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Diese
Erfindung betrifft eine Zündkerze
für Verbrennungsmotoren
und ein Verfahren zum Herstellen derselben.
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Eine
Zündkerze,
die für
die Zündung
eines Verbrennungsmotors, beispielsweise eines Benzinmotors für Kraftfahrzeuge,
usw. verwendet wird, hat einen Aufbau, der einen Isolator an einer
Außenseite einer
Mittelelektrode, ein Hauptmetallelement an einer Außenseite
des Isolators und eine Masseelektrode, die eine Funkenstrecke zwischen
der Masseelektrode und der Mittelelektrode ausbildet und an dem Hauptmetallelements
befestigt ist, umfasst. Eine solche Zündkerze wird an einem Zylinderkopf
eines Motors mittels eines an einer Außenumfangsfläche des Hauptmetallelements
ausgebildeten Befestigungsschraubabschnitts befestigt und dann in
Betrieb genommen. Da der Teil der Elektrode, der eine Funkenstrecke
ausbildet, während
eines Betriebs des Motors einer Verbrennungsgasmischung ausgesetzt
ist, wird die Temperatur dieses Teils extrem hoch.
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In
den letzen Jahren sind mit der Zunahme der Leistung eines für Kraftfahrzeuge,
usw. verwendeten Verbrennungsmotors auch die Flächen, die durch Einlass- und
Auslassventile in einem Brennraum eingenommen werden, größer geworden.
Dies macht es notwendig, die zum Zünden eines Gasgemisches verwendete
Zündkerze
zu verkleinern, und die Temperatur im Inneren des Brennraums neigt
dazu, durch eine Ladereinrichtung, wie einem Turbolader, immer höher zu werden.
Um die Lebensdauer einer Zündkerze
auch bei einer so beanspruchenden Nutzungsbedingung zu gewährleisten,
ist es notwendig, die Zündkerze
so auszulegen, dass eine um gute Wärmeabstrahlung (Reduzierung
von Wärme)
vorgesehen wird. Die Wärme
der Zündkerze
wird durch verschiedene Pfade abgeführt. Insbesondere weist ein
Pfad, der sich von einem Isolator zu einem Zylinderkopf über einen
Befestigungsschraubabschnitt eines Hauptmetallelements erstreckt,
einen großen Wärmestrom
auf und spielt bei der Gewährleistung verlässlicher
Wärmeabstrahlung
eine wichtige Rolle. Unter diesen Umständen wurde ein Versuch unternommen,
die Wärmestrahlungsleistung
einer Zündkerze
durch weiteres Vergrößern der
Länge (Einschraubtiefe)
des Befestigungsschraubabschnitts zu verbessern. Wenn eine Einschraubtiefe
vergrößert wird,
vergrößert sich
natürlich
auch die Länge
des Isolators, der in dem Hauptmetallelement vorgesehen wird.
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Bezüglich des
Hauptmetallelements einer Zündkerze
ist die Forderung nach der Verringerung der Größen von anderen Abschnitten
als dem Befestigungsschraubabschnitt, insbesondere die Reduzierung
des sechskantigen Abschnitts (Werkzeugeingriffabschnitt), der von
einer höher
als der des Befestigungsschraubabschnitts befindlichen Position
vorspringt und so vorgesehen ist, dass damit ein Schraubenschlüssel greifen
kann, größer geworden. Der
zu dieser Forderung führende
Sachverhalt wird nachstehend beschrieben. Der Raum über dem
Zylinderkopf ist aufgrund der Verwendung einer direkten Zündanlage,
bei der jede Zündspüle direkt
an einem oberen Abschnitt einer Zündkerze befestigt ist, nicht
länger
entbehrlich und der Durchmesser der Kerzenbohrung hat sich aufgrund
einer Zunahme der durch die vorstehend erwähnten Ventile eingenommenen
Flächen
verringert. Dadurch nimmt der Abstand zwischen gegenüberliegenden
Seiten des sechskantigen Abschnitts gezwungenermaßen auf 14
mm oder kleiner ab, und da nur ein sechskantiger Abschnitt, der
nicht kleiner als 16 mm ist, in einer Zündkerze des Stands der Technik
befestigt werden könnte,
ist weiterhin eine Abnahme des Durchmessers des Isolators erforderlich.
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Bei
Ausüben
eines Stoßes
auf einen Isolator, bei dem die Verringerung des Durchmessers in
der die Achse einer Zündkerze
schneidenden Richtung und die Vergrößerung in der axialen Richtung
der Länge
derselben wie vorstehend beschrieben bewirkt werden, kommt es gezwungenermaßen zu Problemen,
wie Biegen des Isolators und dergleichen. In einer Zündkerze
allgemeinen Aufbaus ist ein flanschartiger, vorspringender Abschnitt,
der als Abschnitt vergrößerten Durchmessers
bezeichnet wird, an einer Außenumfangsfläche des
Isolators vorgesehen, und ein Hauptmetallelement ist mit dem Abschnitt
vergrößerten Durchmessers
durch Klemmen verbunden, wobei der hintere Endabschnitt des Hauptmetallelements
hin zu diesem Abschnitt vergrößerten Durchmessers,
weist. Ein talartiger Abschnitt ist in der inneren umlaufenden Kante
der Endflächen
dieses flanschartigen Abschnitts vergrößerten Durchmesser, der sich
in die Umfangsrichtung erstreckt, ausgebildet, und dieser talartige
Abschnitt pflegt eine Spannungskonzentration, insbesondere aufgrund
einer Kerbwirkung, aufzunehmen. Da dieser Abschnitt vergrößerten Durchmessers
an einer verhältnismäßig nahe
an einem sechskantigen Abschnitt eines Hauptmetallelements (Werkzeugeingriffabschnitt)
gelegenen Stelle ausgebildet ist, neigt der Abschnitt vergrößerten Durchmessers
insbesondere dazu, durch die Verringerung des Durchmessers des sechseckigen
Abschnitts beeinflusst zu sein. Wenn deshalb auf einen Isolator
durch das Hauptmetallelement während
des Treibens eines Befestigungsschraubabschnitts in einen Motorkopf übermäßige Torsion
ausgeübt
wird oder wenn während
des Befestigens einer Zündkerze
am Motorkopf auf den Kerzenkopfabschnitt ein Stoß ausgeübt wird, pflegen aufgrund sowohl
einer Zunahme des Biegemoments als auch einer Abnahme der Querschnittfläche des Isolators
insbesondere Probleme, wie Biegen des Isolators kleinen Durchmessers
und großer
Länge und
dergleichen aufzutreten.
