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    • 专利摘要:
    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 manganfreien Kobalt-Eisen-Legierung besteht, die während aller Betriebszustände der Glühstiftkerze eine kubisch flächenzentrierte Kristallstruktur beibehält.
    公开号:DE102004025854A1
    申请号:DE200410025854
    申请日:2004-05-24
    公开日:2005-12-29
    发明作者:Gernot Dr. Hausch
    申请人:Vacuumschmelze GmbH and Co KG；
    IPC主号:F23Q7-00
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft eine Glühstiftkerzezur Anordnung im Brennraum luftverdichtender Brennkraftmaschinenmit einem Widerstandselement, das aus zwei in Reihe verbundenenWiderstandswendeln zusammengesetzt ist, von denen die brennraumseitigeWiderstandswendel als Heizelement dient und die brennraumferne Widerstandswendelinfolge ihres hohen positiven Temperatur-Widerstandskoeffizientenals Regelelement wirkt und aus einer Kobalt-Eisen-Legierung besteht,die währendaller Betriebszuständeder Glühstiftkerzeeine kubisch flächenzentrierteMaterialstruktur (γ)aufweist.
    [0002] Einesolche Glühstiftkerzeist beispielsweise aus der EP 0523062 B1 bekannt.
    [0003] Diedort vorgeschlagenen Kobaltbasislegierungen mit 6 bis 18 Gew.% Anteilenan Eisen stellen eine Auswahl von Legierungen dar, die im Gegensatzzu anderen Kobalt-Eisen-Legierungen bei Erwärmung auf 1000 Grad Celsiusoder darüberhinaus keine Phasenumwandlung α (Krz) ⇒ γ (Kfz) aufweisen.Andere Kobalt-Eisen-Legierungen,beispielsweise solche mit Eisengehalten zwischen 20 und 35 Gewichtsprozent,weisen oberhalb 850 Grad Celsius einen Phasenübergang von kubisch innenzentrierterKristallstruktur (α)zu einer kubisch flächenzentriertenKristallstruktur (γ)auf. Da dieser Temperaturbereich oberhalb 850 Grad Celsius jedochbeim Betrieb der Glühstiftkerzensehr oft durchlaufen wird, kommt es in bekannter Weise (US 2'474'473) zu thermischenErmüdungen(Zerrüttungen)des Regelelementmaterials. Es hat sich gezeigt, dass diese letzt genanntenGlühstiftkerzeninfolge der Zerrüttungdes Regelelementmaterials nur eine relativ kurze Lebensdauer haben.
    [0004] Diein der EP 0 523 062B1 offenbarten Kobaltbasislegierungen weisen einen Eisenanteilvon 6 ≤ Fe ≤ 18 Gewichtsprozentauf und stellen gegenüberden in der DE 3825012A1 offenbarten Kobalt-Eisen-Legierungen mit Eisengehaltenzwischen 20 und 35 Gewichtsprozent bezüglich der Lebensdauer einewesentlich bessere Lösungdar.
    [0005] Nachteiliggegenüberden in der DE 38 25012 A1 gelehrten Kobalt-Eisen-Legierungen ist der Umstand,dass die in der EP 0 523 062 offenbartenKobalt-Eisen-Legierungen einen niedrigeren Temperatur-Widerstandsfaktoraufweisen. Die in der EP 0 523062 gelehrten Kobalt-Eisen-Legierungen mit Kobaltgehalten zwischen5 und 20 Gewichtsprozent weisen Temperatur-Widerstandskoeffizienten von 5 bis 7auf. Dies führt dazu,dass trotz des Nichtauftretens einer Phasenumwandlung von kubischflächenzentriertnach kubisch innenzentriert oberhalb 850 Grad Celsius die Regelelementeebenfalls einer Materialzerrüttungunterliegen. Dies liegt daran, dass die Glühstiftkerze nach Erreichender Zündtemperatur,die bei ungefähr850 Grad Celsius liegt, nicht abgeschaltet wird sondern weiter beheiztwird und erst nach etwa drei Minuten abgeschaltet wird, d. h. "nachglüht"
    [0006] Beiden aus der EP 0523062 B1 bekannten Regelelementenmit Temperatur-Widerstandskoeffizienten von 5 bis 7 erfolgt danndie Einmündungin die niedrigere Beharrungstemperatur von ca. 1000 Grad Celsius relativspät, sodass das Heizelement lange Zeit auf einem hohen Temperaturniveauverbleibt.
