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Zündkerzenstecker
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Stand der Technik Die Erfindung geht von einem Zündkerzenstecker nach
der Gattung des Hauptanspruchs aus. Bei einem derartigen, aus der DE-OS 29 o8 051
bekannten Zündkerzenstecker ist der einteilige Isolierkörper als Dielektrikum vorgesehen,
in dem und auf dem jeweils ein metallischer Zylinder befestigt ist. Die Zylinder
dienen als Kondensatorelektroden eines in den Zündkerzenstecker integrierten Kondensators,
der prallel zur Verbindung zwischen Zündkerze und Zündkabel angeordnet ist und zum
Zündzeitpunkt entladen wird. Dabei soll der Entladestrom mit dem Zündstrom der Zündkerze
kombiniert werden, um einen starken Zündfunken zu erhalten. Mit dem bekannten Isolierkörper
als Dielektrikum läßt sich lediglich eine Kapazität des Zündkerzensteckers bis zu
20 pF erreichen, die nur eine unzureichende Energiemenge zu speichern in der Lage
ist.
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Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Zündkerzenstecker mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den vorteil, daß
er wirtschaftlich realisierbar ist, in dem
mit einem verhältnismäßig
kleinen Dielektrikum dem Zündkerzenstecker eine wesentlich höhere Kapazität verliehen
werden kann als bei den bekannten Ausführungen. Dadurch wird eine so große Verstärkung
der Funkenenergie der Zünd= kerze erreicht, daß sie selbst magere Kraftstoffdampf-Luft-Gemische
bei allen Betriebszuständen einer Brennkraftmaschine sicher und über eine erforderliche
Lebensdauer zu zünden vermag.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Zündkerzensteckers
möglich.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn zwischen den Trennflächen der einzelnen
Längsabschnitte, die quer durch den Isolierkörper verlaufen, ringartige Elektroisolierelemente
angeordnet sind, die fest an den Trennflächen anliegen und aus einem Material bestehen,
das bei allen in diesem Bereich des Zündkerzensteckers auftretenden Temperaturen
nicht starr, sondern elastisch ist. Die Elemente können zum Beispiel aus Silicongummi,
aus entsprechend eingestelltem Epoxidharz oder aus polymerisierten Kunststoffen
bestehen. Die Elektroisolierelemente verhindern sicher Spacnungsdurchschläge a den
Trennflächen des das Dielektrikum des Kondensators bildenden Längsabschnitts des
Isolierkörpers, obwohl sich die Trennflächen in Richtung der elektrischen Feldlinien
erstrecken an Stellen hoher elektrischer Feldstärke. Es ist außerdem zweckmäßig,
wenn die Trennflächen der Längsabschnitte des Isolierkörpers eine Rauhtiefe RZ kleiner
als 30 /um haben. Das kann zum Beispiel mit einer Glasur erreicht werden. Unter
Rauhtiefe ist gemäß deutscher Norm (DIN 4768) der Mittelwert aus den Einzelrauhheiten
Z 1 bis Z5 fünf aufeinanderfolgender Einzelmeßstrecken zu verstehen.
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Darüber hinaus kann in rorteilhafter Weise ein Längsabschnitt des
Isolierkörpers zugleich als Dichtkappe ausgebildet sein, welche auf den Isolator
der Zündkerze abdichtend
aufschiebbar ist. Auch ist von Vorteil,
die metallische Umhüllung, welche zumindest teilweise den Isolierkörper umgibt und
an der Zündkerze an Masse geschlossen und befestigt ist, zugleich als Entstörmantel
vorzusehen.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnung
zeigt einen Längsabschnitt durch einen Zündkerzenstecker in vergrößertem Maßstab.
