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Gemäß eines
weitverbreitet praktizierten Verfahrens zum dichten Befestigen einer
zylindrischen, metallischen Hülse
an einen Isolator, der in die metallische Hülse eingeschoben wird, wird
ein Endbereich der metallischen Hülse gecrimpt. Wenn das Crimpverfahren
eingesetzt werden soll, muß der Aufbau
der metallischen Hülse
so festgelegt sein, daß das
Crimpen weder die Erzeugung von Spannung in einem Bereich der Zündkerze
mit sich bringt, in welchem die Erzeugung von Spannung nicht wünschenswert
ist, noch die Erzeugung von Spannung in eine unerwünschte Richtung.
Weiterhin ist ein Aufbau erwünscht,
der unnötige
Verwerfung während des
Crimpens verhindert, um damit eine stetige Produktion von hochgenauen
metallischen Hülsen
zu ermöglichen.
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In
der allgemeinen Praxis hat ein Werkzeugangriffsbereich (ein sogenannter
sechseckiger Bereich) einer Zündkerze,
dessen Abmessungen der Industrienorm für das Angreifen mit einem Werkzeug entsprechen,
die Abmessung von beispielsweise 16 mm, 19 mm oder 20,8 mm, wenn über die
gegenüberliegenden
Seiten gemessen wird. Um jedoch einer neueren Tendenz bei Zündkerzen
Rechnung zu tragen, deren Größe sich
verringert hat, erscheinen Werkzeugangriffsbereiche kleinerer Größe (z.B.
mit einer Abmessung zwischen den gegenüberliegenden Seiten eines sechseckigen
Bereichs von 14 mm oder weniger). Wenn die äußeren Abmessungen eines solchen
sechseckigen Bereichs bestimmt werden, ist die maximale Wandstärke des
sechseckigen Bereichs aufgrund des Außendurchmessers eines Isolators
beschränkt
(in einigen Fällen
wird die Wandstärke
unzureichend und der sechseckige Bereich ist dementsprechend anfällig gegenüber Verformung, die
durch Spannung erzeugt wird).
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Daher
ist ein Aufbau erwünscht,
der eine stetige Produktion von hochgenauen metallischen Hülsen zu
ermöglicht,
sogar wenn die metallischen Hülsen
einen Bereich beinhalten, der anfällig gegenüber Verformung ist, die durch
Spannung erzeugt wird, wie oben beschrieben.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündkerze
bereitzustellen, die eine metallische Hülse aufweist, bei der Abmessungen
mit hoher Genauigkeit eingehalten werden und deren gecrimpter Bereich
eine hohe Dichtungsfähigkeit
aufweist.
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EP-A-1,022,828
offenbart eine Zündkerze gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1. Um diese Aufgabe zu lösen stellt die vorliegende
Erfindung eine Zündkerze
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 bereit, dadurch gekennzeichnet, daß eine Tangente
zur äußeren Kontour
an einem Basispunkt des gecrimpten Kurvenbereichs und eine Linie,
die senkrecht zur Achse, die auf die virtuelle Ebene projiziert
ist, einen Winkel von 50°–110° bilden.
Vorzugsweise ist der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Seiten des Werkzeugangriffsbereichs
nicht weniger als 10 mm. Wenn der Abstand weniger als 10 mm beträgt, wird
die Wandstärke
des Werkzeugangriffsbereichs unzureichend, womit sich die Möglichkeit
ergibt, daß die
benötigte
Genauigkeit und Festigkeit nicht eingehalten werden.
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Damit
ein Bereich der metallischen Hülse, die
wünschenswerterweise
beim Crimpen nicht gegenüber
Verwerfungen anfällig
ist, nach dem Crimpen eine hohe Formgenauigkeit beibehält, werden die
Crimpbedingungen, wie beispielsweise die Schlaggeschwindigkeit eines
Crimpstempels zum Niederdrücken
des zu crimpenden Vorsprungs und das Lageverhältnis zwischen der metallischen
Hülse und
dem Crimpstempel, sorgfältig
bestimmt. Je größer die
Toleranzen der Crimpbedingungen, um so kürzer ist die für das Einrichten
der Crimpbedingungen benötigte
Zeit, wodurch zur Verbesserung des Ertrags beigetragen wird. Gemäß dem oben
beschriebenen Aufbau wird der Großteil der Crimpkraft während des
Crimpens in axialer Richtung auf die metallische Hülse aufgebracht,
und die Spannung, die in der metallischen Hülse in radialer Richtung erzeugt
wird, ist sehr klein. Durch Festlegen von mindestens einer gewissen Wandstärke in einem
Bereich (z.B. dem Werkzeugangriffsbereich) der metallischen Hülse, die
wünschenswerterweise
beim Crimpen nicht gegenüber
Verwerfungen anfällig
ist, kann der Bereich nach dem Crimpen somit nachhaltig eine hohe
Formgenauigkeit einhalten. Auch kann für die Wandstärke eines
solchen Bereichs eine ziemlich große minusseitige Toleranz verwendet
werden.
