DE102012200041A1

DE102012200041A1 - Insulator for a spark plug and spark plug with such insulator

Info

Publication number: DE102012200041A1
Application number: DE201210200041
Authority: DE
Inventors: Andre Moc
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-01-03
Filing date: 2012-01-03
Publication date: 2013-07-04
Also published as: ES2644806T3; EP2801133A1; EP2801133B1; WO2013102520A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Isolator für eine Zündkerze, umfassend einen ersten Bereich aus einem ersten Keramikmaterial (23), welches eine erste Sintertemperatur aufweist, einen zweiten Bereich aus einem zweiten Keramikmaterial (24), welches eine zweite Sintertemperatur aufweist, und wenigstens eine erste Schutzschicht (30), welche zwischen dem ersten und zweiten Keramikmaterial angeordnet ist, wobei die erste Schutzschicht (30) aus einem dritten Keramikmaterial ist, welches eine dritte Sintertemperatur aufweist, welche kleiner als die erste Sintertemperatur und kleiner als die zweite Sintertemperatur ist.The present invention relates to an insulator for a spark plug, comprising a first region of a first ceramic material (23) having a first sintering temperature, a second region of a second ceramic material (24) having a second sintering temperature, and at least one first protective layer (30) disposed between the first and second ceramic materials, wherein the first protective layer (30) is made of a third ceramic material having a third sintering temperature which is smaller than the first sintering temperature and less than the second sintering temperature.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Isolator (Kerzenstein) für eine Zündkerze mit verbesserter elektromagnetischer Verträglichkeit sowie eine Zündkerze mit einem erfindungsgemäßen Isolator.The present invention relates to an insulator (spark plug) for a spark plug with improved electromagnetic compatibility and a spark plug with an insulator according to the invention.

Isolatoren für Zündkerzen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Insbesondere bei Fahrzeugen werden in jüngster Zeit immer mehr elektrische bzw. elektronische Einrichtungen verwendet. Aufgrund der hohen Spannungen spielt hierbei insbesondere auch die Zündkerze bei der gegenseitigen elektromagnetischen Verträglichkeit der Einrichtungen eine entscheidende Rolle. Da bei Fahrzeugen zusätzlich ein Trend zu Brennkraftmaschinen mit höheren Drücken vorhanden ist, wird diese Problematik in Zukunft noch weiter verschärft, da dies zu höheren Zündspannungen und damit zu höheren möglichen Störpegeln führen kann. Dabei wird üblicherweise die bei dem Zündvorgang entstandene Störung auf die Zündkerze übertragen und kann dadurch an Kabel oder dergleichen weiter ausgestrahlt bzw. weitergeführt werden. Es wäre daher wünschenswert, die auftretende Störung möglichst schon während deren Übertragung auf die Zündkerze zu unterdrücken.Insulators for spark plugs are known from the prior art in various configurations. Especially in vehicles more and more electrical or electronic devices are used in recent times. Due to the high voltages, in particular the spark plug plays a decisive role in the mutual electromagnetic compatibility of the devices. Since vehicles additionally have a trend towards higher pressure internal combustion engines, this problem will be further exacerbated in the future since this can lead to higher ignition voltages and thus to higher possible interference levels. In this case, the interference which has occurred during the ignition process is usually transmitted to the spark plug and can thus continue to be emitted or continued on cables or the like. It would therefore be desirable to suppress the occurring disturbance as possible during their transfer to the spark plug.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der erfindungsgemäße Isolator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass dieser auch bei hohen Zündspannungen eine exzellente elektromagnetische Verträglichkeit aufweist. Dabei umfasst der erfindungsgemäße Isolator wenigstens zwei Bereiche aus unterschiedlichen Keramikmaterialien, welche voneinander durch wenigstens eine erste Schutzschicht getrennt sind. Dabei weist die erste Schutzschicht eine Sintertemperatur auf, welche kleiner ist als eine Sintertemperatur sowohl des ersten Keramikmaterials als auch des zweiten Keramikmaterials. Dadurch bildet die Schutzschicht bei Erreichen ihrer Sintertemperatur eine inerte Diffusionsbarriere, so dass eine Trennung der beiden Keramikmaterialien des ersten und zweiten Bereichs während des weiteren Sintervorgangs sichergestellt ist. Hierdurch können insbesondere Reaktionen der beiden Keramikmaterialien verhindert werden. Somit können dann im Verlauf des weiteren Sintervorgangs auch die beiden Keramikmaterialien gesintert werden, so dass als Ergebnis ein keramisches Bauteil aus zwei verschiedenen Keramikmaterialen erhalten wird, welche zwischen sich eine Schutzschicht aufweisen. Insbesondere sind dadurch auch höhere Sintertemperaturen möglich, so dass das erste und zweite Keramikmaterial unabhängig von den jeweiligen einzelnen Sintertemperaturen hinsichtlich ihrer optimalen Eignung für eine verbesserte elektromagnetische Verträglichkeit ausgewählt werden können und einen einteiligen Isolator bilden können.The insulator according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that it has an excellent electromagnetic compatibility even at high ignition voltages. In this case, the insulator according to the invention comprises at least two regions of different ceramic materials, which are separated from one another by at least one first protective layer. In this case, the first protective layer has a sintering temperature which is smaller than a sintering temperature of both the first ceramic material and the second ceramic material. As a result, the protective layer forms an inert diffusion barrier upon reaching its sintering temperature, so that a separation of the two ceramic materials of the first and second regions is ensured during the further sintering process. As a result, in particular reactions of the two ceramic materials can be prevented. Thus, in the course of the further sintering process, the two ceramic materials can then be sintered, so that as a result a ceramic component is obtained from two different ceramic materials, which have a protective layer between them. In particular, thereby higher sintering temperatures are possible, so that the first and second ceramic material can be selected independently of the respective individual sintering temperatures in terms of their optimal suitability for improved electromagnetic compatibility and can form a one-piece insulator.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.

