Title:
VERFAHREN UND WERKZEUG ZUM HERSTELLEN EINES ISOLATORS FÜR EINE ZUSTANDSERFASSENDE ZÜNDKERZE
Kind Code:
A1


Abstract:

Verfahren zum Herstellen eines Isolators für eine zustandserfassende Zündkerze, sowie Werkzeug, das dazu verwendet werden kann, um die verschiedenen Verfahren durchzuführen, wobei das Werkzeug und die Verfahren beinhalten, einen oder mehrere Kanäle in dem Isolatorkörper maschinell zu bearbeiten. Die maschinell bearbeiteten Kanäle können dazu verwendet werden, um einen oder mehrere Drähte von einer Erfassungs-, einer Anzeige- oder einer Prozessoreinrichtung aufzunehmen. In einem besonderen Beispiel sind die Drähte Thermoelementdrähte, die dazu verwendet werden, um eine Temperatur in einem Verbrennungsmotor zu erfassen, während die Zündkerze in Gebrauch ist. Die Verfahren und das Werkzeug können zu Kanälen führen, die genauer, ökonomischer und effizienter gebildet werden.




Inventors:
Phillips, Paul William, Mich. (Brighton, US)
Jr. Walker, Williams J., Mich. (Ann Arbor, US)
Saccoccia, Michael E., Mich. (Canton, US)
Application Number:
DE102016101315A
Publication Date:
07/28/2016
Filing Date:
01/26/2016
Assignee:
Federal-Mogul Ignition Company (Mich., Southfield, US)
International Classes:



Foreign References:
71697232007-01-30
Attorney, Agent or Firm:
WITTE, WELLER & PARTNER Patentanwälte mbB, 70173, Stuttgart, DE
Claims:
1. Verfahren zum Herstellen eines Isolators für eine zustandserfassende Zündkerze, mit den Schritten:
– Bilden eines Isolatorkörpers aus keramischen Materialien, wobei der Isolatorkörper einen Nasenabschnitt, einen Anschlussabschnitt, einen Zwischenabschnitt zwischen dem Nasenabschnitt und dem Anschlussabschnitt, sowie eine axiale Bohrung aufweist, die sich entlang der axialen Länge des Isolatorkörpers erstreckt; und
– maschinelles Bearbeiten wenigstens eines Kanales entlang der axialen Bohrung des Isolatorkörpers, wobei der Kanal einen Draht für die zustandserfassende Zündkerze aufnimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt:
– vollständiges Brennen oder teilweises Brennen des Isolatorkörpers nach dem Bildungsschritt und vor dem maschinellen Bearbeitungsschritt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Brennschritt beinhaltet, den Isolatorkörper nach dem Bildungsschritt und vor dem maschinellen Bearbeitungsschritt partiell zu brennen, indem der Isolatorkörper in einem Brennofen auf eine Temperatur zwischen 800°C und 1200°C erwärmt wird, so dass zwischen den keramischen Partikeln eine gewisse Bindung erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, ferner mit dem Schritt:
– vollständiges Brennen des Isolatorkörpers nach dem maschinellen Bearbeitungsschritt, indem der Isolatorkörper in einem Brennofen auf eine Temperatur von mehr als 1200°C erwärmt wird, so dass eine finale keramische Verdichtung der keramischen Partikel stattfindet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der maschinelle Bearbeitungsschritt beinhaltet, den wenigstens einen Kanal entlang einer Teillänge (axiale Länge l) der axialen Bohrung des Isolatorkörpers maschinell zu bearbeiten und wenigstens einen radialer Durchgang zu bohren, der mit dem Kanal verbunden und ebenfalls den Draht für die zustandserfassende Zündkerze aufnimmt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der wenigstens eine radiale Durchgang in dem Nasenabschnitt des Isolatorkörpers gebildet ist und sich ausgehend von einer umfänglichen Vertiefung, die an einer äußeren Oberfläche des Isolatorkörpers gebildet ist, hin zu dem wenigstens einen Kanal erstreckt, der entlang der axialen Bohrung des Isolatorkörpers durch maschinelle Bearbeitung hergestellt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der maschinelle Bearbeitungsschritt beinhaltet, einen ersten und einen zweiten Kanal entlang der axialen Bohrung des Isolatorkörpers maschinell zu bearbeiten, und beinhaltet, einen ersten und einen zweiten radialen Durchgang zu bohren, die mit dem ersten bzw. dem zweiten Kanal verbunden sind, wobei der erste und der zweite Kanal einen ersten bzw. einen zweiten Draht für die den Zustand sensierende Zündkerze aufnehmen und voneinander um einen Winkel α in Winkel- bzw. Umfangsrichtung beabstandet sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7, ferner mit dem Schritt:
– Installieren des ersten Drahtes in dem ersten Kanal und dem ersten radialen Durchgang, so dass er sich hin zur Außenseite des Isolatorkörpers erstreckt, und Installieren des zweiten Drahtes in dem zweiten Kanal und dem zweiten radialen Durchgang, so dass er sich ebenfalls hin zur Außenseite des Isolatorkörpers erstreckt; und
– Verbinden der Enden des ersten und des zweiten Drahtes an einem Verbindungsbereich an einer äußeren Oberfläche des Isolatorkörpers so dass der erste und der zweite Draht ein Thermoelement für die zustandserfassende Zündkerze bilden.

9. Verfahren zum Herstellen eines Isolators für eine zustandserfassende Zündkerze, mit den Schritten:
– Halten eines Isolatorkörpers, der eine Axialbohrung aufweist, mittels eines Isolatorhalters;
– Anordnen eines Bearbeitungsdorns, der eines oder mehrere Schneidelemente aufweist, in der axialen Bohrung des Isolatorkörpers; und
– Bewegen des Bearbeitungsdorns relativ zu dem Isolatorkörper, indem ein Versatzgenerator mit dem Bearbeitungsdorn, mit dem Isolatorhalter, oder sowohl mit dem Bearbeitungsdorn als auch dem Isolatorhalter gekoppelt wird, wobei die relative Bewegung zwischen dem Bearbeitungsdorn und dem Isolatorkörper wenigstens einen Kanal entlang der axialen Bohrung des Isolatorkörpers bildet.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Versatzgenerator eine piezoelektrische Vibrationseinheit ist, die mit dem Bearbeitungsdorn oder mit dem Isolatorhalter gekoppelt ist und die eine Vibrationsbewegung bereitstellt, die in einem Frequenzbereich von 10 kHz bis 35 kHz liegt.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder nach Anspruch 10, wobei das wenigstens eine Schneidelement in der Nähe eines ersten Endes des Bearbeitungsdorns angeordnet ist, wobei der Bearbeitungsdorn eine Länge zwischen dem wenigstens einen Schneidelement und einem zweiten Ende des Bearbeitungsdorns hat, wobei diese Länge einer axialen Länge l eines Kanäle entspricht, der über die relative Bewegung zwischen dem Schneidelement und dem Isolatorkörper in dem Isolatorkörper maschinell bearbeitet bzw. herausgearbeitet wird.

12. Werkzeugausrüstung zum Herstellen eines Isolators für eine zustandserfassende Zündkerze, mit:
– einem Bearbeitungsdorn, der eines oder mehrere Schneidelemente zum maschinellen Bearbeiten von Kanälen in einem Isolator aufweist;
– einem Isolatorhalter zum Festlegen des Isolators; und
– einem Versatzgenerator, der mit dem Bearbeitungsdorn, mit dem Isolatorhalter, oder sowohl mit dem Bearbeitungsdorn als auch dem Isolatorhalter gekoppelt ist, wobei der Versatzgenerator eine relative Bewegung zwischen dem Bearbeitungsdorn und dem Isolator bereitstellt, die dazu verwendet werden kann, um wenigstens einen Kanal in dem Isolator zu bilden.

13. Werkzeugausrüstung nach Anspruch 12, wobei der Bearbeitungsdorn wenigstens zwei Schneidelemente aufweist, die entlang eines umfänglichen Umrisses des Bearbeitungsdorns angeordnet und durch einen Winkel α voneinander beabstandet sind.

