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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbrennungsdrucksensoren zur Verwendung in Brennkraftmaschinen und, genauer gesagt, auf eine einen Verbrennungsdrucksensor aufweisende Glühkerze zum Erfassen eines Drucks in einer Brennkammer, die in einem Zylinderkopf ausgebildet ist, um zu ermöglichen, eine Maschine basierend auf dem erfassten Druck zu steuern, so dass ein optimierter Verbrennungszustand erreicht wird.
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Üblicherweise ist zu diesem Zweck eine Glühkerze mit einem Verbrennungsdrucksensor, die aus einer Glühkerze besteht, welche eine Brennkammer beim Anlassen einer Maschine vorwärmt, und eine Brennkammer bekannt, die einstückig aufgebaut sind, um einen Druck im Inneren der Brennkammer zu erfassen. Die Druckschrift
JP 2005 - 90 954 A zeigt ein Beispiel eines derartigen Aufbaus, wie er in
3 gezeigt ist.
3 ist eine typische Ansicht, die eine einen Verbrennungsdrucksensor aufweisende Glühkerze
300 des Stands der Technik zeigt, die an einem Zylinderkopf
301 montiert ist.
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Nachfolgend sind aus Gründen der Darstellungsdienlichkeit ein oberer Bereich und ein unterer Bereich in 3 als ein Basisende oder Basisendabschnitt bzw. als ein vorderes Ende oder ein vorderer Endabschnitt bezeichnet.
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Die den Verbrennungsdrucksensor aufweisende Glühkerze 300 hat einen Heizstab 31, dessen vorderes Ende zu einer Brennkammer 302 hin freiliegt und dessen Basisendabschnitt mit einem Zwischenschaft 37 verbunden ist, der aus Metall hergestellt ist, um als eine Elektrode zu wirken. Der Zwischenschaft 37 und ein Heizbauteil sind elektrisch miteinander verbunden. Der Zwischenschaft 37 steht von einem Gehäuse 30 vor und ist mit einem Kontaktrohr 34 über einen O-Ring 38 fest gehalten.
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Mit einem derartigen Aufbau wird der Heizstab 31 in Erwiderung auf Schwankungen des Verbrennungsdrucks im Inneren der Brennkammer 302 in Richtung des Basisendes der den Verbrennungsdrucksensor aufweisenden Glühkerze 300 versetzt. Dies veranlasst das Kontaktrohr 34, das an dem Heizstab 31 befestigt ist, in Richtung des Basisendes versetzt zu werden. Mit einem derartigen Versatz wird ein fest an einem Basisende des Kontaktrohrs 34 gesicherter Abschnitt einer Membran 35, die über das Gehäuse 30 an dem Zylinderkopf 301 befestigt ist, in Richtung des Basisendes relativ zu einem an dem Gehäuse 30 befestigtem anderen Abschnitt versetzt. Dies verursacht eine Dehnung der Membran 35. Ein Verbrennungsdrucksensor 36, der an einem Basisende der Membran 35 platziert ist, erfasst einen Druck im Inneren der Brennkammer 302 basierend auf dieser Dehnung.
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Bei dem in 3 gezeigten Aufbau des Stands der Technik nimmt der Verbrennungsdrucksensor 36 die Form einer zu einer Außenluft hin freiliegenden Struktur an. Mit einer derartigen Struktur wirkt die Außenluft, die an einem Basisendabschnitt des Zylinderkopfs 301 vorherrscht, direkt auf den Verbrennungsdrucksensor 36. Der Verbrennungsdrucksensor 36 erfasst die Brennkammer somit mit einer verminderten Genauigkeit. Insbesondere dadurch, dass der Verbrennungsdrucksensor 36 angeordnet ist, um den Verbrennungsdruck basierend auf geringen Veränderungen einer sich aus Schwankungen des Verbrennungsdrucks ergebenden Dehnung zu erfassen, tritt ein pyroelektrischer Effekt aufgrund einer in der Außenluft enthaltenden Feuchtigkeit auf. Dies veranlasst den Verbrennungsdrucksensor 36 dazu, ein Ausgabesignal mit Veränderungen zu erzeugen, die durch den pyroelektrischen Effekt verursacht werden, was zu einer Erfassung des Verbrennungsdrucks mit einer verminderten Genauigkeit führt.
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Mit einem derartigen Aufbau des Stands der Technik, wie er vorhergehend beschrieben ist, kann ein Versuch gemacht werden, ein Gehäusebauteil zum Abdecken des Verbrennungsdrucksensors 36 bereitzustellen. Um den Verbrennungsdrucksensor 36 vollständig von der Außenluft abzutrennen, müssen das Gehäusebauteil und der Zwischenschaft 37, die aus Metall hergestellt sind, durch Schweißen hermetisch abgedichtet werden. Wenn dies der Fall ist, sind das Gehäusebauteil und der Zwischenschaft 37 aneinander befestigt, was es schwierig macht, den Heizstab 31 und das Kontaktrohr 34 in einer axialen Richtung zu versetzen. Somit kann der Verbrennungsdrucksensor 36 keinen Aufbau mehr haben, der dazu nötig ist, um den Verbrennungsdruck zu erfassen.
