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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Anmeldung betrifft das Gebiet der Aufbauten der Zündkerzen. Konkret betrifft die vorliegende Anmeldung einen Isolator für eine Zündkerze, der darauf abzielt, die Eigenschaften und Leistungsfähigkeit einer Zündkerze zu verbessern. Die vorliegende Anmeldung betrifft ferner eine Zündkerze mit einem oben beschriebenen Isolator.
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Stand der Technik
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Eine Zündkerze wird oft in einem Verbrennungsmotor verwendet und dient üblicherweise der Durchführung eines Zündvorgangs mittels einer Hochspannung in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hohem Druck. Aus diesem Grund werden hohe Anforderungen an die mechanische Festigkeit und die elektrische Eigenschaft einer Zündkerze gestellt. Eine Zündkerze ist in der Regel mit einem Isolator versehen, um einen elektrisch leitfähigen Abschnitt der Zündkerze von anderen Teilen im Verbrennungsmotor zu isolieren. Eine Zündkerze muss ausreichende Isolierfähigkeit und mechanische Eigenschaft aufweisen, um einen störungsfreien Betrieb des Verbrennungsmotors sicherzustellen.
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Daher sind immer ein neuartiger Isolator für eine Zündkerze und eine Zündkerze erwünscht, um somit zum Gewährleisten der Sicherheit eines Fahrzeugs wahlweise eine Parkfunktion zu aktivieren.
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Offenbarung der Erfindung
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Gemäß einem Aspekt liegt der vorliegenden Anmeldung die Aufgabe zugrunde, einen Isolator für eine Zündkerze bereitzustellen, der gute mechanische Festigkeit und elektrische Eigenschaft liefern kann. Gemäß einem anderen Aspekt liegt der vorliegenden Anmeldung die Aufgabe zugrunde, eine Zündkerze mit einem oben beschriebenen Isolator bereitzustellen.
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Gemäß der vorliegenden Anmeldung wird die Aufgabe gelöst durch die folgende Ausgestaltung:
- Ein Isolator für eine Zündkerze, der dazu eingerichtet ist, dass er zwischen einer Zwischenelektrode und einem metallischen Gehäuse angebracht ist, um die beiden Bauteile voneinander elektrisch zu isolieren, umfassend: einen Hauptkörper, der eine Zentralkammer zum Einbauen der Zwischenelektrode und eine dem Gehäuse zugewandte Außenoberfläche umfasst, wobei die Außenoberfläche ein in einer Brennkammer befindliches erstes Ende und ein der Brennkammer abgewandtes zweites Ende umfasst;
- wobei mindestens an dem ersten Ende der Außenoberfläche eine Glasur vorgesehen ist, die mindestens die folgenden Bestandteile, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Glasur, umfasst:
- - SiO2: 46 bis 60% (Gewicht),
- - Al2O3: 15 bis 30% (Gewicht),
- - CaO: 6 bis 22% (Gewicht),
- - MgO: 1 bis 5% (Gewicht),
- - NaO: 1 bis 5% (Gewicht), und
- - ZnO: 1 bis 5% (Gewicht).
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Bei dem vorstehenden Isolator für eine Zündkerze ist optional vorgesehen, dass die Glasur ferner die folgenden Bestandteile, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Glasur, umfasst:
- - B2O3: 0 bis 12% (Gewicht),
- - Li2O3: 0 bis 1,5% (Gewicht), und
- - BaO: 0 bis 0,8% (Gewicht).
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Bei dem vorstehenden Isolator für eine Zündkerze ist optional vorgesehen, dass die Glasur die folgenden Bestandteile, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Glasur, umfasst:
- - SiO2: 48 bis 58% (Gewicht),
- - Al2O3: 18 bis 25% (Gewicht),
- - CaO: 15 bis 22% (Gewicht),
- - MgO: 1 bis 4% (Gewicht),
- - NaO: 1 bis 3% (Gewicht), und
- - ZnO: 2 bis 4% (Gewicht).