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Beschreibung des Ausführungsbeispieles Ein Zündkerzenstecker hat einen
Isolierkörper, der aus drei Längsabschnitten 1, 2 und 3 gebildet ist und eine durchgehende
Längsbohrung 4 hat. In der Längsbohrung 4 ist ein Anschlußteil 5 aus elektrisch
leitendem Metall angeordnet. Im in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel
ragt ein Ende 6 des Anschlußteils 5 aus dem Längsabschnitt 1 des Isolierkörpers,
um mit einem nicht dargestellten Zündkabel in an sich bekannter und nicht näher
dargestellter Weise verbunden zu werden. Das Ende 6 ist mit Gewinde versehen, auf
das eine Gewindehülse 7 geschraubt ist, bis sie mit ihrem Flansch 8 an der äußeren
Stirnseite 9 des Isolierkörpers fest anliegt. Dadurch ist das andere Ende 10 des
Anschlußteils 5 mit seinem Flansch 11 fest an eine Innenringschulter 12 des Längsabschnitts
3 des Isolierkörpers gezogen. Das Ende 10 des Anschlußteils 5 ist mit einem Sackloch
als Aufnahmebohrung 13 verstehen, in das ein mit Gewinde versehenes Ende eines Anschlußbolzens
14 einer Zündkerze 15 ragt. Dabei rastet das Gewinde des Anschlußbolrens 1h an einem
Federring 16 ein, welcher außen auf dem wunde 10 des Anschlußteils 5 in einer Ringnut
17 angeordnet ist und mit einem Rastabschnitt 18 durch einen Schlitz 19 in die Aufnahmebohrung
13 ragt.
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In dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel weis der
Isolierkörper an seinem zündkabelseitigen Ende den hülsenförmigen Längsabschnitt
1 auf aus keramischem Isolierstoff beispielsweise Aluminiumoxid oder aus einem Duroplasten
oder Thermoplasten mit ausreichender Wärmebeständigkeit. Das der Stirnseite 9 abgewandte
Ende des Längsabschnitts 1 ist als Flansch 20 verbreitert und hat eine als Trennfläche
21 bezeichnete Stirnseite. Sie verläuft quer zur Längsachse des Isolierkörpers und
somit des Zündkerzensteckers. Die Trennfläche 21 des Längsabschnitts 1 hat eine
Oberfläche, deren Rauhtiefe RZ möglichst kleiner als 30 /um, bevorzugt kleiner als
5 /um sein soll. Diese geringe Rauhtiefe läßt sich am besten durch eine auf die
Trennfläche 21 aufgebrachte Glasur (nicht dargestellt) erzielen, die eine Schichtdicke
von weniger als 40 /um hat und beispielsweise aus einer handelsüblichen Glaspaste
Nr. 9137 der Firma Dupont herstellbar ist.
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Ein erstes Elektroisolierelement 22, das die Form einer Ringscheibe
hat, liegt an der Trennfläche 21 des Längsabschnitts 1 mit einer Stirnseite dicht
an. An der anderen Stirnseite des Elektroisolierelements 22 liegt eine als Trennfläche
23 bezeichnete Stirnseite des Längsabschnitts 2 dicht an. Der Längsabschnitt 2 ist
in Form einer Zylinderhülse als dielektrisches Bauteil ausgebildet. Seine andere
Stirnseite bildet ebenfalls eine quer zur Längsachse des Isolierkörpers verlaufende
Trennfläche 24, an der ein zweites Elektroisolierelement 25 dicht anliegt. Es hait
ebenfalls die Form einer Ringscheibe. Das zweite Elektroisolierelement 25 liegt
mit seiner dem dielektrischen Bauteil 2 abgewandten Stirnseite an der Stirnseite
26 des Längsabschnitts 3 des Isolierkörpers an.
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Die beiden Elektroisolierelemente 22 und 25 bestehen aus einem Material,
das bei allen in diesem Bereich des Zündkerzensteckers auftretenden Temperaturen
elastisch ist.