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DE 196 36 537 , worauf Oberbegriff
der vorliegenden Ansprüche
beruht, umfasst eine kompaktere Zündkerze, ein kompakteres Zündkerzengewinde
und einen kompakteren Zylinderkopf, was durch Verkleinern der Schraubenschlüsselöffnung des Schraubenschlüsselpolygons
erzielt wird. Das Schraubgewinde ist verlängert, und ein hinterer zylindrischer
Hals ist anbracht, um die effektive Spannlänge zu vergrößern, wodurch
das Risiko eines Lockerwerdens der Zündkerze verringert wird.
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Deshalb
besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Zündkerze
an die Hand zu geben, die effektiv verhindern kann, dass der Isolator trotz
der Verwendung eines Isolators mit einem gemäß geringeren Abmessungen eines
Werkzeugeingriffabschnitts desselben kleineren Durchmesser während eines
Befestigungsvorgangs einer Zündkerze
oder bei Ausüben
eines Stoßes,
etc. auf die Zündkerze
aufgrund anderer externer Ursachen als der Kraft bei Befestigung
der Zündkerze
verbogen wird.
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Dementsprechend
gibt die vorliegende Erfindung eine Zündkerze nach Anspruch 1 an
die Hand.
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Bezugnehmend
auf die beigefügten
Ansprüche
und die vorstehende Beschreibung wird das Bezugszeichen, das auf
die Bezeichnung jedes baulichen Teils folgt, mit Bezug auf das Zeichen
verwendet, das einem in den beigefügten Zeichnungen (1, 2 und 3)
dargestellten entsprechenden Teil hinzugefügt wurde. Diese Bezugszeichen sind
lediglich hinzugefügt,
um die vorliegende Erfindung verständlich zu machen, und beschränken keinesfalls
das Konzept jeder baulichen Anforderung der Erfindung.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch eine Zündkerze, bei der die Länge zwischen
gegenüberliegenden
Seiten des Werkzeugeingriffabschnitts 1e, der an dem Hauptmetallelement 1 ausgebildet
ist, aufgrund der vorstehend erwähnten
Umstände
nicht größer als
14 mm, was ein Verringern des Durchmessers des Isolators 2 bewirkt.
In dem Isolator 2 dieser Zündkerze ist zwischen der Außenumfangsfläche des
geneigten Abschnitts 2j, die an einen Rand des Abschnitts 2e vergrößerten Durchmessers
angrenzt, und dem mittleren Rumpfabschnitt 2g ein talartiger, sich
in der Umfangsrichtung desselben erstreckender Raum ausgebildet.
Wenn die während
des Zündkerzenmontagevorgangs
auftretende Torsion eines Schraubenschlüssels und eine andere während des gleichen
Vorgangs auftretende Stoßkraft
auf den talähnlichen
Abschnitt übertragen
werden, so dass sie ein Biegemoment auf ihn wirken zu lassen, kommt
es daran gezwungenermaßen
zu einer Spannungskonzentration. Der zusammengesetzte Abschnitt 2k ist jedoch
gemäß der vorliegenden
Erfindung dort vorgesehen, wo sich die Verlängerung der Außenumfangsfläche des
geneigten Abschnitts 2j und die der Außenumfangsfläche des
mittleren Rumpfabschnitts 2g schneiden, so dass der talähnliche
Raum damit gefüllt
wird. Dies kann ein Auftreten der Spannungskonzentration verhindern
und ermöglicht
ein erhebliches Verbessern der Biegefestigkeit usw. des Isolators.
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Es
werden nun lediglich beispielhaft Ausführungsformen der Erfindung
unter Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben. Hierbei zeigen:
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1(a) eine allgemeine Längsschnittdarstellung, die
eine Zündkerze
zeigt, die eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt, und 1(b) eine
vergrößerte Schnittdarstellung
eines wesentlichen Abschnitts davon;
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2 eine Zeichnung, die eine Festlegung der
Länge zwischen
gegenüberliegenden
Seiten eines Werkzeugbefestigungsabschnitts zeigt;
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3 eine
Zeichnung, die die Größenzeichen
für jeden
Teil eines wesentlichen Abschnitts der Zündkerze von 1(a) und (b) beschreibt;
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4 eine
Zeichnung, die Größenzeichen für jeden
in der allgemeinen Zeichnung der Zündkerze von 1 gezeigten
Teil beschreibt;
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5(a) bis 5(d) Schnittdarstellungen, die
verschiedene Beispiele der Form eines erhabenen Abschnitts zeigen,
der an einem Isolator in der Zündkerze
gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgebildet ist;
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6(a) und 6(b) Zeichnungen,
die einen Glasabdichtvorgang zeigen;
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7 eine
Zeichnung, die einen Stoßfestigkeitstest
beschreibt;
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8 ein
Diagramm, das die Beziehung zwischen P/C, dem Wert des Stoßfestigkeitswinkels
und der Gewindehalsfestigkeit zeigt; und
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9 ein
Diagramm, das die Beziehung zwischen (S1/E)/(S2/D) und dem Wert
des Stoßfestigkeitswinkel
zeigt.
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Es
werden wie folgt Bezugszeichen zum Kennzeichnen einiger der in den
Zeichnungen gezeigten Elemente verwendet:
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- 100
- Zündkerze
- 1
- Hauptmetallelement
- 1e
- Werkzeugeingriffabschnitt
- 1g
- Befestigungssitzabschnitt
- 2
- Isolator
- 2g
- Mittlerer
Rumpfabschnitt
- 2k
- Erhabener
aufgebauter Abschnitt
- 2j
- Geneigter
Abschnitt
- 4
- Masseelektrode
- g
- Funkenstrecke
- 2b
- Rückseitenbereich
des Hauptkörperabschnitts
- R1
- Gerundeter
Abschnitt
- R2
- Gerundeter
Abschnitt
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1 ist eine Längsschnittdarstellung (a) einer
Zündkerze 100 in
einer Art der erfindungsgemäßen Ausführungsform
und eine vergrößerte Darstellung
(b) eines wesentlichen Abschnitts des Beispiels. Die Zündkerze 100 ist
mit einem zylindrischen Hauptmetallelement 1, einem Isolator 2,
der so in eine Innenseite des Hauptmetallkörpers 1 eingepasst
ist, dass ein vorderer Endabschnitt 2i nach außen vorspringt,
einer Mittelelektrode 3, die in einer Innenseite des Isolators 2 vorgesehen
ist, und einer Masseelektrode 4, die an einem Ende durch
Schweißen
usw. mit dem Hauptmetallelement 1 verbunden ist, versehen.