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Bei dem vorstehenden Isolator für eine Zündkerze ist optional vorgesehen, dass die Glasur ferner die folgenden Bestandteile, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Glasur, umfasst:
- - B2O3: 0 bis 5% (Gewicht),
- - Li2O3: 0 bis 1% (Gewicht), und
- - BaO: 0 bis 0,5% (Gewicht).
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Bei dem vorstehenden Isolator für eine Zündkerze ist optional vorgesehen, dass der Glasur mit einem Verfahren hergestellt wird, das mindestens die folgenden Schritte umfasst: Erwärmen bei einer Temperatur von 1000°C bis 1500°C für 20 Minuten bis 3 Stunden.
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Bei dem vorstehenden Isolator für eine Zündkerze ist optional vorgesehen, dass die Glasur derart ausgebildet ist, dass sie eine Dicke von 10 µm bis 100 µm aufweist.
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Bei dem vorstehenden Isolator für eine Zündkerze ist optional vorgesehen, dass die Glasur derart ausgebildet ist, dass sie eine Dicke von 30 µm bis 70 µm aufweist.
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Bei dem vorstehenden Isolator für eine Zündkerze ist optional vorgesehen, dass die Außenoberfläche des zweiten Endes mit einer Zusammensetzung, die sich von der Glasur unterscheidet, versehen ist.
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Eine Zündkerze umfasst eine Zwischenelektrode, ein metallisches Gehäuse und einen oben beschriebenen Isolator, wobei die Zwischenelektrode in der Zentralkammer eingebaut und der Isolator zwischen der Zwischenelektrode und dem Gehäuse angeordnet ist, wobei die Außenoberfläche des Hauptkörpers mit einer ersten Ausbuchtung und einer zweiten Ausbuchtung, die in Axialrichtung voneinander beabstandet sind, versehen ist und das Gehäuse mit einer Innenkammer versehen ist, wobei die erste Ausbuchtung und die zweite Ausbuchtung jeweils an einer Stelle zwischen zwei axialen Enden der Innenkammer anliegen, sodass der Isolator in dem Gehäuse befestigt ist, und wobei die Glasur an der Außenoberfläche zwischen der ersten Ausbuchtung und der zweiten Ausbuchtung vorgesehen und/oder an der Außenoberfläche zwischen der ersten Ausbuchtung und dem ersten Ende vorgesehen ist.
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Bei der vorstehenden Zündkerze ist optional vorgesehen, dass die Glasur ferner an der Außenoberfläche zwischen der zweiten Ausbuchtung und dem zweiten Ende vorgesehen ist.
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Der Isolator für eine Zündkerze und die Zündkerze nach der vorliegenden Anmeldung zeichnen sich vorteilhaft u.a. durch einfachen Aufbau, leichte Herstellung und komfortable Verwendung aus und somit kann ein stabiler und zuverlässiger Betrieb eines Verbrennungsmotors sichergestellt werden.
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Figurenliste
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele auf die vorliegende Anmeldung näher eingegangen, wobei es sich für Fachleute auf diesem Gebiet versteht, dass die Abbildungen nur zur Erklärung der bevorzugten Ausführungsbeispiele gezeichnet wurden und deshalb nicht als Einschränkung des Umfangs der vorliegenden Anmeldung betrachtet werden sollen. Außerdem sollen die Zeichnungen nur die Zusammensetzung oder den Aufbau des beschriebenen Gegenstands konzeptionell veranschaulichen und können übertriebene Darstellungen enthalten, sofern nicht anders angegeben. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu eingezeichnet.
- 1 zeigt einen Ausschnitt einer Zündkerze nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung in einer Schnittdarstellung.
- 2 zeigt einen Ausschnitt der Zündkerze gemäß 1 in einer Schnittdarstellung.
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Ausführliche Ausführungsformen
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen auf bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Anmeldung näher eingegangen. Es versteht sich für Fachleute auf diesem Gebiet, dass solche Beschreibung nur zur beispielhaften Erläuterung dient, ohne als Einschränkung des Schutzumfangs der vorliegenden Anmeldung ausgelegt werden zu sollen.
