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STAND DER TECHNIK
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Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Zündkerzen für Verbrennungsmotoren und insbesondere auf eine kompakte Zündkerze, die eine Metallhülle mit einem M10 oder M12 Gewindeabschnitt hat und hochgradig gasdicht ist.
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Herkömmliche Zündkerze für Verbrennungsmotoren haben im Allgemeinen eine rohrförmige Metallhülle, einen Isolator, eine Mittelelektrode und eine Masseelektrode.
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Die rohrförmige Metallhülle hat eine gewisse Länge und ein erstes Ende und ein zweites Ende, die sich in der Längsrichtung der Metallhülle gegenüberliegen. Die Metallhülle hat auf ihrem Außenrand einen Gewindeabschnitt, um die Zündkerze in eine Brennkammer eines Motors einzupassen.
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Der Isolator ist mit einer durchgehenden Zentralbohrung ausgebildet und ist so in der Metallhülle fixiert, dass ein Ende von ihm aus dem ersten Ende der Metallhülle vorragt.
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Die Mittelelektrode ist so in der Zentralbohrung des Isolators befestigt, dass ein Ende von ihr aus dem Ende des Isolators vorragt.
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Die Masseelektrode hat ein mit dem ersten Ende der Metallhülle verbundenes Fußende und einen Spitzenabschnitt, der dem Ende der Mittelelektrode in der Längsrichtung der Metallhülle über einen dazwischen liegenden Funkenspalt zugewandt ist.
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Um in einer solchen wie oben beschriebenen Zündkerze am zweiten Ende der Metallhülle eine hermetische Abdichtung zwischen der Metallhülle und dem Isolator zu bilden, werden in der Nähe des zweiten Endes der Metallhülle in einem Spalt zwischen der Innenfläche der Metallhülle und der Außenfläche des Isolators Dichtungsbauteile vorgesehen. Die Dichtungsbauteile umfassen zwei Metallringe und pulverförmigen Talk und werden so in dem Spalt eingebettet, dass der Talk in der Längsrichtung der Metallhülle zwischen den beiden Metallringen liegt.
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Um die hermetische Abdichtung zu bilden, wird die Metallhülle außerdem an ihrem zweiten Ende gequetscht, wodurch ein Quetschabschnitt der Metallhülle gebildet wird. Der Quetschabschnitt der Metallhülle übt auf die Dichtungsbauteile eine Einschnürkraft aus, wodurch die hermetische Abdichtung zwischen dem Isolator und der Metallhülle erreicht wird und der Isolator an der Metallhülle fixiert wird.
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In den letzten Jahren hat der Bedarf nach einer höheren Ausgangsleistung der Verbrennungsmotoren es erforderlich gemacht, die Größe der Einlass- und Auslassventile für den Motor zu erhöhen und für einen Wassermantel zu sorgen, um den Motor zu kühlen. Dadurch steht weniger Raum für den Einbau einer Zündkerze im Motor zur Verfügung, weswegen die Zündkerze einen kompakten (genauer gesagt schlankeren) Aufbau haben muss.
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Und zwar hatte in der Vergangenheit der Gewindeabschnitt der Metallhülle in einer Zündkerze die Größe M14 nach JIS (Japanischer Industriestandard). So offenbart zum Beispiel die
JP 2001-307 858 A , von der die
US 6 707 237 B2 ein englischsprachiges Familienmitglied darstellt, eine Zündkerze, bei der der Gewindeabschnitt der Metallhülle eine solche Größe M14 hat. Allerdings ist es nunmehr erforderlich, dass der Gewindeabschnitt der Metallhülle wie in der
JP 2003-282 218 A , von der die
DE 103 01 492 A1 ein deutschsprachiges Familienmitglied ist, eine Größe von M10 oder M12 nach JIS hat.
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Darüber hinaus muss die Größe eines mehreckigen, prismenförmigen Abschnitts der Metallhülle verringert werden, auf den, wenn die Zündkerze im Motor eingebaut wird, mit einem Schraubenschlüssel ein Drehmoment aufgebracht wird. Und zwar muss die Breite zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenflächen des mehreckigen, prismenförmigen Abschnitts der Metallhülle verringert werden, damit die Zündkerze kompakt wird.
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Eine solche Verringerung der Größe des Gewindeabschnitts der Metallhülle und der Breite des mehreckigen, prismenförmigen Abschnitts kann dabei jedoch zu dem Problem führen, dass sich die Metallhülle an ihrem zweiten Ende nicht fest quetschen lässt.
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Bei einer kompakteren Zündkerze nimmt nämlich die Radialdicke der Metallhülle entsprechend ab. Infolgedessen verringert sich auch die Wanddicke des Quetschabschnitts der Metallhülle, was zu einer geringeren Festigkeit des Quetschabschnitts der Metallhülle führt.
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Dadurch kann der Quetschabschnitt der Metallhülle keine große Einschnürkraft auf die Dichtungsbauteile in dem Spalt zwischen der Außenfläche des Isolators und der Innenfläche der Metallhülle aufbringen, was es unmöglich macht, eine hochgradig gasdichte Zündkerze sicherzustellen.
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Um dieses Problem zu lösen, ist es denkbar, statt der Radialdicke der Metallhülle die Radialdicke des Isolators zu verringern, damit die Zündkerze kompakt wird.
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Eine solche Verringerung der Radialdicke des Isolators führt dabei jedoch zu einem Funkenüberschlag beim Isolator, da er die Mittelelektrode elektrisch von der Metallhülle isolieren muss.
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Es ist demnach nicht möglich, für eine kompaktere Zündkerze die Radialdicke des Isolators zu verringern.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung erfolgte angesichts der obigen Problemstellung.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine kompakte Zündkerze mit hoher Gasdichtheit zur Verfügung zu stellen, bei der der Gewindeabschnitt der Metallhülle eine Größe von M10 oder M12 hat, die Breite zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenflächen eines mehreckigen, prismenförmigen Abschnitts der Metallhülle nicht größer als 14 mm ist und ein Quetschabschnitt der Metallhülle eine ausreichend hohe Steifigkeit hat.
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Der Erfinder ging davon aus, dass es möglich ist, bei einer solchen kompakten Zündkerze durch Festlegung der zur Metallhülle der Zündkerze gehörigen Abmessungsparameter eine hohe Gasdichtheit sicherzustellen.
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Die Erfindung beruht auf den Ergebnissen der experimentellen Untersuchungen, die unter dieser Annahme erfolgten.
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Eine erste Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Zündkerze vor, die eine rohrförmige Metallhülle, einen hohlen Isolator, eine Mittelelektrode, eine Masseelektrode und Dichtungsbauteile hat. Die rohrförmige Metallhülle hat eine Achse sowie ein erstes Ende und ein zweites Ende, die einander in Axialrichtung der Metallhülle gegenüberliegen. Die Metallhülle weist einen Gewindeabschnitt, einen mehreckigen, prismenförmigen Abschnitt und einen Knickabschnitt auf. Der Gewindeabschnitt ist auf einem Außenrand der Metallhülle nahe dem ersten Ende der Metallhülle ausgebildet und hat eine Größe von entweder M10 oder M12. Der mehreckige, prismenförmige Abschnitt ist nahe dem zweiten Ende der Metallhülle ausgebildet und hat eine Breite, die dem Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenflächen des mehreckigen, prismenförmigen Abschnitts entspricht, von nicht mehr als 14 mm. Der Knickabschnitt befindet sich in der Axialrichtung der Metallhülle zwischen dem Gewindeabschnitt und dem mehreckigen, prismenförmigen Abschnitt. Die Metallhülle weist außerdem einen am zweiten Ende der Metallhülle ausgebildeten Quetschabschnitt und eine stumpfkeglige Schulter auf, die zwischen dem mehreckigen, prismenförmigen Abschnitt und dem Quetschabschnitt liegt und sich zum Quetschabschnitt hin verjüngt.
