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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Stützstruktur, die bei
einer Glühkerze anzuwenden ist, die dazu im Stande ist,
das Innere von Zylindern einer Brennkraftmaschine, wie beispielsweise
einer Dieselmaschine, zu erwärmen, und betrifft insbesondere
eine Stützstruktur, die dazu im Stande ist, einen mittleren
Axialstift als ein Stiftbauteil an einem Gehäuse der Glühkerze
durch Verwenden eines Dichtungsglases, das kein Blei enthält, dichtend
zu fixieren.
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2. Beschreibung des zugehörigen
Stands der Technik
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Eine
Glühstiftkerze (auch bezeichnet als „Glühkerze")
ist eine Heizvorrichtung, die verwendet wird, um ein Starten von
Dieselmaschinen zu unterstützen. Das heißt, die
Glühkerze ist dazu im Stande, Zylinder der Dieselmaschine zu
erwärmen. Eine derartige Glühkerze ist von einem
zylindrischen metallenen Gehäuse ummantelt, in das ein
metallenes Stiftbauteil und ein Heizelement zusammen eingebaut sind.
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Der Öffnungsteil
des distalen Endes des Gehäuses ist mit einem Dichtungsglas
gefüllt, um das metallene Stiftbauteil in dem Inneren des
Gehäuses zu befestigen und das Öffnungsteil auf
der distalen Endseite des Gehäuses abzudichten. Durch das
distale Ende der metallenen Stiftbauteile, das von dem Gehäuse
hervorsteht, wird eine elektrische Energie einer äußeren
Stromquelle an dem Heizelement angelegt.
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Beispielsweise
ist in der japanischen Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr.
JP 2004-317499 ein derartiger
gewöhnlicher Aufbau der Glühkerze offenbart. Das
Dichtungsglas wird zum Isolieren des metallenen Stiftbauteils von
dem Gehäuse und den in dem Gehäuse platzierten
Komponenten verwendet, um diese an dem Gehäuse zu befestigen,
und um diese vor einem Eintreten von Gasen und Feuchtigkeit zu schützen.
Gewöhnlich ist das Dichtungsglas aus Blei enthaltendem
Glas hergestellt, welches hauptsächlich aus Bleioxid (PbO)
hergestellt ist.
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Es
ist bekannt, dass Blei enthaltendes Glas für Menschen giftig
ist. Des Weiteren, da Giftstoffe aus Industrieabfallprodukten, wie
beispielsweise elektrischen Produkten, die Blei enthaltendes Glas
verwenden, einen in hohem Maße nachteiligen Effekt auf
Wasserressourcen ausüben, ist es eine wichtige Angelegenheit, den
Umweltschutz zu bewältigen.
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Unter
Berücksichtigung eines derartigen jüngsten strengen
Erfordernisses bezüglich des Schutzes der Umwelt, ebenso wie
eines Vermeidens des Gebrauchs derartiger schädlicher Materialien,
wurden Forschungen auf verschiedenen Gebieten und Weiterentwicklungen
eines Verwendens eines Ersatzmittels des Blei enthaltenden Glases
durchgeführt. Es ist deshalb vorzuziehen, ein Ersatzmittel
für Blei enthaltendes Glas zu verwenden. Es ist vorzuziehen,
anstelle des Blei enthaltenden Glases ein Glas als ein Ersatzmittel
zu verwenden, das kein Blei enthält.
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Außerdem
existiert ein weiteres Problem darin, dass das Dichtungsglas in
einer Glühkerze durch die Plattierungslösung korrodiert
wird, wenn das metallene Stiftbauteil durch Plattieren bezüglich
Rostfreiheit oder Antikorrosion behandelt wird. Die Plattierungslösung
wird zum Plattieren des metallenen Stiftbauteils verwendet, um dieses
von der Komponente des Gehäuses, ebenso wie dem Gehäuse
selbst zu isolieren. Wenn die Korrosion auftritt, werden die metallenen
Stiftbauteile mit dem Gehäuse durch den Plattierungsüberzug,
der an der Oberfläche des Dichtungsglases ausgebildet ist,
elektrisch verbunden. Um dieses Problem zu vermeiden, verwendet
die in der
JP 2004-317499 offenbarte
Technik einen Aluminiumoxidring oder einen O-Ring, der in der Fläche
des Dichtungsglases eingebettet ist. Der Gebrauch eines derartigen
Aluminiumoxidrings oder eines O-Rings kann verhindern, dass das
metallene Stiftbauteil der Glühkerze Komponenten korrodiert,
die in der Umgebung existieren.
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Jedoch
ist es im Allgemeinen schwierig, das isolierende Bauteil mit kleinem
Durchmesser, wie beispielsweise einen Aluminiumring und einen O-Ring,
in der Glühkerze einzubetten. Somit existiert ein Bedarf, ein
Mittel zu entwickeln, das dazu im Stande ist, das Dichtungsglas
von verschiedenen Komponenten in der Glühkerze leicht zu
schützen und zu isolieren.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Stützstruktur für
ein Gehäuse und ein metallenes Stiftbauteil vorzusehen.
Die Stützstruktur wird bei einer Glühkerze von
Dieselmaschinen angewandt. Die Stützstruktur verwendet
ein Dichtungsglas, das kein Blei enthält, welches eine
Dichtungsfunktion ausübt und das metallene Stiftbauteil
von verschiedenen Komponenten, die in dem Gehäuse eingebaut
sind, leicht und sicher isoliert.
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Um
die vorstehenden Zwecke zu erreichen, sieht die Erfindung eine Stützstruktur
mit einem zylindrischen metallenen Gehäuse (H), einem metallenen
Stiftbauteil (3) und einem Dichtungsglas (2) vor.