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Zunächst sei darauf hingewiesen, dass die hier erwähnten Orientierungsbegriffe „oben“, „unten“, „nach oben“, „nach unten“ usw. in Bezug auf die Richtungen in der jeweiligen Figur definiert sind und relative Konzepte darstellen, weswegen sie je nach Standort und den verschiedenen praktischen Bedingungen variieren können. Daher dürfen diese oder andere Orientierungsbegriffe nicht als einschränkende Ausdrücke ausgelegt werden.
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Des Weiteren ist darauf hinzuweisen, dass sich einzelne Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen hierbei beschrieben werden oder implizit enthalten sind, oder die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt oder implizit enthalten sind, miteinander (oder mit deren Äquivalenten) kombinieren lassen, um weitere hierbei nicht unmittelbar erwähnte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Anmeldung zu erhalten.
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Es ist zu beachten, dass in verschiedenen Figuren die gleichen oder die im Wesentlichen gleichen Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
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1 zeigt einen Ausschnitt einer Zündkerze nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung in einer Schnittdarstellung. Dabei umfasst die Zündkerze 10 nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung eine Erdungselektrode 11, eine Zwischenelektrode 12 und einen Isolator 100. Ein metallisches Gehäuse 20 umschließt einen Teil des Isolators 100. An dem Gehäuse 20 ist ein Gewinde 22 vorgesehen, um die Zündkerze 10 relativ zu einem Zylinderdeckel 30 zu befestigen. Ein Dichtring 21 ist zwischen dem Isolator 100 und dem Gehäuse 20 vorgesehen, um eine Abdichtung zu bewirken. Der Isolator 100 ist zum Anbringen zwischen der Zwischenelektrode 12 und dem metallischen Gehäuse 20 eingerichtet, um die beiden Bauteile voneinander elektrisch zu isolieren.
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In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Isolator 100 einen Hauptkörper 101, eine Zentralkammer zum Einbauen der Zwischenelektrode 12 und eine dem Gehäuse 20 zugewandte Außenoberfläche. Die Zwischenelektrode 12 ist in der Zentralkammer eingebaut und der Isolator 100 ist zwischen der Zwischenelektrode 12 und dem Gehäuse 20 angeordnet. Die Außenoberfläche des Hauptkörpers 101 ist mit einer ersten Ausbuchtung und einer zweiten Ausbuchtung, die in Axialrichtung voneinander beabstandet sind, versehen. Das Gehäuse 20 ist mit einer Innenkammer versehen. Die erste Ausbuchtung und die zweite Ausbuchtung liegen jeweils an einer Stelle zwischen zwei axialen Enden der Innenkammer an, sodass der Isolator 100 in dem Gehäuse 20 befestigt ist. Die Glasur gemäß der nachfolgenden Beschreibung der vorliegenden Anmeldung kann an der Außenoberfläche zwischen der ersten Ausbuchtung und der zweiten Ausbuchtung vorgesehen und/oder an der Außenoberfläche zwischen der ersten Ausbuchtung und dem ersten Ende 111 vorgesehen sein.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Glasur ferner an der Außenoberfläche zwischen der zweiten Ausbuchtung und dem zweiten Ende 112 vorgesehen.
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Es versteht sich, dass die oben beschriebene erste Ausbuchtung der nachfolgend beschriebenen Ausbuchtung 113 entspricht, während die zweite Ausbuchtung dem Dichtring 21 entspricht. Der Dichtring 21 kann als separates Teil oder als ein Bestandteil der Außenoberfläche des Hauptkörpers 101 ausgebildet sein.