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Um sich einer derartigen Sache anzunehmen, kann das Gehäusebauteil angeordnet sein, um den Zwischenschaft 37 durch beispielsweise einen O-Ring festzuhalten. Sogar mit einer derartigen Anordnung entsteht ein Zug an einem Kontaktabschnitt zwischen dem Verpackungsbauteil und dem O-Ring aufgrund eines Gleitwiderstands, der an diesem während einem axialen Versatz des Zwischenschafts 37 auftritt. Dies führt zu einem Unterdrücken des Versetzens des Heizstabs 31, was dazu führt, dass es für den Verbrennungsdrucksensor 36 schwierig wird, den Verbrennungsdruck mit hoher Genauigkeit zu erfassen. Zudem hat der O-Ring einen mit dem Zwischenschaft 37 in Kontakt gehaltenen Bereich, der bei einem Betrieb des Verbrennungsdrucksensors 36 zunehmend abgenutzt wird. Somit tritt für den O-Ring die Schwierigkeit auf, eine hermetische Abdichtwirkung sicherzustellen, wodurch das Risiko für den Verbrennungsdrucksensor 36 entsteht, dass ein pyroelektrischer Effekt auftritt.
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Die Druckschrift
JP 2007 - 177 782 A offenbart, dass ein Drucksensor an einer Membran angeordnet ist, die sich in Erwiderung auf ein Gleiten einer Heizbaugruppe deformiert. Die Membran ist an einem Gehäuse
1 wie auch an einem zylindrischen Bauteil fixiert, das mechanisch mit der Heizbaugruppe verbunden ist und sich zu dem hinteren Ende hin erstreckt.
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Die Druckschrift
DE 100 42 880 A1 offenbart ein aus einem flexiblen Material ausgebildetes Elektrodenverbindungsstück.
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Die Druckschrift
DE 42 03 183 C2 offenbart eine metallische Leitung in Form eines flexiblen Drahts, und eine isolierende Buchse.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Druck einer Brennkammer mit hoher Präzesion zu erfassen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Glühkerze gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß ist eine einen Verbrennungsdrucksensor aufweisende Glühkerze bereitgestellt, mit einem Heizbauteil, das angepasst ist, um in ein Ende eines Kerzenlochs platziert zu werden, um eine Temperatur einer Brennkammer zu erhöhen, mit einem zylindrischen Bauteil, das fest an einer Außenumfangswand des Heizbauteils gesichert ist, mit einem Gehäuse, das angepasst ist, um fest an dem Kerzenloch gesichert zu sein und das eine Außenumfangswand des zylindrischen Bauteils hält, damit dieses zum axialen Versatz in der Lage ist, mit einer Membran, die fest an dem Gehäuse und dem zylindrischen Bauteil gehalten ist, mit einem Verbrennungsdrucksensor, der an der Membran montiert ist und der zum Erfassen eines Verbrennungsdrucks der Brennkammer auf eine aufgrund eines axialen Versatzes des zylindrischen Bauteils in der Membran auftretende Dehnung anspricht, mit einer Abdeckung, die mit dem Gehäuse zum Festlegen eines geschlossenen Luftzwischenraums verbunden ist, um den Verbrennungsdrucksensor hermetisch unterzubringen, und die eine Einbringbohrung aufweist, und mit einem Leitungskabel, das flexibel ist und mit dem Heizbauteil fest verbunden ist, um diesem einen elektrischen Strom zuzuführen, wobei sich das Leitungskabel durch die Einbringbohrung erstreckt und mit einer Innenumfangswand der Einbringbohrung hermetisch abgeschlossen verbunden ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die den Verbrennungsdrucksensor aufweisende Zündkerze bereitgestellt, die einen Aufbau einschließlich des Leitungskabels aufweist, das anstelle des bei dem Aufbau des Stands der Technik verwendeten metallenen Zwischenschafts vorgesehen ist. Das heißt, dass das flexible Leitungskabel als ein Bauteil dient, das zum Zuführen von elektrischem Strom zu dem Heizbauteil mit dem Heizbauteil verbunden ist. Zudem ist ein hermetisch abdichtender Aufbau vorgesehen, um den Verbrennungssensor hermetisch abgeschlossen unterzubringen.
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Mit einem derartigen Aufbau kann der Verbrennungssensor in einem geschlossenen Raum zwischen dem Gehäuse und der Abdeckung hermetisch abgeschlossen untergebracht sein. Dies verhindert das Auftreten eines pyroelektrischen Effekts an dem Verbrennungssensor, wodurch es ermöglicht wird, dass der Verbrennungssensor den Verbrennungsdruck mit hoher Genauigkeit erfasst.
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Auch wenn das Heizbauteil in Erwiderung auf Schwankungen in der Brennkammer axial versetzt wird, kann das an dem Heizbauteil befestigte Leitungskabel durch die ihm eigene Flexibilität gebogen werden. Dies verhindert, dass ein Verbindungsabschnitt zwischen dem Leitungskabel und der Einbringbohrung der Abdeckung das Auftreten eines Zugs erleidet, was einen geringen Versatz des Heizelements stört. Demnach tritt für den Verbrennungssensor kein Hindernis auf, den Verbrennungsdrucks mit hoher Genauigkeit zu erfassen.
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Bei der den Verbrennungsdrucksensor aufweisenden Glühkerze des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann das Leitungskabel vorzugsweise einen leitfähigen Draht und eine abschirmende Schicht aufweisen, die aus einem Isoliermaterial hergestellt ist und einen Außenumfang des flexiblen, leitfähigen Drahts bedeckt.
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Mit einem derartigen Aufbau kann die Isolierung des Leitungskabels sichergestellt werden, wodurch es für den Verbrennungsdrucksensor möglich wird, den Verbrennungsdruck mit hoher Genauigkeit zu erfassen.
