DE102017117452A1

DE102017117452A1 - Zündkerze und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE102017117452A1
Application number: DE102017117452.4A
Authority: DE
Inventors: Werner Niessner; Marko Schwesinger
Original assignee: Federal Mogul Ignition GmbH
Current assignee: Federal Mogul Ignition GmbH
Priority date: 2016-08-16
Filing date: 2017-08-02
Publication date: 2018-02-22
Anticipated expiration: 2037-08-03
Also published as: CN107768980B; US20180054043A1; DE102017117452B4; CN107768980A; US10320156B2

Abstract

Beschrieben wird eine Zündkerze (1) und ein Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze (1) mit folgenden Merkmalen: einem metallischen Körper (2) mit einem vorderen Ende (3), einem hinteren Ende (4), einer Längsrichtung (5) und einem in Längsrichtung (5) verlaufenden Durchgang (6); an dem vorderen Ende (3) ist zumindest eine elektrisch leitend mit dem Körper (2) verbundene Masseelektrode (7) angeordnet; in dem Durchgang (6) ist ein Isolator (8) angeordnet, welcher eine Mittelelektrode (9) enthält, welche im Bereich des vorderen Endes (3) aus dem Isolator (8) herausragt und mit der zumindest einen Masseelektrode (7) einen Zündspalt (13) bildet; der Körper (2) weist im Bereich seines vorderen Endes (3) einen im Durchgang (12) angeordneten Dichtsitz (17) für den Isolator (8) und im Bereich seines hinteren Endes (4) ein den Isolator (8) formschlüssig im Körper (2) haltendes Haltemittel (20) auf, über welches der Isolator (8) in Längsrichtung (5) mit einer Vorspannkraft (FV) gegen den Dichtsitz (17) gedrückt wird, um den Durchgang (6) gegen Durchströmung durch Verbrennungsgase abzudichten. Am Körper (2) wird ein formschlüssig wirkendes Sicherungsmittel (30) aufgesetzt und befestigt, welches die dem vorderen Ende (3) abgewandte Seite des Haltemittels (20) zumindest abschnittsweise übergreift. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Isolator (8) die dem vorderen Ende (3) abgewandte Seite des Sicherungsmittels (30) überragt, wobei das Sicherungsmittel (30) das Haltemittel (20) unter Bildung eines Spaltes (41) zum Haltemittel (20) und unter Bildung eines Spaltes (40) zum Isolator (8) übergreift.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Zündkerze mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen und einem Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze mit den in Anspruch 12 angegebenen Merkmalen.
In der DE 10 2012 101 168 A1 ist eine Zündkerze offenbart, die einen einen Durchgang aufweisenden Körper enthält, in welchen ein Isolator gasdicht eingesetzt ist. Am hinteren Ende des Körpers ist als Haltemittel für den Isolator der Rand des Körpers nach dem Einsetzen des Isolators nach innen umgebördelt und greift an einer Isolatorschulter an. Der Körper weist eine Schrumpfzone auf, in welcher der Querschnitt des Körpers verringert ist und welche durch einen Stromstoß aufgeheizt und unter gleichzeitiger axialer Krafteinleitung gestaucht wird. Beim anschließenden Abkühlen kommt es zu einem Schrumpfen des Körpers im Bereich der Schrumpfzone, so dass der Isolator mit einer axialen Vorspannkraft im Körper eingespannt wird. Dieses bekannte und in der Praxis häufig eingesetzte Verfahren wird auch als „Elektrostauchen” bezeichnet. Der Durchgang im Körper, insbesondere der Zwischenraum zwischen Isolator und Körper, wird hierdurch gegen Durchströmung durch Verbrennungsgase abgedichtet, welche während des Betriebs der Brennkraftmaschine auf das mit dem Brennraum in Kontakt stehende vordere Ende der Zündkerze einwirken.
Wenn die in Längsrichtung wirkende Vorspannkraft während einer länger dauernden Einsatzzeit der Zündkerze nachlässt, beispielsweise durch Ermüdung des Materials des Körpers und/oder eine zeitweise Überhitzung des Körpers, können Verbrennungsgase in den Zwischenraum zwischen Isolator und Körper eintreten oder sogar den Durchgang durchströmen und aus der Brennkammer des Verbrennungsmotors nach außen entweichen. Dies ist unerwünscht. Die Durchströmung des Durchgangs mit heißen Verbrennungsgasen führt zu einer Überhitzung der Zündkerze und kann sogar dazu führen, dass die Festigkeit des umgebördelten Randes am hinteren Ende des Körpers derart reduziert wird, dass der Isolator aus dem Körper nach hinten herausgedrückt wird. Durch die unter hohem Druck stehenden Verbrennungsgase kann der Isolator geschossartig herausgetrieben werden und erhebliche Schäden verursachen.
