CN102255245A - 一种制造火花塞的方法和根据该方法制造的火花塞 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种制造火花塞的方法，该火花塞包括内导体、围绕内导体的绝缘体、围绕绝缘体的火花塞主体和两个电极，其中的第一电极是以导电方式与内导体相接的中心电极，而第二电极是以导电方式与火花塞主体相连的接地电极，其中，单独预制的贵金属部件定位在其中一个电极上，然后通过电阻焊与该电极相连，并且随后通过激光束或者电子束焊接而固定，从而使得该贵金属部件像踵状物一样延伸到邻近贵金属部件的电极表面之外。根据本发明，将球状物用作贵金属部件，并在电阻焊之后、激光束或电子束焊接之前，通过冲压使该贵金属部件(8；9)成形，其中，使该球状物的从该电极表面突出的至少一个区域再成形。

Description

一种制造火花塞的方法和根据该方法制造的火花塞

技术领域

本发明涉及一种制造火花塞的方法，该火花塞包括内导体、围绕该内导体的绝缘体、围绕该绝缘体的火花塞主体和两个电极，在该两个电极中，第一电极是以导电方式与该内导体相连的中心电极，而第二电极是以导电方式与该火花塞主体相连的接地电极，其中，单独预制的贵金属部件被定位在其中一个电极上，接着通过电阻焊使其与该电极相连，并随后通过激光束或者电子束焊接进行固定，从而使该贵金属部件像踵状物一样延伸到邻近该贵金属部件的电极表面之外。

背景技术

这种类型的方法在DE 196 41 856 B4中已经披露。在这种已知的方法中，将圆柱体形的小的贵金属板用作贵金属部件。在进行电阻焊期间，将该贵金属板压入电极中，由此在该贵金属板的外周缘周围形成一悬伸部，该悬伸部将该贵金属板保持在电极上。然后，通过激光束或者电子束焊接工艺而使以套环形式围绕该贵金属部件的悬伸部与贵金属部件相连。在电极材料沿贵金属板的外周边变形成一个呈套环状悬伸的部分的情况下，当实施激光束或者电子束焊接时，在贵金属板的区域能被进一步熔化之前，必须熔化较大量的电极材料，即，电极材料的呈套环状突出的整个部分。这个过程非常费事。另外，由于必须小心地使贵金属板正确定向，因此，当在电极上放置和定位贵金属部件时，对贵金属部件的操纵比较复杂。

发明内容

本发明所要解决的问题是简化火花塞的制造。

在采用上述类型的方法的情况下，该问题通过以下技术手段得以解决，即，使用球状物作为贵金属部件，并在电阻焊之后且在进行激光束或电子束焊接之前通过冲压而使该贵金属部件成形，其中，使该球状物的从电极表面突出的至少一个区域再成形。

该新方法在多个方面简化了火花塞的制造。由于使用球形的贵金属部件作为待连接至电极的半成品，因此，完全取消了当将球状物放置和定位在电极上时对该贵金属部件进行定向的步骤。该球状物在所有方向上都是对称的，因此能以任何取向放置到电极上。由此，在电极上的放置和定位都变得非常简单。在将球形贵金属部件定位到电极上之前，特别是当在用于制造火花塞的设备中供应和隔离球形贵金属部件时，对该球形贵金属部件的操纵同样非常简单。能够非常容易和经济地制造所述球状物。

将球状物用作贵金属部件的另一个好处是，能将用于贵金属部件的材料量减到最少。球状物的使用使得可以实现使用贵金属部件的目的-即，保护电极以减少火花塞的磨损-特别是成功地使用了非常少量的贵金属。贵金属部件不需要包含随后并不会有助于保护电极不受磨损的过量贵金属。