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Bei der den Verbrennungsdrucksensor aufweisenden Glühkerze des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann der Verbrennungsdrucksensor vorzugsweise eines von einem piezoelektrischen Element und einem Dehnungsmessstreifen aufweisen.
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Ein derartiger Aufbau ermöglicht es dem Heizelement, in Erwiderung auf Schwankungen des Verbrennungsdrucks axial versetzt zu werden, wobei eine Dehnung der Membran mit hoher Genauigkeit erfasst werden kann.
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Bei der den Verbrennungsdrucksensor aufweisenden Glühkerze des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann vorzugsweise ein Zwischenraum zwischen einer Außenumfangswand des Leitungskabels und einer Innenumfangswand des zylindrischen Bauteils vorgesehen sein.
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Das Leitungskabel kann einem Vibrieren mit dessen Eigenschwingung aufgrund von Vibrationen unterliegen, die durch eine externe Quelle an der den Verbrennungsdrucksensor aufweisende Glühkerze ausgeübt werden. Falls das Leitungskabel mit einem Innenumfang des zylindrischen Bauteils in Kontakt gebracht wird, erzeugt die Brennkammer ein Ausgabesignal, das in Anwesenheit einer derartigen Eigenschwingung mit einem Rauschen überlagert wird, wodurch eine Genauigkeit des Erfassens des Verbrennungsdrucks herabgesetzt wird. Um einem derartigen nachteiligen Effekt entgegenzuwirken, ist der Zwischenraum zwischen der Außenumfangswand des Leitungskabels und der Innenumfangswand des zylindrischen Bauteils vorgesehen, um das Auftreten eines Anlagekontakts zwischen dem Leitungskabel und dem zylindrischen Bauteil zu verhindern, was ein Auftreten des Rauschens verhindert.
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Bei der den Verbrennungsdrucksensor aufweisenden Glühkerze des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann der Zwischenraum vorzugsweise dermaßen beabstandet sein, dass es nicht dazu kommt, dass die Außenumfangswand des Leitungskabels und die Innenumfangswand des zylindrischen Bauteils miteinander in Kontakt gebracht werden, wenn sich das Leitungskabel aufgrund eines durch eine Schwankung des Verbrennungsdrucks verursachten axialen Versatzes des Heizbauteils am stärksten verbiegt.
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Bei einem derartigen Aufbau gibt es sogar dann, wenn das Heizbauteil mit einem maximalen Ausmaß axial versetzt wird, um das Leitungskabel dazu zu bringen, sich am stärksten zu biegen, kein Risiko dafür, dass die Außenumfangswand des Leitungskabels und die Innenumfangswand des zylindrischen Bauteils miteinander in Kontakt gebracht werden. Dies verhindert, dass der Verbrennungsdrucksensor eine herabgesetzte Erfassungsgenauigkeit aufweist, die daraus resultiert, dass der Verbrennungsdrucksensor das mit einem Rauschen überlagerte Ausgabesignal erzeugt.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die den Verbrennungsdrucksensor aufweisenden Glühkerze vorzugsweise des Weiteren ein Schwingungen unterdrückendes Bauteil (Antivibrationsbauteil) aufweisen, das in dem Zwischenraum zwischen der Außenumfangswand des Leitungskabels und der Innenumfangswand des zylindrischen Bauteils angeordnet ist.
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Als ein Ergebnis des wiederholten Vorkommens der Eigenschwingung des Leitungskabels aufgrund von an der Glühkerze mit dem Verbrennungsdrucksensor ausgeübten Vibrationen gibt es das Risiko, dass eine Dauerschwingung auftritt, die bei dem Leitungskabel zum Versagen führt. Daher ermöglicht das Platzieren des Antivibrationsbauteils in dem Zwischenraum zwischen dem Leitungskabel und der Innenumfangswand des zylindrischen Bauteils das Dämpfen der Eigenschwingung des Leitungskabels. Zudem verhindert das Antivibrationsbauteil das Auftreten eines Kontakts zwischen der Außenumfangswand des Leitungskabels und der Innenumfangswand des zylindrischen Bauteils, wodurch verhindert wird, dass ein Rauschen das Ausgabesignal des Verbrennungsdrucksensors überlagert.
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Bei der den Verbrennungsdrucksensor aufweisenden Glühkerze des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann das Antivibrationsbauteil vorzugsweise aus einem elastischen Material hergestellt sein. Mit dem aus einem elastischen Material hergestellten Antivibrationsbauteil wird es möglich, zu verhindern, dass Vibrationen des das mit einer Eigenschwingung vibrierenden Antivibrationsbauteils zu den zylindrischen Bauteilen übertragen werden.
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Bei der den Verbrennungsdrucksensor aufweisenden Glühkerze des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann das Heizbauteil vorzugsweise eine keramische Heizeinrichtung aufweisen. Ein derartiger Aufbau ermöglicht das Bereitstellen einer Glühkerze mit einem Verbrennungsdrucksensor, die eine hervorragende Stromzufuhrbeständigkeit mit einer Fähigkeit zum schnellen Erhöhen einer Brennkammertemperatur zeigt.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Längsquerschnittsansicht, die eine einen Verbrennungsdrucksensor aufweisende Glühkerze eines Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 2 ist eine Querschnittsansicht, die einen wesentlichen Teil einer einen Verbrennungsdrucksensor aufweisenden Glühkerze eines weiteren Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 3 ist eine Querschnittsansicht, die einen wesentlichen Teil einer einen Verbrennungsdrucksensor aufweisenden Glühkerze des Stands der Technik zeigt.