Eine Zündkerze und ein Herstellungsverfahren der eingangs genannten Art sind aus der DE 10 2006 043 593 B3 bekannt. Die bekannte Zündkerze enthält einen Körper mit einem Durchgang, in welchem ein Isolator angeordnet ist und mittels eines formschlüssigen Haltemittels unter Vorspannkraft im Durchgang gehalten wird. Am Körper ist ein formschlüssig wirkendes Sicherungsmittel befestigt, welches die dem vorderen Ende abgewandte Seite des Haltemittels in einem sehr großen Abstand übergreift. Das Sicherungsmittel enthält ein Rohrgehäuse und einen am hinteren Ende angeschweißten Sechskant, welcher ein Ausschießen von Kerzenteilen, insbesondere des Isolators, aus dem Rohrgehäuse bei einem Versagen des Haltemittels bei gefährlich hohen Spitzendrücken verhindern soll. Das Rohrgehäuse enthält mindestens eine Entlüftungsöffnung in seiner Mantelfläche, durch welche sich der Überdruck in radialer Richtung entladen kann. Im hinteren Teil des Rohrgehäuses ist ein Teflon-Dichtring angeordnet, welcher das Eindringen von Leckagegasen in einen hinteren Bereich, in welchem ein Innenleiter aus dem hinteren Ende des Isolators austritt, verhindert. Das Rohrgehäuse weist eine bis zu dem Sechskant durchgehende, glatte Innenwandung auf, so dass im Fehlerfalle, wenn es zu einem Ausschießen des Isolators kommen sollte, dieser zunächst über eine sehr lange Strecke beschleunigt wird und dann mit hoher Geschwindigkeit gegen die durch den Sechskant gebildete Verengung prallt.
In der DE 10 2008 040 285 A1 ist eine Sonderform einer bauraumoptimierten Zündkerze offenbart, welche eine besondere Ausgestaltung des Zylinderkopfs erfordert. Der Körper weist hierbei kein Außengewinde zum Einschrauben in den Zylinderkopf auf. Statt dessen ist im Bereich des hinteren Endes des Körpers eine Spannmutter vorgesehen, welche ein Außengewinde aufweist, das in ein entsprechendes Innengewinde des Zylinderkopfs eingeschraubt wird und den Körper der Zündkerze in Richtung des Brennraums gegen einen Dichtsitz presst. Die Spannmutter verhindert durch eine entsprechende Gestaltung des Isolators, dass dieser im Fehlerfalle nach hinten aus dem Körper hinausgetrieben werden kann.
Die DE 102 27 371 A1 offenbart eine Zündkerze mit piezoelektrischem Sensor, wobei der Sensor spaltfrei zwischen einem Haltemittel des Isolators und einer das hintere Ende des Körpers übergreifenden Hülse angeordnet ist, um eine bei variierenden Verbrennungsdrücken wechselnde Verformung des Haltemittels zu messen. Die Hülse weist einen zum vorderen Ende des Körpers gerichteten Endabschnitt mit stark verringertem Querschnitt auf, welcher auf einen zylindrischen Abschnitt des Körpers aufgeschweißt ist. Dieser dünnwandige Endabschnitt der Hülse ist nicht stark genug, um bei Versagen des Haltemittels einen nach hinten aus dem Körper heraus beschleunigten Isolator aufzuhalten. Aus der US 2 300 646 A ist eine Zündkerze bekannt, welche einen Körper und ein Haltemittel für den Isolator aufweist, wobei am hinteren Ende des Körpers eine Gummikappe aufgesetzt ist, welche das Haltemittel übergreift. Eine solche Gummikappe ist ebenfalls ungeeignet, um ein Herausschießen des Isolators bei Versagen des Haltemittels zu verhindern. Die EP 1 265 328 A1 offenbart eine Zündkerze, welche einen aus mehreren Teilen zusammengesetzten Körper enthält, zwischen denen der Isolator gehalten ist. Die Gehäusebauteile werden durch einen Schweißprozess in ihrem Kontaktbereich gegeneinander vorgespannt, um eine Abdichtung des Isolators im Körper zu erreichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündkerze und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch eine Zündkerze mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Zündkerze hat einen metallischen Körper mit einem vorderen und einem hinteren Ende, einer Längsrichtung und einem in Längsrichtung verlaufenden Durchgang. An dem vorderen Ende kann zumindest eine elektrisch leitend mit dem Körper verbundene Masseelektrode angeordnet sein. In dem Durchgang ist ein Isolator angeordnet, welcher eine Mittelelektrode enthält. Die Mittelelektrode ragt im Bereich des vorderen Endes aus dem Isolator heraus und kann mit der zumindest einen Masseelektrode einen Zündspalt bzw. eine Luftfunkenstrecke bilden. Der Körper weist im Bereich seines vorderen Endes einen im Durchgang angeordneten Dichtsitz für den Isolator auf. Im Bereich seines hinteren Endes weist der Körper ein den Isolator formschlüssig