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Zündkerzenstein Zündkerzensteine verlangen neben Isolierfähigkeit
und mechanischer Festigkeit auch eine hobt: Temperaturwechselbeständigkeit. Insbesondere
müssen die Spannungen, die im Innern des Zündkerzensteines durch die wechselnde
thermische Beanspruchung beim Gebrauch der Zündkerze entstehen, tunlichst vermieden
werden.
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Zu diesem Zweck ist bereits vorgeschlagen worden, Zündkerzensteine
aus einem einzigen hochfeuerfesten Stoff, beispielsweise Korund, herzustellen. Die
Herstellung derartiger Steine stößt jedoch .auf technische und Wirtschaftliche Schwierigkeiten.
Zum Brennen bzw. Sintern der Steine sind hohe, nahe der Schmelztemperatur des verwendeten
hochfeuerfesten Stoffes liegende Temperaturen erforderlich, die in den bei Mengenfertigung
üblichen Tunnelöfen nicht ,erreicht werden. Der Mangel eines keramischen Bindemittels
wirkt sieh ungünstig in bezug auf die Verformbarkeit der Ausgangsmasse ,aus und
erschwert die Herstellung fehlerfreier Steine.
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Es sind auch schon keramische Massen bekannt, die aus Korund .als
Grundstoff und einem tonhaltigen Bindemittel bestehen, bei deren Verarbeitung zu
keramischen Gegenständen. verhältnismäßig niedrige Brenntempieraturen eingehalten
werden können. Dabei war man bestrebt, solche Bindemittel zu verwenden, deren Wärmeausdehnung
im fertigen keramischen Erzeugnis möglichst der Wärmeausdehnung des Grundstoffs
entspricht.
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Bei Zündkerzensteinen hat jedoch das Bindemittel infolge der besonderen
Anforderungen, die an einen Zündkerzenstein gestellt werden, noch weitere Funktionen
zu erfüllen.. und es läßt sich nicht vermeiden, daß im. fertigen Stein größere oder
kleinere Abweichungen in der Wärmeausdehnung von Grundstoff und Bindemittel auftreten.
Der Ausdehnungskoeffizient von Korund nimmt bekanntlich mit steigender Temperatur
stark zu. Wenn nun, -wie das meist der Fall sein wird, der Ausdehnungskoeffizient
des im fertigen Zündkerzenstein vorhandenen gebrannten Bindemittels bei steigender
Temperatur nur eine im Verhältnis zu Korund geringe Zunahme aufweist, so wird die
Wärmeausdehnung des Grundstoffs Korund bei höher-er Temperatur eine wesentlich größere
als die des Bindemittels. Im Zündkerzenstein treten dann -während dessen Gebrauchs,
der rasche Temperaturwechsel innerhalb seines sehr weiten Temperaturbereichs mit
-sich bringt, bei höherer Temperatur hohe Spannungen innerhalb des Steins :auf,
die zum Bruch des Steins oder zu Rissebildung führen können. Derartige Unterschiede
im Verhalten von Grundstoff und Bindemittel führen stets zu Eigenspannungen im Stein
und stellen dessen Temperaturwechselbeständigkeit in Frage.
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Diese Nachteile werden vermieden, wenn zur Herstellung von Zündkerzensteinien
Korund mit Hilfe eines keramischen Bindemittels nach den bekannten Methoden aufbereitet,
verformt und gebrannt wird, welches Bindemittel sich im fertigen Zündkerzenstein
durch bestimmte physikalische Eigenschaften auszeichnet. l)nd zwar enthält der Zündkerzenstein,
der ,aus Korund und einem keramischen Bindemittel besteht, gemäß der Erfindung
ein
solches Bindemittel; das im gebrannten Zustand bei'zui-ehne.ider 'trwärmung beim
Eintritt in dasjenige Temperaturgebiet pla-, tiscli wird, in dem die Wärmeausdehnung
des.. Bindemittels von der Wärmeausdehnung ver, Korund stark abweicht. - Im allgemeinen
liegtl dieses Temperaturgebiet zwischen 5oo uncT 800a C. m Unter »plastisch werden-(
ist dabei nicht ein solches Erweichen des Bindemittels zu verstehen, -das die Verwendbarkeit
des Steins beeinträchtigen könnte. Vielmehr braucht das Fließvermögen des Bindemittels
nur so groß zu sein, daß :es den Anstieg der Eigenspannungen des Steins über einen
gewissen Betrag hinaus verhindert. Dies ist der Fall, wenn das Bindemittel in dem
Zustand, irr dem es sich im fertigen Zündkerzenstein befindet, also gebrannt bei
der Temperatur des Garbrandes des Zündkerzensteins, bereits dann eine bleibende
Verformung durchmechanische Beanspruchung .erfährt, wenn es auf eine Temperatur
des gekennzeichneten Gebietes von im allgemeinen 5oo bis 8oo" C erhitzt wird.