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Ein solches Elektroisolierelement 22 bzw. 25 kann beispielsweise aus
einer Ringscheibe aus Silicongummi bestehen, die beispielsweise eine Dicke von 1
mm und eine Shore-Härte von 50 hat. Die Dicke derartiger Elektroisolierelemente
22, 25 kann auch zwischen 0,1 bis 0,2 mm liegen. An Stelle des Silicongummis kann
ein Material verwendet werden, das flüssig, weich oder viskos auf zwei Trennflächen
(zum Beispiel Positionen 21 und 26; 21 und 24; 23 und 24 oder 23 und 26) aufgetragen
und nach dem Zusammenfügen der Längsabschnitte 1 bis 3 des Isolierkörpers gegebenenfalls
einer Nachbehandlung (zum Beispiel Polymerisation) unterworfen wird. Hierfür eignet
sich beispielsweise ein Epoxidharz oder ähnliches, welches entsprechend der geforderten
Elastizität eingestellt ist und dem gegebenenfalls in bekannter Weise Füllstoffe
wie Aliuminiumoxid, Talkum, Silikat zur Kompensation des unterschiedlichen Wärmeausdehnungsverhaltens
der Längsabschnitte 1 bis 3 des Isolierkörpers hinzugefügt worden sind. Ebenso können
die Elektroisolierelemente 22, 25 als Ringscheiben aus polymerisiertem Kunststoff
beispielsweise Polyimid, Polykarbonat, Polyester, Polytretrafluorähtylen, Polyvinilchlorid
ausgebildet sein.
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Das dielektrische Bauteil 2, das zu einem Kondensator des Zündkerzensteckers
gehört, hat die Form eines Hohlzylinders und umgibt mit seinem Abschnitt der Längsbohrung
4 konzentrisch einen Abschnitt des Anschlußteils 5 nahe dessen kerzenseitigem Ende.
Die Trennflächen 23 und 24 des dielektrischen Bauteils 2 weisen ebenfalls so eine
geringe Rauhtiefe RZ auf wie die der oben beschriebenen Trennfläche 2' des ersten
Längsaoschnitts 1. Sie können auch mit einer entsprechenden, an sizh bekannten und
nicht näher dargestellten Glasur beschichtet sein. Die Umfangsfläche 27 des dielektrischen
Bauteils
hat in bevorzugter Weise einen Durchmesser, der geringfügig
kleiner ist als der Durchmesser des Flansches 20 des Längsabschnitts 1 des Isolierkörpers.
Sowohl die Umfangsfläche 27 als auch die Oberfläche des zum dielektrischen Bauteil
2 gehörenden Abschnitts der Längsbohrung 4 sind mit einer nicht dargestellten den
elektrischen Kontakt unterstützenden Oberflächenbeschichtung versehen, die beispielsweise
aus einer Silber-Palladium-Legierung bestehen kann und 10 /um dick ist. Das dielektrische
Bauteil 2 besteht aus einem Material mit einer Dielektriziätskonstanten 8 r von
100 bis 500. Das dielektrische Bauteil 2 kann beispielsweise aus einer Mischung
von Calciumtitanat, Bariumtitanat, Strontiumtitanat, Wismutoxid und Bleititanat
bestehen oder nur aus Calciumtitanat und Strontiumtitanat.
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Ein handelsüblicher geeigneter Stoff wird beispielsweise von der japanischen
Firma Murata unter Typ QQ oder UF geliefert. Das dielektrische Bauteil 2 ist so
bemessen, daß der Zündkerzenstecker eine Kapazität von 50 bis 500 pF aufweist, bevorzugt
aber eine Kapazität von 120 bis 400 pF hat.
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Der an dem Elekroisolierelement 25 anliegende Längsabschnitt 3 des
Isolierkörpers besteht aus einem ausreichend elastischen Isolierstoff, um mit seinem
rohrförmigen Endabschnitt 28 ungleich als Dichtkappe auf den Isolator 29 der Zündkerze
15 abaichtend aufschiebbar zu sein. Der Endabschnitt 28 ist verhältnismäßig dünnwandig
ausgebildet.