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Nachfolgend sind einen Verbrennungsdrucksensor aufweisende Glühkerzen verschiedener Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung ausführlich mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht dahingehend zu deuten, dass sie auf die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt ist, und technische Konzepte der vorliegenden Erfindung können in Verbindung mit anderen bekannten Technologien oder mit einer weiteren Technologie umgesetzt werden, die zu derartigen bekannten Technologien äquivalente Funktionen aufweist.
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Mit Bezug auf 1 ist eine einen Verbrennungsdrucksensor aufweisende Glühkerze 100 eines Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die den Verbrennungsdrucksensor aufweisende Glühkerze 100 ist an einem Zylinderkopf 1 einer Brennkraftmaschine, wie z. B. einer Dieselmaschine eines Motorfahrzeugs montiert. Die Glühkerze 100 ist angeordnet, um eine Temperatur einer Brennkammer 2 bei einem Zünden und Anlassen der Brennkraftmaschine zu erhöhen, während ein Verbrennungsdruck der Brennkammer 2 zum Erzeugen eines Ausgabesignals erfasst wird, das einen Verbrennungszustand während dem Zünden und dem Anlassen der Maschine wiedergibt. Dieses Ausgabesignal wird an eine elektronische Steuereinheit (nicht gezeigt) rückgeführt, um eine Maschinensteuerung auszuführen. Nachfolgend ist ein grundlegender Aufbau der den Verbrennungsdrucksensor aufweisenden Glühkerze 100 ausführlich beschrieben.
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In der nachfolgenden Beschreibung bezieht sich zur Darstellungsverständlichkeit der Ausdruck „distaler Endabschnitt“ auf einen unteren Abschnitt des in 1 gezeigten Aufbaus und der Ausdruck „Basisendabschnitt“ bezieht sich auf einen oberen Abschnitt des in 1 gezeigten Aufbaus.
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(Grundlegender Aufbau)
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Die den Verbrennungsdrucksensor aufweisende Glühkerze 100 hat ein Gehäuse 10, das aus einem Metallmaterial wie z. B. einem rostfreien Stahl oder dergleichen hergestellt ist und ein äußeres Profil aufweist, das in einer annähernd gestuften zylindrischen Gestalt ausgebildet ist, die aus einem Abschnitt mit geringem Durchmesser 10a, der an dem distalen Endabschnitt ausgebildet ist, und einem Abschnitt mit großem Durchmesser 10b besteht, der an dem Basisendabschnitt ausgebildet ist. Das Gehäuse 10 ist an dem Zylinderkopf 1 derart montiert, dass der Abschnitt mit geringem Durchmesser 10a in einem in dem Zylinderkopf 1 ausgebildeten Kerzenloch 1b angeordnet ist und dass sich der Abschnitt mit großem Durchmesser 10b in einem Bereich außerhalb des Zylinderkopfs 1 befindet. Das Gehäuse 10 hat einen Gewindemontierabschnitt 10c, der an dem Abschnitt mit geringem Durchmesser 10a ausgebildet ist und in einem Schraubeingriff mit einem an dem Kerzenloch 1b ausgebildeten Innengewindeabschnitt 1d gehalten ist. Mit einer derartigen Anordnung wird das Gehäuse 10 fest an einer Stelle gehalten, wobei der Abschnitt mit geringem Durchmesser 10a ein vorderes Ende 10aa aufweist, das in anliegendem Eingriff mit einer schrägen Verengungsschulter 1a gehalten wird, die in dem Zylinderkopf 1 an einem vorderen Ende des Kerzenlochs 1b ausgebildet ist. Der Abschnitt mit großem Durchmesser 10b hat ein oberes Basisende 10d mit dem die Metallabdeckung 19 verbunden ist, um das obere Basisende 10d zu bedecken.
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Ein Heizbauteil 11 erstreckt sich durch das Gehäuse 10 und hat ein vorderes Ende 11a, einen Basisendabschnitt 11b und einen Zwischenabschnitt 11c. Der vordere Endabschnitt 11a des Heizbauteils 11 liegt zu der Brennkammer 2 hin frei, um einen Verbrennungsdruck direkt zu empfangen. Das Heizbauteil 11 ist eine keramische Heizeinrichtung, die aus einem Keramikkompaktkörper und einem Widerstandsheizelement besteht, das in dem Keramikkompaktkörper eingebettet ist. Der Basisendabschnitt 11b und der Zwischenabschnitt 11c des Heizbauteils 11 sind in eine zylindrische Befestigungshülse 12 eingebracht und darin durch Hartlöten zum Befestigen des Heizbauteils 11 eingepasst. Zudem ist die Befestigungshülse 12 aus einem Metallmaterial wie z. B. einem rostfreien Stahl oder dergleichen hergestellt.
