DE3425559A1 - Druck- und temperaturbestaendige abdichtung zwischen einem keramik- oder glasbauteil und einem metallgehaeuse - Google Patents

Description

• Beschreibung
• Die Erfindung betrifft eine druck- und temperaturbeständige Abdichtung zwischen einem Keramik- oder Glasbauteil und einem Metallgehäuse, die aus einem Metallring mit stufenförmig ausgebildeter Innenwand besteht.
• Derartige Stufenringe werden beispielsweise bei der Abdichtung von Zündkerzen, Zündelektroden und Flüss igkeitsüberwachur crselektroden verwendet. Die bekannten Stufenringe werden allerdings nicht zur unmittelbaren Abdichtung sondern mittelbar mit Mehlfüllung im Bereich des Bördelrandes zwischen Kerzengehäuse und innenliegendem Keramikisolator verwendet, während die eigentliche Abdichtung zwischen Isolator und Gehäuse als Abdichtung gegenüber dem Verbrennungsraum durch einen zusätzlichen inneren Dichtring erfolgt; für diesen Dichtring ist am Isolatorfuß eine zusätzliche Dichtschulter ausgebildet.
• Nachteilig an dieser Dichtung, die hier am Beispiel für Zündkerzen beschrieben wird, aber die in entsprechender Weise allgemein für die Abdichtung zwischen Keramik-und Metallbauteilen gilt, ist zum einen der Umstand, daß die Verwendung des Stufenringes mit Mehlpolster temperaturmäßig begrenzt ist, daß das Mehlpolster nicht für Feuchtigkeit und Dämpfe oder für hohe Drücke geeignet ist, und daß die Handhabung bzw. das Erstellen des Mehlpolsters wegen dessen spezieller physikalischr Eigenschaften große Sorgfalt erfordert. Die Aufgabe des Stufenrings mit Mehlfüllung besteht darin, beim Bördeln des Kcorzenc3cht siralldes Kraft auf die ei(Jentliche Dichtschulter des Isolators derart auszuüben, daß der zwischen Dichtschulter und Gehäusevorsprung anyeordnete innere Dichtring abdichtend zwischen Isolator und Gehäuse gepreßt wird.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen neuen Stufenring zur Verfügung zu stellen, der selbst unmittelbar die Abdichtung bewirkt, wobei die im Stand der Technik geschilderten Nachteile überwunden werden.
• Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch den Stufenring gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 gelöst. Eine bevorzugte spezielle Ausführungsform der Erfindung liegt in der Abdichtung einer Zündkerze gemäss Anspruch 4 vor.
• Der erfindungsgemäße Stufenring dichtet vorteilhafterweise unmittelbar das Keramikbauteil gegen das Metallgehäuse ab, wenn in sonst an sich bekannter Weise verfahren wird.
• Der erfindungsgemäße Stufenring ermöglicht den Verzicht auf Mehlfüllungen oder Mehlpolster und auf einen zusätzlichen inneren Dichtring; gleichzeitig kann die sonst benötigte zusätzliche Dichtschulter am Isolatorfuß (beispielsweise im Fall einer Zündkerze) entfallen.
• Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Stufenringes wird die Dichtwirkung bei steigender Temperatur und/oder steigendem Druck erhöht, während das Gegenteil bei der aus dem Stand der Technik bekannten Dichtungen eintritt, Ebenso wird der im Stand der Technik nachteilige Einfluß der Wärmeausdehnung der Materialien bei Heißwerden der Anordnung aus Keramik und Metall auf die Dichtigkeit praktisch vollständig eliminiert.
• Die Erfindung wird anhand der anliegenden Figuren 1 bis 3 näher erläutert.
• Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stufenringes.
• Fig. 2 zeigt im Querschnitt einen funktionsgerecht eingebauten Stufenring aus dem Stand der Technik in eine Zündkerze.
• Fig. 3 zeigt im Querschnitt eine erfindungsgemäß abgedichtete Zündkerze.
• Gemäß Fig. 1 besitzt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dichtringes 3 eine stufenförmige Ausbildung 4 der Innenwandung bei gleichzeitiger Ausbildung des dünneren Dichtringrandes in Form einer nach außen her- vortretenden Abdichtlippe 8.
• Bevorzugt wird als Material weichgeglühtes Metall verwendet, insbesondere weichgeglühtes Kupfer; aber auch Aluminium ist geeignet.
• Eine bekannte Dichtung wird gemäß Fig. 2 am Beispiel einer Zündkerze beschrieben.
• Hierbei befindet sich das Keramikbauteil 1 (Isolator) in dem Metallgehäuse 2. In dieser vorbekannten Zündkerze wird die eigentliche Abdichtung der Zündkerze gegenüber dem Verbrennungsraum durch den inneren Dichtring 7 bewirkt, der zwischen einer Dichtschulter 5 des Isolators 1 und der gegenüberliegenden Schulter 6 des Gehäuses 2 angeordnet ist.
• Gleichzeitig ist der Außenrand 9 des Gehäuses 2 umgebördelt und übergreift einen Stufenring 3 mit den Stufen 4, die an einer schräg verlaufenden Dichtschulter des Isolators anliegen, wobei die Stufenfreiräume mit einem Mehlpolster 15 ausgefüllt sind. Der Stufenring 3 wird erst festgepreßt, dann wird der Isolator 1 durch den Bördelrand 9 gegen die Dichtschulter 6 des Gehäuses 2 bzw. auf den inneren Dichtring 7 gedrückt. Ein Druckanstieg im Verbrennungsraum wirkt dieser Kraft entgegen, so daß die Dichtung im Bereich des inneren Dichtringes 7 vermindert oder gar aufgehoben wird.
• In vergleichbarer Weise wirkt ein Temperaturanstieg, weil der Keramikisolator einen geringeren Ausdehnungskoeffizienten als das umgebende Stahlgehäuse aufweist.
• Zu ebenfalls der gleichen Wirkung kann es kommen, wenn die Zündkerze zu fest eingeschraubt wird, weil sich dadurch das Zündkerzengehäuse im Bereich des Gewindes bzw. des Dichtsitzes streckt.
• Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung gemäß Fig. 3 ist auch dadurch gekennzeichnet, daß die eigentliche druck-und temperaturbeständige Dichtung nicht im Bereich der Dichtschulter 5 sondern im Bereich 4/8 des Dichtringes 3 im Gehäuse 2 bzw. am Isolator 1 ausgebildet ist. Deshalb kann nicht nur die innere Dichtung 7 sondern auch die Dichtschulter 5 erfindungsgemäß ganz in FortEall geraten; in jedem Fall bedarf es jedoch nicht der präzisen und paßgenauen Ausarbeitung der Dichtschulter 5 wie im Falle Dichtungsanordnung gemäß Fig. 2. Eine Anschlagschulter zur Aufnahme der Axialkräfte ist in jedem Fall erforderlich, es sei denn, daß die Keilverhältnisse selbsthemmend gewählt sind, wobei es dann genügt, nur bei der Montage äußerlich gegenzuhalten.
• Der Isolator würde dann durch Reibungskräfte im Körper ohne Gegenschulter gehalten.
• Darüber hinaus ermöglicht der Fortfall der Dichtung im Bereich der Dichtschulter 5 die Anordnung eines körperseitigen Anschlußes 10 für die seitliche Zufuhr von Kraftstoff, zündfähigen Kraftstoff-Luftgemischen, Gasen (Wasserstoff, Sauerstoff, Erdgas, Biogas) in Abhängigkeit vom jeweiligen Verwendungszweck der Anordnung, bei der die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung verwendet wird. Durch den seitlichen Stutzen können nicht nur Kraftstoffe, Gase usw. zugeführt sondern auch entnommen werden; ebenso können durch diesen Stutzen Meßsonden o.ä. eingeführt werden.
• Bei der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung wird der erfindungsgemäße ausgebildete Dichtring 3 lose eingelegt, dann durch Axialkraft angedrückt, wobei sich die Stufen 4 an die kegelförmig ausgebildete Schräge am Isolator anlegen uns sich durch die Axialkraft verformen. Dabei spreizt sich der Dichtring 3, so daß sich die Außenlippe 8 an die Gehäusewandung anlegt und sich ebenfalls abdichtend verformt.
• Zur zusätzlichen Absicherung wird anschließend der Bördelrand 9 umgelegt. Der Isolator 1 stützt sich bei der Montage auf die Anschlagschultern 5 und 6.
• Nach Schließen des Bördelrandes 9 kann zusätzlich mit einem Formstempel 11, der am Gehäusesechskant 12 angelegt wird, das Gehäuse 2 kalt nachgestaucht werden. Das Gehäuse 2 staucht sich im Bereich des Einstichs 13, der Bördelrand 9 federt auf, so daß zusätzliche Vorspannungskräfte auf den Dichtring 3 wirken. Zusätzlicher Effekt wird noch dadurch erzielt, daß die Verformung 14 des Stauchvorganges auch noch auf den Dichtring 3 wirkt.
• Sowohl durch zunehmenden Druck wie auch durch erhöhte Temperatur im Verbrennungsraum wird die Abdichtwirkung dieser Dichtung verstärkt.
• Bei einem Vergleichsversuch wurde eine Zündkerze mit herkömmlicher Abdichtung gemäß Fig. 2 und eine Zündkerze mit erfindungsgemäßer Abdichtung gemäß Fig. 3 untersucht.
• Unter bestimmten Versuchsbedingungen wurde im Fall der herkömmlichen Zündkerze gemäß Fig. 2 das Mehlpolster zwischen den Spalt von Bördelung und Isolator getrieben und Undichtigkeit festgestellt, während die Zündkerze mit erz in dungsgemäßer Dichtungsanordnung vollständig dicht blieb.
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Claims (6)