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Seine Innenwand 30 begrenzt in Umfangsrichtung den Anschlußraum 31
zwischen Zündkerzenanschlußbolzen 14 und Anschlußteil 5. Sie geht von der Innenringschulter
12 aus, an welcher der Flansch 11 des Anschlußteils 5 dicht gehalten ist. Der Außenmantel
des Längsabschnitts 3 hat an seinem am Elektroisolierelement 25 anliegendem Ende
dessen Außendurchmesser, geht in einem Mittelabschnitt 32 in einen sich vervoingenden
konischen Abschnitt über und setzt 5 zh im zylindrischen Abschnitt kleineren Durchmessers
des ndabschnitts 28 fort.
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Ein Steckergehäuse 33 als äußere metallische Umhüllung ist im wesentlichen
rohrförmig ausgebildet. Es ist soweit über den Isolierkörper geschoben, daß in seiner
Innenbohrung 34 der Flansch 20 des Längsabschnitts 1, das dielektrische Bauteil
2 vollständig und der mit dem Außendurchmesser des Elektroisolierelements 25 versehene
Endabschnitt des Längsabschnitts 3 aufgenommen sind. Ein sich erweiternder Endabschnitt
35 der Innenbohrung 34 bei gleichbleibendem Außendurchmesser des Steckergehäuses
33 bildet einen Aufsteckabschnitt 36 des Zündkerzensteckers auf den Sechskant 37
der Zündkerze 15. Der Aufsteckabschnitt 36 ist mit schmalen parallelen Längsschlitzen
38 versehen.
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Der Aufsteckabschnitt 36 des Steckergehäuses 33 ist durch den Sechskant
37 der Zündkerze 15 an Masse geschlossen. Der Aufsteckabschnitt 36 kann auch in
an sich bekannter Weise am freien Ende aufgeweitet sein und eine Spannfeder tragen,
um einen guten Kontakt zu dem als Masseanschluß dienenden Sechskant 37 zu erreichen.
Auch könnte das freie Ende des Aufsteckabschnitts 36 auf den metallischen Übergang
vom Sechskant 37 zum Isolator 29 der Zündkerze 15 hin aufgeschraubt sein, um am
ganzen Umfang des Aufsteckabschnitts 36 einen möglichst gleichmäßigen und dichten
Anschluß zu erhalten. Das Steckergehäuse 33 ist am Isolierkörper 1 bis 3 durch einen
um die Außenseite des Flansches 20 des ersten Längsabschnitts 1 des Isolierkörpers
gelegten Rand 39 gehalten (beispielsweise durch Bördeln). Durch den Rand 39 ist
such ein Ende einer Abdichttülle 40 gehalten. Sie ist auf den aus dem Steckergehäuse
33 ragenden Abschnitt des ersten Längsabschnitts 1 gezogen. Ihr anderes Ende umgibt
in an sich bekannter und nicht dargestellter Weise abdichtend den zndabseknitt des
ebenfalls nicht dargestellten Zündkabels.
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Der Kondensator des Zündkersensteckers besteht aus dem iielektrischen
Bauteil 2, das nur einen verhältnismäßig kurzen Längsabschnitt des Isolierkörpers
bildet sowie aus
dem vom dielektrischen Bauteil 2 umschlossenen
Abschnitt des Anschlußteils 5 und dem das dielektrische Bauteil 2 umgebenden Abschnitt
des Steckergehäuses 33 als Kondensatorelektroden. Der Kondensator 2, 5, 33 ist parallel
zur Funkenstrecke der Zündkerze 15 geschaltet. Zur sicheren elektrischen Verbindung
des walzenformigen Abschnitts des Anschlußteils 5 mit dem dielektrischen Bauteil
2 sowie des dielektrischen Bauteils 2 mit dem das Bauteil 2 umfassenden Steckergehäuse
33 ist zwischen den jeweiligen gegenüberliegenden Flächen der Teile 5 und 2 sowie
2 und 33 eine Kontakthülse 41 bzw. 42 angeordnet. Die Kontakthülsen h1 und 42 können
jeweils beispielsweise aus einem Stahlgitter geringer Maschenweite (zum Beispiel
200 bis 300 /um) bestehen, das 0,1 bis 0,5 mm dick ist. An Stelle der Kontakthülsen
41 und 42 können auch andere den elektrischen Kontakt zwischen den Kondensatorteilen
5, 2, 33 mit unterschiedlichem Wärmeausdehnungsverhalten unterstützende Mittel verwendet
werden, beispielsweise eine elektrisch leitfähige Gußmasse, Graphitpackungen oder
ähnliches.