Eine Funkenstrecke g ist zwischen der Masseelektrode 4 und
der Mittelelektrode 3 ausgebildet. In Richtung einer Achse
O des Isolators 2 wird eine Seite, an der die Funkenstrecke
g ausgebildet ist, nachfolgend als Vorderseite und eine Seite gegenüber dieser
Seite als Rückseite
bezeichnet.
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Der
Isolator 2 ist in einer mittleren Position auf seinem axialen
Querschnitt mit einem Durchgangsloch 6 vorgesehen, das
sich in die axiale Richtung davon erstreckt, und ein Anschlussmetallelement 13 ist
in einem hinteren Endabschnitt des Isolators 2 befestigt,
wobei die Mittelelektrode 3 ebenfalls in einem vorderen
Endabschnitt davon befestigt ist. In dem Abschnitt des Innenraums
des Durchgangslochs 6 zwischen dem Anschlussmetallelement 13 und
der Mittelektrode 3 ist ein Widerstand 15 vorgesehen.
Beide Endabschnitte dieses Widerstands 15 sind mit der
Mittelelektrode 3 bzw. dem Anschlussmetallelement 13 durch
leitende Glasabdichtungsschichten 16, 17 elektrisch
verbunden. Das Anschlussmetallelement 13 ist mit einem
Außengewindeschraubabschnitt 13a an
einer Außenumfangsfläche eines
vorderen Endabschnitts desselben versehen, und dieser Schraubabschnitt 13a ist
an einem vorderen Endabschnitt davon in der leitenden Glasabdichtungsschicht 17 angebracht,
so dass dadurch die Verbindungsfestigkeit desselben verbessert wird.
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Der
Isolator als Ganzes ist aus einem Isoliermaterial, wie z. B. Aluminium
ausgebildet. Ein nach außen
ragender, zylindrischer Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser 2e ist
in der Form eines Flansches an einem mittleren Bereich des Isolators 2 in axialer
Richtung ausgebildet. Der Isolator 2 ist an seinem Bereich
hinter dem Abschnitt vergrößerten Durchmessers
so ausgebildet, dass er einen Rückseiten-Hauptkörperabschnitt 2b mit
einem kleineren Durchmesser als der des Bereichs vergrößerten Durchmessers
vorsieht. An der Außenumfangsfläche dieses
Rückseiten-Hauptkörperabschnitts 2b ist
eine Furche 2c vorgesehen. Ein mittlerer Rumpfabschnitt 2g mit
einem kleineren Durchmesser als der des Abschnitts 2e vergrößerten Durchmessers
und ein vorderer Endabschnitt 2i mit einem noch kleineren Durchmesser
als der des mittleren Rumpfabschnitts 2g sind in der genannten
Reihenfolge vor dem Abschnitt vergrößerten Durchmessers 2e ausgebildet.
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Der
Durchmesser in einem axialen Querschnitt der Mittelelektrode 3 ist
hingegen kleiner als der in einem axialen Querschnitt des Widerstands 15 gehalten.
Das Durchgangsloch 6 des Isolators 2 hat einen
ersten, im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt 6a, durch
den die Mittelelektrode 3 eingesetzt wird, und einen zweiten,
im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt 6b, der hinter
(Oberseite in der Zeichnung) dem ersten Abschnitt 6a mit
einem größeren Durchmesser
als der des ersten Abschnitts 6a ausgebildet ist. Das Anschlussmetallelement 13 und der
Widerstand 15 werden in dem zweiten Abschnitt 6b gehalten,
und die Mittelelektrode 3 wird durch das Innere des ersten
Abschnitts 6a eingesetzt. Die Mittelelektrode 3 ist
an einem hinteren Endabschnitt derselben mit einem die Elektrode
befestigenden, vorspringenden Abschnitt 3c versehen, der
von der Außenumfangsfläche derselben
nach außen
vorspringt. Der erste Abschnitt 6a und der zweite Abschnitt 6b des
Durchgangslochs 6 sind an dem mittleren Rumpfabschnitt 2g verbunden,
und eine Fläche 6c, an
der der erste und zweite Abschnitt 6a, 6b verbundenden
sind und an der der die Elektrode befestigende Vorsprung 3c der
Mittelelektrode 3 aufgenommen wird, ist zu einer konischen
Fläche
oder einer gerundeten Fläche
ausgebildet.
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Eine
Außenumfangsfläche (d.
h. der vordere Endabschnitt des mittleren Rumpfabschnitts 2g)
eines Verbindungsabschnitts 2h zwischen dem mittleren Rumpfabschnitt 2g und
dem vorderen Endabschnitt 2i ist als abgestufte Fläche ausgebildet, die
mit dem vorspringenden Abschnitt 1c als ein an der Seite
des Hauptkörpermetallelements
anliegender Abschnitt verbunden ist, der an einer Innenfläche des
Hauptkörpermetallelements 1 mittels
eines ringförmigen
Plattenabdichtungsabschnitts (nicht gezeigt) ausgebildet ist, um
den Isolator daran zu hindern, sich in der axialen Richtung zu lösen. Eine
ringförmige
Drahtabdichtung 62, die mit der hinteren Umfangskante des
flanschartigen Abschnitts 2e vergrößerten Durchmessers greift,
ist hingegen zwischen diesem und der Innenfläche eines an der Rückseite geöffneten
Abschnitts des Hauptmetallelements 1 vorgesehen. Am hinteren
Teil der Drahtabdichtung 62 ist eine weitere ringförmige Drahtabdichtung 60 mittels
eines komprimierten Betts aus Talk oder dergleichen vorgesehen.
