DE10137523A1

DE10137523A1 - Zündkerze und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE10137523A1
Application number: DE10137523A
Authority: DE
Inventors: Tsunenobu Hori
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-08-02
Filing date: 2001-08-01
Publication date: 2002-06-13
Anticipated expiration: 2021-08-02
Also published as: JP4304843B2; US20020017846A1; GB0118878D0; DE10137523B4; GB2368035B; US6819031B2; GB2368035A; JP2002050448A

Abstract

Die Verbindungszuverlässigkeit zwischen einem Plättchen (50) und einem Grundmaterial (30) (Mittelelektrode und/oder Masseelektrode) einer Zündkerze wird verbessert, indem an der Verbindung zwischen dem Plättchen und dem Grundmaterial mit zunehmendem Abstand von dem Grundmaterial (30) unter Überlappung eine Vielzahl von Schweißschichten (61, 62) ausgebildet wird. Im Hinblick auf den Querschnitt der Verbindungsfläche ist die Summe der Querschnittsfläche der ersten Schweißschicht (61) und der zweiten Schweißschicht (62) am Überlappungsabschnitt zwischen der ersten und zweiten Schweißschicht mindestens 1,4 mal so groß wie die Querschnittsfläche des Plättchens (50). Zwischen dem Plättchen und dem Grundmaterial kann zum Schweißen eine Spannungsabbauschicht vorgesehen werden, deren linearer Ausdehnungskoeffizient zwischen dem des Plättchens und dem des Grundmaterials liegt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündkerze mit einem Plättchen zur Funkenentladung auf der Mittelelektrode und/oder Masseelektrode und ein Verfahren zur Herstellung der Zündkerze.

Eine Zündkerze mit einem Plättchen zur Funkenentladung auf der Mittelelektrode und/oder Masseelektrode ist in den japanischen Offenlegungsschriften Nr. 6-188062 und 11-3765 offenbart. Eine solche herkömmliche Zündkerze umfasst ein Plättchen zur Funkenentladung, das mit einem Grundmaterial laserverschweißt ist, das von der Masse elektrode und/oder Mittelelektrode gebildet wird. Das Plättchen enthält ein Edelmetall oder eine edelmeatall haltige Legierung. Durch die Laserverschweißung zwischen dem Plättchen und dem Grundmaterial wird an einer Grenz fläche zwischen dem Plättchen und dem Grundmaterial ein Schweißabschnitt gebildet, wobei zwischen dem Plättchen (Ir-Legierung, Pt-Legierung oder dergleichen) und dem Grundmaterial (Legierung auf Ni-Basis oder dergleichen) eine große Differenz beim linearen Ausdehnungskoeffizien ten besteht. Da das Plättchen durch den laser verschweißten Schweißabschnitt am Grundmaterial befestigt ist, ist das Plättchen mit dem Grundmaterial über eine Schweißung (d. h. einen aufgeschmolzenen und erstarrten Abschnitt) verbunden, wobei die Laserverschweißung eine höhere Verbindungszuverlässigkeit als eine Widerstands verschweißung hat.

In letzter Zeit wurde jedoch eine noch höhere Zuverlässigkeit erforderlich, da die Plättchengröße und damit letztlich die Wärmebelastung allmählich zunimmt.

Die angesprochene japanische Offenlegungsschrift Nr. 11-3765 schlägt zur Abstimmung der Wärmebelastung an dem Verbindungsabschnitt vor, mehrere Schweißabschnitte auszubilden, die so angeordnet sind, dass sie mit zunehmendem Abstand vom Grundmaterial aus dicker werden und sich zwischen dem Plättchen und dem Grundmaterial die Differenz des linearen Ausdehnungskoeffizienten verringert. Diese japanische Offenlegungsschrift offen bart die Schweißabschnitte nur in Grundzügen, nicht aber ihren Querschnittaufbau und die Einzelheiten.

Ziel der Erfindung ist es, eine bessere Zündkerze und ein besseres Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze zur Verfügung zu stellen.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Zündkerze vorgesehen, mit: einem röhrenförmigen Gehäuse; einer Stabmittelelektrode, die von dem röhrenförmigen Gehäuse in dem röhrenförmigen Gehäuse mit einer elektrischen Isolierung dazwischen getragen wird; einer Masseelektrode, die von einem Ende des röhrenförmigen Gehäuses ausgeht; einem Plättchen zur Funkenentladung mittels der Stabmittelelektrode und Masseelektrode, das auf der Seite des einen Endes des röhrenförmigen Gehäuses an einer Endfläche eines Grundmaterials angeordnet ist, das durch die Stabmittelelektrode und/oder Masseelektrode gebildet wird, und das ein Edelmetall enthält; und einem Schweißabschnitt zwischen dem Grundmaterial und dem Plättchen mit einer ersten bis n-ten Schweißschicht die durch Laserschweißen aus Materialien des Plättchens und des Grundmaterials gebildet sind, um das Plättchen mit dem Grundmaterial zu verbinden, wobei die erste bis n-te Schweißschicht von der Seite des Grundmaterials aus im Wesentlichen senkrecht zu der Endfläche in der Reihenfolge erste bis n-te Schweißschicht aufeinander folgend mit zunehmendem Abstand von dem Grundmaterial angeordnet sind, und jede erste bis n-te Schweißschicht mindestens einen Überlappungsabschnitt mit einer der benachbarten Schweißschichten aufweist, und wobei die Summe einer maximalen ersten Querschnittfläche der ersten Schicht und von zweiten Querschnittflächen der zweiten bis n-ten Schweißschichten an den Überlappungsabschnitten 1,4-mal so groß wie eine dritte Querschnittfläche des Plättchens ist, wobei die erste, zweite und dritte Querschnittfläche entlang der Endfläche liegen und n eine natürliche Zahl größer als 1 ist.

Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung weist die m-te Schweißschicht bei der Zündkerze der ersten Ausgestaltung entlang der Endfläche eine maximale vierte Querschnittfläche auf, die größer als die zweite Querschnittfläche der m-ten Schweißfläche an dem Über lappungsabschnitt zwischen der m-ten und (m-1)-ten Schweißschicht ist, wobei 2 ≦ m ≦ n gilt und m eine natürliche Zahl ist.

Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung enthält das Plättchen bei der Zündkerze der ersten Ausgestaltung mehr als 50 Gew.-% Ir.