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Als besonders vorteilhaft hat sich noch herausgestellt, daß der die
Kontakthülse 41 und/oder der die Kontakthülse 42 aufnehmende Ringraum an Stelle
der Kontakthülsen 41 und 42 lediglich Gas enthält. Beispielsweise enthalten die
Ringräume tuft und sind durch die elastischen ringscheibenförmigen Elektroisolierelemente
22; 25 an den Stirnseiten aodichtend verschlossen. Die Ringräume können jeweils
einen 0,01 mm bis 0,50 mm breiten Ringspalt bilden. Vorzugsweise ist jeder Ringspalt
0,05 mm bis 0,30 mm breit. Eine derartige in dem Ringraum zwischen dem dielektrischen
Bauteil 2 und dem einen und/oder anderen Anschlußteil 5 bzw.
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33 des Kondensators eingeschlossene Luftschicht bleibt in einem Spannungsbereich
zwischen 5000 V und 500 V elektrisch leitens.
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Die Vorteile dieser Kondensatorausbildung liegen zunächst bei der
einfacheren Bauart, da weniger Teile benötigt werden und beispielsweise Luft als
das den Kontakt zwischen den Kondensatorteilen 2, 5, 33 mit unterschiedlichem Wärmeausdehnungsverhalten
unterstützende Mittel dient. Außerdem wird mit dieser im Zündkerzenstecker angeordneten
Kondensatorform für die Zündkerze, auf welche der Zündkerzenstecker gesteckt wird,
bewirkt, daß das Umsetzen von Energie während der Glimm- und Bogenphase entlastet
und somit der Zündkerzenverschleiß entsprechend reduziert wird.
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Die beschriebene Ausführungsform des Zündkerzensteckers kann als teilgeschirmter
Zündkerzenstecker angesehen werden. Er kann auch als Zwischenstecker dienen, auf
dessen Ende 6 ein Zündkerzenstecker steckbar ist.
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Bei einem Zündkerzenentstörstecker ist ein Entstörwiderstand zwischen
dem Anschlußende des Anschlußteils 5 für die Zündkerze und dem Anschlußende 6 für
das Zündkabel angeordnet. Dazu ist das Anschlußteil 5 derart unterteilt, daß das
kerzenseitige Ende durch das dielektrische Bauteil 2 bis in den ersten Längsabschnitt
1 des Isolierkörpers ragt und im Bohrungsabschnitt 4 des Längsabschnitts 1 mit einem
Ende des dort untergebrachten Entstörwiderstands elektrisch leitend und mechanisch
verbunden ist. Das andere Ende des Entstörwiderstands ist dann in an sich bekannter
Weise an ein Anschlußteil des Zündkabels angeschlossen.
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Das Steckergehäuse 33 bildet im dargestellten Ausführungsbeispiel
sowohl eine Kondensatorelektrode als auch einen Entstormantel des Zündkerzensteckers.
Bei einem Zündkerzenstecker mit Entstörwiderstand ist das Steckergehäuse 33 als
Entstörmantel noch über den den Entstörwiderstand und dessen Anschlußbereich zum
Zündkabel umfassenden ersten Längsabschnitt 1 des Isolierkörpers zu verlängern.