In der Stützstruktur ist das metallene Stiftbauteil (3)
in das zylindrische metallene Gehäuse (H) eingeführt
und in diesem platziert. Ein Raum zwischen dem zylindrischen metallenen
Gehäuse (H) und dem metallenen Stiftbauteil (3)
ist mit dem Dichtungsglas (2) gefüllt. Insbesondere
verwendet die Stützstruktur der Erfindung das Dichtungsglas
(2), das aus Glas hergestellt ist, welches kein Blei enthält.
Das Dichtungsglas (2), das in der Stützstruktur
verwendet wird, hat einen Glasübergangspunkt von nicht
weniger als 250°C, einen Erweichungspunkt von nicht mehr
als 450°C, einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von
nicht mehr als 10 × 10–6.
Das metallene Stiftbauteil (3) ist an dem zylindrischen
metallenen Gehäuse (H) fest durch das Dichtungsglas (2)
durch eine Schmelzverbindungskraft bzw. Schmelzverbindungskraft
befestigt, die durch ein Schrumpfen des zylindrischen metallenen
Gehäuses (H) durch Kühlen des zylindrischen metallenen
Gehäuses (H) und eines Glasbauteils nach einem Erwärmen
des Glasbauteils auf nicht weniger als den Erweichungspunkt des
Dichtungsglases (2) erzeugt wird. Gemäß der
Stützstruktur der Erfindung, weil das Dichtungsglas (2)
kein Blei enthält, und zwar ist das Dichtungsglas (2)
aus Glas hergestellt, welches kein Blei enthält, hat es
keine Auswirkung auf die Umweltverschmutzung. Eine Glühkerze
(1) mit der erfindungsgemäßen Stützstruktur
arbeitet bei einer hohen Temperatur stabil und schützt
die Glühkerze (1), die die Stützstruktur
aufweist, dass diese die Festigkeit des Verbindungsteils zwischen
dem metallenen Stiftbauteil (als der mittlere Axialstift (3))
und dem aus Metall hergestellten zylindrischen metallenen Gehäuse
(H) verringert. Das bei der Stützstruktur verwendete Dichtungsglas
(2) hat einen kleinen linearen Ausdehnungskoeffizienten
und mit diesem wird das Stiftbauteil (als der mittlere Axialstift)
fest in dem inneren des Gehäuses befestigt.
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Gemäß einem
anderen Gesichtspunkt der Erfindung ist eine Glühkerze
(1) vorgesehen, die die vorstehend definierte Stützstruktur,
ein Heizelement (4) und eine Buchse (51) aufweist.
Die Stützstruktur hat das zylindrische metallene Gehäuse
(H), das metallene Stiftbauteil (3), wie es vorstehend
definiert wurde. Das Heizelement ist elektrisch mit dem metallenen
Stiftbauteil (3) verbunden und ein Teil des Heizelements
(4) steht von dem zylindrischen metallenen Gehäuse
(H) vor. Die Buchse (51) ist an dem Ende der Seite der Öffnung des
zylindrischen metallenen Gehäuses (H) befestigt. Bei der
erfindungsgemäßen Glühkerze (1)
ist das metallene Stiftbauteil (3) aufgebaut, um an einer
Endseite von diesem von dem zylindrischen metallenen Gehäuse
(H) durch die Buchse (51) vorzustehen und ist der vorstehende
Teil des metallenen Stiftbauteils (3) von dem zylindrischen
metallenen Gehäuse (H) ein elektrischer Anschluss, durch
den elektrischer Strom von einer außenliegenden Stromquelle
zu dem Heizelement (4) zugeführt wird. Dadurch
kann die Stützstruktur bei der Glühkerze (1)
verwendet werden. Es ist dabei möglich, das metallene Stützbauteil
(3) (als der mittlere Axialstift), durch das ein elektrischer
Strom von einer außenliegenden Stromquelle in das Heizelement
(4) in die Glühkerze (1) zugeführt
wird, in dem zylindrischen metallenen Gehäuse (H) sicher
zu stützen und das metallene Stiftbauteil (3)
von dem zylindrischen metallenen Gehäuse (H) zu isolieren.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Ein
bevorzugtes, nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird mittels eines Beispiels unter Bezugnahme auf
die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1A eine
Schnittansicht ist, die den Gesamtaufbau einer Glühkerze
mit einer Stützstruktur gemäß einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
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1B eine
vergrößerte teilweise Schnittansicht ist, die
ein Dichtungsteil als ein Hauptteil der Glühkerze gemäß dem
Ausführungsbeispiel zeigt, die in 1A gezeigt
ist;
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2A ein
experimentelles Ergebnis eines Stift-Moment-Tests der Glühkerze
gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt,
das in 1A und 1B gezeigt
ist;
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2B eine
experimentelle Ansicht für den Stift-Moment-Test der Glühkerze
gemäß dem Ausführungsbeispiel ist, das
in 1A und 1B gezeigt
ist; und
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3 das
Ergebnis einer FEM-Analyse der Glühkerze gemäß dem
Ausführungsbeispiel zeigt, das in 1A und 1B gezeigt
ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Nachstehend
werden verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
In der folgenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele
bezeichnen gleiche Bezugszeichen oder Nummern gleiche oder äquivalente
Komponententeile über die verschiedenen Darstellungen.
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Ausführungsbeispiel
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Eine
Beschreibung einer Stützstruktur und einer Glühkerze
mit der Stützstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel
wird nun unter Bezugnahme auf die 1A–1B, 2A–2B und 3 gegeben.
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1 ist eine Schnittansicht, die die gesamte
Glühkerze 1 mit dem erfindungsgemäßen
Stützaufbau zeigt. Die Glühkerze, die die Stützstruktur
eingearbeitet hat, wird bei Brennkraftmaschinen angewandt, wie beispielsweise
Dieselmaschinen.
