WO2013102520A1 - Isolator für eine zündkerze und zündkerze mit derartigem isolator - Google Patents

Isolator für eine zündkerze und zündkerze mit derartigem isolator Download PDF

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WO2013102520A1
WO2013102520A1 PCT/EP2012/073654 EP2012073654W WO2013102520A1 WO 2013102520 A1 WO2013102520 A1 WO 2013102520A1 EP 2012073654 W EP2012073654 W EP 2012073654W WO 2013102520 A1 WO2013102520 A1 WO 2013102520A1
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WO
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protective layer
ceramic material
ceramic
insulator
sintering temperature
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PCT/EP2012/073654
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French (fr)
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Andre Moc
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Robert Bosch Gmbh
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/38—Selection of materials for insulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/40—Sparking plugs structurally combined with other devices
    • H01T13/41—Sparking plugs structurally combined with other devices with interference suppressing or shielding means

Definitions

  • the present invention relates to an insulator (spark plug) for a spark plug with improved electromagnetic compatibility and a spark plug with an insulator according to the invention.
  • Insulators for spark plugs are known from the prior art in various configurations. Especially in vehicles more and more electrical or electronic devices are used in recent times. Due to the high voltages, in particular the spark plug plays a decisive role in the mutual electromagnetic compatibility of the devices. As with vehicles in addition a trend too
  • the insulator according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that it has an excellent electromagnetic compatibility even at high ignition voltages.
  • the insulator according to the invention comprises at least two regions of different ceramic materials, which are separated from each other by at least one first Protective layer are separated.
  • the first protective layer has a
  • the two ceramic materials can then be sintered, so that as a result a ceramic component is obtained from two different ceramic materials, which have a protective layer between them. In particular, thereby higher sintering temperatures are possible, so that the first and second
  • ceramic materials can be selected for their optimal suitability for improved electromagnetic compatibility and can form a one-part insulator.
  • the insulator further comprises a second protective layer having a fourth sintering temperature which is smaller than the third sintering temperature of the first protective layer and which is smaller than the sintering temperatures of the first and second ceramic materials.
  • a redundancy with regard to the inert diffusion barrier can be made possible.
  • the second protective layer having a fourth sintering temperature which is smaller than the third sintering temperature of the first protective layer and which is smaller than the sintering temperatures of the first and second ceramic materials.
  • Protective layer can also be used as a spacer to make a direct
  • the first and second protective layer of the same thickness. More preferably, the sintering temperatures of the two protective layers are within a temperature window of 100 K.
  • a thickness of the first and / or second protective layer in a range of 5 to 50 ⁇ , preferably in a range of 10 to 40 ⁇ , and more preferably in a range of 20 to 30 ⁇ . More preferably, a difference in the sintering temperature of the first and / or second protective layer to the first and / or second ceramic material is in a range of 100 K.
  • a difference of the sintering temperatures between the first ceramic material and / or the second ceramic material and / or the first and / or the second protective layer is in a range of 100 K.
  • the first ceramic material preferably comprises Al 2 O 3 and is particularly preferably completely composed of Al 2 O 3 . More preferably, the first ceramic material comprises at least one filler material, in particular CaO and / or Si0 2 and / or MgO. Particularly preferably, a proportion by weight of the filler in the total weight of the first ceramic material in the finished insulator is at most 15% and particularly preferably at most 10%.
  • the first protective layer comprises nano Al 2 O 3 or MgO or MgO-stabilized Zr0 2 or MgAl 2 0 4 .
  • the first and / or second protective layer is made only of a single material.
  • the second protective layer comprises MgO or MgAl 2 0 4 .
  • the second ceramic material has a greater permittivity than the first ceramic material.
  • the two ceramic materials are arranged in a region of the insulator, which in the assembled state in the spark plug is located at a position of a resistance element of the spark plug.
  • the two ceramic materials of the insulator particularly preferably completely cover the region of the resistance element in the spark plug in the longitudinal direction and surround it annularly.
  • a thickness of the first ceramic material and / or of the second ceramic material in the radial direction is greater by a factor of 10 than a thickness of the first protective layer and / or the second protective layer in FIG.
