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Die Erfindung geht von einer Koronazündeinrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen aus, wie sie aus der
DE 10 2014 111 684 B3 bekannt ist.
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Koronazündeinrichtungen bewirken in Verbrennungsmotoren eine Zündung von Kraftstoff mittels einer Koronaentladung und sind somit eine Alternative zu herkömmlichen Zündkerzen, die eine Zündung durch eine Bogenentladung bewirken.
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Ein häufiger Grund für einen vorzeitigen Ausfall von Koronazündeinrichtungen sind Teilentladungen und Spannungsüberschläge im Inneren der Koronazündeinrichtung.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie sich die Anfälligkeit von Koronazündeinrichtungen für Teilentladungen und Spannungsüberschläge im Inneren der Koronazündeinrichtung reduzieren lässt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Koronazündeinrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Eine Glasur auf dem brennraumfernen Endabschnitt des Isolatorkörpers erhöht einerseits die radiale Durchschlagfestigkeit des Isolatorkörpers und verbessert anderseits dessen Belastbarkeit, so dass eventuell auftretende Teilentladungen oder Spannungsüberschläge weniger Schäden anrichten. Eine Glasur wird durch Spannungsüberschläge oder Teilentladungen nämlich wesentlich weniger angegriffen als eine keramische Oberfläche, beispielsweise Aluminiumoxid, das als Isolator verwendet werden kann.
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Als Hauptbestandteile der Glasur können beispielsweise Siliziumoxid, Boroxid und/oder Aluminiumoxid verwendet werden. Zusätzlich kann die elektrisch isolierende Glasur Eisenoxid, Titanoxid, Zirkonoxid sowie Oxide von Alkali- oder Erdalkalimetallen enthalten, insbesondere von Natrium, Kalium, Kalzium, Magnesium und Lithium.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Isolatorkörper dort, wo das Gehäuse an ihm anliegt, eine elektrisch leitfähige Beschichtung trägt, beispielsweise aus Metall oder einer elektrisch leitfähigen Keramik, beispielsweise Titan- oder Chromnitrid. Eine elektrische leitfähige Beschichtung des Isolatorkörpers verhindert in diesem kritischen Bereich Feldüberhöhungen und erhöht deshalb vorteilhaft die Spannungsfestigkeit. Die elektrisch leitfähige Beschichtung ist bevorzugt auf einem dickeren, bevorzugt zylindrischen, Abschnitt des Isolatorkörpers aufgetragen, an den ein dünnerer Abschnitt anschließt, der von der Glasur bedeckt ist. Der dünnere Abschnitt ist bevorzugt frei von der elektrisch leitfähigen Beschichtung. Die Glasur kann bündig mit dem dünneren Abschnitt enden oder einen Endabschnitt des dickeren Abschnitts und der elektrisch leitfähigen Beschichtung bedecken.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass ein Endabschnitt der elektrisch leitfähigen Beschichtung von der Glasur bedeckt ist. Auf diese Weise lässt sich die Gefahr von internen Teilentladungen und Spannungsüberschlägen noch weiter reduzieren. Dies wird darauf zurückgeführt, dass sich an dem Ende der elektrisch leitfähigen Beschichtung unter Umständen lokale Feldüberhöhungen bilden können, die unter ungünstigen Bedingungen zu Spannungsüberschlägen und Teilentladungen führen können. Indem das Ende der Beschichtung mit der Glasur bedeckt wird, lässt sich die Durchschlagsfestigkeit an dieser besonders beanspruchten Stelle erhöhen und dem Entstehen von Teilentladungen und Spannungsüberschlägen entgegenwirken. Die elektrisch leitfähige Beschichtung hat ein brennraumseitiges Ende, d. h. ein der wenigstens einen Zündspitze zugewandtes Ende, und ein brennraumfernes Ende, d. h. ein von der wenigstens einen Zündspitze abgewandtes Ende. Die Glasur bedeckt den brennraumfernen Endabschnitt der elektrisch leitfähigen Beschichtung.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile werden an Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Gleiche und einander entsprechende Komponenten sind darin mit übereinstimmenden Bezugszahlen versehen. Es zeigen:
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1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Koronazündeinrichtung;
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2 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Isolatorkörpers mit Mittelelektrode; und
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3 eine teilweise geschnittene Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Isolatorkörpers mit Mittelelektrode.
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Die in 1 dargestellte Koronazündeinrichtung erzeugt zum Zünden von Brennstoff in einem Brennraum eines Motors eine Koronaentladung. Die Koronazündeinrichtung hat einen Isolatorkörper 2, der von einem Metallgehäuse 1, beispielsweise aus Stahl, gehalten ist. Aus dem vorderen, brennraumseitigen Ende des Isolators 2 ragt eine Mittelelektrode 3 heraus, die eine oder mehrere Zündspitzen aufweist. Ein Abschnitt der Mittelelektrode 3 kann aus elektrisch leitfähigem Glas ausgebildet sein, das den Kanal, der durch den Isolatorkörper 2 führt, abdichtet.