Gemäß einer vierten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Zündkerze vorgesehen, mit: einem röhrenförmigen Gehäuse; einer Mittelelektrode, die von dem röhrenförmigen Gehäuse in dem röhrenförmigen Gehäuse mit einer elektrischen Isolierung dazwischen getragen wird einer Masse elektrode, die von einem Ende des röhrenförmigen Gehäuses ausgeht; einer Spannungsabbauschicht, die auf der Seite des einen Endes des röhrenförmigen Gehäuses an einer Endfläche eines Grundmaterials angeordnet ist, das durch die Stabmittelelektrode und/oder Masseelektrode gebildet wird; einem Plättchen zur Funkenentladung mittels der Stabmittelelektrode und Masseelektrode, das auf der Spannungsabbauschicht angeordnet ist und ein Edelmetall enthält; und einem Schweißabschnitt, der zwischen dem Grundmaterial und dem Plättchen durch Laserschweißen aus Materialien des Grundmaterials, der Spannungsabbauschicht und des Plättchens ausgebildet ist, um das Plättchen an dem Grundmaterial zu befestigen, wobei der lineare Ausdehnungskoeffizient der Spannungsabbauschicht zwischen dem des Grundmaterials und dem des Plättchens liegt.

Gemäß einer fünften Ausgestaltung der Erfindung ist die Dicke t der Spannungsabbauschicht bei der Zündkerze der vierten Ausgestaltung größer oder gleich 0,2 mm und kleiner oder gleich 0,6 mm und gilt α ≧ (1,4-t)/2, wobei α das Verhältnis einer maximalen Querschnittfläche des Schweißabschnitts entlang der Endfläche zu einer Quer schnittfläche des Plättchens entlang der Endfläche ist.

Gemäß einer sechsten Ausgestaltung der Erfindung enthält das Plättchen bei der Zündkerze der vierten Ausgestaltung mehr als 50 Gew.-% Ir.

Gemäß einer siebten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen zur Herstellung einer Zündkerze mit einem röhrenförmigen Gehäuse, einer von dem röhren förmigen Gehäuse in dem röhrenförmigen Gehäuse mit einer elektrischen Isolierung dazwischen getragenen Stab mittelelektrode und einer von einem Ende des röhren förmigen Gehäuses ausgehenden Masseelektrode, das die Schritte umfasst: Aufbringen einer Spannungsabbauschicht auf der Seite des einen Endes des röhrenförmigen Gehäuses auf einer Endfläche eines Grundmaterials, das die durch die Stabmittelelektrode und/oder Masseelektrode gebildet wird; Aufbringen eines ein Edelmetall enthaltenden Plättchens zur Funkenentladung auf der Spannungsabbau schicht, deren linearer Ausdehnungskoeffizient zwischen dem des Grundmaterials und dem des Plättchens liegt; und Befestigen des Plättchens an dem Grundmaterial durch Ausbilden einer Schweißschicht an einem Grenzflächen abschnitt des Grundmaterials, der Spannungsabbauschicht und des Plättchens.

Gemäß einer achten Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Schweißabschnitt bei der Zündkerze der vierten Ausgestaltung eine erste und zweite ringförmige Schicht, wobei die erste ringförmige Schicht zwischen einem Abschnitt der Endfläche des Grundmaterials und der Spannungsabbauschicht angeordnet ist, um die Spannungs abbauschicht an dem Grundmaterial zu befestigen, und die zweite ringförmige Schicht zwischen dem Plättchen und der Spannungsabbauschicht angeordnet ist, um das Plättchen an der Spannungsabbauschicht zu befestigen.

Gemäß einer neunten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Zündkerze vorgesehen, mit: einem röhrenförmigen Gehäuse; einer Stabmittelelektrode, die von dem röhrenförmigen Gehäuse in dem röhrenförmigen Gehäuse mit einer elektrischen Isolierung dazwischen getragen wird; einer Masseelektrode, die von einem Ende des röhrenförmigen Gehäuses ausgeht, wobei die Stabmittelelektrode und/oder Masseelektrode als Grundmaterial dient/dienen; einem Schweißabschnitt auf dem Grundmaterial; und einem ein Edelmetall enthaltenden Plättchen auf dem Schweiß abschnitt zur Funkenentladung mittels der Stabmittel elektrode und der Masseelektrode, wobei der lineare Ausdehnungskoeffizient des Schweißabschnitts zwischen dem des Grundmaterials und dem des Plättchens liegt.

Gemäß einer zehnten Ausgestaltung der Erfindung ist der Schweißabschnitt bei der Zündkerze der vierten Ausgestaltung um die Spannungsabbauschicht herum angeordnet.

Nähere Einzelheiten zu Aufgabe und Merkmalen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Zündkerze gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 2A eine Seitenschnittansicht eines Beispiels für den Verbindungsabschnitt zwischen der Mittelelektrode und dem Plättchen entlang einer Achse AX der Mittelelektrode beim ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 2B eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 2A;

Fig. 2C eine Schnittansicht entlang der Linie B-B entlang in Fig. 2A;

Fig. 3 eine Seitenschnittansicht eines Beispiels für den Verbindungsabschnitt zwischen der Mittelelektrode und dem Plättchen entlang einer Achse AX der Mittelelektrode beim ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 4A und Fig. 4B Seitenschnittansichten herkömmlicher Zündkerzen zum Vergleich mit dem ersten Ausführungs beispiel;

Fig. 5 eine Tabelle mit Versuchsprobekörpern, die für den Doppelschweißschichtaufbau des ersten Ausführungs beispiels eine Änderung des Querschnittflächen verhältnisses in Bezug auf die Schweißschichttiefen angibt;

Fig. 6 eine Tabelle mit Versuchsprobekörpern nach dem Stand der Technik, die für einen herkömmlichen Einzel schweißschichtaufbau eine Änderung des Querschnitt flächenverhältnisses in Bezug auf die Schweißschichttiefe d1 angibt;

Fig. 7 eine grafische Darstellung, die für den Doppel schweißschichtaufbau des zweiten Ausführungsbeispiels in Bezug auf das Querschnittflächenverhältnis der Schweiß schichten und des Plättchens eine Änderung der Zug festigkeit (N) mit und ohne Langzeitversuch angibt;

Fig. 8 für den herkömmlichen Einzelschweißschichtaufbau in Bezug auf das Querschnittflächenverhältnis der Schweißschicht und des Plättchens eine Änderung der Zugfestigkeit (N) mit und ohne Langzeitversuch;

Fig. 9 eine Tabelle mit Versuchsprobekörpern, die für den Dreifachschweißschichtaufbau des ersten Ausführungs beispiels eine Änderung des Querschnittflächen verhältnisses in Bezug auf die Schweißschichttiefen angibt;

Fig. 10 eine grafische Darstellung, die für den Dreifach schweißschichtaufbau des ersten Ausführungsbeispiels in Bezug auf das Querschnittflächenverhältnis der Schweiß schichten und des Plättchens eine Änderung der Zugfestig keit (N) mit und ohne Langzeitversuch angibt;