  • a permittivity of the second ceramic material is about three to four times the permittivity of the first ceramic material.
  • Double layer portion of the spark plug of Figure 1 a schematic partial sectional view of an insulator according to a second embodiment of the invention, and a schematic sectional view of a spark plug according to a third embodiment of the invention.
  • the spark plug 1 includes an insulator 2, a center electrode 3, a ground electrode 7, a housing 5, and a terminal bolt 8.
  • the center electrode 3 passes through a through hole 20 in the insulator 2 which extends from a terminal-side end 21 to an electrode-side end 22.
  • the center electrode 3 comprises a resistance element 4, which is arranged approximately in a middle region of the insulator 2.
  • An electrical connection to an ignition coil is made via the connecting bolt 8.
  • the insulator 2 comprises a first region of a first ceramic material 23 and a second region of a second ceramic material 24.
  • the two ceramic materials are selected such that they have different permittivities, wherein a first
  • Permittivity of the first ceramic is smaller than a second permittivity of the second ceramic.
  • the insulator 2 is formed as a one-piece component, wherein the second ceramic is applied to the first ceramic. This results in the isolator 2, a double layer region 6, in which the first and second ceramic are arranged in the radial direction to a longitudinal axis X-X of the spark plug
  • the double-layer region 6 of the insulator is arranged in the spark plug 1 in the longitudinal direction at the level of the resistance element 4. Further, as can be seen from Figure 2, between the two
  • Ceramic materials arranged a protective layer 30.
  • the second ceramic is attached to the outside of the first ceramic. Furthermore, the second ceramic is still enclosed by a region of the housing 5.
  • the protective layer 30 is made of a third ceramic material and has a third sintering temperature which is smaller than a first sintering temperature
  • Protective layer 30 to a significantly higher sintering activity, so that during the sintering process, first a solidification and densification of the protective layer
  • the protective layer 30 is thus already sufficiently compacted, so that before the sintering operations in the first and second ceramic material already a separation of the two ceramic materials is given. In this way, in particular a reaction between constituents of the first and second ceramic material can be prevented, so that neither the first nor the second ceramic material of constituents, for example
  • the first ceramic material 23 of the first region comprises Al 2 O 3 with an approximately 10% content of CaO / SiO 2 / MgO glass and requires one
  • the second ceramic material 24 of the second region is made, for example, of CaTi0 3 and has a sintering temperature of about 1500 ° C. Thus, temperatures of over 1500 ° C in this embodiment would lead to a reaction of the two ceramic materials.
  • Protective layer 30 is therefore, for example, nano-Al 2 0 3 , which has a significantly reduced sintering temperature in comparison with conventional Al 2 0 3 .
  • the protective layer 30 could also be composed of MgO fully stabilized ZrO 2 or MgAl 2 O 4 or a mixture of Al 2 O 3 and ZrO 2 .
  • the double-layer region 6 has a length L1 in the longitudinal direction X-X of the spark plug which is the same length as a length L2 of the resistance element 4 in the longitudinal direction X-X.
  • the double layer region 6 surrounds the resistance element 4 annularly and thus covers the entire length L1 of the resistance element 4 in the longitudinal direction X-X and in the circumferential direction.
  • a maximum thickness D1 of the first ceramic 23 in the double-layer region 6 is the same as a minimum thickness D2 of the second ceramic 24 in the double-layer region 6 of the insulator.
  • the minimum thickness D2 is present at the end of the second ceramic 24 facing the electrode, in which case the housing 5 and the insulator 2 undergo a taper.
  • a capacitance C of the spark plug is increased in this area, with a capacity in the electrode-near region of the spark plug remains unchanged, since no changes in the ceramic of the insulator 2 are made here.
  • the capacitance of the spark plug in its longitudinal direction XX is changed in the central region, wherein the higher capacity in the central region of the spark plug improves electromagnetic compatibility of the spark plug. This makes it possible, in particular, to increase a voltage of the ignition coil for the spark plug, without resulting in negative effects on the electromagnetic compatibility of the spark plug.
