DE102004046895A1

DE102004046895A1 - Zündkerze und Verfahren zu deren Herstellung

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Publication number: DE102004046895A1
Application number: DE102004046895A
Authority: DE
Inventors: Jochen Fischer; Andreas Benz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-09-28
Filing date: 2004-09-28
Publication date: 2006-03-30
Also published as: CN1756011B; CN1756011A; FR2876510A1; CZ2005618A3

Abstract

Es wird eine Zündkerze (1') mit einem Isolator (4') in einem Gehäuse (2') vorgeschlagen, wobei das Gehäuse im montierten Zustand zwischen einem ersten querschnittsverengenden Abschnitt (18') in dessen zylinderkopfabgewandtem Bereich und einem zweiten querschnittsverengenden Abschnitt (21) in dessen zylinderkopfzugewandtem Bereich eine Kraft in Längsrichtung auf zugeordnete Absätze (20', 23) des Isolators (4') zur Bewirkung einer gasdichten Dichtung zwischen Isolator und Gehäuse ausübt. Dabei ist das Gehäuse wenigstens im Bereich zwischen einem Werkzeugansatz (17) und einem Außengewinde (13) mittels Wärmebehandlung längenreduziert und weist in diesem Bereich eine einstichfreie Außenkontur auf. Ein Verfahren zur Herstellung insbesondere einer derartigen Zündkerze umfasst die Schritte: Einführen eines Isolators in ein Gehäuse bis zur Anlage an einem querschnittsverengenden Abschnitt in einem zylinderkopfzugewandten Bereich des Gehäuses; Erwärmen zumindest eines den Isolator umgebenden Teilbereichs des Gehäuses auf eine Temperatur von ca. 300 DEG C bis ca. 450 DEG C; Ausbilden eines weiteren querschnittsverengenden Abschnitts in einem zylinderkopfabgewandten Bereich des Gehäuses; Abkühlen des Gehäuses, derart, dass der Isolator durch Schrumpfung des Gehäuses gasdicht in diesem angeordnet ist (Figur 2).

Description

Die Erfindung geht aus von einer Zündkerze zur Verbindung mit einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors nach der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher genannten Art.

Eine Zündkerze der vorstehend beschriebenen Art ist beispielsweise aus der DE 100 36 008 A1 bekannt. Zur Halterung des Isolators greift ein Bördelrand eines metallenen Gehäuses derart an einem Absatz eines keramischen Isolators an, dass der Isolator zwischen dem Bördelrand und einer Dichtfläche gehaltert ist.

Die bei Zündkerzen üblicherweise verwendeten Keramiken zeigen bei einer Temperaturerhöhung von Raumtemperatur auf 200 °C eine Wärmedehnung von ca. 1,2 μm/mm, wohingegen Stahl bei einer derartigen Temperaturerhöhung eine Wärmedehnung von 2,2 μm/mm zeigt. Aufgrund der deutlich unterschiedlichen Wärmedehnung von Keramik und Stahl dehnt sich das Gehäuse bei einer Erwärmung der Zündkerze stärker aus als der Isolator, so dass der Isolator bei hohen Temperaturen nicht mehr fest im Gehäuse eingespannt ist. Hierdurch kann sich der Isolator im Bereich eines Dichtelements lockern, so dass sich die Abdichtung der Zündkerze verschlechtert.

Um die Funktion einer Zündkerze zu gewährleisten, dürfen jedoch keine Motorgase zwischen dem Zündkerzengehäuse und einem Keramikisolator der Zündkerze entweichen, um beispiels weise Kompressionsverluste zu vermeiden. Der Keramikisolator muss derart dicht in das Zündkerzengehäuse montiert werden, dass eine Gasdichtheit auch bei den im Betrieb auftretenden Drücken und den erhöhten Temperaturen gewährleistet ist.

Zu diesem Zweck ist es beispielsweise bekannt, im Rahmen einer sogenannten Warmmontage nach Einbringen des Keramikisolators am Zündkerzengehäuse einen Schrumpfbereich mit einem verjüngten Querschnitt, einem so genannten Einstich oder Schrumpfeinstich, durch elektrischen Strom auf z. B. 950 °C zu erwärmen. Während der Erwärmung werden in diesem Bereich Druckkräfte auf das Zündkerzengehäuse ausgeübt und das Zündkerzengehäuse auf den Keramikisolator gedrückt. Nach dem Abschalten des Stromes kühlt das Gehäuse ab und schrumpft auf den Isolator. Dabei entsteht eine gasdichte Verbindung des Gehäuses mit dem Isolator, die durch die axiale Verspannung der beiden Teile erreicht wird.