Fig. 11A und Fig. 11B Seitenschnittansichten des Verbindungsabschnitts zwischen dem Plättchen und der Mittelelektrode beim zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 12A bis Fig. 12C Seitenschnittansichten des Spitzen abschnitts der Mittelelektrode, die den Schweißabschnitt beim zweiten Ausführungsbeispiel zeigen;

Fig. 13 eine Tabelle mit Versuchsprobekörpern, die für den Dreifachschweißschichtaufbau des zweiten Ausführungs beispiels eine Änderung des Querschnittflächen verhältnisses in Bezug auf die Schweißschichttiefen angibt;

Fig. 14 eine grafische Darstellung, die für das zweite Ausführungsbeispiel in Bezug auf das Querschnittflächen verhältnis ausgehend von einer Langzeitversuchs abschätzung eine Zugfestigkeitsänderung angibt;

Fig. 15 eine grafische Darstellung, die beim zweiten Ausführungsbeispiel den Zusammenhang zwischen dem Quer schnittflächenverhältnis und der Dicke der Spannungs abbauschicht veranschaulicht;

Fig. 16A bis Fig. 16F Seitenschnittansichten des Spitzen abschnitts der Mittelelektrode bei einer ersten Abwandlung;

Fig. 17A bis Fig. 17C eine zweite Abwandlung des zweiten Ausführungsbeispiels, bei der am Verbindungsabschnitt mehrere Schweißschichten ausgebildet sind;

Fig. 18A eine Seitenschnittansicht für den Fall, dass beim ersten Ausführungsbeispiel eine dritte Abwandlung Anwendung findet;

Fig. 18B eine Seitenschnittansicht von F in Fig. 18A aus gesehen;

Fig. 18C eine Seitenschnittansicht für den Fall, dass beim zweiten Ausführungsbeispiel eine dritte Abwandlung Anwendung findet; und

Fig. 18D eine Seitenschnittansicht von G in Fig. 19A aus gesehen.

In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszahlen gleiche oder sich entsprechende Elemente oder Teile.

Erstes Ausführungsbeispiel

Die Zündkerze gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird in einem Gasmotor für einen elektrischen Generator in einem Kogenerationssystem verwendet (Kogeneration: Erzeugung von zwei nutzbaren Energiearten).

Fig. 1 zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Zündkerze 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde ein Plättchen 50 mittels eines Lasers mit einer als Grundmaterial dienenden Mittelelektrode 30 verschweißt. Das Plättchen 50 kann jedoch auch auf die Masseelektrode 40 aufgebracht werden, oder es können sowohl auf der Masseelektrode 40 als auch auf der Mittelelektrode 30 Plättchen vorgesehen werden. Fig. 2A und Fig. 3 zeigen Seitenschnittansichten mit Beispielen für den Verbindungsabschnitt zwischen der Mittelelektrode 30 und dem Plättchen 50 auf einer Ebene entlang einer Achse AX des Plättchen 50. Fig. 2B zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 2A und

Fig. 2C eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in Fig. 2A. Bei diesem Ausführungsbeispiel dient also die Mittel elektrode 30 und/oder Masseelektrode 40 als Grund material.

Die Zündkerze 100 hat ein röhrenförmiges Metallgehäuse 10, das in sich ein Innenloch 36 sowie einen Gewinde abschnitt 11 zur Befestigung an einem (nicht gezeigten) Motorblock aufweist. Das Gehäuse 10 trägt in seinem Innenloch 36 einen Isolator 20 aus Aluminiumoxidkeramik (Al₂O₃) oder dergleichen. Eine Spitze 21 des Isolators 20 liegt zu dem Raum an dem einen Ende 12 des Gehäuses 10 hin frei.

Die Mittelelektrode 30 wird in einem Axialloch 22 des Isolators 20 getragen, so dass die Mittelelektrode 30 isoliert von dem Gehäuse 10 getragen wird. Eine Spitze 31 der Mittelelektrode 30 liegt zu dem Raum an dem einen Ende 12 des Gehäuses 10 hin frei. Die Mittelelektrode 30 ist stabförmig und weist ein Innenmaterial und um das Innenmaterial herum ein Außenmaterial auf. Das Innen material umfasst ein Metallmaterial mit hervorragender Wärmeleitfähigkeit, wie etwa Cu, und das Außenmaterial ein Metallmaterial mit hervorragender Wärmebeständigkeit und hervorragender Korrosionsbeständigkeit, wie etwa eine Legierung auf Ni-Basis. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat die Mittelelektrode 30 eine Zylinderform.

Das eine Ende 41 der Masseelektrode 40 liegt im Wesentlichen dem einem Ende der Mittelelektrode 30 gegenüber, wobei die Masseelektrode 40 in einem mittleren Abschnitt gebogen ist und das andere Ende 42 der Masse elektrode mit dem einen Ende 12 des Gehäuses 10 verschweißt ist. Demnach geht die Masseelektrode 40 von dem einen Ende 12 des Gehäuses aus.

An der Endfläche (Verbindungsfläche) 31 der Mittel elektrode ist mit der Mittelelektrode als Grundmaterial durch Laserschweißen unter Ausbildung eines laser geschweißten Schweißabschnitts 60 ein Plättchen 50 verschweißt, das ein Edelmetall oder eine edelmetall haltige Legierung enthält. Der Schweißabschnitt 60 verbindet also das Plättchen 50 mit der Mittelelektrode 30. Der Schweißabschnitt 60 ergibt sich unter Laser schweißen durch Aufschmelzen der Materialien des Plättchens 50 und der Mittelelektrode 30 und anschließendes Erstarren der Schmelze.

Das Plättchen 50 und das eine Ende 41 der Masseelektrode 40 bilden einen Spalt 70 zur Funkenentladung. Das Plättchen 50 ist eine kreisförmige Platte aus Ir (Iridium), einer Ir-Legierung, Pt (Platin), einer Pt- Legierung oder dergleichen. In Anbetracht der Wärme beständigkeit ist es günstig, wenn das Plättchen 50 Gew.-% oder mehr Ir enthält.

