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1. WO2016116385 - BOUGIE-CRAYON DE PRÉCHAUFFAGE

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[ DE ]

Beschreibung

Titel

Glühstiftkerze

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verfahren zur Herstellung einer

Glühstiftkerze gemäß Anspruch 1 sowie eine Glühstiftkerze für einen

selbstzündenden Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 8.

Bei selbstzündenden Verbrennungsmotoren sind Glühstiftkerzen vorgesehen, um die einzelnen Brennräume des Verbrennungsmotors soweit zu erwärmen, dass ein in den Brennraum eingespritzter Kraftstoff unter der Verdichtung des sich nach oben bewegenden Kolbens sicher zündet. Dabei weist die Glühstiftkerze ein Glührohr auf, welches auf seinem dem Brennraum zugewandten Ende verschlossen wird. Das eine Ende einer Heizwendel wird dabei ebenfalls mit dem dem Brennraum zugewandten Ende des Glührohrs verbunden. Dabei ist die Verbindungsstelle relativ schwer zugänglich, und bei der Verschweißung kann es zu Oxidationen an der Heizwendel kommen, welche die Lebensdauer einer Glühkerze reduzieren und zu einem vorzeitigen Ausfall führen. Ferner sind aus dem Stand der Technik Glühstiftkerzen bekannt, welche ein mehrteiliges Glührohr mit einer Kuppe aufweisen, welche brennraumseitig auf den

zylindrischen Teil des Glührohrs aufgeschweißt wird. Aus der DE102008040339 ist eine Glühstiftkerze bekannt, bei der das Glührohr zweiteilig ausgebildet ist und bei der eine Kuppe auf den zylindrischen Teil des Glührohrs aufgeschweißt wird.

Auch bei einem zweiteiligen Glührohr ist jedoch der Zugang zur inneren

Schweißstelle, an der die Heizwendel mit der Kappe des Glührohrs verschweißt wird, immer noch nicht optimal, da die Verbindungsstelle in der Rundung der Glührohrkappe liegt und damit nicht optimal zugänglich für den

Verbindungsprozess ist. Des Weiteren ist es wünschenswert, bei der Entwicklung von neuen Glühstiftkerzen komplexe Geometrien für Musterteile ohne hohe Werkzeugkosten darstellen zu können.

Offenbarung der Erfindung

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Glühstiftkerze bereitzustellen, welche sich durch eine einfache Fertigung auszeichnet und die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.

Die erfindungsgemäße Glühstiftkerze mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass mindestens eines der im Oberbegriff genannten Bauteile oder eine Funktionseinheit aus zwei oder mehr der im Oberbegriff genannten Bauteile mittels eines Rapid-Prototyping-Verfahrens hergestellt wird. Durch ein Rapid-Prototyping-Verfahren, insbesondere durch einen sogenannten 3D-Druck, lässt sich eine komplexe Geometrie ohne aufwendige Werkzeuge herstellen. Dies reduzierte die Kosten sowie die Herstellungszeit bei der

Fertigung von Prototypen und kann somit die Entwicklungszeiten für neue Produktgenerationen verkürzen, da schneller Musterteile für die Erprobung zur Verfügung stehen.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Verfahren zur Herstellung einer Glühstiftkerze sowie der erfindungsgemäßen Glühstiftkerze möglich.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, dass die

Funktionseinheit aus einer Kuppe des Glührohrs und einem damit verbundenen Abschnitt der Heizwendel besteht. Die Kuppe des Glührohrs sowie ein damit verbundener Abschnitt der Heizwendel eignen sich besonders gut dafür, mittels eines Rapid-Prototyping-Verfahrens hergestellt zu werden. Dabei kann ein an der Kuppe ausgebildeter Abschnitt der Heizwendel so ausgebildet werden, dass er über die offene Seite der Kuppe hinaus steht und so besonders einfach mit der restlichen Heizwendel verschweißt werden kann. Es ist auch möglich, die komplette Heizwendel mittels des Rapid-Prototyping-Verfahren herzustellen und die Verbindungsstelle zwischen der Heizwendel und einer Regelwendel durch einen nachgeschalteten Verbindungsschritt darzustellen. Dabei sind der mit der Glühkuppe verbundene Abschnitt der Heizwendel sowie die Glühkuppe selbst bevorzugt aus dem gleichen Material hergestellt, es können jedoch auch unterschiedliche Materialien in mehreren Arbeitsschritten im Rahmen des Rapid-Prototyping aufgebracht werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das mittels des Rapid-Prototyping-Verfahren hergestellte Bauteil oder die Funktionseinheit mit einem weiteren Bauteil der Glühstiftkerze verbunden werden. Dadurch kann besonders einfach und kostengünstig eine Glühstiftkerze hergestellt werden, beispielsweise indem auf bestehende, oder mit spanenden

Herstellungsverfahren einfach herzustellenden Bauteile zurückgegriffen wird, welche mit dem im Rapid-Prototyping-Verfahren hergestellten Bauteil oder der auf diese Weise hergestellten Funktionseinheit verbunden werden. Durch eine solche Bauweise lassen sich Zeit und Geld bei der Entwicklung sowie der Fertigung von Glühstiftkerzen sparen.

Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn das mittels des Rapid-Prototyping-Verfahren hergestellte Bauteil oder die mittels des Rapid-Prototyping-Verfahren hergestellte Funktionseinheit mit einem weiteren Bauteil der Glühstiftkerze verschweißt werden. Schweißen ist ein einfaches und kostengünstiges

Verfahren, um zwei Bauteile miteinander zu verbinden. Dabei ist es

insbesondere Vorteilhaft, wenn in einem ersten Prozessschritt der mit der Kuppe verbundene Abschnitt der Heizwendel mit der restlichen Heizwendel oder einer Regelwendel der Glühstiftkerze verschweißt werden und in einem zweiten Prozessschritt die Kuppe mit dem zylindrischen Abschnitt des Glührohrs verschweißt wird. Dabei kann die Zugänglichkeit zu der Schweißstelle zwischen den Abschnitten der Heizwendel dadurch erhöht werden, dass die Heizwendel und/oder die mit der Heizwendel verbundene Regelwendel elastisch gestreckt werden, so dass durch eine reversible Streckung einen Abstand zwischen Kuppe und zylindrischem Abschnitt des Glührohrs entsteht, welcher eine Zufuhr von Schweißelektroden an die Abschnitte der Heizwendel ermöglicht.

Gemäß einer alternativen Variante ist vorgesehen, dass das Glührohr auf seinem dem Gehäuse abgewandten Ende durch eine Kuppe verschlossen wird, wobei an der Kuppe zumindest eine Windung der Heizwendel ausgebildet wird.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform besteht darin, dass die

Verschweißung von dem mit der Kuppe verbundenen Abschnitt der Heizwendel sowie der Kuppe mit dem zylindrischen Abschnitt des Glührohrs mittels Laser erfolgt. Ein Laser ist bei der Verschweißung besonders vorteilhaft, da für den

Zugang der Schweißstelle eine im Vergleich zu dem bei der Verschweißung mittels Schweißelektroden benötigten Abstand ein kleinerer Abstand bzw. eine Öffnung genügt. Zudem kann mittels Laser die zur Verschweißung benötigte Energie sehr zielgerichtet eingebracht werden, wodurch die Aufschmelzung im Schweißbereich klein gehalten werden kann und ein unerwünschter Eintrag von Sauerstoff vermieden werden kann.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Glühstiftkerze zeichnet sich dadurch aus, dass das Glührohr auf seinem dem Gehäuse abgewandten Ende durch eine vorgefertigte Kuppe verschlossen ist, wobei an der Kuppe zumindest eine Windung der Heizwendel ausgebildet ist, und wobei die vorgefertigte Kuppe mit der mindestens einen Windung der Heizwendel mit dem Glührohr verschweißt ist. Die Glühstiftkerze zeichnet sich dadurch aus, dass eine besonders saubere und qualitativ hochwertige Verschweißung von der mit der Kuppe verbundenen Windung und der restlichen Heizwendel möglich ist. Dadurch kann die

Dauerhaltbarkeit der Glühstiftkerze erhöht werden.

Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn die Kuppe und/oder die mindestens eine Windung der Heizwendel eine Höhe von ca. 2mm bis 5mm aufweisen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Kuppe mit dem zylindrischen Teil des Glührohrs verschweißt werden kann und die Schweißnaht nicht im

Übergangsbereich liegt und durch zusätzliche Spannungen durch das Anformen der Kuppe geschwächt wird. Ferner kann sichergestellt werden, dass mindestens eine Windung der Heizwendel ausgebildet ist und so ein hinreichender

Überlappungsbereich für eine Verschweißung mit der restlichen Heizwendel ausgebildet ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten

Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Gleich Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigen:

Fig. 1 den Aufbau einer erfindungsgemäßen Kuppe für eine Glühstiftkerze,

welche nach einem Rapid-Prototyping-Verfahren hergestellt ist.

Fig. 2 den Aufbau einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze, wobei die Kuppe und ein an der Kuppe ausgebildeter Abschnitt einer Heizwendel mit einem zylindrischen Abschnitt des Glührohr sowie einer in dem zylindrischen Abschnitt angeordneten Heizwendel verbunden sind, in einer

Schnittdarstellung.

