EP3642917B1

EP3642917B1 - Spark plug with multi-step insulator seat

Info

Publication number: EP3642917B1
Application number: EP18717344.8A
Authority: EP
Inventors: Matthias HERZBERG; Chris Schimmel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-06-20
Filing date: 2018-04-11
Publication date: 2021-09-01
Anticipated expiration: 2038-04-11
Also published as: ES2898751T3; RU2765036C2; RU2020100468A; JP6894537B2; BR112019027042A2; JP2020522866A; EP3642917A1; US20210151958A1; DE102017210235A1; WO2018233890A1; CN110741518A; CN110741518B; US11165226B2; RU2020100468A3

Description

State of the art

Die Erfindung geht von einer Zündkerze gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus. Eine solche Zündkerze ist beispielsweise aus der DE 103 44 186 A1 bekannt. Weitere Zündkerzen sind aus der DE 10 2015 200 407 A1 , der US 2 250 355 A und der WO 2017/121524 A1 bekannt.The invention is based on a spark plug according to the preamble of claim 1. Such a spark plug is for example from the DE 103 44 186 A1 known. More spark plugs are from the DE 10 2015 200 407 A1 , the U.S. 2,250,355 A and the WO 2017/121524 A1 known.

Seit jeher muss eine gut funktionierende Zündkerze und ihre Komponenten eine Reihe von Anforderungen wie beispielsweise Langlebigkeit, zuverlässige Zündeigenschaften, Durchschlagsfestigkeit und Gasdichtheit erfüllen. Dabei wurden und werden die Bedingungen wie z.B. Temperatur und Druck im Brennraum, unter denen die Zündkerze zuverlässig und möglichst lange funktionieren muss, immer extremer. Die im Brennraum bei Betrieb des Motors herrschenden Temperatur- und Druck-Bedingungen stellen besonders die Gasdichtheit der montierten Zündkerze auf die Probe.A well-functioning spark plug and its components have always had to meet a number of requirements such as durability, reliable ignition properties, dielectric strength and gas tightness. The conditions, such as temperature and pressure in the combustion chamber, under which the spark plug must function reliably and for as long as possible, have been and are becoming ever more extreme. The temperature and pressure conditions prevailing in the combustion chamber when the engine is running put the gas tightness of the installed spark plug to the test.

Heutige Zündkerzen weisen eine Reihe von Dichtelementen und Dichtmaterialien auf, um die benötigte Gasdichtheit zu erzielen und zu gewährleisten. Eine Lösung zur Abdichtung des Zwischenraums zwischen dem Isolator und dem Gehäuse ist in Figur 2 dargestellt. Das Gehäuse hat auf seiner Innenseite eine Verjüngung des Innendurchmessers in Richtung brennraumseitigem Gehäuseende. Diese Verjüngung wird auch als Gehäuse-Sitz bezeichnet. Die Fläche des Gehäuse-Sitzes ist in Bezug auf die Gehäuse-Längsachse bzw. der Zündkerzen-Längsachse, die typischerweise mit der Gehäuse-Längsachse zusammen fällt, um einen Winkel α geneigt. α liegt typischerweise in dem Bereich von 55°-65°. Der Isolator weist ebenfalls eine Verjüngung seines Außendurchmessers in Richtung seines brennraumseitigen Endes bzw. seines Isolatorfußes auf. Diese Verjüngung wird als Isolatorsitz oder auch als Fußkehle bezeichnet. Die Oberfläche des Isolatorsitzes ist in Bezug auf die Isolator-Längsachse bzw. der Zündkerzen-Längsachse, die typischerweise mit der Isolator-Längsachse zusammen fällt, geneigt. Häufig haben der Gehäuse-Sitz und der Isolatorsitz eine unterschiedliche Neigung in Bezug auf die Zündkerzen-Längsachse. Der Isolatorsitz liegt auf dem Gehäuse-Sitz auf, wobei zwischen den beiden Sitzflächen eine Innendichtung, häufig in Form einer Dichtscheibe oder eines Dichtrings, angeordnet ist. Durch das Verpressen des Gehäuses und des Isolators miteinander verformt sich die Innendichtung und bildet mit dem Gehäuse-Sitz und dem Isolatorsitz jeweils eine axiale DichtfJäche aus. Die axiale Dichtfläche hat typischerweise eine Größe von ca. 10mm² bei einer M12 Zündkerze. Dieses Dichtkonzept hat sich für Temperaturen bis ca. 220°C und Drücken bis ca. 22 bar im Brennraum gut bewährt.Today's spark plugs have a number of sealing elements and sealing materials in order to achieve and guarantee the required gas tightness. One solution to sealing the gap between the insulator and the housing is in Figure 2 shown. The inside of the housing has a tapering of the inside diameter in the direction of the end of the housing on the combustion chamber side. This taper is also known as the housing seat. The surface of the housing seat is inclined by an angle α with respect to the housing longitudinal axis or the spark plug longitudinal axis, which typically coincides with the housing longitudinal axis. α is typically in the range of 55 ° -65 °. The insulator also has a tapering of its outside diameter in the direction of its end on the combustion chamber or its insulator base. This taper is referred to as the insulator seat or the throat of the foot. The surface of the insulator seat is inclined with respect to the insulator longitudinal axis or the spark plug longitudinal axis, which typically coincides with the insulator longitudinal axis. The housing seat and the insulator seat often have a different inclination with respect to the longitudinal axis of the spark plug. The insulator seat rests on the housing seat, with an inner seal, often in the form of a sealing disk or a sealing ring, being arranged between the two seat surfaces. By pressing the housing and the insulator together, the inner seal is deformed and forms an axial seal with the housing seat and the insulator seat Sealing surface. The axial sealing surface typically has a size of approx. 10mm ² for an M12 spark plug. This sealing concept has proven itself for temperatures up to approx. 220 ° C and pressures up to approx. 22 bar in the combustion chamber.

Allerdings steigen die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der Motoren und somit auch an die Zündkerze. Besonders im Bereich der Downsizing Motoren werden mit immer höheren Drücken und Temperaturen gearbeitet, wodurch auf die Zündkerze neue Belastungen einwirken. Temperaturen bis zu 300°C und Drücke bis zu 30 bar sind zu nehmend die Regel und nicht mehr die Ausnahme beim Betrieb einer Brennkraftmaschine.However, the demands on the performance of the engines and thus also on the spark plug are increasing. Especially in the area of downsizing engines, ever higher pressures and temperatures are used, which means that new loads act on the spark plug. Temperatures up to 300 ° C and pressures up to 30 bar are increasingly the rule and no longer the exception when operating an internal combustion engine.

Für die Außendichtung hat man über das Anzugsmoment, mit dem die Zündkerze im Zylinderkopf eingeschraubt wird, einen gewissen Spielraum den Übergang zwischen Zündkerze und Zylinderkopf gasdicht zu bekommen. So wird beispielsweise eine M12 Zündkerze heute mit einem Anzugsmoment von bis zu 60 Nm angezogen, während früher ein Anzugsmoment von 40 Nm reichte.For the outer seal, the tightening torque with which the spark plug is screwed into the cylinder head gives you a certain amount of leeway to make the transition between the spark plug and cylinder head gas-tight. For example, an M12 spark plug is now tightened with a tightening torque of up to 60 Nm, whereas in the past a tightening torque of 40 Nm was sufficient.

Vorteil der Erfindung/ Offenbarung der Erfindung
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass das bisherige Dichtkonzept für die Innendichtheit, Zwischenraum zwischen Gehäuse und Isolator, mit den steigenden Anforderungen und Kräften, die auf die Zündkerze einwirken, zunehmend an seine Grenzen kommt. Insbesondere sorgt das höhere Anzugsmoment dafür, dass das Gehäuse sich während der Montage im Bereich des Gewindes verlängert. Im Bereich des Gewindes befindet sich auf der Innenseite des Gehäuses der Gehäuse-Sitz. Durch die Längung des Gehäuses reduziert sich die Vorspannkraft, mit der das Gehäuse und der Isolator miteinander verpresst sind, wodurch die Innendichtung nicht mehr stark genug zwischen Gehäuse und Isolator eingepresst ist, wodurch sich die Flächenpressung zwischen Innendichtung und Isolator bzw. Gehäuse und damit auch die Dichtfläche sich verringert und die Dichtfläche den großen im Brennraum herrschenden Drücken nicht mehr ausreichend Widerstand leisten kann, damit die Zündkerze ausreichend gasdicht ist.Advantage of the invention / disclosure of the invention
However, it has been found that the previous sealing concept for the internal tightness, the space between the housing and the insulator, is increasingly reaching its limits with the increasing demands and forces acting on the spark plug. In particular, the higher tightening torque ensures that the housing extends in the area of the thread during assembly. The housing seat is located on the inside of the housing in the area of the thread. The elongation of the housing reduces the pretensioning force with which the housing and the insulator are pressed together, whereby the inner seal is no longer pressed in strong enough between the housing and the insulator, whereby the surface pressure between the inner seal and the insulator or housing and thus also the The sealing surface is reduced and the sealing surface can no longer adequately resist the large pressures prevailing in the combustion chamber so that the spark plug is sufficiently gas-tight.

Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Zündkerze, der eingangs genannten Art, dahingehend zu verbessern, dass auch bei steigenden Temperaturen und Drücken im Brennraum die Zündkerze und insbesondere der Zwischenraum zwischen Isolator und Gehäuse zuverlässig gasdicht sind. Dafür ist ein neues Innendichtungskonzept bzw. Innendichtsystem notwendig.Accordingly, it is the object of the present invention to improve a spark plug of the type mentioned at the outset in such a way that the spark plug and in particular the space between the insulator and the housing are reliably gas-tight even with increasing temperatures and pressures in the combustion chamber. A new interior sealing concept or interior sealing system is necessary for this.

Diese Aufgabe wird bei der Zündkerze der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Isolatorsitz mindestens eine Stufe aufweist, die einen ersten Abschnitt und mindestens einen zweiten Abschnitt hat, wobei der erste Abschnitt und die zweiten Abschnitte einen Winkel γ von größer 0° zu einander haben und der erste Abschnitt parallel zu der Isolator-Längsachse ist, wobei die Innendichtung an diesem ersten Abschnitt anliegt, so dass sich am Isolator eine radiale Dichtfläche ausbildet.This object is achieved according to the invention in the spark plug of the type mentioned in that the insulator seat has at least one step which has a first section and at least one second section, the first section and the second sections at an angle γ of greater than 0 ° to one another and the first section is parallel to the longitudinal axis of the isolator, the inner seal bearing against this first section, so that a radial sealing surface is formed on the isolator.

Die erfindungsgemäße Zündkerze weist ein Gehäuse, ein innerhalb des Gehäuses angeordneten Isolator, eine innerhalb des Isolators angeordnete Mittelelektrode, eine an einer Brennraum-zugewandten Stirnseite des Gehäuses angeordnete Masseelektrode auf, wobei die Masseelektrode und die Mittelelektrode so angeordnet sind, dass die beiden Elektroden einen Zündspalt ausbilden.The spark plug according to the invention has a housing, an insulator arranged inside the housing, a center electrode arranged inside the insulator, a ground electrode arranged on an end face of the housing facing the combustion chamber, the ground electrode and the center electrode being arranged so that the two electrodes form an ignition gap form.

Der Isolator hat eine Längsachse X entlang seiner Längsstreckung. Diese Längsachse kann auch eine Spiegelachse und oder Rotationsachse für den Isolator sein, wenn man beispielsweise den Isolator in einem Schnitt entlang der Längsachse betrachtet. Die Isolator-Längsachse X fällt typerweise bei der montierten Zündkerze mit der Zündkerzen-Längsachse und einer Gehäuse-Längsachse zusammen. Der Isolator kann entlang seiner Längsachse in drei Bereiche unterteilt werden: Isolatorfuß, Isolatorkörper und Isolatorkopf. Der Bereich, der das brennraumseitige Ende des Isolators bildet, wird als Isolatorfuß bezeichnet. Der Isolatorkopf bildet das Brennraum-abgewandte Ende des Isolators. Zwischen Isolatorkopf und Isolatorfuß ist der Isolatorkörper angeordnet. Die drei Bereiche haben häufig unterschiedliche Außendurchmesser, wobei der Außendurchmesser innerhalb eines Bereiches auch variieren kann. Die Übergänge zwischen den Bereichen sind als Schultern bzw. Kehlen ausgebildet. Der Übergang zwischen Isolatorkörper und Isolatorfuß wird auch als Fußkehle oder Isolatorsitz bezeichnet.The isolator has a longitudinal axis X along its length. This longitudinal axis can also be a mirror axis and / or an axis of rotation for the insulator if, for example, the insulator is viewed in a section along the longitudinal axis. The insulator longitudinal axis X typically coincides with the spark plug longitudinal axis and a housing longitudinal axis when the spark plug is installed. The insulator can be divided into three areas along its longitudinal axis: insulator base, insulator body and insulator head. The area that forms the end of the insulator on the combustion chamber side is referred to as the insulator foot. The insulator head forms the end of the insulator facing away from the combustion chamber. The insulator body is arranged between the insulator head and the insulator base. The three areas often have different outside diameters, and the outside diameter can also vary within one area. The transitions between the areas are designed as shoulders or throats. The transition between the insulator body and the insulator base is also referred to as the base fillet or the insulator seat.

Des Weiteren weist das Gehäuse auf seiner Innenseite einen Gehäuse-Sitz auf, auf dem der Isolator mit seinem Isolatorsitz aufliegt, wobei zwischen dem Gehäuse-Sitz und dem Isolatorsitz eine Innendichtung angeordnet ist, so dass die Innendichtung, der Gehäuse-Sitz und der Isolatorsitz ein Dichtsystem bilden.Furthermore, the housing has a housing seat on its inside, on which the insulator rests with its insulator seat, an inner seal being arranged between the housing seat and the insulator seat, so that the inner seal, the housing seat and the insulator seat form a Form sealing system.

Erfindungsgemäße ist vorgesehen, dass der Isolatorsitz mindestens eine Stufe aufweist, die einen ersten Abschnitt und mindestens einen zweiten Abschnitt hat, wobei der erste Abschnitt und die zweiten Abschnitte einen Winkel γ von größer 0° zu einander haben und der erste Abschnitt parallel zu der Isolator-Längsachse X ist, wobei die Innendichtung an diesem ersten Abschnitt anliegt, so dass sich am Isolator eine radiale Dichtfläche ausbildet. Genauer gesagt bildet sich die radiale Dichtfläche zwischen dem ersten Abschnitt der Stufe im Isolatorsitz und der Innendichtung aus.According to the invention, it is provided that the insulator seat has at least one step which has a first section and at least one second section, the first section and the second sections having an angle γ of greater than 0 ° to one another and the first section is parallel to the insulator longitudinal axis X, the inner seal bearing against this first section, so that a radial sealing surface is formed on the insulator. More precisely, the radial sealing surface is formed between the first section of the step in the insulator seat and the inner seal.

Durch die Ausbildung einer radialen Dichtfläche ergibt sich der Vorteil, dass die Zündkerze, trotz der Reduzierung der Vorspannkraft zwischen Gehäuse und Isolator, aufgrund der Gehäuse-Längung bei Einschrauben der Zündkerze in einen Zylinderkopf, eine gute Gasdichtheit behält. Die Vorspannkraft ist eine Kraft, die eine große axiale Kraftkomponente und eine geringere radiale Kraftkomponente aufweist. Somit ergibt sich, dass die radiale Dichtfläche, die primär durch radial wirkende Kräfte zwischen Innendichtung und Isolator verursacht wird, kaum durch die Gehäuse-Längung und der damit verbundenen Reduzierung, insbesondere der axialen Komponente, der Vorspannkraft, beeinflusst wird. Ein weiterer Vorteil zeigt sich beim Betrieb der Zündkerze. Durch die höheren Temperaturen während des Betriebs der Zündkerze dehnt sich das Material der Innendichtung wie auch die anderen Komponenten der Zündkerze aus. Untersuchungen der Anmeldering haben gezeigt, dass die Innendichtung in axialer Richtung eine größere Wärmeausdehnung als in radialer Richtung hat, das heißt mit steigender Temperatur während des Betriebs der Zündkerze bzw. des Motors verändert sich das in axialer Richtung wirkende Kräfteverhältnis wodurch die Dichtheit an den axialen Dichtfläche sich reduziert. Dagegen ist das in radialer Richtung wirkende Kräfteverhältnis durch die Wärmeausdehnung der Innendichtung relativ unbeeinflusst und somit auch die Dichtheit an den radialen Dichtflächen.The formation of a radial sealing surface has the advantage that the spark plug, despite the reduction in the preload force between the housing and the insulator, retains a good gas tightness due to the housing elongation when the spark plug is screwed into a cylinder head. The preload force is a force that has a large axial force component and a smaller radial force component. This means that the radial sealing surface, which is primarily caused by radially acting forces between the inner seal and the insulator, is hardly influenced by the housing elongation and the associated reduction, in particular of the axial component, of the pretensioning force. Another advantage is evident when operating the spark plug. Due to the higher temperatures during operation of the spark plug, the material of the inner seal and the other components of the spark plug expand. Investigations by the applicant have shown that the inner seal has a greater thermal expansion in the axial direction than in the radial direction, i.e. as the temperature rises during operation of the spark plug or the engine, the force ratio acting in the axial direction changes, which results in the tightness of the axial sealing surface is reduced. In contrast, the force ratio acting in the radial direction is relatively unaffected by the thermal expansion of the inner seal and thus also the tightness on the radial sealing surfaces.

