專利名稱：密封裝置及用于密封的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及獨立權(quán)利要求所述類型的密封裝置及用于密封的方法。
為了保證例如一個火花塞的功能，不允許有任何的發(fā)動機氣體從火花塞殼體與火花塞的陶瓷絕緣體之間漏出。陶瓷絕緣體必需被這樣地密封安裝在火花塞殼體中，以使得在220℃的最高溫度時能保證高至20巴(bar)的氣密度。
為此目的例如已公開了“熱組裝”，其中當(dāng)裝入陶瓷絕緣體后使火花塞殼體在一個收縮區(qū)的區(qū)域上加熱到約950℃。在此期間通過施加的力使火花塞殼體壓緊在陶瓷絕緣體上。當(dāng)收縮區(qū)冷卻時在火花塞殼體中相對陶瓷絕緣體形成拉應(yīng)力。接著退回所施加的力。以此方式，陶瓷絕緣體被相對火花塞殼體氣密地密封。
用于使陶瓷絕緣體相對火花塞殼體氣密地密封的另一方法是通過借助粉未密封的“冷組裝”方法來實現(xiàn)的。在此，陶瓷絕緣體與細陶瓷粉未一起在力作用下被壓入到火花塞殼體中。然后，通過它使陶瓷絕緣體插入火花塞殼體的火花塞殼體上邊緣在一個卷邊工序中借助軸向力被翻轉(zhuǎn)，以使得火花塞殼體在其上邊緣也緊靠在陶瓷絕緣體上及使陶瓷絕緣體氣密密封地保持在火花塞殼體中。
發(fā)明的優(yōu)點相比之下，具有獨立權(quán)利要求特征的、根據(jù)本發(fā)明的密封裝置及根據(jù)本發(fā)明的密封方法具有其優(yōu)點，即陶瓷基體在一個外壁上具有至少一個環(huán)繞的溝槽，在該溝槽區(qū)域中殼體形狀鎖合地被壓緊在陶瓷基體上。以此方式，該密封裝置可在室溫下實現(xiàn)組裝。由此使所有通用的抗腐蝕保護層、如鋅，透明鉻酸鈍化層或抗腐蝕漆在密封裝置組裝前可施加到金屬殼體上。此外也不需要陶瓷基體在殼體的上邊緣區(qū)域中-通過它使陶瓷基體插入殼體-必需具有一個肩，例如在火花塞上情況就是這樣，以接收殼體上邊緣的卷邊。相反地，氣密的密封僅通過在所述至少一個溝槽的區(qū)域中殼體壓緊在陶瓷基體上來保證。通過取消所述的肩可使陶瓷基體被作成具有更小的橫截面積及由此具有更小的直徑。首先這對于該密封裝置在火花塞，熾熱頭引火塞或λ探頭上的應(yīng)用是有利的，因為以此方式可節(jié)省汽缸頭中或排氣側(cè)的結(jié)構(gòu)空間及由此可提供給其它部件、如噴射閥或冷卻通道使用。
通過在從屬權(quán)利要求中描述的措施可實現(xiàn)根據(jù)獨立權(quán)利要求的密封裝置及方法的有利的進一步構(gòu)型及改進。
有利的是，陶瓷基體與殼體至少部分地被焊接。以此方式可使該密封裝置的氣密度更增高。
用于使陶瓷基體在金屬殼體中密封的一個特別簡單的方法在于在第一步驟中在機械成形方法的范圍中將陶瓷基體相對殼體基本同軸心地插入到殼體中，及在第二步驟中將一個縮小環(huán)或變薄拉伸環(huán)套在殼體的一個外邊界上及向徑向方向壓向至少一個溝槽，以便使殼體在所述至少一個溝槽的區(qū)域中密封地壓緊在陶瓷基體上。該過程僅需要很小的組裝及工具成本。
此外有利的是，縮小環(huán)或變薄拉伸環(huán)(Abstreckring)也在相對所述至少一個溝槽的切向上壓在殼體的外邊棱上，而陶瓷基體逆著切向力地被保持在殼體中。以此方式，殼體在所述至少一個溝槽的區(qū)域中不僅在徑向而且在切向上相對所述至少一個溝槽被壓在該溝槽的邊界壁上，由此可實現(xiàn)殼體與陶瓷基體之間所達到的形狀鎖合的更高的氣密度。
氣密度的進一步提高可這樣地實現(xiàn)在所述至少一個溝槽的區(qū)域中使殼體形狀鎖合地壓緊在陶瓷基體上的第二步驟前將殼體加熱，由此使它伸長；及在第二步驟后使殼體冷卻，由此使它收縮及在殼體中相對所述至少一個溝槽區(qū)域中的陶瓷基體形成拉應(yīng)力。并且通過該措施提高了形成在陶瓷基體與金屬殼體之間的密封的熱密封度。在此，對于熱密封度應(yīng)理解為在加熱時密封裝置的密封度，尤其是氣密度。
另一優(yōu)點在于，殼體被加熱到約300℃。以此方式，在密封裝置組裝前或陶瓷基體在金屬殼體中密封前可以施加上所有通用的抗腐蝕保護層、如鋅，透明鉻酸鈍化層或抗腐蝕漆，而不會通過加熱使抗腐蝕保護層達到它的熔點。