im Körper haltendes Haltemittel auf, über welches der Isolator in Längsrichtung mit einer Vorspannkraft gegen den Dichtsitz gedrückt wird, um den Durchgang gegen Durchströmung durch Verbrennungsgase abzudichten. Das Haltemittel kann ringförmig, insbesondere ringförmig um den Isolator umlaufend, gestaltet sein. Das Haltemittel kann durch eine Verengung des Durchgangs im Körper gebildet werden. Das Haltemittel kann insbesondere durch einen nach dem Einsetzen des Isolators umgebördelten Rand des Körpers gebildet werden. Der Isolator kann eine zum hinteren Ende weisende Isolatorschulter aufweisen, an welcher das Haltemittel des Körpers angreift. Der Körper kann zumindest in seinem vom Dichtsitz bis zum Haltemittel verlaufenden Abschnitt, insbesondere einschließlich Dichtsitz und Haltemittel, durchgehend einstückig ausgestaltet sein.
Der Isolator kann eine dem vorderen Ende des Körpers zugewandte Schulter aufweisen, welche an dem Dichtsitz des Körpers anliegt, insbesondere unter Zwischenschaltung eines Dichtrings. Der Isolator kann ebenfalls einen in Längsrichtung verlaufenden Durchgang enthalten, in welchem die Mittelelektrode angeordnet ist. In dem Durchgang des Isolators kann ein Zündstift angeordnet sein, welcher aus dem hinteren Ende des Isolators herausragt und zum Anschluss einer Versorgungsleitung dienen kann. Der Zündstift und die Mittelelektrode sind innerhalb des Durchgangs des Isolators durch eine elektrisch leitfähige Glaseinschmelzung miteinander verbunden, welche gleichzeitig den Durchgang im Isolator gegen Durchströmung durch Verbrennungsgase abdichtet.
Am Körper ist ein formschlüssig wirkendes Sicherungsmittel befestigt, welches die dem vorderen Ende abgewandte Seite des Haltemittels zumindest abschnittsweise übergreift. Erfindungsgemäß überragt der Isolator die dem vorderen Ende abgewandte Seite des Sicherungsmittels. Das Sicherungsmittel übergreift das Haltemittel sowohl unter Bildung eines Spalts zu dem Haltemittel als auch unter Bildung eines Spalts zu dem Isolator. Beide Spalte sind klein. Der Spalt zwischen dem Sicherungsmittel und dem Haltemittel und/oder der Spalt zwischen dem Sicherungsmittel und dem Isolator kann höchstens 2 mm, insbesondere höchstens 1 mm, betragen. Der Körper kann eine zum hinteren Ende weisende Außenschulter aufweisen, an welcher das Sicherungsmittel befestigt ist. Das Sicherungsmittel kann einen ringförmigen Abschnitt enthalten, welcher den Isolator unter Bildung eines Spaltes umgibt und das Haltemittel unter Bildung eines Spaltes übergreift. Die Innenkontur des ringförmigen Abschnitts des Sicherungsmittels kann insbesondere an die Außenkontur des Haltemittels und/oder des aus dem hinteren Ende des Körpers herausragenden Isolators angepasst sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze wird zunächst ein Isolator in einen einen Durchgang aufweisenden Körper eingesetzt und darin über ein formschlüssig wirkendes Haltemittel fixiert. Ein Umformen des Haltemittels und die Fixierung des Isolators können in an sich bekannter Weise durchgeführt werden, beispielsweise indem ein Rand am hinteren Ende des Körpers nach dem Einsetzen des Isolators umgebördelt wird. Anschließend wird ein formschlüssig wirkendes Sicherungsmittel in einer das Haltemittel zumindest abschnittsweise übergreifenden Weise auf den Körper aufgesetzt und mit diesem verbunden. Das Sicherungsmittel wird beim Aufsetzen derart in Längsrichtung auf den Körper aufgeschoben, dass der Isolator die dem vorderen Ende abgewandte Seite des Sicherungsmittels überragt. Des Weiteren wird das Sicherungsmittel derart aufgeschoben, dass es, insbesondere spaltfrei, an der Außenschulter des Körpers anschlägt, während ein das Haltemittel übergreifender Abschnitt des Sicherungsmittels sowohl mit dem Haltemittel als auch mit dem Isolator jeweils einen Spalt bildet. Das Sicherungsmittel kann durch Verschweißen mit dem Körper, insbesondere mit dessen Außenschulter, verbunden werden. Das Sicherungsmittel und der Körper können in Umfangsrichtung des Körpers umlaufend miteinander verschweißt werden, insbesondere mittels einer entlang des gesamten Umfangs des Körpers umlaufenden Schweißnaht. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Körper nach dem Einsetzen des Isolators zwischen der Außenschulter und dem Haltemittel in Längsrichtung gestaucht wird, und dass erst nach dem Stauchen das Sicherungsmittel aufgesetzt und befestigt wird.