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Wie
es in 1A gezeigt ist, hat die Glühkerze 1 ein
metallenes Gehäuse H (oder ein zylindrisches metallenes
Gehäuse H), einen mittleren Axialstift 3 (oder
ein metallenes Stiftbauteil), und ein Heizelement 4. Der
mittlere Axialstift 3 (oder ein mittleres Stiftbauteil)
ist in dem metallenen Gehäuse H gestützt und in
diesem befestigt. Die Heizeinrichtung 4 ist mit dem mittleren
Axialstift 3 in dem Metallgehäuse H eingebaut.
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Ein
Dichtungsteil 11 ist an einem Endteil des oberen Öffnungsteils
H1 (auch bezeichnet als „Öffnungsteil H1 des oberen
Endes") in dem Gehäuse H1 ausgebildet. In dem Dichtungsteil 11 ist
ein Teil zwischen dem mittleren Axialstift 3 und dem metallenen
Gehäuse H mit einem Dichtungsglas 2 gefüllt.
Der mittlere Axialstift 3 ist an dem metallenen Gehäuse
H durch Schweißen oder Schmelzverbinden des Dichtungsglases 2 befestigt.
Insbesondere ist das Dichtungsglas bei dem Stützmechanismus
gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung
aus einem Glas hergestellt, welches kein Blei enthält.
Ein solches Glas wird auch als das „Glas, das kein Blei
enthält" bezeichnet.
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Das
Gehäuse H hat eine in etwa zylindrische Form. Ein Schraubenteil
ist an der mittleren äußeren Umfangsfläche
des metallenen Gehäuses H ausgebildet. Die Glühkerze 1 wird
durch das Schraubenteil an jedem Zylinder einer Dieselmaschine montiert.
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Der
distale Endteil 31 des mittleren Axialstifts 3 steht
von dem Öffnungsteil H1 des oberen Endes des metallenen
Gehäuses H hervor und dessen vorderes Ende ist an dem Heizelement 4 durch
ein metallenes Anschlussbauteil 42 verbunden.
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Das
Heizelement 4 ist ein bekanntes keramisches Heizelement.
Eine Hülse 41 stützt den Außenumfang
des Heizelements 4. Ein vorderer Heizeinrichtungsteil des
Heizelements 4, welcher nicht von der Hülse 41 abgedeckt
ist, ist in das Innere des Zylinders der Dieselmaschine ausgesetzt.
Der distale Endteil 31 des mittleren Axialstifts 3,
der von dem Gehäuse H vorsteht, wirkt als ein elektrischer
Anschluss. Eine außen befindliche Stromzufuhr (nicht gezeigt)
führt dem Heizelement durch den distalen Endteil 31 des
mittleren Axialstifts 3 elektrischen Strom zu. Das Heizelement 4 wird
dadurch erhitzt. Das keramische Heizelement hat für gewöhnlich
einen Aufbau, bei dem eine U-förmige leitfähige
Keramik in einen Hauptkörper eingebettet ist, der aus einer
Isolationskeramik hergestellt ist.
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Das
Gehäuse H und der mittlere Axialstift 3 sind aus
einem Stahlbauteil oder einem Kohlenstoffstahl hergestellt. Zumindest
die äußere Umfangsfläche des Gehäuses
H und der mittlere Axialstift 3 werden durch Plattieren
für eine Rostbeständigkeit oder Antikorrosion
behandelt. Das heißt, die Außenumfangsfläche
von zumindest dem Gehäuse H und dem mittleren Axialstift 3 ist
mit einem Antikorrosionsplattierungsfilm beschichtet. Nach einem
Beenden des Plattierungsprozesses wird eine aus Synthetikharz hergestellte
Buchse 51 an dem Außenumfang des distalen Endteils
des mittleren Axialstifts 3 montiert und dann wird eine
Nut 52 mit dem distalen Endteil 31 des mittleren
Axialstifts 3 in Eingriff gebracht, um das obere Endöffnungsteil
H1 des Gehäuses H dicht zu befestigen.
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1B ist
eine vergrößerte teilweise Schnittansicht, die
das Dichtungsteil als ein Hauptteil der Glühkerze 1 zeigt,
die die Stützstruktur hat, die in 1A gezeigt
ist. Wie es in 1B gezeigt ist, ist der Innendurchmesser
des oberen Endteils, und zwar bei der distalen Endseite des mittleren
Axialstifts 3 in dem Gehäuse H, das das Dichtungsteil 11 bildet,
größer als der Durchmesser eines anderen Teils
des Gehäuses H.
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Wie
es in 1B gezeigt ist, ist der isolierende
Keramikring 6 an einem stufenartigen Teil H2 in dem Gehäuse
H in Kontakt gebracht und platziert. Das heißt, der isolierende
Keramikring 6 wird durch das innere Teil des oberen Endteils
des Gehäuses H gestützt. Der isolierende Keramikring 6 ist
an der Außenumfangsfläche des mittleren Axialstifts 3 montiert
und wirkt als ein Positionierungsbauteil in dem Gehäuse
H. Der mittlere Axialstift 3 ist vollständig von
dem Gehäuse H durch den isolierenden Keramikring 6 isoliert.
Des Weiteren stützt der isolierende Keramikring 6 die
untere Endfläche des Dichtungsglases 2. Der isolierende
Keramikring 6 verhindert, dass das Dichtungsglas eine unebene
Fläche des Dichtungsglases 2 ausbildet, die durch
Tropfen des geschmolzenen Dichtungsglases 2 in dem Raum
zwischen dem mittleren Axialstift 3 und dem Gehäuse
H bewirkt wird. Dies kann ein Abnehmen der Festigkeit der Glühkerze 1 und
das Auftreten eines Dichtungsfehlers in der Glühkerze 1 vermeiden.
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Weil
der isolierende Keramikring 6 fest an dem Gehäuse
H durch das Dichtungsglas 2 befestigt ist, ist es akzeptabel
dass der isolierende Keramikring 6 aus isolierendem Keramikmaterial
hergestellt ist, wie z. B. Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Titanoxid,
Siliziumoxid, Siliziumnitrid und Aluminiumnitrid.