Vorzugsweise umfasst der Isolator ferner eine zweite Schutzschicht mit einer vierten Sintertemperatur, welche kleiner als die dritte Sintertemperatur der ersten Schutzschicht ist und welche kleiner als die Sintertemperaturen des ersten und zweiten Keramikmaterials ist. Hierdurch kann eine Redundanz hinsichtlich der inerten Diffusionsbarriere ermöglicht werden. Alternativ kann die zweite Schutzschicht auch als Abstandshalter verwendet werden, um einen direkten Kontakt zwischen der ersten Schutzschicht und einem der Keramikmaterialien zu vermeiden.Preferably, the insulator further comprises a second protective layer having a fourth sintering temperature which is smaller than the third sintering temperature of the first protective layer and which is smaller than the sintering temperatures of the first and second ceramic materials. In this way, a redundancy with regard to the inert diffusion barrier can be made possible. Alternatively, the second protective layer may also be used as a spacer to avoid direct contact between the first protective layer and one of the ceramic materials.

Besonders bevorzugt sind dabei die erste und zweite Schutzschicht gleich dick. Weiter bevorzugt liegen die Sintertemperaturen der beiden Schutzschichten innerhalb eines Temperaturfensters von 100 K. Particularly preferred are the first and second protective layer of the same thickness. More preferably, the sintering temperatures of the two protective layers are within a temperature window of 100 K.

Weiter bevorzugt ist eine Dicke der ersten und/oder zweiten Schutzschicht in einem Bereich von 5 bis 50 µm, vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 40 µm, und besonders bevorzugt in einem Bereich von 20 bis 30 µm.More preferably, a thickness of the first and / or second protective layer in a range of 5 to 50 microns, preferably in a range of 10 to 40 microns, and more preferably in a range of 20 to 30 microns.

Weiter bevorzugt ist ein Unterschied der Sintertemperatur der ersten und/oder zweiten Schutzschicht zum ersten und/oder zweiten Keramikmaterial in einem Bereich von 100 K. More preferably, a difference in the sintering temperature of the first and / or second protective layer to the first and / or second ceramic material is in a range of 100 K.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Unterschied der Sintertemperaturen zwischen dem ersten Keramikmaterial und/oder dem zweiten Keramikmaterial und/oder der ersten und/oder der zweiten Schutzschicht in einem Bereich von 100 K.Further, according to a preferred embodiment of the present invention, a difference of the sintering temperatures between the first ceramic material and / or the second ceramic material and / or the first and / or the second protective layer is in a range of 100 K.