    [0007] Diesführt wiederumdazu, dass das Heizelement eine zu starke Materialzerrüttung durchOxidation erfährtund nach kurzer Zeit durchbrennen kann.
    [0008] Eswurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung gefunden, dass die Einmündung indie niedrigere Beharrungstemperatur verkürzt werden kann, wenn man für das RegelelementLegierungen mit höherenTemperatur-Widerstandskoeffizienten, insbesondere mit Temperatur-Widerstandskoeffizienten > 10 verwendet.
    [0009] Indiesem Fall erfolgt die Einmündungin die niedrigere Beharrungstemperatur deutlich früher undeine Oxidation der Heizwendel kann dementsprechend nicht stattfinden.Die Standzeit wird demnach verlängert.
    [0010] BeiTemperatur-Widerstandskoeffizienten > 13 wird es wiederum kritisch. Der elektrischeWiderstand des Regelelements ist bei hohen Temperaturen dementsprechendhoch und das Regelelement wirkt dann als Heizelement. In diesemFall ist das Heizelement geschützt.Ein Oxidationsangriff erfolgt jetzt beim Regelelement, so dass einDurchbrennen im Bereich des Regelelements erfolgen kann.
    [0011] Aufgabeder vorliegenden Erfindung ist es demnach, ein neues Material, insbesondereeine neue Legierungsauswahl, fürein Regelelement füreine Glühstiftkerzeder eingangs genannten Art bereitzustellen, so dass die Glühstiftkerzeauch im Nachglühmodusbetrieben werden kann.
    [0012] Erfindungsgemäß wird dieseAufgabe durch eine Glühstiftkerzeder eingangs genannten Art gelöst, beider das Regelelement aus einer Kobalt-Eisen-Legierung besteht, diemanganfrei ist, und im wesentlichen aus 5 ≤ Fe ≤ 20 Gewichtsprozent, Rest Co sowieerschmelzungsbedingten Verunreinigungen ≤ 0,1 Gewichtsprozent besteht.Unter manganfrei werden hier und in folgenden Legierungen verstanden,die Mangangehalte Mn ≤ 0,1Gewichtsprozent enthalten und diese Manganspuren auf Verunreinigungenzurückzuführen sind.
    [0013] Ineiner bevorzugten Ausführungliegt der Eisenanteil bei 5 ≤ Fe ≤ 18 Gewichtsprozent,besonders bevorzugt liegt der Eisenanteil bei 5 ≤ Fe ≤ 10 Gewichtsprozent.
    [0014] ImRahmen der vorliegenden Erfindung hat sich herausgestellt, dass üblicherweisebei den in Rede stehenden Kobalt-Eisen-Legierungen, die aus der EP0523062 B1 bekannt sind, Mangananteile vorliegen, die denelektrischen Widerstand und damit den Temperatur-Widerstandskoeffizientenstark erhöhen. Überraschendhat sich nun herausgestellt, dass bei manganfreien Kobalt-Eisen-Legierungenmit 5 ≤ Fe ≤ 20 Gewichtsprozentwesentlich bessere Regeleigenschaften erzielt werden können, alsbei Kobalt-Eisen-Legierungen, die Manganzusätze aufweisen, die in der Regelals Desoxidationszusatz beim Erschmelzen verwendet werden.
    [0015] DerGrundgedanke der vorliegenden Erfindung liegt darin, Kobalt-Eisen-Legierungenbereitzustellen, die manganfrei sind, d. h. bei denen in der Verarbeitungkein Mangan verwendet wird. Das heißt mit anderen Worten, es werdenKobalt-Eisen-Legierungenmit einem Eisengehalt von 5 ≤ Fe ≤ 20 Gewichtsprozentvorgeschlagen, die einen Reinheitsgrad von 99,9 Prozent oder höher aufweisen.