14. Werkzeugausrüstung nach Anspruch 12 oder 13, wobei das eine oder die mehreren Schneidelemente zwei Schneidflächen aufweist bzw. aufweisen, die sich hinsichtlich ihrer Höhe um einen Betrag unterscheiden, der gleich der Hälfte einer Tiefe d eines maschinell zu bearbeitenden Kanals ist.

15. Werkzeugausrüstung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Bearbeitungsdorn ferner einen Spanentfernungsbereich beinhaltet, der die Ansammlung von Spänen in einem Bereich ermöglicht, der von dem einen oder mehreren Schneidelementen weg gerichtet ist.

Description:

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Vorteile der Provisorischen US-Anmeldung mit der Nr. 62/108,861, die am 28. Januar 2015 eingereicht worden ist und deren Inhalt vorliegend in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme enthalten ist.

GEBIET

Die vorliegende Offenbarung betrifft generell Zündkerzen zum Erfassen bzw. Sensieren von Motorzuständen und betrifft insbesondere Verfahren und Werkzeuge zum Herstellen von Isolatoren für zustandserfassende Zündkerzen.

HINTERGRUND

Um die Leistungsfähigkeit eines Motors zu verstehen, um Motorprobleme zu diagnostizieren und um die geeignete Zündkerze sowie geeignete Zündkerzen-Zündzustände für einen bestimmten Motor zu entwickeln, kann es ein wichtiges Mittel sein, verschiedene Motorzustände zu erfassen, während der Motor läuft. Gewöhnlich wird eine Temperatur in einem Verbrennungsmotor mittels einer Thermoelement-Zündkerze gemessen, die Thermoelementdrähte aufweist, die teilweise oder vollständig in dem keramischen Isolator der Zündkerze eingebettet sind. Das zum Herstellen von Isolatoren für zustandserfassende Zündkerzen verwendete Werkzeug, das beispielsweise mit Finnen versehene oder andere speziell geformte Dome beinhalten kann, kann teuer sein und es bricht häufig oder wird beschädigt, und zwar aufgrund der erforderlichen engen Toleranzen während der Herstellungsprozesse.

ÜBERBLICK

Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Herstellen eines Isolators für einen einen Zustand sensierende bzw. eine zustandserfassende Zündkerze bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet die Schritte, einen Isolatorkörper aus keramischen Materialien zu bilden. Der Isolatorkörper beinhaltet einen Nasenabschnitt, einen Anschlussabschnitt, einen Zwischenabschnitt zwischen dem Nasenabschnitt und dem Anschlussabschnitt, und eine axiale Bohrung, die sich entlang der axialen Länge des Isolatorkörpers erstreckt. Das Verfahren beinhaltet den Schritt, wenigstens einen Kanal entlang der axialen Bohrung des Isolatorkörpers maschinell zu bearbeiten bzw. durch maschinelle bzw. zerspanende Bearbeitung herzustellen. Der Kanal nimmt einen Draht für die zustandserfassende Zündkerze auf.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Herstellen eines Isolators für eine zustandserfassende Zündkerze bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet die Schritte, einen Isolatorkörper, der eine axiale Bohrung aufweist, mittels eines Isolatorhalters zu halten, einen Bearbeitungsdorn, der eines oder mehrere Schneidelemente aufweist, in der axialen Bohrung des Isolatorkörpers anzuordnen, und den Bearbeitungsdorn relativ zu dem Isolatorkörper zu bewegen, und zwar durch Koppeln eines Versatzgenerators mit dem Bearbeitungsdorn. Die relative Bewegung zwischen dem Bearbeitungsdorn und dem Isolatorkörper bildet wenigstens einen Kanal entlang der axialen Bohrung des Isolatorkörpers.

In einer Ausführungsform wird eine Werkzeugausrüstung zum Herstellen eines Isolators für eine zustandserfassende Zündkerze bereitgestellt. Die Werkzeugausrüstung weist einen Bearbeitungsdorn auf, der eines oder mehrere Schneidelemente zum maschinellen Bearbeiten von Kanälen in einem Isolator aufweist, beinhaltet einen Isolatorhalter zum Festlegen des Isolators und beinhaltet einen Versatzgenerator, der mit dem Bearbeitungsdorn, mit dem Isolatorhalter oder sowohl mit dem Bearbeitungsdorn als auch dem Isolatorhalter gekoppelt ist. Der Versatzgenerator stellt eine relative Bewegung zwischen dem Bearbeitungsdorn und dem Isolator bereit, die dazu verwendet werden kann, um wenigstens einen Kanal in dem Isolator zu bilden.

ZEICHNUNG

Bevorzugte beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und wobei:

1 einen Formbildungsdorn (”shaping arbor”) zeigt, der dazu verwendet werden kann, um einen Isolator für eine zustandserfassende Zündkerze gemäß dem Stand der Technik herzustellen;

2 eine Querschnittsansicht des Formbildungsdorns der 1 ist;

3 eine Querschnittsansicht einer beispielhaften zustandserfassenden Zündkerze ist;

4 eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Isolators für eine zustandserfassende Zündkerze ist;

5 eine Querschnittsteilansicht des Isolators der 4 entlang der Linie 5-5 ist;

6 eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Isolators ist;

7 eine vergrößerte Ansicht eines Anschlussendabschnittes des Isolators der 6 ist;

8 eine vergrößerte Ansicht eines Nasenabschnittes des Isolators der 6 ist;

9 eine vergrößerte Ansicht eines Nasenabschnittes eines Isolators ist;

10 eine perspektivische Ansicht eines Nasenabschnittes eines Isolators gemäß einer weiteren Ausführungsform ist;

11 ein Flussdiagramm ist, das die unterschiedlichen Schritte oder Stufen eines beispielhaften Verfahrens zum Herstellen eines Isolators für eine zustandserfassende Zündkerze darstellt;

12 eine beispielhafte Werkzeugausrüstung zeigt, die dazu verwendet werden kann, um einen Schritt 108 des beispielhaften Verfahrens durchzuführen, das in dem Flussdiagramm der 11 dargestellt ist;

13 einen beispielhaften Bearbeitungsdorn zeigt;

14 eine vergrößerte Ansicht eines Schneidelementes des Bearbeitungsdorns der 13 ist;

15 eine vergrößerte Ansicht eines Schneidelementes eines Bearbeitungsdorns ist;

16 eine Seitenansicht eines Schneidelementes eines beispielhaften Bearbeitungsdorns ist;

17 eine isometrische Ansicht eines Schneidelementes eines beispielhaften Bearbeitungsdorns ist;

18 eine Seitenansicht eines beispielhaften Bearbeitungsdorns ist;

19 eine vergrößerte Ansicht eines Schneidelementes des Bearbeitungsdorns der 18 ist;

20 eine Endansicht des beispielhaften Bearbeitungsdorns der 18 ist, und zwar entlang der Linie 20-20 der 19;

21 einen Endabschnitt eines beispielhaften Bearbeitungsdorns gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigt; und

22 eine Endansicht des beispielhaften Bearbeitungsdorns der 21 zeigt.