Bevorzugt umfasst das erste Keramikmaterial Al₂O₃ und ist besonders bevorzugt vollständig aus Al₂O₃. Weiter bevorzugt umfasst das erste Keramikmaterial wenigstens einen Zusatzwerkstoff, insbesondere CaO und/oder SiO₂ und/oder MgO. Besonders bevorzugt beträgt ein Gewichtsanteil des Zusatzwerkstoffs am Gesamtgewicht des ersten Keramikmaterials im fertiggestellten Isolator maximal 15% und besonders bevorzugt maximal 10%. The first ceramic material preferably comprises Al ₂ O ₃ and is particularly preferably completely made of Al ₂ O ₃ . More preferably, the first ceramic material comprises at least one filler material, in particular CaO and / or SiO ₂ and / or MgO. Particularly preferably, a proportion by weight of the filler in the total weight of the first ceramic material in the finished insulator is at most 15% and particularly preferably at most 10%.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das zweite Keramikmaterial TiO₂. According to a further preferred embodiment of the invention, the second ceramic material comprises TiO ₂ .

Weiter bevorzugt umfasst die erste Schutzschicht Nano Al₂O₃ oder MgO oder MgO-stabilisiertes ZrO₂ oder MgAl₂O₄. Besonders bevorzugt ist die erste und/oder zweite Schutzschicht dabei nur aus einem einzigen Material hergestellt.Further preferably, the first protective layer comprises nano Al ₂ O ₃ or MgO or MgO stabilized ZrO ₂ or MgAl ₂ O ₄ . Particularly preferably, the first and / or second protective layer is made only of a single material.

Weiter bevorzugt umfasst die zweite Schutzschicht MgO oder MgAl₂O₄. More preferably, the second protective layer comprises MgO or MgAl ₂ O ₄ .

Um eine besonders gute elektromagnetische Verträglichkeit des Isolators bereitzustellen, weist das zweite Keramikmaterial eine größere Permittivität als das erste Keramikmaterial auf. Durch diese Maßnahme kann eine Kapazität des Isolators erhöht werden, was zu einer signifikanten Reduktion von elektromagnetischen Störungen durch die Zündkerze führt. Besonders bevorzugt sind die beiden Keramikmaterialien dabei in einem Bereich des Isolators angeordnet, welcher im montierten Zustand in der Zündkerze an einer Position eines Widerstandselements der Zündkerze liegt. Besonders bevorzugt überdecken die beiden Keramikmaterialien des Isolators dabei den Bereich des Widerstandselements in der Zündkerze in Längsrichtung vollständig und umgeben dieses ringförmig. In order to provide a particularly good electromagnetic compatibility of the insulator, the second ceramic material has a greater permittivity than the first ceramic material. By doing so, a capacity of the insulator can be increased, resulting in a significant reduction of electromagnetic noise by the spark plug. Particularly preferably, the two ceramic materials are arranged in a region of the insulator, which in the assembled state in the spark plug is located at a position of a resistance element of the spark plug. In this case, the two ceramic materials of the insulator particularly preferably completely cover the region of the resistance element in the spark plug in the longitudinal direction and surround it annularly.

Weiter bevorzugt ist eine Dicke des ersten Keramikmaterials und/oder des zweiten Keramikmaterials in Radialrichtung um den Faktor 10 größer als eine Dicke der ersten Schutzschicht und/oder der zweiten Schutzschicht in Radialrichtung.More preferably, a thickness of the first ceramic material and / or the second ceramic material in the radial direction by a factor of 10 greater than a thickness of the first protective layer and / or the second protective layer in the radial direction.

Weiter bevorzugt beträgt eine Permittivität des zweiten Keramikmaterials ungefähr das Drei- bis Vierfache der Permittivität des ersten Keramikmaterials. Durch die Einhaltung dieses Verhältnisses zwischen den Permittivitäten der beiden Keramikmaterialien kann die Kapazität des Isolators gezielt beeinflusst werden, was sich günstig auf eine Zündspannung und die Zündzuverlässigkeit der Zündkerze auswirkt. More preferably, a permittivity of the second ceramic material is about three to four times the permittivity of the first ceramic material. By maintaining this ratio between the permittivities of the two ceramic materials, the capacitance of the insulator can be selectively influenced, which has a favorable effect on an ignition voltage and the ignition reliability of the spark plug.

Zeichnungdrawing

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:

1 eine schematische Schnittansicht einer Zündkerze gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, 1 a schematic sectional view of a spark plug according to a first embodiment of the invention,

2 eine schematische Teilschnittansicht eines Doppelschichtbereichs der Zündkerze von 1, 2 a schematic partial sectional view of a double-layer region of the spark plug of 1 .