    [0016] Inidealer Weise gelingt eine solch extreme Reinheit dann, wenn diein Rede stehenden Kobalt-Eisen-Legierungen über ein Sinterverfahren hergestelltwerden, bei welchem von vornher ein darauf geachtet wird, dass keineManganzusätzeverwendet werden. Dabei werden die entsprechenden Einwaagen an Kobaltpulverund Eisenpulver miteinander gemischt und zu einem Rohling verpresst,der anschließendtypischerweise in einer Wasserstoffatmosphäre vorgesintert und anschließend beiTemperaturen knapp unter dem Schmelzpunkt des vorgesinterten Pulversdichtgesintert wird.
    [0017] Während desSinterprozesses werden die störendenVerunreinigungen an Kohlenstoff, Sauerstoff und Schwefel aus demSinterkörperentfernt und es werden mit diesem Verfahren Reinheiten > 99,9 Prozent erzielt.
    [0018] Ineiner alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können dieerfindungsgemäßen manganfreienKobalt-Eisen-Legierungenschmelzmetallurgisch hergestellt werden, indem anstatt der üblichen Manganzusätze zurDesoxidation und Entschwefelung Hafnium oder seltene Erden, insbesondereCer-Mischmetall,verwendet wird.
    [0019] Dasauf diese Art und Weise hergestellte Halbzeug wird anschließend inbekannter Weise auf einer Drahtwalzanlage auf einen Durchmesservon ca. 6,0 mm warmgewalzt. Nach einer anschließenden Entzunderung auf einerSchleifanlage wird der auf 6,0 mm warmgewalzte Draht auf eine Abmessungvon typischerweise 2,0 mm – 2,5mm Durchmesser gezogen, anschließend geglüht und auf einer sogenanntenFeindrahtziehanlage auf eine Drahtabmessung mit einem Durchmesservon ca. 0,25 mm – 0,4mm gezogen. Der so hergestellte Feindraht wird schließlich imDurchlauf geglüht.
    [0020] Jenach Glühstiftkerzentypwird der so geglühteFeindraht einer 30 prozentigen Kaltverformung unterworfen und aufdie er forderliche Endabmessung von ca. 0,2 mm – 0,35 mm Durchmesser gezogen.
    [0021] Dieso hergestellten als Regelelement dienenden Widerstandswendeln weiseneinen wesentlich geringeren elektrischen Widerstand als die ausdem Stand der Technik bekannten Widerstandswendelen aus Kobalt-Eisen-Legierungenmit Manganzusätzenauf. Durch den wesentlich niedrigeren elektrischen Widerstand wirdein wesentlich höherer,insbesondere ein zwischen 10 und 13 liegender, Temperatur-Widerstandskoeffizienterzielt.
    [0022] Inder folgenden Tabelle 1 werden einige erfindungsgemäße Legierungenaufgeführt,die sich als Widerstandswendel fürein Regelelement der eingangs genannten Glühstiftkerze eignen. Die Tabelle1 zeigt die chemische Zusammensetzung in Gewichtsprozent, die Reinheitin Prozent, den elektrischen Widerstand bei Raumtemperatur sowiedas Widerstandsverhältnisvon elektrischem Widerstand bei 1000 Grad Celsius und bei Raumtemperatur.
    [0023] DieTabelle 1 zeigt unter den laufenden Nummern 1, 2, 3, 4 Legierungengemäß der vorliegendenErfindung, wohingegen unter der Nummer 5 eine Legierung aus demStand der Technik aufgelistet ist, die einen Manganzusatz aufweist,der auf ein schmelzmetallurgisches Verfahren zurückzuführen ist, bei dem als DesoxidationszusatzMangan verwendet worden ist.
    [0024] Wieder Tabelle 1 zu entnehmen ist, ergeben sich die besten Regeleigenschaftenfür diekobaltreicheren Zusammensetzungen.