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Der Basisendabschnitt 11b des Heizbauteils 11 ist elektrisch mit einem Leitungskabel 17 verbunden. Das Leitungskabel 17 besteht aus einem leitfähigen Draht 17a und einer aus einem Isoliermaterial hergestellten Abschirmschicht 17b, die an einem Außenumfang des leitfähigen Drahts 17a vorgesehen ist. Das Leitungskabel 17 hat einen vorderen Endabschnitt, der fest mit einem Basisendabschnitt des Widerstandsheizelements über ein leitendes Element (nicht gezeigt) verbunden ist, um die Fähigkeit zum Zuführen von elektrischen Strom zu dem Heizbauteil 11 über den leitfähigen Draht 17a aufzuweisen. Das Leitungskabel 17 hat einen Basisendabschnitt, der durch eine in der Mitte der Abdeckung 19 vorgesehene Einbringbohrung 119 eingebracht ist und der von einer Endfläche des Basisendes der Abdeckung 19 zur elektrischen Verbindung mit einer externen Stromquelle (nicht gezeigt) nach außen vorsteht.
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Ein ringförmiges, hermetisch abdichtendes Bauteil 13 ist zwischen dem vorderen Ende 10a des Gehäuses 10 und der schrägen Verengungsschulter 1a des Zylinderkopfs 1 angeordnet. Das ringförmige hermetisch abdichtende Bauteil 13 hat einen Außenumfang, der fest an dem vorderen Ende 10a des Gehäuses 10 durch Rundherumschweißen fest angebracht ist. Das ringförmige hermetisch abdichtende Bauteil 13 hat eine Innenumfangswand 13a, die durch Rundherumschweißen mit einem Außenumfang der Befestigungshülse 12 fest verbunden ist. Zudem ist das Abdichtbauteil 13 aus einem Metallmaterial mit einer kleinen Federkonstante hergestellt. Somit ist der Außenumfang der Befestigungshülse 12 fest an dem Gehäuse 10 unter Verwendung des Abdichtbauteils 13 gestützt, was nicht verhindert, dass sich das Heizbauteil 11 auf eine direkte Aufnahme eines Verbrennungsdrucks im axialen Versatz ausgleicht.
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Das heißt, dass dann, wenn das Heizbauteil 11 und die Befestigungshülse 12 in Richtung zu einem Basisende der Glühkerze 100 hin axial versetzt werden, das Abdichtbauteil 13 ebenfalls in Richtung des Basisendes der Glühkerze 100 synchron zu den axialen Versätzen des Heizbauteils 11 und der Befestigungshülse 12 versetzt wird. Daher können auch mit dem an dem Gehäuse 10 gehaltenen Heizbauteil 11 und der Befestigungshülse 12 das Heizbauteil 11 und die Befestigungshülse 12 in Richtung des Basisendes der Glühkerze 100 axial versetzt werden. Zudem kann das Abdichtbauteil 13 verhindern, dass Gase aus der Brennkammer 2 in das Gehäuse 10 über dessen vorderes Ende strömen.
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Die Befestigungshülse 12 hat einen Basisendabschnitt 12a mit einer oberen Endfläche, die an eine Endfläche eines vorderen Endabschnitts 14a einer zylindrischen Übertragungshülse 14 geschweißt und mit dieser fest verbunden ist. Die zylindrische Übertragungshülse 14 ist aus einem Metallmaterial wie z. B. rostfreiem Stahl hergestellt und hat dieselben Innen- und Außendurchmesser wie die Befestigungshülse 12. Zudem beziehen sich die Befestigungshülse 12 und die zylindrische Übertragungshülse 14 in den Ansprüchen auf zylindrische Bauteile.
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Der Abschnitt 10b mit großem Durchmesser des Gehäuses 10 nimmt darin eine Membran 15 auf. Die Membran 15 hat einen zylindrischen äußeren Hülsenabschnitt 15a, der sich in der äußersten Position befindet, einen zylindrischen inneren Hülsenabschnitt 15b, der sich von dem zylindrischen äußeren Hülsenabschnitt 15a axial zu dessen mittleren Abschnitt erstreckt, und einen flanschartigen Zwischenabschnitt 15c, über den die Membran 15 und der zylindrischen innere Hülsenabschnitt 15b einstückig miteinander verbunden sind. Der zylindrische äußere Hülsenabschnitt 15a hat einen Außenumfang, der in anliegendem Kontakt mit einem Innenumfang des Abschnitts 10b mit großem Durchmesser des Gehäuses 10 gehalten ist, um in diesem festgehalten zu sein. Der zylindrische innere Hülsenabschnitt 15b hat ein vorderes Ende, das mit einer Endfläche eines Basisendes 14b der Übertragungshülse 14 durch Schweißen oder dergleichen fest verbunden ist. Des Weiteren hat der Zwischenabschnitt 15c der Membran 15 eine geringere Dicke als die des zylindrischen äußeren Hülsenabschnitts 15a und des zylindrischen inneren Hülsenabschnitts 15b. Hier ist die Membran 15 wie die Befestigungshülse 12 und die Übertragungshülse 14 aus einem Metallmaterial wie z. B. einem rostfreien Stahl oder dergleichen hergestellt.
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Nachfolgend ist der Aufbau des vorliegenden Ausführungsbeispiels ausführlich mit einem Schwerpunkt darauf beschrieben, wie der Verbrennungsdruck übertragen wird, der aufgrund einer Explosion in der Brennkammer 2 auftritt, und auf einem Prinzip des Erfassens des Verbrennungsdrucks.
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Wenn der Verbrennungsdruck in der Brennkammer 2 auftritt, werden das Heizelement 11 und die Befestigungshülse 12 begleitet von einem Versatz der Übertragungshülse 14, die an der Befestigungshülse 12 befestigt ist, axial in Richtung zu dem Basisendabschnitt der Glühkerze 100 in dessen axialer Richtung (wie es durch einen Pfeil A in 1 gezeigt ist) versetzt.