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Zusätzlich zum
oben beschriebenen Aufbau kann eine Dichtungsfüllschicht in der Lücke zwischen der
inneren Oberfläche
der metallischen Hülse
und der äußeren Oberfläche des
Isolators in einem Füllzustand
bereitgestellt werden, und zwar während sie zwischen dem gecrimpten
Bereich und dem Crimpauflagebereich zusammengedrückt wird, um damit die Lücke abzudichten.
Durch den Einsatz der obenerwähnten
Winkelbedingung für
den gecrimpten Bereich der metallischen Hülse, kann, insbesondere wenn
die Dichtungsfüllschicht
aus Talkum oder ähnlichem
Material besteht, ein Bereich der metallischen Hülse, die als Außenwand
für das
Dichtungsfüllmaterial
(kann hiernach Dichtungsfüllschicht-Außenwandbereich
genannt werden) dient, effektiv an einer Verformung in radialer
Richtung gehindert werden, d.h. ein radiales Anschwellen des Dichtungsfüllschicht-Außenwandbereichs
der metallischen Hülse nach
außen
kann effektiv verhindert werden, wodurch eine auf die Dichtungsfüllschicht
wirkende Druckkraft beibehalten werden kann. Somit behält die Dichtungsfüllschicht
eine ausreichende Dichte, womit sie erheblich zur Verhinderung von
Leckverlusten beim Verbrennungsgas beiträgt.
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Vorzugsweise
werden Dichtungsringe an axial gegenüberliegenden Seiten der Dichtungsfüllschicht
so bereitgestellt, daß sie
gegen den Isolator und die metallische Hülse abdichten, wodurch Dichtungseffekte
sichergestellt werden. Falls bei einer Zündkerze solche Dichtungsringe
eingesetzt sind, ist die Dichtungsfüllschicht axial zwischen den
Dichtungsringen zusammengedrückt
und wird somit radial nach außen
gequetscht. Demgemäß verbessern die
Dichtungsringe die Gasdichtheit, sie verursachen aber das Aufbringen
einer radial nach außen
auf den Dichtungsfüllschicht-Außenwandbereich
der metallischen Hülse
wirkenden Last. Daher wird wünschenswerterweise
ein angemessenes Einstellen durchgeführt, um so eine Verwerfung
des Dichtungsfüllschicht-Außenwandbereichs
zu verhindern. Da sich, wie vorher schon erwähnt, eine radial nach außen wirkende
Kraft, die bezüglich
des Crimpens erzeugt wird, verringert, erhöht sich die Widerstandsfähigkeit gegenüber einem
Druck, mit dem der Dichtungsfüllschicht-Außenwandbereich
durch die Dichtungsfüllschicht
beaufschlagt wird. Somit kann die Dichtungsfüllschicht verdichtet werden,
während
die Form des Dichtungsfüllschicht-Außenwandbereichs
mit großer Genauigkeit
beibehalten wird. Das heißt,
daß der Einsatz
der obenerwähnten
Winkelbedingung sehr wirksam für
eine Zündkerze
ist, die eine Dichtungsfüllschicht
verwendet, wie auch für
eine Zündkerze, die
so aufgebaut ist, daß die
Dichtungsfüllschicht
zwischen Dichtungsringen eingepreßt ist.
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Ausführungsformen
der Erfindung werden jetzt nur beispielhaft beschrieben, wobei Bezug
auf die beigefügten
Zeichnungen genommen wird, in denen:
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1 eine vertikale Halbschnitt-Ansicht
ist, die eine Zündkerze
gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 eine Schnittansicht entlang
der Linie A–A
der 1 ist;
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3 eine vergrößerte Ansicht
ist, die den Hauptbereich der 1 zeigt;
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4 eine erläuternde
Ansicht ist, die einen Basispunkt des gecrimpten Bereichs und die
Höhe des
gecrimpten Bereichs illustriert;
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5 eine erläuternde
Ansicht ist, die eine Tangente des gecrimpten Kurvenbereichs-Basispunkts
und einen Winkel R illustriert;
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6 eine erläuternde
Ansicht ist, die eine Tangente des gecrimpten Kurvenbereichs-Basispunkts
und einen Winkel R in einem gecrimpten Bereich illustriert, der
von dem in 5 verschieden
ist;
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7 eine erläuternde
Ansicht ist, die einen Crimpvorgang illustriert;
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8 eine erläuternde
Ansicht ist, die einen anderen Crimpvorgang illustriert;
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9 ein Schaubild ist, das
die Beziehung zwischen dem Winkel R und der sechseckigen Seite-zu-Seite-Abmessung
zeigt;
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10 ein Schaubild ist, das
die Beziehung zwischen dem Winkel R und der Gasdichtheit zeigt;
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1 zeigt eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, d.h. eine Zündkerze 100, die einen
Widerstand enthält.