  • the spark plug of the first embodiment has, in comparison with a spark plug with an insulator 2, which is made entirely of the first ceramic 23, an improvement of
  • FIG. 3 shows an alternative exemplary embodiment of an insulator 2, in which a first protective layer 30 and a second protective layer 31 are provided.
  • a thickness D3 of the first protective layer 30 is equal to a thickness D4 of the second protective layer 31.
  • the second protective layer 31 can be made, for example, of MgO or MgAl 2 0 4 and does not necessarily have to be densely sintered as long as the first protective layer densely sinters. However, it can simply add an additional diffusion barrier to the second region 24 of the second
  • FIG. 4 shows a spark plug 1 according to a third exemplary embodiment of the invention.
  • the insulator 2 is without
  • the insulator 2 is further a one-piece component, but it has a first electrode facing to the first region, which is formed exclusively of the first ceramic 23, and a second, directed to the connecting bolt 8 area, which is formed exclusively of the second ceramic 24 is.
  • the second ceramic 24 completely covers a resistance element 4 in the longitudinal direction XX of the spark plug.
  • the protective layer 30 between the first region 23 and the second region 24 is, as can be seen in FIG. 4, arranged perpendicular to a longitudinal direction XX of the insulator 2.
  • the protective layer 30 may comprise only one layer or two or more layers.
  • the second ceramic 24 begins at an end 40 directed towards the electrode of the resistance element 4 and extends to the connection-side end 21 of the insulator 2.
  • the fourth embodiment provides in particular a high ignition reliability and only a small amount of wear on the electrodes. Also, a significantly improved electromagnetic compatibility can be achieved by an increase in capacity in the connection-side region of the spark plug 1.
  • Al 2 O 3 is preferably used as the material of the first ceramic 23, and the second ceramic 24 is preferably a material having a perovskite structure ABO 3 .
  • the mineral perovskite has Ca on the A-site and Ti on the B-site.
  • different cations can partially or completely replace the Ca or Ti part.
  • a 2+ B 4+ 0 3 perovskites at the A-site may have Sr, Ba, Mg and at the B-site Ti, Zr, Hf, Sn, Ce. at
  • a 3+ B 3+ 0 3 Perovskites may be Lanthanides at A-site or AI, Sc, V, Cr, Mn, Fe, Co at B-site.
  • the A-site may be Na, K, Rb and B-space Nb, Ta, Sb.
  • CaTi0 3 or SrTi0 3 , or MgTi0 3 or SrSn0 3 or YAl0 3 can thus be used for the second ceramic 24.
  • the production of the protective layer 30 or of a plurality of protective layers can take place in a variety of ways, for example by paste printing or dip coating.
  • the insulator can be made using multiple cores in a ceramic injection molding process, wherein the
  • Ceramic materials from inside (starting from an inner core, which defines the passage opening 20 at the later insulator 2) are sprayed to the outside.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Spark Plugs (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Isolator für eine Zündkerze, umfassend einen ersten Bereich aus einem ersten Keramikmaterial (23), welches eine erste Sintertemperatur aufweist, einen zweiten Bereich aus einem zweiten Keramikmaterial (24), welches eine zweite Sintertemperatur aufweist, und wenigstens eine erste Schutzschicht (30), welche zwischen dem ersten und zweiten Keramikmaterial angeordnet ist, wobei die erste Schutzschicht (30) aus einem dritten Keramikmaterial ist, welches eine dritte Sintertemperatur aufweist, welche kleiner als die erste Sintertemperatur und kleiner als die zweite Sintertemperatur ist.

Description

Beschreibung Titel
Isolator für eine Zündkerze und Zündkerze mit derartigem Isolator Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Isolator (Kerzenstein) für eine Zündkerze mit verbesserter elektromagnetischer Verträglichkeit sowie eine Zündkerze mit einem erfindungsgemäßen Isolator.