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Das
Dichtungsglas 2 ist aus Glas hergestellt, das im Wesentlichen
kein Blei enthält.
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Der
Glasübergangspunkt des Dichtungsglases 2 ist nicht
weniger als 250°C, und der Erweichungspunkt von diesem
ist nicht mehr als 450°C und ein linearer Ausdehnungskoeffizient
von diesem ist nicht mehr als 10 × 10–6.
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Weil
die gewöhnliche Temperatur des Motorraums bei einem modernen
Fahrzeug 200°C oder mehr wird, ist es wünschenswert,
das Dichtungsglas 2 zu verwenden, das einen Glasübergangspunkt
(Temperatur) von 250°C oder mehr hat.
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Weil
der Stützmechanismus gemäß dem Ausführungsbeispiel
das Dichtungsglas 2 mit hohem Erweichungspunkt verwendet,
wird dann, wenn eine Schweiß- oder Schmelzverbindungstemperatur
des Dichtungsglases 2 hoch wird, karbonhaltiger Stahl angelassen,
der das Gehäuse H und den mittleren Axialstift 3 ausbildet.
Dieses Anlassphänomen verringert die Festigkeit. Es ist
deshalb wünschenswert, das Dichtungsglas zu verwenden,
dessen Erweichungspunkt (Temperatur) nicht höher als 450°C
ist, welches einen geringeren Einfluss auf die Metallfestigkeit
hat.
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Ferner,
um die thermische Schmelzverbindungskraft nach einem Abdichten beizubehalten,
nämlich, um die Stützfestigkeit für den
mittleren Axialstift 3 in dem Gehäuse 3 beizubehalten,
verwendet die Glühkerze 1 gemäß dem
Ausführungsbeispiel das Dichtungsglas 2, dessen
linearer Ausdehnungskoeffizient nicht größer als
10 × 10–6 ist, welcher
kleiner als derjenige von gebräuchlichem Stahl ist.
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Konkret
ist das Dichtungsglas 2 aus Glas, das Bi2O3 mit 65 bis 80 Gew.-% enthält,
oder aus Glas hergestellt, das SnO2 und
P2O5 von 65 bis
80 Gew.-% enthält.
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Es
ist möglich, dass das Dichtungsglas 2 gebräuchliche
Glaskomponenten wie beispielsweise Al2O3, SiO2, ZnO enthält,
solange die gewünschte vorstehend beschriebene Eigenschaft
erhalten wird. Beispielsweise wird ein Schweißen (oder
Schmelzverbinden) des Dichtungsglases 2, mit dem der mittlere
Axialstift 3 fest an dem Gehäuse H befestigt wird,
durch die folgenden Schritte ausgeführt.
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Das
Heizelement 4 und der mittlere Axialstift 3, die
im Voraus zusammengebaut werden, werden in das Gehäuse
H eingeführt und platziert.
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Der
isolierende Keramikring 6 ist in dem Inneren des Gehäuses
H montiert und das Dichtungsglas 2 wird an der oberen Fläche
des Isolationskeramikrings 6 platziert. Es ist möglich,
eine Pelletform des Dichtungsglases 2 zu verwenden. Es
ist wünschenswert, ein stabförmiges Dichtungsglas
zu verwenden. Dies erleichtert die Arbeit und vermeidet die Ausbildung
einer unebenen Fläche nach einem Beenden des Schweißens,
nämlich dem Schmelzverbindungsschritt. Das heißt,
wenn das Dichtungsglas 2 durch Erwärmen auf eine
vorbestimmte Schmelzverbindungstemperatur geschmolzen ist, wird
der Raum zwischen dem mittleren Axialstift 3 und dem Gehäuse
H mit dem geschmolzenen Dichtungsglas 2 ohne jeglichen
Raum gefüllt. Während die Temperatur des geschmolzenen
Dichtungsglases 2 allmählich auf Raumtemperatur
verringert wird, wird der mittlere Axialstift 3 fest durch
das gehärtete Dichtungsglas 2 an dem Gehäuse
H befestigt. Zu dieser Zeit wird die Höhe der oberen Fläche
des Dichtungsglases 2 leicht verringert.
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Je
höher die Schmelzverbindungstemperatur wird, umso mehr
nimmt die Festigkeit des mittleren Axialstifts 3 und des
Gehäuses H ab, und es ist wünschenswert, dass
die Schmelzverbindungstemperatur höher als der Glaserweichungspunkt
ist und nicht höher als 600°C ist, beispielsweise
bei 500°C.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, weil eingestellt
ist, dass der lineare Ausdehnungskoeffizient des Dichtungsglases 2 kleiner
ist als derjenige des Gehäuses H und des mittleren Axialstifts 3,
ist es möglich, den mittleren Axialstift 3 durch
eine Schmelzverbindungskraft an dem Gehäuse H zu befestigen,
die von dem Gehäuse H auf beide von dem Dichtungsglas 2 und
dem mittleren Axialstift 3 aufgebracht wird. Eine derartige
Schmelzverbindungskraft wird durch Schrumpfen des Gehäuses
H erzeugt, wenn es abkühlt, nachdem es durch Erwärmen
thermisch ausgedehnt wurde.
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Eine
isolierende Schutzschicht 7 wird an der oberen Endseite
des Dichtungsglases 2 ausgebildet. Die Gegenwart der isolierenden
Schutzschicht 7 schützt das Dichtungsglas 2 vor
der Antirostplattierungslösung. Diese isolierende Schutzschicht 7 ist
aus gehärtetem Flüssiggummi oder Flüssigharz
hergestellt.