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2 zeigt einen Ausschnitt der Zündkerze gemäß 1 in einer Schnittdarstellung. Dabei umfasst der Isolator 100 für eine Zündkerze einen Hauptkörper 101, der sich entlang der Axialrichtung (x-x) erstreckt, eine Zentralkammer zum Einbauen der Zwischenelektrode 12 und eine dem Gehäuse 20 zugewandte Außenoberfläche. Die Außenoberfläche umfasst ein in einer Brennkammer befindliches erstes Ende 111 und ein der Brennkammer abgewandtes zweites Ende 112.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Außenoberfläche des Hauptkörpers 101 mindestens Folgendes: Eine Ausbuchtung 113, einen zwischen dem ersten Ende 111 und der Ausbuchtung 113 befindlichen ersten Bereich 110 und einen zwischen der Ausbuchtung 113 und dem zweiten Ende 112 befindlichen zweiten Bereich 120.
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Dabei ist zumindest an der Außenoberfläche 130 der Ausbuchtung 113 und dem ersten Bereich 110 die Glasur an der Außenoberfläche des Hauptkörpers 101 vorgesehen.
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In einem Ausführungsbeispiel ist mindestens an dem ersten Ende 111 der Außenoberfläche die Glasur vorgesehen. Die Glasur umfasst mindestens die folgenden Bestandteile, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Glasur:
- - SiO2: 46 bis 60% (Gewicht),
- - Al2O3: 15 bis 30% (Gewicht),
- - CaO: 6 bis 22% (Gewicht),
- - MgO: 1 bis 5% (Gewicht),
- - NaO: 1 bis 5% (Gewicht), und
- - ZnO: 1 bis 5% (Gewicht).
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Die hierbei erwähnte Axialrichtung bezieht sich auf die Verlaufsrichtung der gestrichelten Linie x-x in 1. Konkret erstrecken sich die Zwischenelektrode 12, der Isolator 100 und das Gehäuse 20 entlang der gestrichelten Linie x-x und der Isolator 100 und das Gehäuse 20 können zylinderförmig ausgebildet sein, sodass die Zwischenelektrode 12 in dem Isolator 100 aufgenommen sein kann und mindestens ein Teil des Isolators 100 innerhalb des Gehäuses 20 eingebaut ist.
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Mindestens ein Teil der Ausbuchtung 113 ist dazu eingerichtet, die Innenoberfläche des Gehäuses 20 zu berühren und somit eine geschlossene Struktur zu bilden, sodass der zweite Bereich 120 des Isolators 100 von anderen Teilen der Außenoberfläche des Isolators 100 getrennt wird. Die Ausbuchtung 113, der Dichtring 21 und das Gehäuse 20 umschließen gemeinsam einen im Wesentlichen geschlossenen Raum, der sich zwischen dem Isolator 100 und dem Gehäuse 20 befindet, sodass ein großer Anteil der Länge des Isolators 100 nicht unmittelbar an einem im mittleren und unteren Bereich der 1 dargestellten Brenner freiliegt. Die Ausbuchtung 113 kann verschiedene Strukturen umfassen, ohne auf die dargestellte Struktur eingeschränkt zu werden. Wie sich aus 1 ergibt, befindet sich die Ausbuchtung 113 beispielsweise ungefähr an dem mittleren Bereich des Isolators 100 und steht über den ersten Bereich 110 und den zweiten Bereich 120 in eine senkrecht zu der Axialrichtung verlaufende Richtung hervor. Die Brennkammer des Verbrennungsmotors kann beim täglichen Betrieb eine Temperatur von mindestens 700°C erzeugen. Daher wird erstrebt, mit dem Isolator und der Zündkerze nach der vorliegenden Anmeldung mindestens bei einer bekannten üblichen Temperatur der Brennkammer eine störungsfreie Betätigung innerhalb einer ausreichenden Kilometerleistung sicherzustellen.
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Es versteht sich, dass die Erdungselektrode 11 und ein Ende der Zwischenelektrode 12 an einer dem ersten Ende 111 zugewandten Stelle angeordnet sind und ein Anschluss für die Zwischenelektrode 12 an einer dem zweiten Ende 112 zugewandten Stelle angeordnet ist. Wie aus den Zeichnungen zu entnehmen ist, ist der Dichtring 21 innerhalb des ersten Bereichs 110 des Umfangs des Isolators 100 angeordnet und der Außenoberfläche des Hauptkörpers 101 des Isolators 100 unmittelbar benachbart.