Isolatoren für Zündkerzen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Insbesondere bei Fahrzeugen werden in jüngster Zeit immer mehr elektrische bzw. elektronische Einrichtungen verwendet. Aufgrund der hohen Spannungen spielt hierbei insbesondere auch die Zündkerze bei der gegenseitigen elektromagnetischen Verträglichkeit der Einrichtungen eine entscheidende Rolle. Da bei Fahrzeugen zusätzlich ein Trend zu
Brennkraftmaschinen mit höheren Drücken vorhanden ist, wird diese Problematik in Zukunft noch weiter verschärft, da dies zu höheren Zündspannungen und damit zu höheren möglichen Störpegeln führen kann. Dabei wird üblicherweise die bei dem Zündvorgang entstandene Störung auf die Zündkerze übertragen und kann dadurch an Kabel oder dergleichen weiter ausgestrahlt bzw.
weitergeführt werden. Es wäre daher wünschenswert, die auftretende Störung möglichst schon während deren Übertragung auf die Zündkerze zu unterdrücken.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Isolator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass dieser auch bei hohen Zündspannungen eine exzellente elektromagnetische Verträglichkeit aufweist. Dabei umfasst der erfindungsgemäße Isolator wenigstens zwei Bereiche aus unterschiedlichen Keramikmaterialien, welche voneinander durch wenigstens eine erste Schutzschicht getrennt sind. Dabei weist die erste Schutzschicht eine
Sintertemperatur auf, welche kleiner ist als eine Sintertemperatur sowohl des ersten Keramikmaterials als auch des zweiten Keramikmaterials. Dadurch bildet die Schutzschicht bei Erreichen ihrer Sintertemperatur eine inerte
Diffusionsbarriere, so dass eine Trennung der beiden Keramikmaterialien des ersten und zweiten Bereichs während des weiteren Sintervorgangs sichergestellt ist. Hierdurch können insbesondere Reaktionen der beiden Keramikmaterialien verhindert werden. Somit können dann im Verlauf des weiteren Sintervorgangs auch die beiden Keramikmaterialien gesintert werden, so dass als Ergebnis ein keramisches Bauteil aus zwei verschiedenen Keramikmaterialen erhalten wird, welche zwischen sich eine Schutzschicht aufweisen. Insbesondere sind dadurch auch höhere Sintertemperaturen möglich, so dass das erste und zweite
Keramikmaterial unabhängig von den jeweiligen einzelnen Sintertemperaturen hinsichtlich ihrer optimalen Eignung für eine verbesserte elektromagnetische Verträglichkeit ausgewählt werden können und einen einteiligen Isolator bilden können.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Vorzugsweise umfasst der Isolator ferner eine zweite Schutzschicht mit einer vierten Sintertemperatur, welche kleiner als die dritte Sintertemperatur der ersten Schutzschicht ist und welche kleiner als die Sintertemperaturen des ersten und zweiten Keramikmaterials ist. Hierdurch kann eine Redundanz hinsichtlich der inerten Diffusionsbarriere ermöglicht werden. Alternativ kann die zweite
Schutzschicht auch als Abstandshalter verwendet werden, um einen direkten
Kontakt zwischen der ersten Schutzschicht und einem der Keramikmaterialien zu vermeiden.
Besonders bevorzugt sind dabei die erste und zweite Schutzschicht gleich dick. Weiter bevorzugt liegen die Sintertemperaturen der beiden Schutzschichten innerhalb eines Temperaturfensters von 100 K.
Weiter bevorzugt ist eine Dicke der ersten und/oder zweiten Schutzschicht in einem Bereich von 5 bis 50 μηη, vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 40 μηη, und besonders bevorzugt in einem Bereich von 20 bis 30 μηη. Weiter bevorzugt ist ein Unterschied der Sintertemperatur der ersten und/oder zweiten Schutzschicht zum ersten und/oder zweiten Keramikmaterial in einem Bereich von 100 K.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Unterschied der Sintertemperaturen zwischen dem ersten Keramikmaterial und/oder dem zweiten Keramikmaterial und/oder der ersten und/oder der zweiten Schutzschicht in einem Bereich von 100 K.
Bevorzugt umfasst das erste Keramikmaterial Al203 und ist besonders bevorzugt vollständig aus Al203. Weiter bevorzugt umfasst das erste Keramikmaterial wenigstens einen Zusatzwerkstoff, insbesondere CaO und/oder Si02 und/oder MgO. Besonders bevorzugt beträgt ein Gewichtsanteil des Zusatzwerkstoffs am Gesamtgewicht des ersten Keramikmaterials im fertiggestellten Isolator maximal 15% und besonders bevorzugt maximal 10%.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das zweite Keramikmaterial Ti02.