Der Isolator 2 ist in das Hauptmetallelement 1 vorgeschoben,
und die offene Kante des Hauptmetallelements 1 klemmt in
dieser Bedingung nach innen gegen die Abdichtung 60. Dadurch wird
ein Klemmabschnitt 1d ausgebildet und das Hauptmetallelement 1 wird
am Isolator 2 befestigt.
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Das
Hauptmetallelement 1 ist durch Verwenden eines für Kaltbearbeitung
geeigneten Eisenmaterials als Rohmaterial, beispielsweise Stahl
mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, und eines Kohlenstoffstahldrahts
und dergleichen zum Kaltschmieden, wie in JISG3539 (1991) festgelegt,
zylindrisch ausgebildet und bildet ein Gehäuse für die Zündkerze 100. Das Gehäuse 100 ist
an einer Außenumfangsfläche des vorderen
Endabschnitts der Zündkerze
mit einem Befestigungsschraubabschnitt 7 zum Befestigen
der Zündkerze 100 an
einem Motorblock (nicht gezeigt) vorgesehen. Auf dem Abschnitt der
Außenumfangsfläche des
Hauptmetallelements 1, der sich an der Rückseite
des Befestigungsschraubabschnitts 7 befindet, ist ein sich
umlaufend erstreckender flanschartiger Befestigungssitzabschnitt 1g so
ausgebildet, dass er nach außen
vorspringt. An der Rückseite des
Befestigungssitzabschnitts 7 ist ein Werkzeugeingriffabschnitt 1e,
an dem ein Werkzeug, wie beispielsweise ein Schraubenschlüssel oder
Mutterschlüssel
und dergleichen, das zum Drehen des Befestigungsschraubabschnitts 7 der
Zündkerze 100 in ein
Durchgangsloch in einem Zylinderkopf verwendet wird, greift, mittels
eines dünnwandigen
Verbindungsabschnitts 1h ausgebildet, so dass der Werkzeugeingriffabschnitt 1e nach
außen
entlang des Umfangs der Zündkerze 100 vorspringt.
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Wie
in 2 gezeigt, umfasst der Werkzeugeingriffabschnitt 1e mehrere
Paare von Werzeugeingriffflächen 1p,
die zu der Achse O und zueinander parallel sind und so ausgebildet
sind, dass sie sich in die Umfangsrichtung erstrecken. Ein Beispiel
der Werkzeugeingriffabschnitts 1e, das in 2(a) gezeigt wird, hat drei Paare solcher Werkzeugeingriffflächen 1p und
ist in einer normalen sechskantigen Querschnittform ausgebildet.
Ein Beispiel, das in 2(b) gezeigt
wird, ist mit zwölf
Paaren von parallelen Werkzeugeingriffflächen 1p (was auch
als Zwölfkantform
bezeichnet wird) versehen, die durch Überlagern zweier rechter sechskantiger
Formen (was auch als Sechskantform bezeichnet wird) durch Versetzen
dieser zwei Formen voneinander um 30° um die Achse O ausgebildet
werden. In all diesen Beispielen wird die Länge zwischen gegenüberliegenden
Seiten Σ des
Werkzeugeingriffabschnitts 1e durch den Abstand zwischen
gegenüberliegenden Seiten
der Kontur eines rechten normalen sechskantigen Querschnitts ausgedrückt. Bei
der vorstehend erwähnten
Zündkerze 100 ist
die Länge
zwischen gegenüberliegenden
Seiten Σ des
Werkzeugeingriffabschnitts 1e nicht größer als 14 mm.
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Der
geneigte Abschnitt 2j hat eine Außenumfangsfläche, die
linear so geneigt ist, dass sie sich von einer Seite des Abschnitts 2e vergrößerten Durchmessers
zu der des mittleren Rumpfabschnitts 2g erstreckt, wie
in 1(b) gezeigt wird, wobei sie in
rechtwinkligen Projektionen bezüglich
einer Projektionsebene parallel zu der Achse O im Durchmesser abnimmt.
An der Position, an der der geneigte Abschnitt 2j und der
mittlere Rumpfabschnitt 2g miteinander verbunden sind,
d. h. der Innenumfangskante einer Endfläche des Abschnitts vergrößerten Durchmessers,
ist ein talartiger Abschnitt ausgebildet, der sich in der Umfangsrichtung
erstreckt. Dieser talartige Abschnitt neigt dazu, aufgrund einer
Kerbwirkung insbesondere Spannungskonzentration aufzunehmen. Insbesondere
wenn die Länge
zwischen gegenüberliegenden
Seiten Σ (2) eines Werkzeugeingriffabschnitts 1e wie
oben erwähnt
nicht größer als
14 mm ist, wird die axiale Querschnittfläche des Isolators 2 gezwungenermaßen kleiner,
so dass der Isolator 2 als Ganzes in länglicher Weise geformt ist
und eine große
Gesamtlänge
bezüglich
seiner axialen Querschnittfläche
aufweist. Wenn deshalb ein Schraubenschlüssel mit dem Werkzeugeingriffabschnitt 1e mit
einer großen
Torsion zum Anziehen des daran angelegten Schraubenschlüssel greift oder
wenn auf den Hauptkörperabschnitt 2b der
Hinterseite eine große
Stoßkraft
ausgeübt
wird usw., wird das auf den Isolator wirkende Biegemoment gezwungenermaßen proportional
zu dessen großer Länge größer und
es kommt schnell zu Spannungskonzentration an dem talartigen Abschnitt.
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Bei
dieser Zündkerze 100 ist
deshalb ein aufgebauter Abschnitt 2k an einer Position
(talartiger Abschnitt) einer Schnittfläche der Verlängerungen 2j', 2g' der Außenumfangsfläche der
geneigten Fläche 2j und
der des mittleren Rumpfabschnitts 2g ausgebildet, so dass
ein durch die beiden Verlängerungen 2j', 2g' ausgebildeter
talartiger Raum gefüllt
wird. Aufgrund dieser Anordnung kann das Auftreten von übermäßiger Spannungskonzentration
an der Position, an der der geneigte Abschnitt 2j und der
mittlere Rumpfabschnitt 2g miteinander verbunden sind,
vermieden werden, und die Biegefestigkeit des Isolators 2 kann
erheblich verbessert werden, auch wenn das Biegemoment stark darauf
ausgeübt
wird.