    [0025] Eswird angemerkt, dass Legierungen mit weniger als 5,0 GewichtsprozentEisen zwar noch höhere Wertefür dasmaßgeblicheWiderstandsverhältnisaus Widerstand bei 1000 Grad Celsius und Widerstand bei Raumtemperaturaufweisen würden,diese Legierungen sind jedoch nicht mehr vollständig kubisch flächenzentriertund dementsprechend nicht mehr gut verformbar.
    [0026] Fernerhat sich gezeigt, den Eisengehalt auf maximal 10 Gewichtsprozentzu begrenzen, da Legierungen mit einem Eisengehalt von mehr als10 Gewichtsprozent eine starke Oxidationsanfälligkeit aufweisen, was dieLebensdauer der damit hergestellten Glühstiftkerzen vermindern würde.
    [0027] Darüber hinauswird angemerkt, dass die erfindungsgemäßen Legierungen auch Nickelanteileaufweisen können,wobei das Verhältnisvon Ni/Co < 1 ist.Im folgenden wird auf den genauen Aufbau der in Rede stehenden Glühstiftkerzeneingegangen.
    [0028] Diegezeigte Figur ist eine Originalreproduktion der 1 der EP 0 523 062 B1 undstellt eine Glühstiftkerze 10 dar,die zur Anordnung in einem nicht dargestellten Brennraum luftverdichtenderBrennkraftmaschinen vorgesehen ist. Diese Glühstiftkerze 10 besitztein rohrförmigesMetallgehäuse 11, indessen Längsbohrung 12 einGlühstift 13 miteinem Teil seiner Längeabdichtend festgelegt ist.
    [0029] DieserGlühstift 13 hatein korrosionsbeständiges,dünnwandigesGlührohr 14,welches an seinem brennraumseitigen Ende mit einem Boden 15 verschlossenist. In den Innenraum 16 des Glührohres 14 erstrecktsich ein elektrisches Widerstandselement 17, das sich inaxialer Richtung erstreckt. Das Widerstandselement 17 istdabei in ein Isoliermaterial 18 eingebettet.
    [0030] Fernerist das elektrische Widerstandselement 17 brennraumfernmit einem Anschlussteil 19 für den elektrischen Strom versehenund brennraumseitig elektrisch leitend und fest mit dem Boden 15 desGlührohrs 14 verbunden.
    [0031] Daselektrische Widerstandselement 17 besteht dabei aus zweiin Reihe verbundenen Widerstandswendeln 20 und 21.Die brennraumseitige Widerstandswendel 20 dient dabei alsHeizelement und die brennraumferne Widerstandswendel 21 wirktinfolge ihres hohen positiven Temperatur-Widerstands-koeffizienten bekannterWeise als Regelelement, wohingegen die als Heizelement dienendeWiderstandswendel 20 in bekannter Weise aus einem Drahtmaterialmit dem wesentlichen temperaturunabhängigen Widerstandsverhalten besteht,wird die als Regelelement wirkende Widerstandswendel 21 auseiner manganfreien Kobalt-Eisen-Legierunggewählt,die währendaller Betriebszuständeder Glühstiftkerze 10 einekubisch flächenzentrierteKristallstruktur beibehält.
    [0032] Eineeine kubisch flächenzentrierteStruktur aufweisende Kobalt-Eisen-Legierung für eine solche als Regelelementdienende Widerstandswendel 21 ist nach der vorliegendenErfindung dann gegeben, wenn die Legierung zwischen 5 und 20, bevorzugtzwischen 5 und 18, besonders bevorzugt zwischen 5 und 10 GewichtsprozentEisen sowie erschmelzungsbedingten Verunreinigungen von wenigerals 0,1 Gewichtsprozent aufweist und manganfrei ist.
    [0033] Zusätzlich zeigtdie 2 den Temperaturverlauf an verschiedenen Widerstandswendeln 21 ausverschiedenen Kobalt-Eisen-Legierungen.Die in der 2 gezeigten Kurven 1, 3 und 5 entsprechendabei den erfindungsgemäßen LegierungenNummer 1 und Nummer 3 aus der Tabelle 1. Die Kurve Nummer 5 entspricht derLegierung Nummer 5 aus der Tabelle 1, die aus dem Stand der Technikstammt.