Es ist weiterhin bekannt, das Zündkerzengehäuse zum Schutz vor Korrosion zusätzlich mit einer Gehäusebeschichtung aus Ni bzw. Ni-Legierungen zu versehen. Diese Ni-Beschichtungen sind auch bei den bei der Warmmontage aufgebrachten Temperaturen von z. B. 950 °C noch stabil, zeigen jedoch hinsichtlich Rotrostbildung keinen optimalen Korrosionsschutz.

Eine Gehäusebeschichtung aus Zn bzw. Zn-Legierungen bietet zwar einen wesentlich besseren Korrosionsschutz bzgl. Rotrost, verbrennt jedoch bei einem Warmschrumpfen im Bereich eines Schrumpfeinstichs, wodurch die Korrosionsbeständigkeit in diesem Bereich nicht gewährleistet ist. Eine Gehäusebeschichtung aus Zn bzw. Zn-Legierungen ist somit für die Warmmontage nicht geeignet.

Die EP 1 341 281 A2 zeigt eine Lösung, bei der zwischen dem Gehäuse und dem Isolator ein mineralisches Dichtpaket, vorwiegend Talkum (mit oder ohne metallische Ringe) eingesetzt und durch Umbördeln des Gehäuseoberteils verpresst wird. Dabei wird das Gehäuse zusätzlich im Bereich eines hierzu erforderlichen verjüngten Querschnitts, eines so genannten Einstichs, kaltgestaucht in das Gehäuse durch radiale Krafteinwirkung eingeformt. Eine Gasdichtheit des Zündkerzengehäuses wird durch die axiale und radiale Verspannung des Dichtpakets erreicht.

Sowohl bei der letztgenannten Kaltmontage als auch bei der zuvor genannten Warmmontage wird durch die für den Prozess erforderliche Querschnittsverengung bzw. den Einstich eine Spannungskonzentration verursacht, die in diesem Bereich eine Spannungsrisskorrosion hervor rufen kann. Zudem wird die Gehäusesteifigkeit durch die Querschnittsverengung ungünstig beeinflusst.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündkerze und ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben, womit der Einsatz von korrosionsbeständigen Gehäusebeschichtungen wie beispielsweise Zn bzw. Zn-Legierungen möglich ist, die Spannungskonzentration im Gehäuse reduziert und eine Anpassung der Gehäusesteifigkeit für verschiedene, insbesondere große Einspannlängen möglich ist.

Vorteile der Erfindung

Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Zündkerze zur Verbindung mit einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors, wobei ein Isolator in einem Gehäuse angeordnet ist und das Gehäuse im montierten Zustand zwischen einem ersten querschnittsverengenden Abschnitt in dessen zylinderkopfabgewandtem Bereich und einem zweiten querschnittsverengenden Abschnitt in dessen zylinderkopfzugewandtem Bereich eine in Längsrichtung der Zündkerze gerichtete Kraft auf zugeordnete Absätze des Isolators zur Bewirkung einer gasdichten Dichtung zwischen dem Isolator und dem Gehäuse ausübt, und wobei an dem Gehäuse ein Werkzeugansatz und ein zur Verbindung mit dem Zylinderkopf ausgelegtes Außengewinde ausgebildet sind, in vorteilhafter Weise derart, dass das Gehäuse wenigstens im Bereich zwischen dem Werkzeugansatz und dem Außengewinde mittels Wärmebehandlung längenreduziert ist und in diesem Bereich eine einstichfreie Außenkontur aufweist.

Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Zündkerze, bei der die Gehäuseaußenseite ohne eine Einschnürung bzw. einen Einstich ausgeführt ist, wird die Ausbildung einer Spannungskonzentration in einem Querschnittsbereich des Gehäuses vermieden, womit das Gehäuse, dessen Außenkontur fließpresstechnisch hergestellt werden kann, aufgrund der geringen Spannung über den Querschnitt vorteilhafterweise nicht anfällig für eine Spannungsrisskorrosion ist.