BESCHREIBUNG

Die vorliegend beschriebenen Verfahren und Werkzeuge können dazu verwendet werden, um einen Isolator für eine zustandserfassende Zündkerze herzustellen, wie beispielsweise eine Thermoelement-Zündkerze. In vielen zustandserfassenden Zündkerzen ist ein Thermoelement oder ein anderer Sensor an der äußeren Oberfläche einer Isolatornase angeordnet, so dass das Thermoelement oder der andere Sensor einer Verbrennungskammer ausgesetzt ist und Messungen darin vornehmen kann. Die Messungen oder andere Daten werden zurück zu einer gewissen Art von Erfassungs-, Anzeige- oder Prozessor- bzw. Verarbeitungseinrichtung übertragen, und zwar durch einen oder mehrere Drähte hindurch, die in Kanäle eingebettet sind, die sich in dem Isolator erstrecken. Einige herkömmliche Verfahren zum Herstellen von Isolatoren, die diese drahtaufnehmenden Kanäle haben, verwenden einen Prozess, bei dem ein ungebrannter (”unfired”) Isolatorkörper um einen speziellen formgebenden (”shaping”) Dorn herum gebildet wird, wie einen Formbildungsdorn 4, der in 1 gezeigt ist. In Bezugnahme auf die 1 und 2 beinhaltet der Formbildungsdorn 4 sich axial erstreckende Finnen 6, 8, die letztlich Kanäle in einer axialen Bohrung des Isolators bilden, sobald der Isolatorkörper gebrannt wird und der Formbildungsdorn entfernt wird. Insbesondere bei der Verwendung von keramischen Zusammensetzungen mit einem hohen Anteil von Aluminiumoxid (”high alumina-based ceramic compositions”), kann das Entfernern des Formbildungsdorns zu Brüchen oder zu anderen Schäden des Isolators führen, und zwar aufgrund der sehr dünnen Finnen 6, 8, die dazu verwendet werden, um die Kanäle zur Aufnahme der Sensordrähte zu bilden. Die Finnen 6, 8 müssen absolut parallel sein, so dass der gebrannte Isolator ohne Bruch entfernt werden kann. Ferner sind die Formbildungsdorne selbst sehr schwierig in ihrer Herstellung und können aufgrund der erforderlichen engen Toleranz sehr teuer sein.

Wenn man dazu in der Lage ist, einen Isolator für eine zustandserfassende Zündkerze anzupassen, ohne spezielle formgebende Dorne verwenden zu müssen, kann dies signifikant Zeit und Kosten sparen. Zustandserfassende Zündkerzen, wie Thermoelement-Zündkerzen für den Kraftfahrzeugbereich, können wichtige Mittel darstellen, um die Leistung des Motors nachzuvollziehen, um Motorprobleme zu diagnostizieren und um für bestimmte Motortypen eine geeignete Zündkerze und geeignete Zündkerzen-Zündzustände bzw. Zündbedingungen zu entwickeln. Es versteht sich, dass die vorliegenden Verfahren und Werkzeuge dazu verwendet werden können, um Isolatoren für jede beliebige Art von zustandserfassender Zündkerze herzustellen, die Drähte, Anschlüsse oder andere Sensorkomponenten erfordert, die in dem Isolator eingebettet sind oder sich darin erstrecken. Zustandserfassende Zündkerzen können druckerfassende Zündkerzen, gaszusammensetzungserfassende Zündkerzen oder temperaturerfassende Zündkerzen wie Thermoelement-Zündkerzen beinhalten, um einige Beispiele zu nennen, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Obgleich die vorliegende Beschreibung im Zusammenhang mit einer Thermoelement-Zündkerze für den Kraftfahrzeugbereich bereitgestellt wird, versteht sich, dass der Isolator und das vorliegend beschriebene Verfahren mit jeder beliebigen Art von Zündkerze oder Zündeinrichtung verwendet werden können, die dazu ausgelegt ist, mit einer Erfassungsvorrichtung verwendet zu werden, einschließlich von Glühkerzen (”glow plugs”), Kerzen bzw. Steckern für die Industrie (”industrial plugs”), Zündeinrichtungen für die Luftfahrt und/oder jede beliebige andere Vorrichtung, die dazu verwendet wird, um in einem Motor ein Luft/Brennstoffgemisch zu zünden.

Eine beispielhafte zustandserfassende Zündkerze ist in 3 gezeigt, wobei die Zündkerze eine Erfassungseinrichtung zum Messen verschiedener Motorzustände beinhaltet. Die Zündkerze 10 weist einen Mittelelektrode 12, einen Isolator 14, eine Metallhülle 16, und eine Masseelektrode 18 auf. Der Isolator 14 ist mittels des vorliegenden Werkzeuges und des vorliegenden Verfahrens dazu angepasst, dass er Kanäle zum Aufnehmen von einer Verdrahtung 15, 17 beinhaltet, und zwar für eine Erfassungs-, eine Anzeige- oder eine Prozessor- bzw. Verarbeitungseinrichtung 19. Die Mittelelektrode 12, bei der es sich um eine einzelne einheitliche bzw. einstückige Komponente handeln kann oder die eine Anzahl von separaten Komponenten beinhalten kann, ist wenigstens teilweise innerhalb einer axialen Bohrung 22 angeordnet oder positioniert, die sich entlang der axialen Länge des angepassten Isolators 14 erstreckt. Wie dargestellt, beinhaltet die axiale Bohrung 22 einen oder mehrere innere Stufenabschnitte 24, die sich umfänglich um das Innere der Bohrung herum erstrecken und dazu ausgelegt sind, komplementäre äußere Stufenabschnitte 20 der Mittelelektrode 12 aufzunehmen. In der beispielhaften Ausführungsform der 3 weist die axiale Bohrung 22 nur einen einzelnen inneren Stufen- oder Schulterabschnitt 24 auf; es ist jedoch möglich, dass die axiale Bohrung zusätzliche innere Stufenabschnitte an unterschiedlichen axialen Positionen entlang der Länge der Bohrung beinhaltet. Der angepasste Isolator 14 ist wenigstens teilweise innerhalb einer inneren Bohrung 26 der Metallhülle 16 angeordnet, und die innere Bohrung 26 erstreckt sich entlang der Länge der Metallhülle und ist generell koaxial zu der axialen Bohrung 22 ausgerichtet. Bei der besonderen gezeigten Ausführungsform erstreckt sich ein vorderes Ende bzw. Spitzenende des Isolators 14 von dem Ende der inneren Bohrung 26 der Metallhülle und steht gegenüber dieser vor, und ein vorderes bzw. äußeres Ende der Mittelelektrode 12 erstreckt sich von der axialen Bohrung 22 des Isolators und steht gegenüber dieser vor. Das äußere Ende der Mittelelektrode 12 bildet eine Funkenstrecke G mit einem entsprechenden Abschnitt der Masseelektrode 18; dies kann Ausführungsformen mit oder ohne Zündelemente aus Edelmetall an der Mittelelektrode und/oder der Masseelektrode beinhalten. Bei der Ausführungsform der 3 weisen sowohl die Mittel- als auch die Masseelektrode 12, 18 Zündelemente mit Edelmetall auf, die daran angebracht sind, die offenbarte Zündkerzenanordnung wird jedoch aus Gründen der Einfachheit als ein Beispiel bereitgestellt und dies ist nicht erforderlich.

Nunmehr wird Bezug genommen auf den angepassten Isolator 14, wobei der Isolatorkörper eine längliche und generell zylindrische Komponente ist, die aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt und dazu ausgelegt ist, die Mittelelektrode 12 gegenüber der Metallhülle 16 zu isolieren, so dass Hochspannung-Zündimpulse in der Mittelelektrode zu der Funkenstrecke G geleitet werden können. Der angepasste Isolator 14 weist eine axiale Bohrung 22 und eine äußere Oberfläche 23 auf. Der angepasste Isolator 14 beinhaltet entlang seiner Länge einen Nasenabschnitt 30, einen Zwischenabschnitt 32, und einen Anschlussabschnitt 34. Andere Konfigurationen oder Ausführungsformen sind natürlich möglich.