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Die
isolierende Schutzschicht 7 wird leicht mit einem Flüssiggummi
oder Flüssigharz ausgebildet, indem es auf die obere Fläche
des Dichtungsglases 2 gegossen wird, so dass das Dichtungsglas
mit dem Flüssiggummi oder Flüssigharz abgedeckt
ist, nachdem ein geformtes Bauteil, welches das Dichtungsglas 2 wird, während
des Schmelzverbindungsprozesses an der Innenseite des Gehäuses
H platziert wurde. Der Flüssiggummi oder das Flüssigharz
wird dann gehärtet.
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Der
Flüssiggummi ist beispielsweise aus RTV-Gummi (bei Raumtemperatur
vulkanisierbarer Gummi) hergestellt. Weil dieser RTV-Gummi billig
ist und leicht ausgehärtet wird, verwenden viele Anwendungsgebiete RTV-Gummi.
Insbesondere ist mit Silikon-RTV-Gummi leicht zu arbeiten und hat
dieser eine überragende Benetzbarkeit und eine höhere
Wärmebeständigkeit. Anstelle von RTV-Gummi oder
-Harz ist es möglich, Gummi oder Harz zu verwenden, wie
beispielsweise Flüssigepoxydharz und dergleichen, das dazu
im Stande ist, durch eine Wärmeenergie auszuhärten,
die bei dem vorstehend beschriebenen Schmelzverbindungsprozess erzeugt
wird, nachdem der Flüssiggummi oder das Flüssigharz
auf die Fläche des Dichtungsglases 2 aufgebracht
ist.
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Weil
das Glas, das kein Blei enthält, das in der Glühkerze 1 gemäß dem
Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird, eine
hohe Viskosität aufweist, besteht die Möglichkeit
eines Erzeugens von Bläschen, wenn das Dichtungsglas 2 an
dem aus Keramik hergestellten Isolationsring platziert wird, wie
bei einer gewöhnlichen Glühkerze. Dies liegt daran,
weil es schwierig ist, Luft von dem Inneren des Gehäuses
H entweichen zu lassen, wenn das Innere des Gehäuses H
durch den Abdichtungsschritt eine hohe Temperatur erhält.
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Andererseits
kann der Gebrauch der isolierenden Schutzschicht 7, die
aus Flüssiggummi oder Flüssigharz hergestellt
ist, die erzeugten Luftbläschen entweichen lassen und dadurch
verhindern, dass die Luftbläschen in dem Gehäuse
H verbleiben.
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Wie
Aluminiumoxidringe und O-Ringe sieht der Gebrauch der isolierenden
Schutzschicht 7, die aus Flüssiggummi oder Flüssigharz
hergestellt ist, des Weiteren eine leichte Teilekontrolle und das
Durchführen eines einfachen Montageschritts nach dem Plattierungsschritt
vor.
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Es
ist wünschenswert, dass der dünnste Teil der isolierenden
Schutzschicht 7 die Dicke „Si" von nicht weniger
als 0,1 mm hat, um es vor der Plattierungslösung und der
Korrosionskomponente in der Plattierungslösung zu schützen.
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Die
Ausbildung eines Raums von nicht weniger als 0,1 mm zwischen der
isolierenden Schutzschicht 7 und dem Dichtungsglas 2 kann
die isolierende Schutzschicht 7 vor der Ausdehnung des
Dichtungsglases 2 schützen.
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Ein
Teil 32 mit kleinem Durchmesser ist an dem Endteil des
mittleren Axialstifts 3 bei dem Ausbildungsteil der isolierenden
Schutzschicht 7 ausgebildet und ein Teil H3 mit großem
Durchmesser von dem mittleren Axialstift 3 ist bei der
Innenfläche des Gehäuses H ausgebildet, und es
ist leicht möglich, die isolierende Schutzschicht 7,
die aus dem gehärteten Flüssiggummi oder -Harz
hergestellt ist, in dem Gehäuse H stabil zu stützen.
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Die
Ausbildung des Teiles 32 mit kleinem Durchmesser und des
Teils H3 mit großem Durchmesser bietet aufgrund eines einfachen
Passens des isolierenden Keramikrings 6 durch dessen Eigengewicht
eine leichte Montage des isolierenden Keramikrings 6 in
dem Gehäuse H.
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Um
die Stützkraft des mittleren Axialstifts 3 durch
den Sinter- und Einpassschritt beizubehalten, wird die Abmessung
von jedem Teil des Dichtungsteils 11 eingestellt. Beispielsweise
ist es notwendig, den Außendurchmesser von nicht weniger
als 2,5 mm von dem mittleren Axialstift 3 zu haben, um
das Moment und die Zugkraft beizubehalten, die auf den mittleren
Axialstift 3 aufgebracht werden. In diesem Fall ist es
wünschenswert, dass die Dichtungslänge des Dichtungsteils 11 nicht
weniger als 2,0 mm ist, und dass der Außendurchmesser des
Gehäuses H nicht weniger als 7,0 mm ist, um die vorstehend
beschriebene Sinter-Einpasskraft beizubehalten.
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Die
Dichtungslänge des Dichtungsteils 11 ist die Länge
des Teils, bei dem die Sinter-Einpass-Kraft in der axialen Richtung
beibehalten wird. Wie es in 1B gezeigt
ist, wird diese Dichtungslänge von dem unteren Endteil
des Dichtungsglases 2, welches mit dem isolierenden Keramikring 6 in
Kontakt gebracht ist, zu dem Endteil des Teils 32 mit kleinem
Durchmesser des mittleren Axialstifts 3 gemessen.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel ist beispielsweise der Außendurchmesser
des mittleren Axialstifts 3 4,0 mm, ist der Außendurchmesser
des Teils 32 mit kleinem Durchmesser 3,5 mm, welches der
kleinste Durchmesser ist, und ist die Dichtungslänge des
Dichtungsteils 11 des mittleren Axialstifts 3 5,0
mm. Die Dichtungslänge des Dichtungsteils 11 entspricht
der Länge der Schmelzverbindungsschicht in dem Dichtungsglas 2,
wie es in 2 gezeigt ist. Ferner ist
der Außendurchmesser des Gehäuses H 11,0 mm und
ist die Dicke „Si" der isolierenden Schutzschicht 7 0,2
mm.