Unter einem „Einstich" ist dabei eine von herkömmlichen Gehäusen bekannte, radial an der Außenkontur umlaufende Querschnittsverengung zu verstehen, welche rillenartig oder kerbenartig z. B. durch Drehen ausgebildet sein kann. Ein solcher Einstich hat in der Regel eine Tiefe, welche wenigstens 25% der Wandstärke des Gehäuses beträgt, und eine Breite, die zumindest an der Außenkontur wenigstens der Tiefe des Einstichs entspricht.

Die Steifigkeit des Gehäuses kann bei einer Zündkerze gemäß der Erfindung über den Gehäusequerschnitt gezielt eingestellt werden, womit verschiedene, insbesondere große Einspannlängen realisierbar sind.

Dadurch, dass die von dem Gehäuse auf den Isolator in Längsrichtung der Zündkerze gerichtete Kraft durch eine Längenreduzierung des Gehäuses aufgebracht wird, ist vorteilhafterweise sichergestellt, dass die für die Abdichtung notwendige Kraft nicht von außen aufgebracht und aufrecht erhalten werden muss, sondern vielmehr vom Gehäuse selbst ausgeübt wird.

Hinsichtlich der Fertigung bietet die einstichfreie Gestaltung des Gehäuses den Vorteil, dass eine Nachbearbeitung nach einem hier geeigneten Fließpressverfahren entfallen kann.

Des Weiteren erlaubt die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Zündkerze mit einem Verzicht auf einen Einstich eine verlängerte Gestaltung des Werkzeugansatzes wie z. B. eines Sechskants an dem Gehäuse, so dass die Montage erleichtert ist und bei einem Ein- bzw. Ausschrauben der Zündkerze die Gefahr eines Verkantens eines Montagewerkzeugs deutlich reduziert ist.

In einer einfachen Ausgestaltung kann die Dichtung zwischen dem Gehäuse und dem Isolator als Kontakt einer Dichtfläche des Isolators mit einer Dichtfläche des Gehäuses ausgebildet sein, wobei die Dichtflächen vorzugsweise an den querschnittsverengenden Abschnitten des Gehäuses und an den hiermit korrespondierenden Absätzen des Isolators ausgebildet sind. Zusätzliche Dichtflächen sind nicht zwingend erforderlich, können jedoch zusätzlich vorgesehen sein.

Alternativ kann die Dichtung zwischen dem Gehäuse und dem Isolator mit einem Dichtelement zwischen einer Dichtfläche des Isolators und einer Dichtfläche des Gehäuses ausgebildet sein, wobei das Dichtelement insbesondere als ein metallischer Ring ausgebildet sein kann.

Je nach gewählter Dichtung und deren Anordnung kann es vorteilhaft sein, wenn das Gehäuse auf den Isolator zusätzlich eine radial nach innen gerichtete Kraft derart ausübt, dass die Dichtfläche des Isolators auf die Dichtfläche des Gehäuses oder auf das Dichtelement drückt und so der Isolator im Gehäuse gasdicht abgedichtet ist. Diese vom Gehäuse auf den Isolator radial nach innen gerichtete Kraft kann beispielsweise durch eine Umfangsreduzierung des Gehäuses aufgebracht sein.

In besonders vorteilhafter Weise kann die Länge und/oder der Umfang des Gehäuses in gewünschter Weise reduziert werden, wenn die Wärmebehandlung eine thermische Schrumpfung ist. Dabei wird das Gehäuse der Zündkerze bzw. ein Teilbereich desselben erwärmt und durch anschließendes Abkühlen auf den Isolator „aufgeschrumpft".

Um im abgekühlten Zustand die Dichtwirkung noch zusätzlich zu unterstützen, kann ein Mittel vorgesehen sein, das auf den Isolator eine zusätzliche in Längsrichtung der Zündkerze gerichtete Kraft ausübt. Dabei kann das Mittel eine Zylinderfeder, eine Tellerfeder, eine Biegefeder oder dergleichen Federelement sein. Alternativ kann das Mittel auch ein Ausgleichselement sein, das einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Gehäuse aufweist, und das bei einer Temperaturerhöhung auf den Isolator eine zusätzliche in Längsrichtung der Zündkerze gerichtete Kraft ausübt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann dieses Mittel in Richtung der Längsachse der Zündkerze zwischen einem querschnittsverengenden Abschnitt des Gehäuses und dem zugeordneten Absatz des Isolators angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann zwischen dem Mittel und dem querschnittsverengenden Abschnitt des Gehäuses und/oder zwischen dem Mittel und dem Absatz des Isolators mindestens ein Ringelement vorgesehen sein.