另一優(yōu)點在于，當(dāng)殼體被加熱期間陶瓷基體被冷卻。以此方式可增高殼體與陶瓷基體之間的溫度差，以使得在殼體冷卻后在殼體中在至少一個溝槽的區(qū)域中相對陶瓷基體形成的拉應(yīng)力增高。
本發(fā)明的實施例被表示在附圖中及在以下的說明中詳細地描述。附圖為圖1根據(jù)本發(fā)明的用于密封的方法的基本方法步驟，及圖2通過該方法構(gòu)成的、根據(jù)本發(fā)明的密封裝置。
具體實施例方式
圖1中用標號1表示一個密封裝置，它例如可用于火花塞、熾熱頭引火塞或λ探頭。在火花塞或熾熱頭引火塞的情況下，該密封裝置被安裝在發(fā)動機室中，例如被安裝在汽缸頭中，而在λ探頭的情況下被安裝在排氣管中。該密封裝置1包括一個陶瓷基體5，該基體在其外壁15上具有至少一個環(huán)繞的溝槽20。根據(jù)圖1表示出9個環(huán)繞的溝槽20。在此，圖1以一個縱截面表示待構(gòu)成的密封裝置1。這里，這些溝槽20是以在外壁15上環(huán)繞的收縮結(jié)構(gòu)的形式來實現(xiàn)的，它們減小了陶瓷基體5的橫截面積或橫截面的直徑。在安裝該密封裝置1的第一方法步驟中，該陶瓷基體5沿一個金屬殼體10的縱軸線45被導(dǎo)入或插入在該金屬殼體10中。其中陶瓷基體5具有一個密封座40，當(dāng)陶瓷基體導(dǎo)入殼體10時它將用該密封座與在殼體10內(nèi)部突起的密封環(huán)50形成接觸。
陶瓷基體5現(xiàn)在基本上相對縱軸線45與殼體10同軸心地位于根據(jù)圖1的殼體10中。在此，殼體10在陶瓷基體5的最下面、靠近密封座40的溝槽55的區(qū)域中具有一個環(huán)繞的外邊棱35。在第二方法步驟中，在該外邊棱35上放置一個縮小環(huán)或變薄拉伸環(huán)30。在此，該縮小環(huán)或變薄拉伸環(huán)30的內(nèi)徑從小于外邊棱35的直徑的一個值延伸到大于外邊棱35的直徑的一個值。這里，對于該實施例將示范地假設(shè)；陶瓷基體5及殼體10基本上是旋轉(zhuǎn)對稱地設(shè)置的及具有基本上圓面形或圓環(huán)形的橫截面。如果現(xiàn)在將該縮小環(huán)或變薄拉伸環(huán)30用其-如所述地變化的-內(nèi)徑放置在外邊棱35上及在與陶瓷基體5的插入方向相反的、根據(jù)標號56所示的箭頭方向上用壓緊力壓在外邊棱35上，則在陶瓷基體5上在溝槽20的區(qū)域中作用有徑向及切向的力。在此，這些徑向力朝向縱軸線45及由此向著溝槽20并垂直于箭頭方向56。這些切向力相對溝槽20切向地延伸及由此延伸在箭頭方向56上。在該過程中，陶瓷基體5將在圖1中以標號60表示的插入方向上及由此在逆著箭頭方向56的方向上延伸，被壓入殼體10中及在密封環(huán)50與密封座40的區(qū)域上被固定在殼體10中。外邊棱35是殼體10的外壁70上的突出部分65的一部分。在此，殼體10的突出部分65基本上延伸在插入殼體10中的陶瓷基體5具有溝槽20的區(qū)域中。在此，縮小環(huán)或變薄拉伸環(huán)30在箭頭方向56上被逆著插入方向60地開始在外邊棱35上用相應(yīng)的壓力被推移到突出部分65上，由此使殼體10在突出部分65及由此在溝槽20的區(qū)域上形狀鎖合地被壓緊在陶瓷基體5上。由于所述的縮小環(huán)或變薄拉伸環(huán)30可變的內(nèi)徑，該變徑環(huán)具有小于外邊棱35的直徑及由此具有如圖1中所示的小于突出部分65的直徑的值，因此將突出部分65縮小到縮小環(huán)或變薄拉伸環(huán)30的最小的內(nèi)徑上。這被表示在圖2中，其中用標號75表示這樣地構(gòu)成的殼體10與陶瓷基體5之間在壓緊后的形狀鎖合的連接。在此，殼體10在溝槽20的區(qū)域中緊靠在溝槽20的邊界壁的一定部分上。在由縮小環(huán)或變薄拉伸環(huán)30在突出部分65上沿箭頭方向56移動時的合適壓力的情況下在殼體10與陶瓷基體5之間溝槽20的區(qū)域中形成的連接也是氣密的，例如直到20巴(bar)。所述的用于在溝槽20的區(qū)域中將殼體10壓緊在陶瓷基體5上的方法是一種機械的成形方法。