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Glühstiftkerze in einer 3D-Ansicht.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt eine Kuppe 34 einer erfindungsgemäßen Glühstiftkerze 10. Die Kuppe 34 weist eine becherförmige Kontur auf. Die Kuppe 34 ist aus einem metallischen und bevorzugt schweißbaren Werkstoff mittels eines Rapid-Prototyping-Verfahrens hergestellt, beispielsweise mittels eines 3D-Druckers. Die

Kuppe 34 weist einen mit der Kuppe verbundenen Abschnitt 37 einer Heizwendel 32 auf. Dargestellt ist Abschnitt 37 mit ca. zwei Windungen 35, es können jedoch auch mehr oder weniger Windungen 35 an dem Abschnitt 37 der Heizwendel 32 ausgebildet sein. Die Kuppe weist einen Durchmesser Di und eine Höhe h auf, wobei die Höhe h bevorzugt zwischen 2mm und 5mm beträgt. Die Kuppe 34 weist eine entsprechende thermische Stabilität und Korrosionsbeständigkeit auf, so dass sie zum Einsatz im Brennraum eines selbstzündenden

Verbrennungsmotors geeignet ist. Die Kuppe 34 mit dem an der Kuppe 34 ausgebildeten Abschnitt 37 der Heizwendel 32 stellt eine Funktionseinheit 40 dar.

In Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße Glühstiftkerze gezeigt. Die Glühstiftkerze 10 weist ein Gehäuse 20 auf, in dem ein Anschlusskontakt 22 angeordnet ist. Der Anschlusskontakt 22 ist elektrisch gegenüber dem Gehäuse 20 isoliert und mit einer Regelwendel oder einer Heizwendel 32 verbunden. Die Heizwendel 32 und eine ggf. vorhandene Regelwendel werden in einem Glührohr

30 angeordnet, wobei das Glührohr 30 mit dem Gehäuse 20 verbunden ist. Das Glührohr 30 ist auf seinem einem Brennraum zugewandten Ende 31

verschlossen. Die Heizwendel 32 ist mit dem Ende 31 des Glührohrs derart verbunden, dass ein elektrischen Strom, welcher durch die Heizwendel 32 fließt und diese dabei erhitzt, das Ende 31 des Glührohrs 30 erhitzt, so dass der

Brennraum erwärmt werden kann. Das Ende 31 des Glührohrs 30 ist dabei als Kuppe 34 ausgebildet, wobei die Kuppe 34 mit einem zylindrischen Abschnitt 38 des Glührohrs 30 verbunden ist. An der Kuppe 34 ist wie in Fig. 1 dargestellt ein Abschnitt 37 der Heizwendel 32 ausgebildet, welcher mit einem Abschnitt 33 der Heizwendel 32 verschweißt wird, welche in dem zylindrischen Abschnitt 38 des Glührohrs 30 angeordnet ist. Der zylindrische Abschnitt 38 des Glührohrs 30 weist dabei einen Durchmesser D2 auf, welcher dem Durchmesser Di der Kuppe 34 entspricht, so dass eine saubere Verschweißung der beiden Glührohrteile 34,38 möglich ist, wobei eine Verbindungsstelle 39 ausgebildet wird.

Die Verbindungsstelle 39 kann sowohl mittels Schweißelektroden als auch mittels Laser ausgebildet werden. In das Glührohr 30 wird eine ein elektrisch isolierendes, aber thermisch leitendes Pulver 49 eingefüllt, welches die in der Heizwendel 32 erzeugte Wärme auf das Glührohr 30 überträgt und gleichzeitig eine elektrische Isolation zwischen Heizwendel 32 und zylindrischem Abschnitt 38 des Glührohrs 30 darstellt, so dass der Stromfluss durch die Kuppe 34 erfolgt und hier die höchsten Temperaturen zur Erwärmung des Brennraums im Betrieb der Glühstiftkerze 10 anliegen. Das isolierende Pulver wird in das Glührohr 30 eingefüllt, nachdem der zylindrische Abschnitt 38 und die Kuppe 34 miteinander verschweißt wurden und in einem späteren Arbeitsschritt weiter verdichtet.

In Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße Glühstiftkerze 10 in einer 3D-Ansicht dargestellt. Die Glühstiftkerze weist eine Gehäuse 20 und ein Glührohr 30 auf, wobei das Glührohr 30 einen ersten Bereich 41 mit einem Durchmesser D3 und einen zweiten Bereich 42 mit einem Durchmesser D2 aufweist, wobei der Durchmesser D3 im ersten Bereich 41 größer als die Durchmesser Di und D2 an der Verbindungsstelle zwischen zylindrischem Abschnitt 38 des Glührohrs 30 und Kuppe 34 ist. Alternativ kann das Glührohr 30 mit kontantem Durchmesser ausgeführt werden, wobei der erste Bereich 41 dann den gleichen Durchmesser wie der zweite Bereich 42 beziehungsweise die Verbindungsstelle 39 an der Kuppe 34 aufweist.