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Bei den Bestandteilen, die in Bezug auf das Gesamtgewicht der Glasur angegeben sind, ist der jeweilige Gehalt des einzelnen Bestandteils in Gewichtsprozent (Gew.-%) angegeben. Je nach praktischem Bedarf können Fachleute auf diesem Gebiet den Inhalt der Ausgestaltung der vorliegenden Anmeldung auch mittels anderer bekannten Darstellungsmethoden angeben und die vorliegende Anmeldung zielt darauf ab, solche andere Darstellungsmethoden abzudecken.
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Die oben angegebenen Zusammensetzungen der Glasur umfassen mehrere Metalloxide, die gemeinsam bewirken, dass die Glasur die erwünschte mechanische und elektrische Eigenschaft liefern kann. Die vorstehenden Bestandteile sind beispielhaft angegeben und in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung kann die Glasur ferner die folgenden Bestandteile, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Glasur, umfassen:
- - SiO2: 48 bis 58% (Gewicht),
- - Al2O3: 18 bis 25% (Gewicht),
- - CaO: 15 bis 22% (Gewicht),
- - MgO: 1 bis 4% (Gewicht),
- - NaO: 1 bis 3% (Gewicht), und
- - ZnO: 2 bis 4% (Gewicht).
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Neben den oben angegebenen Zusammensetzungen umfasst die Glasur optional ferner die folgenden Bestandteile, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Glasur:
- - B2O3: 0 bis 12% (Gewicht),
- - Li2O3: 0 bis 1,5% (Gewicht), und
- - BaO: 0 bis 0,8% (Gewicht).
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Die vorstehenden optionalen Zusammensetzungen dienen zum Bereitstellen der Glasigkeit und das jeweilige Gewichtsprozent kann je nach praktischem Bedarf variieren. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung umfasst die Glasur ferner die folgenden Bestandteile, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Glasur:
- - B2O3: 0 bis 5% (Gewicht),
- - Li2O3: 0 bis 1% (Gewicht), und
- - BaO: 0 bis 0,5% (Gewicht).
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In einem anderen Ausführungsbeispiel ist ferner an dem zweiten Bereich 120 die Glasur an der Außenoberfläche des Hauptkörpers 101 vorgesehen und somit kann der gesamte Außenumfang des Isolators geschützt werden. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und der Herstellungsfreundlichkeit kann jedoch auch an einem oder mehreren Bereichen des Umfangs die Glasur vorgesehen sein, während andere Bereiche mit keiner Glasur versehen sind. Bereiche, die mit der Glasur versehen sind, können durch Bereiche, die mit keiner Glasur versehen sind, voneinander getrennt werden.
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Die Glasur kann mittels eines auf diesem Gebiet bekannten Herstellungsverfahrens auf die Außenoberfläche des Isolators aufgetragen werden. Hierbei entfällt eine Beschreibung des konkreten Vorgangs und der Parameter des Herstellungsverfahrens. Es ist darauf hinzuweisen, dass in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung das Herstellungsverfahren der Glasur mindestens die folgenden Schritte umfasst: Erwärmen bei einer Temperatur von 1000°C bis 1500°C für 20 Minuten bis 3 Stunden. Der Schritt zum Erwärmen kann während eines Schritts zum Sintern des Isolators gleichzeitig erfolgen oder alternativ dazu nach dem Schritt zum Sintern des Isolators als separater Verfahrensschritt erfolgen. Hierbei ist zum Sicherstellen ausreichender mechanischer Festigkeit und elektrischer Eigenschaft zweckmäßig, dass die Glasur nach der vorliegenden Anmeldung derart ausgebildet ist, dass sie eine Dicke von 10 µm bis 100 µm, vorzugsweise eine Dicke von 30 µm bis 70 µm, aufweist. Durch Einstellen einer geeigneten Dicke für die Glasur kann ein Oberflächenfehler der Glasur verhindert werden und dabei wird gleichzeitig die Menge des verwendeten Materials hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit in Betracht gezogen. Die Glasur kann im Wesentlichen gleichmäßig auf die oben genannten Bereiche aufgetragen werden, um somit am Umfang des Isolators eine im Wesentlichen gleichmäßige Schutzstruktur zu bilden.