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Da die Membran 15 im Wesentlichen an dem Zylinderkopf 1 unter Verwendung des Gehäuses 10 befestigt ist, wird der Versatz der Übertragungshülse 14 auf die Membran 15 übertragen. In diesem Moment wird der zylindrische innere Hülsenabschnitt 15b zu dem Basisende der Glühkerze 100 in Bezug auf den zylindrischen äußeren Hülsenabschnitt 15a hin versetzt. Dies führt zu einer Dehnung des Zwischenabschnitts 15c.
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Der Zwischenabschnitt 15c hat eine obere Endfläche, die dem Basisende der Glühkerze 100 zugewandt ist und an der ein ringförmiges piezoelektrisches Element 16 koaxial verbunden ist. Mit dem Auftreten der Dehnung an dem Zwischenabschnitt 15c reagiert das ringförmige piezoelektrische Element 16 auf eine derartige Dehnung darin, dass elektrische Ladungen von verschiedenem Grad abhängig von der piezoelektrischen Charakteristik des piezoelektrischen Elements 16 an sich erzeugt werden. Die resultierenden elektrischen Ladungen des piezoelektrischen Elements 16 werden in ein Spannungssignal umgewandelt, das verstärkt wird, um ein verstärktes Spannungssignal bereitzustellen, das an eine Fahrzeug-ECU (nicht gezeigt) ausgegeben wird. Somit wird der Verbrennungsdruck rückgemeldet, um eine Verbrennungssteuerung durchzuführen. Hier entspricht das piezoelektrische Element 16 einem Verbrennungsdrucksensor, wie er in den Ansprüchen festgelegt ist. Zudem besteht das piezoelektrische Element 16 aus einem Dehnungserfassungselement, wie z. B. einem piezoelektrischen oder quarzkristallbasierten Oszillator oder dergleichen.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann ferner die Glühkerze 100 die Form eines Aufbaus annehmen, der einen Dehnungsmessstreifen anstelle des piezoelektrischen Elements 16 verwendet, um es dem Dehnungsmesssteifen zu ermöglichen, eine Dehnungscharakteristik bereitzustellen, basierend auf der ein Verbrennungsdruck erfasst wird. Zudem kann das piezoelektrische Element 16 beispielsweise eine Vielzahl von piezoelektrischen Segmenten anstelle des piezoelektrischen Elements 16 aufweisen, vorausgesetzt dass die piezoelektrischen Segmente die Anwesenheit einer Durchschnittsdehnung an dem scheibenartigen Zwischenabschnitt 15c in einer nicht vorgespannten Art und Weise erfassen können. Die piezoelektrischen Segmente befinden sich an der oberen Wand des Zwischenabschnitts 15c an umfänglichen und mit gleichem Zwischenraum beabstandeten Positionen.
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In dem vorhergehenden Teil wurde der wesentliche Aufbau der den Verbrennungsdrucksensor aufweisenden Glühkerze 100 beschrieben. Die den Verbrennungsdrucksensor aufweisende Glühkerze 100 weist charakteristische Aufbauten auf, wie sie nachfolgend beschrieben sind.
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(Erster charakteristischer Aufbau)
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Wie es in 1 gezeigt ist, ist die Abdeckung 19 mit dem Gehäuse 10 verbunden, um einen geschossenen Innenraum B bereitzustellen, der darin das piezoelektrische Element 16 und die Membran 15 hermetisch unterbringt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht die Abdeckung 19 beispielsweise aus einer hermetischen Abdichtung, dessen großer Abschnitt aus einem Metallmaterial hergestellt ist, wobei ein Teilbereich eine Isolierschicht aufweist.
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Die Abdeckung 19 hat die Einbringbohrung 119, die in einer Metallschicht 119a ausgebildet ist, welche aus einem Metallmaterial wie z. B. rostfreiem Stahl oder dergleichen hergestellt ist. Die Metallschicht 119a hat einen Außenumfang, der an eine Isolierschicht 119b gepasst ist, welche radial an einer Innenseite einer ringförmigen Metallschicht 119c platziert ist, die aus einem Metallmaterial wie z. B. einem rostfreiem Stahl oder dergleichen hergestellt ist. Die Abschirmschicht 17b ist an einem Basisendabschnitt des Leitungskabels 17 abgelöst, um den leitfähigen Draht 17a freizulegen. Der leitfähige Draht 17a hat einen Außenumfang, an dem Anschlussabschnitte 17c, die aus einem Metallmaterial wie z. B. rostfreiem Stahl oder dergleichen hergestellt sind, in einer axial beabstandeten Beziehung durch Verstemmen oder dergleichen fest gesichert ist. Der leitfähige Draht 17a hat einen Zwischenabschnitt 17d, der dem Basisendabschnitt des Leitungskabels 17 entspricht und zwischen den Anschlussabschnitten 17c angeordnet ist, und dessen Außenumfangswand durch Rundherumschweißen mit der Metallschicht 119a verbunden ist. Der Zwischenabschnitt 17d kann an eine Wand der Einbringbohrung 119 der Metallschicht 119a durch Lichtbogenschweißen oder Widerstandsschweißen etc. geschweißt sein.
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Mit einem derartigen Aufbau, wie er vorhergehend beschrieben ist, verhindert der geschweißte Abschnitt, der um die Einbringbohrung 119 ausgebildet ist, dass Umgebungsluft, die die Abdeckung 19 umgibt, in den abgeschlossenen Zwischenraum eindringt, in dem das piezoelektrische Element 16 untergebracht ist. Zudem verhindert die Anwesenheit der Isolierschicht 119b, dass der leitfähige Draht 17a des Leitungskabels 17 über die Abdeckung 19 mit dem Gehäuse 10 kurzgeschlossen wird.