Die Zündkerze 100 weist also im Einzelnen das röhren förmige Gehäuse 10, die von dem röhrenförmigen Gehäuse 10 in dem Loch 36 des röhrenförmigen Gehäuses 10 mit einer elektrischen Isolierung dazwischen getragene Stabmittel elektrode 30 und die von dem einen Ende 12 des röhren förmigen Gehäuses 10 ausgehende Masseelektrode 40 auf. Das eine Ende der Mittelelektrode 30 liegt im Wesentlichen dem einem Ende der Masseelektrode 40 gegen über. Das Plättchen 50 ist auf der Seite des einen Endes 12 des röhrenförmigen Gehäuses 10 zur Funkenentladung zwischen der Stabmittelelektrode 30 und der Masse elektrode 40 auf der Endfläche 31 des Grundmaterials angeordnet, das durch die Stabmittelelektrode 30 und/oder Masseelektrode 40 gebildet wird. Das Plättchen 50 umfasst ein Edelmetall.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2A bis 2C und Fig. 3 wird nun der Aufbau des Verbindungsabschnitts zwischen dem Plättchen 50 und der Mittelelektrode (Grundmaterial 30) näher beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Schweißabschnitt (Legierungsabschnitt) 60 so ausgebildet, dass er eine erste bis n-te Schweißschicht enthält und das Plättchen 50 mit dem Schweißabschnitt 60 an dem Grundmaterial befestigt ist, wobei die erste bis n-te Schweißschicht von der Seite des Grundmaterials (Mittelelektrode 30) aus in der Reihenfolge erste bis n-te Schweißschicht entlang der Achse AX des Grundmaterials (aufeinanderfolgend mit zunehmendem Abstand zum Grundmaterial) angeordnet sind und n eine natürliche Zahl von mehr als 1 ist. Jede erste bis n-te Schweißschicht weist, wie in Fig. 2A gezeigt ist, mindestens einen Überlappungsabschnitt B mit einer benachbarten Schweißschicht auf. Der Aufbau des Schweißabschnitts lässt sich an seiner Querschnittfläche mit einem metallurgischen Mikroskop begutachten.

Fig. 2A zeigt ein Beispiel für einen Doppelschichtaufbau, bei dem von der Seite der Mittelelektrode 30 aus eine erste und zweite Schweißschicht 61 und 62 in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Zunächst wird durch Laser schweißen die erste Schweißschicht 61 ausgebildet, wobei Abschnitte (Materialien) des Plättchens 50 und der Mittelelektrode 30 aufgeschmolzen und miteinander legiert werden und dann erstarren. Fig. 2B zeigt die Schnitt ansicht der ersten Schweißschicht 61. Als nächstes wird auf ähnliche Weise die zweite Schicht 62 mit dem Über lappungsabschnitt B gebildet. Fig. 2C zeigt den Abschnitt der zweiten Schweißschicht an dem Überlappungsabschnitt.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel für einen dreilagigen Aufbau, bei dem von der Seite der Mittelelektrode 30 aus aufeinanderfolgend erste bis dritte Schweißschichten 61 bis 63 in dieser Reihenfolge ausgebildet werden. Daher ergeben sich Überlappungsabschnitte B und C. Die Anzahl der Schichten kann auch vier oder mehr betragen.

Jede der Schweißschichten 61 bis 63 hat bei Betrachtung entlang der Achse AX eine Ringform. Die Ringform kann im Umfangsrichtung aufeinanderfolgend oder unterbrochen verbunden sein. Die Schweißschichten 61 bis 63 werden im Einzelnen wie folgt ausgebildet:
Das Plättchen 50 wird an der Endfläche 31 der Mittel elektrode 30 vorläufig durch Widerstandsschweißen oder mit Hilfe einer Einspannung befestigt. Als nächstes trifft der Laser um den vollen Umfang der Grenzfläche herum oder an Teilen des Umfangs auf die Grenzfläche zwischen dem Plättchen 50 und der Mittelelektrode 30. Dies bildet die erste Schweißschicht 61.

Als nächstes wird der Laserpunkt entlang der Achse AX verschoben, wobei der Laser den Grenzflächenabschnitt auf ähnliche Weise trifft, um die zweite Schweißschicht 62 auszubilden. In dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel wird außerdem die dritte Schweißschicht 63 gebildet.

Wie vorstehend erwähnt wurde, werden die Materialien des Plättchens 50 und der Mittelelektrode 30 aufgeschmolzen und zu einer Legierung gemischt und erstarren unter Bildung des Schweißabschnitts 60. Jeder Schweißabschnitt 61 bis 63 ragt von der Außenseite des Grenzflächen abschnitts zur Achse AX vor, so dass die Spitzen der Schweißschichten in die Mittelelektrode 30 oder das Plättchen 50 eindringen. Bei den in Fig. 2A und Fig. 3 gezeigten Beispielen werden die erste bis dritte Schweiß schicht 61 bis 63 (62) in dieser Reihenfolge ausgebildet. Allerdings kann die Reihenfolge, mit der die Schweiß schichten 61 bis 63 gebildet werden, auch geändert werden.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Quer schnittflächen des Schweißabschnitts 60 entlang der Verbindungsfläche 31 wie folgt gestaltet:
Die Summe der maximalen ersten Querschnittfläche der ersten Schweißschicht in der A-A-Ebene und der zweiten Querschnittfläche der zweiten Schweißschicht an dem Überlappungsabschnitt in der B-B-Ebene ist 1,4-mal so groß wie die Querschnittfläche des Plättchen 50. Die erste und zweite Querschnittfläche verlaufen entlang der Endfläche 31 bzw. sind senkrecht zur Achse AX.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Summe der maximalen ersten Querschnittfläche der ersten Schweißschicht und der zweiten Querschnittflächen der zweiten und dritten Schweißflächen an den Überlappungs abschnitten in der B-B- und C-C-Ebene 1,4-mal so groß wie die Querschnittfläche des Plättchens 50. Die erste, zweite und dritte Querschnittfläche verlaufen (parallel) entlang der Endfläche 31 bzw. sind senkrecht zur Achse AX.

Die maximale Querschnittfläche der ersten Schweißschicht 61 entspricht der Querschnittfläche entlang der Endfläche 31 mit der maximalen Tiefe d1, mit der die Schweißschicht 61 in der zur Achse AX senkrechten oder zur Endfläche (Verbindungsfläche) 31 parallelen Ebene A-A in die Mittelelektrode 30 eindringt.

Die Erfinder gelangten anhand von Versuchen zu diesem Zusammenhang zwischen den Querschnittflächen. Die Unter suchungen über diesen Zusammenhang werden anhand des in Fig. 2A beschriebenen Beispiels erläutert. Die Fig. 4A und 4B zeigen Seitenschnittansichten der Mittelelektrode 30 einer herkömmlichen Zündkerze. Der in den Fig. 4A und 4B gezeigte Einzelschweißschichtaufbau dient zum Vergleich mit dem ersten Ausführungsbeispiel.

Bei diesem Versuch umfasste die Mittelelektrode 30 eine Legierung auf Ni-Basis namens Inconel (eingetragenes Markenzeichen), wobei der Durchmesser D1 der Endfläche 31 2,7 mm betrug. Das Plättchen 50 umfasste: eine Ir-10Rh- Legierung, die 90 Gew.-% Ir und 10 Gew.-% Rh enthielt. Es wurde ein kreisförmiges Plättchen mit einem Durchmesser D2 von 2,4 mm und einer Dicke von 1,4 mm verwendet. Diese Spezifikationen für die Mittelelektrode 30 und das Plättchen 50 sind für die Zündkerze eines Kogenerations systems üblich, in dem die Wärmebelastung hoch ist.