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5(a) zeigt den aufgebauten Abschnitt 2k in
einem weiter vergrößerten Maßstab. Die
Winkel β1, β2, bei denen
sich eine Höhenlinie
des aufgebauten Abschnitts 2k und die des geneigten Abschnitts 2j und
des mittleren Rumpfabschnitts 2g schneiden, sind augenscheinlich
größer als
ein Winkel α (der
einem Kerbwinkel in einem Fall, in dem der aufgebaute Abschnitt 2k nicht
ausgebildet ist, entspricht), bei dem sich die Verlängerungen 2j', 2g' der Höhenlinien des
geneigten Abschnitts 2j und des mittleren Abschnitts 2g schneiden.
Dadurch wird Spannung an einer Ausnehmung eines kleineren Winkels
zu zwei Ausnehmungen größerer Winkel
verteilt, so dass die Biegefestigkeit des Isolators verbessert wird.
Wenn in dieser Ausführungsform,
wie in 5(b) gezeigt, ausgesparte, gerundete
Abschnitte R1, R2 an zwei Punkten (erster und zweiter Verbindungspunkt)
A, c ausgebildet sind, in denen die Außenumfangsflächen des
aufgebauten Abschnitts 2k und des geneigten Abschnitts 2j und
des mittleren Rumpfabschnitts 2g miteinander auf dem aufgebauten
Abschnitt 2k verbunden sind, wird die Spannungskonzentration,
die an dem ersten und zweiten Verbindungspunkt A, c an den Flächen der
Ausnehmungen auftritt, dank des Vorsehens der gerundeten Abschnitte
abgeschwächt.
Dies ermöglicht
ein weiteres Verbessern der Biegefestigkeit.
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Um
die Biegefestigkeit des Isolators durch Ausbilden des aufgebauten
Abschnitts 2k weiter zu verbessern, ist es erwünscht, dass
die Form des aufgebauten Abschnitts 2k wie folgt festgelegt
wird. Und zwar ist in rechtwinkligen Projektionen bezüglich einer
zu der Achse O des Isolators parallelen Projektionsebene der Außenumfang
des aufgebauten Abschnitts 2k gleich dem der Fläche, die
durch eine Bezugslinie SL festgelegt wird, d. h. eine gerade Linie, die
den Punkt A, an dem die Außenumfangsfläche des
aufgebauten Abschnitts 2k und die des geneigten Abschnitts 2j miteinander
verbunden sind, und den Punkt c, an dem die Außenumfangsfläche des aufgebauten
Abschnitts 2k und die des mittleren Rumpfabschnitts 2g miteinander
verbunden sind, wie in 5 gezeigt wird,
miteinander verbindet, oder von den Umfängen der Bezugslinie SL radial
nach außen
gewölbt.
Erfindungsgemäß ist die
Länge zwischen
gegenüberliegenden
Seiten Σ nicht
länger
als 14 mm, so dass der Vorsprung des Abschnitts vergrößerten Durchmessers
in dessen radialer Richtung begrenzt ist. Wenn jedoch der aufgebaute
Abschnitt 2k wie oben erwähnt ausgebildet ist, kann die
die Biegefestigkeit verbessernde Wirkung sichergestellt werden,
auch wenn der Radius des erhabenen Abschnitts in gewissem Maß verringert
wird. Diese Techniken können
deshalb zufriedenstellend bei einem Abschnitt 2e vergrößerten Durchmessers,
der einen kleinen Radius aufweist, angewendet werden.
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Insbesondere
ist die oben erwähnte
Art des aufgebauten Abschnitts 2k in dem Fall besonders
effektiv, in dem das Kombinieren der Mittelelektrode 3 und
des Anschlussmetallelements 13 miteinander und das Ausbilden
des Widerstands 15 und der leitenden Glasabdichtungsschichten 16, 17 durch
ein nachstehend beschriebenes Glasabdichtungsverfahren durchgeführt wird.
Zunächst
wird die Mittelelektrode 3 in den ersten Abschnitt 6a des
Durchgangslochs 6 des Isolators 2 eingesetzt und
dann darin leitendes Glaspulver und Rohpulver einer Widerstandszusammensetzung
eingefüllt,
wobei die sich ergebenden Materialen dann der vorbereitenden Kompression
unterzogen werden, um ein in 6(a) gezeigtes
Produkt auszubilden, in dem eine erste leitende Glaspulverschicht 26,
eine Widerstandszusammensetzungspulverschicht 25 und eine
zweite leitende Glaspulverschicht 27 von der Seite der
Mittelelektrode 3 (Vorderseite) laminiert werden. Eine
Anordnung PA mit einem Anschlussmetallelement 13, das von
oben in das Durchgangsloch 6 eingesetzt wird, wird dann
ausgebildet. Die Anordnung wird in diesem Zustand in einen Wärmeofen
eingesetzt und auf eine vorbestimmte Temperatur von 800 bis 950°C, die nicht
niedriger als ein Erweichungspunkt von Glas ist, erhitzt. Das Anschlussmetallelement 13 wird
danach axial in das Innere des Durchgangslochs 6 von der gegenüberliegenden
Seite der Mittelelektrode 3 eingepresst, und alle laminierten
Schichten 25 bis 27 werden in einem laminierten
Zustand in deren axialer Richtung gepresst. Dadurch wird jede Schicht
druckgesintert, um, wie in 6(b) gezeigt
wird, zu der leitenden Glasabdichtungsschicht 16, dem Widerstand 15 und
der leitenden Glasabdichtungsschicht 17 zu werden.
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In
diesem Glasabdichtungsprozess wird ein erheblicher axialer Druck
auf die Teile ausgeübt, wenn
alle laminierten Schichten 25 bis 27 in einem
laminierten Zustand axial mit dem in das Durchgangsloch 6 eingepressten
Anschlussmetallelement 13 gepresst werden. Wenn der Pressvorgang
ausgeführt wird,
wird dieser Druck durch Einsetzen des Isolators 2 in ein
Einsetzloch SH eines Stützsockels
SB von einer Vorderseite desselben und durch Lagern der vorderseitigen
Endfläche
des Abschnitts 2e vergrößerten Durchmessers
an der offenen Außenumfangskante
des Einsetzlochs SH aufgenommen. Wenn während dieser Zeit der aufgebaute
Abschnitt 2k auf der Umfangskante des Einsetzlochs SH liegt,
franst der aufgebaute Abschnitt 2k aus, was ein Zerbrechen des
aufgebauten Abschnitts 2k bewirkt. Es ist deswegen erforderlich,
den aufgebauten Abschnitt 2k so anzuordnen, dass der aufgebaute
Abschnitt 2k als Ganzes in dem Einsetzloch SH platziert
ist.