Die Zündkerze 100 beinhaltet
eine zylindrische, metallische Hülse 1;
einen Isolator 2, der so in die metallische Hülse 1 eingepaßt ist,
daß ein
Endbereich davon aus der metallischen Hülse 1 herausragt;
eine Mittelelektrode 3, die im Isolator 2 bereitgestellt
ist, wobei ein Endbereich aus dem Isolator 2 herausragt;
und eine Masseelektrode 4, die so angeordnet ist, daß ein Ende
davon mit der metallischen Hülse 1 verbunden
ist, während
das andere Ende als Gegenstück
zur Mittelelektrode 3 angeordnet ist. Ein Funkenüberschlag-Abstand
g ist zwischen der Masseelektrode 4 und der Mittelelektrode 3 gebildet.
Hiernach bedeutet der Ausdruck „vorne", oder Ableitungen davon, ein Bereich
zum Funkenabstand g hin entlang der axialen Richtung der Mittelelektrode 3,
und bedeutet der Ausdruck „hinten", oder Ableitungen
davon, ein Bereich weg vom Funkenabstand g.
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Der
Isolator 2 ist aus einem gesinterten Keramikkörper gebildet,
wie beispielsweise Alumina oder Aluminiumnitrid, und hat darin in
der Axialrichtung ein Durchgangsloch 6 gebildet. Das Durchgangsloch 6 wird
dazu verwendet, die Mittelelektrode 3 aufzunehmen. Ein
metallisches Terminalelement 13 ist fest in den rückwärtigen Endbereich
des Durchgangslochs 6 eingesetzt, wogegen die Mittelelektrode 3 fest
in den vorderen Endbereich des Durchgangslochs 6 eingesetzt
ist. Zwischen dem metallischen Terminalelement 13 und der
Mittelelektrode 3 ist innerhalb des Durchgangslochs 6 ein
Widerstand 15 angeordnet. Entgegengesetzte Endbereiche
des Widerstands 15 sind elektrisch an die Mittelelektrode 3 und
das metallische Terminalelement 13 über leitende Glasdichtungsschichten 16 bzw. 17 angeschlossen.
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Die
metallische Hülse 1 ist
aus Metall hergestellt, wie beispielsweise Baustahl, um so die Funktion
eines Gehäuses
für die
Zündkerze 100 zu
erfüllen. Ein
Außengewindebereich 7 ist
auf der äußeren Umfangsoberfläche der
metallischen Hülse 1 gebildet und
wird zum Einschrauben der Zündkerze 100 in
einen nicht dargestellten Motorblock verwendet. Ein Werkzeug, wie
beispielsweise ein Schraubenschlüssel
oder ein verstellbarer Schraubenschlüssel, wird mit dem Werkzeugangriffsbereich
in Eingriff gebracht, wenn die metallische Hülse 1 eingeschraubt werden
soll. Eine ringförmige
Schnurdichtung 62 ist zwischen der inneren Oberfläche eines
rückwärtigen Öffnungsbereichs
der metallischen Hülse 1 und
der äußeren Oberfläche des
Isolators 2 angeordnet, während sie mit dem rückwärtigen Endbereich
des flanschförmigen
Vorsprungs 2e (kann hiernach als ein erster Isolatoreingriffsvorsprung 2e bezeichnet sein)
des Isolators 2 in Kontakt ist. Eine ringförmige Schnurdichtung 60 ist
rückwärtig von
der Dichtung 62 angeordnet, während eine Dichtungsfüllschicht 61 (kann
hiernach nur als Füllschicht 61 bezeichnet sein),
die beispielsweise aus Talkum hergestellt ist, zwischen den Dichtungen 60 und 62 angeordnet
ist. Der Isolator 2 ist in die metallische Hülse 1 zur
Vorderseite der metallischen Hülse 1 hin
eingepreßt.
In diesem Zustand ist der hintere Öffnungsrandbereich der metallischen
Hülse 1 radial
nach innen zur Dichtung 60 hin gecrimpt, um dadurch einen
gecrimpten Bereich 200 zu bilden, wobei die metallische
Hülse 1 mit
dem Isolator 2 fest verbunden wird.
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Eine
Dichtungsmanschette 30 ist am Gewindegrund des Außengewindebereichs 7 der
metallischen Hülse 1 angeordnet.