Bei diesem Doppelschweißschichtaufbau führte eine Änderung der Laserschweißbedingungen zu einer unter schiedlichen Tiefe d1 der ersten Schweißschicht 61 und einer unterschiedlichen Tiefe d2 am Überlappungsabschnitt zwischen der ersten und zweiten Schweißschicht 61 und 62, um bei den Versuchsprobekörpern für verschiedene Quer schnittflächenverhältnisse zu sorgen. Auf diese Weise ließen sich Daten über das Verhältnis der Summe einer maximalen ersten Querschnittfläche der ersten Schicht 61 und von zweiten Querschnittflächen der zweiten bis n-ten Schweißschicht an den Überlappungsabschnitten B, C zur dritten Querschnittfläche des Plättchens 50 erhalten.

Fig. 5 zeigt eine Tabelle mit Versuchsprobekörpern, die in Bezug auf die Schweißschichttiefen die Änderungen des Querschnittflächenverhältnisses für den Doppelschweiß schichtaufbau angibt. Bei der Probekörperart (1) beträgt die Tiefe d1 0,3 mm und die Tiefe b2 am Überlappungs abschnitt 0,1 bis 0,3 mm. Bei der Probekörperart (2) beträgt die Tiefe d1 0,7 und die Tiefe d2 zwischen 0,1 und 0,7 mm. Bei der Probekörperart (3) beträgt die Tiefe d1 1,1 mm und die Tiefe d2 zwischen 0,1 und 1,1 mm.

Fig. 6 zeigt zum Vergleich mit diesen Versuchsprobe körpern eine Tabelle mit herkömmlichen Versuchsprobe körpern, die in Bezug auf die Schweißschichttiefe d1 die Änderung des Querschnittflächenverhältnisses für den Einzelschweißschichtaufbau angibt. Beim Einzelschweiß schichtaufbau führte die Änderung der Laserschweiß bedingungen zu einer unterschiedlichen Tiefe d1 der Schweißschicht 61, so dass sich für die Schweißschicht 61 verschiedene Querschnittflächen ergaben. Daraufhin wurden die Verhältnisse der Querschnittfläche der Schweißschicht zur Querschnittfläche des Plättchens 50 ermittelt.

Bei den Probekörperarten (4) bis (10) betrug die Tiefe d1 jeweils 0,1, 0,3, 0,5, 0,7, 0,9, 1,1 und 1,3 mm. Die Probekörperarten (4) bis (9) wiesen entlang der Achse AX den ringförmigen Schweißschichtaufbau auf. Die Probe körperart (10) wies wie in Fig. 4B gezeigt (entlang der Achse AX betrachtet) eine (voll durchgeschweißte) kreis förmig-plattenförmige Schweißschicht auf.

Die in den Fig. 5 und 6 angegebenen Zündkerzenprobe körper wurden einem Langzeitversuch unterzogen, um die Verbindungszuverlässigkeit zwischen dem Plättchen 50 und Mittelelektrode 30 abzuschätzen. Der Langzeitversuch erfolgte, indem die Zündkerzen in einem Motor mit sechs Zylindern und 2000 ccm Hubraum eingebaut wurden. Ein Betriebszyklus umfasste eine Minute lang Leerlauf und eine Minute lang Vollgas (bei 6000 U/min), wobei dieser Zyklus 100 Stunden lang wiederholt wurde. Die Verbindungszuverlässigkeit wurde anhand der Zugfestigkeit abgeschätzt, wobei auf Verbindungszuverlässigkeit entschieden wurde, wenn die Zugfestigkeit nach dem angesprochenen Langzeitversuch mehr als 200 N betrug.

Fig. 7 zeigt eine grafische Darstellung, die die Änderung der Zugfestigkeit N für den Doppelschweißschichtaufbau in Bezug auf das Querschnittflächenverhältnis der Schweiß schichten 61 und 62 und des Plättchens 50 ohne und mit Langzeitversuch angibt. In Fig. 7 geben die ausgefüllten Kreise die Zugfestigkeit für die Probenkörperart (1) ohne Langzeitversuch und die nicht ausgefüllten Kreise die Zugfestigkeit nach dem Langzeitversuch an. Die ausgefüll ten Dreiecke stehen für die Zugfestigkeit der Probe körperart (2) ohne Langzeitversuch und die nicht ausgefüllten Dreiecke für die Zugfestigkeit nach dem Langzeitversuch. Die ausgefüllten Vierecke entsprechen der Zugfestigkeit für die Probekörperart (3) ohne Lang zeitversuch und die ausgefüllten Vierecke der nach dem Langzeitversuch.

Fig. 8 zeigt andererseits die Änderung der Zugfestigkeit N für den Einzelschweißschichtaufbau in Bezug auf das Querschnittflächenverhältnis der Schweißschicht und des Plättchens 50 mit und ohne Langzeitversuch. In Fig. 8 stehen die ausgefüllten Kreise für die Zugfestigkeit ohne Langzeitversuch und die ausgefüllten Dreiecke für die Zugfestigkeit nach dem Langzeitversuch.

Wie aus Fig. 8 deutlich hervorgeht, ändert sich die Zugfestigkeit beim Einzelschweißschichtaufbau ohne Langzeitversuch mit der Querschnittfläche der Schweiß schicht. Allerdings erreicht die Zugfestigkeit nach dem Langzeitversuch selbst im Fall des vollständig durch geschweißten Aufbaus (Fig. 4B), der als Einzelschicht aufbau die höchste Zuverlässigkeit zeigt, nicht das geforderte Zuverlässigkeitsniveau von 200 N.

Wie in Fig. 7 gezeigt ist, ändert sich die Zugfestigkeit beim Doppelschweißschichtaufbau ohne Langzeitversuch mit der Gesamtquerschnittfläche. Nach dem Langzeitversuch nimmt jedoch die Zugfestigkeit unbeachtet der Quer schnittsform des Schweißabschnitts 60 mit dem Verhältnis der Gesamtquerschnittfläche der Schweißschichten zur Querschnittfläche des Plättchens 50 zu.