Die Erfindung hat wesentliche Vorteile:

• Das Sicherungsmittel sichert den Isolator zuverlässig im Körper, falls das Haltemittel versagen sollte. Ein Versagen des Haltemittels kann beispielsweise durch Materialermüdung oder Überhitzung der Zündkerze verursacht werden und kann – wie eingangs beschrieben – ein hohes Sicherheitsrisiko darstellen.
• Sollte das Haltemittel versagen, fängt das Sicherungsmittel den Isolator wegen des geringen Spaltes sofort auf und verhindert, dass dieser über eine lange Strecke auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt und aus dem Körper herausgetrieben wird. Ein Umherfliegen des Isolators wird verhindert.
• Das an sich bekannte und in der Praxis gut bewährte Verfahren zur Montage des Isolators im Körper, bei welchem ein Rand am hinteren Ende des Körpers umgebördelt und anschließend durch ein Elektrostauchen einer Schrumpfzone eine in Längsrichtung der Zündkerze verlaufende Vorspannkraft auf den Isolator erzeugt wird, kann weiterhin eingesetzt werden, und zwar insbesondere bevor das Sicherungsmittel aufgesetzt wird.
• Das Sicherungsmittel, beispielsweise in Form einer Sicherungshülse, lässt sich ohne großen Aufwand auf dem hinteren Ende des Körpers befestigen.
• Das Sicherungsmittel wirkt auch im hohen Temperaturbereich, insbesondere bis 700°C, zuverlässig.
• Der, insbesondere ringförmige, Spalt zwischen dem Sicherungsmittel und dem Isolator gewährleistet im Fehlerfalle ein Entweichen von heißen Gasen in axialer Richtung, so wie es bisher auch bei den aus der DE 10 2012 101 168 A1 bekannten Zündkerzen ohne Sicherungsmittel auftrat. Es sind keine Zusatzöffnungen im Sicherungsmittel erforderlich, welche dessen Querschnitt wie bei der DE 10 2006 043 593 B3 schwächen würden. Des Weiteren bewirkt dieser schmale Spalt eine gewisse Zentrierung des Isolators im Fehlerfalle. Im normalen Betrieb dagegen gewährleistet er, dass das Sicherungsmittel keine unerwünschten Kräfte auf den Isolator ausübt. Hierdurch kann die Sicherheit insgesamt erhöht werden.
• Wird die Innenkontur des Sicherungsmittels an die Außenkontur des Haltemittels angepasst, so kann sich das Haltemittel, welches sich im Fehlerfall nach hinten aufweitet, unmittelbar nach Überbrücken des geringfügigen Spaltes an das Sicherungsmittel anlegen und wird dort zuverlässig abgestützt, ohne dass es zu einer starken Beschleunigung des Isolators kommen kann.
• Der Spalt zwischen dem Sicherungsmittel und dem Haltemittel gewährleistet, dass das Sicherungsmittel bis zum Anschlagen an der Außenschulter auf den Körper aufgeschoben werden kann und dort eine zuverlässige Verbindung, insbesondere Schweißnaht, hergestellt werden kann. Der Spalt zwischen dem Sicherungsmittel und dem Haltemittel wird insbesondere nur so groß gewählt, dass auch bei auftretenden Fertigungstoleranzen der einzelnen Bauteile sichergestellt ist, dass das Sicherungsmittel definiert an der Außenschulter des Körpers anschlagen kann, ohne dass der das Haltemittel übergreifende Abschnitt des Sicherungsmittels das Haltemittel berührt. Somit lässt sich eine zuverlässige Herstellung der erfindungsgemäßen Zündkerzen sicherstellen.

