DE1952788C3

DE1952788C3 - Äußerer Dichtring für eine Zündkerze

Info

Publication number: DE1952788C3
Application number: DE1952788A
Authority: DE
Inventors: Carl James Eaton; James Francis Hoffman
Original assignee: Champion Spark Plug Co
Current assignee: Federal Mogul Ignition LLC
Priority date: 1968-12-02
Filing date: 1969-10-20
Publication date: 1980-08-07
Also published as: DE1952788B2; BE742528A; NL160998B; FR2025044A1; NO123626B; CH499017A; US3529837A; NL160998C; SE348892B; GB1252830A; NL6918044A; JPS4825695B1; DE1952788A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen äußeren Dichtring für eit-e Zündkerze für Brennkraftmaschinen, ausgebildet als FaJtenbalgringkörper mit mehreren einander gegenüberliegenden Flächen und bestehend aus einem elastischen Material, das fortdauernd eine im wesentlichen unverminderte Kraft zwischen der Zündkerze und ihrem Sitz im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine ausübt

Ein solcher Dichtring ist aus der US-PS 32 99504 bekannt Bei Verwendung dieser bekannten Dichtringe stößt man auf beträchtliche Schwierigkeiten beim Ausschrauben der Zündkerzen aus den Zylinderköpfen von Brennkraftmaschinen, insbesondere, wenn es sich um Zylinderköpfe aus Aluminium handelt Die Ausdrehmomente sind gegenüber des Eindrehmomenten unverhältnismäßig groß. Ditse Schwierigkeiten treten insbesondere beim Ausschrauben ^.er erstmals eingesetzten Zündkerzen auf. Weniger problematisch ist das Ausschrauben von später eingesetzten Ersatzzündkerzen. Die größeren Schwierigkeiten beim Ausschrauben lassen die Vermutung zu, daß Unregelmäßigkeiten im ursprünglichen Schraubengewinde der Zündkerze zu einem Fressen zwischen dem Gewindeteil des Zylinderkopfes und dem entsprechenden Zündkerzenteil führen. Es ist bisher nicht gelungen, diese Schwierigkeiten, die insbesondere beim ersten Zündkerzensatz auftreten, vollständig zu beseitigen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Dichtring der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sich die damit versehenen Zündkerzen, insbesondere die Zündkerzen des ersten Zündkerzensatzes, relativ leicht aus dem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine ausschrauben lassen, und zwar ohne daß dadurch der Halt der Zündkerze im Zylinderkopf oder die Dichtwirkung während des Betriebs der Brennkraftmaschine beeinträchtigt werden.

Diese Aufgabe wird durch einen Dichtring gelöst, der gekennzeichnet ist durch einen Überzug auf den einander gegenüberliegenden Flächen aus einem bei einer Temperatur Ober ca. 94° C plastisch werdenden oder sich thermisch zersetzenden Material, dessen Schichtdicke derart gewählt ist, daß das zum Ausdrehen der Zündkerze nach dem Betrieb der Maschine durch die Umwandlung des Oberzugs nach dem Erreichen der Temperatur notwendige Drehmoment nicht größer ist, als das Eindrehmoment war.

Wird der erfindungsgemäß ausgebildete Dichtring beim Einschrauben der Zündkerze in den entsprechen' den Gewindesitz eines Zylinderkopfes zusammengepreßt werden die einander gegenüberliegenden Flächen leicht aneinandergedrückt, wenn sie mit dem genannten Material überzogen sind. Dieses Material wird bei der angegebenen Temperatur thermisch zersetzt oder plastisch. Es ist ersichtlich, daß eine Zündkerze beim Einbau in eine Brennkraftmaschine so stark angezogen werden muß, daß ein Dichtring zwischen dem Äußeren der Zündkerze und einem zugeordneten Sitz in dem Zylinderkopf der entsprechenden Brennkraftmaschine soweit deformiert wird, daß es zu einem dauernden Kontakt mit sowohl einem Sitz auf dem Äußeren der Kerzenhülse als auch dem Sitz im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine kommt Gewöhnlich ist ein Eindrehmoment von etwa 2,7 mkp bis 4,1 mkp erforderlich, damit die notwendige Deformation unter allen Umständen gewährleistet ist Bei einem Dichtring gemäß der Erfindung werden beim Einbau der Zündkerze die einander gegenüberliegenden Oberflächen des Dichtringes, die mit einem thermisch zersetzbaren oder plastischen Material überzogen sind, soweit aneinandergepreßt bis die Überzüge einander berühren. Anschließend verhindern die Überzüge auf den einander gegenüberliegenden Flächen des Dichtringes bei weiterem Aufbringen eines Drehmoments eine weitere Annäherung der Dichtringflächen. Die für die entsprechende Sitzdeformation notwendige Kraft wird also teilweise durch die Überzüge übertragen. Nach fertigem Einbau wird auch ein Teil der von dem Dichtring zwischen den beiden Sitzen ausgeübten Kraft