Im Sinne dieser Anmeldung sind mit axialer Kraft bzw. Kraftkomponente die Kräfte gemeint, die parallel zur Längsachse der Zündkerze wirken. Entsprechend sind mit radiale Kraft bzw. Kraftkomponente die Kräfte gemeint, die senkrecht zur Längsachse der Zündkerze wirken. Dabei können die wirkenden Kräfte jeweils in eine axiale und eine radiale Kraftkomponente aufgeteilt werden.For the purposes of this application, the axial force or force component means the forces that act parallel to the longitudinal axis of the spark plug. Correspondingly, the radial force or force component means the forces that act perpendicular to the longitudinal axis of the spark plug. The forces acting can be divided into an axial and a radial force component.

Im Rahmen dieser Anmeldung wird das Wort "parallel" nicht im engen geometrischen Wortsinn benutzt. Als "parallel", insbesondere in Verbindung mit der Ausrichtung von Flächen, werden auch kleine Abweichungen von einer strengen geometrischen Parallelität als parallele Ausrichtung betrachtet, die beispielsweise durch herstellungsbedingte Unsicherheiten zustande kommen. Beispielsweise wird eine Fläche oder ein Abschnitt als parallel oder im Wesentlichen parallel zur Isolator-Längsachse betrachtet, wenn diese/dieser maximal einen Winkel von 10° zur Isolator-Längsachse aufweist.In the context of this application, the word "parallel" is not used in the narrow geometric sense of the word. As "parallel", in particular in connection with the alignment of surfaces, small deviations from a strict geometrical parallelism are also considered to be parallel alignment, which arise, for example, due to manufacturing-related uncertainties. For example, a surface or a section is considered to be parallel or essentially parallel to the longitudinal axis of the isolator if it has an angle of at most 10 ° to the longitudinal axis of the isolator.

In dieser Anmeldung wird als radiale Dichtfläche jede Dichtfläche betrachtet, die an einer Fläche oder Abschnitt anliegt, die/der im Wesentlichen parallel zur Isolator-Längsachse, der Gehäuse-Längsachse oder der Zündkerzen-Längsachse. Entsprechend sind alle anderen Dichtflächen, die an einer Fläche oder einem Abschnitt anliegen, die/der senkrecht oder in einem Winkel zu der Isolator-Längsachse, der Gehäuse-Längsachse oder der Zündkerzen-Längsachse ausgerichtet sind, axiale Dichtflächen.In this application, a radial sealing surface is considered to be any sealing surface that rests on a surface or section that is essentially parallel to the longitudinal axis of the insulator, the longitudinal axis of the housing or the longitudinal axis of the spark plug. Correspondingly, all other sealing surfaces which bear against a surface or a section which are oriented perpendicular or at an angle to the longitudinal axis of the insulator, the longitudinal axis of the housing or the longitudinal axis of the spark plug are axial sealing surfaces.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous refinements of the invention are the subject matter of the subclaims.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Zündkerze ist es vorgesehen, dass die Stufe am Isolatorsitz neben der radialen Dichtfläche noch mindestens eine axiale Dichtfläche aufweist, insbesondere die an dem mindestens einen zweiten Abschnitt der Stufe ausgebildet ist. Dadurch wird die Gesamtdichtfläche vergrößert, wodurch eine bessere Gesamtdichtheit des Innendichtsystems sich ergibt. Zusätzlich ergibt sich noch der Effekt, dass die axiale Dichtfläche, die primär durch die axialen auf Isolator, Innendichtung und Gehäuse wirkende Kräfte beeinflusst wird, und die radiale Dichtfläche, die primär durch die radial auf Isolator, Innendichtung und Gehäuse wirkende Kräfte beeinflusst wird, von verschiedenen Komponenten der Vorspannkraft beeinflusst werden, wodurch eine Dichtfläche ihre Funktionalität bewahren kann, wenn bei der anderen Dichtfläche die Funktionalität beispielsweise aufgrund eines Nachlassens der entsprechenden Kraftkomponente sich reduziert.In an advantageous development of the spark plug, provision is made for the step on the insulator seat to have at least one axial sealing surface in addition to the radial sealing surface, in particular which is formed on the at least one second section of the step. As a result, the total sealing surface is enlarged, which results in a better overall tightness of the inner sealing system. In addition, there is the effect that the axial sealing surface, which is primarily influenced by the axial forces acting on the insulator, inner seal and housing, and the radial sealing surface, which is primarily influenced by the forces acting radially on the insulator, inner seal and housing, are influenced by different components of the preload force can be influenced, whereby a sealing surface can retain its functionality if the functionality of the other sealing surface is reduced, for example due to a decrease in the corresponding force component.

Insgesamt hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass die Stufe einen ersten Abschnitt und zwei zweite Abschnitte hat, wobei der erste Abschnitt zwischen den beiden zweiten Abschnitten angeordnet ist. Zusammen mit der Innendichtung ergibt sich eine radiale Dichtfläche, die zwischen zwei axialen Dichtflächen angeordnet ist. Dadurch wird sich der Vorteil, dass die Innendichtung an der kompletten Oberfläche des ersten Abschnitts der Stufe am Isolatorsitz anliegt und somit die größtmögliche radiale Dichtfläche an diesem ersten Abschnitt bildet. Des Weiteren wird durch die Kombination von axialen und radialen Dichtflächen die Gesamtdichtfläche vergrößert und durch die gewinkelte Anordnung des ersten und der zweiten Abschnitte der Stufe am Isolatorsitz der Weg, den das Gas für ein Leck zurücklegen muss, verlängert, wodurch insgesamt die Gasdichtheit beim Innendichtungssystem sich verbessert.Overall, it has been found to be advantageous that the step has a first section and two second sections, the first section being arranged between the two second sections. Together with the inner seal, there is a radial sealing surface which is arranged between two axial sealing surfaces. This has the advantage that the inner seal rests against the entire surface of the first section of the step on the insulator seat and thus forms the largest possible radial sealing surface on this first section. Furthermore, the combination of axial and radial sealing surfaces increases the total sealing surface and the angled arrangement of the first and second sections of the step on the insulator seat increases the path that the gas has to cover for a leak, which increases the overall gas tightness of the inner sealing system improved.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Isolatorsitz mehrere Stufen aufweist, die jeweils einen ersten Abschnitt haben, die zusammen mit der Innendichtung mehrere radiale Dichtflächen ausbilden. Dadurch kommen die oben beschriebenen technischen Effekte und Vorteile besonders gut zur Wirkung. Insbesondere auch dann, wenn wie bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform die mehreren radialen Dichtfläche durch jeweils axiale Dichtfläche verbunden sind.In an advantageous embodiment it is provided that the insulator seat has a plurality of steps, each of which has a first section, which together with the inner seal form a plurality of radial sealing surfaces. This is how they come up The technical effects and advantages described are particularly effective. In particular, even if, as in a further development of this embodiment, the plurality of radial sealing surfaces are connected by respective axial sealing surfaces.

Bei Ausführungsformen mit mehreren radialen Dichtflächen am Isolatorsitz gibt es eine radiale Hauptdichtfläche mit mindestens einer radialen Nebendichtfläche. Zusätzlich oder alternative gibt es bei mehreren axiale Dichtflächen entsprechend eine axiale Hauptdichtfläche mit mindestens einer axiale Nebendichtfläche am Isolatorsitz. Dabei unterscheiden sich Hauptdichtfläche und Nebendichtfläche durch die Größe ihrer Dichtfläche. Typischerweise gibt es eine radiale bzw. eine axiale Hauptdichtfläche und mehrere Nebendichtflächen, wobei die Hauptdichtfläche die größte Dichtfläche zwischen Isolator und Innendichtung hat. Gemessen entlang der Längsachse des Isolators hat eine radiale Hauptdichtfläche die größte Länge im Vergleich zu den anderen radialen Dichtflächen. Entsprechendes gilt für die axialen Dichtflächen, wobei hier die Länge senkrecht bzw. im Winkel zur der Isolator-Längsachse gemessen werden.In embodiments with several radial sealing surfaces on the insulator seat, there is a radial main sealing surface with at least one radial secondary sealing surface. In addition or as an alternative, if there are several axial sealing surfaces, there is correspondingly one axial main sealing surface with at least one axial secondary sealing surface on the insulator seat. The main sealing surface and the secondary sealing surface differ in the size of their sealing surface. Typically there is a radial or an axial main sealing surface and several secondary sealing surfaces, the main sealing surface having the largest sealing surface between the insulator and the inner seal. Measured along the longitudinal axis of the isolator, a radial main sealing surface has the greatest length compared to the other radial sealing surfaces. The same applies to the axial sealing surfaces, the length here being measured perpendicularly or at an angle to the longitudinal axis of the isolator.

