DE3036224A1

DE3036224A1 - Keramischer isolator und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE3036224A1
Application number: DE19803036224
Authority: DE
Inventors: Jonathan Wayne Hinton; Robert Walter Matz; Frederick Joseph Powell
Original assignee: Champion Spark Plug Co
Current assignee: Federal Mogul Ignition LLC
Priority date: 1979-10-17
Filing date: 1980-09-25
Publication date: 1981-04-30
Also published as: GB2061176B; BE885673A; IT1145291B; CA1139856A; JPS5665412A; IT8049896A0; GB2061176A; FR2468190A1; JPS6364016B2; MX148142A

Description

3039224

Keramischer Isolator und Verfahren zu dessen Herstellung

Keramische Isolatoren wurden bisher hergestellt, indem eine keramische Masse zur Bildung eines Bauteils gepreßt wurde, die auf eine gewünschte Außengestalt konturiert xverden kann. Eine in Längsrichtung des Bauteils verlaufende Bohrung kann gebildet werden, indem die keramische Masse um einen Hilfsdorn verpreßt wird. Wenn es jedoch notwendig wird, daß ein keramisches Bauteil mit einer Vielzahl von Bohrungen oder Innenschlitzen, die in Längsrichtung des Isolators verlaufen, als Teil eines Sauerstoffsensors verwendet werden sollte, so gab es kein anderes Verfahren als das Extrudieren und anschließende Bohren, ein kompliziertes Spritzgießen oder ein mehrstufiges Präzisionsbohren.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß keramische Masse zur Bildung zweier keramischer Bauteile gepreßt werden kann, die zusammengesetzt werden und einen keramischen Isolator bilden können, der in Längsrichtung verlaufende Innenschlitze hierin aufweist. Anstatt gesondert die Schlitze mechanisch zu bearbeiten, umfaßt das Verfahren das Verpressen von keramischer Masse um eine konturierte Hilfswelle mit wenigstens zwei in Längsrichtung sich erstreckenden Flossen, wodurch ein äußeres Bauteil mit einer komplizierten Bohrung mit Nuten hierin entsprechend den Flossen gebildet wird; die Hilfsdorne werden vom äußeren Bauteil entfernt; keramische Masse wird zur Bildung eines inneren Bauteils geformt und das innere Bauteil konturiert, so daß es in die Bohrung des äußeren Bauteils paßt . Das innere Bauteil wird· dann innerhalb der Bohrung des äußeren Bauteils positioniert. Beide Bauteile werden zusammen gebrannt, wodurch die konturierte Fläche des inneren Bauteils die Nuten in der komplexen Bohrung des äußeren Bauteils zur Bildung von in Längsrichtung innerhalb des keramischen Isolators verlaufenden Schlitzen

+ Solche keramischen Teile wurden bisher nach dem angegebenen Verfahren hergestellt und wurden nach dem Brennen in "Thermoelementzündkerzen" zusammengebaut, wo die Thermoelemente die Temperatur maßen, während die Zündkerzen in laufenden Maschinen in den Nuten angeordnet wurden.

13001 8/0650

schließt. Der gewünschte Gegenstand kann auch hergestellt werden, indem das innere Bauteil gebrannt wird, bevor es in der Bohrung des äußeren Bauteils positioniert wird.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren, wonach das innere Bauteil gebrannt wird, das gebrannte innere Bauteil in der Bohrung des nicht gebrannten äußeren Bauteils positioniert wird und daß beide Bauteile zusammen gebrannt werden. Ein keramischer Isolator nach der Erfindung ist brauchbar als Träger für einen Sauerstoffsens or, der in den Abgasen von Brennkraftmaschinen angeordnet werden und verwendet werden kann, um deren Sauerstoffgehalt zu messen und eine Regelung des Luft-Brennstoffverhältnisses, bei dem die Maschine betrieben wird, zu regeln, so daß beispielsweise Emissionen auf ein Minimum herabgedrückt werden können.

Durch die Maßnahme nach der Erfindung wird also ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung eines keramischen Isolators mit in Längsrichtung verlaufenden Innenschlitzen vorgeschlagen. Gegenstand der Erfindung ist auch ein keramischer Isolator mit in Längsrichtung sich erstreckenden Innenschlitzen.