Der Nasenabschnitt 30 erstreckt sich in der axialen oder Längsrichtung zwischen einer einer äußeren Stufe 36 an der äußeren Oberfläche 23 des Isolators und einem distalen Ende 38, das an einer Spitze bzw. einem Ende des Isolators angeordnet ist. Die äußere Oberfläche kann andere strukturelle Merkmale beinhalten, die in 3 nicht gezeigt sind, wie eine ringförmige Rippe, um Kohlenstoffanlagerungen oder anderen Anwuchs zu beschränken oder zu verhindern. Der Nasenabschnitt 30 kann einen kontinuierlichen und gleichförmigen Kegelabschnitt entlang seiner axialen Erstreckung beinhalten, oder er könnte Abschnitte mit unterschiedlichen Kegelabschnitten oder überhaupt keinen Kegelabschnitt beinhalten (d. h. gerade Abschnitte, bei denen äußere Oberflächen parallel zueinander verlaufen). Darüber hinaus kann das Maß, um das der Nasenabschnitt 30 sich axial gegenüber dem Ende der Metallhülle 16 erstreckt bzw. hiervon vorsteht (manchmal auch als ”Vorsprung” bezeichnet), größer oder kleiner sein als jener, der in 3 gezeigt ist. In einigen Fällen ist es sogar möglich, dass das distale Ende oder die Spitze 38 des Nasenabschnittes innerhalb der Isolatorbohrung 22 zurückgezogen bzw. zurückversetzt ist, so dass es sich überhaupt nicht über die Metallhülle hinaus erstreckt (d. h. eine negative Reichweite, ”negative reach”).

Der Zwischenabschnitt 32 des Isolators erstreckt sich in der axialen Richtung zwischen einem äußeren Verriegelungsmerkmal 40 und der oben beschriebenen äußeren Stufe 36. In der besonderen, in 3 dargestellten Ausführungsform ist der überwiegende Teil des Zwischenabschnittes 32 innerhalb der inneren Bohrung 26 der Metallhülle 16 angeordnet und gehalten. Das äußere Verriegelungsmerkmal 40 kann eine vom Durchmesser her vergrößerte Form haben, so dass ein offenes Ende oder ein Flansch 42 der Metallhülle während eines Zündkerzenmontageprozesses darüber gefaltet bzw. gebogen oder auf eine sonstige Art und Weise mechanisch verformt werden kann, um den angepassten Isolator 14 sicher an Ort und Stelle zu halten. Der gefaltete Flansch 42 überfängt auch eine ringförmige Dichtung oder Dichtflansch zwischen einer äußeren Oberfläche des Isolators 14 und einer inneren Oberfläche der Metallhülle 16, so dass ein gewisses Maß an Abdichtung erreicht wird. Andere Merkmale des Zwischenabschnittes sind natürlich auch möglich.

Der Anschlussabschnitt 34 befindet sich an dem Nasenabschnitt 30 gegenüberliegenden Ende des Isolators und erstreckt sich in der axialen Richtung zwischen dem äußeren Verriegelungsmerkmal 40 und einem zweiten distalen Ende 50. In der dargestellten Ausführungsform ist der Anschlussabschnitt 34 ziemlich lang, kann jedoch kürzer sein und/oder kann eine beliebige Anzahl weiterer Merkmale besitzen, wie ringförmige Rippen. Während des Betriebs ist der Anschlussabschnitt 34 generell außerhalb der Verbrennungskammer des Motors angeordnet.

Drähte 15, 17 erstrecken sich wenigstens teilweise entlang der Länge der axialen Bohrung 22 des angepassten Isolators 14, und zwar ausgehend von dem Anschlussabschnitt 34, so dass sie an dem oder in der Nähe von dem distalen Ende 38 des Nasenabschnittes 30 enden, und demgemäß verschiedene Motorzustände wie die Temperatur erfassen können. Es ist anzumerken, dass der Isolatorkanal für den Draht 17 in 3 nicht gezeigt ist, da er sich hinter anderen Zündkerzenkomponenten befindet. In der dargestellten Ausführungsform sind die Drähte 15, 17 an einem Verbindungsbereich 21 an der äußeren Oberfläche 23 des Nasenabschnitt 30 des Isolators der Zündkerze miteinander verbunden, diese Anordnung ist jedoch lediglich beispielhaft. Die Drähte 15, 17 sind als Teil einer beispielhaften Thermoelement-Zündkerze 10 gezeigt und sind mit einer Erfassungseinrichtung 19 verbunden; es versteht sich jedoch, dass in der axialen Bohrung des angepassten Isolators lediglich ein einzelner Draht, ein Anschluss oder eine andere Sensorkomponente vorhanden sein kann, oder dass darin mehr als zwei Drähte, Anschlüsse oder andere Sensorkomponenten angeordnet sein können. Ferner kann der Sensor und/oder die Erfassungseinrichtung ein Drucksensor sein, ein Gaszusammensetzungssensor, oder ein beliebiger anderer Sensor oder eine Vorrichtung, die brauchbar und vorteilhaft ist zum Erfassen von Motorzuständen. Fachleute werden erkennen, dass es eine beliebige Anzahl und/oder eine beliebige Kombination von Drähten, Anschlüssen (”leads”) oder anderen Sensorkomponenten geben kann, die mit unterschiedlichen Arten von Sensoren kompatibel sein können. Die besonderen Endpunkte von Drähten, Anschlüssen oder Sensorkomponenten können darüber hinaus variieren. Beispielsweise können Kanäle entlang einem beliebigen Abschnitt des Isolators gebildet sein, oder können sich über die gesamte axiale Länge des Isolators erstrecken, wie es nachstehend in größerer Genauigkeit beschrieben werden wird, wobei diese Ausführungsformen nach wie vor in den Schutzbereich der beschriebenen Methodenlehren fallen.

Nunmehr wird Bezug genommen auf 4, in der ein Schnitt des Isolators 14 entlang eines Winkels gezeigt ist, um die Kanäle für Drähte 15, 17 freizulegen, die in Umfangsrichtung um die axiale Bohrung herum um 60° voneinander beabstandet ausgebildet sind. Die Drähte 15, 17 erstrecken sich über eine axiale Länge l der axialen Bohrung 22 des angepassten Isolators 14. Es versteht sich, dass die axiale Länge l variabel ist, und dass demzufolge die Drähte an variablen Orten entlang der axialen Bohrung des Isolators enden können. Darüber hinaus können die Drähte vollständig oder teilweise in dem Isolator eingebettet sein. Beispielsweise können die Drähte elektrisch gegenüber der Mittelelektrode isoliert sein, und zwar unter Verwendung eines Verguß-Verbundmaterials. Unter Bezugnahme auf 5, bei der es sich um eine Teilquerschnittsansicht des in 4 gezeigten Isolators handelt, und zwar entlang einer Linie 5-5, ist gezeigt, dass die Drähte 15, 17 um einen Winkel α voneinander getrennt angeordnet sind. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Winkel α gleich 60°; andere Winkelorientierungen bzw. Winkelabstände sind natürlich möglich. Die Drähte 15, 17 sind in maschinell hergestellten bzw. bearbeiteten Kanälen 52 bzw. 54 aufgenommen. Die Kanäle 52, 54 können eine Tiefe d haben, die sich ausgehend von der axialen Bohrung 22 in Richtung hin zu der äußeren Oberfläche 23 des Isolators 14 erstreckt. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Tiefe d etwa 0,5 mm. Die Kanäle 52, 54 können ferner eine Breite w haben, die sich entlang des Umfangs der axialen Bohrung 22 erstreckt. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Breite w etwa 0,5 mm. Die Kanäle 52, 54 können jedoch eine andere Größe und Form besitzen, um jede beliebige Anzahl von unterschiedlichen Drähten aufzunehmen.

Nunmehr wird Bezug genommen auf die 67, wobei die durch mechanische Bearbeitung hergestellten bzw. maschinell bearbeiteten bzw. durch Zerspanung hergestellten Kanäle 52, 54 sich generell entlang der inneren Oberfläche der axialen Bohrung 22 des Isolators 14 erstrecken, und zwar von dem zweiten distalen Ende 50 des Anschlussabschnittes 34 in Richtung hin zu dem ersten distalen Ende 38 des Nasenabschnittes 30. Die Kanäle können variable bzw. unterschiedliche Tiefen oder Breiten haben, und zwar in Abhängigkeit von der Größe des Drahtes, des Anschlusses oder einer anderen Sensorkomponente, oder basierend auf dem Grad von radialer Eingebettetheit, der gewünscht ist. In ähnlicher Weise kann die Tiefe der Kanäle 52, 54 sich zwischen den Abschnitten auf jeder Seite der Schulter 24 unterscheiden, oder die Tiefe der Kanäle kann unter den Abschnitten auf jeder Seite der Schulter 24 konsistent bzw. gleich sein. Es versteht sich, dass es einen Kanal geben kann, zwei Kanäle, wie in 67 gezeigt, oder mehr als zwei Kanäle. Das Verfahren und die Werkzeugausrüstung, wie sie nachstehend beschrieben sind, sind nicht auf eine bestimmte Anzahl, Konfiguration oder Art von Kanal beschränkt, da jede beliebige Kanalorientierung, jeder beliebige Kanalort oder jede beliebige Kanalstruktur natürlich möglich ist.