Vorteilhafterweise ist eine radiale Hauptdichtfläche von radialen Nebendichtflächen entlang der Isolator-Längsachse eingerahmt, wobei die radialen Dichtflächen über axialen Dichtflächen verbunden sind. An die radiale Hauptdichtfläche kann eine axiale Hauptdichtfläche direkt angeordnet sein.A radial main sealing surface is advantageously framed by radial secondary sealing surfaces along the longitudinal axis of the isolator, the radial sealing surfaces being connected via axial sealing surfaces. An axial main sealing surface can be arranged directly on the radial main sealing surface.

Eine radiale Nebendichtfläche ist erfindungsgemäß auch am Isolatorfuß ausgebildet, d.h. die Innendichtung ragt nach dem Verformen über den Isolatorsitz hinaus.According to the invention, a radial secondary sealing surface is also formed on the insulator base, i.e. the inner seal protrudes beyond the insulator seat after deformation.

Eine radiale Nebendichtfläche kann beispielsweise auch am am Isolatorkörper ausgebildet sein, d.h. die Innendichtung ragt nach dem Verformen auch insofern über den Isolatorsitz hinaus. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die gesamte Fläche des Isolatorsitzes als Dichtfläche ausgenutzt wird, wobei sich die Dichtfläche aus Abschnitten von radialen und axialen Dichtflächen zusammensetzt. Durch die gestufte Anordnung der Dichtfläche ist der Leckageweg für das Gas besonders groß, wodurch die Zündkerze auch bei hohe Gasdrücke ihre Gasdichtheit behält.A radial secondary sealing surface can, for example, also be formed on the insulator body, i.e. the inner seal protrudes beyond the insulator seat after deformation. This results in the advantage that the entire surface of the insulator seat is used as a sealing surface, the sealing surface being composed of sections of radial and axial sealing surfaces. The stepped arrangement of the sealing surface means that the leakage path for the gas is particularly large, which means that the spark plug retains its gas tightness even at high gas pressures.

Die genaue Form der Innendichtung nach der Montage der Zündkerze und der elastischplastischen Verformung der Innendichtung und damit verbunden die konkrete Ausbildung, wie beispielsweise Anzahl und Anordnung, von axialen und radialen Dichtflächen (Anzahl, Anordnung) hängt von verschiedenen Faktoren, wie beispielsweise Spaltmaße zwischen Isolator und Gehäuse oberhalb und unterhalb des Isolatorsitzes, Anzahl der Stufen im Isolatorsitz, Vorspannkraft, mit der der Isolator im Gehäuse eingepresst ist oder Fläche der Dichtkontur. Dadurch ergibt sich auch die Möglichkeit das Innendichtungssystem durch eine einsprechende Ausgestaltung dieser Faktoren an besonderen Belastungen und Anforderung anzupassen, um somit die Zündkerze für den jeweiligen Einsatz zu optimieren.The exact shape of the inner seal after the assembly of the spark plug and the elastic-plastic deformation of the inner seal and the associated specific design, such as number and arrangement, of axial and radial sealing surfaces (number, arrangement) depends on various factors, such as gap dimensions between the insulator and Housing above and below the insulator seat, number of stages in the Insulator seat, preload force with which the insulator is pressed into the housing or area of the sealing contour. This also results in the possibility of adapting the inner sealing system to special loads and requirements by appropriately designing these factors, in order to optimize the spark plug for the respective application.

Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn die zweiten Abschnitte einer Stufe am Isolatorsitz zur Isolator-Längsachse (X) einen Winkel γ von mindestens 90° haben. Weitere Untersuchungen haben gezeigt, dass bis zu einem Winkel γ von 175° die oben beschriebenen technischen Effekte sich reproduzierbar ergeben. Aus den Untersuchungen ergab sich auch die Erkenntnis, dass bei mehreren zweiten Abschnitten einer Stufe oder bei mehreren Stufen die zweiten Abschnitte alle den gleichen Winkel γ oder unterschiedliche Winkel γ zur Isolator-Längsachse X haben können. Wenn alle zweiten Abschnitte um den gleichen Winkel γ zur Isolator-Längsachse geneigt ist, vereinfacht dies die Herstellung und reduziert damit auch die Herstellungskosten. Zweite Abschnitte mit unterschiedlichen Winkel γ zur Isolator-Längsachse eröffnen die Möglichkeit bei der genauen Ausgestaltung der Zündkerze auf gegebenenfalls Besonderheiten am Gehäuse-Sitz oder ähnliches zu reagieren und die Stufen am Isolatorsitz entsprechen für den Sonderfall anzupassen, um eine optimale Gasdichtheit der Zündkerze zu erlangen.Investigations by the applicant have shown that it is advantageous if the second sections of a step on the insulator seat have an angle γ of at least 90 ° to the longitudinal axis (X) of the insulator. Further investigations have shown that the technical effects described above are reproducible up to an angle γ of 175 °. The investigations also resulted in the finding that in the case of several second sections of a stage or in the case of several stages, the second sections can all have the same angle γ or different angles γ to the longitudinal axis X of the isolator. If all the second sections are inclined by the same angle γ to the longitudinal axis of the isolator, this simplifies the production and thus also reduces the production costs. Second sections with different angles γ to the longitudinal axis of the isolator open up the possibility of reacting with the precise design of the spark plug to any special features on the housing seat or the like and to adapt the steps on the isolator seat for the special case in order to achieve optimal gas tightness of the spark plug.

Weiterführende Untersuchungen haben zusätzlich ergeben, dass der Gehäuse-Sitz in Bezug auf die Isolator-Längsachse X einen Winkel β aufspannen kann, der einen Wert aus einem wesentlich größeren Wertebereich annehmen kann als bei den Innendichtkonzepten gemäß des Stands der Technik, bei dem typischerweise α= 55°- 65° ist. Der Winkel β ist der Winkel innerhalb der Gehäusewand. Für den Winkel α aus dem Stand der Technik ergibt sich entsprechend ein Winkel β_SdT von 115° bis 125°. Bei der erfindungsgemäßen Zündkerze funktioniert das erfindungsgemäße Innendichtsystem bereits, wenn β einen Wert von mindestens 80° hat, und funktioniert auch noch für Werte von β bis maximal 170°. Vorzugsweise liegt der Wert für β bei mindestens 90° und maximal 160° hat. Mit anderen Worten hat der Wertebereich, aus dem β beim erfindungsgemäßen Innendichtsystem gewählt werden kann, eine Breite von mindestens 70° startend bei einem Winkel β = 90°, vorzugsweise mindestens 90° startend bei einem Winkel β = 80°, während bei einem Dichtsitz gemäß dem Stand der Technik der Wertebereich für β_SdT typischerweise nur eine Breite von 10° hat.Further investigations have also shown that the housing seat can span an angle β with respect to the longitudinal axis X of the isolator, which can assume a value from a significantly larger range than in the case of the internal sealing concepts according to the prior art, in which typically α = 55 ° - 65 °. The angle β is the angle within the housing wall. For the angle α from the prior art, an angle β _SdT of 115 ° to 125 ° results accordingly. In the case of the spark plug according to the invention, the inner sealing system according to the invention already works when β has a value of at least 80 °, and also works for values of β up to a maximum of 170 °. The value for β is preferably at least 90 ° and at most 160 °. In other words, the range of values from which β can be selected in the inner sealing system according to the invention has a width of at least 70 ° starting at an angle β = 90 °, preferably at least 90 ° starting at an angle β = 80 °, while with a sealing seat according to In the prior art, the range of values for β _SdT typically only has a width of 10 °.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hat die Innendichtung vor der Montage im Schnitt eine Höhe h, gemessen parallel zur Isolator-Längsachse X, und eine Breite d, gemessen senkrecht zur Isolator-Längsachse X. Es hat sich dabei als vorteilhaft herausgestellt, dass das Verhältnis von Breite d zu Höhe h der Innendichtung mindestens 0,5, insbesondere von mindestens 0,75 ist. Die Innendichtung ist vorzugsweise ein Festkörper, wie beispielsweise ein Dichtungsring oder eine Dichtscheibe, d.h. die Innendichtung ist keine in Form gepresste Pulverpackung.In a further advantageous embodiment of the invention, the inner seal has a height h, measured parallel to the insulator longitudinal axis X, and a width d, measured perpendicular to the insulator longitudinal axis X. It has been found to be advantageous that the The ratio of the width d to the height h of the inner seal is at least 0.5, in particular at least 0.75. The inner seal is preferably a solid body, such as a sealing ring or a sealing washer, i.e. the inner seal is not a powder pack pressed into shape.