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Des Weiteren kann der zweite Bereich 120 oder das zweite Ende 112 mit einer anderen Oberflächenstruktur, die aus einer Zusammensetzung, die sich von der Glasur nach der vorliegenden Anmeldung unterscheidet, besteht, versehen sein. Beispielsweise kann an der Außenoberfläche des zweiten Bereichs 120 oder des zweiten Endes 112 eine andere Glasur vorgesehen sein, deren Zusammensetzungen sich von den hierbei angegebenen Zusammensetzungen unterscheiden. Die vorstehende Ausgestaltung wird zum Erfüllen der Anforderung bei unterschiedlichen Betriebsumgebungen und aus Gründen der Wirtschaftlichkeit vorgeschlagen. Fachleute auf diesem Gebiet können je nach praktischem Bedarf die Oberflächenstruktur, die an der Außenoberfläche des zweiten Bereichs 120 oder des zweiten Endes 112 vorgesehen ist, wählen.
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Die vorliegende Anmeldung betrifft ferner eine Zündkerze, die einen oben beschriebenen Isolator für eine Zündkerze umfasst. Die Zündkerze kann einen Aufbau, der dem in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Aufbau ähnelt, oder einen anderen geeigneten Aufbau aufweisen. Des Weiteren ist die Form des Isolators nach der vorliegenden Anmeldung beispielhaft angegeben und eine andere Außenkontur oder Form ist je nach praktischem Bedarf denkbar, um eine Anpassung an Zündkerzen verschiedener Typen zu ermöglichen.
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Mit dem Isolator und der Zündkerze nach der vorliegenden Anmeldung kann erzielt werden, dass die Glasur an der Außenoberfläche des Isolators eine Glasübergangstemperatur von mindestens 950°C und eine Schmelztemperatur von mindestens 1200°C aufweist. Somit wird die Wärmebeständigkeit des Isolators erheblich verbessert. Des Weiteren kann der Isolator nach der vorliegenden Anmeldung bessere mechanische und elektrische Eigenschaft, beispielsweise höhere Streckgrenze und/oder bessere Isolierfähigkeit aufweisen. Darüber hinaus wird bei dem Isolator und der Zündkerze nach der vorliegenden Anmeldung auch nach langzeitigem Betrieb das Schmelzen der Glasur verhindert, womit die Betriebsleistung und die Benutzererfahrung des Verbrennungsmotors effektiv verbessert werden.
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Die vorliegende Anmeldung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen anhand der Beschreibung offenbart und somit wird es den Fachleuten auf diesem Gebiet ermöglicht, die vorliegende Anmeldung auszuführen, u.a. auch irgendeine Einrichtung oder irgendein System herzustellen bzw. zu verwenden, ein geeignetes Material zu wählen und eine Zündkerze, die sich aus irgendeiner Kombination der Ausgestaltungen ergibt, zu verwenden. Der Umfang der vorliegenden Anmeldung wird durch die beanspruchte Ausgestaltung definiert und umfasst andere Beispiele, die den Fachleuten auf diesem Gebiet naheliegen. Soweit solche anderen Beispiele keine Bauteile, die sich von der beschriebenen beanspruchten Ausgestaltung unterscheiden, umfassen, oder wenn solche andere Beispiele gleichwertige Bauteile, die sich grundsätzlich nicht von der beschriebenen beanspruchten Ausgestaltung unterscheiden, umfassen, sollen solche Beispiele von dem Schutzumfang, der durch die beanspruchte Ausgestaltung der vorliegenden Anmeldung definiert wird, umfasst sein.