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Mit der Abdeckung 19, wie sie vorhergehend beschrieben ist, gibt es keine Möglichkeit für das piezoelektrische Element 16 in Kontakt mit Feuchtigkeit gebracht zu werden, die in atmosphärischer Luft enthalten ist, um das Auftreten eines pyroelektrischen Effekts zu verhindern. Das piezoelektrische Element 16 kann den Verbrennungsdruck basierend auf einer Dehnung der Membran 15 mit hoher Genauigkeit erfassen.
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Des Weiteren ist die Abdeckung 19 nicht auf die hermetische Abdichtung begrenzt. Zudem ist die Abdeckung 19 auf keine Gestalt begrenzt, vorausgesetzt dass die Abdeckung 19 die Einbringbohrung 119 und die Isolierschicht 119b aufweist, um dieselben Effekte wie die vorhergehend genannten zu erreichen. Beispielsweise kann die Abdeckung 19 einstückig mit dem Gehäuse 10 ausgebildet sein, wobei ein Teilbereich mit der Isolierschicht 119b ausgebildet ist, um das piezoelektrische Element hermetisch unterzubringen.
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(Zweiter charakteristischer Aufbau)
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Das Leitungskabel 17 muss flexibel sein, um den Versatz des Heizbauteils 11 aufgrund einer Schwankung des Verbrennungsdrucks zu absorbieren. An diesem Ende besteht das Leitungskabel 17 des vorliegenden Ausführungsbeispiels aus dem leitfähigen Draht 17a, der aus einer Kupferlegierung hergestellt ist und mit der Abschirmschicht 17b bedeckt ist, die aus einem Fluorkunststoff hergestellt ist.
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Wie es vorhergehend behandelt worden ist, ist das Leitungskabel 17 fest an dem Heizbauteil 11 und der Abdeckung 19 befestigt. Daher neigt mit dem axialen Versatz des Heizbauteils 11 aufgrund einer Schwankung des Verbrennungsdrucks ein Zwischenabschnitt 17e des Leitungskabels 17, der sich in einem Bereich zwischen der Endfläche des Basisendabschnitts 12b des Heizbauteils 11 und einer Endfläche der Abdeckung 19 erstreckt, dazu, in demselben Ausmaß versetzt zu werden, wie das Ausmaß, mit dem das Heizbauteil 11 versetzt wird. Da das Leitungskabel 17 selbst jedoch einer Verbiegung ausgesetzt ist, um eine Versatzkomponente des Heizbauteils 11 zu absorbieren, ist ein Verbindungsabschnitt zwischen dem Leitungskabel 17 und der Abdeckung 19 keinem Zug ausgesetzt, um den axialen Versatz des Heizbauteils 11 zu blockieren.
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Daher liegt die gesamte Versatzkomponente des Heizbauteils 11, die aus dem in der Brennkammer 2 auftretenden Verbrennungsdruck resultiert, in der Form der Membran 15 über die Befestigungshülse 12 und die Übertragungshülse 14 vor. Das heißt, dass die Membran 15 einer Dehnung in Übereinstimmung mit dem Verbrennungsdruck ausgesetzt ist, so dass das piezoelektrische Element 16 ein Ausgabesignal mit hoher Genauigkeit in Übereinstimmung mit dem Verbrennungsdruck erzeugt.
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Des Weiteren hat ein Ausbildungsmaterial des Leitungskabels 17 eine Qualität, die nicht speziell begrenzt ist, vorausgesetzt dass das Ausbildungsmaterial aus Material mit hervorragender Flexibilität und Wärmewiderstand besteht. Zudem kann der leitfähige Draht 17a des Leitungskabels 17 aus einem einzelnen Draht bestehen. In einer weiteren Alternative kann der leitfähige Draht 17a des Leitungskabels 17 einen verdrillten Draht aufweisen, der aus einer Vielzahl von dünnen Kupferdrähten besteht.
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(Dritter charakteristischer Aufbau)
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Bei der den Verbrennungsdrucksensor aufweisenden Glühkerze 100, die in dem Kerzenloch 1b montiert ist, oszilliert das Leitungskabel 17 mit einer Eigenschwingung mit einem befestigten Abschnitt zwischen dem Heizbauteil 11 und der Abdeckung 19, die als ein befestigendes Ende wirkt, nach Empfang einer Oszillation, die von außen ausgeübt wird. Mit einer derartigen wiederholt ausgeübten Oszillation ist der leitfähige Draht 17a des Leitungskabels 17 einer Ermüdung mit der begleitenden Möglichkeit des Ermüdungsausbrennens ausgesetzt.