Vorteilhafterweise ist die Breite der Innendichtung größer als die Tiefe des Gehäuse-Sitzes. Die Tiefe a_g des Gehäuse-Sitzes ergibt als halbe Differenz zwischen dem Innendurchmesser c_g des Gehäuses oberhalb des Gehäuse-Sitzes, bzw. in Richtung der Brennraum-abgewandten Seite des Gehäuses, und dem Innendurchmesser b_g des Gehäuses unterhalb des Gehäuse-Sitzes, sprich in Richtung des brennraumseitigen Endes des Gehäuses. Die Tiefe a_i des Isolatorsitzes ist analog als halbe Differenz zwischen dem Außendurchmesser c_i des Isolators oberhalb des Isolatorsitzes, sprich am Isolatorkörper, und dem Außendurchmesser b_i des Isolators unterhalb des Isolatorsitzes, sprich am Isolatorfuß, definiert. Beispielsweise ist die Tiefe des Isolatorsitzes a_i kleiner oder gleich der Tiefe des Gehäusesitzes a_g.The width of the inner seal is advantageously greater than the depth of the housing seat. The depth a _{g of} the housing seat results as half the difference between the inner diameter c _{g of} the housing above the housing seat, or in the direction of the side of the housing facing away from the combustion chamber, and the inner diameter b _{g of} the housing below the housing seat, i.e. in the direction of the end of the housing on the combustion chamber side. The depth a _{i of} the insulator seat is analogously defined as half the difference between the outside diameter c _{i of} the insulator above the insulator seat, i.e. on the insulator body, and the outside diameter b _{i of} the insulator below the insulator seat, i.e. on the insulator base. For example, the depth of the insulator seat a _{i is} less than or equal to the depth of the housing seat a _g .

Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn die radiale Dichtfläche am Isolatorsitz eine Höhe, gemessen parallel zur Isolator-Längsachse X, von mindestens 30%, insbesondere mindestens 36%, der Höhe h der Innendichtung hat.In addition, it is advantageous if the radial sealing surface on the insulator seat has a height, measured parallel to the insulator longitudinal axis X, of at least 30%, in particular at least 36%, of the height h of the inner seal.

Alternative bei mehreren radialen Dichtflächen am Isolatorsitz hat die radiale Hauptdichtfläche am Isolatorsitz eine Höhe, gemessen parallel zur Isolator-Längsachse X, von mindestens 30%, insbesondere mindestens 36%, der Höhe h der Innendichtung hat. Zusätzlich ist es denkbar, dass die radialen Nebendichtflächen am Isolatorsitz eine Höhe, gemessen parallel zur Isolator-Längsachse X, von mindestens 1%, insbesondere mindestens 5%, der Höhe h der Innendichtung haben.Alternatively, if there are several radial sealing surfaces on the insulator seat, the radial main sealing surface on the insulator seat has a height, measured parallel to the insulator longitudinal axis X, of at least 30%, in particular at least 36%, of the height h of the inner seal. In addition, it is conceivable that the radial secondary sealing surfaces on the insulator seat have a height, measured parallel to the insulator longitudinal axis X, of at least 1%, in particular at least 5%, of the height h of the inner seal.

Für die axiale Dichtfläche hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn diese am Isolatorsitz eine Breite, gemessen senkrecht zur Isolator-Längsachse X, von mindestens 15%, insbesondere mindestens 20%, der Breite d der Innendichtung hat. Im Falle von mehreren axialen Dichtflächen kann die axiale Hauptdichtfläche am Isolatorsitz eine Breite, gemessen senkrecht zur Isolator-Längsachse X, von mindestens 15%, insbesondere mindestens 20%, der Breite d der Innendichtung haben. Zusätzlich oder alternativ können die axialen Nebendichtflächen am Isolatorsitz eine Breite, gemessen senkrecht zur Isolator-Längsachse X, von mindestens 1%, insbesondere mindestens 5%, der Breite d der Innendichtung haben.It has proven to be advantageous for the axial sealing surface if this has a width at the insulator seat, measured perpendicular to the insulator longitudinal axis X, of at least 15%, in particular at least 20%, of the width d of the inner seal. In the case of several axial sealing surfaces, the main axial sealing surface on the insulator seat can have a width, measured perpendicular to the longitudinal axis X of the insulator, of at least 15%, in particular at least 20%, of the width d of the inner seal. Additionally or alternatively, the axial Secondary sealing surfaces on the insulator seat have a width, measured perpendicular to the insulator longitudinal axis X, of at least 1%, in particular at least 5%, of the width d of the inner seal.

Grundsätzlich ist es möglich, dass die Innendichtung und das Gehäuse am Gehäuse-Sitz eine axiale Dichtfläche und an der Innenseite des Gehäuses eine radiale Dichtfläche ausbilden. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die radiale Dichtfläche am Gehäuse eine Höhe, gemessen parallel zur Isolator-Längsachse X, von mindestens 30%, insbesondere mindestens 36%, der Höhe h der Innendichtung hat.In principle, it is possible for the inner seal and the housing to form an axial sealing surface on the housing seat and a radial sealing surface on the inside of the housing. It has proven to be advantageous that the radial sealing surface on the housing has a height, measured parallel to the longitudinal axis X of the isolator, of at least 30%, in particular at least 36%, of the height h of the inner seal.

Die am Isolatorfuß direkt angrenzende axiale (Neben-)Dichtfläche am Isolatorsitz hat bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung mindestens eine Breite, die der, insbesondere engsten, Spaltbreite zwischen dem Isolatorfuß und der dem Isolatorfuß gegenüberliegenden Gehäuseinnenseite direkt am Isolatorsitz entspricht. Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn die Breite der an den Isolatorfuß angrenzende axiale (Neben-)Dichtfläche auch mindestens der Spaltbreite zwischen Isolatorkörper und der gegenüberliegenden Gehäuse-Innenseite entspricht, wenn dieser Spalt eine größere Breite als der Spalt zwischen Isolatorfuß und Gehäuse-Innenseite hat.The axial (secondary) sealing surface on the insulator seat directly adjacent to the insulator base has, in an advantageous development of the invention, at least a width that corresponds to the, in particular, narrowest, gap width between the insulator base and the inside of the housing opposite the insulator base directly on the insulator seat. In addition, it is advantageous if the width of the axial (secondary) sealing surface adjacent to the insulator base also corresponds to at least the gap width between the insulator body and the opposite inside of the housing, if this gap has a greater width than the gap between the insulator base and the inside of the housing.

drawing

Figure 1 shows an example of a spark plug
Figure 2 shows in detail the arrangement of the housing seat, the insulator seat and the inner seal of a spark plug according to the prior art
Figure 3 shows in detail the insulator seat with step, the inner seal and the housing seat of the spark plug according to the invention before assembly
Figure 4 shows in detail the insulator seat with step, the inner seal and the housing seat of the spark plug according to the invention after assembly
Figure 5 shows the insulator seat with a step for a spark plug according to the invention
Figure 6 shows an example of a housing seat for a spark plug according to the invention

Description of the embodiment

Figur 1 zeigt in einer halb geschnittenen Ansicht eine Zündkerze 1. Die Zündkerze 1 umfasst ein Gehäuse 2. In das Gehäuse 2 ist ein Isolator 3 eingesetzt. Das Gehäuse 2 und der Isolator 3 weisen jeweils entlang ihrer Längsachse eine Bohrung auf. Die Längsachse des Gehäuses 2, die Längsachse X des Isolators 3 und die Längsachse der Zündkerze 1 fallen zusammen. In den Isolator 3 ist eine Mittelelektrode 4 eingesetzt. Des Weiteren erstreckt sich in den Isolator 3 ein Anschlussbolzen 8. Am Anschlussbolzen 8 ist eine Anschlußmutter 9 angeordnet, über die die Zündkerze 1 mit einer Spannungsquelle elektrisch kontaktiertbar ist. Die Anschlußmutter 9 bildet das Brennraum-abgewandte Ende der Zündkerze 1. Figure 1 shows a spark plug 1 in a half-sectioned view. The spark plug 1 comprises a housing 2. An insulator 3 is inserted into the housing 2. The housing 2 and the insulator 3 each have a bore along their longitudinal axis. The longitudinal axis of the housing 2, the longitudinal axis X of the insulator 3 and the longitudinal axis of the spark plug 1 coincide. A center electrode 4 is inserted into the insulator 3. Furthermore, a connecting bolt 8 extends into the insulator 3. A connecting nut 9 is arranged on the connecting bolt 8, via which the spark plug 1 can be electrically contacted with a voltage source. The connecting nut 9 forms the end of the spark plug 1 facing away from the combustion chamber.