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Um festzustellen, ob ein -Gemenge von Stoffen ein Bindemittel ergibt,
mit dessen Hilfe die Erfindung verwirklicht werden kann, wird ein Probekörper hergestellt,
indem dieses Gemenge auf die Temperatur des Garbrandes des Zündkerzensteins, beispielsweise
i6oo' C, erhitzt wird. Der abgekühlte Probekörper hat eine mehr oder weniger glasige
Beschaffenheit: Erwärmt man nun diesen Probekörper a:us gebranntem Bindemittel auf
eine Temperatur, bei der die Wärmeausdehnung des gebrannten Bindemittels von der
Wärmeausdehnung von Korund stark abzuweichen beginnt, das ist im allgemeinen .eine
Temperatur zwischen 500 und 8oo' C, so entspricht das Bindemittel den die
Erfindung kennzeichnenden Bedingungen, wenn der Probekörper aus gebranntem Bindemittel
bei dieser Teinperatur eine bleibende Verformung durch mechanische Beanspruchung,
beispielsweise Druck, erfährt. Ist bei dieser Temperatur die Plastizität des gebrannten
Bindemittels noch so gering, daß bei mechanischer Beanspruchung keine bleibende
Verformung, sondern Bruch olnle Verformung erfolgt, so ist in an sieh bekannter
Weise die Plastizität des gebrannten Bindemittels durch Hinzufügen eines Flußmittels
zum Stoffgemenge, das das Bindemittel ergibt, zu erhöhen.
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Ein Gemisch von 3a,7 Gewichtsteilen Speckstein oder Talkum, 43,3 Gewichtsteilen
Kaolin und zq.,ö Gewichtsteilen Feldspat stellt, nachdem es mit Korund als Grundstoff
zu einem Zündkerzenstein verarbeitet worden ist, im fertigen Stein. :ein Bindemittel
dar, das die gekennzeichneten Merkmale aufweist.
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Im Gebrauch innerhalb des Steins auftrc-
| 'de Spannungen können weiterhin |
| bzw. die Temperaturwechselbeständigkeit |
| :e1:s Steins erhöht werden, wenn das ge- |
@15izmxte Bindemittel eine .elastische Dehnungszahl aufweist, die größer ist als
die elastische. Dehnungszahl von Korund. Da die -elastische Dehnungszahl den reziproken
Wert des Elastizitätsmoduls darstellt, kann man auch sagen: das im fertigen Zündkerzenstein
enthaltene Bindemittel weist nveckmäßigerweise einen Elastizitätsmodül auf, der
kleiner ist als der'Elastizitätsmodul von Korund.
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Die vorliegende Erfindung bringt deswegen Vorteile mit sich, weil
Zündkerzensteine im Gebrauch, d. h. im Verbrennungsmotor, Temperaturen bis goo bis
950'C annehmen und Temperaturunterschiede von. mehreren Hundert Grad Celsius
innerhalb einer sehr geringen Zeitspanne auftreten, ferner auch, weil längs des
Zündkerzensteins,- ausgehend von, der dem Verbrennungsraum am nächsten liegenden
und daher auf höchster Temperatur befindlichen Stelle, ein äuß.°rst starkes Temperaturgefälle
besteht. B@eispiels@%,@eise sind an einem Zündkerzenstein, der im Motor eines serienmäßig
hergestellten Kraftwagens verwendet wird, Temperaturen bis 85o' C bei üblicher Fahrweise
zu beobachten, die sich, ohne dal3 Glühzündung eintritt, unter Umständen bis auf
95o° C erhöhen können. Die zu beobachtenden Temperaturunterschiede betragen bis
etwa 3oo° C in io Sekunden: Die Spannungen, die bei einer derartigen thermischeu
Beanspruchung auftreten, sind beim Gegenstand der Erfindung ,auf ein unschädliches
Maß gemindert, da sich das Bindemittel im fertigen Stein nachgiebig gegenüber dem
Grundstoff Korund verhält. Bindemittel dagegen, die man für den in Frage stehenden
Zweck ohne Rücksicht auf die bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen erforderliche
Plastizität auswählt, -erweisen sich ,als unzureichend bezüglich der Tempieraturw
echselbeständigkeit der sie enthaltenden Zündkerzeiisteine. '