Weiter bevorzugt umfasst die erste Schutzschicht Nano AI203 oder MgO oder MgO-stabilisiertes Zr02 oder MgAI204. Besonders bevorzugt ist die erste und/oder zweite Schutzschicht dabei nur aus einem einzigen Material hergestellt.
Weiter bevorzugt umfasst die zweite Schutzschicht MgO oder MgAI204.
Um eine besonders gute elektromagnetische Verträglichkeit des Isolators bereitzustellen, weist das zweite Keramikmaterial eine größere Permittivität als das erste Keramikmaterial auf. Durch diese Maßnahme kann eine Kapazität des Isolators erhöht werden, was zu einer signifikanten Reduktion von
elektromagnetischen Störungen durch die Zündkerze führt. Besonders bevorzugt sind die beiden Keramikmaterialien dabei in einem Bereich des Isolators angeordnet, welcher im montierten Zustand in der Zündkerze an einer Position eines Widerstandselements der Zündkerze liegt. Besonders bevorzugt überdecken die beiden Keramikmaterialien des Isolators dabei den Bereich des Widerstandselements in der Zündkerze in Längsrichtung vollständig und umgeben dieses ringförmig. Weiter bevorzugt ist eine Dicke des ersten Keramikmaterials und/oder des zweiten Keramikmaterials in Radialrichtung um den Faktor 10 größer als eine Dicke der ersten Schutzschicht und/oder der zweiten Schutzschicht in
Radialrichtung.
Weiter bevorzugt beträgt eine Permittivität des zweiten Keramikmaterials ungefähr das Drei- bis Vierfache der Permittivität des ersten Keramikmaterials. Durch die Einhaltung dieses Verhältnisses zwischen den Permittivitäten der beiden Keramikmaterialien kann die Kapazität des Isolators gezielt beeinflusst werden, was sich günstig auf eine Zündspannung und die Zündzuverlässigkeit der Zündkerze auswirkt.
Zeichnung
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist: eine schematische Schnittansicht einer Zündkerze gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, eine schematische Teilschnittansicht eines
Doppelschichtbereichs der Zündkerze von Figur 1 , eine schematische Teilschnittansicht eines Isolators gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und eine schematische Schnittansicht einer Zündkerze gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail beschrieben, wobei jeweils gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Wie aus der in Figur 1 gezeigten Zündkerze 1 des ersten Ausführungsbeispiels ersichtlich ist, umfasst die Zündkerze 1 einen Isolator 2, eine Mittelelektrode 3, eine Masseelektrode 7, ein Gehäuse 5 und einen Anschlussbolzen 8. Die Mittelelektrode 3 verläuft durch eine Durchgangsöffnung 20 im Isolator 2, welche von einem anschlussseitigen Ende 21 bis zu einem elektrodenseitigen Ende 22 verläuft. Die Mittelelektrode 3 umfasst ein Widerstandselement 4, welches ungefähr in einem mittleren Bereich des Isolators 2 angeordnet ist. Über den Anschlussbolzen 8 wird eine elektrische Verbindung mit einer Zündspule hergestellt.
