DE10104121A1

DE10104121A1 - Verfahren zur Herstellung eines Startelementes

Info

Publication number: DE10104121A1
Application number: DE10104121A
Authority: DE
Inventors: Heinz Geier; Eckhart Kuglin; Herbert Triptrap; Michael Hausser
Original assignee: Robert Bosch GmbH; DMC2 Degussa Metals Catalysts Cerdec AG
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Vibrantz GmbH
Priority date: 2001-01-29
Filing date: 2001-01-29
Publication date: 2002-08-22
Anticipated expiration: 2021-01-30
Also published as: BR0116843A; ES2333582T3; WO2002061338A1; PL196865B1; HUP0303196A3; US20040095049A1; US7224110B2; CN1488057A; CZ20032045A3; EP1358434A1; HUP0303196A2; DE10104121C2; CN1232759C; PL363326A1; EP1358434B1; JP2004518103A

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Startelementes, insbesondere einer Glühstiftkerze, für den Verbrennungsvorgang in einer Brennkraftmaschine mit einem Keramikelement (1, 3) vorgeschlagen, dass das Glasieren des Keramikelementes (1, 3) wesentlich verbessert. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass eine Trockenglasur (2) auf das Keramikelement (1, 3) aufgebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Startelementes, insbesondere einer Glühstiftkerze, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Bekannte Startelemente für den Verbrennungsvorgang in einer Brennkraftmaschine, wie z. B. eine Zündkerze oder eine Glühstiftkerze, umfassen ein Keramikelement. Bislang werden diese Keramikelemente im Nassauftrag mit einem Schlicker beschichtet, beispielsweise mittels Gieß-, Tauch-, Spritz-, Sprenkel- oder Aufrollverfahren. Nach dem Aufbringen des Schlickers wird das keramische Element gebrannt, wobei das im Schlicker enthaltene einbrennfähige Material zu einer glasigen Schicht, oft auch als keramische Schicht bezeichnet, zusammenschmilzt oder sintert.

Nachteilig bei diesen nasschemischen Behandlungsmethoden ist jedoch, dass die Herstellung des Schlickers vergleichsweise aufwendig ist, Fäulnisprozesse den Schlicker zerstören können, Sedimentationsprozessen entgegengewirkt werden muss sowie Abwasserprobleme und ein hoher Energiebedarf hieraus resultiert. Ablaufender Schlicker kann gegebenenfalls zur Tropfenbildung führen, wodurch eine aufwendige Nachbehandlung nötig ist. Bei Heizern für eine Glühstiftkerze eines Dieselmotors kann der ablaufende Schlicker zu einer geringen Schichtdicke führen, wodurch die Kurzschlussgefahr erhöht wird.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Demgegenüber hat die Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines Startelementes, insbesondere einer Glühstiftkerze, vorzuschlagen, bei dem die oben angeführten Nachteile wenigstens teilweise vermieden werden.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der einleitend genannten Art durch die gekennzeichneten Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.

Dementsprechend zeichnet sich ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Startelementes dadurch aus, dass eine Trockenglasur auf das Keramikelement aufgebracht wird.

Durch die Vermeidung eines Schlickers entfällt beispielsweise die aufwendige Haltbarmachung des Schlickers sowie das durch den Schlicker verursachte Abwasserproblem. Durch den trockenen Auftrag der Beschichtung, gegebenenfalls mittels Sieb-, Puder-, Schüttel- oder ähnlichen Verfahren, ist ein vergleichsweise schneller Einbrand möglich, was auch zu einem verringerten Energieverbrauch des erfindungsgemäßen Verfahrens führt. Darüber hinaus entfällt die aufwendige Nachbearbeitung von ablaufenden Tropfen oder dergleichen.

Vorteilhafterweise wird die Trockenglasur elektrostatisch auf das Keramikelement aufgebracht. Hierdurch wird gewährleistet, dass gegenüber bisherigen Verfahren eine gleichmäßigere Schichtdicke, insbesondere an den Kanten sowie in den Kehlen, erzeugt wird. Die Gefahr von Kurzschlüssen bei einem Heizelement einer Glühstiftkerze wird somit vollständig vermieden, was eine wesentliche Verbesserung darstellt.