Der querschnittsverengende Abschnitt des Gehäuses in dessen zylinderkopfabgewandtem Bereich kann bei einer einfachen Ausführung ein Bördelrand sein, der am oberen Gehäuserand ausgebildet ist.

Ein mit einem querschnittsverengenden Abschnitt des Gehäuses zusammenwirkender Absatz des Isolators kann je nach Anwendungsfall als eine stufenförmige Querschnittsänderung oder auch als eine konische Querschnittsänderung ausgebildet sein.

Um das Gehäuse gegen Korrosion zu schützen, weist dieses bei einer vorteilhaften Ausführung eine korrosionsbeständige Beschichtung auf, die vorzugsweise Zn oder eine Zn-Legierung umfasst.

Zur Herstellung einer Zündkerze, insbesondere einer Zündkerze nach der Erfindung, ist erfindungsgemäß ein Verfahren vorgesehen, das folgende Schritte aufweist:
Einführen eines Isolators in ein Gehäuse, an dem ein Werkzeugansatz und ein zur Verbindung mit dem Zylinderkopf ausgelegtes Außengewinde ausgebildet sind, bis zur Anlage an einem querschnittsverengenden Abschnitt in einem zylinderkopfzugewandten Bereich des Gehäuses; Erwärmen zumindest eines den Isolator umgebenden Teilbereichs des Gehäuses auf eine Temperatur von ca. 300 °C bis ca. 450 °C;
Ausbilden eines weiteren querschnittsverengenden Abschnitts in einem zylinderkopfabgewandten Bereich des Gehäuses zur axialen Fixierung des Isolators;
Abkühlen des Gehäuses derart, dass der Isolator durch Schrumpfung des Gehäuses gasdicht in diesem angeordnet ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt eine Art "Halbwarmmontage" dar, welches mit höheren Temperaturen als eine übliche Kaltmontage und niedrigeren Temperaturen als eine übliche Warmmontage arbeitet.

Es hat sich gezeigt, dass hiermit ein Einstich, welcher bei einer Warmmontage bzw. einem Warmschrumpfen benötigt wird, um gezielt im engsten Gehäusequerschnitt bei elektrischer Bestromung eine Erwärmung zu erhalten, und welcher bei einer Kaltmontage für das elastische Vorspannen bzw. Kaltstauchen des Gehäuses erforderlich ist, entfallen kann, womit sich unter anderem der Vorteil einer geringeren Spannungskonzentration im Gehäuse ergibt.

Des Weiteren können bei einer erfindungsgemäßen "Halbwarmmontage", bei der das Gehäuse auf Temperaturen zwischen etwa 300 °C und etwa 450 °C erwärmt wird, korrosionsbeständige Beschichtungen wie Zn bzw. eine Zn-Legierung, wie z. B. ZnNi, auf das Gehäuse aufgebracht werden. Insbesondere Zn umfassende Beschichtungen, welche bezüglich Rotrost besonders vorteilhaft sind, würden bei höheren Temperaturen verbrennen, so dass eine hiermit erzielbare Korrosionsbeständigkeit nur bei einer "Halbwarmmontage" gemäß der Erfindung gewährleistet ist.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes gemäß der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Zündkerze sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

1 in einem vereinfachten Halbschnitt einen mittleren Teilbereich einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zündkerze; und