Nunmehr wird Bezug genommen auf 8, wobei die Kanäle 52, 54 sich teilweise entlang der Länge der axialen Bohrung 22 erstrecken, und zwar hin bis zu einem Ort in der Nähe des distalen Endes 38 des Nasenabschnittes 30. In den Isolator 14 sind radiale Durchgänge 60, 62 gebohrt oder auf eine andere Art und Weise gebildet, um es den Drähten zu ermöglichen, an der äußeren Oberfläche 23 des Isolators miteinander verbunden zu werden. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die radialen Durchgänge 1–2 mm von dem distalen Ende 38 des Nasenabschnittes 30 entfernt angeordnet, dies kann jedoch variieren. 9 zeigt die äußere Oberfläche 23 des Isolators 14 mit radialen Durchgängen 60, 62, die generell den Verbindungsbereich 21 für die Drähte (nicht gezeigt) der zustandserfassenden Zündkerze definieren. Radiale Durchgänge sind optional. Wenn beispielsweise der Kanal sich über die gesamte Länge der axialen Bohrung des Isolators erstreckt, kann es möglicherweise nicht notwendig sein, radiale Durchgänge vorzusehen, da die Drähte sich einfach gegenüber der Öffnung der axialen Bohrung an dem distalen Ende 38 erstrecken würden. Wenn die erfassenden Drähte, Anschlüsse oder andere Komponenten nur nahe der Verbrennungskammer angeordnet sein müssen, kann es in ähnlicher Weise sein, dass radiale Durchgänge nicht notwendig sind. Das Vorhandensein, das Nicht-Vorhandensein, die Struktur und/oder die Größe der radialen Durchgänge kann variieren, und zwar in Abhängigkeit von der Art des Sensors und dessen verschiedenen Komponenten. Die Verfahren und die Werkzeuganordnungen, die vorliegend beschrieben sind, sollen auf jeden beliebigen Isolator für eine zustandserfassende Zündkerze anpassbar sein.

Bei besonderen Thermoelement-Zündkerzen für den Kraftfahrzeugsektor, wie die Zündkerze 10, die in 3 dargestellt ist, erstrecken sich Drähte 15, 17 von dem zweiten distalen Ende 50 des Anschlussabschnittes 34 in Richtung hin zu dem ersten distalen Ende 38 des Nasenabschnittes 30, wobei die Drähte sich an dem Verbindungsbereich 21 an der äußeren Oberfläche 23 des angepassten Isolators 14 treffen. Eine vergrößerte Ansicht des Verbindungsbereiches 21 ist in den 9 und 10 gezeigt. In den dargestellten Ausführungsformen ist der Verbindungsbereich 21 generell durch die radialen Durchgänge 60, 62 definiert. Unter besonderer Bezugnahme auf 10 bildet eine Vertiefung 64 in der äußeren Oberfläche 23 des Isolators den Verbindungsbereich 21. Sobald die Drähte und der Thermoelementwulst oder die Thermoelementverbindung an Ort und Stelle sind, kann ein Verguß-Verbundmaterial dazu verwendet werden, um die Vertiefung 64 zu füllen, um die Drähte gegenüber der Motorumgebung zu isolieren. Dies kann mit einem Aluminiumoxid-basierten Verguß-Verbundmaterial erreicht werden, das auf eine solche Art und Weise aufgebracht wird, dass lediglich der Wulst oder die Verbindung des Thermoelementes freigelegt verbleibt. Die Vertiefung 64 ist optional und kann dazu verwendet werden, um bei einer Abschirmung der Drähte, der Anschlüsse, oder anderer Sensorkomponenten gegenüber den harschen Zuständen der Verbrennungskammer zu unterstüzen.

Es ist anzumerken, dass die in den 310 gezeigten und oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen lediglich als ein Beispiel eines angepassten Isolators zum Erfassen von Motorzuständen dienen sollen, die gemäß dem vorliegend gelehrten Prozess hergestellt sind, da der Prozess und die Werkzeuge verwendet werden können, um andere Isolatorausführungsformen herzustellen, einschließlich solcher, die sich signifikant von dem Isolator 14 unterscheiden. Ferner ist die Zündkerze 10 nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt und kann jede beliebige Kombination von anderen bekannten Zündkerzenkomponenten verwenden, wie Anschlussbolzen, Innenwiderstände, interne Dichtungen, verschiedene Dichtungselemente, Edelmetallelemente, etc., um einige der Möglichkeiten zu nennen. Die Zündkerze 10 kann in ähnlicher Weise jede beliebige Kombination von anderen Erfassungskomponenten oder -vorrichtungen beinhalten und ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, die bereitgestellt sind.

Nunmehr wird Bezug genommen auf 11, wobei dort ein Flussdiagramm gezeigt ist, das einen beispielhaften Prozess 100 zum Herstellen eines angepassten Isolators für eine zustandserfassende Zündkerze darstellt, wie den Isolator 14. Das Verfahren beinhaltet, beginnend mit Schritt 102, das Bereitstellen von keramischen Materialien. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die keramischen Materialien Aluminiumoxid-basierte Materialien, andere keramische Zusammensetzungen sind jedoch natürlich möglich. Der Schritt 102 kann das Hinzugeben von verschiedenen keramischen Partikeln, flüssigen Medien oder Bindemitteln beinhalten. In einer besonderes Ausführungsform können die keramischen Materialien etwa 50% keramische Partikel beinhalten, etwa 48% flüssiges Medium wie Wasser und etwa 2% Bindemittel, wie Methylzellulose (jeweils Volumen-%). Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform sind die keramischen Partikel in der Form von Aluminiumoxid, Talk und/oder Lehmpulver bereitgestellt, das flüssige Medium ist Wasser, und das Bindemittel besteht aus einem Zellulosepolymer. Die Mischung wird dann sprühgetrocknet, um ein granulatförmiges keramisches Pulver zu bilden, das darauffolgend im Schritt 104 gepresst werden kann. Ein nicht-einschränkendes Beispiel einer geeigneten keramischen Partikelzusammensetzung ist eine keramische Pulvermischung, die (in Gewichts-%) etwa 87,7–92,6 Gew.-% Aluminiumoxid, 3,5–7,3 Gew.-% Kaolin, 0–1,6 Gew.-% Talk, 2,8–4,9 Gew.-% Kalziumkarbonat und 0–0,3 Gew.-% Zirkonoxid beinhaltet, wobei die Mischung eine typische Partikelgröße von etwa 2,5–3,5 μm hat. Eine weitere geeignete keramische Partikelzusammensetzung weist etwa 98,19 Gew.-% Aluminiumoxid, 0,84 Gew.-% Kaolin, 0,22 Gew.-% Talk, 0,68 Gew.-% Kalziumkarbonat und 0,08 Gew.-% Zirkonoxid auf, und weist eine durchschnittliche Partikelgröße von etwa 1,2 μm bis etwa 1,8 μm auf. Andere keramische Materialien könnten natürlich stattdessen als eine keramische Partikelzusammensetzung verwendet werden, einschließlich solcher, jedoch nicht beschränkt auf solche mit 90–99 Gew.-% Aluminiumoxid oder 87,7–98,9 Gew.-% Aluminiumoxid, oder jedes beliebige der weiteren Beispiele, die in dem US-Patent mit der Nr. 7,169,723 angegeben sind, dessen Inhalt vorliegend gesamthaft durch Bezugnahme enthalten sein soll.