Die Dichtungsmanschette 30 ist ein ringförmiges Element,
das durch Biegen einer Metallplatte, wie beispielsweise einer Baustahlplatte,
gebildet ist. Wenn der Außengewindebereich 7 in
ein Gewindeloch, das in einem Zylinderkopf gebildet ist, eingeschraubt
wird, wird die Dichtungsmanschette 30 axial zusammengedrückt und
zwischen einem flanschförmigen
Gasdichtungsbereich 1f der metallischen Hülse 1 und
einem Öffnungsrandbereich
des Gewindelochs deformiert, wodurch die Lücke zwischen dem Gewindeloch
und dem Außengewindebereich 7 abgedichtet
wird.
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Wie
in 2 (eine Schnittansicht
entlang der Linie A–A
der 1) und 3 (eine vergrößerte Ansicht
des Hauptbereichs der 1)
gezeigt, hat der Werkzeugangriffsbereich 201 eine Vielzahl
von ebenen Bereichen 201a. Wie in 2 dargestellt, nimmt der transversale
Querschnitt des Werkzeugangriffsbereichs 201 einen vieleckigen
Umriß an.
Der Werkzeugangriffsbereich 201 der vorliegenden Ausführungsform
weist sechs ebene Bereiche 201a auf; d.h. der Werkzeugangriffsbereich 201 ist
ein sechseckiger Bereich. Die gegenüberliegenden ebenen Bereiche 201a stehen
parallel zueinander. Drei Paare von gegenüberliegenden ebenen Bereichen 201a sind bereitgestellt.
Der Abstand zwischen den gegenüberliegenden
ebenen Bereichen 201a wird als Seite-zu-Seite-Abstand N bezeichnet (oder als
Fläche-zu-Fläche-Abstand
N; im Fall einer sechseckigen Form kann der Abstand als sechseckiger
Seite-zu-Seite-Abstand
N bezeichnet werden). Im Fall der Form eines Ikositetraeders (eine
sogenannte Bi-HEX-Form), wie in 2b dargestellt,
wird der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Flächen, wie
dargestellt, auch als Seite-zu-Seite-Abstand
N bezeichnet werden.
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Jetzt
soll der gecrimpte Bereich im Detail beschrieben werden.
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Wie
in 3 dargestellt, ist
ein an einem Öffnungsbereich
der zylindrischen metallischen Hülse 1 gebildeter
Vorsprung zum Crimpauflagebereich 2a hin gecrimpt, der
auf der äußeren Umfangsoberfläche des
Isolators 2 gebildet ist, der in die metallische Hülse 1 eingesetzt
ist und sich axial erstreckt, wobei der gecrimpte Bereich 200 zum
Befestigen der metallischen Hülse 1 an
den Isolator 2 gebildet wird. In dem Längsschnitt der metallischen
Hülse 1 einschließlich der
Achse des Isolators 2 ist der gecrimpte Bereich 200 so
gebogen, daß ein
Ende davon sich dem Isolator 2 annähert.
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In
der vorliegenden Erfindung ist ein Basispunkt des gecrimpten Bereichs 200 wie
folgt definiert. Die Definition eines Basispunkts verwendet eine
virtuelle Definitionsebene parallel zu einer Ebene, die in dem transversalen
Querschnitt des Werkzeugangriffsbereichs 201 der 2 durch den Mittelpunkt
F und die beiden Scheitelpunkte C läuft, die bezüglich des
Mittelpunkts F symmetrisch angeordnet sind und welche die Achse
beinhalten. Die Abbildungen der in 2a gezeigten
sechseckigen Form und die Form des in 2b gezeigten
Ikositetraeders, so wie sie rechtwinklig auf die Definitionsebene
projiziert sind, können
in derselben Art behandelt werden. Besonders wenn ein gerundeter Bereich
zwischen den nebeneinanderliegenden ebenen Bereichen 201a gebildet
ist, die als Werkzeugkontaktflächen
dienen, wird der Schnittpunkt der Linien, die sich von den ebenen Bereichen 201a erstrecken,
als ein Scheitelpunkt angesehen (siehe 2a).