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Es
ist wünschenswert, dass die Dichtungslänge des
Dichtungsteils 11 innerhalb eines Bereichs von 2,0 mm bis
7,0 mm (und noch wünschenswerter innerhalb eines Bereichs
von 2,0 mm bis 5,0 mm) liegt, dass der Außendurchmesser
des mittleren Axialstifts 3 nicht weniger als 2,5 mm (und
noch wünschenswerter innerhalb eines Bereichs von 2,5 mm
bis 4,0 mm) liegt, dass der Durchmesser des Gehäuses H
nicht kleiner als 7,0 mm ist, und dass die Dicke der isolierenden
Schutzschicht 7 innerhalb eines Bereichs von 0,1 mm bis
5,0 mm (und noch wünschenswerter innerhalb eines Bereichs
von 0,1 mm bis 0,2 mm) liegt.
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(Auswertungsergebnis)
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Als
nächstes wird eine Beschreibung der Ergebnisse eines Auswertungstests
für verschiedene Arten der Glühkerze gemäß der
Erfindung und für einen gewöhnlichen Fall gegeben.
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Der
Auswertungstest hat die zwei Arten einer Glühkerze 1 gemäß der
Erfindung, welche den Aufbau hat, der in 1A und 1B gezeigt
ist, ausgewertet. Diese zwei Arten einer Glühkerze 1 der
Erfindung haben das Dichtungsglas 2, das die folgenden
Materialien verwendet.
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Das
Glas der einen Art war aus Bi2O3 mit
65 bis 80 Gew.-% hergestellt und das Glas der anderen Art wurde
aus SnO2 und P2O5 mit 65 bis 80 Gew.-% hergestellt.
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Tabelle
1 zeigt physikalische Eigenschaften (wie beispielsweise Glasübergangspunkt,
Erweichungspunkt und linearer Ausdehnungskoeffizient) von diesen
Gläsern vom Typ 1 und Typ 2 und von einem herkömmlichen
Glas, das Blei enthält. In Tabelle 1 enthält das
Dichtungsglas bei dem gewöhnlichen Beispiel Blei.
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Ferner
wurde ein Momenttest für den mittleren Axialstift in der
Glühkerze für jedes Beispiel durchgeführt,
um die Schmelzverbindungskraft jeder Probe auszuwerten. Das Auswertungsergebnis
ist in der folgenden Tabelle 1 gezeigt.
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Wie
es in 2B gezeigt ist, wurde der Momenttest
durch Anlegen eines vorbestimmten Torsionsbetrags an den mittleren
Axialstift 3 jeder Probe in seiner Drehrichtung durchgeführt
und es wurde geprüft, ob ein Abtrennen des Schmelzverbindungsteils
von der Komponente in jeder Probe auftritt oder nicht, und ob ein
Brechen auftritt oder nicht.
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2A zeigt
die Beziehung bei den linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen
dem Dichtungsglas
2 in der Glühkerze
1 gemäß dem
Ausführungsbeispiel und gewöhnlichem Stahl. Tabelle 1
| | Herkömmliches Beispiel | (vorliegende
Erfindung) |
| Typ
1 | Typ
2 |
| Rohmaterial (Gew.-%) | Pb2O3 | Bi2O3 | SnO2 + P2O5 |
| von
Dichtungsglas | 60 | 65–80 | 65–80 |
| Glasübergangspunkt (°C) | 305 | 356 | 273 |
| Erweichungspunkt (°C) | 343 | 398 | 339 |
| Linearer
Ausdehnungskoeffizient | 6,9 × 10–6 | 7,3 × 10–6 | 6,4 × 10–6 |
| Schmelzverbindungsstärkentest | 4
N·m | 4
N·m | 4
N·m |
| (Bruch eines
mittleren Axialstifts) |
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Wie
es in der Tabelle 1 klar gezeigt ist, ist der mittlere Axialstift 3 bei
dem Schmelzverbindungsfestigkeitstest gebrochen, bevor die Schmelzverbindungsschicht
in dem Dichtungsglas 2 von dem Gehäuse H getrennt
war, und zwar bei Typ 1 und Typ 2. Dies bedeutet, dass der Schmelzverbindungsteil
des Dichtungsglases 2 bei dem Dichtungsteil 11 fest
mit dem Gehäuse H verbunden ist. Ferner hat das herkömmliche
Beispiel, das das Blei enthaltende Glas verwendet auch das gleiche
Ergebnis. Darüber hinaus, weil die physikalischen Eigenschaften
(wie beispielsweise der Glasübergangspunkt, der Erweichungspunkt
und der lineare Ausdehnungskoeffizient) des Dichtungsglases in der
Glühkerze gemäß der Erfindung in etwa
gleich denjenigen des herkömmlichen Beispiels sind, das
das Blei enthaltende Glas verwendet, ist es möglich, dass
die Glühkerze das Dichtungsglas verwendet, das kein Blei
enthält, ohne dass die Verbindungsfestigkeit des Gehäuses
zu dem Dichtungsteil 11 hin abnimmt, welches der Schmelzverbindungsschicht
des Dichtungsglases 2 entspricht.
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2B zeigt
klar, dass das Dichtungsglas 2 von jedem Typ 1 und Typ
2 den linearen Ausdehnungskoeffizienten hat, der kleiner als derjenige
von gewöhnlichem Stahl ist (10 × 10–6).
