DD210792A1

DD210792A1 - Zuendkerze fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DD210792A1
Application number: DD24396882A
Authority: DD
Inventors: Werner Schindhelm; Klaus Federrath
Original assignee: Elektrokeramische Werke Veb
Priority date: 1982-10-14
Filing date: 1982-10-14
Publication date: 1984-06-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zuendkerze fuer Brennkraftmaschinen mit einer Zweistoffelektrode als Mittelelektrode. Mit der Erfindung sollen die Nachteile bekannter Zuendkerzen mit Verbundelektroden vermieden und in technologisch und materialoekonomisch vorteilhafter Weise die Waermeuebergangsverhaeltnisse im Bereich des Hauptwaermestromes optimal gestaltet werden. Erfindungsgemaess erfolgt dies, indem sich der aus Nickel oder einer entsprechenden Legierung bestehende brennraumseitige Teil der Elektrode im unteren Teil verjuengt und sich auf seine Schulter nahe der Stirnflaeche der Isolierkoerperspitze abstuetzt und den oberen Teil der Elektrode, der aus Kupfer besteht, teilweise umschliesst und indem der obere Teil der Elektrode durch den Einschmelzvorgang der leitfaehigen Glasschmelze und den Einpressdruck des Kerzenstiftes so verformt ist, dass eine spaltfreie, formschluessige Verbindung beim Motorbetrieb mit der Wandung der Isolierkoerperbohrung besteht.

Description

-j-

Federrath, Klaus HOlT, 13/20

Schindhelm, Werner

Titel der Erfindung

Zündkerze für Brennkraftmaschinen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze für Brennkraft™ maschinen mit einer Zweistoffelektrode als Mittelelektrode.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

£s ist bekannt, daß hohe Lebensdauer und Funktionssicherheit von Zündkerzen in materialökonomisch vorteilhafter Weise durch die Verwendung von Verbund- oder hehrstoffelektroden verwirklicht werden können.

Bei allgemein bekannten Ausführungsvarianten besteht die äußere brennraumseitige Hülle der Mittelelektrode aus einem korrosionsbeständigen Material, wie z.B. Nickel oder einer Legierung davon. Der andere Teil der Mittelelektrode besteht aus einem Material guter Wärmeleitfähigkeit, wie z.B. Kupfer.

Gegenüber den sonst üblichen massiven Nickelelektroden haben Verbund- oder Mehrstoffelektroden den Vorteil, daß wegen der höheren Wärmeleitfähigkeit des Elektrodenkerns die thermische Qualität bzw. der VVärmewert.bereich der Zündkerzen vergrößert werden kann. Herstellungsverfahren für Zweistoffelektroden werden in den US-PS 3.548.472, DE-OS 2950054 und der DE-OS 3036226 beschrieben.

Bei den meisten bekannten Ausführungen ist die brennraumseitige Schulter, auf der sich die Mittelelektrode im Isolierkörper stützt, einige Millimeter hinter dem Sitz des Isolierkörpers im Gehäuse angeordnet. Dabei ergibt sich über die gesamte Länge der Mittelelektrode ein Luftspalt zwischen Elektrode und der Wandung der Isolierkörperbohrung, der den Wärmeaustausch im Bereich des Hauptwärmestromes zwischen Elektrode und Isolierkörper erheblich behindert.

Der Vorteil der Verbundelektroden, für eine gute Wärmeableitung zu sorgen, kann bei diesen Ausführungen nur ungenügend genutzt werden. Weiterhin ist von Nachteil, daß es durch Vibrationsbelastung zum Bruch der Isolierkörperspitze kommen kann. Schließlich ist es bei dieser Anordnung notwendig, die Hülle aus relativ teuerem korrosionsbeständigen Material bis über den Sitz der Mittelelektrode im Isolierkörper hochzuziehen, da es sonst an der Füge-bzw. Schweißstelle der Verbundelektrode zur Zerstörung des Kupferkernes kommt.

Der naheliegenden Lösung der Verlagerung des Abstützpunktes der Iiittelelektrode in die Isolierkörperspitze zur Vermeidung dieser Nachteile steht entgegen, daß u.a, die dort höheren Temperaturen im Motorbetrieb die Erweichung der als Verbindung und Abdichtung benutzten leitfähigen

- 3 -

Glasschmelze bewirken können und außerdem die beim Ein» schmelzen und Eindrücken des Kerzenstiftes auftretenden radialen Kräfte von der Isolierkörperspitze nicht auf genommen werden können.

Zur Vermeidung des Spaltes zwischen der Isolierkörperbohrung und der Hittelelektrode wird, wie in der DE-PS 1576633 und der DE-OS 2938986 beschrieben, dieser mit metallhaltigen Glaspulvern bzw. Talkum u.a. aus- . gefüllt.