In Ausgestaltung der Erfindung kann das Sicherungsmittel eine Sicherungshülse aufweisen, welche auf das hintere Ende des Körpers aufgesetzt ist. Die Sicherungshülse kann insbesondere auf das hintere Ende des Körpers aufgesteckt oder aufgeschraubt sein. Zur Befestigung der Sicherungshülse kann diese mit dem Körper verschweißt sein. Zum Aufstecken der Sicherungshülse kann der Körper an seinem hinteren Ende kreiszylindrisch geformt sein. Der ringförmige Abschnitt des Sicherungsmittels kann durch eine, insbesondere ringförmig umlaufende, Verengung der Innenkontur der Sicherungshülse gebildet werden. Das der Verengung gegenüberliegende Ende der Sicherungshülse kann mit der Außenschulter des Körpers verschweißt werden. Mittels der Kombination aus Außenschulter und daran befestigter Sicherungshülse kann eine gängigen Normen entsprechende Außenkontur der Zündkerze beibehalten werden, die weiterhin in genormten Zylinderköpfen verwendet werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Zündkerze eine Einschraubeinrichtung und ein am vorderen Ende des Körpers angeordnetes Außengewinde zum Einschrauben der Zündkerze in eine Brennkraftmaschine enthält. Die Einschraubeinrichtung ist an der Sicherungshülse angeordnet und kann insbesondere durch Schraubenschlüsselangriffsflächen, wie z. B. einen Sechskant, gebildet werden. Die Außenkontur des Körpers am hinteren Ende und die daran angepasste Innenkontur der Sicherungshülse können einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt, insbesondere in Längsrichtung verlaufende Nuten oder eine Längsverzahnung, aufweisen. Hierdurch kann die Drehmomentübertragung von der an der Sicherungshülse angeordneten Einschraubeinrichtung auf den Körper verbessert werden. Der Körper kann eine zwischen dem Außengewinde und dem Haltemittel angeordnete Schrumpfzone zum Elektrostauchen aufweisen. Die Schrumpfzone kann insbesondere zwischen dem Haltemittel und der nach hinten weisenden Außenschulter zum Befestigen des Sicherungsmittels angeordnet sein. Die Sicherungshülse kann die Schrumpfzone überdecken und zwischen der Schrumpfzone und dem Außengewinde mit dem Körper verbunden, insbesondere verschweißt, sein. Durch diese Ausgestaltung kann die Sicherungshülse neben dem Haltemittel auch die Schrumpfzone, an welcher der Querschnitt des Körpers verringert ist, mit absichern. Die Sicherheit gegen ein Werkstoffversagen des Körpers und ein Herausfliegen des Isolators kann dadurch erhöht werden. Die Schrumpfzone wird dadurch beim Einschrauben der Zündkerze nicht mehr durch das Einschraubdrehmoment belastet. Dies kann unerwünschte Beschädigungen der Schrumpfzone, welche Undichtigkeiten verursachen können, verhindern.
Der Körper kann zwischen dem Außengewinde und dem Befestigungsbereich des Sicherungsmittels eine zum vorderen Ende des Körpers gerichtete Außenschulter aufweisen, welche den Einschraubvorgang der Zündkerze in die Brennkraftmaschine begrenzt und die Zündkerze gegenüber der Brennkraftmaschine abdichtet. Die Zündkerze kann einen an der Schulter anliegenden Dichtring enthalten. Über das Außengewinde und die Außenschulter des Körpers erfolgt eine Wärmeableitung von der Zündkerze an die Brennkraftmaschine und einen darin befindlichen Kühlkreislauf.
Das Sicherungsmittel kann zumindest von seinem das Haltemittel übergreifenden Abschnitt, insbesondere seinem ringförmigen Abschnitt, bis zu seiner Befestigungsstelle am Körper durchgehend einstückig ausgestaltet sein. Insbesondere kann das Sicherungsmittel vollständig einstückig ausgestaltet sein. Das Sicherungsmittel, insbesondere die Sicherungshülse, kann aus einem Werkstoff mit hoher Warmfestigkeit, insbesondere einer Nickelbasislegierung, bestehen. Insbesondere geeignet sind die Nickelbasislegierungen mit der Werkstoff-Nr. 2.4816 (auch bekannt unter dem Markennamen INCONEL 600) und mit der Werkstoff-Nr. 2.4851 (auch bekannt unter dem Markennamen INCONEL 601). Eine derartige Ausgestaltung des Sicherungsmittels kann seine Stabilität und Sicherheit verbessern.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel und Verbindung mit der Figur. Es zeigt:
1 eine erfindungsgemäße Zündkerze im halbseitigen Längsschnitt.