根据本发明的方法非常适于在接地电极和中心电极上配置贵金属。当然，也可以在火花塞的两个电极上都配置贵金属部件。

包括从电极表面突出的贵金属部件的火花塞具有需要较小的电压来产生火花的优点。提供了相对于围绕贵金属部件的电极表面的突出部。该突出部被有利地设计成踵状物的样子或被设计成台阶形式。贵金属部件的突出表面并非平滑地过渡到电极表面。在突出的贵金属部件过渡到电极表面的区域中设置有肩部。该肩部优选地为台阶形状。该肩部可以被稍微倒圆。贵金属部件可以在其表面过渡到电极表面之前，在其边缘区域中包括一用以促使形成弧形的边缘。

通过冲压使贵金属部件成形具有这样的优点，即，以使火花产生和火花塞的使用寿命最优化的方式使球状物的球形表面再成形。由于冲压成形在电阻焊接之后进行，因此球形贵金属部件在冲压工序期间已经连接至电极上，由此确保了球形贵金属部件不会变位。

球状物通过由沿电极方向压到球状物上的压缩冲头冲压而成形是有利的，而且从电极表面突出的球状物的区域由此被再成形、从而使得贵金属部件最终从电极表面突出预定高度也是有利的。贵金属部件从邻近该贵金属部件的电极表面突出的预定高度是一个设定值，该设定值是基于火花塞的所需特性、特别是有关点火电压和使用寿命的特性而选定的。使压缩冲头向电极行进，直到获得突出的贵金属部件的所需高度。特别有利的是，球状物的从电极表面突出的区域通过被冲压成为基本平坦的表面形状而成形，该基本平坦的表面特别地以近乎平行于电极表面的方式延伸。从最初呈球形的球状物表面形成基本平坦的表面，这在贵金属部件上形成了一个围绕该基本平坦的表面并改善了火花产生性能的边缘。

根据本发明的另一实施例，球状物的从电极表面突出的区域通过被冲压成形为锥体、截锥体或者圆柱体的外表面的形状是有利的。因此，贵金属部件特别好地是以踵状物样的台阶形式从电极表面突出。特别有利的是，贵金属部件在从电极表面突出的区域中再成形为截锥体。在低火花电压的情况下，截锥体能够使火花形成良好，并且还特别好地结合有较长的使用寿命，同时确保可以方便地通过冲压工艺进行制造。

根据另一实施例，可以有利地在冲压模制期间，在圆锥形或圆柱形区域的面向电极的那端一体地形成脊部。这样，在贵金属部件上形成一个脊状区域，该脊状区域的直径大于圆柱形或圆锥形区域的直径。贵金属部件的脊部能够容易地被熔化并在随后的激光束或电子束焊接步骤中连接到电极的基材上，由此使得贵金属部件与电极形成特别牢固的连接，该连接甚至在由于温度波动而出现的高应力下也不会变松动。

有利地，用于冲压成形的压缩冲头在其使球状物再成形的区域中具有预定的形状，该形状对应于贵金属部件的理想的最终形状。将压缩冲头成形为-在其使球状物再成形的区域中-如铆接领域中所公知的“冲模”或“镦头(header)”，从而优选地在一个加工步骤中，使从电极表面突出的球状物的区域具有成品贵金属部件的所需形状。因此，使冲压工艺得以简化。

优选地，使用空心焊条来对球状物进行定位和电阻焊，该空心焊条将球状物定位并焊接到火花塞的接地电极或者中心电极上。该焊条的末端优选地具有帽罩的形状。在该末端中设置有通道，可以对该通道施加真空，以便将球状物吸在焊条上。通过使用这种类型的焊条，可以非常容易地从储料盒中取出球状物，并将其定位到火花塞电极上，然后在该火花塞电极上直接进行电阻焊。

为了确保贵金属部件的良好的固定，在激光束或者电子束焊接期间，使激光束或电子束以近似直角的角度向电极表面延伸是有利的。由此，通过冲压成形的贵金属部件能够沿其整个周边非常容易地与电极相连。