Die Erfindung soll nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Hilfsdorns zur Durchführung der Maßnahme nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Ansicht des Hilfsdorns der Fig. 1 von unten;

Fig. 3 einen Schnitt durch den Hilfsdorn längs der Linie 3-3 der Fig. 1;

Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch ein äußeres Bauteil, welches um den Hilfsdorn der Figuren 1 bis 3 geformt und zur Erzeugung eines keramischen

1 3001 8/0650

3Q36224

Isolators nach der Erfindung verwendet werden kann;

Fig. 5 eine Ansicht des äußeren Bauteils des keramischen Isolators der Fig. 4 von unten;

Fig. 6 eine Draufsicht auf das äußere Bauteil des keramischen Isolators der Fig. 4;

Fig. 7 einen Schnitt durch das äußere Bauteil des keramischen Isolators längs der Linie 7-7 der Fig. 4;

Fig. 8 einen Schnitt durch das äußere Bauteil des keramischen Isolators längs der Linie 8-8 der Fig. 4;

Fig. 9 eine Vertikaldarstellung eines nicht gebrannten inneren Bauteils, welches zur Herstellung eines keramischen Isolators nach der Erfindung verwendbar ist;

Fig. 10 einen Vertikalschnitt durch einen keramischen Isolator nach der Erfindung und umfaßt ein inneres Bauteil nach Fig. 9, ivelches innerhalb eines äußeren Bauteils der Figuren 4 bis 8 angeordnet ist;

Fig. 11 eine Draufsicht auf den keramischen Isolator der Fig. 10;

Fig. 12 eine Ansicht des keramischen Isolators der Fig. von unten;

Fig. 13 einen Schnitt durch den keramischen Isolator längs der Linie 13-13 der Fig. 10;

Fig. 14 einen Schnitt durch den keramischen Isolator längs der Linie 14-14 der Fig. 10;

Fig. 15 einen Vertikalschnitt ähnlich Fig. 10 durch einen anderen und bevorzugten keramischen Isolator nach der Erfindung;

Fig. 16 eine Draufsicht auf den keramischen Isolator der Fig. 15; und

Fig. 17 eine Ansicht des keramischen Isolators der Fig. von unten.

Nach Fig. 1 umfaßt ein allgemein mit 10 bezeichneter Hilfsdorn einen zylindrischen Dorn 11 mit drei Flossen 12 (siehe

1 30018/0650

- 6 - 3035224

die Figuren 2 und 3), der in dessen Längsrichtung sich erstreckt. Die drei Flossen 12 sind unter gleichem Abstand von 120°um Mitten um den Dorn 11 angeordnet, ein bevorzugter Aufbau wegen der vergleichsweisen einfachen Geometrie; jedoch ist manchmal ihre asymmetrische Distanz mit einer Positionierungskerbe (Figuren 15 bis 17) oder dergleichen wünschenswert, so daß ein Sauerstoffsensor in orientierter Weise mit einem um den Hilfsdorn 10 gebildeten Isolator zusammengebaut werden kann.

Der erste Schritt in der Herstellung eines äußeren Isolatorbauteils, allgemein bei 14 in Fig. 4 bezeichnet, umfaßt nach der Erfindung die Schritte des vorzugsweisen isostatischen Pressens einer keramischen Masse um den konturierten Hilfsdorn 10 (Fig. 1). Das Bauteil 14 (Fig. 4) hat eine um den Dorn 11 ausgebildete Bohrung 15 und erstreckt sich über dessen Gesamtlänge; Nuten 16 sind durch die Flossen 12 des Hilfsdorns 10 (Fig. 1) ausgebildet; die Nuten 16 erstrecken sich über die gesamte Länge der Wandungen der Bohrungen 15; verjüngen sich an einem Zwischenpunkt von einer maximalen Tiefe an einem Isolatorende 17 bis zu einer minimalen Tiefe an einem Isolatorende 18. Die innersten Wandungen 19 der Bohrung 15 sind um den Dorn 11 zwischen jeder der drei Nuten 16 ausgebildet. Nachdem das Bauteil hier herum geformt ist, wird der Hilfsdorn 10 vom äußeren Bauteil 14 entfernt; letzteres wird auf eine gewünschte Außengestalt konturiert.

Nach Fig. 9 wird eine keramische Masse gepreßt und konturiert und bildet ein inneres Isolatorbauteil 20, im allgemeinen von der Gestalt des Domes 11, um in die Bohrung 15 des äußeren Bauteils 14 (Fig. 4) zu passen.

Das konturierte innere Bauteil 20 wird dann innerhalb der Bohrung 15 des äußeren Bauteils 14 positioniert; beide Bauteile werden zusammen gebrannt. Die relativen Abmessungen

130018/0650

der am weitesten innen gelegenen Wandungen 19 der Bohrung 15 des äußeren Bauteils 14 und der äußeren Wandungen des inneren Bauteils 20 sind derart, daß das Schrumpfen der beiden Bauteile während des Brennens dafür sorgt, daß die Oberfläche des inneren Bauteils, das nach dem Brennen mit 21 in den Figuren 10 bis 14 bezeichnet ist, eng gegen die geschrumpften am weitesten innen befindlichen Wandungen der äußeren mit 19' und 22 bezeichneten Wandungen nach dem Brennen paßt, wodurch Schlitze 23 gebildet werden, die in Längsrichtung innerhalb eines keramischen Verbundisolators 24 (Fig. 10) sich erstrecken.