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In
der obenerwähnten,
rechtwinklig projizierten Abbildung, wie in 4 dargestellt (zeigt einen Hauptbereich
der Abbildung auf der Definitionsebene), ist eine gemeinsame Tangente
zu einem gecrimpten Kurvenbereich 200a, der ein äußerer, konvexer
Bereich des Umrisses des gecrimpten Bereichs 200 ist, und
dem Umriß des
Werkzeugangriffsbereichs 201 gezogen. Die gemeinsame Tangente dient
als Bezugslinie J. In einem Bereich des Umrisses der metallischen
Hülse 1,
der sich zwischen einem Punkt H der Tangente auf der gecrimpten
Kurvenbereichseite und einem Punkt G der Tangente auf der Werkzeugangriffsbereichs-Seite
erstreckt (in 4 ein äußerer Randbereich
des Werkzeugangriffsbereichs, der auf der Seite des gecrimpten Bereichs
angeordnet ist), wird ein Punkt, dessen Abstand t von der Bezugslinie
J maximal ist, als ein Basispunkt D des gecrimpten Bereichs 200 definiert (kann
hiernach als ein Basispunkt D des gecrimpten Bereichs bezeichnet
sein). Der gecrimpte Bereich 200 ist so ausgebildet, daß eine Höhe h1 in dem obenerwähnten Querschnitt (4, etc.), entlang der axialen
Richtung des Isolators 2, 1,0 mm bis 3,0 mm beträgt.
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Wie
in 4 dargestellt, ist
die Höhe
h1 in der vorliegenden Erfindung als ein
maximaler Abstand definiert, über
den sich der gecrimpte Bereich 200 axial von dem Basispunkt
D des gecrimpten Bereichs projiziert. 4a zeigt
einen Fall, bei dem eine hintere Endfläche 201b des Werkzeugangriffsbereichs,
die sich von einer Hinterkante der Werkzeugkontaktfläche des
Werkzeugangriffsbereichs 201 zum gecrimpten Bereich 200 erstreckt,
eben ist. In beiden Fällen
dient eine gemeinsame Tangente zum Umriß des Werkzeugangriffsbereichs 201 und
dem gecrimpten Kurvenbereich 200a als Bezugslinie J.
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Wie
in 5 dargestellt und
wie bereits erwähnt,
ist der nach außen
hin konvexe, gecrimpte Kurvenbereich 200a auf einem Bereich
des äußeren Umrisses
des gecrimpten Bereichs 200 gebildet, der sich bis an das
Ende des gecrimpten Bereichs 200 erstreckt. Auf der Definitionsebene
bilden eine Tangente zum gecrimpten Kurvenbereich 200a an
einem Basispunkt des gecrimpten Kurvenbereichs 200a (die
Tangente kann hiernach als Tangente E des gecrimpten Kurvenbereichs-Basispunkts
bezeichnet werden) und einer rechwinklig zur Achse auf die Definitionsebene
projizierten Linie einen Winkel R von 50°–110°. In der vorliegenden Erfindung
ist der Basispunkt des gecrimpten Kurvenbereichs 200a wie
folgt definiert. Wie in 5a dargestellt,
wenn ein gecrimpten Kurvenbereich 200a mit einem nach außen hin
konvexen Umriß mit
einem nach innen hin konvexen Umriß so verbunden ist, daß eine Tangente
zu diesem Umriß sich
kontinuierlich ändert,
ist ein Übergangspunkt,
an dem die Orientierung der konvexen Linie sich umkehrt, als Basispunkt
B des gecrimpten Kurvenbereichs definiert, und eine Tangente des
gecrimpten Kurvenbereichs 200a am Basispunkt B des gecrimpten
Kurvenbereichs ist als Tangente E des gecrimpten Kurvenbereichs-Basispunkts
definiert.
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Wie
in 5b dargestellt, wenn
der nach außen
hin konvexe, gecrimpte Kurvenbereich 200a mit einem gradlinigen
Bereich 200c verbunden ist, der einen solchen geraden Umriß aufweist,
daß eine
Tangente zu diesem Umriß sich
kontinuierlich ändert,
ist ein Übergangspunkt,
an dem der gekrümmte
Bereich in einen gradlinigen Bereich 200c übergeht,
als Basispunkt B des gecrimpten Kurvenbereichs definiert, und eine
Tangente des gecrimpten Kurvenbereichs 200a am Basispunkt
B des gecrimpten Kurvenbereichs ist als Tangente E des gecrimpten
Kurvenbereichs-Basispunkts definiert. Wenn der nach oben hin konvexe,
gecrimpte Kurvenbereich 200a, wie in 6 dargestellt, mit einem gradlinigen
Bereich, einem nach oben hin konvexen Kurvenbereich oder einem nach
unten hin konvexen Kurvenbereich so verbunden ist, daß eine Tangente
sich diskret ändert (d.h.
eine Tangente ändert
sich abrupt an dem Übergangspunkt
oder, im Fall einer Verbindung an einen gradlinigen Bereich, fluchtet
die Tangente zum gecrimpten Kurvenbereich 200a am Über gangspunkt nicht
mit dem gradlinigen Bereich), ist der Übergangspunkt als Basispunkt
B des gecrimpten Kurvenbereichs definiert, und eine Tangente zum
gecrimpten Kurvenbereich 200a am Basispunkt B des gecrimpten
Kurvenbereichs ist als Tangente E des gecrimpten Kurvenbereichs-Basispunkts
definiert. 6 zeigt einen
Fall, bei dem der Basispunkt B des gecrimpten Kurvenbereichs mit
dem Basispunkt D des gecrimpten Kurvenbereichs zusammenfällt.
