt werden kann; der Durchmesser des Innenraumes 17 beträgt im Mittel um 3 mm. Ein Keramikträger 14 mit einem Innenraum 17 hat gegenüber einem massiven Keramikträger (nicht dargestellt) den Vorteil einer geringeren Wärmekapazität und besserer Temperaturwechselbestandigkeit, ist jedoch keine Bedingung für die Ansprüche bezüglich des vorliegenden Erfindungsgegenstandes. Die Gesamtlänge des Keramiktragers 14 liegt üblicherweise - je nach Anwendungsfall - zwischen 20 und 35 mm, zumeist jedoch um 28 mm. Der Kopf 16 ist in bevorzugter Ausführungsform an seinem anschlussseitigen Endabschnitt mit einer Ringnut 18 versehen, welche in die Umfangsfläche 19 des Kopfes 16 mit eingeformt ist. Während die anschlussseitige Stirnfläche 20 in bevorzugter Weise senkrecht zur Längsachse des Keramikträgers 14 verläuft (sie kann im Bedarfsfalle aber auch kegelstumpfförmig o.ä. ausgebildet sein), verläuft der als Dichtfläche 21 dienende Übergang des Kopfes 16 zum brennraumseitigen Endabschnitt des Keramikträgers 14 kegelstumpfförmig. Auf der Aussenseite des Keramikträgers 14 ist ein schichtförmiges Heizelement 22 aufgebracht, welches bevorzugt aus einer Platin-Rhodium-Legierung mit keramischem Anteil (z. B. Aluminiumoxid) besteht, aber auch aus einem anderen geeigneten elektrisch leitendem Material mittels bekannter Dickschichttechnik aufgebracht sein kann, und welches eine dem jeweiligen Anwendungszweck angepasste Konfiguration aufweist; bei der beschriebenen, bevorzugten Ausführungsform ist das Heizelement 22 auf den kuppenförmigen Boden 15 des Keramikträgers t4 beschränkt und verlauft als Mäander. Dieses Heizelement 22 ist einerseits an einen ersten Anschlussleiter 23 und andererseits an einen zweiten Anschlussleiter 24 angeschlossen; während der erste Anschlussleiter 23 als Leiterbahn bis hinauf zur anschlussseitigen Stirnfläche 20 des Keramikträgers 14 geführt ist und dort eine Kontaktfläche 25 bildet, führt der zweite Anschlussleiter 24 des Heizelementes 22 nur bis auf die Dicht fläche 21 des Keramikträgers 14 bzw. geringfügig darüber hinweg. In den ersten Anschlussleiter 23 und/oder den zweiten Anschlussleiter 24, welche in bevorzugter Weise aus einer Mischung von Platin und Aluminiumoxid bestehen und mittels Dickschichttechnik auf den Keramikträger 14 aufgebracht sind, kann ein schichtförmiger Überhitzungsschutz 26 und/oder ein schichtförmiger Spannungsbegrenzer 27 eingeschaltet sein (siehe Figur 2); ein solcher ü.berhitzungsschutz 26 kann beispielsweise durch einen PTC-Widerstand gebildet und so bemessen sein, dass der bis etwa 1 000 OC einen schnellen Temperaturanstieg des Heizelementes 22 erlaubt, oberhalb dieser Temperatur jedoch infolge seines erhöhten Widerstandswertes den Heizstrom begrenzt. Ein solcher als Überhitzungsschutz 26 dienender PTC-Widerstand kann in bekannter Weise aus einem gesinterten Nickel-Keramik Gemisch bestehen und wird auf dem Keramikkörper 14 bevorzugt in der Nähe des Heizelements 22 angeordnet. Als Spannungsbegrenzer 27 wird ein Varistor gewählt, welcher die Heizspannung auf etwa 8 V begrenzt und demzufolge gewährleistet, dass auch bei schlechtem Ladezustand einer 12-Volt-Batterie die Glühtemperatur der Glühkerze 10 in etwa 2 Sekunden erreicht wird. Der als Spannungsbegrenzer 27 dienende Varistor kann in bekannter Weise aus Zinkoxid bestehen und ist auf dem Keramikträger 14 bevorzugt in kälteren Zonen des Keramikträgers 14, z.B. in der Nähe des Keramikträger-Kopfes 16 angeordnet. Es sei erwahnt, dass ein solcher Überhitzungsschutz 26 bzw. ein Spannungsbegrenzer 27 auch in der (nicht dargestellten) elektrischen Zuleitung zur Glühkerze 10 installiert sein kann. Das Heizelement 22 und seine beiden Anschlussleiter 23 und 24 sind mittels einer dünnen Schutzschicht 28 abgedeckt; diese Schutzschicht 28, die aus einem elektrisch isolierenden, keramischen