Die liegt daran, dass die Dicke des Schweißabschnitts 60 beim Doppelschweißschichtaufbau größer als beim Einzel schweißschichtaufbau ist und dass außerdem die Differenz des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Plättchen 50 und der Mittelelektrode (Grundmaterial 30) verringert werden kann, so dass sich die auf den Verbindungsabschnitt wirkende Wärmebelastung reduzieren lässt. Wenn darüber hinaus das Querschnittflächen verhältnis (Gesamtquerschnittfläche) größer oder gleich 1,4 mal der Querschnittfläche des Plättchens 50 ist, lässt sich eine Zugfestigkeit von mehr als 200 N erzielen, so dass die Verbindungszuverlässigkeit das geforderte Praxisniveau erfüllt.

Darüber hinaus wurde auch der in Fig. 3 gezeigte Dreifachschichtaufbau beurteilt. Die Probekörperarten waren mit denen des Doppelschichtaufbaus vergleichbar. Und zwar wurden Versuchsprobekörper angefertigt, bei denen die Tiefe d1 der ersten Schweißschicht 61, die Tiefe d2 der zweiten Schweißschicht 62 am Überlappungs abschnitt und die Tiefe d3 des dritten Schweißabschnitts 63 am Überlappungsabschnitt wie in Fig. 9 gezeigt geändert wurden.

Bei jedem der überprüften Probekörper wurde die Gesamt summe der Querschnittfläche der ersten Schweißschicht 61, der Querschnittfläche der zweiten Schweißschicht 62 am Überlappungsabschnitt zwischen der ersten und der zweiten Schweißschicht 61 und 62 und der Querschnittfläche der dritten Schweißschicht 63 am Überlappungsabschnitt zwischen der zweiten und dritten Schweißschicht 62 und 63 berechnet. Fig. 9 gibt für die jeweiligen Versuchsprobe körper die Verhältnisse dieser Gesamtquerschnittfläche zur Querschnittfläche des Plättchens 50 an.

Laut Fig. 9 betrug bei der Probekörperart (11) die Tiefe d1 0,3 mm, die Tiefe d2 am Überlappungsabschnitt B zwischen 0,1 und 0,3 mm und die Tiefe d3 am Überlappungs abschnitt C zwischen 0,1 und 0,2 mm. Bei der Probekörper art (12) betrug die Tiefe d1 0,7 mm, die Tiefe d2 zwischen 0,1 und 0,2 mm und die Tiefe d3 am Überlappungs abschnitt C zwischen 0,1 und 0,2 mm. Bei der Probekörper art (13) betrug die Tiefe d1 1,1 mm, die Tiefe d2 0,1 mm und die Tiefe d3 0,1 mm.

Die Versuchsprobekörper wurden einem ähnlichen Langzeit versuch wie vorstehend unterzogen. Die Verbindungs zuverlässigkeit wurde anhand der Zugfestigkeit abgeschätzt.

Fig. 10 zeigt eine grafische Darstellung, die für den Dreifachschweißschichtaufbau die Änderung der Zug festigkeit (N) in Bezug auf das Querschnittflächen verhältnis der Schweißschichten 61 bis 63 und des Plättchens 50 mit und ohne Langzeitversuch angibt. In Fig. 10 entsprechen die ausgefüllten Kreise der Zug festigkeit für die Probekörperart (11) ohne Langzeit versuch und die nicht ausgefüllten Kreise der nach dem Langzeitversuch. Die ausgefüllten Dreiecke entsprechen der Zugfestigkeit für die Probekörperart (12) ohne Langzeitversuch und die nicht ausgefüllten Dreiecke der nach dem Langzeitversuch. Das ausgefüllte Viereck entspricht der Zugfestigkeit für die Probekörperart (13) ohne Langzeitversuch und das nicht ausgefüllte Viereck der Zugfestigkeit nach dem Langzeitversuch. Wie deutlich aus Fig. 10 hervorgeht, ergibt sich der gleiche Verlauf wie beim Doppelschweißschichtaufbau.

Aus den obigen Untersuchungen ergibt sich, dass sich die geforderte Verbindungszuverlässigkeit zwischen dem Plättchen 50 und der Mittelelektrode 30 erzielen lässt, indem die Gesamtsumme der Querschnittfläche der ersten Schweißschicht 61 und der Querschnittflächen der zweiten bis n-ten Schweißschichten an den Überlappungsabschnitten 1,4-mal so groß wie die Querschnittfläche des Plättchens 50 eingestellt wird.

Abgesehen davon ist es bei diesem Ausführungsbeispiel günstig, wenn die m-te Schweißschicht (2 ≦ m ≦ n) entlang der Verbindungsfläche 31 eine Querschnittfläche hat, die größer als die Querschnittfläche am Überlappungsabschnitt B oder C ist. Das heißt, dass die m-te Schweißschicht in einer die Achse AX enthaltenden Ebene eine Spitze aufweisen sollte, die zu der Achse AX hin in das Plättchen 50 hineinragt.

Die Beispiele in den Fig. 2A und 3 haben diesen günstigen Aufbau, d. h. einen Keilaufbau. So ist bei dem Doppelschichtaufbau die Querschnittfläche der zweiten Schweißschicht 62 größer als die Querschnittfläche des Überlappungsabschnitts B zwischen der ersten und zweiten Schweißschicht 61 und 62. Bei dem Dreifachschichtaufbau ist die Querschnittfläche der dritten Schweißschicht 63 größer als die Querschnittfläche an ihrem Überlappungs abschnitt C zwischen der zweiten und dritten Schweiß schicht 62 und 63.

Jede der Schweißschichten 61 bis 63 wird von der Außen fläche aus zur Mitte hin ausgebildet (aufgeschmolzen und erstarrt). Die Spitze der zweiten Schicht 62 ragt beispielsweise von der Tiefe d2 des Überlappungsabschnitt B zwischen der ersten und zweiten Schweißschicht 61 und 62 aus zur Mitte des Plättchens 50 hin in das Material des Plättchens 50 hinein. Mit anderen Worten ragt ein Teilabschnitt 71 des Plättchens 50 in den Schweiß abschnitt 60 vor. Die zweite Schweißschicht 62 nimmt diesen Keilabschnitt 63 auf. Das hindert das Plättchen 50 daran, sich von der Mittelelektrode 63 zu lösen.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Dreifachschichtaufbau ist zwischen der zweiten und dritten Schweißschicht 62 und 63 für einen weiteren Keilabschnitt 73 gesorgt. Dies ergibt einen noch stärkeren Keilaufbau.

Wenn die Anzahl der Schweißschichten mehr als zwei beträgt, können mit Ausnahme der ersten Schweißschicht 61 sämtliche Schweißschichten diesen Aufbau aufweisen. Die Keilwirkung liegt allerdings auch dann vor, wenn abgesehen von der ersten Schweißschicht mindestens eine der Schweißschichten diesen Aufbau aufweist.

Zweites Ausführungsbeispiel

Fig. 11A zeigt in einer Seitenschnittansicht einen Spitzenabschnitt der Mittelelektrode 30 beim zweiten Ausführungsbeispiel.