對于所述機械的成形方法變換地，也可考慮例如借助一個圓頭鉗或一個壓力機在徑向上相對縱軸線45使殼體10在突出部分65上被壓縮及由此壓緊到溝槽20上，以便將殼體10在溝槽20的區(qū)域中壓緊在陶瓷基體5上。在該替換的實施例中將不施加如在根據(jù)圖1的實施例中由箭頭56所示的切向力。但在相應(yīng)的徑向壓力的情況下，也同樣在溝槽20的區(qū)域中在殼體10與陶瓷基體5之間實現(xiàn)相應(yīng)的氣密連接，其中也如圖2中所示地將殼體10壓緊貼靠在溝槽20的邊界壁的一定部分上。
所述的徑向和/或切向力也可變換地或附加地通過磁成形方法來實現(xiàn)，在該方法中在短時間中在突出部分65的區(qū)域中形成一個相應(yīng)的強磁場，以使得殼體10以所述方式被壓緊在陶瓷基體5上。
現(xiàn)在還可附加地考慮，在第二方法步驟以前特別是在突出部分65中加熱殼體10。由此使殼體10在突出部分65的區(qū)域中在縱軸線45的方向上延長。在此，殼體10的加熱可在陶瓷基體5導(dǎo)入殼體10前或后進行。當(dāng)殼體10在第二方法步驟后再被冷卻時，則它在突出部分65的區(qū)域中收縮，由此在殼體10中相對溝槽20區(qū)域中的陶瓷基體5構(gòu)成拉應(yīng)力。該拉應(yīng)力提高了通過所述磁成形方法和/或機械成形方法形成的、如圖2所示的殼體10與陶瓷基體5之間連接處的氣體密封度。該效應(yīng)也可這樣來增強，即當(dāng)殼體10被加熱期間將陶瓷基體5冷卻或保持冷態(tài)。在陶瓷基體5與殼體10之間的溫度差以此方式得以提高，以使得在殼體10冷卻后形成的拉應(yīng)力更加增高。因殼體10加熱引起的拉應(yīng)力也導(dǎo)致密封裝置的熱密封度的提高，即提高了密封裝置工作在高溫時的密封度，如對于火花塞、熾熱頭引火塞或λ探頭就是這種情況。
有利地，為了形成所需拉應(yīng)力，殼體10被加熱到一個溫度上，該溫度低于通用的抗腐蝕保護層、如鋅，透明鉻酸鈍化層或抗腐蝕漆的熔化溫度。由此具有其優(yōu)點，即在密封裝置1組裝前金屬殼體10可設(shè)有這種抗腐蝕保護層，然后當(dāng)殼體10被加熱以便形成所希望的拉應(yīng)力時它不會熔化及由此不會被破壞。在此情況下金屬殼體10被加熱到約300℃，不但可滿足形成所需拉應(yīng)力的條件，而且該溫度也低于所有通用的抗腐蝕保護層的熔化溫度。
該所述的加熱過程在下面被稱為“半熱組裝”。
對于半熱組裝替代地或附加地，由所述磁成形方法或機械成形方法構(gòu)成的密封裝置1的氣密性也可這樣來提高，即在一個第三方法步驟中陶瓷基體5與殼體10至少局部地焊接。為此需要使用一種焊劑，該焊劑既不會侵蝕金屬殼體10也不會侵蝕陶瓷基體5。對此例如一種銀焊劑可滿足要求。在此，氣密度尤其可這樣來提高，即陶瓷基體5與殼體10在溝槽20的區(qū)域中被焊接，其中已在第二方法步驟中通過所述磁成形方法和/或機械成形方法及需要時通過所述的半熱組裝在陶瓷基體5與殼體10之間已實現(xiàn)了密封。
所提及的在陶瓷基體5中的溝槽的數(shù)目可大于或等于1地任意選擇。
陶瓷基體5可構(gòu)成為一個火花塞的絕緣體及在此情況下也被稱為火花塞絕緣子。金屬殼體10在此情況下則被稱為火花塞的火花塞殼。
但替換地，陶瓷基體5也可構(gòu)成為一個熾熱頭引火塞的加熱銷，其中金屬殼體10則為熾熱頭引火塞的塞殼。
但替換地陶瓷基體5也可構(gòu)成為一個λ探頭的基體，其中金屬殼體10則為λ探頭的殼體。
權(quán)利要求
1.密封裝置(1)，尤其用于發(fā)動機室或排氣管，它包括一個陶瓷基體(5)及一個金屬殼體(10)，其特征在于陶瓷基體(5)在一個外壁(15)上具有至少一個環(huán)繞的溝槽(20)，在該溝槽區(qū)域中所述殼體形狀鎖合地被壓緊在所述陶瓷基體(5)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的密封裝置(1)，其特征在于陶瓷基體(5)與殼體(10)至少部分地被焊接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的密封裝置(1)，其特征在于陶瓷基體(5)與殼體(10)在所述至少一個溝槽(20)的區(qū)域中被焊接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，2或3的密封裝置(1)，其特征在于陶瓷基體(5)被構(gòu)成為一個火花塞的絕緣體及殼體(10)是火花塞的一個火花塞殼。