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Der hohle Isolator ist in der Metallhülle fixiert und hat ein Ende, das aus dem ersten Ende der Metallhülle vorragt.
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Die Mittelelektrode ist in dem Isolator befestigt und hat ein Ende, das aus dem Ende des Isolators vorragt.
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Die Masseelektrode hat ein mit dem ersten Ende der Metallhülle verbundenes Fußende und einen Spitzenabschnitt, der dem Ende der Mittelelektrode in der Axialrichtung der Metallhülle über einen Funkenspalt zugewandt ist.
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Die Dichtungsbauteile befinden sich in einem Spalt zwischen einer Innenfläche des mehreckigen, prismenförmigen Abschnitts der Metallhülle und einer Außenfläche des Isolators. Die Dichtungsbauteile erfahre eine Einschnürkraft, die von dem Quetschabschnitt der Metallhülle aufgebracht wird, um zwischen der Metallhülle und dem Isolator eine hermetische Abdichtung zu bilden. Darüber hinaus ist bei der obigen Zündkerze der folgende Abmessungszusammenhang festgelegt: A > B ≥ 1,1 C, wobei
A die minimale Radialdicke des mehreckigen, prismenförmigen Abschnitts der Metallhülle in einer ersten Bezugsebene ist, die definitionsgemäß senkrecht zur Achse der Metallhülle durch eine in der Axialrichtung der Metallhülle mittlere Stelle des mehreckigen, prismenförmigen Abschnitts läuft,
B der Abstand zwischen einer Innenfläche des Quetschabschnitts der Metallhülle und einem Bezugspunkt in Radialrichtung der Metallhülle ist, der in einer zweiten Bezugsebene, die definitionsgemäß so verläuft, dass in ihr die Achse der Metallhülle liegt, als ein Schnittpunkt zwischen einer ersten Bezugslinie und einer zweiten Bezugslinie definiert ist, wobei die erste Bezugslinie definitionsgemäß tangential zu einer Außenfläche des Quetschabschnitts der Metallhülle durch das erste Ende eines Bogens läuft, der am ersten Ende zur Außenfläche des Quetschabschnitts und an seinem zweiten Ende zu einer Außenfläche der stumpfkegligen Schulter der Metallhülle weiterläuft, und die zweite Bezugslinie definitionsgemäß so durch das zweite Ende des Bogens läuft, dass ein Abschnitt von ihr auf der Außenfläche der stumpfkegligen Schulter liegt, und
C die Radialdicke des Knickabschnitts der Metallhülle in einer dritten Bezugsebene ist, die definitionsgemäß senkrecht zur Achse der Metallhülle durch eine in der Axialrichtung der Metallhülle mittlere Stelle des Knickabschnitts läuft.
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Durch den obigen Zusammenhang zwischen A, B und C wird eine ausreichend hohe Steifigkeit des Quetschabschnitts der Metallhülle sichergestellt und lässt sich während der Ausbildung des Quetschabschnitts leicht der Knickabschnitt der Metallhülle bilden, während eine Verformung ihres mehreckigen, prismenförmigen Abschnitts verhindert wird.
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Infolgedessen erfahren die Dichtungsbauteile in dem Spalt eine große, von dem Quetschabschnitt der Metallhülle aufgebrachte Einschnürkraft, so dass eine hohe Gasdichtheit der Zündkerze sichergestellt wird.
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Des Weiteren wird bei der Zündkerze der Wert C so festgelegt, dass er in einem Bereich von 0,5 bis 1,0 mm liegt.
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Indem der Bereich C wie oben angegeben festgelegt wird, lässt sich der Knickabschnitt der Metallhülle während der Verformung des Quetschabschnitts der Metallhülle noch leichter bilden und hat eine ausreichend hohe Steifigkeit.
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Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist in der Zündkerze die Metallhülle durch Quetschen einer ungequetschten Metallhülle gebildet, die Folgendes aufweist:
einen zweiten Endabschnitt, der an einem zweiten Ende der ungequetschten Metallhülle ausgebildet ist und gequetscht werden soll, um den Quetschabschnitt der Metallhülle zu bilden;
einen mehreckigen, prismenförmigen Abschnitt, der den mehreckigen, prismenförmigen Abschnitt der Metallhülle bilden soll; und
eine erste stumpfkeglige Schulter, die sich zwischen dem zweiten Endabschnitt und dem mehreckigen, prismenförmigen Abschnitt der ungequetschten Metallhülle befindet und sich zum zweiten Endabschnitt hin verjüngt,
wobei eine Länge D des zweiten Endabschnitts der ungequetschten Metallhülle, die dem Abstand zwischen dem zweiten Ende der ungequetschten Metallhülle und einem ersten Bezugspunkt in Axialrichtung der ungequetschten Metallhülle entspricht, in einem Bereich von 0,7 bis 4,0 mm liegt, wobei der erste Bezugspunkt in einer Bezugsebene, die definitionsgemäß so verläuft, dass in ihr eine Achse der ungequetschten Metallhülle liegt, als ein Schnittpunkt zwischen einer ersten Bezugslinie und einer zweiten Bezugslinie definiert ist, die erste Bezugslinie definitionsgemäß tangential zu einer Außenfläche des zweiten Endabschnitts der ungequetschten Metallhülle durch das erste Ende eines Bogens verläuft, der am ersten Ende zur Außenfläche des zweiten Endabschnitts und an seinem zweiten Ende zu einer Außenfläche der ersten stumpfkegligen Schulter der ungequetschten Metallhülle weiterläuft, und die zweite Bezugslinie definitionsgemäß so durch das zweite Ende des Bogens läuft, dass ein Abschnitt von ihr auf der Außenfläche der ersten stumpfkegligen Schulter der ungequetschten Metallhülle liegt.
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Wird der Bereich D wie oben festgelegt, wird verhindert, dass der Quetschabschnitt der Metallhülle gegen den Isolator stößt und werden die Dichtungsbauteile sicher in dem Spalt eingeschnürt.
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Es ist vorzuziehen, dass die Länge D des zweiten Endabschnitts der ungequetschten Metallhülle in einem Bereich von 1,5 bis 3,5 mm liegt.
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Darüber hinaus weist die ungequetschte Metallhülle Folgendes auf:
einen Gewindeabschnitt, der den Gewindeabschnitt der Metallhülle bilden soll;
einen Zwischenabschnitt, der zwischen dem mehreckigen, prismenförmigen Abschnitt und dem Gewindeabschnitt der ungequetschten Metallhülle liegt und geknickt werden soll, um den Knickabschnitt der Metallhülle zu bilden, wenn der zweite Endabschnitt gequetscht wird, um den Quetschabschnitt der Metallhülle zu bilden;
eine zweite stumpfkeglige Schulter, die sich zwischen dem mehreckigen, prismenförmigen Abschnitt und dem Zwischenabschnitt befindet und sich zum Zwischenabschnitt hin verjüngt; und
eine dritte stumpfkeglige Schulter, die sich zwischen dem Zwischenabschnitt und dem Gewindeabschnitt befindet und sich zum Zwischenabschnitt hin verjüngt,
wobei eine Länge E des Zwischenabschnitts der ungequetschten Metallhülle, der dem Abstand zwischen einem zweiten Bezugspunkt und einem dritten Bezugspunkt entspricht, in einem Bereich von 1,5 bis 4,0 mm liegt, wobei der zweite Bezugspunkt in der Bezugsebene als ein Schnittpunkt zwischen einer dritten Bezugslinie und einer vierten Bezugslinie definiert ist, die dritte Bezugslinie definitionsgemäß so verläuft, dass ein Abschnitt von ihr auf einer Außenfläche der zweiten stumpfkegligen Schulter liegt, und die vierte Bezugslinie definitionsgemäß so verläuft, dass ein Abschnitt von ihr auf einer Außenfläche des Zwischenabschnitts liegt, und wobei der dritte Bezugspunkt in der Bezugsebene als ein Schnittpunkt zwischen der vierten Bezugslinie und einer fünften Bezugslinie definiert ist, die definitionsgemäß so verläuft, dass ein Abschnitt von ihr auf einer Außenfläche der dritten stumpfkegligen Schulter liegt.