Material (z. B. Aluminiumoxid, Magnesiumspinell) besteht und die bedeckten elektrischen Leiter (22, 23, 24, 26, 27) gegen Abrasion, Korrosion und Kurzschluss schützt, überdeckt jedoch nicht die Kontaktfläche 25 auf der anschlussseitigen Stirnfläche 20 des Keramikträgers 14 und auch nicht den im Bereich der Dichtfläche 21 des Keramikträgers 14 befindlichen Endabschnitts des zweiten Anschluss- leiters 24. Aus der Figur 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform des freien Endabschnitts vom zweiten Anschlussleiter 24 dargestellt: Bei dieser Ausführungsform ist die Schutzschicht 28 bis etwa in den Bereich der Ringnut 18 des Keramikträger-Kopfes 16 geführt, entsprechend hoch zunächst auch der zweite Anschlussleiter 24 auf dem Keramikträger 14 angebracht und anschliessend ist der eigentliche freie Endabschnitt dieses zweiten Anschlussleiters 24 wieder zurück bis auf die Dichtfläche 21 zurückgeführt; infolge dieser Gestaltung des freien Endabschnitts vom zweiten Anschlussleiters 24 werden unnötig hohe mechanische Spannungen vermieden, welche durch das partielle Abdecken der Anschluss- leiter 23 und 24 mit der relativ dicken, dichten Schutzschicht 28 bewirkt werden können. Die Schutzschicht 28 wird üblicherweise eine Dicke von etwa 50 /um haben. Die Lage der Anschlussleiter 23 und 24 auf dem Keramikträger 14 entspricht in der Praxis mehr der Ausführung nach Figur 1 - sie liegen sich auf dem Keramikträger 14 also diametral gegenüber - und nicht der Lage gemäss Figur 2, wobei die beiden Anschlussleiter 23 und 24 dicht beeinanderliegen, was hier nur aus Gründen der zeichnerischen Darstellung erfolgte. Der prinzipielle Aufbau dieses Heizkörpers 11 entspricht im wesentlichen dem Aufbau des Glühkörpers der in der deutschen Gebrauchsmusterschrift 81 03 317 beschriebenen Glühkerze für Brennkraftmaschinen und kann auch mit der darin beschriebenen Keramik-Zwischenschicht bzw. der ebenfalls darin erwähnten Wärmeleitschicht versehen sein. Ansteile des beschriebenen mäanderförmigen Heizelementes 22 können auch solche Konfigurationen von Heizelementen Verwendung finden, wie sie zusätzlich in der genannten Gebrauchsmusterschrift beschrieben sind, oder auch solche, die auf einem Teil der Umfangsfläche des Keramikträgers 14 angeordnet sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieser Glühkerze 10 ist die Dichtfläche 21 des Keramikträger-Kopfes 16 mit einem elektrisch leitenden, metallischen Dichtelement 29 versehen, welcher bevorzugt aus Kupfer besteht und auch a's Kontaktring dient. Dieses Dichtelement 29 ragt mit einem Befestigungsmittel 30 (z. B. Bördelrand) in den Bereich der Ringnut 18 und hält das Dichtelement 29 unverlierbar auf dem Keramikträger 14 fest. Gemäss der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform der Glühkerze 10 ist dieses Dichtelement 29 aus einem gegen über Heissgaskorrosion beständigem Stahl hergestellt und brennraumseits derart hülsenförmig verlängert, so dass es gleichzeitig eine Schutzhülse 31 bildet. Diese Schutz hülse 31 ist mit geringem Abstand um den Heizkörper 11 angeordnet und besitzt in seinem brennraumseitigen Endabschnitt Durchbrüche 32, welche den Zugang von Kraftstoffdampf-Luft-Gemischen zum Heizelement 22 erlauben, andererseits aber sicher verhindert, dass bei einem eventuellen Bruch des Keramikträgers 14 Keramikteile in den Brennraum der nicht dargestellten Brennkraftmaschine fallen können. Eine solche Schutzhülse 31 übernimmt bei der Montage derartiger Glühkerzen 10 ausserdem eine Schutzfunktion für den Heizkörper 11. - Anstelle einer solchen aus Stahl bestehenden Schutzhülse 31 kann das Dichtelement 29 aber auch mit einer (nicht dargestellten) Schutzhülse aus einem wahrend der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine verbrennendem Material (z. B. Zellwloid) kombiniert sein, welche dann aber nur