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In
diesem Fall wird die Presskraft ganz von dem außerhalb des aufgebauten Abschnitts 2k platzierten
geneigten Abschnitt 2j aufgenommen, so dass es notwendig
ist, die Breite des geneigten Abschnitts 2j unabhängig vom
Radius des vorspringenden Abschnitts des Abschnitts 2e vergrößerten Durchmessers
bei nicht weniger als einem vorbestimmten Wert zu sichern. Wenn
deshalb der Radius des vorspringenden Abschnitts des Abschnitts 2e vergrößerten Durchmessers
abnimmt, wird notwendigerweise die Breite des aufgebauten Abschnitts verringert.
Da jedoch der aufgebaute Abschnitt 2k der oben erwähnten Form
seine Biegefestigkeit zufriedenstellend sichern kann, auch wenn
die Breite des erhabenen Abschnitts gering ist, kann die vorliegende
Erfindung auch flexibel bei einer Zündkerze mit einem Werkzeugeinschubabschnitt 1e mit
geringer Länge
zwischen gegenüberliegenden
Seiten angewendet werden.
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Wie
in 3 gezeigt, wird die Breite M der Außenumfangsfläche des
geneigten Abschnitts 2j wünschenswerterweise nicht kleiner
als 0,3 mm und nicht größer als
3 mm festgelegt. Wenn M kleiner als 0,3 mm ist, kann der Abdichtungsdruck
während
des Ausführens
des Giasabdichtungsschritts nicht gestoppt werden. Wenn M 3 mm übersteigt,
wird die Breite des aufgebauten Abschnitts 2k kurz und
die die Biegefestigkeit verbessernde Wirkung wird ungenügend. Es
ist erwünscht,
dass ein Winkel Q zwischen einer Ebene AP, die die Achse O rechtwinklig dazu
schneidet, und der Außenumfangsfläche des geneigten
Abschnitts 2j nicht größer als
60° ist.
Wenn Q 60° übersteigt,
kann eine Abdichtungspresskraft während der Ausführung des
Glasabdichtungsschritts nicht ausreichend aufgenommen werden.
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In
der oben erwähnten
orthogonalen Projektion stellt J eine erste Schnittfläche dar,
an der sich eine Verlängerung
der zylindrischen Außenumfangsfläche des
Abschnitts 2e vergrößerten Durchmessers und
die der Außenumfangsfläche des
geneigten Abschnitts 2j schneiden; n stellt eine zweite
Schnittfläche
dar, an der sich eine Verlängerung
der Außenumfangsfläche des
aufgebauten Abschnitts 2k und die der Außenumfangsfläche des
mittleren Rumpfabschnitts 2g schneiden; und c stellt einen
zweiten Verbindungspunkt dar, an dem die Außenumfangsfläche des
aufgebauten Abschnitts und die des mittleren Rumpfabschnitts 2g miteinander
verbunden sind. In Richtung der Achse O stellt W einen von einer
vorderen Endfläche 1i des
Befestigungssitzabschnitts 1g zu der Schnittflächen gemessenen
Abstand dar; P stellt einen von dem zweiten Verbindungspunkt c zu der
zweiten Schnittfläche
n gemessenen Abstand dar; und C stellt einen von der zweiten Schnittfläche n zu
der ersten Schnittfläche
J gemessenen Abstand dar. Es ist unter dieser Bedingung erwünscht, dass die
Maßvorgaben
von: W ≥ P ≥ 0,5C (1)erfüllt werden.
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Das
Bezugszeichen P stellt die Länge
der Überschneidung
des aufgebauten Abschnitts 2k über den mittleren Rumpfabschnitt 2g in
Richtung der Achse O dar. Das Bezugszeichen C entspricht der Länge in Richtung
der Achse O einer vorderen Endfläche
des Abschnitts 2e vergrößerten Durchmessers,
einschließlich
des geneigten Abschnitts 2j. Wenn P kleiner al 0,5C wird,
wird die die Biegefestigkeit verbessernde Wirkung in manchen Fällen unmerklich.
Andererseits bedeutet P größer als
W, dass der aufgebaute Abschnitt 2k die vordere Endfläche 1i des
Befestigungssitzabschnitts 1g überragt und sich vorwärts in die
Richtung der Achse O nach vorne erstreckt. Dadurch verringert sich
die Dicke in radialer Richtung des Hauptmetallelements 1 an
einer hinteren Kante (so genannter Gewindehalsabschnitt) 7f des
Befestigungsschraubabschnitts 7 desselben, und die Reißfestigkeit
bei Torsion (die nachstehend als Gewindehalsfestigkeit bezeichnet
wird) des Hauptmetallelements 1 kann in einigen Fällen nicht zufriedenstellend
sichergestellt werden. Wenn beispielsweise während des Befestigens der Zündkerze 100 an
einem Motorkopf ein übermäßiges Anziehdrehmoment
auf das Hauptmetallelement ausgeübt wird,
treten in manchen Fällen
Probleme, wie z. B. das Brechen des Gewindehalsabschnitts 7f,
auf.
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Der
mittlere Rumpfabschnitt 2g des Isolators 2 hat
einen Außendurchmesser
F von nicht weniger als 5 mm und nicht mehr als 8 mm. Wenn F kleiner als
5 mm ist, kann die Biegefestigkeit des Isolators 2, aufgrund
der geringen Dicke nicht zufriedenstellend sichergestellt werden.
Wenn F 8 mm übersteigt,
wird die Dicke des Befestigungsschraubabschnitts 7 gering,
so dass die Gewindehalsfestigkeit in manchen Fällen abnimmt. Wenn ein Befestigungsschraubabschnitt 7 mit
einer Sollgröße von M10
oder M12 verwendet wird, wird diese Tendenz deutlich gezeigt.