Wie weiter aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst der Isolator 2 einen ersten Bereich eines ersten Keramikmaterials 23 und einen zweiten Bereich eines zweiten Keramikmaterials 24. Die beiden Keramikmaterialien sind dabei derart ausgewählt, dass sie unterschiedliche Permittivitäten aufweisen, wobei eine erste
Permittivität der ersten Keramik kleiner als eine zweite Permittivität der zweiten Keramik ist. Der Isolator 2 ist dabei als einteiliges Bauteil ausgebildet, wobei die zweite Keramik auf die erste Keramik aufgebracht ist. Hierdurch ergibt sich am Isolator 2 ein Doppelschichtbereich 6, in welchem die erste und zweite Keramik in radialer Richtung zu einer Längsachse X-X der Zündkerze angeordnet sind
(vergleiche Figur 1 ). Der Doppelschichtbereich 6 des Isolators ist dabei in der Zündkerze 1 in Längsrichtung auf Höhe des Widerstandselements 4 angeordnet. Ferner ist, wie aus Figur 2 ersichtlich ist, zwischen den beiden
Keramikmaterialien eine Schutzschicht 30 angeordnet.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist die zweite Keramik dabei an der Außenseite der ersten Keramik angebracht. Weiterhin wird die zweite Keramik noch von einem Bereich des Gehäuses 5 umschlossen. Die Schutzschicht 30 ist dabei aus einem dritten Keramikmaterial hergestellt und weist eine dritte Sintertemperatur auf, welche kleiner ist, als eine erste
Sintertemperatur des ersten Keramikmaterials 23 und eine zweite
Sintertemperatur des zweiten Keramikmaterials 24. Somit weist die
Schutzschicht 30 eine deutlich höhere Sinteraktivität auf, so dass sich während des Sintervorgangs zuerst eine Verfestigung und Verdichtung der Schutzschicht
30 infolge der Temperaturbehandlung auftritt, so dass eine strikte Trennung zwischen dem ersten und zweiten Keramikmaterial möglich ist. Bei weiter ansteigender Temperatur ist die Schutzschicht 30 somit schon ausreichend verdichtet, so dass vor Beginn der Sintervorgänge im ersten und zweiten Keramikmaterial schon eine Trennung der beiden Keramikmaterialien gegeben ist. Hierdurch kann insbesondere eine Reaktion zwischen Bestandteilen des ersten und zweiten Keramikmaterials verhindert werden, so dass weder das erste noch das zweite Keramikmaterial an Bestandteilen, beispielsweise
Erdalkali-Bestandteilen, verarmt. Das erste Keramikmaterial 23 des ersten Bereichs umfasst Al203 mit einem ungefähr 10%igen Anteil von CaO-/Si02-/MgO-Glas und benötigt eine
Sintertemperatur von ca. 1600°C für eine vollständige Verdichtung. Das zweite Keramikmaterial 24 des zweiten Bereichs ist beispielsweise aus CaTi03 hergestellt und weist eine Sintertemperatur von ca. 1500°C auf. Somit würden Temperaturen von über 1500°C in diesem Ausführungsbeispiel zu einer Reaktion der beiden Keramikmaterialien führen. Das dritte Keramikmaterial der
Schutzschicht 30 ist daher beispielsweise Nano-AI203, welches im Vergleich mit üblichem Al203 eine deutlich reduzierte Sintertemperatur aufweist. Alternativ könnte die Schutzschicht 30 auch aus mit MgO-vollstabilisertem Zr02 aufgebaut oder MgAI204 oder eine Mischung aus Al203 und Zr02 sein.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, weist der Doppelschichtbereich 6 eine Länge L1 in Längsrichtung X-X der Zündkerze auf, welche gleich lang wie eine Länge L2 des Widerstandselements 4 in Längsrichtung X-X ist. Der Doppelschichtbereich 6 umgibt dabei das Widerstandselement 4 ringförmig und überdeckt somit die gesamte Länge L1 des Widerstandselements 4 in Längsrichtung X-X und in Umfangsrichtung. Weiterhin ist eine maximale Dicke D1 der ersten Keramik 23 im Doppelschichtbereich 6 gleich wie eine minimale Dicke D2 der zweiten Keramik 24 im Doppelschichtbereich 6 des Isolators. Die minimale Dicke D2 ist dabei in diesem Ausführungsbeispiel am zur Elektrode gerichteten Ende der zweiten Keramik 24 vorhanden, in welchem das Gehäuse 5 und der Isolator 2 eine Verjüngung erfahren.