2 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zündkerze in einem vereinfachten Halbschnitt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die 1 und 2 zeigen jeweils in Alleinstellung eine Zündkerze 1 bzw. 1' zur Verbindung mit einem nicht näher dargestellten Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors.
Die Zündkerze 1 bzw. 1' weist ein Gehäuse 2 bzw. 2' aus Metall auf an dem ein Werkzeugansatz 17 in Form eines Sechskants und ein zur Verbindung mit dem Zylinderkopf ausgelegtes Außengewinde 13 ausgebildet sind. Das Gehäuse 2, 2' ist bei den gezeigten Ausführungen mit einer korrosionsbeständigen Beschichtung aus vorwiegend Zn oder einer Zn-Legierung versehen.
Im Inneren des Gehäuses 2, 2' ist jeweils ein Isolator 4, 4' aufgenommen, der aus einem gesinterten Keramikmaterial wie z. B. Aluminiumoxid besteht. In einer Längsbohrung des Isolators 4, 4' sind eine Mittelelektrode 5 und ein Anschlussbolzen 6 mit einer aus dem Isolator 4, 4' herausragenden Anschlussmutter 7 angeordnet, wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist.
Zwischen der Mittelelektrode 5 und dem Anschlussbolzen 6 ist ein erstes Kontaktelement 8, ein Widerstandselement 9 und ein zweites Kontaktelement 10 angeordnet, durch die die Mittelelektrode 5 mit dem Anschlussbolzen 6 leitend verbunden ist. Die Kontaktelemente 8, 10 sind beispielsweise als Kontaktpanat, und das Widerstandselement 9 als Widerstandspanat ausgebildet. Durch Anlegen einer Hochspannung an den Anschlussbolzen 6 wird in bekannter Weise zwischen der Mittelelektrode 5 und mindestens einer am Gehäuse 2, 2' festgelegten Masseelektrode 11 eine Funkenstrecke erzeugt, wobei das Widerstandselement 9 strombegrenzend wirkt.
Der Isolator 4, 4' ist in dem Gehäuse 2, 2' gasdicht abgedichtet eingesetzt, wobei das Gehäuse 2, 2' im montierten Zustand zwischen einem ersten querschnittsverengenden Abschnitt 18, 18' in dessen zylinderkopfabgewandeltem Bereich und einem zweiten querschnittsverengenden Abschnitt 21 in dessen zylinderkopfzugewandtem Bereich eine in Längsrichtung der Zündkerze 1 bzw. 1' gerichtete Kraft auf zugeordnete Absätze 20 bzw. 20' und 23 des Isolators 4 bzw. 4' zur Bewirkung der gasdichten Dichtung zwischen dem Isolator 4, 4' und dem Gehäuse 2, 2' ausübt.
Hierzu ist das Gehäuse 2 bzw. 2' wenigstens im Bereich zwischen dem Werkzeugansatz 17 und dem Außengewinde 13 mittels Wärmebehandlung längenreduziert, wobei die Außenkontur des Gehäuses 2, 2' in diesem Bereich einstichfrei ausgebildet ist.
Der querschnittsverengende Abschnitt 18 bzw. 18' des Gehäuses 2, 2' in dessen zylinderkopfabgewandtem Bereich ist bei der Ausführung nach 1 und 2 jeweils als ein Bördelrand, d. h. ein umgebördelter Randbereich des Gehäuses, ausgeführt.
Bei der Ausführung nach 1 ist zur Abdichtung des Isolators 4 im Gehäuse 2 an dem Bördelrand 18 eine Dichtfläche 12 und an dem hiermit zusammenwirkenden Absatz 20 des Isolators 4 eine Dichtfläche 14 ausgebildet. Durch eine Kraft F, welche der umgebördelte querschnittsverengende Abschnitt 18 in Richtung parallel zur Längsachse der Zündkerze 1 auf den querschnittserweiternden Absatz 20 des Isolators 4 ausübt, wird die Dichtfläche 14 des Isolators 4 gegen die Dichtfläche 12 des Gehäuses 2 gedrückt und so der Isolator 4 im Gehäuse 2 gasdicht abgedichtet.