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Indem
der gecrimpte Bereich 200 so geformt ist, daß ein Winkel
R zwischen der Tangente E des gecrimpten Kurvenbereichs-Basispunkts
und einer senkrecht zur Achse stehenden Linie nicht weniger als
50° beträgt, kann
eine radial nach außen
gerichtete Komponente einer Kraft, die während des Crimpens im Werkzeugangriffsbereich 201 erzeugt
wird, klein gehalten werden, wodurch eine Verformung des Werkzeugangriffsbereichs 201 effektiv
verhindert wird. Diese Wirkung wird bei einem Winkel R von 70° oder mehr
deutlich erreicht, und wird bei einem Winkel R von 80° oder mehr
noch deutlicher und stetig erreicht.
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Wiederum
mit Bezugnahme auf 3 beinhaltet
die metallische Hülse 1 einen
dünnwandigen, konvexen
Bereich 1j, der axial an einer Zwischenstelle davon angeordnet
und radial nach außen
gewölbt ist,
wobei der Werkzeugangriffsbereich 201 als der erste flanschförmige Bereich
dient, der am Umfang in einem Projektionszustand bereitgestellt
ist, und der Gasdichtungsbereich 1f, der als der zweite
flanschförmige
Bereich dient, der am Umfang in einem Projektionszustand bereitgestellt
ist, wobei die ersten und zweiten flanschförmigen Bereiche an axial gegenüberliegenden
Enden des dünnwandigen,
konvexen Bereichs 1j angeordnet sind.
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Der
gecrimpte Bereich 200 steht von der Innenkante der Stirnfläche des
Werkzeugangriffsbereichs 201 vor, und zwar gegenüber vom
dünnwandigen,
konvexen Bereichs 1j. Besonders in der vorliegenden Ausführungsform
bedeutet die Stirnfläche des
Werkzeugangriffsbereichs 201 eine Ebene, die mit dem obenerwähnten Basispunkt
D des gecrimpten Bereichs übereinstimmt
(d.h. ein transversaler Querschnitt durch den Basispunkt D des gecrimpten Bereichs).
Im Fall von Heißcrimpen,
bei dem Crimpen ausgeführt
wird, während
elektrischer Strom angelegt ist, wird die äußere Oberfläche des dünnwandigen, konvexen Bereichs 1j radial
nach außen
hin gewölbt
und die innere Oberfläche
des dünnwandigen,
konvexen Bereichs 1j radial nach innen hin gewölbt.
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Beim
Herstellen der Zündkerze 100 wird
die metallische Hülse 1 in
der folgenden Art fest mit dem Isolator 2 verbunden. Zunächst wird
der Isolator 2, in dem die Mittelelektrode 3,
die Glasdichtungsschichten 16 bzw. 17, der Widerstand 15 und
das metallische Terminalelement 13 in dem Durchgangsloch 6 angeordnet
sind, in die metallische Hülse 1 eingesetzt,
an welche die Masseelektrode 4 nicht befestigt ist, und
zwar durch einen Öffnungsbereich
der metallischen Hülse 1,
wodurch ein Zustand hergestellt wird, in dem ein Eingriffsbereich 2h des
Isolators 2 und ein Eingriffsbereich 1c der metallischen
Hülse 1 über eine
Schnurdichtung (nicht dargestellt) miteinander im Eingriff stehen
(diese Elemente sind in 1 dargestellt).
Als nächstes
wird die Schnurdichtung 62 durch den Einsetzöffnungsbereich
in die metallische Hülse 1 eingesetzt
und in seine Stellung gebracht. Dann wird die Dichtungsfüllschicht 61 aus
Talkum oder Ähnlichem
gebildet, worauf die Anordnung der Schnurdichtung 60 folgt.
Der sich daraus ergebende Zustand ist in 7a gezeigt. Danach wird ein zu crimpender
Vorsprung 200' gegen
die Schnurdichtung 62, die Dichtungsfüllschicht 61 und die
Schnurdichtung 60 mithilfe eines Crimpstempels 111 gecrimpt,
wobei der dünnwandige,
konvexe Bereich 1j gebildet wird. Infolgedessen, wie in 7b gezeigt, ist die metallische
Hülse 1 fest
mit dem Isolator 2 verbunden. Eine Oberfläche des
Crimpstempels 111, die an den zu crimpenden Vorsprung 200' anstößt, nimmt
eine Form an, die der des Winkels R entspricht.