Das Dichtungsglas, das aus Blei enthaltendem Glas hergestellt ist,
bei dem herkömmlichen Beispiel, hat die gleiche Eigenschaft
von Typ 1 und Typ 2, und zwar hat es den kleineren linearen Ausdehnungskoeffizienten
als denjenigen von gewöhnlichem Stahl (10 × 10–6).
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3 zeigt
das Ergebnis einer FEM-Analyse eines Oberflächendrucks
oder einer Oberflächenspannung (Schmelzverbindungskraft),
die von dem Gehäuse H auf den mittleren Axialstift 3 und
das Dichtungsglas 2 aufgebracht wird, nachdem der Schmelzverbindungsprozess
beendet ist. Das heißt, es kann aus 3 erkannt
werden, dass die starke Verbindung auf die Außenumfangsfläche
des mittleren Axialstifts 3 und die Außenumfangsfläche
des Dichtungsglases 2 durch das Schrumpfen des Gehäuses
H aufgebracht wird, wenn es nach einer thermischen Ausdehnung abkühlt.
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Das
heißt, wenn der lineare Ausdehnungskoeffizient des Dichtungsglases 2 kleiner
als derjenige von gewöhnlichem Stahl (10 × 10–6) ist, ist es möglich,
die Stützfestigkeit des mittleren Axialstifts 3 durch
die Schmelzverbindungsspannung beizubehalten.
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Andererseits,
wenn der lineare Ausdehnungskoeffizient des Dichtungsglases 2 gleich
zu oder größer als derjenige von gewöhnlichem
Stahl (10 × 10–6) ist,
ist es schwierig, die Stützstärke des mittleren
Axialstifts 3 zu erhalten, weil der Oberflächendruck
(als die Schmelzverbindungskraft) Null wird.
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Als
nächstes wird nun eine Beschreibung des Auswertungsergebnisses
des Momenttests des mittleren Axialstifts in der Glühkerze
gegeben, die den in 1A und 1B gezeigten
Aufbau besitzt, wenn die Länge des Dichtungsteils 11 in
dem Dichtungsglas 2 geändert wird. Der Test wertete
die Glühkerzen aus, die das Dichtungsteil 11 mit
verschiedenen Längen wie beispielsweise 5,0 mm (gezeigt
in 1B), 1,0 mm und 2,0 mm haben.
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Die
folgende Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse des Momenttests für
den mittleren Axialstift. Tabelle 2
| Länge
(mm) eines Schmelzverbindungsteils im Dichtungsglas 2 (entsprechend
dem Dichtungsteil 11 in dem Gehäuse H) | Ergebnisse |
| 1,0 | Δ |
| 2,0 | O |
| 5,0 | O |
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Wie
es aus der Tabelle 2 klar ersichtlich ist, haben die Glühkerze
mit dem Dichtungsteil 11 mit einer Länge von 2,0
mm und die Glühkerze mit dem Dichtungsteil 11 mit
einer Länge von 5,0 mm das gleiche Ergebnis (gekennzeichnet
durch das „O"). In denjenigen Fällen ist der mittlere
Axialstift 3 abgebrochen, bevor sich das Schmelzverbindungsteil
des Dichtungsglases von dem Gehäuse H trennt.
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Andererseits,
bei der Glühkerze, die das Dichtungsteil 11 mit
einer Länge von 1,0 mm besitzt, trennte sich das Schmelzverbindungsteil
des Dichtungsglases 2 bei einem Teil des Dichtungsteils 11.
Das heißt, die vorstehenden experimentellen Ergebnisse
zeigen klar, dass es wünschenswert ist, das Dichtungsteil
mit einer Länge auszubilden, die nicht weniger als 2,0
mm ist, um die Stütz-(oder Verbindungs-)kraft des mittleren
Axialstifts 3 ausreichend beizubehalten.
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Wie
es vorstehend beschrieben ist, ist es gemäß der
Erfindung möglich, das Dichtungsglas 2, das aus Glas
hergestellt ist, welches kein Blei enthält, bei der Glühkerze
einer Dieselmaschine zu verwenden, um den mittleren Axialstift 3 fest
an dem Gehäuse H zu befestigen. Es ist ferner möglich,
die Oberfläche des Dichtungsglases, die mit dem mittleren
Axialstift und dem Gehäuse H in der Glühkerze
in Berührung ist, sicher zu schützen und auch
die elektrische Isolation zwischen dem mittleren Axialstift und
dem Gehäuse H beizubehalten.
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Die
Stützstruktur mit dem vorherig beschriebenen Aufbau gemäß der
Erfindung kann bei verschiedenen anderen Vorrichtungen als der Glühkerze
für Dieselmaschinen mit den gleichen Wirkungen der Erfindung angewandt
werden.
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(Wirkungen)
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Eine
Beschreibung der Wirkungen der Stützstruktur der Erfindung
wird nun gegeben.
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Bei
der Stützstruktur sind als weiterer Gesichtspunkt der Erfindung
das metallene Stiftbauteil und das zylindrische metallene Gehäuse
aus Stahl oder Kohlenstoffstahl hergestellt. Das Dichtungsglas kann
die gewünschte Befestigungsleistung zwischen dem Stiftbauteil
(als mittlerer Axialstift) und dem Gehäuse H vorsehen.
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Bei
der Stützstruktur enthält als weiterer Gesichtspunkt
der Erfindung das Dichtungsglas Bi2O3 zu 65 bis 80 Gew.-%.
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Bei
der Stützstruktur enthält als weiterer Gesichtspunkt
der Erfindung das Dichtungsglas SnO2 und P2O5 zu 65 bis 80
Gew.-%.
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Bei
der Stützstruktur hat als weiterer Gesichtspunkt der Erfindung
das Dichtungsglas einen Glasdichtungsteil von nicht weniger als
2,0 mm, an dem das metallene Stiftbauteil mit dem zylindrischen
metallenen Gehäuse verbunden ist.