Zusätzlich kann die Kraft F auch radial nach innen gerichtet sein, um die Dichtfläche 14 des Isolators 4 gegen die Dichtfläche 12 des Gehäuses 2 oder gegen ein gegebenenfalls zusätzlich angeordnetes Dichtelement zu drücken. Ein solches Dichtelement kann beispielsweise als ein auf der Dichtfläche 14 des Isolators 4 aufliegender metallener Ring ausgebildet sein.
Die Kraft F wird durch die Längenreduzierung des Gehäuses 12 aufgebracht, welche bei der gezeigten Ausführung in einem thermischen Schrumpfprozess während der Herstellung der Zündkerze erzeugt wird.
Zur Herstellung der Zündkerze 1 wird der Isolator 4 innerhalb des nach oben offenen metallenen Gehäuses 2 angeordnet, so dass die Dichtfläche 14 des Isolators 4 an der Dichtfläche 12 des Gehäuses 2 anliegt.
Ein vorliegend den Bereich des Werkzeugansatzes 17 und den Bereich zwischen dem Werkzeugansatz 17 und dem Außengewinde 13 umfassender Teilbereich A des Gehäuses 2 wird auf eine Temperatur von etwa 300 °C bis 450 °C erwärmt. Hierzu kann Induktionswärme oder eine andere Art der strombetriebenen Heizung verwendet werden.
Der obere, dem Außengewinde 13 abgewandte Randbereich des Gehäuses 2 wird zur Ausbildung des nach innen ragenden, querschnittsverengenden Abschnitts 18 auf den nach außen erweiterten Absatz 20 des Isolators 4 umgebördelt.
Nach Abschalten der Heizung kühlt das Gehäuse 2 ab, wodurch in einem Schrumpfungsprozess des Gehäusematerials zumindest eine Längenreduzierung des Gehäuses bewirkt wird. Dabei übt der querschnittsverengende Abschnitt 18 des Gehäuses 2 auf den erweiterten Absatz 20 des Isolators 4 eine in Längsrichtung der Zündkerze 1 gerichtete Kraft derart aus, dass die Dichtfläche 14 des Isolators 4 dichtend auf die Dichtfläche 12 des Gehäuses 2 drückt.
Alternativ kann bei dem Herstellungsverfahren auch der Teilbereich A des Gehäuses 2 erwärmt werden, bevor der Isolator 4 innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet wird, oder eine andere geeignete Abfolge der Verfahrensschritte gewählt werden.
Bezug nehmend auf 2 ist eine Ausführung mit einer alternativ ausgestalteten Abdichtung des Isolators 4' im Gehäuse 2' gezeigt.
Zur Abdichtung des Isolators 4' im Gehäuse 2' ist hier ein ringförmiges Dichtelement 16 vorgesehen, das mit seiner einen Seite an einer Dichtfläche 14' des Isolators 4' und mit seiner anderen Seite an einer Dichtfläche 12' des Gehäuses 2' anliegt. Die Dichtflächen 14', 12' sind vorliegend jeweils gerundete bzw. konisch geformte, absatzartige Flächenabschnitte auf der Außenwand des Isolators 4' beziehungsweise der Innenwand des Gehäuses 2' im Bereich des Außengewindes 13. Das Dichtelement 16 ist derart geformt, dass es flächig auf der Dichtfläche 14' des Isolators 4' und der Dichtfläche 12' des Gehäuses 2' aufliegt. Das Dichtelement 16 ist dabei vorliegend aus Stahl oder aus mit Kupfer überzogenem Stahl gebildet.
Weiterhin ist ein ringförmiges, den Isolator 4' umgreifendes Federelement als Mittel 22 vorgesehen, durch das auf den Isolator 4' eine zusätzliche Kraft in Richtung Zylinderkopf ausgeübt wird, so dass die Dichtfläche 14' des Isolators 4' auf das Dichtelement 16 gepresst wird. Das Federelement 22 ist vorliegend in Richtung parallel zur Längsachse der Zündkerze 10 zwischen dem nach innen umgebördelten, querschnittsverengenden Abschnitt 18 des Gehäuses 2' in einem dem Gewinde 13 abgewandten Bereich des Sechskants 17 und dem querschnittserweiternden Absatz 20' des Isolators 14 angeordnet.