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Wird der Bereich E wie oben festgelegt, lässt sich der Knickabschnitt der Metallhülle während der Bildung des Quetschabschnitts der Metallhülle leicht bilden und wird verhindert, dass er eine anormale Form hat und gegen den Isolator stößt.
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Bei der dritten Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Dichtungsbauteile in der Zündkerze zwei Metallringe und einen Füllstoff, die derart in dem Spalt zwischen der Innenfläche des mehreckigen, prismenförmigen Abschnitts der Metallhülle und der Außenfläche des Isolators angeordnet sind, dass sich der Füllstoff in der Axialrichtung der Metallhülle zwischen den beiden Metallringen befindet.
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Darüber hinaus wird bei der Zündkerze eine Länge L des Spalts, die dem Minimalabstand zwischen den Außenflächen der beiden Metallringe in der Axialrichtung der Metallhülle entspricht, auf nicht weniger als 3,0 mm festgelegt.
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Des Weiteren wird bei der Zündkerze eine Breite T des Spalts, die dem Abstand zwischen der Innenfläche des mehreckigen, prismenförmigen Abschnitts der Metallhülle und der Außenfläche des Isolators in der Radialrichtung der Metallhülle in der ersten Bezugsebene entspricht, so festgelegt, dass sie nicht weniger als 1,0 mm beträgt.
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Werden die Bereiche L und T wie oben festgelegt, wird eine große Menge Füllstoff in dem Spalt eingebettet, so dass die Leckage von der Innenseite der Metallhülle durch ihren Quetschabschnitt unterdrückt wird, was eine hohe Gasdichtheit der Zündkerze sicherstellt.
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KURZBECHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung wird nun näher anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, die jedoch nicht als Einschränkung der Erfindung auf diese bestimmten Ausführungsbeispiele verstanden werden sollten, sondern lediglich der Erläuterung und dem Verständnis dienen.
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Es zeigen:
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1 seitlich im Teilschnitt den Gesamtaufbau einer Zündkerze gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2A seitlich einen vergrößerten Teilschnitt, der die Bildung einer hermetischen Abdichtung in der Zündkerze von 1 darstellt;
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2B eine stärkere Vergrößerung des Teils von 2A, der in 2A mit einem Kreis angegeben ist;
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2C eine Schnittansicht eines mehreckigen, prismenförmigen Abschnitts einer Metallhülle in der Zündkerze von 1, die senkrecht zur Achse der Metallhülle durch die in der Axialrichtung der Metallhülle mittlere Stelle des mehreckigen, prismenförmigen Abschnitts läuft;
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3A eine seitliche, vergrößerte Schnittansicht einer ungequetschten Metallhülle, aus der die Metallhülle der Zündkerze von 1 gebildet wird;
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3B eine stärkere Vergrößerung des Teils von 3A, der in 3A mit einem Kreis angegeben ist;
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4A grafisch den Zusammenhang zwischen einem Abmessungsparameter B/C und einer Einschnürkraft in der Zündkerze von 1;
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4B grafisch den Zusammenhang zwischen dem Abmessungsparameter B/C und einer Leckagerate aus dem Inneren der Zündkerze von 1;
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5 grafisch den Zusammenhang zwischen einem Abmessungsparameter L und der Leckagerate aus dem Inneren der Zündkerze von 1;
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6 grafisch den Zusammenhang zwischen einem Abmessungsparameter T und der Leckagerate aus dem Inneren der Zündkerze von 1;
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7 seitlich im Teilschnitt den Gesamtaufbau einer Zündkerze gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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8 eine Schnittansicht eines mehreckigen, prismenförmigen Abschnitts einer Metallhülle in der Zündkerze von 7, der senkrecht zur Achse der Metallhülle durch die in der Axialrichtung der Metallhülle mittlere Stelle des mehreckigen, prismenförmigen Abschnitts verläuft;
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9A grafisch den Zusammenhang zwischen dem Abmessungsparameter B/C und einer Einschnürkraft in der Zündkerze von 7; und
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9B grafisch den Zusammenhang zwischen dem Abmessungsparameter B/C und einer Leckagerate aus dem Inneren der Zündkerze von 7.
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Es werden nun unter Bezugnahme auf die 1–9 die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
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Es ist zu beachten, dass in den Figuren aus Gründen der Klarheit und des Verständnisses in verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung gleiche Bestandteile mit gleichen Funktionen, wann immer möglich, mit den gleichen Bezugszahlen versehen wurden.
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[Erstes Ausführungsbeispiel]
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1 zeigt den Gesamtaufbau einer Zündkerze 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Zündkerze 100 ist für die Verwendung in Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen gedacht.
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Wie in 1 gezeigt ist, hat die Zündkerze 100 eine Metallhülle 10, einen Isolator 20, eine Mittelelektrode 30 und eine Masseelektrode 40.
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Die rohrförmige Metallhülle 10 besteht aus einem leitenden Metallmaterial, beispielsweise aus einem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt. Die Metallhülle 10 hat eine Achse Z und außerdem ein erstes Ende 13a und ein zweites Ende 13b, die einander in der Axialrichtung der Metallhülle 10 gegenüberliegen.
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Die Metallhülle 10 weist auf ihrem Außenrand nahe dem ersten Ende 13a einen Außengewindeabschnitt 11 auf, der die Größe M12 nach JIS hat.
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Die Metallhülle 10 weist außerdem einen nahe dem zweiten Ende 13b ausgebildeten mehreckigen, prismenförmigen Abschnitt 12, einen zwischen dem Gewindeabschnitt 11 und dem mehreckigen, prismenförmigen Abschnitt 12 liegenden Knickabschnitt 15 und einen am zweiten Ende 13b ausgebildeten Quetschabschnitt 14 auf.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel hat der mehreckige, prismenförmige Abschnitt 12 in jedem Querschnitt senkrecht zur Achse Z der Metallhülle 10 die Form eines Sechsecks. Darüber hinaus beträgt die Breite zwischen sämtlichen sich jeweils gegenüberliegenden Seitenflächenpaaren des mehreckigen, prismenförmigen Abschnitts 12 nicht mehr als 14 mm.
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Der Einbau der Zündkerze 100 in einen Verbrennungsmotor erfolgt, indem sie in eine (nicht gezeigte) Brennkammer des Motors eingepasst wird. Und zwar wird beim Einbau auf den mehreckigen, prismenförmigen Abschnitt 12 ein Drehmoment aufgebracht, um so für eine Verbindung zwischen dem Außengewindeabschnitt 11 der Metallhülle 10 und einem in dem (nicht gezeigten) Zylinderkopf der Brennkammer vorgesehenen Innengewinde zu sorgen.
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Der Isolator 20 besteht aus einer Aluminiumoxidkeramik (Al2O3) und ist derart in der Metallhülle 10 fixiert und teilweise in ihr enthalten, dass ein Ende 21 von ihm aus dem ersten Ende 13a der Metallhülle 10 vorragt. Der Isolator 20 hat eine Zentralbohrung 22, die in seiner Längsrichtung durch ihn hindurchgeht.