3 eine schematische Teilschnittansicht eines Isolators gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und 3 a schematic partial sectional view of an insulator according to a second embodiment of the invention, and

4 eine schematische Schnittansicht einer Zündkerze gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 4 a schematic sectional view of a spark plug according to a third embodiment of the invention.

Bevorzugte Ausführungsformen der ErfindungPreferred embodiments of the invention

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail beschrieben, wobei jeweils gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail, wherein in each case the same or functionally identical parts are designated by the same reference numerals.

Wie aus der in 1 gezeigten Zündkerze 1 des ersten Ausführungsbeispiels ersichtlich ist, umfasst die Zündkerze 1 einen Isolator 2, eine Mittelelektrode 3, eine Masseelektrode 7, ein Gehäuse 5 und einen Anschlussbolzen 8. Die Mittelelektrode 3 verläuft durch eine Durchgangsöffnung 20 im Isolator 2, welche von einem anschlussseitigen Ende 21 bis zu einem elektrodenseitigen Ende 22 verläuft. Die Mittelelektrode 3 umfasst ein Widerstandselement 4, welches ungefähr in einem mittleren Bereich des Isolators 2 angeordnet ist. Über den Anschlussbolzen 8 wird eine elektrische Verbindung mit einer Zündspule hergestellt.As from the in 1 shown spark plug 1 of the first embodiment, includes the spark plug 1 an insulator 2 , a center electrode 3 , a ground electrode 7 , a housing 5 and a connecting bolt 8th , The center electrode 3 passes through a passage opening 20 in the isolator 2 which from a connection end 21 to an electrode end 22 runs. The center electrode 3 includes a resistive element 4 which is approximately in a central region of the insulator 2 is arranged. Over the connecting bolt 8th an electrical connection is made with an ignition coil.

Wie weiter aus 1 ersichtlich ist, umfasst der Isolator 2 einen ersten Bereich eines ersten Keramikmaterials 23 und einen zweiten Bereich eines zweiten Keramikmaterials 24. Die beiden Keramikmaterialien sind dabei derart ausgewählt, dass sie unterschiedliche Permittivitäten aufweisen, wobei eine erste Permittivität der ersten Keramik kleiner als eine zweite Permittivität der zweiten Keramik ist. Der Isolator 2 ist dabei als einteiliges Bauteil ausgebildet, wobei die zweite Keramik auf die erste Keramik aufgebracht ist. Hierdurch ergibt sich am Isolator 2 ein Doppelschichtbereich 6, in welchem die erste und zweite Keramik in radialer Richtung zu einer Längsachse X-X der Zündkerze angeordnet sind (vergleiche 1). Der Doppelschichtbereich 6 des Isolators ist dabei in der Zündkerze 1 in Längsrichtung auf Höhe des Widerstandselements 4 angeordnet. Ferner ist, wie aus 2 ersichtlich ist, zwischen den beiden Keramikmaterialien eine Schutzschicht 30 angeordnet. How farther 1 is apparent, the insulator comprises 2 a first region of a first ceramic material 23 and a second region of a second ceramic material 24 , The two ceramic materials are selected such that they have different permittivities, wherein a first permittivity of the first ceramic is smaller than a second permittivity of the second ceramic. The insulator 2 is designed as a one-piece component, wherein the second ceramic is applied to the first ceramic. This results in the insulator 2 a double layer area 6 in which the first and second ceramics are arranged in the radial direction to a longitudinal axis XX of the spark plug (see 1 ). The double layer area 6 of the insulator is in the spark plug 1 in the longitudinal direction at the height of the resistance element 4 arranged. Further, as is out 2 it can be seen, a protective layer between the two ceramic materials 30 arranged.

Wie aus 1 ersichtlich ist, ist die zweite Keramik dabei an der Außenseite der ersten Keramik angebracht. Weiterhin wird die zweite Keramik noch von einem Bereich des Gehäuses 5 umschlossen. How out 1 it can be seen, the second ceramic is attached to the outside of the first ceramic. Furthermore, the second ceramic is still from a portion of the housing 5 enclosed.