so über die aneinandt-rliegenden Überzüge übertragen. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine erreicht die Dichtung rasch eine Temperatur von wenigstens 94"C, mit der Folge, daß es dann entweder zu einer Erweichung oder einer Zersetzung der Überzüge kommt, wodurch die durch den Dichtring zwischen den beiden Sitzen ausgeübte Kraft herabgesetzt wird. Retrospektiv betrachtet kann man wohl davon ausgehen, daß diese Herabsetzung für das erwünschte Endergebnis verantwortlich ist nämlich eine Abnahme

μ des Ausdrehmoments.

In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Überzügsfflä'terial Acrylharz,

Vorzugsweise weist der überzug eine Dicke von ca. 0,7 -12 um, vorzugsweise 1,2 - 7 μίη, auf.

Nachstehend ist die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform, die in der Zeichnung schematisch dargestellt ist näher erläutert Es zeigt
Pig. 1 eine teilweise im Schnitt gezeichnete Seitenan·

sieht einer mit einem äußeren Dichtring versehenen Zündkerze,

F i g. 2 eine Draufsicht auf den Diehtring, mit der die Zündkerze nach F i g, t versehen ist,

F i g, 3 einen Schnitt längs der linie 3-3 in F i g, 2,

Fig,4 einen stark vergrößerten Teilschnitt der Zündkerze nach F i g. I zur Wiedergabe von Einzelheiten des Dichtringes nach den F i g, 2 und 3 und seines Zusammenbaus mit der Kerze nach F i g, J,

F ΐ g. 5 einen Teilschnitt durch eine in eine Brennkraftmaschine eingebaute Zündkerze,

Fig.6 eine der Fig.2 ähnliche Draufsicht eines abgewandelten Dichtringes, und

F i g. 7 einen Schnitt längs der Linie 7-7 in F i g. 6.

In Fi g. 1 ist mit der Bezugsziffer 10 eine Zündkerze bezeichnet Die Zündkerze 10 enthält einen Metallmantel 11, in weichen ein Isolator .12 eingesetzt ist, eine Mittelelektrode 13, die im Isolator 12 sitzt und ein Zündende aufweist, welches von einer Masseelektrode 14 in dem Mantel 11 einen den Zündspalt bildenden Abstand aufweist Die Kerze 10 enthält ferner einen Steckstift 15, der elektrisch mit der Mittelelektrode 13 verbunden ist Der Mantel 11 weist einen Gewindeteil 16 zum Eingriff mit einem entsprechenden Gewindeteil in der Brennkraftmaschine auf. Nach den F i g. 2 und 3 ist der Diehtring 17 so ausgebildet, daß er mehrere einander gegenüberliegende Flächen 18,18 und 19, 19 aufweist, die durch bogenförmige Teile 20 bzw. 21 miteinander verbunden sind. Der Diehtring 17 enthält ferner einen Flansch 22, der radial nach innen von dem Teil des Dichtrings 17 gerichtet ist, welcher eine der Flächen 19 aufweist

In Fig.4 ist der Dichtring 17 vergrößert dargestellt, und zwar nach der vollausgezogenen Linie vor dem Zusammenbau mit der Zündkerze 10 und in der gestrichelten Linie nach dem Zusammenbau mit der Zündkerze. Man erkennt daß der Zusammenbau eine Deformation des Flansches 22 zur Folge hat so daß eine Oberfläche 23 einen Durchmesser aufweist der kleiner als der größere Durchmesser der Gewinde des Gewindeteil 16 ist Wie aus F i g. 4 hervorgeht tragen wenigstens die Oberflächen 18, 18 und 19, 19 des Dichtringes 17 einen Oberzug 24, der bei einer bevorzugten besonderen Ausführungsform ein Acryllack sein kann, der bei einer Temperatur von etwa 94°C plastisch wird und dessen Dicke etwa 2,5 μΓΠ beträgt