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Die zylinderförmige Mittelelektrode 30 ist so in der Zentralbohrung 22 des Isolators 20 befestigt, dass sie elektrisch von der Metallhülle 10 isoliert ist. Die Mittelelektrode 30 ist zusammen mit dem Isolator 20 teilweise in der Metallhülle 10 enthalten, so dass ein Ende 31 der Mittelelektrode 30 aus dem Ende 21 des Isolators 20 vorragt.
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Die Mittelelektrode 30 besteht aus einem hochgradig Wärme leitenden Metallmaterial wie Cu als Kernmaterial und einem hochgradig wärme- und korrosionsbeständigen Metallmaterial wie einer Legierung auf Ni(Nickel)-Basis als Überzugsmaterial.
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Die Mittelelektrode 30 weist ein Edelmetallplättchen 32 auf, das durch Laserschweißen mit dem Ende 31 der Mittelelektrode 30 verbunden ist. Das Edelmetallplättchen 32 hat zum Beispiel die Form eines Kreiszylinders. Das Edelmetallplättchen 32 besteht vorzugsweise aus einer Legierung auf Ir(Iridium)-Basis, die mehr als 50 Gew.-% Ir enthält.
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Die Masseelektrode 40, die aus einer hauptsächlich aus Ni bestehenden Legierung auf Ni-Basis besteht, ist säulenförmig und hat bei diesem Ausführungsbeispiel zum Beispiel ungefähr die Form eines L-förmigen Prismas.
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Die Masseelektrode 40 hat ein Fußende 41, das durch beispielsweise Widerstandsschweißen mit dem ersten Ende 13a der Metallhülle 10 verbunden ist.
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Die Masseelektrode 40 hat außerdem einen Spitzenabschnitt 42 mit einer Seitenfläche, die dem Edelmetallplättchen 32 der Mittelelektrode 30 in der Axialrichtung der Metallhülle 10 über einen Funkenspalt 50 zugewandt ist.
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Die Zündkerze 100 ist so gestaltet, dass sie in dem Funkenspalt 50 zwischen der Mittelelektrode 30 und der Masseelektrode 40 Funken abgibt, wodurch das Luft/Kraftstoff-Gemisch innerhalb einer Brennkammer eines Motors gezündet wird.
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Nachdem nun der Gesamtaufbau der Zündkerze 100 beschrieben wurde, wird nun die Bildung einer hermetischen Abdichtung in der Zündkerze 100 beschrieben.
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Der Isolator 20 weist, wie in 1 gezeigt ist, einen Bauchabschnitt 23 auf, der innerhalb der Metallhülle 10 liegt und den größten Außendurchmesser im Isolator 20 bildet. Der Isolator 20 weist außerdem einen Zwischenabschnitt 24 auf, der innerhalb der Metallhülle 10 näher als der Bauchabschnitt 23 an dem Ende 21 des Isolators 20 liegt und einen kleineren Außendurchmesser als der Bauchabschnitt 23 hat. Zwischen dem Bauchabschnitt 23 und dem Zwischenabschnitt 24 befindet sich auf der Außenfläche des Isolators 20 eine Schulter 26. Darüber hinaus hat der Isolator 20 auch einen Abschnitt geringeren Durchmessers 25, der sich zum Ende 21 des Isolators 20 hin verjüngt. Zwischen dem Zwischenabschnitt 24 und dem Abschnitt geringeren Durchmessers 25 befindet sich auf der Außenfläche des Isolators eine weitere Schulter 27.
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Um den Isolator 20 aufzunehmen, hat die Metallhülle 10 eine Innenfläche, die zur Außenfläche des Isolators 20 passt. So sind zum Beispiel auf der Innenfläche der Metallhülle 10 zwei Schultern vorgesehen, die entsprechend den Schultern 26 und 27 auf der Außenfläche des Isolators 20 ausgebildet sind. Der Isolator 20 wird von dem zweiten Ende 13b aus in das Innere der Metallhülle 10 eingeführt.
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Wie in 2A gezeigt ist, verringert sich der Außendurchmesser des Isolators 20 vom Bauchabschnitt 23 aus entlang einer Schulter 28, so dass zwischen der Außenfläche des Isolators 20 und der Innenfläche des mehreckigen, prismenförmigen Abschnitts 12 der Metallhülle 10 ein Spalt 60 gebildet wird.
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In dem Spalt 60 sind die Dichtungsbauteile 61 bis 63 eingebettet. Und zwar umfassen die Dichtungsbauteile 61 bis 63 einen ersten Metallring 61, einen zweiten Metallring 62 und Talk 63. Der erste und zweite Metallring 61 und 62 bestehen zum Beispiel aus Eisen (Fe). Das Talk 63 ist pulverförmig und wird als Füllstoff eingesetzt, um den Raum zwischen der Außenfläche des Isolators 20 und der Innenfläche des mehreckigen, prismenförmigen Abschnitts 12 der Metallhülle 10 zu füllen. Die Dichtungsbauteile 61 bis 63 sind derart in dem Spalt 60 angeordnet, dass sich der pulverförmige Talk 63 in der Axialrichtung der Metallhülle 10 zwischen dem ersten und zweiten Metallring 61 und 62 befindet.
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Um zwischen der Metallhülle 10 und dem Isolator 20 eine hermetische Abdichtung zu bilden, wird die Metallhülle 10 an ihrem zweiten Ende 13b gequetscht (oder plastisch verformt), wodurch der Quetschabschnitt 14 der Metallhülle 10 gebildet wird. Der Quetschabschnitt 14 übt auf die Dichtungsbauteile 61 bis 63 in dem Spalt 60 eine Einschnürkraft aus, wodurch der Isolator 20 in der Metallhülle 10 fixiert wird. Davon abgesehen befindet sich zwischen dem Quetschabschnitt 14 und dem mehreckigen, prismenförmigen Abschnitt 12 eine stumpfkeglige Schulter 12a, die sich vom mehreckigen, prismenförmigen Abschnitt 12 aus zum Quetschabschnitt 14 hin verjüngt.
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Darüber hinaus wird während der Bildung des Quetschabschnitts 14 ein Zwischenabschnitt der Metallhülle 10 zwischen dem mehreckigen, prismenförmigen Abschnitt 12 und dem Gewindeabschnitt 11 geknickt (oder nach außen verformt), um den Knickabschnitt 15 zu bilden, wodurch die Dichtungsbauteile 61 bis 63 noch fester in der Axialrichtung der Metallhülle 10 eingeschnürt werden.
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Dadurch wird am zweiten Ende 13b der Metallhülle 10 eine hermetische Abdichtung zwischen der Metallhülle 10 und dem Isolator 20 erreicht, wodurch die Gasdichtheit der Zündkerze 100 gesichert wird.
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Wie zuvor beschrieben wurde, sind bei der Zündkerze 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel sowohl der Außendurchmesser des Gewindeabschnitts 11 als auch die Breite zwischen sämtlichen sich gegenüberliegenden Seitenflächenpaaren des mehreckigen, prismenförmigen Abschnitts 12 kleiner als bei einer Zündkerze, die eine Metallhülle mit einem M14 Gewindeabschnitt hat.
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In einer solchen kompakten Zündkerze 100 werden, wobei auf die 2A bis 2C Bezug genommen wird, die folgenden Abmessungsparameter als für die Steifigkeit des Quetschabschnitts 14 der Metallhülle 10 und die Gasdichtheit der Zündkerze 100 kritisch angesehen.
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A entspricht der minimalen Radialdicke des mehreckigen, prismenförmigen Abschnitts 12 der Metallhülle 10 in einer ersten Bezugsebene 101. Die erste Bezugsebene 101 verläuft definitionsgemäß senkrecht zur Achse Z der Metallhülle 10 durch die in der Axialrichtung der Metallhülle 10 mittlere Stelle des mehreckigen, prismenförmigen Abschnitts 12. Der Parameter A wird im Folgenden als Dicke des mehreckigen, prismenförmigen Abschnitts 12 bezeichnet.
