DE10025048A1 - Mittelelektrode mit Edelmetallarmierung - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung einer Mittelelektrode mit Edelmetallarmierung, wobei man eine Mittelelektrode verwendet, deren Zündspitze (2a) gegenüber dem Mittelelektrodenkörper (1/2) verjüngt ist, daß man auf die verjüngte Zündspitze (2a) einen Edelmetalldraht, dessen Querschnitt dem Querschnitt der verjüngten Zündspitze entspricht, flächig aufschweißt, und daß man diesen Edelmetalldraht in gewünschter Höhe (H) scharfkantig abschneidet.
Description
Die Erfindung betrifft eine Mittelelektrode mit Edelme
tallarmierung, insbesondere eine Zündkerzenelektrode mit
Platinspitze sowie Verfahren zur Herstellung derselben.
Mittelelektroden mit Edelmetallarmierung werden vor
zugsweise für Zündkerzen zur Hochspannungszündung verwendet,
wobei die Armierung beispielsweise durch Einfügen von Edel
metallkugeln, -plättchen, -stifte in die Mittelelektrode
durch Schweißen erfolgt. Herstellung der Edelmetalleinzel
stücke und ihre Einbringung in die Mittelelektrode sind
verfahrenstechnisch sehr aufwendig.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Schweißzo
ne Edelmetall/Nickellegierung, die üblicherweise die Basis
der gattungsgemäßen Mittelelektroden ist, Heißgaskorrosion
und Funkenerosion ausgesetzt ist, so daß wegen der daraus
resultierenden Schäden die Lebensdauererwartung begrenzt
ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, Mittelelektroden und
Verfahren zu deren Herstellung zur Verfügung zu stellen, mit
denen die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile
überwunden werden. Insbesondere sollen die erfindungsgemäßen
Mittelelektroden eine hohe Lebensdauererwartung, gute Kalt
starteigenschaften und niedrigen Spannungsbedarf auch nach
hohen Motorlaufzeiten aufweisen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch das Verfahren
gemäß Anspruch 1 und die Mittelelektrode gemäß Anspruch 6
gelöst; weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich
aus den nachfolgenden Ansprüchen 2 bis 5 bzw. 7 bis 11.
Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Figuren
näher erläutert. Hierbei zeigt
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch den Zünd
spitzenbereich einer erfindungsgemäßen Mittelelektrode und
Fig. 2 schematisch eine Ausführungsform des erfindungs
gemäßen Verfahrens.
Bei der dargestellten Ausführungsform besteht die er
findungsgemäße Mittelelektrode aus einem gut wärmeleitenden
Kern 1, beispielsweise aus Kupfer, und einem Mantel 2 aus
heißgaskorrosionsbeständigem Werkstoff, vorzugsweise Nickel
basislegierung.
Die Mittelelektrode weist eine verjüngte Zündspitze 2a
auf, wobei dieser Bereich einen Durchmesser von etwa 2 mm
oder weniger besitzt. Die Mittelelektrode ist zündseitig mit
einem Abschnitt 3a eines Edelmetalldrahtes 3, insbesondere
aus Platin, als Armierung versehen. Hierbei ist der zünd
seitige Randbereich 5 des Abschnitts 3a scharfkantig ausge
bildet.
Der Durchmesser des Edelmetallabschnitts 3a entspricht
hier dem Durchmesser der verjüngten Zündspitze 2a der Mit
telelektrode. Edelmetallabschnitt 3a und verjüngte Zündspit
ze 2a sind an ihrer Kontaktfläche flächig durch Stumpf
schweißverfahren, wie Widerstandsschweißen oder Reibschweißen
und am Außenumfang durch Strahlungsschweißen wie Laser
schweißen verschweißt. Während der Elektrodendraht zunächst
flächig mit der Zündspitze 2a verschweißt wird, wird nach
dem Abschneiden des Elektrodendrahtes mittels Strahlungs
schweißens am äußeren Umfang im Bereich der Kontaktfläche
ein Legierungsbereich 6 gebildet, in der die Werkstoffe des
Edelmetallabschnitts 3a und der verjüngten Zündspitze 2a zu
einer Legierung aus beiden verschmolzen sind. Bei der vor
liegenden Ausführungsform beträgt die Höhe H des Edelmetall
abschnitts 3a etwa 0,5 mm.
Ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen
Mittelelektrode wird in Fig. 2 schematisch wiedergegeben.
Gemäß Fig. 2a wird auf die verjüngte Zündspitze 2a der
Mittelelektrode ein Edelmetall-Endlosdraht 3 aufgesetzt und
flächig durch ein Stumpfschweißverfahren wie Widerstands
schweißen oder Reibschweißen verschweißt, wobei bevorzugt
die Durchmesser des Drahtes 3 und der Zündspitze 2a gleich
sind.
Gemäß Fig. 2b wird der Draht 3 bis auf einen verblei
benden Abschnitt 3a scharfkantig abgeschnitten. Die Legie
rungsbildung zwischen Edelmetalldraht-Abschnitt 3a und Zünd
spitze 2a erfolgt gemäß Fig. 2c im Außenbereich 6 ihrer Auf
lage aufeinander durch Strahlungsschweißen C, bevorzugt
Laserschweißen, unter Bildung einer Legierung des Edelme
talles mit dem Mittelelektrodenmantelwerkstoff.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist überaus vorteilhaft
durch den Umstand, daß anstelle der Anfertigung einzelner
Einsatzstücke aus Edelmetall, wie eingangs beschrieben,
Edelmetall-Endlosdraht verwendet werden kann, der wesentlich
leichter und unaufwendiger handhabbar ist.