Schutzfunktionen anlässlich der Montage derartiger Glühkerzen 10 oder beim Einbau derartiger Glühkerzen 10 in den Zylinderkopf übernimmt. In den anschlussseitigen Bereich des Innenraums 17 des Keramikträgers 14 ragt ein Zentrierzapfen 33 des metallischen Anschlussbolzens 12 hinein, welchem sich anschlussseits ein an den Anschlussbolzen 12 angeformter bzw. befestigter Kontaktflansch 34 anschliesst. Dieser Kontaktflansch 34 liegt auf der Kontaktfläche 25 des ersten Anschlussleiters 23 vom Heizelement 22 auf. Am anschlussseitigen Endabschnitt dieses Anschlussbolzens 12 befindet sich ein Anschlussgewinde 35. Auf der anschlussseitigen Seite dieses Kontaktflansches 34 ist ein ringförmiges Elektroisolierelement 36 angeordnet, welches aus einem druck- und temperaturbeständigem Material (Keramik, Kunststoff oder ähnliches) besteht, mit seinem zentralen Durchgangsloch 37 auf dem Anschlussbolzen 12 geführt ist und einen Aussendurchmesser besitzt, welcher einerseits gröBer ist als der Durchmesser des Kontaktflansches 34, andererseits aber etwa einen gleichen Durchmesser hat wie die anschlussseitige Stirnfläche des Keramikträgers 14. Dieses Elektroisolierelement 36 ist in bevorzugter Weise anschlussseitig als Rohrstutzen 38 gestaltet, welcher den Anschlussbolzen 12 umgibt. Anschlussseits auf diesem Elektroisolierelement 36 liegt der Schraubkopf 13 mit seiner brennraumseitigen Stirnflache 39 auf. Dieser Schraubkopf 13, welcher aus unlegiertem Stahl besteht, hat eine axiale Längsbohrung 40 und umfasst mit dieser mit Abstand den Anschlussbolzen 12 bzw. nimmt den Rohrstutzen 38 des Elektroisolierelementes 36 auf; dieser Schraubkopf 13 ist auf seiner Aussenseite mit einem Aussengewinde 41 und einem Schlüsselsechskant 42 als Befestigungsmitteln für den Einbau der Glühkerze 10 in die strichpunktiert dargestellte Zylinderkopf-Bohrung 43 des Zylinderkopfes 44 der Brennkraftmaschine versehen; das Innengewinde in der Zylinderkopf-Bohrung 43 ist mit 45 bezeichnet. Der Schraubkopf 13 ist in der Lange so bemessen, dass anschlussseits das Anschlussgewinde 35 des Anschlussbolzens 12 aus der Langsbohrung 40 herausragt. Brennraumseits ist der Schraubkopf 13 mit Halteelementen 46 versehen, welche in die Ringnut 18 des Heizkörpers 11 eingreifen, jedoch so viel Spiel gegenüber dem Heizkörper 11 haben, dass der Schraubkopf 13 gegenüber dem Heizkörper 11 und dem Anschlussbolzen 12 koaxial verdreht werden kann. Dieses Halteelement 46 ist bevorzugt als Bördelrand ausgebildet, welcher am Schraubkopf 13 mit angeformt sein kann; anstelle eines ringförmigen Bördelrandes können aber auch einzelne fingerartige, diesen Zweck erfüllende Lappen dienen (nicht dargestellt), welche auf dem Umfang der Schraubkopf-Stirnfläche 39 verteilt sind. Infolge dieses Halteelements 46 bilden die drei Hauptteile - Heizkörper 11, Anschlussbolzen 12, Schraubkopf 13 - eine bauliche Einheit, die engsten, bekannten baulichen Bedingungen an Zylinderköpfen von Brennkraftmaschinen gerecht wird. In der Zylinderkopf-Bohrung 43 ist ein kegelstumpfförmiger Dichtsitz 47 eingearbeitet, auf welchem der Heizkörper 11 der Glühkerze 10 mit seinem Dichtelement 29 aufliegt und und auf welchen dieses Dichtelement 29 infolge der Einschraubkraft des Schraubkopfes 13 fest und dicht gedrückt wird; in Sonderfällen kann auf das Einfügen eines Dichtelementes 29 zwischen den Dichtsitz 47 der Zylinderkopf Bohrung 43 und der Dichtfläche 21 des Keramikträger-Kopfes 16 verzichtet werden. Der in diesem Bereich endende zweite Anschlussleiter 24 des Heizelementes 22 steht hier direkt oder über das Dichtelement S9 mit dem elektrisch an Masse liegenden Zylinderkopf 44 in Verbindung, während der Anschlussbolzen 12 über sein Anschlussgewinde 35 und einem nicht dargestellten Anschlusskabel mit dem Pluspol eines nicht dargestellten Stromerzeugers in Verbindung steht.