Durch das Vorsehen der zweischichtigen Keramik auf Höhe des
Widerstandselements 4 wird eine Kapazität C der Zündkerze in diesem Bereich erhöht, wobei eine Kapazität im elektrodennahen Bereich der Zündkerze unverändert bleibt, da hier keinerlei Änderungen in der Keramik des Isolators 2 vorgenommen werden. Somit wird erfindungsgemäß die Kapazität der Zündkerze in deren Längsrichtung X-X im mittleren Bereich verändert, wobei durch die höhere Kapazität im mittleren Bereich der Zündkerze eine elektromagnetische Verträglichkeit der Zündkerze verbessert wird. Dadurch ist es insbesondere möglich, eine Spannung der Zündspule für die Zündkerze zu erhöhen, ohne dass dadurch negative Auswirkungen auf die elektromagnetische Verträglichkeit der Zündkerze ausgehen. Die Zündkerze des ersten Ausführungsbeispiels weist dabei im Vergleich mit einer Zündkerze mit einem Isolator 2, welcher vollständig aus der ersten Keramik 23 hergestellt ist, eine Verbesserung der
elektromagnetischen Verträglichkeit um 3 dB auf.
Figur 3 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel für einen Isolator 2, bei dem eine erste Schutzschicht 30 und eine zweite Schutzschicht 31 vorgesehen sind. Eine Dicke D3 der ersten Schutzschicht 30 ist dabei gleich einer Dicke D4 der zweiten Schutzschicht 31. Die zweite Schutzschicht 31 kann beispielsweise aus MgO oder MgAI204 aufgebaut sein und muss nicht zwingend dicht sintern, solange die erste Schutzschicht dicht sintert. Sie kann jedoch einfach noch eine zusätzliche Diffusionsbarriere zum zweiten Bereich 24 des zweiten
Keramikmaterials darstellen. Insbesondere kann dadurch ein Verlust von
Bestandteilen des zweiten Keramikmaterials an die erste Schutzschicht 30 vermieden werden.
Figur 4 zeigt eine Zündkerze 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Isolator 2 ohne
Doppelschichtbereich gebildet. Der Isolator 2 ist weiterhin ein einteiliges Bauteil, jedoch weist er einen ersten zur Elektrode gerichteten ersten Bereich auf, der ausschließlich aus der ersten Keramik 23 gebildet wird, und einen zweiten, zum Anschlussbolzen 8 gerichteten Bereich auf, welcher ausschließlich aus der zweiten Keramik 24 gebildet ist. Die zweite Keramik 24 überdeckt dabei ein Widerstandselement 4 in Längsrichtung X-X der Zündkerze vollständig. Die Schutzschicht 30 zwischen dem ersten Bereich 23 und dem zweiten Bereich 24 ist dabei, wie aus Figur 4 ersichtlich ist, senkrecht zu einer Längsrichtung X-X des Isolators 2 angeordnet. Die Schutzschicht 30 kann dabei nur eine Schicht oder auch zwei oder mehr Schichten umfassen. Wie aus Figur 4 ersichtlich ist, beginnt die zweite Keramik 24 dabei an einem zur Elektrode gerichteten Ende 40 des Widerstandselements 4 und verläuft bis zum anschlussseitigen Ende 21 des Isolators 2. Das vierte Ausführungsbeispiel stellt dabei insbesondere eine hohe Zündzuverlässigkeit und einen nur geringen Verschleiß an den Elektroden bereit. Auch kann durch eine Kapazitätserhöhung im anschlussseitigen Bereich der Zündkerze 1 eine deutlich verbesserte elektromagnetische Verträglichkeit erreicht werden.
Zu allen beschriebenen Ausführungsbeispielen sei angemerkt, dass eine maximale relative Permittivität einen Wert von 100 nicht übersteigt, um immer noch eine ausreichende Durchschlagsfestigkeit zu haben, da festgestellt wurde, dass sich die Durchschlagsfestigkeit der Keramik umgekehrt proportional zu deren relativer Permittivität verhält.