此外，本发明涉及一种采用根据本发明的方法制造的火花塞。就该火花塞而言，优选地，贵金属部件以大约为0.1毫米至1.0毫米，特别优选地以大约为0.2毫米至0.6毫米的高度从邻近该贵金属部件的电极表面突出。有利地是，从电极表面突出的贵金属部件的区域具有大约为0.3毫米至1.5毫米的直径，该直径特别优选地在大约0.4毫米至1.0毫米的范围内。

贵金属部件优选地由铂或铂合金构成。由铂或铂合金构成的球状物具有足够大的延展性，并因此特别容易通过冲压工艺而再成形。

本发明的进一步的优点和特征将从随后对一些实施例的描述中显而易见。

附图说明

图1以放大的局部剖视图示出了火花塞的一个局部；

图2示出了在对贵金属部件进行电阻焊期间图1中所示火花塞的接地电极的另一放大的局部区域；

图3示出了在通过冲压而使贵金属部件成形期间接地电极的与图2相似的视图；

图4示出了在对贵金属部件进行激光焊接期间接地电极的与图2相似的视图；

图5示出了冲压成形的一个变型的与图3相似的视图；

图6示出了在激光焊接期间图5的变型的视图；

图7和8示出了在贵金属部件具有一个不同形状时另一变型的与图5和6相似的视图。

具体实施方式

图1中示出的火花塞1包括由绝缘体3围绕的内导体2。还设置有围绕并容纳绝缘体3的火花塞主体4。在火花塞主体4的外表面上形成有螺纹5。火花塞包括两个电极6和7。第一电极6是一个以导电方式与内导体2相连的中心电极。第二电极7是一个以导电方式与火花塞主体4相连的接地电极。贵金属部件8固定在中心电极6上，而贵金属部件9固定在接地电极7上。贵金属部件8以类似踵状物的方式，在一个围绕该贵金属部件8的区域中，从电极6的表面10突出高度H。贵金属部件9同样以类似踵状物的方式从电极7的表面11突出高度H。接地电极7以前电极的方式设置在中心电极6的上方，从而使得贵金属部件8和9以距离A分开并形成火花隙。

火花塞1能以本身已公知的方式通过其上的螺纹5插入内燃机中。此时，火花塞1的包括电极6和7的区域伸入内燃机的燃烧室中，并可在燃烧室中点燃油气混合物。

接地电极7至少在电极表面11的邻近贵金属部件9的区域中包含镍合金。接地电极7可以包括由镍合金构成并围绕铜芯12设置的护套。贵金属部件8和9优选地由铂或者铂合金构成，并形成具有小的表面积和相反特性的锚固点，其中所述相反特性决定了电压需求和点火位置。铂/镍的材料组合确保了火花弧发生在由铂构成的贵金属部件上。在这时，会有很大的功函数、低的蒸发率，并且几乎没有氧化。在弧和流动相中火花的进一步放电立即转移到电极6和7的包含镍的区域中——该区域被设计为牺牲区域，那里要求功函数较低。因此，有效的火花长度相对于电极6和7之间的距离A增加了，并促进了混合物在内燃机的燃烧室内的燃烧。但是，使火花塞1产生火花所需的电压由距离A决定。在不破坏燃料混合物的燃烧的情况下可以减小该距离A，由此能够使火花塞所需的电压减小。其结果是增加了火花塞1的使用寿命。

火花塞1采用根据本发明的方法制造，其中，特别是，贵金属部件9以根据本发明的方式固定在接地电极7上。下面参考将贵金属部件9固定到接地电极7上的示例来描述本发明。贵金属部件8可以以类似的方式固定到中心电极6上。为避免重复，将省略有关贵金属部件8的单独的描述。下面参考图2至8描述制造过程。在这些图中，相同的参考标号用于标示与图1中相同的部件。

在制造火花塞1时，接地电极7设置有贵金属部件9。如图2所示，将一个单独预制的球状物13用作贵金属部件9。可以使用例如空心焊条14从一个未示出的储料盒中取出该单独预制的球状物13。焊条14包括一个用于球状物13的球形帽罩状的支座15。在空心焊条14的内部设置有一条终止于凹座15的区域中的真空通道16。当从储料盒中取出球状物13时，将真空施加到真空通道16上，并将球状物13吸到帽罩状支座15上并保持在那儿。通过使用焊条14，将球状物13由此定位在接地电极7上，并通过电阻焊，使之在所需位置与接地电极7相连。最后，将焊条14抬离球状物13。这种状态在图2中示出。