In 1 ist eine Zündkerze 1 teilweise dargestellt, die einen metallischen Körper 2 enthält. Der Körper 2 hat ein vorderes Ende 3 und ein hinteres Ende 4 sowie eine Längsrichtung 5 und einen in Längsrichtung 5 verlaufenden Durchgang 6. Auf der Stirnseite des Körpers 2 am vorderen Ende 3 ist eine Masseelektrode 7 angeschweißt. In dem Durchgang 6 ist ein Isolator 8 angeordnet, welcher eine Mittelelektrode 9, einen Zündstift 10 und eine Glaseinschmelzung 11 enthält. Die Mittelelektrode 9 ragt im Bereich des vorderen Endes 3 aus dem Isolator 8 heraus und bildet mit der Masseelektrode 7 einen Zündspalt 13. Der Isolator 8 hat einen Durchgang 12, in welchem die Mittelelektrode 9, der Zündstift 10 und die Glaseinschmelzung 11 angeordnet sind. Der Körper 2 weist an seinem vorderen Ende 3 ein Außengewinde 14 zum Einschrauben der Zündkerze 1 in eine Brennkraftmaschine auf, an welches sich eine zum vorderen Ende 3 gerichtete Außenschulter 15 anschließt, an welcher ein Dichtring 16 anliegt.
Der Körper 2 weist im Bereich seines vorderen Endes 3 einen im Durchgang 6 angeordneten Dichtsitz 17 in Form einer Innenschulter auf, an welcher der Isolator 8 unter Zwischenschaltung eines Dichtrings 18 anliegt. Im Bereich des hinteren Endes 4 weist der Körper 2 ein Haltemittel 20 auf, welches durch den nach innen gebördelten hinteren Rand des Körpers 2 gebildet wird und an einer Schulter 19 des Isolators 8 anliegt. Der Körper 2 weist ferner eine Schrumpfzone 25 auf, welche eine Zone verringerten Querschnitts darstellt. Der Körper 2 ist in einem Abschnitt, der zumindest den Dichtsitz 17, das Haltemittel 20 und die Schrumpfzone 25 umfasst, einstückig ausgebildet.
Am hinteren Ende 4 ist ein Sicherungsmittel 30 in Form einer Sicherungshülse 31 befestigt, welches das Haltemittel 20 formschlüssig sichert und hierzu die dem vorderen Ende 3 abgewandte Seite des Haltemittels 20 übergreift. Der Isolator 8 überragt die dem vorderen Ende 3 abgewandte Seite des Sicherungsmittels 30. Das Sicherungsmittel 30 enthält einen ringförmigen Abschnitt 32, welcher durch eine ringförmig umlaufende Verengung der Innenkontur der Sicherungshülse 31 gebildet wird und den Isolator 8 an seinem aus dem hinteren Ende 4 herausragenden Bereich unter Bildung eines Spaltes 40 umgibt. In der Darstellung der 1 ist der zylindrische Spalt 41 so klein, dass er nicht durchgängig erkennbar ist. Der Abschnitt 32 übergreift das Haltemittel 20 unter Bildung eines Spaltes 41 und fängt den Isolator 8 an seiner Schulter 19 auf, falls das Haltemittel 20 aufgrund von Materialversagen den Isolator 8 nicht mehr halten kann. Das Sicherungsmittel 30 verhindert damit, dass der Isolator 8 durch den im Brennraum der Brennkraftmaschine entstehenden hohen Verbrennungsdruck aus dem hinteren Ende 4 des Körpers 2 herausgetrieben werden kann, falls das Haltemittel 20 versagt.
Die Sicherungshülse 31 ist auf das hintere Ende 4 aufgesteckt und in dem Bereich zwischen dem Außengewinde 14 und der Schrumpfzone 25 mit dem Körper 2 verschweißt. Die Schweißnaht ist durch das Bezugszeichen 33 angedeutet und liegt zwischen der Schrumpfzone 25 und der Außenschulter 15. Dadurch ist gewährleistet, dass die Sicherungshülse 31 die Schrumpfzone 25 überdeckt und ihr verringerter Querschnitt ebenfalls mit abgesichert ist. Die Sicherungshülse 31 enthält eine Einschraubeinrichtung 34 in Form eines Außensechskants zum Ansetzen eines Einschraubwerkzeugs. Das Einschraubdrehmoment wird über die Sicherungshülse 31 und die Schweißnaht 33 an dem verringerten Querschnitt der Schrumpfzone 25 vorbei auf den Körper 2 übertragen.