Zwischen dem als Bördelrand ausgebildeten querschnittsverengenden Abschnitt 18 des Gehäuses 2' und dem Absatz 20' am Isolator 4' wirkt, wie bereits anhand der 1 beschrieben, eine in Längsrichtung der Zündkerze 1' in Richtung Zylinderkopf gerichtete Kraft. Diese Kraft wird durch den während der Herstellung der Zündkerze 1' bewirkten Schrumpfprozess im Bereich A des Gehäuses 2' und die daraus resultierende Längenverkürzung des Gehäuses 2' hervorgerufen. Durch die Längenverkürzung des Gehäuses 2' drückt der querschnittsverengende Abschnitt 18 in Richtung Zylinderkopf auf das Federelement 22, welches wiederum Druck auf den Absatz 20' des Isolators 4' ausübt.
Weiterhin ist zwischen dem Federelement 22 und dem querschnittsverengenden Abschnitt 18 ein erstes Ringelement 24 sowie zwischen dem Federelement 22 und dem querschnittserweiternden Absatz 20' des Isolators 4' ein zweites Ringelement 25 vorgesehen. Durch die Ringelemente 24, 25 wird ein gleichmäßiger Druck auf den Absatz 20' des Isolators 4' ausgeübt. Da die beiden Ringelemente 24, 25 flächig auf dem querschnittsverengenden Abschnitt 18 und/oder einer dem Federelement 22 zugewandten Ringfläche 26 des Absatzes 20' des Isolators 4' aufliegen, wird auch die Flächenpressung verringert.
Das Federelement 22 ist vorliegend eine Zylinderfeder. Bei alternativen, nicht dargestellten Ausführungsformen kann das Federelement z. B. auch als Tellerfeder oder als Biegefeder ausgebildet sein. Das Federelement 22 ist hier so ausgelegt, dass es eine Federkonstante von ungefähr 1 kN/mm aufweist und auf den Isolator 4' bei einer Temperatur von 200 °C eine Kraft von ungefähr 1 kN ausübt.
In einer alternativen Ausführungsform des Ausführungsbeispiels gemäß 2 kann anstelle des Federelements auch ein Ausgleichselement vorgesehen sein, wobei dann das erste und das zweite Ringelement entfallen können. Da das Gehäuse einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als der Isolator, dehnt sich das Gehäuse stärker aus als der Isolator. Um zu vermeiden, dass hierdurch die Kraft, mit der die Dichtfläche des Isolators auf das Dichtelement gedrückt wird, unzulässig nachlässt, ist dann das Ausgleichselement vorgesehen. Das Ausgleichselement weist dabei zweckmäßig einen höheren Ausdehnungskoeffizienten auf als das Gehäuse, so dass die Längenausdehnung des Gehäuses zwischen dem querschnittsverengenden Abschnitt und der Dichtfläche des Gehäuses gegenüber der Längenausdehnung des Isolators in diesem Bereich zumindest teilweise kompensiert wird. Damit wird erreicht, dass auch bei starken Temperaturerhöhungen der Druck auf das Dichtelement und damit die Dichtwirkung in ausreichendem Maße erhalten bleibt. Das Ausgleichselement kann aus einer Aluminiumlegierung gebildet sein und einen Ausdehnungskoeffizienten von ungefähr 23,5 × 10^–6 K^–1 aufweisen, während das Material des Gehäuses einen Ausdehnungskoeffizienten von ungefähr 10 × 10^–6 K^–1 aufweisen kann.
Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen kann das Federelement 22 gleichzeitig die Eigenschaften eines Ausgleichselements, insbesondere mit einem höheren Ausdehnungskoeffizienten als das Gehäuse, aufweisen. Ebenso kann ein Ausgleichselement aufgrund der Elastizität des Materials oder aufgrund seiner Formung wie das Federelement 22 elastische Eigenschaften aufweisen.