在完成电阻焊工序之后，通过冲压使球状物13成形。将参考图3对该冲压成形进行说明。提供一压缩冲头17，使该压缩冲头17沿接地电极7的方向朝球状物13前进，由此使延伸到电极表面11之外的球状物13的至少一个区域成形。使压缩冲头17在球状物13上冲压到这样的程度，即，使贵金属部件9由此从电极表面11突出预定的高度H。最后，将压缩冲头17抬离贵金属部件9。该状态在图3中示出。贵金属部件9的最初为球形的表面通过冲压形成一平坦表面18。围绕平坦表面18形成有边缘19。该平坦表面18以平行于电极表面11的方式取向。

在通过冲压使贵金属部件9成形之后，如图4所示，通过激光束焊接将该贵金属部件9固定至接地电极7上。由此，在贵金属部件9和接地电极7之间形成一个合金区20，在该区域中，贵金属部件9和电极7的材料混合。贵金属部件9通过合金区20非常牢固地固定在电极7上，并且甚至在存在较强的温度波动时也不会脱离。激光束如箭头21所示。在激光焊接期间，使激光束21如此取向，由此使得该激光束优选地以直角或者至少近似直角的角度延伸到电极表面11。以类似踵状物的方式向外突出的成品贵金属部件9包括一个具有直径D并延伸到电极表面11之外的区域。

图5示出了球状物13的成型模制的一个变型。使球状物13再成形为一种不同于图3所示的形状。除了平坦表面18之外，在图5所示的贵金属部件9上还设置有一个其形状为截锥体的外表面22的区域。通过边缘19使平坦表面18与截锥体的外表面22区分开。另外，脊部23一体地形成在锥形区域22的面向电极7的端部上。图5示出的压缩冲头17在其使球状物13成形的区域24中具有预定的形状，该预定的形状对应于贵金属部件9所希望有的最终形状，即，具有平坦表面18、锥形表面22和脊部23的形状。图6示出了对已根据图5冲压成形的贵金属部件9进行的激光焊接。利用激光束21使脊部23熔化，并与接地电极7的熔化的基材一起形成合金区20。制成的贵金属部件9以高度H延伸到电极表面11之外，并在该突出区域中具有直径D。在一个没有示出的变型中，外表面22能被再成形为圆柱体的外表面。

图7和8示出了贵金属部件9的形状的另外一种变型。与图5所示的贵金属部件9相比，图7中示出的贵金属部件被再成形为一种更尖的形状。平坦表面18的尺寸减小，而锥形表面22可具有更小的锥角。

当高度H在0.1毫米至1.0毫米的范围内，特别是在0.2毫米和0.6毫米之间时，所有所述的变型都能获得特别好的效果。直径D可以在0.3毫米至1.5毫米的范围内，其中，直径为0.4毫米至1.0毫米时是优选的。

附图标记：

1    火花塞                13    球状物

2    内导体                14    焊条

3    绝缘体                15    支座

4    火花塞主体            16    真空通道

5    螺纹                  17    压缩冲头

6    中心电极              18    平坦表面

7    接地电极              19    边缘

8    贵金属部件            20    合金区

9    贵金属部件            21    激光束

10   中心电极的电极表面    22    外表面

11   接地电极的电极表面    23    脊部

12   铜芯                  24    压缩冲头的成形区域

A    距离

D    直径

H    高度

Claims (14)

1.一种制造火花塞(1)的方法，所述火花塞(1)包括内导体(2)、围绕所述内导体(2)的绝缘体(3)、围绕所述绝缘体(3)的火花塞主体(4)和两个电极(6；7)，所述两个电极(6；7)中的第一电极是一个以导电的方式与所述内导体(2)相连的中心电极(6)，而第二电极是一个以导电的方式与所述火花塞主体(4)相连的接地电极(7)，