Vorzugsweise enthält die Trockenglasur 4-6% CaO, 4-6% BaO, 8-12% Al₂O₃, 53-61% SiO₂ sowie 20-26% B₂O₃, wobei die Trockenglasur vorteilhafterweise 5% CaO, 5% BaO, 10% Al₂O₃, 57% SiO₂ sowie 23% B₂O₃ umfasst. Mit einer entsprechend zusammengesetzten Trockenglasur wird eine vorteilhafte Leitfähigkeit und Fluidisierbarkeit der Trockenglasur realisierbar, was die elektrostatische Beschichtung wesentlich verbessert. Darüber hinaus reduziert sich zusätzlich die Umweltbelastung durch die Verwendung dieser bleifreien Trockenglasur.

Die Zusammensetzung einer elektrostatisch applizierbaren Trockenglasur, hierbei handelt es sich um ein Glasurpulver, kann in weiten Bereichen liegen, so dass die Eigenschaften des Glasurpulvers, darunter das Einbrennverhalten, der Ausdehnungskoeffizient und die elektrischen Eigenschaften des Pulvers sowie der eingebrannten Glasur leicht an das zu glasierende Substrat angepasst werden kann. Besonders geeignete Glasurpulver, wie Glasfritten, können zum Zwecke der Erhöhung ihres spezifischen Widerstands mit isolierenden Substanzen, wie beispielsweise Organopolysiloxanen gemäß EP-A 0 382 003, überzogen sein. Anstelle der Beschichtung eines Glasurpulvers mit einer isolierenden Substanz können elektrostatisch applizierbare Glasurpulver zum Zwecke der Erhöhung des spezifischen Widerstands und Verbesserung der Fluidisierbarkeit gemäß WO 98/54105 auch eine kleine Menge eines Carbonsäuresalzes enthalten. Durch Verwendung eines Glasurpulvers gemäß WO 98/58889, enthaltend zwei Glasfritten mit unterschiedlichem Erweichungsbeginn, lassen sich qualitativ gute Glasuren in hoher Schichtdicke erzielen. Die Haftfestigkeit des Glasurpulvers auf dem Substrat vor dem Brand lässt sich gemäß WO 94/26679 oder WO 97/08115 durch Mitverwendung eines physikalisch oder chemisch aktivierbaren organischen Haftmittels, wie eines thermoplastischen Polymers, steigern.

In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung wird ein elektrisch isolierendes Keramikelement verwendet. Hierdurch wird auch die Beschichtung des Keramikelementes einer Zündkerze, beispielsweise für einen Ottomotor, realisierbar.

In einer anderen Ausführungsform wird ein elektrisch leitendes Keramikelement verwendet. Hierdurch wird die elektrostatische Beschichtung wesentlich vereinfacht und gleichzeitig die erfindungsgemäße Beschichtung eines Glühstifts für eine Glühstiftkerze, beispielsweise für einen Dieselmotor, realisierbar. Hierbei ist die gegenüber bisherigen Verfahren realisierbare wesentlich gleichmäßigere Beschichtung der Kanten für das Funktionieren der Glühstiftkerze entscheidend. Mit herkömmlichen Herstellungsverfahren war dies nicht zuverlässig zu gewährleisten.

Ausführungsbeispiel

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.

Im einzelnen zeigen

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes elektrisch isolierendes Keramikelement,

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes elektrisch leitendes Keramikelement für eine Glühstiftkerze und

Fig. 3 einen Ausschnitt eines Längsschliffs eines erfindungsgemäß beschichteten Keramikelementes.

In Fig. 1 ist ein elektrisch isolierendes Keramikelement 1 dargestellt, dass in einem Bereich A eine Glasur 2 aufweist. Mittels der Glasur 2 verbessert sich sowohl die Festigkeit des Keramikelementes 1 als auch das Abweisen von Schmutz und Wasser. Dies reduziert insbesondere das Beschädigen beim Ein- oder Ausbau sowie das Auftreten von Störungen im Laufe des Betriebs.