Die Zündkerze gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie das erste Ausführungsbeispiel. Der Unterschied besteht darin, dass zwischen dem Plättchen 50 und der Endfläche 31 der Mittelelektrode (Grundmaterial) 30 eine Spannungsabbau schicht (Spannungsabschwächungsschicht) 80 vorgesehen ist. Und zwar ist die Spannungsabbauschicht 80 auf beiden Seiten von dem Plättchen 50 und der Endfläche 31 der Mittelelektrode 31 bedeckt, um die Wärmespannung zwischen dem Plättchen 50 in der Mittelelektrode 30 zu verringern. Die Spannungsabbauschicht 80 hat einen linearen Ausdehnungskoeffizienten, der zwischen dem des Plättchens 50 und dem der Mittelelektrode 30 liegt. Das Plättchen 50 ist an der Mittelelektrode 30 durch eine Schweißschicht 90 befestigt, die durch Laserschweißen am Grenzflächen abschnitt der Mittelelektrode 30, der Spannungsabbau schicht 80 und des Plättchens 50 aus den Materialien des Plättchens 50, der Spannungsabbauschicht 90 und der Mittelelektrode 30 ausgebildet wurde. Fig. 11B zeigt einen Spitzenabschnitt der Mittelelektrode 30, in dem die Laserschweißung durch die gesamte Tiefe (Radius der Mittelelektrode 30) geht. Das heißt, dass die Schweiß schicht 90 bei Betrachtung entlang der Achse AX als kreisförmige Platte ausgebildet ist. Der Schweißabschnitt ist also auf dem Grundmaterial und das Plättchen 50 auf dem Schweißabschnitt angeordnet, wobei sich der lineare Ausdehnungskoeffizient des Schweißabschnitts zwischen dem des Grundmaterials und dem des Plättchens 50 befindet.

Die Mittelelektrode 30 umfasst eine Legierung auf Ni- Basis, das Plättchen 50 Ir oder eine Ir-Legierung, und für das Material der Spannungsabbauschicht 80 kann eine Pt-Legierung oder dergleichen verwendet werden, deren linearer Ausdehnungskoeffizient zwischen dem der Legierung auf Ni-Basis und dem der Ir-Legierung liegt. Als Pt-Legierung kann Pt-20Ir-2Ni (Legierung mit 78% Pt, 20% Ir und 2% Ni) verwendet werden.

Die Fig. 12A und 12C zeigen Seitenschnittansichten des Verbindungsabschnitts der Mittelelektrode, die den Schweißvorgang veranschaulichen.

Als erstes wird die Spannungsabbauschicht (Abschwächungs schicht) 80 von beiden Seiten mit den Plättchen 50 und der Endfläche 31 der Mittelelektrode 30 bedeckt und werden diese drei Teile vorläufig befestigt. Die vorläufige Befestigung kann durch Wiederstandsschweißen oder eine Einspannung erfolgen. Als nächstes trifft ein Laserstrahl an der oder um die Spannungsabbauschicht 80 herum auf, so dass die Grenzflächen zwischen dem Plättchen 50 und der Spannungsabbauschicht 80 und zwischen der Spannungsabbauschicht 80 und der Mittel elektrode 30 unter Bildung der Schweißschicht 90 beseitigt werden. Dadurch ergibt sich der in Fig. 12C gezeigte Schweißaufbau.

Die Spannungsabbauschicht 80 zwischen dem Plättchen 50 und der Endfläche 31 der Mittelelektrode 30 verringert aufgrund der Differenz des linearen Ausdehnungs koeffizienten zwischen dem Plättchen 50 und der Mittel elektrode 30 die Wärmespannungen. Dies verbessert die Verbindungszuverlässigkeit zwischen dem Plättchen 50 in der Mittelelektrode 30.

Dabei ist es günstig, wenn die Dicke der Spannungsabbau schicht 80 größer oder gleich 0,2 mm und kleiner oder gleich 0,6 mm ist. Im Hinblick auf das Verhältnis α, das sich ergibt, wenn die Querschnittfläche an der maximalen Tiefe der Schweißschicht 90 auf der Ebene (E-E-Schnitt in Fig. 11A) entlang der Endfläche 31 durch die Querschnitt fläche des Plättchens 50 dividiert wird, ist es zudem günstig, wenn α größer oder gleich (1,4-t)/2 ist. Diese Bedingung sorgt für eine ausreichende Verbindungs zuverlässigkeit zwischen dem Plättchen 50 und dem Grundmaterial.

Zu diesem Zusammenhang bezüglich des Verhältnisses α gelangten die Erfinder anhand von Versuchsergebnissen. Im Folgenden werden diese Versuche beschrieben.

Als Mittelelektrode 30 wurde ein Stab mit einem Durch messer D1 von 2,7 mm an der Endfläche 31, als Plättchen 50 ein kreisförmiges Plättchen aus Ir-10Rh mit einem Durchmesser D2 von 2,4 mm und einer Dicke von 1,4 mm und als Spannungsabbauschicht eine kreisförmige Platte aus Pt-20Ir-2Ni mit einem Durchmesser d3 von 2,4 mm verwendet.

Der Grund dafür, warum die Dicke der Spannungsabbau schicht 80 auf den Bereich von 0,2 bis 0,6 mm eingeschränkt wurde, ist der, dass bei einer Dicke von weniger als 0,2 mm die Tendenz besteht, dass aufgrund von Wärmespannungen Risse auftreten und es der Spannungs abbauschicht an Festigkeit mangelt. Abgesehen davon trägt eine Dicke von mehr als 0,6 mm nicht weiter zur Wärme spannungsabbauwirkung bei.

Wie in Fig. 13 gezeigt ist, wurden die Versuchsprobe körper wie folgt hergestellt:
Unter Änderung der Laserschweißbedingungen wurde die Tiefe d4 der Schweißschicht 90 geändert, um das Verhältnis α der Querschnittfläche bei der Tiefe d4 zur Querschnittfläche des Plättchens 50 zu ändern.

Die in Fig. 13 gezeigten Versuchsprobekörper wurden auf die gleiche Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel dem Langzeitversuch unterzogen, um die Versuchsprobekörper einschätzen zu können.

Fig. 14 zeigt eine grafische Darstellung, die in Bezug auf das Verhältnis α ausgehend von den Ergebnissen für die Langzeitversuchsabschätzung die Zugfestigkeits änderung angibt.

