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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze sowie eine Zündkerze.
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Verschiedene vorbekannte Zündkerzen weisen ein Gewinde zum Einschrauben der Zündkerze in eine Brennkraftmaschine, insbesondere in den Zylinderkopf, auf. Bei der Herstellung dieser Zündkerzen ist es möglich, das Gewinde bzw. den Gewindeanfang oder das Gewindeende, relativ zur Masseelektrode zu positionieren. Dadurch wird die Winkellage der Masseelektrode im Brennraum definiert. Solch eine Lageorientierung der Masseelektrode kommt insbesondere bei modernen Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung zum Einsatz. Des Weiteren wird über das fertige Gewinde hinweg eine Dichtscheibe auf das Zündkerzengehäuse aufgeschoben. Diese Dichtscheibe dichtet die Zündkerze gegenüber dem Zylinderkopf ab. Die Dichtscheibe wird für eine verliersichere Montage in der Regel verstemmt oder verpresst. Die Dickentoleranz sowie die Art der verliersicheren Befestigung der Dichtscheibe wirken sich auf die erzielbare Lageorientierung der Masseelektrode negativ aus. Die Dicke der Dichtscheibe beeinflusst nämlich den Drehwinkel bis zum Festsitz der Zündkerze im Zylinderkopf, und damit auch die Winkellage der Masseelektrode im Brennraum. Beispielsweise bei einer Gewindesteigung von 1,25 mm bewirkt eine Dickenänderung der Dichtscheibe von 0,01 mm eine Änderung des Drehwinkels von ca. 3°.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ermöglicht es, dass die Dickentoleranz der Dichtscheibe (allgemein: Dichtelement) nicht mehr bei der Lageorientierung der Masseelektrode berücksichtigt werden muss. Erfindungsgemäß wird nämlich das Dichtelement auf das Zündkerzengehäuse montiert, bevor das Gewinde gefertigt wird. Dadurch kann die Positionsgenauigkeit der Winkellage der Masseelektrode im Brennraum erhöht werden. Gleichzeitig wurde erfindungsgemäß erkannt, dass durch eine Montage des Dichtelements vor dem Ausbilden des Gewindes eine verliersichere Befestigung des Dichtelements erreicht werden kann, ohne das Dichtelement zu verpressen oder zu verstemmen. Wird nämlich ein Gewinde durch einen Umformprozess, und nicht beispielsweise durch Gewindeschneiden, hergestellt, so ist der letztendlich erhaltene Nenndurchmesser des Gewindes größer als der ursprüngliche Außendurchmesser des Abschnittes, auf den das Gewinde aufgebracht wird. Erfindungsgemäß wird deshalb ein Dichtelement verwendet, dessen Innendurchmesser kleiner dem Nenndurchmesser des Gewindes ist. Dadurch ist eine verliersichere Montage des Dichtelements ohne einen weiteren Herstellungsschritt gegeben. All diese Vorteile werden erreicht durch ein Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze, umfassend die folgenden Schritte in gegebener Reihenfolge: (i) Bereitstellen eines Zündkerzengehäuses mit einem zylindrischen Abschnitt, (ii) Aufstecken eines Dichtelements auf den Abschnitt, und (iii) Ausbilden eines Gewindes auf dem Abschnitt durch Umformen. Der Innendurchmesser des Dichtelementes ist dabei kleiner gewählt als der Nenndurchmesser des Gewindes.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Dichtelement eine Dichtscheibe ist. Die Dichtscheibe ist vorzugsweise kein Formdichtring, sondern eine massive Dichtscheibe. Im Gegensatz zum Formdichtring weist die massive Dichtscheibe in ihrem Querschnitt keine Hohlräume oder Hinterschneidungen auf. Insbesondere bei der massiven Dichtscheibe kommt die erfindungsgemäße Methode zur verliersicheren Montage vorteilhaft zum Einsatz.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass ein ursprünglicher Durchmesser des Abschnitts vor dem Ausbilden des Gewindes kleiner ist als der Durchmesser des Dichtelements. Dadurch kann das Dichtelement über den Abschnitt problemlos aufgeschoben werden.