其中，将单独预制的贵金属部件(8；9)定位在其中一个所述电极(6；7)上，然后通过电阻焊使之与所述电极(6；7)相连，并且随后通过激光束或者电子束焊接进行固定，从而使得所述贵金属部件(8；9)像踵状物一样延伸到邻近所述贵金属部件(8；9)的电极表面(10；11)之外，其特征在于，

将球状物(13)用作所述贵金属部件(8；9)；以及

在所述电阻焊之后并且在所述激光束或电子束焊接之前，通过冲压使所述贵金属部件(8；9)成形，由此使从所述电极表面(10；11)突出的所述球状物(13)的至少一个区域再成形。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过采用压缩冲头(17)进行冲压而使所述球状物(13)成形，所述压缩冲头(17)沿所述电极(6；7)的方向冲压到所述球状物(13)上，由此使所述球状物(13)的延伸到所述电极表面(10；11)之外的区域再成形，从而使得所述贵金属部件(8；9)随后以预定的高度(H)延伸到所述电极表面(10；11)之外。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使所述球状物(13)的延伸到所述电极表面(10；11)之外的区域基本上再成形为平坦表面(18)的形状。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，大致平行于所述电极表面(10；11)地形成所述基本平坦的表面(18)。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其特征在于，通过所述的冲压成形，使所述球状物(13)的延伸到所述电极表面(10；11)之外的区域再成形为圆锥体、截锥体或圆柱体的外表面(22)的形状。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过所述的冲压成形，在所述锥形或圆柱形区域(22)的面向带有所述锥形或圆柱形区域(22)的所述电极(6；7)的那端形成脊部(23)。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在随后的激光束或者电子束焊接工序中使所述脊部(23)熔化。

8.根据权利要求2-7中的任一项所述的方法，其特征在于，所述压缩冲头(17)在其使所述球状物(13)再成形的区域(24)中具有预定的形状，所述预定的形状对应于所述贵金属部件(8；9)的所需最终形状。

9.根据权利要求1-8中的任一项所述的方法，其特征在于，将一空心焊条(14)用于所述球状物(13)的定位和电阻焊，该空心焊条(14)将所述球状物(13)相应地定位并焊接在所述火花塞(1)的所述接地电极(7)或所述中心电极(6)上。

10.根据权利要求1-9中的任一项所述的方法，其特征在于，在激光束或者电子束焊接期间，所述激光束或者电子束以大致垂直于所述电极表面(10；11)的方式延伸。

11.一种火花塞(1)，所述火花塞(1)包括内导体(2)、围绕所述内导体(2)的绝缘体(3)、围绕所述绝缘体(3)的火花塞主体(4)和两个电极(6；7)，所述两个电极(6；7)中的第一电极是一个以导电的方式与所述内导体(2)相连的中心电极(6)，而第二电极是一个以导电的方式与所述火花塞主体(4)相连的接地电极(7)，

其中，贵金属部件(8；9)设置在至少一个所述电极(6；7)上，并像踵状物一样突出到邻近所述贵金属部件(8；9)的电极表面(10；11)之外，其特征在于，所述火花塞(1)通过根据权利要求1-10中的任一项所述的方法制造。

12.根据权利要求11所述的火花塞，其特征在于，所述贵金属部件(8；9)以0.1毫米至1.0毫米、尤其是0.2毫米至0.6毫米的高度(H)突出到邻近所述贵金属部件(8；9)的所述电极表面(10；11)之外。

13.根据权利要求11或12所述的火花塞，其特征在于，所述贵金属部件(8；9)的突出到所述电极表面(10；11)之外的区域的直径为0.3毫米至1.5毫米，尤其是为0.4毫米至1.0毫米。

14.根据权利要求11-13中的任一项所述的火花塞，其特征在于，所述贵金属部件(8；9)由铂或者铂合金构成。

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