Diese Lösungen sind aber mit erheblichem technologischen Aufwand, wie in der DE-PS 1576633 beschrieben, verbunden. Im Falle der Verwendung der Glasfritte besteht beim Motorbetrieb ebenfalls die Gefahr der Erweichung.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile bekannter Zündkerzen mit Verbundelektroden zu vermeiden und in technologisch und materialökonomisch vorteilhafter Weise dijs Wärmeübergangsverhältnisse zwischen Mittelelektrode und Isolierkörperspitze optimal zu gestalten.

Wesen der Erfindung

Oer Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, im Bereich des Hauptwärmestromes einen direkten Wärmeübergang zwischen dem Elektrodenteil hoher Wärmeleitfähigkeit und der Isolierkörperspitze bei Vermeidung weiterer Wärmeübergangsstellen zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß sich der aus Nickel oder einer entsprechenden Legierung' bestehende brennraumseitige Teil der Elektrode im unteren Teil verjüngt und sich auf eine Schulter nahe der Stirnfläche der Isolierkörperspitze abstützt und den oberen Teil der Elektrode, der aus einem duktilen Material z.B. Kupfer besteht, teilweise umschließt und daß der obere Teil der Elektrode durch den Einschmelzvorgang der leitfähigen Glasschmelze und den Einpreßdruck des Kerzenstiftes so verformt is,t, daß eine spaltfreie, formschlüssige Verbindung beim Motorbetrieb mit der Wandung der Isolierkörperbohrung besteht.

Von Vorteil ist es, daß die äußere Stützschulter in einem Abstand von 2 bis 10, vorzugsweise 3 Millimeter von der brennraumseitigen Stirnfläche der Isolierkörperspitze angeordnet ist. Durch die relativ kurze "freie" Länge der Elektrode wird die Gefahr der durch mechanische Schwingungen hervorgerufenen Spitzenrisse im Isolierkörper wesentlich vermindert.

Weiterhin ist von Vorteil, daß das korrosionsbeständige Teil nur bis etwa 1 mm über die äußere Stützschulter ausgeführt werden muß. Dadurch kann der Anteil des teueren, korrosionsbeständigen Elektrodenmaterials, je nach Ausführung, um ca. 60 ^ verringert werden»

Von Vorteil ist auch, daß das anschlußseitige Teil der Elektrode ebenfalls verjüngt mit einem Kordel o₉ä, ausgeführt ist, Oie innere Schulter kann somit entfallen und eine durchgehende Bohrung im Innenraum des Isolierkörpers wird ermöglicht»

Von Vorteil ist weiterhin, daß die Bohrung im Isolier-

5 —

körper zwischen der äußeren und der inneren Schulter konisch ausgeführt ist und mit dem ebenfalls konischen oberen Teil der Elektrode eine Verbesserung der Formschlüssigkeit bewirkt wird.

Mit der vorschlagsgernäßen Ausführung und Anordnung der Elektrode wird im Bereich des Hauptwärmestromes ein nahezu ungehinderter Wärmeübergang erreicht. Dies ermöglicht einerseits die Verlängerung der Isolierkörperspitze um ca. 10 % gegenüber bekannten Zündkerzen mit Zweistoffelektroden, und andererseits wird die Temperatur beim Motorbetrieb an der Elektrode gesenkt und somit die Korrosionsbeständigkeit erhöht.

üer ungestörte Wärmeübergang und der massive Kupferschaft der Elektrode bewirken weiterhin, daß die vor» schlagsgemäße Zündkerze sehr flexibel auf Belastungserhöhungen, z.B. bei starker Beschleunigung und das damit verbundene vergrößerte Wärmeanßjebot _t reagieren kann und die Gefahr der Überhitzung vermindert wird.

Demgegenüber sorgt der ebenso wie bei Zündkerzen bekannter Ausführung vorhandene Spalt am brennraumseitigen freien Ende der Elektrode sowie der im kalten Zustand ebenfalls vorhandene Spalt zwischen Kupferschaft und der Isolierkörperbohrung für eine schnelle Erwärmung der vorschlagsgemäßen Zündkerze.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 die Zündkerze als Teilschnitt

Fig. 2 Schnitt des brennraumseitigen

Teils der Zündkerze in vergrößertem Maßstab

Fig. 3 und 4 Schnitt des brennraumseitigen

Teils der Zündkerze mit weiteren Ausführungsvarianten

Im Inneren der Isolieirkörperspitze 3 der Zündkerze 1 befindet sich im Abstand von 3 mm von der brennraumseitigen Stirnfläche 4 der Isolierkörperspitze 3 die äußere Schulter 5.

Der brennraumseitige Teil 6 der Elektrode 2 besteht aus Nickel und reicht etwa 1 mm über die Schulter 5, den oberen aus Kupfer bestehenden Teil 7 der Elektrode 2 umschließend, hinaus.