1. Druck- und temperaturbeständige Abdichtung zwischen einem Keramik- oder Glasbauteil und einem Metallgehäuse Patentansprüche 1. Druck- und temperaturbeständige Abdichtung zwischen einem Keramik- oder Glasbauteil und einem Metallgehäuse, bestehend aus einem Metallring mit stufenförmig ausgebildeter Innenwand, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Metallring (3) zusätzlich eine über den Ringumfang ragende Außenlippe (b) in Fonn einer verdickung der Ringwand aufweist.
2. 2. Abdichtung nach Anspruch 7, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Ring aus einem Metall besteht, dessen Wärmedehnung der Differenz der Wärmedehnung zwischen den wirksamen Längen des Keramik- und Clasbauteils und des Metallgehäuses entspricht.
3. 3. Abdichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Ring (3) aus weichgeglühtem Kupfer oder Aluminium besteht.
4. 4. Abdichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß sie zwischen dem Isolator (1) und dem Gehäuse (2) einer Zündkerze zum Verschluß gegen den Verbrennungsraum ausschließlich im Bereich der Stufen 4 des Stufenringes 3 und dessen Abdichtlippe 8 ausgebildet ist.
5. 5. Abdichtung nach Anspruch 4, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Abdichtring 3 durch den Bördelrand 9 in seiner abdichtenden Position fixiert ist.
6. 6. Abdichtung nach Anspruch 4, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Abdichtlippe 8 während des Aufschiebens des Stufenringes (3), an dem zunächst keine Abdichtlippe 8 ausgebildet ist, auf die schiefe Ebene des Isolators 1 im Bereich des aufgesetzten Stufenringes 3 ausgebildet wird.