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In 7 wird im einzelnen ein
vorderer Endbereich der metallischen Hülse 1 in eine Aufnahmebohrung 110a eingesetzt,
die so in einer Crimpbasis 110 ausgebildet ist, daß der flanschförmige Gasdichtungsbereich 1f der
metalli schen Hülse 1 auf
einem Öffnungsrandbereich
der Aufnahmebohrung 110a aufliegt. Im Fall von Heißcrimpen
wird elektrischer Strom so an die metallische Hülse 1 angelegt, daß ein enger,
dünnwandiger
Bereich 1j',
der zwischen dem Werkzeugangriffsbereich 201 und dem Gasdichtungsbereich 1f gebildet
ist, durch elektrischen Widerstand erhitzt wird. Während der
dünnwandige Bereich 1j' so erhitzt wird,
wird der zu crimpende Vorsprung 200' mithilfe des Crimpstempels 111 nach
unten gedrückt,
wodurch der dünnwandige,
konvexe Bereich 1j gebildet wird. Im Fall von Kaltcrimpen
wird der dünnwandige
Bereich 1j' gedrückt, um
bei Raumtemperatur umgebogen zu werden, um dadurch in den dünnwandigen,
konvexen Bereich 1j geformt zu werden.
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Wenn
dem gecrimpten Bereich 200 ein Winkel R von 90° oder größer verliehen
werden soll, trifft das in 8 dargestellte
Verfahren zu. Im einzelnen ist ein Spielraum zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des
zu crimpenden Vorsprungs 200' und der
inneren Oberfläche
des Crimpstempels 111 vorgesehen, um so die Verformung
des zu crimpenden Vorsprungs 200' in dem Spielraum zu ermöglichen. Wenn
dem gecrimpten Bereich 200 ein Winkel R von 90° oder größer verliehen
werden soll, wird der zu crimpende Vorsprungs 200' in 8a relativ hoch ausgeführt, so
daß das
Crimpen den gecrimpten Kurvenbereich 200a dazu veranlaßt, nach
außen
in den Spielraum gequetscht zu werden.
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In
jedem Fall wird die Dichtungsfüllschicht 61 beim
Crimpen verdichtet, um dadurch gegen den Einsetzöffnungsbereich der metallischen
Hülse 1 und der äußeren Umfangsoberfläche des
Isolators 2 abzudichten. Indem die Bildung des gecrimpten
Bereichs 200 dem obenerwähnten Winkelbereich (der Winkel
ist 50° bis
110°) entspricht,
wird eine axiale Verdichtungskraft auf den Werkzeugangriffsbereich 201 gerichtet,
der als ein Außenwandbereich
der Dichtungsfüllschicht
dient. Somit wird der Werkzeugangriffsbereich 201 nicht
radial verformt und verdichtet damit effektiv die Dichtungsfüllschicht 61 gegen den
von der Dichtungsfüllschicht 61 ausgeübten Druck,
wodurch ein Beitrag zur Verbesserung der Dichtungsleistung in der
Zündkerze 100 geliefert wird.
Danach wird die Masseelektrode 4 an die metallische Hülse 1 angebracht,
beispielsweise durch Schweißen.
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Die
Auswirkung des Einsatzes des obenerwähnten Winkelbereichs ist von
besonderem Interesse für
Zündkerzen
mit einer Seite-zu-Seite-Abmessung N (2)
von 14 mm oder weniger (sogenannte M14 oder kleiner). Im Vergleich
zu einer Zündkerze,
die für
die Seite-zu-Seite-Abmessung N einen größeren Wert aufweist, ist bei
einer solchen Zündkerze
das Verwenden einer relativ dünnen
Wandstärke
im Werkzeugangriffsbereich 201 unvermeidbar; d.h. ein relativ
dünner
Außenwandbereich
der Dichtungsfüllschicht
aufgrund des inneren Aufbaus. Der Einsatz einer solch dünnen Wandung
verursacht eine Beeinträchtigung
der Festigkeit des Werkzeugangriffsbereichs 201, der mit
dem Schraubenschlüssel in
Eingriff gebracht wird. Infolgedessen, wenn Crimpen wie in 7b dargestellt durchgeführt wird,
wird der mit einem Schraubenschlüssel
oder Ähnlichem
in Eingriff zu bringende Werkzeugangriffsbereich 201 erheblich
verformt (aufgewölbt),
und zwar aufgrund des Einflusses von Spannung, die durch Druck von der
Dichtungsfüllschicht 61 und
den vertikalen Kräften
vom Crimpstempels 111 und dem dünnwandigen, konvexen Bereich 1j erzeugt
wird, sowie auch von Spannung, die bezüglich der Verformung des zu crimpenden
Vorsprungs 200' erzeugt
wird. Somit bestehen für
die Seite-zu-Seite-Abmessung
N Schwierigkeiten, in den erforderlichen Bereich zu fallen, während die
erforderliche Gasdichtheit hergestellt wird (um die erforderliche
Gasdichtheit herzustellen, muß ein
Crimpdruck erhöht
werden). Durch den Einsatz des obenerwähnten Bereichs von Winkel R
ist es unwahrscheinlich, daß der
Werkzeugangriffsbereich 201 nachgibt, selbst wenn die Wandstärke des Werkzeugangriffsbereichs 201 ziemlich
dünn ist.
