本發(fā)明涉及一種電加熱元件以及由這種加熱元件和附屬的接觸器件組成的組件。

背景技術(shù)：

在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)必須克服如下障礙，即燃燒室還是冷的并且難以達(dá)到燃料空氣混合物的自燃溫度。因此，使用電熱塞來(lái)促進(jìn)啟動(dòng)，該電熱塞電預(yù)熱所述燃燒室。這種電熱塞例如由ep1328138a1、jp4310565b2、ep1768456b1、wo2014/064279a1和wo2010/071049a1公知。

所述預(yù)熱以前需要幾分鐘，而現(xiàn)在在啟動(dòng)前只需要幾秒鐘的等待時(shí)間。這能夠由此實(shí)現(xiàn)：根據(jù)上述文獻(xiàn)，能夠以每秒幾百開爾文的速率加熱陶瓷電熱塞并且在幾秒鐘后達(dá)到1000℃以上的溫度。

電熱塞包含電加熱元件，該電加熱元件為了運(yùn)行需要通向車輛電池的正極的饋入導(dǎo)線和通向負(fù)極的饋入導(dǎo)線。通常提供用于負(fù)極的饋入導(dǎo)線，其方式是，在電加熱元件的外周上設(shè)置相應(yīng)的接觸點(diǎn)。加熱元件沿著該外周夾緊到電熱塞上的支架中，而該支架與車輛實(shí)體并且因此也與電池負(fù)極連接。與電池正極的連接明顯更難構(gòu)型。已經(jīng)表明，電熱塞失效的一大部分不是由于加熱元件本身的故障引起，而是由于與電池正極的連接的中斷引起。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種電加熱元件，該電加熱元件與電流源的接觸比根據(jù)至今的現(xiàn)有技術(shù)的接觸更可靠。

根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的主要權(quán)利要求所述的電加熱元件以及通過(guò)由這種加熱元件和根據(jù)并列權(quán)利要求所述的附屬的接觸器件組成的組件來(lái)解決。其他有利構(gòu)型分別由引用所述主要權(quán)利要求和并列權(quán)利要求的從屬權(quán)利要求得出。

在本發(fā)明的范圍內(nèi)發(fā)展了一種電加熱元件，該電加熱元件包含電絕緣的基體，熱導(dǎo)體嵌入到該基體中。至少兩個(gè)饋入導(dǎo)線從熱導(dǎo)體引導(dǎo)至接觸點(diǎn)，其中，這些接觸點(diǎn)可以通過(guò)齊平貼靠的接觸器件與布置在基體外部的電流源連接。

根據(jù)本發(fā)明，至少一個(gè)第一饋入導(dǎo)線在第一接觸點(diǎn)(該第一饋入導(dǎo)線被引導(dǎo)至該第一接觸點(diǎn))的位置上以在5°和80°之間、優(yōu)選30°和50°之間的角度傾斜。

已看出，由此能夠針對(duì)第一接觸點(diǎn)與接觸器件的連接建立限定的機(jī)械止擋部。由此可能的是，通過(guò)機(jī)械壓緊保持接觸點(diǎn)與接觸器件的連接。

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，所述連接需要由與熱導(dǎo)體或饋入導(dǎo)線相比不那么耐高溫的材料構(gòu)成的熔焊縫或釬焊點(diǎn)。在電熱塞的運(yùn)行中出現(xiàn)高溫和極快速的溫度波動(dòng)的情況下，所述熔焊縫或釬焊連接部已經(jīng)被證實(shí)為薄弱點(diǎn)。通過(guò)消除這些薄弱點(diǎn)的方式改善了所述連接的可靠性。