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B entspricht dem Abstand zwischen der Innenfläche des Quetschabschnitts 14 der Metallhülle 10 und einem Bezugspunkt P in der Radialrichtung der Metallhülle 10. Der Bezugspunkt P ist in einer zweiten Bezugsebene 102, die definitionsgemäß so verläuft, dass in ihr die Achse Z der Metallhülle 10 liegt, als ein Schnittpunkt zwischen einer ersten Bezugslinie 201 und einer zweiten Bezugslinie 202 definiert. Die erste Bezugslinie 201 verläuft definitionsgemäß tangential zur Außenfläche des Quetschabschnitts 14 der Metallhülle 10 durch das erste Ende eines Bogens 14a, der sanft am ersten Ende zur Außenfläche des Quetschabschnitts 14 und an seinem zweiten Ende zur Außenfläche der stumpfkegligen Schulter 12a weiterläuft. Die zweite Bezugslinie 202 verläuft definitionsgemäß so durch das zweite Ende des Bogens 14a, dass ein Abschnitt von ihr auf der Außenfläche der stumpfkegligen Schulter 12a liegt. Der Parameter B wird im Folgenden als Dicke des Quetschabschnitts 14 bezeichnet.
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C entspricht der Radialdicke des Knickabschnitts 15 der Metallhülle 10 in einer dritten Bezugsebene 103. Die dritte Bezugsebene verläuft definitionsgemäß senkrecht zur Achse Z der Metallhülle 10 durch die in der Axialrichtung der Metallhülle 10 mittlere Stelle des Knickabschnitts 15. Der Parameter 10 wird im Folgenden als Dicke des Knickabschnitts 15 bezeichnet.
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T entspricht dem Abstand zwischen der Innenfläche des mehreckigen, prismenförmigen Abschnitts 12 der Metallhülle 10 und der Außenfläche des Isolators 20 in der Radialrichtung der Metallhülle 10 in der ersten Bezugsebene 101. Der Parameter T wird im Folgenden als Breite des Spalts 60 bezeichnet.
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L entspricht dem Minimalabstand zwischen den Außenflächen der beiden Metallringe 61 und 62 in der Axialrichtung der Metallhülle 10. Der Parameter L wird im Folgenden als Länge des Spalts 60 bezeichnet.
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Neben den oben angegebenen Parametern werden auch die Abmessungsparameter D und E, die zur ungequetschten Metallhülle 10 gehören, aus der die Metallhülle 10 gebildet wird, als für die Steifigkeit des Quetschabschnitts 14 der Metallhülle 10 und die Gasdichtheit der Zündkerze 100 kritisch angesehen.
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Und zwar weist die ungequetschte Metallhülle 10, wie in 3A gezeigt ist, einen zweiten Endabschnitt 14 und einen Zwischenabschnitt 15 auf.
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Der zweite Endabschnitt 14 verjüngt sich zu einem zweiten Ende der ungequetschten Metallhülle 10 hin und soll gequetscht werden, um den Quetschabschnitt 14 der Metallhülle 10 zu bilden. Außerdem befindet sich zwischen dem zweiten Endabschnitt 14 und einem mehreckigen, prismenförmigen Abschnitt 12 der ungequetschten Metallhülle 10 eine erste stumpfkeglige Schulter 12a, die sich von dem mehreckigen, prismenförmigen Abschnitt 12 aus zum zweiten Endabschnitt 14 hin verjüngt.
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Der Zwischenabschnitt 15 hat eine Zylinderform und soll geknickt werden, um den Knickabschnitt 15 der Metallhülle 10 zu bilden. Außerdem befindet sich zwischen dem mehreckigen, prismenförmigen Abschnitt 12 und dem Zwischenabschnitt 15 eine zweite stumpfkeglige Schulter 12b, die sich vom mehreckigen, prismenförmigen Abschnitt 12 aus zum Zwischenabschnitt 15 hin verjüngt, und zwischen dem Zwischenabschnitt 15 und dem Gewindeabschnitt 11 eine dritte stumpfkeglige Schulter 11a, die sich vom Gewindeabschnitt 11 zum Zwischenabschnitt 15 hin verjüngt.
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In dieser ungequetschten Metallhülle 10 sind, wobei auf die 3A bis 3C Bezug genommen wird, die Parameter D und E wie folgt definiert.
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D entspricht dem Abstand zwischen dem zweiten Ende der ungequetschten Metallhülle 10 und einem ersten Bezugspunkt Q in der Axialrichtung der ungequetschten Metallhülle 10. Der erste Bezugspunkt Q ist in einer Bezugsebene, die auf die gleiche Weise wie die zweite Bezugsebene 102 in der Metallhülle 10 definiert ist, als Schnittpunkt zwischen einer ersten Bezugslinie 201 und einer zweiten Bezugslinie 202 definiert. Die erste Bezugslinie 201 verläuft definitionsgemäß tangential zur Außenfläche des zweiten Endabschnitts 14 der ungequetschten Metallhülle 10 durch das erste Ende eines Bogens 14a, der sanft am ersten Ende zur Außenfläche des zweiten Endabschnitts 14 und an seinem zweiten Ende zur Außenfläche der stumpfkegligen Schulter 12a der ungequetschten Metallhülle 10 weiterläuft. Die zweite Bezugslinie 202 verläuft definitionsgemäß so durch das zweite Ende des Bogens 14a, dass ein Abschnitt von ihm auf der Außenfläche der stumpfkegligen Schulter 12a liegt. Der Parameter D wird im Folgenden als Länge des Quetschabschnitts 14 der Metallhülle 10 bezeichnet (auch wenn er tatsächlich der Länge des zweiten Endabschnitts 14 der ungequetschten Metallhülle 10 entspricht).
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E entspricht dem Abstand zwischen einem zweiten Bezugspunkt R und einem dritten Bezugspunkt S. Der zweite Bezugspunkt R ist in der Bezugsebene als ein Schnittpunkt zwischen einer fritten Bezugslinie 203 und einer vierten Bezugslinie 204 definiert. Die dritte Bezugslinie 203 verläuft erfindungsgemäß so, dass ein Abschnitt von ihr auf der Außenfläche der zweiten stumpfkegligen Schulter 12b liegt. Die vierte Bezugslinie 204 verläuft definitionsgemäß so, dass ein Abschnitt von ihr auf der Außenfläche des Zwischenabschnitts 15 liegt. Der dritte Bezugspunkt S ist in der Bezugsebene als ein Schnittpunkt zwischen der vierten Bezugslinie 204 und einer fünften Bezugslinie 205 definiert. Die fünfte Bezugslinie 205 verläuft definitionsgemäß so, dass ein Abschnitt von ihr auf der Außenfläche der dritten stumpfkegligen Schulter 11a liegt. Der Parameter E wird im Folgenden als Länge des Knickabschnitts 15 bezeichnet (auch wenn er der Länge des Zwischenabschnitts 15 der ungequetschten Metallhülle 10 entspricht).
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Für die oben angegebenen Parameter A, B, C, T, L, D und E wurden die wirksamen Bereiche und Abmessungszusammenhänge wie folgt ermittelt.
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Als erstes wurde im Lichte der folgenden Überlegung der Zusammenhang zwischen den Parametern A, B und C festgelegt.
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Damit der Knickabschnitt 15 der Metallhülle 10 eine große Dicke C haben kann, muss der Zwischenabschnitt 15 der ungequetschten Metallhülle 10 eine entsprechend große Wanddicke haben.