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Die Mittelelektrode 3 bildet zusammen mit dem Isolatorkörper 2 und dem Gehäuse 1, eine Kapazität, die mit einer an die Mittelelektrode 3 angeschlossenen Spule 4 in Reihe geschaltet ist. Die Spule 4 besteht aus Wicklungsdraht, der auf einen Spulenkörper 5 aufgewickelt ist. Diese Kapazität und die Spule 4 sind Teil eines elektrischen Schwingkreises, durch dessen Anregung Koronaentladungen an den Zündspitzen oder der Zündspitze der Mittelelektrode 3 erzeugt werden können.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Spule 4 in dem Metallgehäuse 1 angeordnet, in dem der Isolatorkörper 2 sitzt. Die Spule 4 kann aber auch außerhalb des Gehäuses 1 angeordnet sein und beispielsweise über ein Kabel an die Mittelelektrode 3 angeschlossen werden.
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2 zeigt schematisch eine teilweise geschnittene Darstellung eines Ausführungsbeispiels des Isolatorkörpers 2 mit eingesetzter Mittelelektrode 3. Der Isolatorkörper 2 hat einen ersten Abschnitt 2a, an dem das Gehäuse 1 anliegt, und einen zweiten Abschnitt 2b, der dünner als der erste Abschnitt 2a ist. Der zweite Abschnitt 2b grenzt auf der von der wenigstens einen Zündspitze abgewandten Seite an den ersten Abschnitt 2a und erstreckt sich bis zu dem brennraumfernen, von der wenigstens einen Zündspitze abgewandten Ende des Isolatorkörpers 2. Auf seiner der Zündspitze zugewandten Seite grenzt der erste Abschnitt 2a an einen dritten Abschnitt 2c an, der aus dem Gehäuse 1 herausragt und eine der wenigstens einen Zündspitze zugewandte vordere Endfläche des Gehäuses 1 bedeckt. Der dritte Abschnitt 2c hat also an seinem dem Gehäuse 1. zugewandten Ende einen größeren Innendurchmesser als das Gehäuse 1. Zu der wenigstens einen Zündspitze hin nimmt der Durchmesser des dritten Abschnitts 2c ab.
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Das Gehäuse 1 kann auf der vollen Länge des ersten Abschnitts 2a an ihm anliegen. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel liegt das Gehäuse 1 an dem brennraumfernen Endabschnitt des Abschnitts 2a aber nicht an, sondern umgibt ihn in einem Abstand.
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Der erste Abschnitt 2a, der wie in 2 gezeigt zylindrisch ausgebildet sein kann, weist eine elektrisch leitfähige Beschichtung 5, beispielsweise aus Metall oder einer elektrisch leitfähigen Keramik, auf. Der zweite Abschnitt 2b des Isolatorkörpers 2 ist mit einer Glasur 6 beschichtet. Wie 2 zeigt, ist nicht nur der zweite Abschnitt 2b des Isolatorkörpers 2 auf seiner Mantelfläche vollständig mit der Glasur 6 beschichtet, sondern auch ein Endabschnitt des zweiten Abschnitts 2b. In diesem Endabschnitt 2b bedeckt die Glasur 6 die elektrische leitfähige Beschichtung 5. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel endet die Glasur 6 an oder vor dem Abschnitt des Gehäuses 1, der an dem Isolatorkörper 2 anliegt.
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3 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel des Isolatorkörpers 2 mit eingesetzter Mittelelektrode 3 in einer teilweise geschnittenen Darstellung. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen nur dadurch, dass die Glas 6 nur den zweiten Abschnitt 2b des Isolatorkörpers 2 bedeckt. Die Glasur kann in diesem Fall bündig an die elektrisch leitfähige Schicht 5 angrenzen.
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Das Metallgehäuse 1 hat einen Abschnitt, der an der elektrisch leitfähigen Beschichtung 5 anliegt. An diesen ersten Abschnitt des Metallgehäuses 1 schließt ein zweiter Abschnitt an, der einen größeren Innendurchmesser als der erste Abschnitt aufweist. Die Glasur 6 ist vollständig innerhalb des zweiten Abschnitts des Metallgehäuses 1 angeordnet ist. Das Metallgehäuse 1 umgibt die Glasur 6 also in einem Abstand. Ein Ringraum zwischen dem Isolator 2 und dem zweiten Abschnitt des Metallgehäuses 1 kann mit einem Isoliergas gefüllt sein, beispielsweise Schwefelhexafluorid oder Stickstoff. Das Isoliergas steht bevorzugt unter Druck, beispielsweise 5 bar oder mehr, um eine möglicht hohe Durchschlagfestigkeit zu erreichen.
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Die elektrisch isolierende Glasur 6 kann beispielsweise 18–35 Gew.-% Siliziumoxid, 25–40 Gew.-% Boroxid, 1 bis 5 Gew.-% Aluminiumoxid und im Übrigen Oxide von Alkali- und Erdalkalimetallen sowie Eisenoxid enthalten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Isolatorkörper
- 2a
- erster Abschnitt
- 2b
- zweiter Abschnitt
- 2c
- dritter Abschnitt
- 3
- Mittelelektrode
- 4
- Spule
- 5
- elektrisch leitfähige Beschichtung
- 6
- Glasur