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Der
Isolator 2 ist wie vorstehend erwähnt mit einem Hauptkörperabschnitt 2b mit
einem kleineren Durchmesser als der des Abschnitts 1e vergrößerten Durchmessers
und einer zylindrischen Außenumfangsfläche versehen
und bezüglich
der Achse O angrenzend an den hinteren Teil des Abschnitts 2e vergrößerten Durchmessers
ausgebildet. In der vorstehend erwähnten, in 4 gezeigten
orthogonalen Projektion stellt K eine Position eines Mittelpunkts
eines Sektors dar, der beide Enden der zylindrischen Außenumfangsfläche des
Abschnitts 2e vergrößerten Durchmessers
verbindet; T stellt eine Position des hinteren Endes in der axialen
Richtung der Außenumfangsfläche des
Isolators 2 dar; S stellt die Position des vorderen Endes
in der Richtung der Achse O der zylindrischen Außenumfangsfläche des
mittleren Rumpfabschnitts 2g dar; E stellt einen Abstand dar,
der in der Richtung der Achse O von der Position T des hinteren
Endes zu der Position K des Mittelpunkts gemessen wird; D stellt
einen Abstand dar, der von der Position S des vorderen Endes zu
der Position K des Mittelpunkts gemessen wird; S1 stellt eine axiale
Querschnittfläche
(zylindrischer Außenumfangsflächenabschnitt,
z. B. Position Y in der Zeichnung) eines Abschnitts der hinteren
Seite des Hauptkörperabschnitts 2b dar;
und S2 (zylindrischer Außenumfangsflächenabschnitt,
z. B. Position X in der Zeichnung) stellt eine axiale Querschnittsfläche des
mittleren Rumpfabschnitts 2g des Isolators dar. Es ist
erwünscht,
dass: 0,5 ≤ (S1/E)/(S2/D) ≤ 2 (2)erfüllt wird.
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S1/E
stellt in Bezug auf ein Verhältnis
hinsichtlich der axialen Querschnittfläche S1 die Länge des
Bereichs (die nachstehend als hinterer Vorsprungsabschnitt bezeichnet
wird) des Abschnitts 2e vergrößerten Durchmessers dar, der
auf der Rückseite
des Mittelpunkts desselben vorhanden ist, und ein kleinerer Wert
bedeutet, dass dieser Abschnitt in einer länglicheren Weise vorspringt.
Andererseits stellt S2/D in Bezug auf ein Verhältnis hinsichtlich der axialen
Querschnittfläche
S2 die Länge
des Bereichs des Abschnitts 2e vergrößerten Durchmessers dar, der
auf der Vorderseite des Mittelpunkts desselben vorhanden ist. Wenn
das Verhältnis
((S1/E)/(S2/D)) dieser beiden Werten übermäßig groß wird und 2 übersteigt,
wird die axiale Querschnittfläche
S2 des mittleren Rumpfabschnitts 2g relativ kurz und der
hintere Vorsprungsabschnitt wird äußerst lang. Wenn ein Stoß etc. auf
diesen Bereich ausgeübt
wird, wird dadurch gezwungenermaßen ein großes Biegemoment auf eine angrenzende
Position zwischen dem mittleren Rumpfabschnitt 2g und dem
Abschnitt 2e vergrößerten Durchmessers
ausgeübt.
Es wird dementsprechend schwierig, die Biegefestigkeit des Isolators 2 zufriedenstellend
sicherzustellen. Wenn dagegen das Verhältnis kleiner als 0,5 wird,
wird der hintere Vorsprungabschnitt umgekehrt zu kurz, so dass Probleme,
wie z. B. Funkenüberschlag,
auftreten können.
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In
den Beispielen von 5(a) und 5(b) ist
der aufgebaute Abschnitt 2k in der orthogonalen Projektion
so ausgebildet, dass die Außenumfangsfläche desselben
im Wesentlichen mit den durch die Bezugslinie SO ausgebildeten Umfängen ausgerichtet
ist. Der aufgebaute Abschnitt 2k kann auch so ausgebildet
sein, dass sich der erhabene Abschnitt, wie in 5(b) und 5(d) gezeigt,
konvex in die radiale Auswärtsrichtung
von der Bezugslinie SL wölbt.
Dies ermöglicht
ein weiteres Verbessern der Biegefestigkeit des Isolators 2.
Insbesondere ermöglicht
das Ausbilden eines in 5(d) gezeigten
vorspringenden gerundeten Abschnitts an einem mittleren Bereich
der Höhenlinie
des aufgebauten Abschnitts 2k, d. h. das Ausbilden eines
Scheitelabschnitts einer vorspringenden Höhenlinie in einer mäßig gerundeten
Form, ein weiteres Verbessern der die Spannung verteilenden Wirkung.
Außerdem
dient das Ausbilden des aufgebauten Abschnitts 2k in einer
solchen Form auch dazu, ein Abbrechen von diesem Abschnitt (insbesondere
in Form eines vorgeformten, noch nicht gespannten Körpers) zu
verhindern.
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Beispiele
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Um
die Wirkung der vorliegenden Erfindung zu ermitteln, wurden die
folgenden Tests durchgeführt:
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Ausführungsform
1:
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Es
wurden Zündkerzenproben,
bei denen die in 3 und 4 gezeigten
Größen wie
folgt festgelegt waren, hergestellt (die bereits beschriebenen Parameter
wurden nur durch ihre Zeichen dargestellt).
- • Außendurchmesser
F des mittleren Rumpfabschnitts 2g: 7,3 mm
- • Außendurchmesser
T des Abschnitts 1e vergrößerten Durchmessers: 11 mm
- • Winkel
Q: 30°
- • Wert
von BΞ(U-F)/2,
wobei a die Position einer Grenze zwischen einem gerundeten Abschnitt, der
zwischen einem geneigten Abschnitt 2j und einem aufgebauten
Abschnitt 2k ausgebildet ist, und dem geneigten Abschnitt 2j darstellt;
und U einen Außendurchmesser
eines Isolators 2 in der Position a: 0,9 mm darstellt.