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Es
ist wünschenswert, dass die Dichtungslänge des
Glasdichtungsteils innerhalb eines Bereichs von 2,0 mm bis 7,0 mm,
und noch wünschenswerter innerhalb eines Bereichs von 2,0
mm bis 5,0 mm ist.
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Es
ist wünschenswert, den Aufbau der vorstehenden Stützstruktur
zu haben, um die Stützfestigkeit des Stiftbauteils (als
der mittlere Axialstift) beizubehalten.
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Bei
der Stützstruktur als ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung
ist ein Außendurchmesser des metallenen Stiftbauteils bei
dem Glasdichtungsteil nicht kleiner als 2,5 mm und liegt noch wünschenswerter
innerhalb eines Bereichs von 2,5 mm bis 4,0 mm. Der Außendurchmesser
des zylindrischen metallenen Gehäuses bei dem Glasdichtungsteil
ist nicht weniger als 7,0 mm. Es ist wünschenswert, den Aufbau
der vorstehenden Stützstruktur zu haben, um die Stützstärke
des Stiftbauteils (als mittlerer Axialstift) beizubehalten.
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Die
Stützstruktur hat als weiterer Gesichtspunkt der Erfindung
ferner einen isolierenden Keramikring. Der isolierende Keramikring
ist mit einem stufenweisen Teil H2 in Kontakt gebracht und bei diesem
platziert, welcher ein Teil mit unterschiedlichem Durchmesser ist,
welcher im Inneren des zylindrischen metallenen Gehäuses
H ausgebildet ist, und ist auch mit einem Endteil des Dichtungsglases
in Kontakt gebracht. Der isolierende Keramikring kann das metallene
Stiftbauteil stützen und das metallene Stiftbauteil von
dem zylindrischen metallenen Gehäuse elektrisch isolieren.
Durch die Anwesenheit des isolierenden Keramikrings ist das Stiftbauteil
(als mittlerer Axialstift) mit großer Sicherheit positioniert
und in dem Gehäuse gestützt, während
das Dichtungsglas geschmolzen wird. Die Anwesenheit des isolierenden
Keramikrings verhindert, dass etwas von dem geschmolzenen Dichtungsglas
während des Herstellens der Glühkerze tropft und
verhindert das Auftreten einer unebenen Fläche des Dichtungsglases
und es ist dadurch möglich zu vermeiden, dass die Festigkeit des
Dichtungsglases abnimmt und dass eine Dichtungsfehlfunktion auftritt.
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Die
Stützstruktur hat als ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung
ferner die isolierende Schutzschicht, die aus gehärtetem
Flüssiggummi oder Flüssigharz hergestellt ist,
der bzw. das dazu im Stande ist, die Endfläche des Dichtungsglases
bei dem öffnungsseitigen Ende des zylindrischen metallenen
Gehäuses zu schützen. Die Verwendung von Flüssiggummi
oder Flüssigharz ermöglicht es, dass die Isolationsschutzschicht leicht
an dem Dichtungsglas ausgebildet werden kann, indem er bzw. es auf die
Fläche des Dichtungsglases gegossen wird und dann gehärtet
wird.
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Bei
der Stützstruktur als weiterer Gesichtspunkt der Erfindung
ist der Flüssiggummi ein bei Raumtemperatur vulkanisierbarer
Gummi (RTV-Gummi). Weil der RTV-Gummi leicht zu verwenden ist, wird
es ermöglicht, dass die isolierende Schutzschicht einfach
und billig ausgebildet wird.
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Bei
der Stützstruktur ist als weiterer Gesichtspunkt der Erfindung
eine dünnste Dicke der isolierenden Schutzschicht nicht
weniger als 0,1 mm. Es ist wünschenswert, dass diese dünne
Dicke der isolierenden Schutzschicht innerhalb eines Bereichs von
0,1 mm bis 5,0 mm ist und noch wünschenswerter innerhalb
eines Bereichs von 0,1 mm bis 0,2 mm ist. Dieser Aufbau schützt
die Fläche des Dichtungsglases und schützt die Fläche
des Dichtungsglases vor einer Plattierungslösung.
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Während
spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung detailliert
beschrieben wurden, wird von Fachleuten erkannt werden, dass verschiedene
Abwandlungen und Alternativen zu denjenigen Details im Lichte der Gesamtlehre
der Offenbarung entwickelt werden könnten. Folglich sind
die offenbarten speziellen Anordnungen nur darstellend und nicht
als den Schutzbereich der Erfindung einschränkend gemeint,
dem die volle Breite der folgenden Ansprüche und aller Äquivalente
davon zu gegeben ist.
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Eine
Stützstruktur für eine Glühkerze (1)
einer Dieselmaschine hat ein zylindrisches metallenes Gehäuse
(H), einen mittleren Axialstift (3), der aus Metall hergestellt
ist und in dem Gehäuse (H) platziert ist. Ein Raum zwischen
dem mittleren Axialstift (3) und dem Gehäuse (H)
ist mit einem Dichtungsglas (2) gefüllt, das aus
Glas hergestellt ist, das kein Blei enthält. Das Dichtungsglas
(2) bei der Stützstruktur hat einen Glasübergangspunkt
von nicht weniger als 250°C, einen Erweichungspunkt von
nicht mehr als 450°C und einen linearen Ausdehnungskoeffizienten
von nicht mehr als 10 × 10–6.
Bei einem Schmelzverbinden wird das Dichtungsglas (2) auf
nicht weniger als seinen Glasübergangspunkt erwärmt
und dann zusammen mit dem Gehäuse (H) abgekühlt.
Der mittlere Axialstift (3) wird durch eine Schmelzverbindungskraft
mit dem Gehäuse (H) verbunden, die nach einem Abkühlen
von dem Gehäuse (H) auf den mittleren Axialstift (3)
aufgebracht wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2004-317499 [0004, 0007]