通過(guò)能夠以壓緊保持接觸點(diǎn)與接觸器件之間的連接的方式，所述連接是自對(duì)心并且自修復(fù)的。如果由于基體和接觸器件的不同熱膨脹系數(shù)出現(xiàn)接觸點(diǎn)與接觸器件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，那么該運(yùn)動(dòng)在消除其起因之后自動(dòng)地復(fù)位?，F(xiàn)有技術(shù)的釬焊連接部和熔焊縫可能在熱應(yīng)力的情況下并且尤其在重復(fù)溫度循環(huán)的情況下惡化，但是不再改善。

此外，也通過(guò)傾斜的接觸點(diǎn)使在加熱加熱元件時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力部分地轉(zhuǎn)向，從而減小接觸點(diǎn)與接觸器件的連接中斷的趨勢(shì)。

接觸點(diǎn)與接觸器件之間的連接不必僅通過(guò)壓緊保持。所述連接例如可以附加地通過(guò)釬焊或接觸區(qū)域的局部融化來(lái)確保。如果采用所述方法，則也可以替代地完全放棄壓緊。

接觸器件能夠以任意方式與電流源的電極或與從所述電極出發(fā)的饋入導(dǎo)線連接，例如通過(guò)熔焊、釬焊或接觸區(qū)域的局部融化。

所述饋入導(dǎo)線不必沿著一個(gè)平面傾斜。所述饋入導(dǎo)線的截面(所述饋入導(dǎo)線沿著該截面傾斜)也可以是彎曲的。所述饋入導(dǎo)線尤其可以沿著錐形外殼走向。例如當(dāng)具有嵌入其中的饋入導(dǎo)線的基體被錐形切割時(shí)，產(chǎn)生這種截面。

至少所有根據(jù)至今的現(xiàn)有技術(shù)也已經(jīng)使用的材料適合用于基體、熱導(dǎo)體、饋入導(dǎo)線和接觸器件?；w尤其可以是陶瓷。

根據(jù)本發(fā)明的加熱元件不必一定從頭開始重新制造。也可以將根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的加熱元件改裝成根據(jù)本發(fā)明的加熱元件。對(duì)此，加熱元件例如可以設(shè)有斜面，在那里施加接觸點(diǎn)并且使所述接觸點(diǎn)與存在的饋入導(dǎo)線連接。因此，在本發(fā)明的特別有利的構(gòu)型中，所述接觸點(diǎn)中的至少一個(gè)接觸點(diǎn)通過(guò)至少部分在基體外部走向的能導(dǎo)電的橋與饋入導(dǎo)線連接。所述橋例如可以通過(guò)金屬引腳、基體的表面上的金屬化或者也可以通過(guò)釬焊連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。

有利地，基體至少在兩個(gè)接觸點(diǎn)之間的區(qū)域的一部分中柱形構(gòu)造。特別有利地，所述柱體是圓柱體。該形狀不僅是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的，而且能以最簡(jiǎn)單的方式機(jī)械加工。但是所述柱體例如也可以具有多邊形橫截面。

在本發(fā)明的特別有利的構(gòu)型中，基體的柱形構(gòu)造的區(qū)域進(jìn)入到錐體或截錐體中。第一接觸點(diǎn)在錐體或截錐體的外殼區(qū)域中布置，使得熱導(dǎo)體可以在引導(dǎo)經(jīng)過(guò)所述外殼的路徑上與電流源連接。在此，所述錐體不必具有圓形底面，而是也可以明確地具有多邊形底面，從而該椎體的外殼具有棱邊。

基體的構(gòu)造為椎體或截椎體的區(qū)域一方面能夠例如通過(guò)車削加工特別簡(jiǎn)單地機(jī)械制造。另一方面，該區(qū)域能夠以特別簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)接觸點(diǎn)與接觸器件之間自對(duì)心的連接。

有利地，至少一個(gè)第二接觸點(diǎn)在所述區(qū)域的外殼區(qū)域中布置，在所述區(qū)域中，基體柱形地構(gòu)造。熱導(dǎo)體可以在引導(dǎo)經(jīng)過(guò)外殼的路徑上與電流源連接。這種接觸點(diǎn)可以與接觸器件特別簡(jiǎn)單地連接。例如足夠?qū)⒅位w配合準(zhǔn)確地夾緊到柱形保持裝置中。