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Um einen derartigen Defekt zu vermeiden, ist ein Luftzwischenraum 20 zwischen einer Außenumfangswand des Leitungskabels 17 und einer Innenumfangswand der Übertragungshülse 14 festgelegt. Der Luftzwischenraum 20 nimmt darin drei zylindrische Antivibrationsbauteile 18 auf, von denen jedes aus einem elastischen Material, wie z. B. einem Fluorkunststoff oder dergleichen besteht, die koaxial im Inneren des Luftzwischenraums 20 an axial beabstandeten Positionen platziert sind. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind insbesondere Außenumfänge der Antivibrationsbauteile 18 in Kontakt mit der Innenumfangswand der Übertragungshülse 14 fest gehalten und deren Innenumfänge sind radial von der Außenumfangswand des Leitungskabels 17 durch Zwischenraumabschnitte 20a radial beabstandet. Dies blockiert das Verbiegen des Leitungskabels 17 nicht. Zudem können die Innenumfänge der Antivibrationsbauteile 18 an der Außenumfangswand des Leitungskabels 17 so befestigt sein, dass sie die Zwischenraumabschnitte zwischen der Außenumfangswand der Antivibrationsbauteile 18 und der Innenumfangswand der Übertragungshülse 14 bereitstellen.
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Mit einem derartigen Aufbau wird dann, wenn sich das Leitungskabel 17 verbiegt, das Leitungskabel 17 mit einem oder mehreren der Antivibrationsbauteile 18 in Kontakt gebracht, um die Eigenschwingung des Leitungskabels 17 zu dämpfen, wodurch das Trennen des leitfähigen Drahts 17a verhindert wird. Des Weiteren verhindern die Antivibrationsbauteile 18, dass die Außenumfangswand des Leitungskabels 17 in Kontakt mit der Innenumfangswand der Übertragungshülse 14 gebracht wird, wenn diese der Eigenschwingung des Leitungskabels 17 ausgesetzt sind. Dies verhindert, dass ein Rauschen, das aufgrund eines Kontakts zwischen der Außenumfangswand des Leitungskabels 17 und der Innenumfangswand der Übertragungshülse 14 auftritt, dem Ausgabesignal überlagert wird, das durch das piezoelektrische Element 16 erzeugt wird. Dies verhindert weiterhin nicht nur das Auftreten eines Abfalls des SN-Verhältnisses (Signalto-Noise-Verhältnisses) sondern zudem, dass das Auftreten der Eigenschwingung des Leitungskabels 17 zu der Übertragungshülse 14 übertragen wird.
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Ferner können die Antivibrationsbauteile 18 vorzugsweise in Bereichen platziert sein, die Spitzenabschnitten von Vibrationsamplituden während einer Oszillation des Leitungskabels 17 mit der Eigenschwingung entsprechen. Des Weiteren ist der Zwischenraum 20 vorzugsweise dementsprechend bestimmt, dass er einen geeigneten radialen Raum aufweist, d. h. beispielsweise 0,1 mm oder mehr, so dass dann, wenn das Leitungskabel 17 zum Biegen mit dem größten Versatz in einer radialen Richtung veranlasst wird, eine Außenumfangswand des Leitungskabels 17 nicht in Kontakt mit der Innenumfangswand der Übertragungshülse 14 gebracht wird.
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(Weiteres Ausführungsbeispiel)
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Während die vorliegende Erfindung mit Bezug auf verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, in denen das Heizelement 11 aus einer keramischen Heizeinrichtung besteht, soll verstanden sein, dass es ausreicht, eine Heizeinrichtung zu verwenden, die in einem Metallzylinderkörper ausgebildet ist, der darin eine Heizspule aufnimmt.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können die Antivibrationsbauteile 18 ringförmige Gestalten aufweisen, obwohl die Antivibrationsbauteile 18 im vorhergehenden Teil mit einer zylindrischen Gestalt beschrieben worden sind. Zudem ist die Anzahl der bereitzustellenden Antivibrationsbauteile 18 nicht begrenzt. Des Weiteren können die Antivibrationsbauteile 18 durch ein Antivibrationsmaterial 18A ersetzt werden, das in dem Zwischenraum 20 zwischen der Außenumfangswand des Leitungskabels 17 und der Innenumfangswand der Übertragungshülse 14 eingefüllt ist, wie es in 2 gezeigt ist. Genauer gesagt besteht das Antivibrationsmaterial 18A aus einer Flüssigdichtmasse, wie z. B. einem Vergussmaterial, das aus Silikonkunststoff oder dergleichen besteht, welches dieselben vorteilhaften Effekte wie der der Antivibrationsbauteile 18 aufweist. Die Flüssigdichtmasse hat geeigneterweise einen geringen Elastizitätsmodul, wobei kein Effekt eines Blockierens des Biegens des Leitungskabels 17 auftritt. Des Weiteren kann kein Antivibrationsbauteil angeordnet sein, vorausgesetzt, dass die Außenumfangswand des Leitungskabels 17 von der Innenumfangswand der Übertragungshülse 14 um einen Zwischenraum von beispielsweise 0,1 mm oder mehr radial beabstandet ist.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist des Weiteren das Leitungskabel 17 von der Innenumfangswand der Übertragungshülse 14 durch die Zwischenraumabschnitte 20a radial beabstandet. Es können jedoch keine Zwischenraumabschnitte 20a vorliegen. Das heißt, dass die Antivibrationsbauteile 18 so angeordnet sein können, dass sie in Kontakt mit sowohl dem Leitungskabel 17 als auch der Übertragungshülse 14 gebracht sind, vorausgesetzt dass jedes der Antivibrationsbauteile 18 einen geringen Elastizitätsmodul aufweist, wobei die Biegung des Leitungskabels 17 nicht behindert wird.
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Während die bestimmten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Aufbauten der Glühkerze der vorhergehend beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele begrenzt. Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass verschiedene andere Abwandlungen und Alternativen zu diesen Ausführungen gemäß dem Schutzbereich der Patentansprüche ausgeführt sein können.