Mit dem beschriebenen Verfahren kann ein Isolator nach der Erfindung ohne weiteres hergestellt werden; bevorzugt wird jedoch ein Verfahren, bei dem das innere Bauteil 20 allein gebrannt wird, das gebrannte innere Bauteil 21 innerhalb der Bohrung 15 des nicht gebrannten äußeren Bauteils 14 positioniert wird und die resultierende Anordnung aus beiden Bauteilen gebrannt wird. Die erhöhte Temperatur im Brennen sorgt darür, daß die innersten Wandungen 19' des gebrannten äußeren Bauteils 22 eng gegen die Oberfläche des gebrannten inneren Bauteils 21 schrumpfen.

Das zur Zeit für das beste gehaltene Verfahren zur Herstellung eines Isolators nach der Erfindung ist bei 25 in den Figuren 15 bis 17 angedeutet. Der Isolator 25 umfaßt ein äußeres Bauteil 26 und ein inneres Bauteil sowie Schlitze 28, die im äußeren Bauteil 26 ausgebildet und durch das innere Bauteil 27 geschlossen sind. Die Schlitze 28 nehmen im Durchmesser benachbart dem inneren Bauteil 27 ab und unterscheiden sich in dieser Hinsicht von den Schlitzen 23 im Isolator der Figuren 10 bis 14.

Im Hinblick auf eine knappe Darstellung wurde die Erfindung

130018/0650

nur anhand weniger Ausführungsformen erläutert. Änderungen und Abänderungen liegen im Rahmen der Erfindung.

130018/0650

Leerseite

Claims

Herne 1, 8000 Manchen 40, Schaeferstraße 18 r»-_>i i__ β ij d„u.. Eisenacher Straße 17 Postfach 1140 Uipi.-ing. K. Π. BarSF Postfach 400369 Pat.-Anw. Herrmann-Trentepohi DföI.-PhVS. ΕΟΙΙΘΓΟΙ ΒβίΖΪΘδ1 Pat.-Anw. Betzier Fernsprecher:0 2323/51013 «*·|*«. rnje,fci«MBi«u«t,n,i Fernsprecher:0S9/363011 51014 Dipl.-Sng. W. Herrmann-Trentepohl *»« Telegrammanschrlft: r w 3S3013 Bahrpatente Herne PATENTANWÄLTE Telegrammanschrift: Telex 08229853 Babetzpat München Telex 5 215360 ' Bankkonten: Bayerische Vereinsbank München 952 2S7 Dresdner Bank AG Herne 7-520 499 Postscheckkonto Dortmund 558 68-467 Ref-: MO 6961 Lw In der Antwort bitte angeben Zuschrift bitte nach: CHAMPION SPARK PLUG COMPANY Keramischer Isolator und Verfahren zu dessen Herstellung PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Herstellen eines keramischen Isolators mit wenigstens zwei in Längsrichtung des Isolators verlaufenden Innenschlitzen, dadurch gekennzeichnet, daß keramische Masse um einen konturierten Hilfsdorn mit wenigstens zwei in Längsrichtung sich erstreckenden Flossen zur Bildung eines äußeren Bauteils mit einer Bohrung mit Nuten hierin entsprechend den Flossen gepreßt wird, der Hilfsdorn von dem äußeren Bauteil entfernt und auf eine gewünschte Außengestalt konturiert wird, die keramische Masse zur Bildung eines inneren Bauteils gepreßt und das innere Bauteil passend in die Bohrung des Außenteils konturiert wird und das Innenbauteil innerhalb der Bohrung des Außenbauteils positioniert und beide Bauteile gebrannt werden, derart, daß die konturierte Oberfläche des Innenbauteils die Nuten in der Bohrung des äußeren Bauteils zur Bildung von in Längsrichtung innerhalb des keramischen Isolators verlaufenden Schlitzen schließt.

130018/0650

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das innere Bauteil gebrannt wird, das innere Bauteil innerhalb der Bohrung des nicht gebrannten äußeren Bauteils positioniert wird und beide Bauteile gleichzeitig gebrannt werden.

3. Keramischer Isolator, gekennzeichnet durch einen äußeren Isolatorkörper (26...) mit einer Außenfläche, die gleich einer Umdrehungsfläche um eine in Längsrichtung sich erstreckende Achse des äußeren Körpers ist; und durch einen inneren Isolatorkörper (27...) mit einer Außenfläche, die ebenfalls eine Umdrehungsfläche um die in Längsrichtung sich erstreckende Achse des äußeren Körpers ist; und daß wenigstens zwei Innenschlitze (28...) vorgesehen sind, die sich in Längsrichtung von einem Ende des Isolators zum anderen (17; 18) zwischen den inneren und äußeren Isolatorkörpern (27; 26) erstrecken; und daß innere und äußere Isolatorkörper baulich einteilig miteinander zwischen den Innenschlitzen ausgebildet sind.

138018/0650