Claims: Ansprüche 1. Glühkerze für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Brennkraftmaschinen ohne Fremdzündung, mit einem Heizkörper, der einen stab- bzw. rohrförmigen Keramikträger besitzt, welcher anschlussseits einen Kopf hat und auf seiner Oberflache mit einem leiterbahnartigen, elektrischen Heizelement versehen ist, von dem aus ein leiterbahnartiger, elektrischer Anschlussleiter auf die anschlussseitige Stirnfläche des Keramikträgers geführt und als Kontaktfläche ausgebildet ist, wobei vorzugsweise das Heizelement und gegebenenfalls auch ein Teil der Anschlussleiter mittels einer elektrisch isolierenden, dichten Schutzschicht bedeckt ist und wobei auf der stirnseitigen Kontaktfläche des Keramikträgers der Endabschnitt eines Anschlussbolzens aufsteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf (16) des Keramikträgers (14) eine Dichtfläche (21) besitzt, mit der er direkt oder unter Einfügung eines Dichtelementes (29) auf einem entsprechenden Dichtsitz (47) in der Bohrung (43) des Zylinderkopfes (44) einer Brennkraftmaschine aufliegt, und dass koaxial um den Anschlussbolzen (12) herum ein im wesentlichen rohrförmiger Schraubkopf (13) drehbar angeordnet ist, welcher den Anschlussbolzen (12) gegen die auf der anschlussseitigen Stirnflache (20) des Keramikträgers (114) befindliche Kontaktfläche (25) drückt, mittels ringartigem E1ektroisolier- element (36) gegenüber dem Anschlussbolzen (12) elektrisch isoliert ist und Befestigungsmittel (41, 42) besitzt, mittels welchen er in der Brennkraftmaschine zu befestigen ist und die Dichtfläche (21) des Keramikträgers (14) fest und abdichtend gegen den entsprechenden Dichtsitz (47) in der Brennkraftmaschine zu drücken vermag. 2. Glühkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf (16) des Keramikträgers (14) anschlussseits auf seiner Umfangsfläche (19) eine Ringnut (18) hat, in welche ein am brennraumseitigen Endabschnitt des Schraubkopfes (13) befindliches, vorzugsweise angeformtes Halteelement (46) greift, welches ein axiales Verdrehen des Schraubenkopfes (13) gegenüber dem Keramikträger (14) und dem Anschlussbolzen (12) erlaubt. 3. Glühkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das an der Dichtfläche (21) des Keramikträger-Kopfes (16) angeordnete Dichtelement (29) mittels bekannter Mit- tel (30) unverlierbar am Keramikträger-Kopf (16) festgelegt ist. 4. Glühkerze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an das brennraumseitige Endes des Dichtelementes (29) eine an sich bekannte Schutzhülse (31) angebracht ist. 5. Glühkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Dichtsitz (47) der Brennkraftmaschine direkt oder indirekt über ein Dichtelement (29) in elektrischem Kontakt stehender Anschlussleiter (24) des Heizelements (22) bis anschlussseits von der Dichtfläche (21) des Keramikträger-Kopfes (16) geführt und mittels der elektrisch isolierenden, um den Keramikträger (14) herum angebrachten Schutzschicht (28) bedeckt ist und dann auf der Schutzschicht (28) zur Dichtfläche (21) des Keramikträger-Kopfes (16) hin wieder zurückgeführt ist. 6. Glühkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem schichtförmigen Anschlussleiter (23) und/oder dem schichtförmigen Anschlussleiter (24) ein schichtförmiger Überhitzungsschutz (26) und/oder ein schichtförmiger Spannungsbegrenzer (27) eingebaut ist.

Inventors: ESPER, FRIEDRICH, DR., FREY, THOMAS, DR., KNOLL, GUNTER, Knoll, Günter 
Applicants: ROBERT BOSCH GMBH
Application year: 1983
Main classification: F23Q7
IPC codes: F23Q7