In Fig. 2 ist ein elektrisch leitendes Keramikelement 3 für eine Glühstiftkerze dargestellt, dass in einem Bereich B mit einer erfindungsgemäß aufgebrachten Glasur 2 beschichtet ist. Die Glasur 2 ist hierbei sowohl im Mantelbereich als auch im Stirnbereich des Keramikelementes 3 aufgebracht. Nach dem elektrostatischen Beschichten und Glasieren des Keramikelementes 3 wird in einem halbkreisförmigen Bereich C sowie einem rechteckförmigen Bereich D die Glasur wieder entfernt, beispielsweise weggeschliffen, und in nicht näher dargestellter Weise jeweils eine Kontaktierung an den beiden Bereichen C, D angebracht.

Das Keramikelement 3 weist eine Isolationsschicht 4 auf, wobei im Betrieb der Glühstiftkerze beispielsweise der Pluspol mittels der Kontaktierung des Bereichs C und der Minuspol mittels der Kontaktierung im Bereich D realisiert wird. Mit Hilfe eines über die Kontaktierung realisierten Stromflusses beginnt eine keramische Spitze 5 vergleichsweise schnell zu glühen, so dass der Startvorgang eines Dieselmotors im Vergleich zu metallischen Glühstiftkerzen vorteilhaft verkürzt wird.

Die Glasur 2 ermöglicht im eingebauten Zustand der Glühstiftkerze eine elektrische Isolation der Glühstiftkerze gegenüber dem metallischen Motorgehäuse.

In Fig. 3 ist ein Ausschnitt eines Längsschliffs eines Keramikelementes 1, 3 dargestellt. Fig. 3 veranschaulicht, dass die Glasur 2 sowohl an Kanten 6 als auch in einer Kehle 7 eine vergleichsweise gleichmäßige Schichtdicke aufweist. Insbesondere die vergleichsweise dicke Beschichtung an den Kanten 6 ist für eine Glühstiftkerze funktionsentscheidend. Günstig ist hierbei auch die verhältnismäßig dünne Schicht in den Kehlen 7.

Bezugszeichenliste

1

Keramikelement

2

Glasur

3

Keramikelement

4

Isolationsschicht

5

Spitze

6

Kante

7

Kehle
A Bereich
B Bereich
C Bereich
D Bereich

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Startelementes, insbesondere einer Glühstiftkerze, für den Verbrennungsvorgang in einer Brennkraftmaschine mit einem Keramikelement (1, 3), dadurch gekennzeichnet, dass eine Trockenglasur (2) auf das Keramikelement (1, 3) aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trockenglasur (2) elektrostatisch auf das Keramikelement (1, 3) aufgebracht wird.

3. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trockenglasur (2) verwendet wird, die 4-6% CaO, 4-6% BaO, 8-12% Al₂O₃, 53-61% SiO₂ sowie 20-26% B₂O₃ enthält.

4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trockenglasur (2) verwendet wird, die 5% CaO, 5% BaO, 10% Al₂O₃, 57% SiO₂ sowie 23% B₂O₃ enthält.

5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisch isolierendes Keramikelement (1) verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisch leitendes Keramikelement (3) verwendet wird.

7. Keramikelement (1, 3) eines Startelementes, insbesondere einer Glühstiftkerze, für den Verbrennungsvorgang in einer Brennkraftmaschine, wobei auf dem Keramikelement (1, 3) eine Glasur (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrostatisch aufgebrachte Trockenglasur (2) vorgesehen ist.

8. Keramikelement (1, 3) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trockenglasur (2) 4-6% CaO, 4-6% BaO, 8-12% Al₂O₃, 53-61% SiO₂ sowie 20-26% B₂O₃ enthält.

9. Keramikelement (1, 3) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trockenglasur (2) 5% CaO, 5% BaO, 10% Al₂O₃, 57% SiO₂ sowie 23% B₂O₃ enthält.

10. Keramikelement (1, 3) nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Keramikelement (1, 3) im Wesentlichen aus einer elektrisch isolierenden Keramik besteht.

11. Keramikelement (1, 3) nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Keramikelement (1, 3) im Wesentlichen aus einer elektrisch leitenden Keramik besteht.

12. Glühstiftkerze, dadurch gekennzeichnet, dass ein Keramikelement (3) nach Anspruch 7, 8, 9 oder 11 vorgesehen ist.