- • Querschnittfläche S1:
52 mm2
- • Querschnittfläche S2:
30 mm2
- • Breite
M: 0,64 mm
- • Abstand
C in der axialen Richtung zwischen Schnittflächen und Schnittfläche J: 1
mm
- • Abstand
W: 3 mm (C/W = 3)
- • Abstand
E, in 4 gezeigt: 33 mm
- • Abstand
D, in der gleichen Zeichnung gezeigt: 21 mm
- • Überlappende
Länge P
in der axialen Richtung des aufgebauten Abschnitts 2k auf
dem mittleren Rumpfabschnitt 2g: 0,5 bis 2,9 mm
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Die
folgenden Tests wurden unter Verwendung von Zündkerzen durchgeführt, bei
denen die Länge
des aufgebauten Abschnitts 2k wie vorstehend erwähnt unterschiedlich
geregelt war.
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<1> Stoßfestigkeitstest:
Wie in 7 gezeigt wird ein Befestigungsschraubabschnitt 7 jeder
Zündkerze 100 in
eine Gewindebohrung 303a eines Probenbefestigungsbiocks 303 gedreht
und wird so befestigt, dass ein Hauptkörperabschnitt 2b eines
Isolators 2 aus der Bohrung 303a nach oben ragt.
An einem axialen Drehpunkt 302, der an dem Abschnitt einer
Mittelachse O des Isolators 2 angeordnet ist, der immer
noch höher
als der Hauptkörperabschnitt 2b ist,
ist ein Arm 301 so befestigt, dass der Arm 301 geschwenkt
werden kann. Die Länge
des Arms 301 beträgt
330 mm, und die Position des axialen Drehpunkts 302 wird
so bestimmt, dass eine Position eines Vorderendes 300 des
Arms, der nach unten zu einem Bereich der Hinterseite des Hauptkörperabschnitts 2b geschwenkt
ist, von einer hinteren Endfläche
des Isolators 2 um einen vertikalen Abstand H von 10 mm
entfernt ist. Ein Vorgang des Anhebens eines Vorderendes des Arms,
so dass ein Winkel, bei dem der Arm 301 von der Mittelachse
O desselben geschwenkt wird, einen vorbestimmten Wert erreicht, und
des Schwenkens des Arms nach unten durch freien Fall hin zum Bereich
der Hinterseite des Hauptkörperabschnitts 2b wird
bei Winkelintervallen von 2° wiederholt,
die allmählich
vergrößert werden,
um einen Wert θ eines
Stoßfestigkeitswinkels
zu ermitteln, bei dem das Biegen des Isolators 2 auftritt.
Ein größerer Winkel θ bedeutet
eine höhere
Biegefestigkeit (Charpy-Festigkeit,
d. h. Schlagzähigkeit).
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<2> Gewindehalsfestigkeitstest:
Eine Zündkerze
wird an einem Gewindefutter befestigt und es wird in der Anziehrichtung
eine Torsionskraft auf die Zündkerze
ausgeübt,
wobei der Befestigungssitzabschnitt gegriffen wird, um einen Wert
einer kritischen Torsion zu ermitteln, bei der ein Gewindehalsabschnitt
bricht.
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In 8 werden
die Ergebnisse der grafischen Darstellung dieser Tests bezüglich P/C
gezeigt. Der vorstehend erwähnte
Ausdruck (1) lässt sich
umwandeln zu: W/C ≥ P/C ≥ 0,5 (1)
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Aus
den Ergebnissen eines Vergleichs zwischen den Stoßfestigkeitstestergebnissen
und den Testergebnissen von 8 wird verständlich,
dass die Biegefestigkeit (Charpy-Festigkeit) ausgezeichnet wird,
wenn P/C kleiner als 0,5 ist, und dass die Gewindehalsfestigkeit
ausgezeichnet wird, wenn P/C nicht größer als 3 (d. h. nicht größer als
W/C) ist.
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Ausführungsform
2:
-
Es
wurden Zündkerzenproben,
bei denen die in 3 und 4 gezeigten
Größen wie
folgt festgelegt waren, hergestellt (die bereits beschriebenen Parameter
werden nur durch ihre Zeichen dargestellt).
- • Außendurchmesser
F des mittleren Rumpfabschnitts 2g: 7,3 mm
- • Außendurchmesser
T des Abschnitts 1e vergrößerten Durchmessers: 11 mm
- • Winkel
Q: 30°
- • Wert
von BΞ(U-F)/2,
wobei a die Position der Grenze zwischen dem gerundeten Abschnitt,
der zwischen einem geneigten Abschnitt 2j und einem aufgebauten
Abschnitt 2k ausgebildet ist, und dem geneigten Abschnitt 2j darstellt;
und U einen Außendurchmesser
eines Isolators 2 in der Position a: 0,9 mm darstellt.
- • Querschnittfläche S1:
51,7 mm2
- • Querschnittfläche S2:
29,9 mm2 ((S1/E)/(S2/D) wird in dem Bereich
von 0,5 bis 2,0 verändert)
- • Breite
M: 0,64 mm
- • Abstand
C in der axialen Richtung zwischen einer Schnittflächen und
einer Schnittfläche
J: 1,1 mm
- • Abstand
W: 3 mm (C/W = 3)
- • Abstand
E, in 4 gezeigt: 33 mm
- • Abstand
D, in der gleichen Zeichnung gezeigt: 10 bis 40 mm
- • Länge P der Überlappung
in der axialen Richtung eines es aufgebauten Abschnitts 2k auf
dem mittleren Rumpfabschnitt 2g: 0 mm (Form 1: Vergleichsbeispiel),
1,5 mm (Form 2: Ausführungsformen).
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Es
wurden die gleichen Stoßfestigkeitstest wie
in Ausführungsform
1 ausgeführt,
wobei Zündkerzen
verwendet wurden, bei denen (S1/E)(S2/D) wie vorstehend erwähnt unterschiedlich
geregelt war. Die Ergebnisse werden in 9 gezeigt.
Nach diesen Ergebnissen nimmt der Wert θ des Stoßfestigkeitswinkels plötzlich ab,
wenn (S1/E)/(S2/D) in dem Vergleichsbeispiel (Form 1), bei dem kein
erhabener Abschnitt ausgebildet ist, zwei oder weniger wird, während der
Wert θ des
Stoßfestigkeitswinkels
groß ist,
selbst wenn (S1/E)/(S2/D) in der Ausführungsform, bei der ein erhabener
Abschnitt ausgebildet ist, kleiner als zwei ist. Es versteht sich,
dass zwischen den die Erfindung verkörpernden Proben und denen des
Vergleichsbeispiels ein bemerkenswerter Unterschied bei der Biegefestigkeit
auftritt.