Claims

Zündkerze zur Verbindung mit einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors, wobei ein Isolator (4, 4') in einem Gehäuse (2, 2') angeordnet ist und das Gehäuse (2, 2') im montierten Zustand zwischen einem ersten querschnittsverengenden Abschnitt (18, 18') in dessen zylinderkopfabgewandtem Bereich und einem zweiten querschnittsverengenden Abschnitt (21) in dessen zylinderkopfzugewandtem Bereich eine in Längsrichtung der Zündkerze (1, 1') gerichtete Kraft auf zugeordnete Absätze (20, 20', 23) des Isolators (4, 4') zur Bewirkung einer gasdichten Dichtung zwischen dem Isolator (4, 4') und dem Gehäuse (2, 2') ausübt, und wobei an dem Gehäuse (2, 2') ein Werkzeugansatz (17) und ein zur Verbindung mit dem Zylinderkopf ausgelegtes Außengewinde (13) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2, 2') wenigstens im Bereich zwischen dem Werkzeugansatz (17) und dem Außengewinde (13) mittels Wärmebehandlung längenreduziert ist und in diesem Bereich eine einstichfreie Außenkontur aufweist.
Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung zwischen dem Gehäuse (2) und dem Isolator (4) als Kontakt einer Dichtfläche (14) des Isolators (4) mit einer Dichtfläche (12) des Gehäuses (2) ausgebildet ist, wobei die Dichtflächen (12, 14) vorzugsweise an den querschnittsverengenden Abschnitten (18, 21) des Gehäuses (2) und an den hiermit korrespondierenden Absätzen (20, 23) des Isolators (4) ausgebildet sind.
Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung zwischen dem Gehäuse (2') und dem Isolator (4') mit einem Dichtelement (16) zwischen einer Dichtfläche (14') des Isolators (4') und einer Dichtfläche (12') des Gehäuses (2') ausgebildet ist, wobei das Dichtelement insbesondere als ein metallischer Ring (16) ausgebildet ist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2, 2') auf den Isolator (4, 4') eine radial nach innen gerichtete Kraft derart ausübt, dass die Dichtfläche (14, 14') des Isolators (4, 4') gegen die Dichtfläche (12, 12') des Gehäuses (2, 2') oder gegen das Dichtelement (16) drückt und so der Isolator (4, 4') in dem Gehäuse (2, 2') gasdicht abgedichtet ist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung zur Reduzierung der Länge und ggf. des Umfangs des Gehäuses (2, 2') eine thermische Schrumpfung ist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel (22) zur Aufbringung einer zusätzlichen in Längsrichtung der Zündkerze (1') auf den Isolator (2') ausgeübten Kraft vorgesehen ist.
Zündkerze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel eine Zylinderfeder, eine Tellerfeder, eine Biegefeder oder dergleichen Federelement (22) ist.
Zündkerze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (22) ein Ausgleichselement ist, das einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Gehäuse (2') aufweist und das bei einer Temperaturerhöhung auf den Isolator (4') eine zusätzliche in Längsrichtung der Zündkerze (1') gerichtete Kraft ausübt.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der querschnittverengende Abschnitt des Gehäuses (2, 2') in dessen zylinderkopfabgewandtem Bereich als ein Bördelrand (18, 18') ausgebildet ist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2, 2') eine korrosionsbeständige Beschichtung aufweist, wobei die korrosionsbeständige Beschichtung vorzugsweise Zn oder eine Zn-Legierung umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze zur Verbindung mit einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors, insbesondere nach einem Ansprüche 1 bis 10, das folgende Schritte aufweist: Einführen eines Isolators (4, 4') in ein Gehäuse (2, 2'), an dem ein Werkzeugansatz (17) und ein zur Verbindung mit dem Zylinderkopf ausgelegtes Außengewinde (13) ausgebildet sind, bis zur Anlage an einem querschnittsverengenden Abschnitt (21) in einem zylinderkopfzugewandten Bereich des Gehäuses (2, 2'); Erwärmen zumindest eines den Isolator (4, 4') umgebenden Teilbereichs des Gehäuses (2, 2') auf eine Temperatur von ca. 300 °C bis ca. 450 °C; Ausbilden eines weiteren querschnittsverengenden Abschnitts (18, 18') in einem zylinderkopfabgewandten Bereich des Gehäuses (2, 2') zur axialen Fixierung des Isolators (4, 4'); Abkühlen des Gehäuses (2, 2') derart, dass der Isolator (4, 4') durch Schrumpfung des Gehäuses (2, 2') gasdicht in diesem angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausbilden des querschnittsverengenden Abschnitts (18, 18') im zylinderkopfabgewandten Bereich des Gehäuses (2, 2') durch Umbördeln eines Randbereichs des Gehäuses (2, 2') erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erwärmens zumindest eines Teilbereichs des Gehäuses (2, 2') vor dem Schritt des Anordnens des Isolators (4, 4') innerhalb des Gehäuses (2, 2') durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt des Ausbildens des querschnittsverengenden Abschnitts (18, 18') im zylinderkopfabgewandten Bereich des Gehäuses (2, 2') auf dem hiermit zusammenwirkenden Absatz (20, 20') des Isolators (4, 4') ein Mittel (22'), das nach Beendigung des Verfahrens auf den Isolator (4, 4') eine zusätzliche in Längsrichttung der Zündkerze (1, 1') gerichtete Kraft ausübt, angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erwärmte Teilbereich (A) des Gehäuses (2, 2') ein anschlussbolzenseitig des Außengewindes (13) liegender Bereich, insbesondere der Bereich des Werzeugansatzes (17) und der zwischen dem Werkzeugansatz (17) und dem Außengewinde (13) liegende Bereich, ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erwärmte Teilbereich (A) des Gehäuses (2, 2') durch Induktionswärme erwärmt wird.