在本發(fā)明的特別有利的構(gòu)型中，加熱元件構(gòu)造為用于車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火輔助裝置。在那里，關(guān)于針對(duì)高溫和極端溫度波動(dòng)的抵抗力的要求特別高。在這種環(huán)境中，接觸點(diǎn)與接觸器件之間的較穩(wěn)固的連接最容易引人注意。

由根據(jù)本發(fā)明的電加熱元件和附屬的接觸器件構(gòu)成的有利的第一組件使用布置在車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸上的、與車輛實(shí)體連接的柱形插座作為接觸器件。通過(guò)將柱形基體插入到柱形的插座中建立與接觸點(diǎn)的連接，該接觸點(diǎn)布置在基體的柱體外殼區(qū)域中。那么針對(duì)加熱元件與電池的負(fù)極的連接不必在車輛中敷設(shè)附加的饋入導(dǎo)線。此外，可以使用插座，以便將多余的熱量從加熱元件中傳輸走。僅在電熱塞的朝向車輛發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸中的燃燒室的端部上需要特別高的溫度。與此相比，這些熱量在柱形基體的另一端部上是不期望的，在該另一端部上布置有接觸器件。

在本發(fā)明的特別有利的構(gòu)型中，所述組件包括作為接觸器件的環(huán)繞套管，該套管可以支撐在第一接觸點(diǎn)上。該套管尤其可以在插座內(nèi)部延伸，電加熱元件可以插入到該插座中。由加熱元件散發(fā)的熱量不僅根據(jù)期望地輻射到加熱元件的周圍環(huán)境中，而且同時(shí)通過(guò)熱傳導(dǎo)也耦入到兩個(gè)饋入導(dǎo)線(正極和負(fù)極)中。環(huán)繞套管使得能夠在特別小的結(jié)構(gòu)體積中安置大的橫截面來(lái)導(dǎo)出熱量。此外，這種套管特別適合將接觸點(diǎn)自對(duì)心地裝配到接觸器件上。所述連接例如能夠通過(guò)在加熱元件與接觸器件之間施加預(yù)緊力來(lái)保持。

有利地，接觸器件構(gòu)造為用于將法向力施加到第一接觸點(diǎn)上的彈簧元件。以這種方式可以允許接觸器件與接觸點(diǎn)之間的相對(duì)移動(dòng)，而同時(shí)隨時(shí)保證電接觸。因此尤其可以承受基體的熱膨脹，而不中斷與電流源的電接觸。為了該目的，接觸器件例如可以構(gòu)造為柵格或網(wǎng)，所述柵格或網(wǎng)尤其可以是可伸展的。

有利的，接觸器件為了與第一接觸點(diǎn)的連接以可通過(guò)與基體的過(guò)盈配合塑性變形的方式構(gòu)造。這種過(guò)盈配合能夠?qū)崿F(xiàn)接觸點(diǎn)與接觸器件之間的特別高的壓緊力，這提高了連接的穩(wěn)定性。

有利地，接觸器件具有用于接收由于基體熱膨脹而產(chǎn)生的力的伸展補(bǔ)償區(qū)域。那么熱膨脹不再必然導(dǎo)致，基體與接觸器件之間的壓緊力和由此接觸器件與接觸點(diǎn)之間的連接質(zhì)量由于經(jīng)常的加熱和冷卻而持續(xù)地削弱。

下面參照附圖結(jié)合對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的描述詳細(xì)示出改善本發(fā)明的其他措施。