Zwischen der Mittelelektrode 4 und dem Anschlussbolzen 8 befindet sich im Isolator 3 ein Widerstandselement 7, auch Panat genannt. Das Widerstandselement 7 verbindet die Mittelelektrode 4 elektrisch leitend mit dem Anschlussbolzen 8. Das Widerstandselement 7 ist beispielsweise als Schichtsystem aus einem ersten Kontaktpanat, einem Widerstandspanat und einem zweiten Kontaktpanat aufgebaut. Die Schichten des Widerstandselements unterscheiden sich durch ihre Materialzusammensetzung und dem daraus resultierenden elektrischen Widerstand. Das erste Kontaktpanat und das zweite Kontaktpanat können einen unterschiedlichen oder einen gleichen elektrischen Widerstand aufweisen.A resistance element 7, also called Panat, is located in the insulator 3 between the center electrode 4 and the connecting bolt 8. The resistance element 7 connects the center electrode 4 in an electrically conductive manner to the connecting bolt 8. The resistance element 7 is constructed, for example, as a layer system of a first contact panel, a resistance chip and a second contact panel. The layers of the resistance element differ in their material composition and the resulting electrical resistance. The first contact board and the second contact board can have a different or the same electrical resistance.

Am Gehäuse 2 ist auf dessen Brennraum-zugewandten Stirnseite eine Masseelektrode 5 elektrisch leitend angeordnet. Zwischen der Masseelektrode 5 und der Mittelelektrode 4 wird ein Zündfunken erzeugt.A ground electrode 5 is arranged in an electrically conductive manner on the housing 2 on its end face facing the combustion chamber. An ignition spark is generated between the ground electrode 5 and the center electrode 4.

Das Gehäuse 2 weist einen Schaft auf. An diesem Schaft sind ein Mehrkant 21, ein Schrumpfeinstich und ein Gewinde 22 ausgebildet. Das Gewinde 22 dient zum Einschrauben der Zündkerze 1 in eine Brennkraftmaschine. Zwischen dem Gewinde 22 und dem Mehrkant 21 ist ein äußeres Dichtelement 6 angeordnet. Das äußere Dichtelement 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Faltdichtung ausgestaltet.The housing 2 has a shaft. A polygon 21, a shrink recess and a thread 22 are formed on this shaft. The thread 22 is used to screw the spark plug 1 into an internal combustion engine. An outer sealing element 6 is arranged between the thread 22 and the polygon 21. The outer sealing element 6 is designed as a folding seal in this exemplary embodiment.

Der Isolator 3 wird typischerweise in drei Bereich unterteilt: Isolatorfuß 31, Isolatorkörper 31 und Isolatorkopf 33. Die drei Bereiche unterscheiden sich beispielsweise durch unterschiedliche Durchmesser. Der Isolatorfuß 31 ist das Brennraum-zugewandte Ende des Isolators 3. Innerhalb des Isolatorfußes 31 ist die Mittelelektrode 4 angeordnet. Der Isolatorfuß 31 ist in der Regel vollständig oder zu mindestens mit über den Großteil seiner Länge, gemessen parallel zur Zündkerzen Längsachse oder Isolator-Längsachse X, innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet. In der Regel hat der Isolatorfuß 31 den kleinsten Außendurchmesser am Isolator 3.The insulator 3 is typically divided into three areas: insulator base 31, insulator body 31 and insulator head 33. The three areas differ, for example, in terms of their different diameters. The insulator foot 31 is the end of the insulator 3 facing the combustion chamber. The center electrode 4 is arranged within the insulator foot 31. The insulator foot 31 is generally complete or at least over the majority of its length, measured parallel to the spark plug longitudinal axis or insulator longitudinal axis X, arranged within the housing 2. As a rule, the insulator foot 31 has the smallest outer diameter on the insulator 3.

Angrenzend an den Isolatorfuß 31 ist der Isolatorkörper 32 angeordnet, der in der Regel vollständig vom Gehäuse 2 umfasst ist. Der Isolatorkörper 32 hat einen größeren Außendurchmesser als der Isolatorfuß 31. Der Übergang zwischen Isolatorfuß 31 und Isolatorkörper 32 ist als Schulter oder Kehle ausgebildet. Dieser Übergang wird auch als Fußkehle oder Isolatorsitz 35 bezeichnet.The insulator body 32, which as a rule is completely enclosed by the housing 2, is arranged adjacent to the insulator foot 31. The insulator body 32 has a larger outer diameter than the insulator base 31. The transition between the insulator base 31 and the insulator body 32 is designed as a shoulder or throat. This transition is also referred to as a fillet or insulator seat 35.

Der Isolatorkopf 33 grenzt am Brennraum-abgewandten Ende des Isolatorkörpers 32 an diesem an und bildet das Brennraum-abgewandte Ende des Isolators 3. Der Isolatorkopf 33 ragt aus dem Gehäuse 2 heraus. Der Außendurchmesser des Isolatorkopfs 33 liegt zwischen den Außendurchmessern von Isolatorfuß 31 und Isolatorkörper 32, wobei die Bereiche typischerweise über ihre Länge keinen konstanten Außendurchmesser haben, sondern der Außendurchmesser variieren kann.The insulator head 33 adjoins the end of the insulator body 32 facing away from the combustion chamber and forms the end of the insulator 3 facing away from the combustion chamber. The insulator head 33 protrudes from the housing 2. The outer diameter of the insulator head 33 lies between the outer diameters of the insulator base 31 and the insulator body 32, the areas typically not having a constant outer diameter over their length, but rather the outer diameter can vary.

Das Gehäuse 2 weist an seiner Innenseite einen Sitz 25 auf. Der Isolator liegt mit seiner Schulter bzw. Isolatorsitz 35 auf dem Gehäuse-Sitz 25 auf. Zwischen dem Isolatorsitz 35 und dem Gehäuse-Sitz 25 ist eine Innendichtung 10 angeordnet. Der Bereich 30 des Gehäuse-Sitzes 25 und des Isolatorsitzes 35 ist in der Figur 1 durch einen Kreis markiert und wird in den nachfolgenden Figuren 2 bis 6 näher beschrieben.The housing 2 has a seat 25 on its inside. The insulator rests with its shoulder or insulator seat 35 on the housing seat 25. An inner seal 10 is arranged between the insulator seat 35 and the housing seat 25. The area 30 of the housing seat 25 and the insulator seat 35 is in the Figure 1 marked by a circle and is used in the subsequent Figures 2 to 6 described in more detail.

Figur 2 zeigt im Detail den Bereich 30 mit dem Gehäuse-Sitz 25, Isolatorsitz 35 und Innendichtung 10 gemäß des Stands der Technik. Der Gehäuse-Sitz 25 hat eine Neigung von α=55°-65° zur Zündkerzen-Längsachse. Die Fläche des Isolatorsitzes 35 gibt sich durch den Übergang vom Isolatorfuß 31 zum Isolatorkörper 32, bei dem sich kontinuierlich der Außendurchmesser vergrößert. Bei dieser Anordnung ergibt sich eine axiale Dichtfläche zwischen Gehäuse-Sitz 25, Isolatorsitz 35 und Innendichtung von ca. 10 mm², wobei die Vorspannkraft mit dem das Gehäuse 2 und der Isolator 3 miteinander verpresst sind bei 1,5 kN bis zu 10 kN liegt. Figure 2 shows in detail the area 30 with the housing seat 25, insulator seat 35 and inner seal 10 according to the prior art. The housing seat 25 has an inclination of α = 55 ° -65 ° to the spark plug longitudinal axis. The surface of the insulator seat 35 is given by the transition from the insulator base 31 to the insulator body 32, in which the outer diameter increases continuously. This arrangement results in an axial sealing surface between housing seat 25, insulator seat 35 and inner seal of approx. 10 mm ² , the pretensioning force with which the housing 2 and the insulator 3 are pressed together is between 1.5 kN and 10 kN .