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Wenn der Zwischenabschnitt 15 jedoch eine große Wanddicke hat, hat er entsprechend eine solch hohe Steifigkeit, dass es schwierig ist, den Zwischenabschnitt 15 so zu verformen, dass der Knickabschnitt 15 der Metallhülle 10 gebildet wird, wenn der zweite Endabschnitt 14 der ungequetschten Metallhülle 10 gequetscht wird, um den Quetschabschnitt 14 der Metallhülle 10 zu bilden.
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C muss daher klein sein.
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Damit des Weiteren der Quetschabschnitt 14 der Metallhülle 10 eine geringe Dicke B hat, muss der zweite Endabschnitt 14 der ungequetschten Metallhülle 10 eine entsprechend geringe Wanddicke haben.
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Wenn der zweite Endabschnitt 14 jedoch eine geringe Wanddicke hat, hat er entsprechend eine solch geringe Steifigkeit, dass er nicht mit hoher Festigkeit gequetscht werden kann, um den Quetschabschnitt 14 der Metallhülle 10 zu bilden. Infolgedessen kann der Quetschabschnitt 14 der Metallhülle 10 keine große Einschnürkraft auf die Dichtungsbauteile 61 bis 63 ausüben, was es unmöglich macht, eine hohe Gasdichtheit der Zündkerze 100 sicherzustellen.
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B muss daher groß sein, zumindest größer als C (d.h. B > C).
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Wenn des Weiteren der mehreckige, prismenförmige Abschnitt 12 der ungequetschten Metallhülle 10 eine geringere Wanddicke als der zweite Endabschnitt 14 und der Zwischenabschnitt 15 der ungequetschten Metallhülle 10 hat, wird er sich verformen, wenn der zweite Endabschnitt 14 gequetscht wird, um den Quetschabschnitt 14 der Metallhülle 10 zu bilden. Eine solche Verformung des mehreckigen, prismenförmigen Abschnitts 12 hat eine geringere Gasdichtheit der Zündkerze 100 zur Folge.
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A muss daher größer als B und C sein.
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Um eine Verformung des mehreckigen, prismenförmigen Abschnitts 12 zu verhindern und eine ausreichend hohe Steifigkeit des Quetschabschnitts 14 und die Gasdichtheit der Zündkerze 100 sicherzustellen, muss daher der folgende Abmessungszusammenhang festgelegt werden: A > B > C.
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Um noch zuverlässiger eine hohe Gasdichtheit der Zündkerze 100 sicherzustellen, wurden als zweites anhand einer experimentellen Untersuchung der genauere Zusammenhang zwischen der Dicke B des Quetschabschnitts 14 und der Dicke C des Knickabschnitts 15 festgelegt.
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Für die Untersuchung wurden Musterzündkerzen 100 mit verschiedenen Werten B und/oder C angefertigt, bei denen der Außendurchmesser des Isolators 20 9 mm, die Breite T des Spalts 60 1,35 mm, die Länge L des Spalts 60 4,5 mm, die Länge D des Quetschabschnitts 14 der Metallhülle 10 2,3 mm und die Länge E des Knickabschnitts 15 der Metallhülle 10 3,0 mm betrug.
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Mit diesen Musterzündkerzen 100 wurden bei der Untersuchung zwei verschiedene Versuche durchgeführt.
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Der erste Versuch wurde durchgeführt, um die Einschnürkraft zu messen, die der Quetschabschnitt 14 der Metallhülle 10 in der Axialrichtung der Metallhülle 10 auf die Dichtungsbauteile 61 bis 63 ausübt. Und zwar wurde im ersten Versuch auf dem Gewindeabschnitt 11 der Metallhülle 10 ein Dehnungsmessstreifen angebracht und wurde der Quetschabschnitt 14 dann von der Metallhülle 10 abgetrennt. Dann wurden die Dichtungsbauteile 61 bis 63 aus dem Spalt 60 entfernt und wurde vom Dehnungsmessstreifen der in den Gewindeabschnitt 11 eingebrachte Dehnungswert abgelesen. Danach wurde auf Basis des Dehnungswerts die Einschnürkraft berechnet.
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4A zeigt das Ergebnis des ersten Versuchs, wobei die horizontale Achse das Verhältnis B/C zwischen der Dicke B des Quetschabschnitts 14 und der Dicke C des Knickabschnitts 15 angibt, während die vertikale Achse die sich ergebende Einschnürkraft angibt.
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Wie sich aus 4A ergibt, war die Einschnürkraft beinahe konstant, als das Verhältnis B/C im Bereich 0,7 bis 1,0 lag, als mit anderen Worten die Dicke B des Quetschabschnitts 14 nicht größer als die Dicke C des Knickabschnitts 15 war. Als das Verhältnis B/C größer als 1,0 war, stieg die Einschnürkraft jedoch stark an. Als mit anderen Worten die Dicke B des Quetschabschnitts 14 größer als die Dicke C des Knickabschnitts 15 war, übte der Quetschabschnitt 14 eine große Einschnürkraft auf die Dichtungsbauteile 61 bis 63 aus.
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Wie sich aus 4A ergibt, kann also der Quetschabschnitt 14 der Metallhülle 10 bei einem Verhältnis B/C von nicht weniger als 1,1 eine ausreichend große Einschnürkraft auf die Dichtungsbauteile 61 bis 63 ausüben.
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Der zweite Versuch wurde durchgeführt, um die Leckagerate von der Innenseite der Metallhülle 10 durch ihren Quetschabschnitt 14 zu messen. Und zwar wurden die Musterzündkerzen 100 in dem zweiten Versuch jeweils auf die gleiche Weise in eine Druckkammer eingebaut, als wenn sie in einer Brennkammer eines Motors eingebaut würden. Dann wurde die Leckagerate unter Versuchsbedingungen gemessen, bei denen der Luftdruck in der Druckkammer bei 2 MPa gehalten wurde und die Temperatur der Außenseitenfläche der Druckkammer, an der die Musterzündkerze 100 angebracht war, bei 300°C gehalten wurde.
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4B zeigt die Ergebnisse des zweiten Versuchs, wobei die horizontale Achse das Verhältnis B/C zwischen der Dicke B des Quetschabschnitts 14 und der Dicke C des Knickabschnitts 15 angibt, während die vertikale Achse die sich ergebende Leckagerate angibt.
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Wie sich aus 4B ergibt, nahm die Leckagerate mit zunehmendem Verhältnis B/C ab. Als das Verhältnis B/C auf 1,0 stieg, nahm die Leckagerate auf ungefähr 1 cm3/min ab, also auf einen Wert, der unter dem Gesichtspunkt der Gasdichtheit nach JIS als zulässig angesehen wird. Als das Verhältnis B/C auf 1,1 erhöht wurde, fiel die Leckagerate zudem auf 1% des zulässigen Werts.
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Wie sich aus 4B ergibt, kann also mit einem Verhältnis B/C von nicht weniger als 1,1 eine hohe Gasdichtheit der Zündkerze 100 sichergestellt werden.
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Damit der Quetschabschnitt 14 eine ausreichend hohe Einschnürkraft auf die Dichtungsbauteile 61 bis 63 ausüben kann und eine hohe Gasdichtheit der Zündkerze 100 sichergestellt wird, wurde bei diesem Ausführungsbeispiel folglich der folgende Abmessungszusammenhang festgelegt: B ≥ 1,1 C.
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Als drittes wurde im Lichte der folgenden Überlegungen der effektive Bereich für die Dicke C des Knickabschnitts 15 der Metallhülle 10 ermittelt.