在本發(fā)明的另一特別有利的構(gòu)型中，至少部分由接觸器件圍起的空間填充以絕熱材料。所述空間不必只由接觸器件圍起?；w或電流源的電極或從這種電極出發(fā)的饋入導(dǎo)線例如也用于圍起，接觸器件安裝在該饋入導(dǎo)線上。該絕熱減少到電極、饋入導(dǎo)線或者電極或饋入導(dǎo)線與接觸器件的連接部上不期望的熱量輸入。

除了空氣或真空例如也適合作為絕熱材料的是：

-由金屬、碳或陶瓷或其他類型的實(shí)心或空心顆粒構(gòu)成的粉末；

-硅樹脂或氰酸酯；

-由碳、陶瓷或金屬構(gòu)成的多孔或蜂窩結(jié)構(gòu)，例如泡沫；

-或者所述材料的組合。

下面參照附圖結(jié)合對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的描述詳細(xì)示出改善本發(fā)明的其他措施。

附圖說(shuō)明

附圖示出：

圖1電加熱元件在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸上的布置；

圖2根據(jù)本發(fā)明的加熱元件的實(shí)施例，該加熱元件具有錐形漸縮的基體和環(huán)繞套管作為接觸器件；

圖3由錐形漸縮的加熱元件和具有伸展補(bǔ)償區(qū)域的接觸器件組成的組件；

圖4由錐形漸縮的加熱元件和彈簧元件作為接觸器件組成的組件，和

圖5將根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的加熱元件改裝成根據(jù)本發(fā)明的加熱元件。

具體實(shí)施方式

圖1a示出用于促進(jìn)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸2的啟動(dòng)的加熱元件1的原理性使用。加熱元件1被引導(dǎo)經(jīng)過(guò)在汽缸2的壁2a中的孔直到燃燒室2e中?？諝饪梢酝ㄟ^(guò)進(jìn)氣閥2b吸入到燃燒室中。燃燒氣體可以通過(guò)排氣閥2c排出。噴射器2d以微小的液滴供給柴油燃料。如果活塞2f在燃燒室2e中向上移動(dòng)，那么燃料空氣混合物被壓縮并且在此變熱，使得該燃料空氣混合物自點(diǎn)燃。在啟動(dòng)階段，如果汽缸2的壁2a還是冷的，自點(diǎn)燃通過(guò)借助于封裝到電熱塞中的加熱元件1的預(yù)加熱來(lái)促進(jìn)。

圖1b表明了加熱元件1的電接觸和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。加熱元件由基體11構(gòu)成并且包含熱導(dǎo)體12，饋入導(dǎo)線13a和13b從該熱導(dǎo)體出發(fā)。饋入導(dǎo)線13a引導(dǎo)至第一接觸點(diǎn)+，該第一接觸點(diǎn)+通過(guò)釬焊連接與接觸器件14a連接。饋入導(dǎo)線13b通過(guò)基本上呈柱形的基體11的外殼面與第二接觸點(diǎn)-連接。與車輛實(shí)體連接并且所述基體能夠配合準(zhǔn)確地插入其中的金屬插座14b作為用于接觸點(diǎn)的接觸器件使用。兩個(gè)接觸器件14a和14b與電流源15連接。

圖2示出本發(fā)明的一實(shí)施例，在該實(shí)施例中，錐形漸縮的基體11通過(guò)作為對(duì)此相對(duì)應(yīng)的接觸器件14a的環(huán)繞套管與電流源15的正極15a連接。基體11具有區(qū)域11a，在該區(qū)域中所述基體構(gòu)造為倒圓部或截錐體。在電熱塞中運(yùn)行時(shí)，所述區(qū)域布置在燃燒室2e中。區(qū)域11b沿著基體11的縱軸線與區(qū)域11a銜接，在所述區(qū)域11b中，基體圓柱形地構(gòu)造。從屬于饋入導(dǎo)線13b的接觸點(diǎn)-布置在所述區(qū)域11b中。通過(guò)使基體11配合準(zhǔn)確地插入到與車輛實(shí)體連接的插座14b中的方式，接觸點(diǎn)-與電流源15(車輛電池)的負(fù)極連接。