Figur 3 zeigt im Detail den Bereich 30 mit dem Gehäusesitz 25, dem Isolatorsitz 35 und der Innendichtung 10 vor der Montage des Isolator 3 in das Gehäuse 2 gemäß der Erfindung. Die Innendichtung 10 liegt auf dem Gehäuse-Sitz 25 auf. Vor der Montage des Isolators 3 hat die Innendichtung eine Höhe h, gemessen parallel zur Längsachse der Zündkerzen bzw. Isolator-Längsachse X, und eine Breite d, gemessen senkrecht zur Längsachse der Zündkerzen bzw. Isolator-Längsachse X. Figure 3 shows in detail the area 30 with the housing seat 25, the insulator seat 35 and the inner seal 10 before the assembly of the insulator 3 in the housing 2 according to the invention. The inner seal 10 rests on the housing seat 25. Before the insulator 3 is mounted, the inner seal has a height h, measured parallel to the longitudinal axis of the spark plugs or insulator longitudinal axis X, and a width d, measured perpendicular to the longitudinal axis of the spark plugs or insulator longitudinal axis X.

Der Isolatorsitz 35, der den Übergang zwischen dem Isolatorfuß 31 und dem Isolatorkörper 32 bildet, weist in diesem Beispiel eine Stufe auf. Die Stufe lässt sich in drei Abschnitte unterteilen. Ein erster Abschnitt 3510 hat eine Oberfläche, die parallel zur Isolator-Längsachse X ist, somit ist auch dieser erste Abschnitt 3510 parallel zur Isolator-Längsachse X. Die beiden anderen Abschnitte 3520, auch zweiter Abschnitt genannt, sind zum ersten Abschnitt 3510 um einen Winkel γ geneigt. Dabei hat hier beispielsweise jeder zweite Abschnitt 3520 zum ersten Abschnitt 3510 bzw. zur Isolator Längsachse X einen anderen Winkel γ. Alternativ können verschiedene zweite Abschnitte 3520 den gleichen Winkel γ zu einem ersten Abschnitt 3510 bzw. zu Isolator Längsachse X haben.The insulator seat 35, which forms the transition between the insulator foot 31 and the insulator body 32, has a step in this example. The level can be divided into three sections. A first section 3510 has a surface that is parallel to the insulator longitudinal axis X, so this first section 3510 is also parallel to the insulator longitudinal axis X. The other two sections 3520, also called the second section, are at an angle to the first section 3510 γ inclined. Here, for example, every second section 3520 has a different angle γ to the first section 3510 or to the longitudinal axis X of the isolator. Alternatively, different second sections 3520 can have the same angle γ to a first section 3510 or to the longitudinal axis X of the isolator.

Figur 4 zeigt im Detail den Bereich 30 mit dem Gehäuse-Sitz 25, dem Isolatorsitz 35 und der Innendichtung 10 nach der Montage des Isolators 3 in das Gehäuse 2 gemäß der Erfindung. Durch die Montage des Isolators 3 in das Gehäuse 2 wirkt auf die Innendichtung 10 eine Kraft, wodurch die Innendichtung 10 verformt wird und sich radiale Dichtflächen 251, 351a, 351b, 351c und axiale Dichtflächen 252, 352a, 352b, 352c am Isolator 3 und am Isolatorsitz 35 sowie Gehäuse 2 und Gehäuse-Sitz 25 ausbilden. Radiale Dichtflächen 351a, 351b bilden sich immer zwischen der Innendichtung 10 und zur Isolator-Längsachse X parallelen Oberflächen des Isolators 3 oder des Gehäuses 2. Als parallel im Sinne dieser Anmeldung werden auch Oberflächen betrachtet, die aufgrund von Herstellungsprozessen eine leichte Neigung, d.h. einen Winkel kleiner 10°, zur Längsachse der Zündkerzen oder der Isolator-Längsachse X aufweisen. Figure 4 shows in detail the area 30 with the housing seat 25, the insulator seat 35 and the inner seal 10 after the assembly of the insulator 3 in the housing 2 according to the invention. By mounting the insulator 3 in the housing 2, a force acts on the inner seal 10, whereby the inner seal 10 is deformed and radial sealing surfaces 251, 351a, 351b, 351c and axial sealing surfaces 252, 352a, 352b, 352c on the insulator 3 and on the Form insulator seat 35 and housing 2 and housing seat 25. Radial sealing surfaces 351a, 351b are always formed between the inner seal 10 and surfaces of the insulator 3 or the housing 2 that are parallel to the longitudinal axis X of the insulator less than 10 ° to the longitudinal axis of the spark plugs or the longitudinal axis X of the insulator.

Am Gehäuse 2 bildet sich eine radiale Dichtfläche 251 und am Gehäusesitz 25 eine axiale Dichtflächen 252 aus.A radial sealing surface 251 is formed on the housing 2 and an axial sealing surface 252 is formed on the housing seat 25.

Der Isolator Sitz 35 weist in diesem Ausführungsbeispiel zwei Stufen auf und somit zwei erste Abschnitte 3510a, 3510b und mehrere zweite Abschnitte 3520a, 3520b, 3520c auf. An den ersten Abschnitten 3510a, 3510b bilden sich radiale Dichtflächen 351a, 351b aus. Dabei bildet sich an dem ersten Abschnitt 3510a eine radiale Hauptdichtfläche 351a und an dem anderen ersten Abschnitt 3510b eine radiale Nebendichtfläche 351b aus. Typischerweise bildet sich eine Hauptdichtflächen und mehrere Nebendichtflächen aus, wobei die Hauptdichtfläche von benachbarten Nebendichtflächen eingeschlossen ist. Die Hauptdichtflächen ist typischerweise die größte Fläche. Neben den radialen Dichtflächen bilden sich am Isolatorsitz auch axiale Dichtflächen 352a, 352b an den zweiten Abschnitten 3520a, 3520b aus. Bei den axialen Dichtflächen 352a, 352b kann man auch wieder zwischen Haupt und Nebendichtflächen unterscheiden.In this exemplary embodiment, the insulator seat 35 has two steps and thus two first sections 3510a, 3510b and several second sections 3520a, 3520b, 3520c. Radial sealing surfaces 351a, 351b are formed on the first sections 3510a, 3510b. A radial main sealing surface 351a is formed on the first section 3510a and a radial secondary sealing surface 351b is formed on the other first section 3510b. A main sealing surface and a plurality of secondary sealing surfaces are typically formed, the main sealing surface being enclosed by adjacent secondary sealing surfaces. The main sealing area is typically the largest area. In addition to the radial sealing surfaces, axial sealing surfaces 352a, 352b are also formed on the insulator seat on the second sections 3520a, 3520b. In the case of the axial sealing surfaces 352a, 352b, a distinction can again be made between main and secondary sealing surfaces.

Aufgrund der Stufenform des Isolatorsitzes wechseln sich radiale und axiale Dichtflächen ab.Due to the step shape of the insulator seat, radial and axial sealing surfaces alternate.

Es ist nicht ausgeschlossen, dass sich auch am Isolatorfuß 31 oder Isolatorkörper 32 radiale Dichtflächen ausbilden, wie beispielsweise die radiale Dichtfläche 351c am Isolatorfuß 31.It cannot be ruled out that radial sealing surfaces are also formed on the insulator base 31 or insulator body 32, such as, for example, the radial sealing surface 351c on the insulator base 31.

Es ist nicht notwendig, dass sich an allen Abschnitten einer Stufe am Isolatorsitz 35 eine Dichtfläche ausbildet. Wie in diesem Beispiel gezeigt ist es unproblematisch, wenn an einem Abschnitt 3520c, der am Rand des Isolatorsitzes 35 angeordnet ist, sich keine Dichtfläche ausbildet.It is not necessary for a sealing surface to be formed on all sections of a step on the insulator seat 35. As shown in this example, there is no problem if no sealing surface is formed on a section 3520c which is arranged on the edge of the insulator seat 35.

Die axiale Nebendichtfläche 352b, die an den Isolatorfuß 31 grenzt, sollte breiter sein als die Spaltbreite e zwischen Isolatorfuß 31 und Gehäuse 2, also unterhalb des Isolatorsitzes 35, und/oder breiter sein als die Spaltbreite f zwischen Isolatorkörper 32 und Gehäuse 2, also oberhalb des Isolatorsitzes 35.The axial secondary sealing surface 352b, which borders on the insulator base 31, should be wider than the gap width e between the insulator base 31 and housing 2, i.e. below the insulator seat 35, and / or wider than the gap width f between the insulator body 32 and housing 2, i.e. above of the insulator seat 35.