Die Schutzschicht 30 ist dabei aus einem dritten Keramikmaterial hergestellt und weist eine dritte Sintertemperatur auf, welche kleiner ist, als eine erste Sintertemperatur des ersten Keramikmaterials 23 und eine zweite Sintertemperatur des zweiten Keramikmaterials 24. Somit weist die Schutzschicht 30 eine deutlich höhere Sinteraktivität auf, so dass sich während des Sintervorgangs zuerst eine Verfestigung und Verdichtung der Schutzschicht 30 infolge der Temperaturbehandlung auftritt, so dass eine strikte Trennung zwischen dem ersten und zweiten Keramikmaterial möglich ist. Bei weiter ansteigender Temperatur ist die Schutzschicht 30 somit schon ausreichend verdichtet, so dass vor Beginn der Sintervorgänge im ersten und zweiten Keramikmaterial schon eine Trennung der beiden Keramikmaterialien gegeben ist. Hierdurch kann insbesondere eine Reaktion zwischen Bestandteilen des ersten und zweiten Keramikmaterials verhindert werden, so dass weder das erste noch das zweite Keramikmaterial an Bestandteilen, beispielsweise Erdalkali-Bestandteilen, verarmt.The protective layer 30 is made of a third ceramic material and has a third sintering temperature, which is smaller than a first sintering temperature of the first ceramic material 23 and a second sintering temperature of the second ceramic material 24 , Thus, the protective layer 30 a significantly higher sintering activity, so that during the sintering process, first a solidification and densification of the protective layer 30 As a result of the temperature treatment occurs, so that a strict separation between the first and second ceramic material is possible. If the temperature continues to rise, the protective layer is 30 thus already sufficiently compacted, so that before the beginning of the sintering processes in the first and second ceramic material already a separation of the two ceramic materials is given. In this way, in particular, a reaction between constituents of the first and second ceramic material can be prevented, so that neither the first nor the second ceramic material of constituents, such as alkaline earth constituents, depleted.

Das erste Keramikmaterial 23 des ersten Bereichs umfasst Al₂O₃ mit einem ungefähr 10%igen Anteil von CaO-/SiO₂-/MgO-Glas und benötigt eine Sintertemperatur von ca. 1600°C für eine vollständige Verdichtung. Das zweite Keramikmaterial 24 des zweiten Bereichs ist beispielsweise aus CaTiO₃ hergestellt und weist eine Sintertemperatur von ca. 1500°C auf. Somit würden Temperaturen von über 1500°C in diesem Ausführungsbeispiel zu einer Reaktion der beiden Keramikmaterialien führen. Das dritte Keramikmaterial der Schutzschicht 30 ist daher beispielsweise Nano-Al₂O₃, welches im Vergleich mit üblichem Al₂O₃ eine deutlich reduzierte Sintertemperatur aufweist. Alternativ könnte die Schutzschicht 30 auch aus mit MgO-vollstabilisertem ZrO₂ aufgebaut oder MgAl₂O₄ oder eine Mischung aus Al₂O₃ und ZrO₂ sein.The first ceramic material 23 of the first region comprises Al ₂ O ₃ with an approximately 10% CaO / SiO ₂ / MgO glass content and requires a sintering temperature of about 1600 ° C for complete densification. The second ceramic material 24 of the second region is made, for example, of CaTiO ₃ and has a sintering temperature of about 1500 ° C. Thus, temperatures of over 1500 ° C in this embodiment would lead to a reaction of the two ceramic materials. The third ceramic material of the protective layer 30 is therefore, for example, nano-Al ₂ O ₃ , which has a significantly reduced sintering temperature in comparison with conventional Al ₂ O ₃ . Alternatively, the protective layer could 30 also be built up with MgO fully stabilized ZrO ₂ or MgAl ₂ O ₄ or a mixture of Al ₂ O ₃ and ZrO ₂ .