Der Schritt 104 des Verfahrens 100 beinhaltet das Bilden bzw. Formen eines ungebrannten Isolatorkörpers aus den keramischen Materialien, die in dem Schritt 102 bereitgestellt worden sind. Zu diesem Zeitpunkt des Prozesses betrachtet man die Isolatoren generell als in einem ”grünen” Zustand befindlich. Der ungebrannte Isolatorkörper kann gebildet werden über einen isostatischen Pressprozess und kann, in einer bevorzugten Ausführungsform über einen isostatischen Trockenbeutel-Pressprozess gebildet werden, der ein Formen der pulverbasierten keramischen Materialien unter Hochdruck beinhaltet. Andere Prozesse können jedoch verwendet werden, um einen ungebrannten Isolatorkörper zu bilden, wie z. B. ein Formpressen oder eine Extrusion, um einige Möglichkeiten zu nennen. Typischerweise beinhaltet der ungebrannte Isolatorkörper die Ausbildung einer axialen Bohrung, was über einen Formbildungsdorn oder ein anderes Verfahren erfolgen kann. Es ist anzumerken, dass im Rahmen des Schrittes 104 andere Formgebungsverfahren, Schleifverfahren, Läppverfahren, Polierverfahren oder andere Keramik-bezogene Form- bzw. Formgebungsprozesse enthalten sein können.

Ein Schritt 106 ist optional und kann ein partielles Brennen oder ein vollständiges Brennen des Isolatorkörpers beinhalten. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Isolatorkörper im Schritt 106 teilweise gebrannt. Ein teilweises Brennen beinhaltet generell ein teilweises Sintern des Isolatorkörpers, derart, dass es zwischen den keramischen Partikeln eine gewisse Art von Bindung gibt und so, dass der Isolator sich in einem kalzinierten Zustand befindet, mit einer kreideartigen Konsistenz. Ein teilweises Brennen des Isolators kann beinhalten, den Isolatorkörper in einem Brennofen bei 800°C bis 1200°C zu brennen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Isolatorkörper in einem Brennofen bei 1000°C für 30 Minuten teilweise gebrannt, dies kann jedoch variieren in Abhängigkeit von den verwendeten keramischen Materialien und dem verwendeten Sinterverfahren. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beinhaltet das teilweise Brennen das Erwärmen des Isolatorkörpers auf eine Temperatur zwischen 900°C und 1000°C. Zu diesem Zeitpunkt ist die Festigkeit des Isolatorkörpers in starker Maße erhöht, die Keramik ist jedoch nach wie vor weich und leicht zu schneiden. Alternativ hierzu kann es im Schritt 106 möglich sein, den Isolatorkörper vollständig zu brennen, bis er die Dichte erreicht, die für die Verwendung in einer zustandserfassenden Zündkerze erforderlich ist. In einer Ausführungsform tritt das Einsetzen eines Schrumpfens oder einer Verdichtung bei etwa 1300°C auf, wobei eine volle Dichte bei etwa 1550°C bis 1600°C erreicht wird. Jede beliebige Trocknung- und/oder Erwärmungstechnik, wie Sintern, kann verwendet werden, um den Isolatorkörper in einen dichten und verfestigten Isolator zur Verwendung in einer zustandserfassenden Zündkerze zu bilden oder auf andere Art und Weise zu transformieren. Nochmals, der Schritt 106 ist optional, und der nachstehend beschriebene maschinelle Bearbeitungsschritt kann stattdessen an einem ungebrannten Isolatorkörper durchgeführt werden.

Der Schritt 108 beinhaltet das maschinelle Bearbeiten, insbesondere das zerspanende Bearbeiten oder Herstellen von einem oder mehreren Kanälen in dem Isolator 14. Der Schritt 108 kann mit der beispielhaften Werkzeugausrüstung 200 durchgeführt werden, die in 12 gezeigt ist. Die Werkzeugausrüstung 200 beinhaltet generell einen Isolatorhalter 202, einen Versatzgenerator bzw. eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Linearbewegung bzw. eines Versatzes 204, die schematisch gezeigt ist, sowie einen Bearbeitungsdorn 206. Gemäß der dargestellten Ausführungsform kann der Bearbeitungsdorn 206 von einem Führungselement 208 gehalten sein, obgleich dies nicht notwendig ist. Ferner ist, wie es nachstehend beschrieben werden wird, die besondere Anordnung oder Konfiguration der Werkzeugausrüstungskomponente nicht auf die in 12 dargestellte Ausführungsform beschränkt, sondern kann jede beliebige betriebsbereite Anordnung oder Konfiguration beinhalten. Während des Schrittes 108 ist es wünschenswert, eine axiale Bewegung des Bearbeitungsdorns in Relation zu dem Isolator, eine axiale Bewegung des Isolators in Relation zu dem Bearbeitungsdorn oder eine axiale Bewegung der beiden Elemente in Relation zueinander zu erleichtern bzw. zu ermöglichen. Diese Vorschubbewegung oder Vorschubrate erfolgt zusätzlich zu einer Bewegung, die von dem Versatzgenerator 204 bereitgestellt wird. Der Vorschub (”feed”) kann bis zu der Länge des Kanals konstant oder variabel sein, wie eine axiale Länge l, die in 4 gezeigt ist, und kann durch die Verwendung des Führungselementes 208 erleichtert bzw. ermöglicht werden, durch einen externen Schlitten, der von einem Servomotor angetrieben ist, oder eine weitere Antriebseinrichtung, um einige Beispiele zu nennen.

Der Isolatorhalter 202 hält den Isolator 14 während des Bearbeitungsschrittes 108 an Ort und Stelle 108. Obgleich der Isolatorhalter so gezeigt ist, dass er den Isolator 14 so hält, dass der Anschluss-Endabschnitt 34 dem Bearbeitungsdorn 206 am nächsten ist, ist es auch möglich, einen Isolatorhalter so zu konstruieren, dass der Nasenabschnitt dem Bearbeitungsdorn am nächsten angeordnet ist. Der Isolatorhalter 202 kann dazu in der Lage sein, sich zu bewegen, wie durch eine Vibrationsbewegung von dem Versatzgenerator 204. In einer weiteren Ausführungsform kann der Isolatorhalter generell stationär sein, wohingegen der Versatzgenerator 204 den Bearbeitungsdorn 206 oder das Führungselement 208 bewegt. Andere betriebsbereite Anordnungen sind natürlich möglich, solange zwischen dem Bearbeitungsende des Dorns 206 und dem Isolator eine Relativbewegung stattfindet.

Der Versatzgenerator 204 kann hochfrequente Vibrationen bereitstellen, die den Bearbeitungsprozess verbessern. Typischerweise wird die Bewegung in einer axialen Richtung bereitgestellt. Der Versatzgenerator kann direkt oder indirekt mit dem Bearbeitungsdorn 206, mit dem Isolator 14, oder mit dem Isolatorhalter 202 gekoppelt sein. Beispielsweise kann eine Sonotrode 209 in Verbindung mit dem Versatzgenerator verwendet werden, um einen axialen Versatz zu verstärken, und zwar wenn eine Abstimmung auf die Resonanzfrequenz des Versatzgenerators 204 erfolgt. Eine derartige Anordnung kann wünschenswert sein, wenn ein Ultraschall-Versatzgenerator verwendet wird, obgleich dies nicht notwendig ist. Es ist anzumerken, dass der Versatzgenerator in einer Vielzahl von Formen bereitgestellt werden kann, und zwar wie ein mechanischer, ein elektro-mechanischer, ein pneumatischer Generator, etc. Wenn ein anderer Versatzgenerator anstelle eines Ultraschall-Versatzgenerators verwendet wird, kann der Isolatorhalter 202 direkt mit dem Versatzgenerator gekoppelt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Versatzgenerator 204 eine piezoelektrische Vibrationseinheit, die mit dem Isolatorhalter 202 gekoppelt ist und eine Vibrationsbewegung bereitstellt, die in einem Frequenzbereich von 10 kHz bis 35 kHz liegt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Versatzgenerator auf eine Resonanzfrequenz abgestimmt. Es versteht sich jedoch, dass die Bewegung keine konstante Frequenz oder Amplitude haben muss.