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Vorteilhafterweise grenzt der Abschnitt an eine brennraumzugewandte Stirnfläche des Zündkerzengehäuses. Das Dichtelement wird vor dem Ausbilden des Gewindes bis zu dieser Stirnfläche auf den Abschnitt aufgesteckt. Daraufhin wird dann auf dem Abschnitt das Gewinde ausgebildet. Dadurch ist das Dichtelement auf der einen Seite durch die Stirnfläche und auf der anderen Seite durch die Gewindeflanken fixiert und somit verliersicher.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass die brennraumzugewandte Seite des aufgesteckten Dichtelements als Referenzpunkt für die Positionierung des Gewindes genutzt wird. Besonders bevorzugt wird ein Anfang oder ein Ende des Gewindes in einer definierten Winkelposition zu einer Masseelektrode der Zündkerze und mit einem definierten Abstand zur brennraumzugewandten Seite des aufgesteckten Dichtelementes positioniert. Im Stand der Technik bestand stets das Problem, dass die Winkelorientierung der Masseelektrode durch die Dickentoleranz der nachträglich aufgesteckten Dichtscheibe beeinflusst wurde. Erfindungsgemäß wird nun das Dichtelement vor dem Ausbilden des Gewindes aufgesteckt. Die brennraumzugewandte Seite des aufgesteckten Dichtelements dient als Referenzpunkt für die Positionierung des Gewindes, so dass die Dicke des Dichtelements keinen Einfluss mehr auf die Lageorientierung des Gewindes bzw. der Masseelektrode hat.
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In bevorzugter Ausführung wird das Gewinde auf dem Abschnitt durch Kaltumformen ausgebildet. Insbesondere kommt hierbei ein Verfahren zum Gewinderollen zum Einsatz. Deshalb kann der Abschnitt auf dem das Gewinde ausgebildet wird auch als Rollabschnitt bezeichnet werden. Das Gewinderollen wird auch als Gewindewalzen bezeichnet. Die Herstellung des Gewindes durch einen Umformprozess führt dazu, dass der Nenndurchmesser des Gewindes größer ist als der ursprüngliche Durchmesser des Abschnittes. Dadurch ist die verliersichere Montage des Dichtelements möglich.
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Des Weiteren ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt vorgesehen, dass das Dichtelement nicht durch weitere Verfahrensschritte verliersicher montiert wird. Es erfolgt also keine Veränderung des Innendurchmessers des Dichtelements nach dem Aufstecken, beispielsweise durch Verstemmen. Des Weiteren wird das Dichtelement auch nicht durch stoffschlüssige Verbindungen, wie beispielsweise Verschweißen, mit dem Gehäuse verbunden.
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Erfindungsgemäß reicht es aus, dass der Innendurchmesser des Dichtelements kleiner dem Nenndurchmesser des Gewindes ist, um so eine verliersichere Montage zu gewährleisten.
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Die Erfindung umfasst des Weiteren eine Zündkerze. Diese Zündkerze umfasst ein Zündkerzengehäuse mit einer brennraumzugewandten Stirnfläche und einem Gewinde zum Einschrauben der Zündkerze in eine Brennkraftmaschine. Wie oben beschrieben, ist dieses Gewinde auf dem Abschnitt durch einen Umformprozess ausgebildet. Des Weiteren umfasst die Zündkerze ein verliersicher auf dem Zündkerzengehäuse aufgestecktes Dichtelement zwischen dem Gewinde und der Stirnfläche. Dabei ist ein Innendurchmesser des Dichtelements kleiner einem Nenndurchmesser des Gewindes. Vorzugsweise ist der Innendurchmesser des Dichtelements voll umfänglich gleich ausgebildet, und somit nicht etwa verstemmt. Darüber hinaus ist auch keine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Dichtelement und dem Zündkerzengehäuse vorgesehen.
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Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehenen vorteilhaften Ausgestaltungen und Unteransprüche finden entsprechend vorteilhafte Anwendung auf die erfindungsgemäße Zündkerze.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Dabei zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Zündkerze gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
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2 ein Detail der erfindungsgemäßen Zündkerze gemäß dem Ausführungsbeispiel.
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Ausführungsform der Erfindung
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Die 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zündkerze 1, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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Gemäß 1 umfasst die Zündkerze 1 ein Zündkerzengehäuse 2. In diesem Zündkerzengehäuse 2 steckt ein Isolator 3. In dem Isolator 3 ist eine Mittelelektrode 4 aufgenommen. Diese Mittelelektrode 4 steht brennraumseitig über den Isolator hinaus. An dem Zündkerzengehäuse 2 ist eine gebogene Masseelektrode 5 befestigt. An der brennraumabgewandten Seite der Zündkerze 1 befindet sich ein Anschluss 6 für ein Kabel.