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Wie zuvor beschrieben wurde, ist die Steifigkeit des Zwischenabschnitts 15 der ungequetschten Metallhülle 10 entsprechend hoch, wenn der Zwischenabschnitt 15 eine hohe Wanddicke hat. Infolgedessen ist es schwierig, den Zwischenabschnitt 15 zu verformen, um den Knickabschnitt 15 der Metallhülle 10 zu bilden, wenn er eine entsprechend hohe Dicke C hat.
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Die Dicke C des Knickabschnitts 15 hat demnach eine Obergrenze, die bei diesem Ausführungsbeispiel bei 1,0 mm lag.
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Wenn andererseits der Zwischenabschnitt 15 der ungequetschten Metallhülle 10 eine geringe Wanddicke hat, ist die Steifigkeit des Zwischenabschnitts 15 entsprechend gering. Infolgedessen verformt sich der Zwischenabschnitt 15 zu leicht, so dass der sich ergebende Knickabschnitt 15 der Metallhülle 10 eine anormale Form und eine geringe Steifigkeit hat.
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Die Dicke C des Knickabschnitts 15 hat also eine Untergrenze, die bei diesem Ausführungsbeispiel bei 0,5 mm lag.
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Damit der Knickabschnitt 15 der Metallhülle 10 leicht gebildet werden kann und eine ausreichend hohe Steifigkeit hat, liegt die Dicke C des Knickabschnitts 15 der Metallhülle 10 folglich im Bereich 0,5 bis 1,0 mm.
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Als viertes wurde durch Experimente der effektive Bereich für die Länge D des Quetschabschnitts 14 der Metallhülle 10 bestimmt.
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Als die Länge D des Quetschabschnitts 14 größer als 4,0 mm war, stieß das Ende des Quetschabschnitts 14 gegen den Isolator 20, was zu einer Beschädigung des Isolators 20 führte.
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Als andererseits die Länge D des Quetschabschnitts 14 weniger als 0,7 mm betrug, konnte der Quetschabschnitt 14 nicht sicher den zweiten Ring 62 in dem Spalt 60 einschnüren, wodurch es unmöglich war, zwischen der Metallhülle 10 und dem Isolator 20 eine hermetische Abdichtung zu bilden.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt die Länge D des Quetschabschnitts 14 der Metallhülle 10 folglich im Bereich 0,7 bis 4,0 mm.
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Um zuverlässiger eine Beschädigung des Isolators 20 zu verhindern und die Bildung der hermetischen Abdichtung sicherzustellen, ist es vorzuziehen, dass die Länge D des Quetschabschnitts 14 im Bereich 1,5 bis 3,5 mm liegt.
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Als fünftes wurde durch Experimente der effektive Bereich für die Länge E des Knickabschnitts 15 der Metallhülle 10 bestimmt.
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Als die Länge E des Knickabschnitts 15 mehr als 4,0 mm betrug, hatte der Knickabschnitt 15 eine Wellenform und stieß dadurch gegen den Isolator 20.
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Als die Länge E des Knickabschnitts 15 dagegen weniger als 1,5 mm betrug, war es schwierig, den Knickabschnitt 15 der Metallhülle 10 durch Verformung des Zwischenabschnitts 15 der ungequetschten Metallhülle 10 zu bilden.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt die Länge E des Knickabschnitts 15 der Metallhülle 10 folglich im Bereich 1,5 bis 4,0 mm.
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Als sechstes wurden durch Experimente die effektiven Bereiche für die Länge L und Breite T des Spalts 60 ermittelt.
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Es wurde davon ausgegangen, dass die Menge des im Spalt 60 eingebetteten pulverförmigen Talks 63 mit der Länge L und Breite T des Spalts 60 (mit anderen Worten mit dem Volumen des Spalts 60) zunimmt und dass mit dieser Menge die Gasdichtheit der Zündkerze 100 zunimmt.
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Für die Experimente wurden Musterzündkerzen 100 mit unterschiedlichen Werten L und/oder T angefertigt, bei denen der Außendurchmesser des Isolators 20 9 mm, die Dicke B des Quetschabschnitts 14 der Metallhülle 10 0,95 mm, die Dicke C des Knickabschnitts 15 der Metallhülle 10 0,5 mm, die Länge D des Quetschabschnitts 14 2,3 mm und die Länge E des Knickabschnitts 15 3,0 mm betrug.
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Mit diesen Musterzündkerzen 100 wurden auf die gleiche Weise wie bei dem oben beschriebenen Leckageratenversuch zwei Versuche durchgeführt.
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Im ersten Versuch wurde die Länge L des Spalts 60 verändert, während die Breite T des Spalts 60 konstant bei 1,4 mm gehalten wurde.
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5 zeigt die Ergebnisse des ersten Versuchs, wobei die horizontale Achse die Länge L des Spalts 60 angibt, während die vertikale Achse die sich ergebende Leckagerate angibt.
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Wie in 5 zu erkennen ist, nahm die Leckagerate mit zunehmender Länge L des Spalts 60 ab. Als die Länge L des Spalts 60 auf 3,0 mm erhöht wurde, sank die Leckagerate unter den zulässigen Wert von 1 cm3/min.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde die Länge L des Spalts 60 folglich auf größer oder gleich 3,0 mm festgelegt.
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Im zweiten Versuch wurde dagegen die Breite T des Spalts 60 geändert, während die Länge L des Spalts 60 konstant bei 4,5 mm gehalten wurde.
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6 zeigt die Ergebnisse des zweiten Versuchs, wobei die horizontale Achse die Breite T des Spalts 60 angibt, während die vertikale Achse die sich ergebende Leckagerate angibt.
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Wie aus 6 hervorgeht, nahm die Leckagerate mit zunehmender Breite T des Spalts 60 ab. Als die Breite T des Spalts 60 auf 0,8 mm erhöht wurde, fiel die Leckagerate auf den zulässigen Wert von 1 cm3/min. Als die Breite T des Spalts 60 weiter auf 1,0 mm erhöht wurde, fiel die Leckagerate sogar auf 10% des zulässigen Werts.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde die Breite T des Spalts 60 folglich auf größer oder gleich 1,0 mm festgelegt.
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Wenn die Länge L und die Breite T des Spalts 60 wie oben festgelegt werden, kann also die Leckage von der Innenseite der Metallhülle 10 durch ihren Quetschabschnitt 14 unterdrückt werden, wodurch eine hohe Gasdichtheit der Zündkerze 100 sichergestellt wird.
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Zusammengefasst hat die Zündkerze 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen kompakten Aufbau, in dem der Gewindeabschnitt 11 der Metallhülle 10 die Größe M12 hat und die Breite zwischen sämtlichen sich gegenüberliegenden Seitenflächenpaaren des mehreckigen, prismenförmigen Abschnitts 12 der Metallhülle 10 nicht größer als 14 mm ist.
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Der Aufbau der Zündkerze 100 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke A des mehreckigen, prismenförmigen Abschnitts 12 der Metallhülle 10, die Dicke B des Quetschabschnitts 14 der Metallhülle 10 und die Dicke C des Knickabschnitts 15 der Metallhülle 10 den folgenden Abmessungszusammenhang erfüllen: A > B ≥ 1,1 C.
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Durch den obigen Abmessungszusammenhang wird eine ausreichend hohe Steifigkeit des Quetschabschnitts 14 sichergestellt und wird der Knickabschnitt 15 während der Bildung des Quetschabschnitts 14 leicht gebildet, während der mehreckige, prismenförmige Abschnitt 12 an einer Verformung gehindert wird.
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Infolgedessen erfahren die Dichtungsbauteile 61 bis 63 in dem Spalt 60 eine große Einschnürkraft, die von dem Quetschabschnitt 14 ausgeübt wird, so dass eine hohe Gasdichtheit der Zündkerze 100 sichergestellt wird.