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Um
die Auswirkungen der vorliegenden Erfindung zu bestätigen, wurde
der folgende Test durchgeführt.
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Ein Öffnungsende
der metallischen Hülse 1 wurde
mit dem in 7 und 8 gezeigten Crimpverfahren
gecrimpt, um dadurch einen gecrimpten Bereich 200 zu bilden.
Crimpen wurde durchgeführt, während der
Winkel R zwischen der Tangente des gecrimpten Kurvenbereichs-Basispunkts
und einer entsprechenden radialen Linie von 10° bis 120° variiert wurde, um dadurch
das Verhältnis
zwischen dem Winkel R und der Seite-zu-Seite-Abmessung zu untersuchen
(die sechseckige Seite-zu-Seite-Abmessung in 2). Der Test verwendete vier Arten von Baustahl
für den
Einsatz bei Maschinengestellen wie in JIS G4051 vorgeschrieben (1979);
insbesondere S5C, S15C, S25C und S35C. 9 ist ein Schaubild, welches das Verhältnis zwischen
dem Winkel R und der sechseckigen Seite-zu-Seite-Abmessung N zeigt.
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Wie
in 9 dargestellt, beweist
ein Winkel R von 50° oder
mehr seine Wirksamkeit für
alle Materialien. Ein Winkel R von 70° oder mehr zeigt besonders seine
Wirksamkeit. Ein Winkel R von 80° oder
mehr zeigt stetig seine hohe Wirksamkeit. Besonders bei einem Winkel
R von 110° oder
kleiner bereitet das Bilden der Form des gecrimpten Bereichs keine
Schwierigkeiten. Bei einem Winkel R größer als 110° wird das Bilden der Form jedoch
sehr schwierig. Bei einem Winkel R von 120° oder größer ist das Bilden der Form
kaum möglich.
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Als
nächstes
wurde das Verhältnis
zwischen dem Winkel R und der Gasdichtheit untersucht, während der
Winkel R wie beim obigen Test stufenweise variiert wurde. Es wurden
dieselben Materialien wie im obigen Test verwendet. Die Luftleckage
von der Zündkerze
wurde gemessen, während
ein Luftdruck von 14,7 MPa an einen Funkenbereich der Zündkerze
angelegt war. Die getesteten Zündkerzen
wiesen eine Seite-zu-Seite-Abmessung von 13,8 mm auf. Die Temperatur,
bei welcher die Leckage 10 ccm/min erreicht, wurde erfaßt, während der
Winkel R von 10° bis
120° variiert
wurde. 10 ist ein Schaubild,
welches das Verhältnis
zwischen dem Winkel R und der Temperatur zeigt, bei welcher die
Leckage 10 ccm/min erreicht.
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Gemäß der Testergebnisse
ergibt ein Winkel R von 50° oder
größer einen
verbesserten Effekt bei der heißen
Gasdichtheit. Bei einem Winkel R von 70° oder größer ergibt sich dieser Effekt
verstärkt.
Bei einem Winkel R von 80° oder größer ergibt
sich dieser Effekt stetig und sehr stark. Bei niedrigem Kohlenstoffgehalt
ergibt sich niedrige Festigkeit und eine große Wahrscheinlichkeit plastischer
Verformung. Im Gegensatz dazu ergibt sich bei hohem Kohlenstoffgehalt
hohe Festigkeit und eine kleine Wahrscheinlichkeit plastischer Verformung.
Diese Eigenschaften sind in den Schaubildern von 9 und 10 wiedergegeben.
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- 1
- metallische
Hülse
- 2
- Isolator
- 3
- Mittelelektrode
- 4
- Masseelektrode
- 60,
62
- Schnurdichtungen
(Dichtungsringe)
- 61
- Dichtungsfüllschicht
- 100
- Zündkerze
- 200
- gecrimpter
Bereich
- 200a
- gecrimpter
Kurvenbereich
- 201
- Werkzeugangriffsbereich