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Das Zündkerzengehäuse 2 weist einen zylindrischen Abschnitt 7 auf. Auf diesem Abschnitt 7 ist ein Gewinde 8 ausgebildet. Der Abschnitt 7 wird auch als „Rollabschnitt“ bezeichnet, da das Gewinde 8 durch einen Umformprozess, nämlich „Gewinderollen“, hergestellt wurde.
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Auf der brennraumabgewandten Seite des Abschnittes 7 ist ein Absatz 9 am Zündkerzengehäuse 2 ausgebildet. An dem Absatz 9 ist eine brennraumzugewandte Stirnfläche 10 definiert. Diese Stirnfläche 10 begrenzt somit den Abschnitt 7.
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Noch vor dem Ausbilden des Gewindes 8 am Abschnitt 7 wurde ein Dichtelement 11 über den Abschnitt 7 bis zur Stirnfläche 10 aufgeschoben. Das Dichtelement 11 ist, wie die Schnittdarstellung in 1 zeigt, eine massive Dichtscheibe. Das Dichtelement 11 besteht bevorzugt aus Metall.
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Mittels des Gewindes 8 wird die Zündkerze 1 in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine verschraubt. Das Dichtelement 11 dichtet dabei das Zündkerzengehäuse 2 gegenüber dem Zylinderkopf ab. Die Masseelektrode 5 und die Mittelelektrode 4 befinden sich im Brennraum der Brennkraftmaschine. Zwischen der Mittelelektrode 4 und der Masseelektrode 5 ist ein Zündspalt ausgebildet. Über diesen Zündspalt wird ein Funken zum Zünden eines Gases im Brennraum erzeugt. Bei modernen Brennkraftmaschinen, beispielsweise mit Direkteinspritzung, ist die Winkellage der Masseelektrode 5 innerhalb des Brennraumes entscheidend für eine effektive Verbrennung. Um eine exakte Winkellage der Masseelektrode 5 zu erreichen, muss das Gewinde 8, insbesondere der Anfang bzw. das Ende des Gewindes 8, exakt am Abschnitt 7 positioniert werden. Da erfindungsgemäß das Dichtelement 11 vor dem Ausbilden des Gewindes 8 aufgesteckt wird, kann eine brennraumzugewandte Seite 16 des Dichtelements 11 als Referenzpunkt für die Positionierung des Gewindes 8 genutzt werden.
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Zusätzlich kann im Bereich des Dichtsitzes ein Gewindeeinstich vorgesehen werden. Der Gewindeeinstich ist bedingt durch die Fertigungstechnik: Die brennraumzugewandte Stirnfläche 10 wird durch zerspanende Drehbearbeitung hergestellt. Hierbei muss aus Gründen der Fertigungstoleranzen auch der Abschnitt 7 zumindest etwas zerspant werden.
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2 zeigt einen Detailausschnitt aus 1. Zu sehen ist ein Ausschnitt des Dichtelements 11 und des Gewindes 8 im Schnitt.
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Das Dichtelement 11 weist einen durchgehend einheitlichen Innendurchmesser 12 auf. Am Gewinde 8 wird ein Nenndurchmesser 13 definiert. Dieser Nenndurchmesser 13 ist der maximale Außendurchmesser des Gewindes 8. Beispielsweise bei einem M12-Gewinde beträgt der Nenndurchmesser 13 12mm. Des Weiteren wird am Gewinde 8 ein Kerndurchmesser 15 definiert. 2 zeigt auch einen ursprünglichen Durchmesser 14 des Abschnittes 7. Vor dem Ausbilden des Gewindes 8 hatte der Abschnitt 7 den ursprünglichen Durchmesser 14. Dieser ursprüngliche Durchmesser 14 ist kleiner dem Innendurchmesser 12 des Dichtelements 11. Vor dem Ausbilden des Gewindes 8 konnte somit das Dichtelement 11 ohne weiteres über den Abschnitt 7 bis zur Anlage an der Stirnfläche 10 aufgeschoben werden. Erst im Anschluss wurde das Gewinde 8 durch Gewinderollen erzeugt. Bei diesem Umformprozess erhöhte sich stellenweise der Durchmesser bis auf den Nenndurchmesser 13. Wie 2 zeigt, ist der Nenndurchmesser 13 des Gewindes 8 größer als der Innendurchmesser 12 des Dichtelements 11, wodurch das Dichtelement 11 verliersicher aufgenommen ist.
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Die Durchmesser in 2 sind senkrecht zur Mittelachse 16 (s. 1) der Zündkerze 1 definiert.