Bei der Herstellung der Zündkerze 1 ist der hintere Rand 20 des Körpers 2 zunächst noch nicht umgebördelt und der Durchgang 6 hat am hinteren Ende 4 noch keine Verengung. Der Dichtring 18 und der Isolator 8 werden in den Durchgang 6 eingesetzt. Anschließend wird der Rand 20 umgebördelt und bildet das Haltemittel für den Isolator 8. Danach wird unter axialer Krafteinleitung zwischen dem vorderen Ende 3 und dem hinteren Ende 4 die Schrumpfzone 25 durch einen durch den Körper 2 fließenden Stromstoß aufgeheizt. Dadurch wird das Material im Bereich der Schrumpfzone 25 gestaucht. Beim anschließenden Abkühlen der Schrumpfzone 25 schrumpft diese weiter, so dass es zu einer axialen Einspannung des Isolators 8 im Zündkerzenkörper 2 kommt, welche durch die Vorspannkraft F_V angedeutet ist und den Isolator 8 gegen den Dichtsitz 17 presst, so dass der Durchgang 6 gegen Einströmen und Durchströmen von Verbrennungsgasen aus dem Brennraum der Brennkraftmaschine abgedichtet ist. Anschließend wird das Sicherungsmittel 30 auf das hintere Ende 4 des Körpers 2 aufgesetzt und über die Schweißnaht 33 mit diesem verbunden. Die Schweißnaht 33 erstreckt sich entlang des gesamten Umfangs des Körpers 2 und der Sicherungshülse 31.
Der Körper 2 weist eine zum hinteren Ende 4 weisende Außenschulter 45 auf, an welcher die Sicherungshülse 31 beim Aufsetzen anschlägt. Beim Anschlagen der Sicherungshülse 31 an der Außenschulter 45 wird durch den Spalt 41 zwischen der Innenkontur des ringförmigen Abschnitts 32 und dem Haltemittel 20 gewährleistet, dass die Montage des Sicherungsmittels 30 unter Gewährleistung einer definierten Anlage ohne statische Überbestimmung erfolgen kann. Hierdurch kann eine besonders stabile und sichere Schweißnaht 33 an einer im Wesentlichen spaltfreien Berührungslinie zwischen unterem Rand der Sicherungshülse 31 und der Außenschulter 45 gewährleistet werden. Eine stabile Schweißnaht 33 ohne Unterbrechungen oder Lufteinschlüsse ist wichtig, damit die Sicherungshülse 31 ihre Sicherungsfunktion auch wirklich erfüllen kann.
Bezugszeichenliste

1: Zündkerze
2: Körper
3: vorderes Ende
4: hinteres Ende
5: Längsrichtung
6: Durchgang
7: Masseelektrode
8: Isolator
9: Mittelelektrode
10: Zündstift
11: Glaseinschmelzung
12: Durchgang
13: Zündspalt
14: Außengewinde
15: Außenschulter
16: Dichtring
17: Dichtsitz
18: Dichtring
19: Schulter
20: Haltemittel
25: Schrumpfzone
30: Sicherungsmittel
31: Sicherungshülse
32: ringförmiger Abschnitt
33: Schweißnaht
34: Einschraubeinrichtung
40: Spalt
41: Spalt
45: Außenschulter
F_V: Vorspannkraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012101168 A1 [0002, 0013]
DE 102006043593 B3 [0004, 0013]
DE 102008040285 A1 [0005]
DE 10227371 A1 [0006]
US 2300646 A [0006]
EP 1265328 A1 [0006]

Claims

Zündkerze (1) mit folgenden Merkmalen: • einem metallischen Körper (2) mit einem vorderen Ende (3), einem hinteren Ende (4), einer Längsrichtung (5) und einem in Längsrichtung (5) verlaufenden Durchgang (6); • in dem Durchgang (6) ist ein Isolator (8) angeordnet, welcher eine Mittelelektrode (9) enthält, welche im Bereich des vorderen Endes (3) aus dem Isolator (8) herausragt; • der Körper (2) weist im Bereich seines vorderen Endes (3) einen im Durchgang (6) angeordneten Dichtsitz (17) für den Isolator (8) und im Bereich seines hinteren Endes (4) ein den Isolator (8) formschlüssig im Körper (2) haltendes Haltemittel (20) auf, über welches der Isolator (8) in Längsrichtung (5) mit einer Vorspannkraft (F_V) gegen den Dichtsitz (17) gedrückt wird, um den Durchgang (6) gegen Durchströmung durch Verbrennungsgase abzudichten; • am Körper (2) ist ein formschlüssig wirkendes Sicherungsmittel (30) befestigt, welches die dem vorderen Ende (3) abgewandte Seite des Haltemittels (20) zumindest abschnittsweise übergreift; dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (8) die dem vorderen Ende (3) abgewandte Seite des Sicherungsmittels (30) überragt, wobei das Sicherungsmittel (30) das Haltemittel (20) unter Bildung eines Spaltes (41) zum Haltemittel (20) und unter Bildung eines Spaltes (40) zum Isolator (8) übergreift.