Figur 5 zeigt noch mal im Detail den Isolatorsitz 35 mit zwei Stufen. Zu sehen ist die Isolator-Längsachse X die beiden Stufen am Isolatorsitz 35 haben zwischen ihrem ersten und zweiten Abschnitt 3510, 3520a, 3520b jeweils unterschiedliche Winkel γ. Der Winkel γ hat einen Wert von 90° bis 175°. Die Tiefe a_i des Isolatorsitzes 35 ergibt sich aus der halben Differenz des Durchmessers b_i beim Isolatorfuß 31 und dem Durchmesser c_i am Isolatorkörper 32. Figure 5 shows again in detail the insulator seat 35 with two steps. The longitudinal axis X of the isolator can be seen. The two steps on the isolator seat 35 each have different angles γ between their first and second sections 3510, 3520a, 3520b. The angle γ has a value from 90 ° to 175 °. The depth a _{i of} the insulator seat 35 results from half the difference between the diameter b _i at the insulator base 31 and the diameter c _i at the insulator body 32.

In Figur 6 ist im Detail der Gehäusesitz 25 gezeigt. Die Tiefe a_g des Gehäusesitzes 25 ergibt sich aus der halben Differenz des Innendurchmessers des Gehäuses auf Höhe des Isolatorfußes und des Gehäuse-Innendurchmessers oberhalb des Gehäusesitzes c_g. Die Durchmesser werden senkrecht zur Gehäuselängsachse gemessen. Der Gehäusesitz 25 ist in einem Winkel β zur Gehäuselängsachse geneigt. β hat einen Wert von 90° bis 160°. Prinzipiell kann β auch Werte kleiner 90° haben, allerdings ist der Herstellungsprozess dann schwieriger und die Herstellungskosten höher.In Figure 6 the housing seat 25 is shown in detail. The depth a _{g of} the housing seat 25 results from half the difference between the inside diameter of the housing at the level of the insulator base and the inside diameter of the housing above the housing seat c _g . The diameters are measured perpendicular to the longitudinal axis of the housing. The housing seat 25 is inclined at an angle β to the longitudinal axis of the housing. β has a value from 90 ° to 160 °. In principle, β can also have values less than 90 °, but the manufacturing process is then more difficult and the manufacturing costs are higher.

Claims

Spark plug (1) having
• a housing (2),

• an insulator (3) which is arranged within the housing (2), wherein the insulator (3) has a longitudinal axis (X), an insulator foot (31), an insulator body (32) and an insulator head (33) and also an insulator seat (35) which forms a transition from the insulator foot (31) to the insulator body (32),

• a centre electrode (4) which is arranged within the insulator (3),

• an earth electrode (5) which is arranged on a combustion chamber-facing end side of the housing (2), wherein the earth electrode (5) and the centre electrode (4) are arranged such that the two electrodes form a spark gap,
wherein the housing (2), on its inner side, has a housing seat (25) on which the insulator (3), by way of its insulator seat (35), rests, wherein an inner seal (10) is arranged between the housing seat (25) and the insulator seat (35), so that the inner seal (10), the housing seat (25) and the insulator seat (35) form a sealing system, wherein the insulator seat (35) has at least one step which has a first section (3510) and second sections (3520), wherein the first section (3510) and the second sections (3520) are at an angle γ of greater than 0° in relation to one another and the first section (3510) is parallel to the insulator longitudinal axis (X), wherein the inner seal (10) bears against this first section (3510), so that a radial sealing face (351) is formed on the insulator (3), characterized in that the inner seal (10) projects beyond the insulator seat (35), so that a secondary sealing face is formed on the insulator foot (31).
Spark plug (1) according to Claim 1, characterized in that the step on the insulator seat (35) further has at least one axial sealing face (352) next to the radial sealing face (351), in particular which is formed on the at least one second section (3520) of the step.
Spark plug (1) according to Claim 2, characterized in that the radial sealing face (351) is arranged between two axial sealing faces (352a, 352b).
Spark plug (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the insulator seat (35) has a plurality of steps which each have a first section (3510) which, together with the inner seal (10), form a plurality of radial sealing faces (351a, 351b, 351c).
Spark plug (1) according to Claim 4, characterized in that the plurality of radial sealing faces (351a, 351b, 351c) are connected by respectively axial sealing faces (352a, 352b, 352c).
Spark plug (1) according to one of Claims 3 to 5, characterized in that, in the case of a plurality of radial sealing faces, there is a radial main sealing face (351a) with at least one radial secondary sealing face (351b, 351c) and/or, in the case of a plurality of axial sealing faces, there is an axial main sealing face (352a) with at least one axial secondary sealing face (352b, 352c) on the insulator seat.
Spark plug (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the second sections (3520) of a step on the insulator seat (35) are at an angle γ of 90° to 175° in relation to the insulator longitudinal axis (X).
Spark plug (1) according to Claim 7, characterized in that all second sections (3520) of a step are at the same angle γ in relation to the insulator longitudinal axis (X).
Spark plug (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing seat (25) spans an angle β with respect to the insulator longitudinal axis (X), wherein β has a value of at least 80° and at most 170°, in particular between 90° and 160°.
Spark plug (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the inner seal (10), before mounting, in section, has a height h, measured parallel to the insulator longitudinal axis (X), and a width d, measured perpendicularly to the insulator longitudinal axis (X), and in that the inner seal (10), before mounting, has a ratio of width d to height h of at least 0.5, in particular of at least 0.75.
Spark plug (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the inner seal (10), before mounting, in section, has a height h, measured parallel to the insulator longitudinal axis (X), and a width d, measured perpendicularly to the insulator longitudinal axis (X), and in that the radial sealing face (351) on the insulator seat (35) has a height, measured parallel to the insulator longitudinal axis (X), of at least 30%, in particular at least 36%, of the height h of the inner seal (10).
Spark plug (1) according to one of the preceding Claims 1 to 10, characterized in that the inner seal (10), before mounting, in section, has a height h, measured parallel to the insulator longitudinal axis (X), and a width d, measured perpendicularly to the insulator longitudinal axis (X), and in that, in the case of a plurality of radial sealing faces (351a, 351b, 351c) on the insulator seat (35), the radial main sealing face (351a) on the insulator seat (35) has a height, measured parallel to the insulator longitudinal axis (X), of at least 30%, in particular at least 36%, of the height h of the inner seal (10).
Spark plug (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the inner seal (10), before mounting, in section, has a height h, measured parallel to the insulator longitudinal axis (X), and a width d, measured perpendicularly to the insulator longitudinal axis (X), and in that, in the case of a plurality of radial sealing faces (351a, 351b, 351c) on the insulator seat (35), the radial secondary sealing faces (351b, 351c) on the insulator seat (35) have a height, measured parallel to the insulator longitudinal axis (X), of at least 1%, in particular at least 5%, of the height h of the inner seal (10).
Spark plug (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the inner seal (10), before mounting, in section, has a height h, measured parallel to the insulator longitudinal axis (X), and a width d, measured perpendicularly to the insulator longitudinal axis (X), and in that the inner seal (10) and the housing (2) on the housing seat (25) form an axial sealing face (252) and, on the inner side of the housing, a radial sealing face (251), wherein the radial sealing face (251) on the housing (2) has a height, measured parallel to the insulator longitudinal axis (X), of at least 30%, in particular at least 36%, of the height h of the inner seal (10).
Spark plug (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the inner seal (10), before mounting, in section, has a height h, measured parallel to the insulator longitudinal axis (X), and a width d, measured perpendicularly to the insulator longitudinal axis (X), and in that the axial sealing face (352) on the insulator seat has a width, measured perpendicularly to the insulator longitudinal axis (X), of at least 15%, in particular at least 20%, of the width d of the inner seal (10) .
Spark plug (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the inner seal (10), before mounting, in section, has a height h, measured parallel to the insulator longitudinal axis (X), and a width d, measured perpendicularly to the insulator longitudinal axis (X), and in that, in the case of a plurality of axial sealing faces, the axial main sealing face (352a) on the insulator seat (35) has a width, measured perpendicularly to the insulator longitudinal axis (X), of at least 15%, in particular at least 20%, of the width d of the inner seal (10).
Spark plug (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the inner seal (10), before mounting, in section, has a height h, measured parallel to the insulator longitudinal axis (X), and a width d, measured perpendicularly to the insulator longitudinal axis (X), and in that, in the case of a plurality of axial sealing faces, the axial secondary sealing face (352b, 352c) on the insulator seat (35) has a width, measured perpendicularly to the insulator longitudinal axis (X), of at least 1%, in particular at least 5%, of the width d of the inner seal (10).
Spark plug (1) according to one of the preceding Claims 2 to 17, characterized in that the axial sealing face (352b), directly adjoining the insulator foot, on the insulator seat (35) at least has a width which corresponds to the, in particular narrowest, gap width (e) between the insulator foot (31) and the housing inner side situated opposite the insulator foot (31).