Die Elektrode 2 kann bekannterweise durch Schweißen, Löten oder Fließpressen hergestellt werden.

Der obere Teil 7 der Elektrode 2 endet anschlußseitig in einem Kopf 8, der in bekannter Weise mit einem Kordel oder ähnlichem versehen ist. Dieser Kopf 8 der Elektrode 2 wird von einer leitfähigen Glasschmelze 9 umschlossen, die die Verbindung zwischen der Elektrode 2 und dem Kerzenstift IO herstellt. Der Abstand zwischen der äußeren Schulter 5 im Isolierkörper 3 und der inneren Schulter 11 muß kleiner sein als der Abstand zwischen dem unteren Absatz der Elektrode 2 an der Schulter 5 im Isolierkörper 3 und dem Kopf 8 der Elektrode 2.

Bei der Komplettierung der Zündkerze 1 wird die Elektrode 2 in die mit entsprechendem Übermaß ausgeführte Bohrung des Isolierkörpers 3 eingeführt und der untere Absatz der Elektrode 2 stützt sich auf die Schulter 5 im Isolierkörper 3.

Danach erfolgt das Einbringen der leitfähigen Glasschmelze 9 und des Kerzenstiftes 10. Beim Einschmelzen der leitfähigen Glasschmelze 9 bei 800 bis 900° C wird ein axialer Druck auf den Kerzenstift 10 ausgeübt. Durch den axialen Druck, dessen Wirkung durch die bei der Einschmelztemperatur plastische Glasschmelze 9 auf den Kopf 8 der Elektrode 2 übertragen wird, preßt sich der duktile obere Teil 7 der Elektrode 2 an die Mfeindung der Bohrung des Isolierkörpers 3 an, und es entsteht eine formschlüssige Verbindung. Der Wärmeübergang erfolgt dann im Motorbetrieb nahezu ungehindert.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wurde zur weiteren technologischen Vereinfachung die Isolierkörperbohrung oberhalb der Schulter (5') ohne weitere Schulter durchgehend ausgeführt. Dadurch ist es möglich, den Kopf (8¹) der Elektrode verjüngt mit einem Kordel o.a. zu fertigen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 4,Zur Verbesserung der Forrnschlüssigkeit und weiteren Optimierung des Wärmeüberganges kann die Bohrung zwischen der Schulter (5¹*) im Isolierkörper und der Schulter (H'¹) konisch ausgeführt werden. Der ebenso konische obere Teil (7¹¹) der Elektrode legt sich hierbei sicher an die Wandung der Isolierkörperbohrung an.

Claims

Erfindungsanspruch

1. Zündkerze für Brennkraftmaschinen mit einer Zweistoff elektrode als Mittelelektrode, die zum Teil aus einem Material' hoher Wärmeleitfähigkeit, wie z.B. Kupfer, und zum anderen Teil aus einem korrosionsbeständigen Material, wie z.B. Nickel oder einer Legierung davon» besteht, gekennzeichnet dadurch, daß sich der aus Nickel oder einer entsprechenden Legierung bestehende brennraumseitige Teil (6) der Elektrode (2) im unteren Teil verjüngt und sich auf eine Schulter (5) nahe der Stirnfläche (4) der Isolierkörperspitze (3.) abstützt und den oberen Teil (7) der Elektrode (2), der aus einem duktilen Material, z.B. Kupfer, besteht, teilweise umschließt und daß der obere Teil (7) der Elektrode (2) durch den Einschnaelzvorgang der leitfähigen Glasschmelze (9) und den Einpreßdruck des Kerzenstiftes (10) so verformt ist, daß eine spaltfreie,, formschlüssige Verbindung beim Motorbetrieb mit der Wandung der Isolierkörperbohrung besteht.
2. Zündkerze nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Stützschulter (5) in einem Abstand von 2 bis 10, vorzugsweise 3 Millimeter von der brennraumseitigen Stirnfläche (4) der Isolierkörperspitze (3) angeordnet ist.
3. Zündkerze nach Punkt! 1, dadurch gekennzeichnet, daß das korrosionsbeständige Teil (6) der Elektrode (2) etwa 1 mm über die äußere Stützschulter (5), das gut wärmeleitende Material umschließend, ausgeführt ist.
4. Zündkerze nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der anschlußseitige Teil der Elektrode (8') ebenfalls verjüngt mit einem Kordel o.a. ausgeführt ist.
5. Zündkerze nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung im Isolierkörper (3^:l) zwischen der äußeren Schulter (5¹¹) und der inneren Schulter (H'') und der obere Teil (7¹¹) der Elektrode (2) konisch ausgeführt ist.

Hierzu^c-Seiten Zeichnungeo