In F i g. 5 ist die Zündkerze 10 in ejsiem Teilausschnitt zu erkennen; sie steht mit einer Brennkraftmaschine in Eingriff, von der ebenfalls nur ein Teil 25 wiedergegeben ist Man erkennt daß der Diehtring 17 nach dem Einschrauben der Zündkerze 10 in die Maschine 25 aus der Lage nach F i g. 4 zusammengeklappt ist, so daß die einander gegenüberliegenden Oberflächen 18, 18 und 19, 19 fast miteinander in Berührung stehen, jedoch noch einen Abstand von 5,0 μίτΐ, nämlich entsprechend der Dicke der zwei Schichten aus dem Überzug 24, aufweisen. 1st der Diehtring 17 zusammengepreßt, wie sich aus Fig.5 entnehmen läßt, dann neigt die Elastizität der bogenförmigen Teile 20, 21 dazu, die Oberflächen 18, 18 und 19, 19 auseinanderzudrücken, bo wodurch die Zündkerze 10 in Achsrichtung von der zugeordneten Maschine 25 weggedrückt wird.

Darüber hinaus versucht jedoch noch eine andere Kraft die Zündkerze 10 in der gleichen Richtung relativ zur Maschine 25 zu drücken. Diese Kraft wird durch die es vier aufeinanderlegenden Schichten des Überzuges 24 Obertragen. Beim Betrieb der Maschine 25 werden die vier aufeinandertreffenden Schichten des Überzugs 24 auf eine Temperatur von wenigstens ca, WC erhitzt und werden Infolgedessen plastisch, so daß die Kraft, die vorher durch sie übertragen worden ist, nicht langer die Zündkerze 10 in Achsrichtung von der Maschine 23 wegdrückt Infolgedessen wird die Gesamtkraft, durch die die Relativbewegung der Zündkerze 10 erzwungen wird, herabgesetzt, sobald der Überzug 24 erweicht Man kann davon ausgehen, daß diese Herabsetzung der Kraft die Möglichkeit eines Fressens zwischen Unregelmäßigkeiten auf einem Gewindeteil der Maschine 25, mit dem der Gewindeteil 16 der Zündkerze 10 in Eingriff steht herabgesetzt und daß die Reduktion oder Beseitigung dieses Fressens für eine Reduktion des Drehmoments verantwortlich ist, das erforderlich ist um die Zündkerze 10 aus der Maschine, insbesondere nach anfänglichem Einbau und mehr oder weniger langer Betriebsdauer der Maschine, zu entfernen. In jedem Falle wurde eine solche Reduktion, und zwar von beträchtlichem Ausmaß, in der Praxis erzielt, wie sich aus den folgenden Ausführungen im einzelnen ergibt

Der Diehtring 26 nach den F i g. 6 und 7 weicht von dem Diehtring 17 im wesentlichen c&durch ab, daß er fünf Schlitze 27 in einem Eingriffsflanscn 28 aufweist der im wesentlichen die Funktion des Flansches 22 in dem Diehtring 17 übernimmt

Es wurden verschiedene Versuche durchgeführt, um die durch die Erfindung bedingte Reduktion des beim Ausschrauben erforderlichen Drehmoments zu demonstrieren. Bei einer Reihe von Versuchen wurden mit Dichtringen gemäß der Erfindung ausgerüstete Zündkerzen in neugebohrte und mit Gewinde versehene Aluminiumzylinderköpfe eingeschraubt wobei ein Einbaudrehmoment von 2,76 mkp zur Anwendung kam. Die Zylinderköpfe mit den eingebauten Zündkerzen wurden dann für die Dauer von zwei Stunden auf 121°C oder für zwei Stunden auf 232° C erhitzt worauf man das Ausdrehmoment bzw. das Drehmoment bestimmte, das erforderlich war, um die Zündkerzen vom Kopf zu lösen. Die untersuchten Anordnungen entsprachen denjenigen nach den F i g. 1 bis 5 der Zeichnung, und die Dicke des Überzuges 24 wurde durch Ändern des Festkörpergehaltes in einem Acrylharz variiert, das zur Herstellung des Überzuges 24 durch Eintauchen und anschließendes Lufttrocknen verwendet worden war. Das verwendete Acrylharz war ein Methylmethacrylatpolymerisat Die unmittelbare Messung der Dicke des Überzuges 24 wurde nicht vorgenommen, jedoch wurde die Dicke geschätzt durch Aufbringen von Überzügen unterschiedlichen Festkörpergehaltes auf flache Stahlplatten, Abtrocknen der Überzüge an der Luft und anschließende mikroskopischtechnische Bestimmung der Dicke der Überzüge auf den flachen Platten. In den Tabellen I und II ist das Drehmoment in mkp als Funktion der Überzugsdicke wiedergegeben, wobei die angegebene Dicke in jedem Falle die mikroskopisch bestimmte Überzugsdicke auf einer flachen Stahlplatte einer Lösung des Harzes mit gleichem Festköipergehalt ist, bei dem das angegebene Ausdrehmoment bestimmt wurde. Man erkennt, daß die Überzugsdicken nach den Tabellen I und JJ Annäherungen sind, jedoch ausreichend nahe Annäherungen, um die Überzugsdicker, im Bereich von 735 · 1O=⁴ bis ea. 1223 · HM mm, vorzugsweise von 12,2 -10-* mm bis ca. 73,5 - l&~⁴fflm, wiederzugeben, die bei den Dichtringen gemäß der Erfindung zum Ginsatz kommen. In jedem Fall sollten die überzüge so ausreichend dick sein, daß das Ausdrehmoment nach dem Maschinenbetrieb nicht größer als das Eindrehmoment ist