Zündkerze nach Anspruch 1, in welcher der Körper (2) eine zum hinteren Ende (4) weisende Außenschulter (45) aufweist, an welcher das Sicherungsmittel (30) befestigt ist.
Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, in welcher an dem vorderen Ende (3) zumindest eine elektrisch leitend mit dem Körper (2) verbundene Masseelektrode (7) angeordnet ist, welche mit der Mittelelektrode (9) einen Zündspalt (13) bildet.
Zündkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welcher der Spalt (41) zwischen dem Sicherungsmittel (30) und dem Haltemittel (20) und/oder der Spalt (40) zwischen dem Sicherungsmittel (30) und dem Isolator (8) höchstens 2 mm, insbesondere höchstens 1 mm, beträgt.
Zündkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welcher das Sicherungsmittel (30) zumindest von seinem das Haltemittel (20) übergreifenden Abschnitt (32) bis zu seiner Befestigungsstelle (33) am Körper (2) durchgehend einstückig, insbesondere vollständig einstückig, ausgestaltet ist.
Zündkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welcher der Körper (2) zumindest in seinem vom Dichtsitz (17) bis zum Haltemittel (20) verlaufenden Abschnitt, insbesondere einschließlich Dichtsitz (17) und Haltemittel (20), durchgehend einstückig ausgestaltet ist.
Zündkerze nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welcher das Sicherungsmittel (30) einen ringförmigen Abschnitt (32) enthält, welcher den Isolator (8) unter Bildung des Spaltes (40) umgibt und das Haltemittel (20) unter Bildung des Spaltes (41) übergreift.
Zündkerze nach Anspruch 7, in welcher die Innenkontur des ringförmigen Abschnitts (32) an die Außenkontur des Haltemittels (20) und/oder des Isolators (8) angepasst ist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 2 bis 8, in welcher das Sicherungsmittel (30) eine Sicherungshülse (31) aufweist, welche auf die Außenschulter (45) des Körpers (2) aufgesetzt und mittels einer entlang des gesamten Umfangs umlaufenden Schweißnaht (33) an der Außenschulter (45) angeschweißt ist.
Zündkerze nach Anspruch 9, welche eine Einschraubeinrichtung (34) und ein am vorderen Ende (3) des Körpers (2) angeordnetes Außengewinde (14) zum Einschrauben der Zündkerze (1) in eine Brennkraftmaschine enthält, wobei die Einschraubeinrichtung (34) an der Sicherungshülse (31) angeordnet ist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 9 oder 10, in welcher der Körper (2) eine zwischen dem Außengewinde (14) und dem Haltemittel (20) angeordnete Schrumpfzone (25) aufweist, wobei die Sicherungshülse (31) die Schrumpfzone (25) überdeckt und zwischen der Schrumpfzone (25) und dem Außengewinde (14) mit dem Körper (2) verbunden ist.
Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze (1), bei welchem ein Isolator (8) in einen einen Durchgang (6) aufweisenden Körper (2) eingesetzt und darin über ein formschlüssig wirkendes Haltemittel (20) fixiert wird, und bei welchem anschließend ein formschlüssig wirkendes Sicherungsmittel (30) in einer das Haltemittel (20) zumindest abschnittsweise übergreifenden Weise auf eine Außenschulter (45) des Körpers (2) aufgesetzt und nachfolgend mit der Außenschulter (45) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungsmittel (30) beim Aufsetzen derart in Längsrichtung (5) auf den Körper (2) aufgeschoben wird, dass der Isolator (8) die dem vorderen Ende (3) abgewandte Seite des Sicherungsmittels (30) überragt und das Sicherungsmittel (30), insbesondere spaltfrei, an der Außenschulter (15) anschlägt, während ein das Haltemittel (20) übergreifender Abschnitt (32) des Sicherungsmittels (30) sowohl mit dem Haltemittel (20) als auch mit dem Isolator (8) jeweils einen Spalt (41, 40) bildet.
Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem das Sicherungsmittel (30) durch Verschweißen mit der Außenschulter (45) verbunden wird, insbesondere mittels einer entlang des gesamten Umfangs des Körpers (2) umlaufenden Schweißnaht (33).
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei welchem der Körper (2) nach dem Einsetzen des Isolators (8) zwischen der Außenschulter (45) und dem Haltemittel (20) in Längsrichtung (5) gestaucht wird, und bei welchem nach dem Stauchen das Sicherungsmittel (30) aufgesetzt und befestigt wird.