Wie aus 1 ersichtlich ist, weist der Doppelschichtbereich 6 eine Länge L1 in Längsrichtung X-X der Zündkerze auf, welche gleich lang wie eine Länge L2 des Widerstandselements 4 in Längsrichtung X-X ist. Der Doppelschichtbereich 6 umgibt dabei das Widerstandselement 4 ringförmig und überdeckt somit die gesamte Länge L1 des Widerstandselements 4 in Längsrichtung X-X und in Umfangsrichtung. Weiterhin ist eine maximale Dicke D1 der ersten Keramik 23 im Doppelschichtbereich 6 gleich wie eine minimale Dicke D2 der zweiten Keramik 24 im Doppelschichtbereich 6 des Isolators. Die minimale Dicke D2 ist dabei in diesem Ausführungsbeispiel am zur Elektrode gerichteten Ende der zweiten Keramik 24 vorhanden, in welchem das Gehäuse 5 und der Isolator 2 eine Verjüngung erfahren.How out 1 can be seen, the double layer area 6 a length L1 in the longitudinal direction XX of the spark plug, which is the same length as a length L2 of the resistance element 4 in the longitudinal direction XX. The double layer area 6 surrounds the resistance element 4 annular and thus covers the entire length L1 of the resistive element 4 in the longitudinal direction XX and in the circumferential direction. Furthermore, a maximum thickness D1 of the first ceramic is 23 in the double layer area 6 same as a minimum thickness D2 of the second ceramic 24 in the double layer area 6 of the insulator. In this exemplary embodiment, the minimum thickness D2 is at the end of the second ceramic facing the electrode 24 present in which the housing 5 and the insulator 2 to experience a rejuvenation.

Durch das Vorsehen der zweischichtigen Keramik auf Höhe des Widerstandselements 4 wird eine Kapazität C der Zündkerze in diesem Bereich erhöht, wobei eine Kapazität im elektrodennahen Bereich der Zündkerze unverändert bleibt, da hier keinerlei Änderungen in der Keramik des Isolators 2 vorgenommen werden. Somit wird erfindungsgemäß die Kapazität der Zündkerze in deren Längsrichtung X-X im mittleren Bereich verändert, wobei durch die höhere Kapazität im mittleren Bereich der Zündkerze eine elektromagnetische Verträglichkeit der Zündkerze verbessert wird. Dadurch ist es insbesondere möglich, eine Spannung der Zündspule für die Zündkerze zu erhöhen, ohne dass dadurch negative Auswirkungen auf die elektromagnetische Verträglichkeit der Zündkerze ausgehen. Die Zündkerze des ersten Ausführungsbeispiels weist dabei im Vergleich mit einer Zündkerze mit einem Isolator 2, welcher vollständig aus der ersten Keramik 23 hergestellt ist, eine Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit um 3 dB auf.By providing the two-layer ceramic at the height of the resistor element 4 a capacitance C of the spark plug is increased in this range, wherein a capacity in the electrode-near region of the spark plug remains unchanged, since there are no changes in the ceramic of the insulator 2 be made. Thus, according to the invention, the capacitance of the spark plug in its longitudinal direction XX is changed in the central region, wherein the higher capacity in the central region of the spark plug improves electromagnetic compatibility of the spark plug. This makes it possible, in particular, to increase a voltage of the ignition coil for the spark plug, without resulting in negative effects on the electromagnetic compatibility of the spark plug. The spark plug of the first embodiment has in comparison with a spark plug with an insulator 2 which is completely made of the first ceramic 23 produced, an improvement in electromagnetic compatibility by 3 dB.

3 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel für einen Isolator 2, bei dem eine erste Schutzschicht 30 und eine zweite Schutzschicht 31 vorgesehen sind. Eine Dicke D3 der ersten Schutzschicht 30 ist dabei gleich einer Dicke D4 der zweiten Schutzschicht 31. Die zweite Schutzschicht 31 kann beispielsweise aus MgO oder MgAl₂O₄ aufgebaut sein und muss nicht zwingend dicht sintern, solange die erste Schutzschicht dicht sintert. Sie kann jedoch einfach noch eine zusätzliche Diffusionsbarriere zum zweiten Bereich 24 des zweiten Keramikmaterials darstellen. Insbesondere kann dadurch ein Verlust von Bestandteilen des zweiten Keramikmaterials an die erste Schutzschicht 30 vermieden werden. 3 shows an alternative embodiment for an isolator 2 in which a first protective layer 30 and a second protective layer 31 are provided. A thickness D3 of the first protective layer 30 is equal to a thickness D4 of the second protective layer 31 , The second protective layer 31 For example, it may be composed of MgO or MgAl ₂ O ₄ and does not necessarily have to be densely sintered as long as the first protective layer is densely sintered. However, it can simply add an additional diffusion barrier to the second area 24 represent the second ceramic material. In particular, this may result in loss of constituents of the second ceramic material to the first protective layer 30 be avoided.