Weiterhin sei zu allen beschriebenen Ausführungsbeispielen angemerkt, dass als Werkstoff der ersten Keramik 23 vorzugsweise Al203 verwendet wird und als zweite Keramik 24 vorzugsweise ein Material mit einer Perowskit-Struktur AB03. Das Mineral Perowskit weist auf dem A-Platz Ca auf und auf dem B-Platz Ti. Allerdings können verschiedene Kationen den Ca- bzw. Ti-Teil teilweise oder auch vollständig ersetzen. Hierbei können beispielsweise A2+B4+03-Perowskiten am A-Platz Sr, Ba, Mg und am B-Platz Ti, Zr, Hf, Sn, Ce aufweisen. Bei
A3+B3+03-Perowskiten können am A-Platz Lanthaniden oder am B-Platz AI, Sc, V, Cr, Mn, Fe, Co sein. Bei A1+B5+03-Perowskiten können den A-Platz Na, K, Rb und den B-Platz Nb, Ta, Sb einnehmen. Beispielhaft kann somit für die zweite Keramik 24 CaTi03 oder SrTi03, oder MgTi03 oder SrSn03 oder YAI03 verwendet werden.
Die Herstellung der Schutzschicht 30 bzw. auch von mehreren Schutzschichten, kann dabei auf vielfältige Weise erfolgen, beispielsweise durch Pastendruck oder Tauchbeschichtung. Auch kann der Isolator unter Verwendung von mehreren Kernen in einem Keramikspritzgussverfahren hergestellt werden, wobei die
Keramikmaterialien von Innen (ausgehend von einem inneren Kern, welcher am späteren Isolator 2 die Durchgangsöffnung 20 definiert) nach außen aufgespritzt werden.

Claims

Ansprüche
1 . Isolator für eine Zündkerze, umfassend:
einen ersten Bereich aus einem ersten Keramikmaterial (23), welches eine erste Sintertemperatur aufweist,
einen zweiten Bereich aus einem zweiten Keramikmaterial (24), welches eine zweite Sintertemperatur aufweist, und
wenigstens eine erste Schutzschicht (30), welche zwischen dem ersten und zweiten Keramikmaterial angeordnet ist,
wobei die erste Schutzschicht (30) aus einem dritten Keramikmaterial ist, welches eine dritte Sintertemperatur aufweist, welche kleiner als die erste Sintertemperatur und kleiner als die zweite Sintertemperatur ist.
2. Isolator nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eine zweite Schutzschicht (31 ), welche eine vierte Sintertemperatur aufweist, wobei die vierte Sintertemperatur kleiner als die dritte Sintertemperatur der ersten
Schutzschicht (30) ist.
3. Isolator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Dicke (D3) der ersten Schutzschicht (30) gleich einer Dicke (D4) der zweiten Schutzschicht (31 ) ist.
4. Isolator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Dicke der ersten und/oder zweiten
Schutzschicht in einem Bereich von 5 bis 50 μηη, vorzugsweise 10 bis 40 μηι, besonders bevorzugt 20 bis 30 μηι, liegt.
5. Isolator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Temperaturunterschied zwischen den
Sintertemperaturen der ersten Schutzschicht (30) und der zweiten
Schutzschicht (31 ) in einem Bereich von kleiner oder gleich 100 K liegt und/oder dass ein Temperaturunterschied der Sintertemperaturen zwischen dem ersten Keramikmaterial und/oder dem zweiten
Keramikmaterial sowie der ersten Schutzschicht und/oder der zweiten Schutzschicht mindestens 100 K beträgt.
Isolator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
dass das erste Keramikmaterial hauptsächlich Al203 umfasst, oder dass das erste Keramikmaterial als Basiswerkstoff Al203 und als Zusatzwerkstoff CaO und/oder Si02 und/oder MgO umfasst, wobei insbesondere der Zusatzwerkstoff einen Gewichtsanteil im hergestellten Isolator von maximal 15 Gew.-%, bevorzugt max. 10 Gew.-%, aufweist, und/oder
dass das zweite Keramikmaterial Ti02 umfasst.
Isolator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die erste Schutzschicht (30) Nano-AI203 oder MgO oder MgO-stabilisiertes Zr02 oder MgAI204 umfasst.
Isolator nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schutzschicht (31 ) MgO oder MgAI204 umfasst.
Isolator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der erste Bereich (23) aus dem ersten
Keramikmaterial eine kleinere Permittivität als der zweite Bereich (24) aus dem zweiten Keramikmaterial aufweist.
Zündkerze, umfassend einen Isolator nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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