5.根據(jù)權(quán)利要求1，2或3的密封裝置(1)，其特征在于陶瓷基體(5)被構(gòu)成為一個熾熱頭引火塞的加熱銷及殼體(10)是熾熱頭引火塞的塞殼。
6.根據(jù)權(quán)利要求1，2或3的密封裝置(1)，其特征在于陶瓷基體(5)被構(gòu)成為一個λ探頭的基體及殼體(10)是λ探頭的殼體。
7.用于在一個金屬殼體(10)中密封一個陶瓷基體(5)的方法，其特征在于在第一步驟中將陶瓷基體(5)插入到殼體(10)中，及在第二步驟中在至少一個設(shè)在陶瓷基體(5)的一個外壁(15)上的環(huán)繞的溝槽(20)的區(qū)域中使殼體(10)形狀鎖合地被壓緊在陶瓷基體(5)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于在第二步驟中殼體(10)通過磁成形方法被壓緊。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8的方法，其特征在于在第二步驟中殼體(10)通過機械成形方法被壓緊。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于在第一步驟中將陶瓷基體(5)相對殼體(10)基本同軸心地插入到殼體(10)中，及在第二步驟中將一個縮小環(huán)或變薄拉伸環(huán)(30)套在殼體(10)的一個外邊棱(35)上及徑向地向所述至少一個溝槽(20)的方向上加壓，以便使殼體(10)在所述至少一個溝槽(20)的區(qū)域中密封地壓緊在陶瓷基體(5)上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于縮小環(huán)或變薄拉伸環(huán)(30)也在相對所述至少一個溝槽(20)的切向上被壓在殼體(10)的外邊棱(35)上，而陶瓷殼體(5)被逆著所述切向力地被固定在殼體(10)中。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11中一項的方法，其特征在于在第二步驟前將殼體(10)加熱，由此使它伸長；及在第二步驟后使殼體(10)冷卻，由此使它收縮及在殼體(10)中相對至少一個溝槽(20)區(qū)域中的陶瓷基體(5)形成拉應(yīng)力。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于殼體(10)被加熱到約300℃。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13的方法，其特征在于當(dāng)殼體(10)被加熱期間陶瓷基體(5)被冷卻。
15.根據(jù)權(quán)利要求7至14中一項的方法，其特征在于在一個第三步驟中陶瓷基體(5)與殼體(10)至少局部地被焊接。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于陶瓷基體(5)與殼體(10)在至少一個溝槽(20)的區(qū)域中被焊接。
全文摘要
本發(fā)明提出一種密封裝置(1)及用于密封的方法，它們可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)空間的減小及在室溫下的組裝。該密封裝置(1)包括一個陶瓷基體(5)及一個金屬殼體(10)。陶瓷基體(5)在一個外壁(15)上具有至少一個環(huán)繞的溝槽(20)，在該溝槽區(qū)域中殼體形狀鎖合地被壓緊在陶瓷基體(5)上。
文檔編號H01T21/00GK1599968SQ02824392
公開日2005年3月23日 申請日期2002年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月7日
發(fā)明者克勞斯·赫拉斯特尼克, 西蒙·施米廷格, 迪特爾·霍爾茨 申請人:羅伯特·博施有限公司