4 zeigt eine Zündkerze 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Isolator 2 ohne Doppelschichtbereich gebildet. Der Isolator 2 ist weiterhin ein einteiliges Bauteil, jedoch weist er einen ersten zur Elektrode gerichteten ersten Bereich auf, der ausschließlich aus der ersten Keramik 23 gebildet wird, und einen zweiten, zum Anschlussbolzen 8 gerichteten Bereich auf, welcher ausschließlich aus der zweiten Keramik 24 gebildet ist. Die zweite Keramik 24 überdeckt dabei ein Widerstandselement 4 in Längsrichtung X-X der Zündkerze vollständig. Die Schutzschicht 30 zwischen dem ersten Bereich 23 und dem zweiten Bereich 24 ist dabei, wie aus 4 ersichtlich ist, senkrecht zu einer Längsrichtung X-X des Isolators 2 angeordnet. Die Schutzschicht 30 kann dabei nur eine Schicht oder auch zwei oder mehr Schichten umfassen. Wie aus 4 ersichtlich ist, beginnt die zweite Keramik 24 dabei an einem zur Elektrode gerichteten Ende 40 des Widerstandselements 4 und verläuft bis zum anschlussseitigen Ende 21 des Isolators 2. Das vierte Ausführungsbeispiel stellt dabei insbesondere eine hohe Zündzuverlässigkeit und einen nur geringen Verschleiß an den Elektroden bereit. Auch kann durch eine Kapazitätserhöhung im anschlussseitigen Bereich der Zündkerze 1 eine deutlich verbesserte elektromagnetische Verträglichkeit erreicht werden. 4 shows a spark plug 1 according to a third embodiment of the invention. In this embodiment, the insulator 2 formed without double layer area. The insulator 2 is still a one-piece component, but it has a first directed to the first electrode area, which consists exclusively of the first ceramic 23 is formed, and a second, to the connection bolt 8th directed area, which consists exclusively of the second ceramic 24 is formed. The second ceramic 24 covers a resistor element 4 in the longitudinal direction XX of the spark plug completely. The protective layer 30 between the first area 23 and the second area 24 is there, like out 4 can be seen, perpendicular to a longitudinal direction XX of the insulator 2 arranged. The protective layer 30 may comprise only one layer or two or more layers. How out 4 can be seen, the second ceramic begins 24 doing so at a directed to the electrode end 40 of the resistance element 4 and runs to the connection end 21 of the insulator 2 , The fourth embodiment provides in particular a high ignition reliability and only a small amount of wear on the electrodes. Also, by an increase in capacity in the connection-side region of the spark plug 1 a significantly improved electromagnetic compatibility can be achieved.

Zu allen beschriebenen Ausführungsbeispielen sei angemerkt, dass eine maximale relative Permittivität einen Wert von 100 nicht übersteigt, um immer noch eine ausreichende Durchschlagsfestigkeit zu haben, da festgestellt wurde, dass sich die Durchschlagsfestigkeit der Keramik umgekehrt proportional zu deren relativer Permittivität verhält.It is noted in all of the described embodiments that a maximum relative permittivity does not exceed 100 to still have sufficient dielectric strength since it has been found that the dielectric breakdown strength is inversely proportional to their relative permittivity.

Weiterhin sei zu allen beschriebenen Ausführungsbeispielen angemerkt, dass als Werkstoff der ersten Keramik 23 vorzugsweise Al₂O₃ verwendet wird und als zweite Keramik 24 vorzugsweise ein Material mit einer Perowskit-Struktur ABO₃. Das Mineral Perowskit weist auf dem A-Platz Ca auf und auf dem B-Platz Ti. Allerdings können verschiedene Kationen den Ca- bzw. Ti-Teil teilweise oder auch vollständig ersetzen. Hierbei können beispielsweise A²⁺B⁴⁺O₃-Perowskiten am A-Platz Sr, Ba, Mg und am B-Platz Ti, Zr, Hf, Sn, Ce aufweisen. Bei A³⁺B³⁺O₃-Perowskiten können am A-Platz Lanthaniden oder am B-Platz Al, Sc, V, Cr, Mn, Fe, Co sein. Bei A¹⁺B⁵⁺O₃-Perowskiten können den A-Platz Na, K, Rb und den B-Platz Nb, Ta, Sb einnehmen. Beispielhaft kann somit für die zweite Keramik 24 CaTiO₃ oder SrTiO₃, oder MgTiO₃ oder SrSnO₃ oder YAlO₃ verwendet werden.Furthermore, it should be noted to all described embodiments that as the material of the first ceramic 23 preferably Al ₂ O ₃ is used and as a second ceramic 24 preferably a material having a perovskite structure ABO ₃ . The mineral perovskite has Ca on the A-site and Ti on the B-site. However, different cations can partially or completely replace the Ca or Ti part. Hereby, for example, A ²⁺ B ⁴⁺ O ₃ perovskites at the A-site may have Sr, Ba, Mg and at the B-site Ti, Zr, Hf, Sn, Ce. For A ³⁺ B ³⁺ O ₃ perovskites, Lanthanides may be at A-site or Al, Sc, V, Cr, Mn, Fe, Co at B-site. For A ¹⁺ B ⁵⁺ O ₃ perovskites, the A-site may be Na, K, Rb, and the B-site Nb, Ta, Sb. By way of example, it is thus possible for the second ceramic 24 CaTiO ₃ or SrTiO ₃ , or MgTiO ₃ or SrSnO ₃ or YAlO ₃ .