Der Bearbeitungsdorn 206 beinhaltet generell ein erstes Ende 210, das wenigstens ein Schneidelement 212 an einer Schneidfläche 214 aufweist, die sich hin zu einem zweiten Ende 216 erstreckt. Wie zuvor erwähnt, kann das zweite Ende 216 des Bearbeitungsdorns 206 gehalten werden oder auf andere Art und Weise mit einem Führungselement 208 gekoppelt sein. Wenn ein Führungselement verwendet wird, wird der Bearbeitungsdorn 206 typischerweise in einer gestuften Bewegung geführt, die leichte Rückwärtsbewegungen beinhaltet, um beim Entfernen von Spänen zu assistieren.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Bearbeitungsdorn 206 aus einem Werkzeugstahl hergestellt, ein anderes Material ist jedoch natürlich möglich, solange es dazu in der Lage ist, Keramik zu schneiden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Bearbeitungsdorn 206, oder ist ein Abschnitt des Bearbeitungsdorns wie das Schneidelement 212, diamantbeschichtet. Ein diamantbeschichtetes Schneidelement 212 ist bevorzugt, wenn der Isolatorkörper, der zu bearbeiten ist, bereits vollständig gebrannt ist. Da ein vollständig gebrannter Isolator so dicht ist, ist der Bearbeitungsschritt 108 gewöhnlich langsamer, und die Diamantbeschichtung kann zusätzliche Festigkeit bereitstellen, um die Kanäle eines vollständig gebrannten Isolators maschinell zu bearbeiten. Die Verwendung eines Schleifschlamms, von komprimierter Luft, eines Kühlmittels, eines Schmiermittels oder eines flüssigen Schneidfluids, das sowohl kühlt als auch schmiert, kann auch wünschenswert sein und kann beim Schneiden der Kanäle unterstützend wirken, und zwar durch Entfernen der Späne und/oder durch Kühlen des Isolators während des Bearbeitungsschrittes 108.

Die 1322 zeigen verschiedene Ansichten und Ausführungsformen von Bearbeitungsdornen. In 13 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bearbeitungsdorns 206 gezeigt, der das erste Ende 210 mit dem Schneidelement 212 an der Schneidfläche 214 beinhaltet, die sich hin zu dem zweiten Ende 216 erstreckt. 14 ist eine vergrößerte Ansicht des Schneidelementes 212 und zeigt Schneidoberflächen 218, 220. 14 zeigt ferner einen Spanentfernungs- bzw. Spanauswurfbereich 222, der entlang einer Seite der Schneidfläche 214 angeordnet ist, so dass Material entfernt werden kann, wenn das Schneidelement einen Kanal in der Seite der axialen Bohrung des Isolators maschinell bearbeitet. Ein weiterer Spanentfernungsbereich 224 ist entlang der anderen Seite der Schneidfläche 214 angeordnet, derart, dass Spanentfernungsbereiche 222, 224 entlang gegenüberliegender Seiten des Bearbeitungsdorns 206 angeordnet sind. Die Spanentfernungsbereiche 222, 224 ermöglichen, dass sich Späne in einem Bereich entfernt von dem Schneidelement 212 ansammeln, der in der dargestellten Ausführungsform generell senkrecht zu der Schneidfläche 214 angeordnet ist. Die Schneidfläche 214 kann auch dazu unterstützend beitragen, Späne zu entfernen. Andere Winkelorientierungen, Größen und Konfigurationen der Spanentfernungsbereiche sind natürlich möglich.

In den dargestellten Ausführungsformen ist das Schneidelement 212 in einer Sägezahnform, die zwei Schneidoberflächen 218, 220 beinhaltet bzw. daraus besteht. In den verschiedenen Seitenansichten des Schneidelementes 212 der 1517 kann dies betrachtet werden. Andere Formen sind natürlich möglich, und mehr oder weniger Schneidoberflächen sind auch möglich. Die Schneidoberflächen 218, 220 sind unter einem Winkel von etwa 45° in Bezug auf die Schneidfläche 214 angeordnet, eine derartige Winkelorientierung ist jedoch nicht erforderlich. Die besondere Konfiguration des dargestellten Schneidelementes 212 ermöglicht es, dass die erste Schneidoberfläche 218 etwa die Hälfte der Bearbeitungsarbeit erledigt, wohingegen die zweite Schneidoberfläche 220 den Rest der Bearbeitungsarbeit durchführen kann. Das Schneidelement 212 kann dazu dienen, den Bearbeitungsdorn durch die axiale Bohrung des Isolators hindurch anzuordnen und zu führen, und zwar mittels des Kontaktes mit dem bearbeiteten Kanal.

Die 1820 zeigen die Abmessungen des Bearbeitungsdorns 206 und ihre Beziehung zu den Abmessungen der axialen Bohrung des Isolators und den bearbeiteten Kanälen in der axialen Bohrung. Der Durchmesser des Bearbeitungsdorns 206 kann unter besonderer Beziehung zu dem Durchmesser der axialen Bohrung ausgelegt sein, die bearbeitet werden wird und muss demgemäß hinsichtlich der Größe kleiner sein als der Durchmesser der axialen Bohrung, um eine maschinelle Bearbeitung entlang von deren axialer Länge zu ermöglichen bzw. zu erleichtern. Wie es in den 4 und 18 gezeigt ist, kann der Bearbeitungsdorn 206 eine Länge zwischen dem Schneidelement 212 und dem zweiten Ende 216 haben, die der axialen Länge l der bearbeiteten Kanäle entspricht. Wie es in den 5 und 19 gezeigt ist, kann der Bearbeitungsdorn 206 ein Schneidelement 212 haben, wobei die jeweilige Höhen der Schneidoberflächen 218, 220 gegenüber der Schneidfläche 214 variabel sind. Insbesondere können die Schneidoberflächen 218, 220 hinsichtlich ihrer Höhe um einen Betrag bzw. ein Maß differieren, das gleich einer Hälfte der Tiefe d des Kanals ist, der letztlich bearbeitet wird. Wie es in den 5 und 20 gezeigt ist, kann das Profil des Schneidelementes 212 Abmessungen haben, die generell mit der Breite w und der Tiefe d der bearbeiteten Kanäle übereinstimmen. Es ist anzumerken, dass zwischen dem Bearbeitungsdorn 206 und der axialen Bohrung 22 des Isolators 14 Beziehungen hinsichtlich der Abmessungen existieren können, wobei diese jedoch nicht notwendig sind. Beispielsweise kann ein kleineres Schneidelement verwendet werden und es können mehrfache Durchgänge mittels des Bearbeitungsdorns durchgeführt werden, um eine äquivalente Kanaltiefe zu erreichen. In einem weiteren Beispiel kann es möglich sein, einen einzelnen Kanal zweimal so breit maschinell zu bearbeiten, um mehrfache Drähte aufnehmen zu können. Andere Beispiele sind natürlich möglich.