Tabelle 1 Anordnungen erhitzt auf 232 C Dicke des Überzugs 24 Ausdrehmoment mkp*)

0 Nicht bestimmt**)	3 2,2
0,00122 mm	U9
0.0025 mm	1.4
0,0075 mm	0,8

ten Zündkerzen für zwei Stunden auf 121⁰C gehalten, worauf man das AusdrehmomefH bestimmte. Die Ergebnisse dieser Versuchsreihe sind in Tabelle IfI wiedergegeben. Die Überzugsdicke wurde in jedem Falle auf 23 μηι geschätzt.

Tabelle IH Eindrehmoment mkp*)

·) Durchschnitt verschiedener Bestimmungen auf Zündkerzen unterschiedlichen Typs.

**) Der Lack wurde auf die Halde des Festkörpergehaltes, der eine Dicke von 0.00122 mm liefert, verdünnt. Der Überzug war zu fein Tür eine mikroskopische Bestimmung der Dicke mit einer zur Verfugung stehenden Einrichtung.

Tabelle Il

Anordnungen erhitzt auf 121 C

Dicke des Überzugs 24

Ausdrehmoment mkp·)

0	3,7
Nicht bestimmt	2,7
0,00122 mm	2,3
0,0025 mm	1,5
0.0075 mm	1.5

*) Durchschnitt verschiedener Bestimmungen auf Zündkerzen unterschiedlichen Typs.

Bei einer anderen Versuchsreihe wurden das Eindrehmoment variiert und die oben beschriebenen eingesetz-

Ausdrehmoment mkp*)

1,1
1,4
1,9
?.l
2,3

·) Durchschnitt der verschiedenen Versuchsergebnisse bei 7iinrilter7en unterschiedlichen Typs

Es wurde auch festgestellt, daß verschiedene andere Materialien neben dem für die Versuche verwendeten Acrylharz zur Herstellung des Überzugs 24 zum Einsatz kommen können. So haben sich beispielsweise verschiedene Haushaltsklebstoffe als durchaus brauchbar erwiesen, wie Schichten aus Papier und aus regenerierter Zellulose, die auf die einander gegenüberliegenden Flächen des Dichtringes aufgeklebt sind, so daß beim Zusammendrücken des Dichtringes während des Einbaus einer Zündkerze ein Teil der Kraft durch das Papier oder die regenerierte Zellulose in der oben beschriebenen Weise übertragen wird. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Überzug um einen solchen, der durch Eintauchen des Dichtringes aufgebracht wird und anschließend in verhältnismäßig kurzer Zeit an der Luft trocknet.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Äußerer Dichtung für eine Zündkerze für Brennkraftmaschinen, ausgebildet als Faltenbalgringkörper mit mehreren einander gegenüberliegenden Flächen und bestehend aus einem elastischen Material, das fortdauernd eine im wesentlichen unverminderte Kraft zwischen der Zündkerze und ihrem Sitz im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine ausübt, gekennzeichnet durch einen Oberzug (24) auf den einander gegenüberliegenden Flächen (18, 19) aus einem bei einer Temperatur über ca. 94°C plastisch werdenden oder sich thermisch zersetzenden Material, dessen Schichtdikke derart gewählt ist, daß das zum Ausdrehen der Zündkerze (10) nach dem Betrieb der Maschine durch die Umwandlung des Oberzugs (24) nach dem Erreichen der Temperatur notwendige Drehmoment nicht größer ist, als das Eindrehmoment war.

Z Dichtring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein Acrylharz ist

3. Dichtring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberzug (24) eine Dicke von ca. 0,7 bis 12 μΐη, vorzugsweise 1,2 bis 7 um, aufweist