    [0034] Der 2 istunmittelbar die Verkürzungder Vorglühzeitfür dieerfindungsgemäßen Kobalt-Eisen-Legierungenzu entnehmen. Die Lebensdauer wird nicht beeinträchtigt.
    [0035] Der 2 kannzusätzlichnoch der Einfluss des Temperatur-Widerstandskoeffizientenauf die Einmündungin die Beharrungstemperatur entnommen werden. Je höher derTemperatur-Widerstandskoeffizient ist,desto schneller erfolgt die Einmündungin diese Beharrungstemperatur. Die erfindungsgemäßen Glühstiftkerzen mit Regelelementenaus Widerstandswendeln mit den Legierungen Nummer 1 und Nummer 3sind nachglühfähig, wohingegeneine Glühstiftkerzemit einem Regelelement aus der Legierung Nummer 5 nicht nachglühfähig ist.
    权利要求:
    Claims (9)
    [1] Glühstiftkerze(1) zur Anordnung in brennraumluftverdichtender Brennkraftmaschinenmit einem Widerstandselement (17), das aus zwei in Reiheverbundenen Widerstandswendeln (20, 21) zusammengesetztist, von denen die brennraumseitige Widerstandswendel (20)als Heizelement dient und die brennraumferne Widerstandwendel (21)infolge ihres hohen positiven Temperatur-Widerstandskoeffizientenals Regelelement wirkt und aus einer Kobalt-Eisen-Legierung besteht,die währendaller Betriebszuständeder Glühstiftkerze einekubisch flächenzentrierteMaterialstruktur aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass dieKobalt-Eisen-Legierung manganfrei ist und aus 5 ≤ Fe ≤ 20 Gewichtsprozent, Rest Cosowie erschmelzungsbedingten Verunreinigungen ≤ 0,1 Gewichtsprozent besteht.
    [2] Glühstiftkerzennach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die manganfreie Kobalt-Eisen-Legierungaus 5 ≤ Fe ≤ 18 Gewichtsprozent,Rest Co sowie erschmelzungsbedingten Verunreinigungen ≤ 0,1 Gewichtsprozentbesteht.
    [3] Glühstiftkerzenach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die manganfreie Kobalt-Eisen-Legierungaus 5 ≤ Fe ≤ 10 Gewichtsprozent,Rest Co sowie erschmelzungsbedingten Verunreinigungen ≤ 0,1 Gewichtsprozentbesteht.
    [4] Glühstiftkerzenach Anspruch 1–3,dadurch gekennzeichnet, dass bei der manganfreien Kobalt-Eisen-Legierungder Eisengehalt teilweise durch Nickel ersetzt sein kann, mit derMaßgabe,dass der Eisengehalt > 5Gew.% ist und das VerhältnisNi/Co < 1 ist.
    [5] Glühstiftkerzenach einem der Ansprüche1–4, dadurchgekennzeichnet, dass die Widerstandswendel (21) aus einergesinterten Legierung besteht.
    [6] Glühstiftkerzenach einem der Ansprüche1–4, dadurchgekennzeichnet, dass die Widerstandswendel (21) aus einerschmelzmetallurgisch hergestellten Legierung besteht.
    [7] Glühstiftkerzenach einem der Ansprüche1–6, dadurchgekennzeichnet, dass die Widerstandswendel (21) einen Temperatur-WiderstandskoeffizientenR(1000°C/R(20°C) > 10 aufweist.
    [8] Glühstiftkerzenach Anspruch 1–6,dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandswendel (21)einen Temperatur-Widerstandskoeffizienten R(1000°C/R(20°C) < 13 aufweist.
    [9] Glühstiftkerzenach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Desoxidation derSchmelze Zusätze vonseltenen Erden oder verwendet werden.
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    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-12-29| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2007-03-15| 8364| No opposition during term of opposition|
    2016-01-18| R082| Change of representative|Representative=s name: WESTPHAL, MUSSGNUG & PARTNER PATENTANWAELTE MI, DE |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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