區(qū)域11c與11b銜接，在該區(qū)域11c中，基體構(gòu)造為截錐體。饋入導(dǎo)線13a進(jìn)入接觸點(diǎn)+中，該接觸點(diǎn)+位于所述截錐體11c的外殼面上并且因此傾斜。環(huán)繞套管14a支撐在截錐體11c的外殼上并且因此也支撐在接觸點(diǎn)+上。所述套管與所述插座14b同心地延伸。套管14a通過(guò)釬焊、熔焊、楔緊或壓入與電流源15的正極15a連接。為了保護(hù)該接觸點(diǎn)免受由于加熱元件1而產(chǎn)生的過(guò)度熱作用，正極15a與截錐體11c之間的套管14a內(nèi)部填充以填充材料14a1來(lái)改善導(dǎo)熱能力。填充材料14a1由粉末或多孔體構(gòu)成，該多孔體構(gòu)造為金屬、陶瓷或者由金屬和陶瓷組成的混合物。

圖3示出伸展補(bǔ)償區(qū)域到圖2中示出的實(shí)施例中的集成。伸展補(bǔ)償區(qū)域14a2布置在截錐體11c和正極15a之間的環(huán)繞套管14a上。如果長(zhǎng)形的基體11熱膨脹，則伸展補(bǔ)償區(qū)域14a2接收在此產(chǎn)生的力。如果基體11再次冷卻，則伸展補(bǔ)償區(qū)域14a2彈回，從而保持套管14a與接觸點(diǎn)+之間的預(yù)緊力。接觸點(diǎn)-如在前面的實(shí)施例中那樣通過(guò)插座11b與車輛實(shí)體連接，并且因此也與電流源的負(fù)極連接。

圖4示出錐形漸縮的加熱元件1與構(gòu)造為彈簧元件14a3的接觸器件14a的組合。彈簧元件14a3具有鉗嘴14a4，該鉗嘴能夠逆著彈簧力壓到彈簧元件14a3的內(nèi)部。電流源15的正極15a從左邊壓向鉗嘴14a4，從而在沒(méi)有釬焊的情況下已經(jīng)得到與接觸器件14a的連接。但是該連接例如可以通過(guò)釬焊或熔焊進(jìn)一步固定。加熱元件1以錐形漸縮的基體11從右邊壓向鉗嘴14a4，從而彈簧力施加法向力到基體11端部上的截錐形外殼上的接觸點(diǎn)+上?；w11的柱形外殼上的接觸點(diǎn)-如在前面的實(shí)施例中那樣通過(guò)將基體插入到與車輛實(shí)體連接的金屬插座14b中來(lái)與該插座接觸。彈簧元件14a3的內(nèi)室填充以填充材料14a1，以便避免到正極15a上的熱傳遞。

圖5示出將根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的加熱元件1改裝為根據(jù)本發(fā)明的加熱元件1?；w11的左端部(區(qū)域11c)在改裝前與鄰接的區(qū)域11b同樣為柱形的。饋入導(dǎo)線13a在區(qū)域11c中在柱體的中心軸線中出現(xiàn)在表面上。

為了改裝，首先在區(qū)域11c中將柱體形狀磨成截錐體。在截錐體的外殼上通過(guò)施加金屬化建立新的接觸點(diǎn)+。該接觸點(diǎn)+通過(guò)金屬橋16與從截錐體的中心軸線出現(xiàn)的饋入導(dǎo)線13a連接。環(huán)繞套管14a作為接觸器件支撐在截錐體的外殼上，并且由此也支撐在新的接觸點(diǎn)+上。所述套管通過(guò)釬焊連接與電流源的正極15a連接。從屬于饋入導(dǎo)線13b的第二接觸點(diǎn)-通過(guò)插座14b與車輛實(shí)體連接，基體11插入該插座中。由此電路閉合。