Die 21 und 22 zeigen partielle Ansichten einer weiteren Ausführungsform eines Bearbeitungsdorns 206', der zwei Schneidelemente 212, 212' zur maschinellen Bearbeitung von zwei Kanälen aufweist. Der dargestellte Bearbeitungsdorn 206' kann insbesondere brauchbar sein zum Herstellen von Isolatoren für zustandserfassende Zündkerzen, die die Aufnahme von mehrfachen Drähten, Anschlüssen, oder anderen Sensorkomponenten erfordern, wie die beispielhafte Thermoelement-Zündkerze 10. Es kann jedoch in ähnlicher Weise möglich sein, den Bearbeitungsdorn 206 mit mehrfachen Durchgängen bzw. Bearbeitungsschritten zu verwenden, um mehrfache Kanäle mit einem einzelnen Schneidelement 212 zu bilden. Es ist anzumerken, dass die Schneidflächen 214, 214' sich entlang der Länge des Bearbeitungsdorns hin zu dem zweiten Ende 216 erstrecken können, oder dass die Schneidflächen lediglich die Schneidelemente 212, 212' lokal umgeben können, und etwa einen generellen zylindrischen Abschnitt haben, der sich hin zu dem zweiten Ende erstreckt. Ferner ist es nicht notwendig, dass die mehrfachen Schneidelemente 212, 212' entlang der axialen Länge des Bearbeitungsdorns ausgerichtet sind. Beispielsweise ist es möglich, die axialen Positionen der Schneidelemente zu versetzen (”stagger”). Es kann auch möglich sein, mehr als zwei Schneidelemente zu inkludieren, wenn es gewünscht ist. Unter besonderer Bezugnahme auf 22 sind dort die Schneidelemente 212, 212' winklig bzw. in Umfangsrichtung orientiert, um den umfänglichen Umriss des Bearbeitungsdorns herum, und zwar unter einem Winkel α. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Winkel α etwa 60°, was den bearbeiteten Kanälen 52, 54 entspricht, die in 5 gezeigt sind. Andere Winkelorientierungen mit mehrfachen Schneidelementen sind natürlich möglich. Darüber hinaus können verschiedene andere Bearbeitungsdornstrukturen und Werkzeuganordnungs-Ausführungsformen verwendet werden, um den Bearbeitungsschritt 108 des Verfahrens 100 zu erzielen.

Wenn der Isolator bei dem Bearbeitungsschritt 108 ein ungebrannter Isolatorkörper ist oder ein teilweise gebrannter Isolatorkörper, kann es notwendig sein, einen darauffolgenden Sinter-, Erwärmungs-, Trocknungs- oder einen weiteren keramischen Verdichtungsprozess durchzuführen. Andere Verfahrensschritte sind natürlich möglich, einschließlich verschiedener Formgebungs-, Lapp- oder Polierschritte, oder Bohrvorgänge oder andere Formgebungsschritte für radiale Durchgänge, um Beispiele zu nennen. Schließlich wird der angepasste Isolator in einer zustandserfassenden Zündkerze montiert.

Es versteht sich, dass das Vorstehende eine Beschreibung von einer oder mehreren bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung ist. Die Erfindung ist nicht auf die hier offenbarte bestimmte Ausführungsform bzw. die hier offenbarten bestimmten Ausführungsformen beschränkt, sondern ausschließlich durch die nachstehenden Ansprüche definiert. Ferner beziehen sich die in der vorstehenden Beschreibung enthaltenen Aussagen auf bestimmte Ausführungsformen und sollen nicht als Beschränkungen des Schutzbereiches der Erfindung oder hinsichtlich der Definition von in den Ansprüchen verwendeten Begriffen verstanden werden, ausgenommen dort, wo ein Begriff oder eine Phrase ausdrücklich oben definiert ist. Verschiedene andere Ausführungsformen und verschiedene Änderungen und Modifikationen der offenbarten Ausführungsform(en) ergeben sich für den Fachmann. Sämtliche derartigen Ausführungsformen, Änderungen und Modifikationen sollen in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen.

In der vorliegenden Spezifikation und in den Ansprüchen sind die Begriffe ”zum Beispiel”, ”z. B.”, ”beispielsweise”, ”wie”, und ”wie beispielsweise”, sowie die Verben ”aufweisen”, ”haben”, ”enthalten” und deren andere Verbformen, wenn in Verbindung mit einer Auflistung von einem oder mehreren Bestandteilen oder anderen Einzelheiten verwendet, jeweils als nicht endend bzw. offen zu verstehen, was bedeutet, dass die Auflistung nicht so zu verstehen ist, dass andere, zusätzliche Bestandteile oder Einzelteile auszuschließen wären. Andere Begriffe sind unter Verwendung ihrer breitesten vernünftigen Bedeutung zu verstehen, es sei denn, sie werden in einem Kontext verwendet, der eine unterschiedliche Interpretation erfordert.

Die folgenden Absätze stellen Klauseln dar, die die Offenbarung der Erfindung komplementieren, jedoch nicht als Ansprüche angesehen werden. Jede dieser Klauseln kann mit jedem der Ansprüche kombiniert werden:

  • 1. KLAUSEL 1: Verfahren zum Herstellen eines Isolators für eine zustandserfassende Zündkerze, mit den Schritten:
  • – Bilden eines Isolatorkörpers aus keramischen Materialien, wobei der Isolatorkörper einen Nasenabschnitt, einen Anschlussabschnitt, einen Zwischenabschnitt zwischen dem Nasenabschnitt und dem Anschlussabschnitt, sowie eine axiale Bohrung aufweist, die sich entlang der axialen Länge des Isolatorkörpers erstreckt; und
  • – maschinelles Bearbeiten wenigstens eines Kanales entlang der axialen Bohrung des Isolatorkörpers, wobei der Kanal einen Draht für die zustandserfassende Zündkerze aufnimmt.
  • 2. KLAUSEL 2: Verfahren nach KLAUSEL 1, wobei die Keramikmaterialien eine Keramikpartikelzusammensetzung enthalten, die 87,7–98,19 Gew.-% Aluminiumoxid aufweist.
  • 3. KLAUSEL 3: Verfahren zum Herstellen eines Isolators für eine zustandserfassende Zündkerze, mit den Schritten:
  • – Halten eines Isolatorkörpers, der eine Axialbohrung aufweist, mittels eines Isolatorhalters;
  • – Anordnen eines Bearbeitungsdorns, der eines oder mehrere Schneidelemente aufweist, in der axialen Bohrung des Isolatorkörpers; und
  • – Bewegen des Bearbeitungsdorns relativ zu dem Isolatorkörper, indem ein Versatzgenerator mit dem Bearbeitungsdorn, mit dem Isolatorhalter, oder sowohl mit dem Bearbeitungsdorn als auch dem Isolatorhalter gekoppelt wird, wobei die relative Bewegung zwischen dem Bearbeitungsdorn und dem Isolatorkörper wenigstens einen Kanal entlang der axialen Bohrung des Isolatorkörpers bildet.
  • 4. KLAUSEL 4: Verfahren nach KLAUSEL 3, wobei der Bewegungsschritt eine axiale Stufen- bzw. Schrittbewegung mit leichten Zurückziehbewegungen beinhaltet, um das Entfernen von Spänen zu unterstützen.
  • 5. KLAUSEL 5: Werkzeugausrüstung zum Herstellen eines Isolators für eine zustandserfassende Zündkerze, mit:
  • – einem Bearbeitungsdorn, der eines oder mehrere Schneidelemente zum maschinellen Bearbeiten von Kanälen in einem Isolator aufweist;
  • – einem Isolatorhalter zum Festlegen des Isolators; und
  • – einem Versatzgenerator, der mit dem Bearbeitungsdorn, mit dem Isolatorhalter, oder sowohl mit dem Bearbeitungsdorn als auch dem Isolatorhalter gekoppelt ist, wobei der Versatzgenerator eine relative Bewegung zwischen dem Bearbeitungsdorn und dem Isolator bereitstellt, die dazu verwendet werden kann, um wenigstens einen Kanal in dem Isolator zu bilden.
  • 6. KLAUSEL 6: Werkzeugausrüstung nach KLAUSEL 5, wobei das eine oder die mehreren Schneidelemente diamantbeschichtet sind.
  • 7. KLAUSEL 7: Werkzeugausrüstung nach KLAUSEL 5 oder 6, wobei das eine oder die mehreren Schneidelemente eine Vielzahl von Schneidflächen aufweisen.
  • 8. KLAUSEL 8: Werkzeugausrüstung nach einer der KLAUSELN 5 bis 7, wobei ein Führungselement verwendet wird, um den Bearbeitungsdorn zu halten.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur

  • US 7169723 [0043]