Die Herstellung der Schutzschicht 30 bzw. auch von mehreren Schutzschichten, kann dabei auf vielfältige Weise erfolgen, beispielsweise durch Pastendruck oder Tauchbeschichtung. Auch kann der Isolator unter Verwendung von mehreren Kernen in einem Keramikspritzgussverfahren hergestellt werden, wobei die Keramikmaterialien von Innen (ausgehend von einem inneren Kern, welcher am späteren Isolator 2 die Durchgangsöffnung 20 definiert) nach außen aufgespritzt werden.The production of the protective layer 30 or even of several protective layers, can be done in many ways, for example by paste printing or dip coating. Also, the insulator can be made by using a plurality of cores in a ceramic injection molding method, wherein the ceramic materials from the inside (starting from an inner core, which at the later insulator 2 the passage opening 20 defined) are sprayed to the outside.

Claims

An insulator for a spark plug, comprising: - a first region of a first ceramic material ( 23 ), which has a first sintering temperature, - a second region of a second ceramic material ( 24 ), which has a second sintering temperature, and - at least a first protective layer ( 30 ), which is arranged between the first and second ceramic material, - wherein the first protective layer ( 30 ) of a third ceramic material having a third sintering temperature which is smaller than the first sintering temperature and less than the second sintering temperature.

Insulator according to claim 1, characterized by a second protective layer ( 31 ), which has a fourth sintering temperature, wherein the fourth sintering temperature is less than the third sintering temperature of the first protective layer ( 30 ).

Insulator according to one of the preceding claims, characterized in that a thickness (D3) of the first protective layer ( 30 ) equal to a thickness (D4) of the second protective layer ( 31 ).

Insulator according to one of the preceding claims, characterized in that a thickness of the first and / or second protective layer in a range of 5 to 50 microns, preferably 10 to 40 microns, more preferably 20 to 30 microns, is located.

Insulator according to one of the preceding claims, characterized in that a temperature difference between the sintering temperatures of the first protective layer ( 30 ) and the second protective layer ( 31 ) is within a range of less than or equal to 100 K and / or that a temperature difference of the sintering temperatures between the first ceramic material and / or the second ceramic material and the first protective layer and / or the second protective layer is at least 100 K.

Insulator according to one of the preceding claims, characterized in that - that the first ceramic material mainly comprises Al ₂ O ₃ , or - that the first ceramic material as a base material Al ₂ O ₃ and as a filler material CaO and / or SiO ₂ and / or MgO comprises, wherein in particular the filler material a weight fraction in the insulator produced of not more than 15 wt .-%, preferably max. 10 wt .-%, and / or - that the second ceramic material comprises TiO ₂ .

Insulator according to one of the preceding claims, characterized in that the first protective layer ( 30 ) Comprises nano-Al ₂ O ₃ or MgO or MgO-stabilized ZrO ₂ or MgAl ₂ O ₄ .

Insulator according to one of claims 2 to 7, characterized in that the second protective layer ( 31 ) Comprises MgO or MgAl ₂ O ₄ .

Insulator according to one of the preceding claims, characterized in that the first region ( 23 ) of the first ceramic material has a smaller permittivity than the second region ( 24 ) of the second ceramic material.

A spark plug comprising an insulator according to any one of the preceding claims.