Das Schweißen des Endlosdrahtes mit herkömmlichen Wi
derstandsschweißeinrichtungen ist ohne weiteres durchführ
bar.
Das Abschneiden des Endlosdrahtes erlaubt die Ausbildung
scharfer Kanten bei entsprechenden Schneidwerkzeugen;
diese scharfen Schnittkanten sind bei Wiederholstarts und
Kaltstarts besonders wirkungsvoll, weil durch sie der Span
nungsbedarf abgesenkt wird.
Die Lebensdauererwartung der erfindungsgemäßen Mittel
elektrode liegt bei über 100.000 Kilometer. Durch die Bil
dung einer Legierung zwischen dem Edelmetall und dem Materi
al des Mittelelektrodenmantels werden Heißgaskorrosionsan
griffe, Funkenerosion und chemische Angriffe auf die
Schweißstelle der Edelmetallarmierung und der Mittelelek
trode verhindert. Durch die Verjüngung der Mittelelektrode
wird zusätzlich gute Gemischzugänglichkeit bewirkt.
Es wurde gefunden, daß bei der Funkenausbildung an der
erfindungsgemäßen Mittelelektrode sich durch die verjüngte
Zündspitze und durch die Bildung einer Platin/Nickel-Legie
rung in der Widerstandsschweißzone der Effekt ergibt, daß
sich in der Durchbruchsphase der Funke im kleinsten Zünd
spalt zwischen Mittelelektrode und Masseelektrode bildet. In
der Bogenphase und in der Glimmphase wechselt der Funke vom
Edelmetall auf das "unedle" Metall, d. h. der Funke wechselt
vom Platin auf die Nickellegierung der Mittelelektrode, so
daß der eigentliche funkenerosive Abbrand an einer Stelle
der Mittelelektrode stattfindet, der nicht den Spannungs
bedarf der Funkenstrecke beeinflußt. Der Zündspalt zwischen
Mittelelektrode (die zündseitige Funkenaustrittsfläche ist
vollständig aus Edelmetall) und der gegebenenfalls ebenfalls
mit Edelmetall armierten Masseelelektrode bleibt relativ
konstant, so daß hohe Lebensdauern realisiert werden. Ein
weiterer Vorteil besteht schließlich darin, daß sich durch
den oben beschriebenen Effekt der Funke von der verjüngten,
mit Edelmetall armierten Zündspitze in Richtung Mittelelek
trode bewegt und dadurch in der Bogen- und Glimmphase (hier
fließt der Strom der das Gemisch entflammt) einen längeren
Plasmakanal ausbildet, was wiederum zu verbesserter Entflammung
des Gemisches führt.
Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung einer Mittelelektrode
mit Edelmetallarmierung, dadurch gekennzeichnet, daß man
eine Mittelektrode verwendet, deren Zündspitze (2a) gegen
über dem Mittelelektrodenkörper (1/2) verjüngt ist, daß man
auf die verjüngte Zündspitze (2a) einen Edelmetalldraht(3),
dessen Querschnitt dem Querschnitt der verjüngten Zündspitze
entspricht, flächig aufschweißt, und daß man diesen Edelme
talldraht (3) in gewünschter Höhe (H) scharfkantig abschnei
det.
2. Verfahren zur Herstellung einer Mittelelektrode
mit Edelmetallarmierung, dadurch gekennzeichnet, daß man den
Kontaktbereich von verbleibendem Abschnitt (3a) des Edelme
talldrahtes (3) und der verjüngten Zündspitze (2a) von außen
durch Strahlungsschweißen, vorzugsweise Laserschweißen unter
Legierungsbildung verschweißt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß man eine Mittelektrode verwendet, deren Zünd
spitze auf einen Durchmesser von 2 mm, vorzugsweise 1 mm
oder weniger verjüngt ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß man einen Edelmetallendlosdraht (3) verwendet,
dessen Durchmesser 2 mm, vorzugsweise 1 mm oder weniger
beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß man den Edelmetalldraht (3) auf einen verblei
benden Abschnitt (3a) der Höhe (H) von 0,3 bis 1,0 mm
scharfkantig abschneidet.
6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verbindung
von verjüngter Zündspitze (2a) der Mittelelektrode mit dem
Edelmetalldraht (3) durch Widerstandsschweißen bewirkt.
7. Mittelelektrode mit Edelmetallarmierung, dadurch
gekennzeichnet, daß sie eine verjüngte Zündspitze (2a) auf
weist, auf die stirnseitig ein Abschnitt (3a) eines Edelme
talldrahtes (3), der stirnseitig von scharfen Kanten (5)
begrenzt wird, flächig aufgeschweißt ist, und wobei sich um
den Bereich der Anlage von Edelmetalldrahtabschnitt (3a) an
der verjüngten Zündspitze (2a) ein Legierungsbereich (6)
zwischen dem Edelmetall und dem Material der Zündspitze der
Mittelelektrode ringförmig erstreckt.
8. Mittelelektrode nach Anspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Durchmesser der verjüngten Zündspitze der
Mittelelektrode 2 mm, vorzugsweise 1 mm oder weniger be
trägt.
9. Mittelelektrode nach Anspruch 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Durchmesser des verbleibenden Edel
metalldrahtabschnittes (3a) 2 mm, vorzugsweise 1 mm, ins
besondere weniger als 1 mm beträgt.
10. Mittelelektrode nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (H) des verbleibenden
Abschnitts (3a) des Edelmetalldrahtes 0,3 bis 1,0 mm be
trägt.
11. Mittelelektrode nach einem der Ansprüche 6 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungsbereich (6) durch
Laserschweißen ausgebildet ist.
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