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Darüber hinaus wird die Dicke C des Knickabschnitts 15 bei der Zündkerze 100 auf den Bereich 0,5 bis 1,0 mm festgelegt.
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Durch den obigen Bereich wird der Knickabschnitt 15 während der Bildung des Quetschabschnitts 14 leicht gebildet und hat eine ausreichend hohe Steifigkeit.
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Des Weiteren wird die Länge D des Quetschabschnitts 14 bei der Zündkerze 100 auf den Bereich 0,7 bis 4,0 mm festgelegt.
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Wird der obige Bereich festgelegt, wird der Quetschabschnitt 14 daran gehindert, gegen den Isolator 20 zu stoßen, und schnürt er den zweiten Ring 62 im Spalt 60 sicher ein.
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Es ist vorzuziehen, dass die Länge D des Quetschabschnitts 14 im Bereich 1,5 bis 3,5 mm liegt.
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Darüber hinaus wird die Länge E des Knickabschnitts 15 bei der Zündkerze 100 auf den Bereich 1,5 bis 4,0 mm festgelegt.
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Wird der obige Bereich festgelegt, wird der Knickabschnitt 15 während der Bildung des Quetschabschnitts 14 leicht gebildet und wird er daran gehindert, eine anormale Form zu haben und gegen den Isolator 20 zu stoßen.
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Darüber hinaus wird die Länge L des Spalts 60 bei der obigen Zündkerze 100 auf größer oder gleich 3,0 mm und seine Breite T auf größer oder gleich 1,0 mm festgelegt.
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Werden die obigen Bereiche festgelegt, wird eine große Menge des pulverförmigen Talgs 63 in dem Spalt 60 eingebettet, so dass die Leckage von der Innenseite der Metallhülle 10 durch ihren Quetschabschnitt 14 unterdrückt wird, was eine hohe Gasdichtheit der Zündkerze 100 sicherstellt.
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[Zweites Ausführungsbeispiel]
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7 zeigt den Gesamtaufbau einer Zündkerze 200 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, die zur Verwendung in Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen gedacht ist.
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Die Zündkerze 200 hat beinahe den gleichen Aufbau wie die Zündkerze 100 gemäß dem vorigen Ausführungsbeispiel. Entsprechend werden nur noch die Hauptunterschiede zwischen den Zündkerzen 100 und 200 beschrieben.
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Wie zuvor beschrieben wurde, hat die Zündkerze 100 die Metallhülle 10, in der der Gewindeabschnitt 11 die Größe M12 hat, bei der der mehreckige, prismenförmige Abschnitt 12 in jedem zur Achse Z der Metallhülle 10 senkrechten Querschnitt die Form eines Sechsecks hat und die Breite zwischen sämtlichen sich gegenüberliegenden Seitenflächenpaaren des mehreckigen, prismenförmigen Abschnitts 12 nicht größer als 14 mm ist.
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Im Vergleich dazu hat die Zündkerze 200 eine Metallhülle 10, in der der Gewindeabschnitt 11 die Größe M10 nach JIS hat, der mehreckige, prismenförmige Abschnitt 12 in jedem zur Achse Z der Metallhülle 10 senkrechten Querschnitt eine Bi-HEX 12 Form hat, wie sie in 8 gezeigt ist, und die Breite zwischen sämtlichen sich gegenüberliegenden Seitenflächenpaaren des mehreckigen, prismenförmigen Abschnitts 12 nicht größer als 12 mm ist.
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In dieser Zündkerze 200 haben die Abmessungsparameter A, B, C, D, E, T und L die gleichen Definitionen wie bei der Zündkerze 100.
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Des Weiteren wurden bei der Zündkerze 200 die obigen Parameter durch experimentelle Untersuchungen so festgelegt, dass sie die gleichen effektiven Bereiche und Zusammenhänge wie die Zündkerze 100 haben.
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So wurde der effektive Bereich für das Verhältnis B/C in der Zündkerze 200 durch die zwei Versuche festgelegt, wie sie beim vorigen Ausführungsbeispiel beschrieben wurden.
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Und zwar wurden für die Versuche Musterzündkerzen 200 mit verschiedenen Werten B und/oder C angefertigt, bei denen der Außendurchmesser des Isolators 20 7,5 mm, die Breite T des Spalts 60 1,4 mm, die Länge L des Spalts 60 4,5 mm, die Länge D des Quetschabschnitts 14 der Metallhülle 10 2,2 mm und die Länge E des Knickabschnitts 15 der Metallhülle 10 3,0 mm betrug.
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Der erste Versuch wurde durchgeführt, um die Einschnürkraft zu messen, die der Quetschabschnitt 14 der Metallhülle 10 in der Axialrichtung der Metallhülle 10 auf die Dichtungsbauteile 61 bis 63 ausübt.
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9A zeigt die Ergebnisse des ersten Versuchs, wobei die horizontale Achse das Verhältnis B/C zwischen der Dicke B des Quetschabschnitts 14 und der Dicke C des Knickabschnitts 15 angibt, während die vertikale Achse die sich ergebende Einschnürkraft angibt.
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Wie in 4A zu erkennen ist, kann der Quetschabschnitt 14 der Metallhülle 10 bei einem Verhältnis B/C von nicht weniger als 1,1 eine ausreichend große Einschnürkraft auf die Dichtungsbauteile 61 bis 63 aufbringen.
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Der zweite Versuch wurde durchgeführt, um die Leckagerate von der Innenseite der Metallhülle 10 durch ihren Quetschabschnitt 14 zu messen.
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9B zeigt die Ergebnisse des zweiten Versuchs, wobei die horizontale Achse das Verhältnis B/C zwischen der Dicke B des Quetschabschnitts 14 und der Dicke C des Knickabschnitts 15 angibt, während die vertikale Achse die sich ergebende Leckagerate angibt.
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Wie in 4B zu erkennen ist, kann durch ein Verhältnis B/C von nicht weniger als 1,1 die Leckage von der Innenseite der Metallhülle 10 durch ihren Quetschabschnitt 14 unterdrückt werden, wodurch die hohe Gasdichtheit der Zündkerze 200 sichergestellt wird.
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Bei der Zündkerze 200 wurden die Dicke B des Quetschabschnitts 14 und die Dicke C des Knickabschnitts 15 folglich so festgelegt, dass sie den folgenden Abmessungszusammenhang erfüllen: B ≥ 1,1 C.
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Dementsprechend hat auch die Zündkerze 200 gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen kompakten Aufbau, in dem die Abmessungsparameter die gleichen effektiven Bereiche und Zusammenhänge wie in der Zündkerze 100 haben, sowie eine hohe Gasdichtheit.
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[Weitere Ausführungsbeispiele]
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Es wurden zwar die oberen besonderen Ausführungsbeispiele der Erfindung aufgezeigt und beschrieben, doch wird der Praktiker und der Fachmann verstehen, dass an der Erfindung verschiedene Abwandlungen, Änderungen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne vom Grundgedanken des offenbarten Konzepts abzuweichen.
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So hat der mehreckige, prismenförmige Abschnitt 12 bei der Zündkerze 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zum Beispiel in jedem zur Achse Z der Metallhülle 10 senkrechten Querschnitt die Form eines Sechsecks (HEX). Allerdings kann er auch in jedem zur Achse Z der Metallhülle 10 senkrechten Querschnitt eine Bi-HEX Form haben.
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Entsprechend hat der mehreckige, prismenförmige Abschnitt 12 bei der Zündkerze 200 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in jedem zur Achse Z der Metallhülle 10 senkrechten Querschnitt eine Bi-HEX Form. Allerdings kann er auch in jedem zur Achse Z der Metallhülle 10 senkrechten Querschnitt die Form eines Sechsecks (HEX) haben.