In Fig. 14 stehen die ausgefüllten Vierecke für die Zugfestigkeit bei einer Dicke t der Spannungsabbauschicht 80 von 0,2 mm ohne Langzeitversuch. Die nicht ausgefüll ten Vierecke stehen für die Zugfestigkeit bei einer Dicke t der Spannungsabbauschicht 80 von 0,2 mm nach dem Langzeitversuch. Die ausgefüllten Dreiecke stehen für die Zugfestigkeit bei einer Dicke t der Spannungsabbauschicht 80 von 0,4 mm ohne Langzeitversuch und die ausgefüllten Dreiecke für die Zugfestigkeit bei der Dicke t von 0,4 mm nach dem Langzeitversuch. Die ausgefüllten Kreise stehen für die Zugfestigkeit bei einer Dicke t der Spannungs abbauschicht 80 von 0,6 mm ohne Langzeitversuch und die nicht ausgefüllten Kreise für die Zugfestigkeit bei der Dicke t der Spannungsabbauschicht 80 von 0,6 mm nach dem Langzeitversuch. Wie deutlich aus Fig. 14 hervorgeht, nimmt die Zugfestigkeit nach dem Langzeitversuch mit zunehmendem Verhältnis α zu. Dies liegt an der Wärme spannungsabbauwirkung, die durch die kleinere Differenz beim linearen Ausdehnungskoeffizienten und die Abnahme des nicht geschweißten Abschnitts am Verbindungsabschnitt bedingt ist. Abgesehen davon nimmt die Zugfestigkeit nach dem Langzeitversuch mit zunehmender Dicke der Spannungs abbauschicht 80 zu. Dies liegt daran, dass die Wärme spannungsabbauwirkung steigt, wenn die Dicke der Spannungsabbauschicht 80 bis zu einer Dicke von 0,6 mm zunimmt.

Aus dem in Fig. 14 gezeigten Ergebnis ergibt sich der Zusammenhang zwischen dem Verhältnis α und der Dicke t der Spannungsabbauschicht 80, der für eine Zugfestigkeit von mehr als 200 N nach dem Langzeitversuch sorgt. Wenn die Dicke t zum Beispiel 0,2 mm beträgt, beträgt das Verhältnis α 0,6. Bei einer Dicke T von 0,4 mm beträgt das Verhältnis α 0,5. Und bei einer Dicke von 0,6 mm beträgt das Verhältnis α 0,4.

Fig. 15 zeigt eine grafische Darstellung, die diesen Zusammenhang wiedergibt. Aus Fig. 15 ergibt sich die folgende Gleichung (1), die für die geforderte Verbindungszuverlässigkeit, d. h. für eine Zugfestigkeit von mehr als 200 N, sorgt.

α ≧ (1,4-t)/2

0,2 ≦ t ≦ 0,6 (t in mm) (1)

Aus der obigen Untersuchung ergibt sich, dass das Verhältnis α bei der Spannungsabbauschicht 80, die eine Dicke von größer oder gleich 0,2 mm und kleiner oder gleich 0,6 mm hat und zwischenliegend durch Laser verschweißt ist, größer oder gleich (1,4-t)/2 betragen sollte (vgl. Bereich zwischen 0,2 und 0,6 der Dicke t oberhalb der Linie α = (1,4-t)/2). Dieser Aufbau sorgt für die geforderte Verbindungszuverlässigkeit zwischen dem Plättchen 50 und der Mittelelektrode 30.

Wie in Fig. 11B gezeigt ist, ist die Schweißschicht 90 bei diesem Ausführungsbeispiel zwischen dem Grundmaterial und dem Plättchen 50 angeordnet. Die Schweißschicht 90 besitzt einen linearen Ausdehnungskoeffizienten, der zwischen dem des Grundmaterials 30 und dem des Plättchens 50 liegt, so dass sich die Wärmespannungen zwischen dem Plättchen 50 und dem Grundmaterial 30 verringern lassen.

In Fig. 11A ist der Schweißabschnitt um die Spannungs abbauschicht herum angeordnet. Der Schweißabschnitt ist quer über den Verbindungsabschnitt des Grundmaterials mit dem Plättchen ausgebildet.

Es gibt verschiedene Abwandlungsmöglichkeiten.

Erste Abwandlung

Die Fig. 16A und 16B zeigen Seitenschnittansichten des Verbindungsabschnitts des Plättchens 50 und der Mittel elektrode 30. Sämtlichen Abwandlungen ist gemeinsam, dass mindestens eine Schweißschicht vollständig durch geschweißt ist. Das heißt, mindestens eine Schweißschicht ist als eine kreisförmige Platte ausgebildet. Diese erste Abwandlung ergibt die gleiche Wirkung wie das erste Ausführungsbeispiel.

Die Fig. 16A bis 16C zeigen einen Doppelschweiß schichtaufbau. Bei dem Doppelschweißschichtaufbau in Fig. 16A ist die erste Schweißschicht 61 (über den Durchmesser der Mittelelektrode 30) voll durchgeschweißt. Beim Doppelschweißschichtaufbau in Fig. 16B sind die erste und auch die zweite Schweißschicht 61 und 62 voll durch geschweißt. Bei dem Doppelschweißschichtaufbau in Fig. 16C ist nur die zweite Schweißschicht durchgeschweißt. Die Fig. 16D bis 16F zeigen einen Dreifachschweiß schichtaufbau. In Fig. 16C sind sämtliche Schweiß schichten voll durchgeschweißt. In Fig. 16E ist nur die erste Schweißschicht voll durchgeschweißt. In Fig. 16F sind nur die erste und zweite Schweißschicht 61 und 62 Voll durchgeschweißt.

Zweite Abwandlung

Die Fig. 17A bis 17C zeigen eine zweite Abwandlung für das zweite Ausführungsbeispiel, bei der am Verbindungs abschnitt mehrere Schweißschichten ausgebildet sind. Dieser abgewandelte Aufbau ergibt durch die Spannungs abbauschicht 80 die gleiche Wärmespannungsabschwächungs wirkung wie das zweite Ausführungsbeispiel. Aufgrund der Form der Schweißschichten 90 ergibt dieser Aufbau außerdem die gleich Wirkung wie das erste Ausführungs beispiel.

In Fig. 17C umfasst der Schweißabschnitt eine erste und zweite ringförmige Schicht 90a und 90b, wobei die erste Schicht 90a zwischen einem Abschnitt der Endfläche 31 des Grundmaterials 30 und der Spannungsabbauschicht 80 angeordnet ist, um die Spannungsabbauschicht 80 an dem Grundmaterial zu befestigen, und die zweite ringförmige Schicht 90b zwischen dem Plättchen 50 und der Spannungs abbauschicht 80 angeordnet ist, um das Plättchen 50 an der Spannungsabbauschicht 80 zu befestigen. Am Mittel abschnitt der ringförmigen Schicht 90a und 90b berührt das Grundmaterial 30 die Spannungsabbauschicht 80 und die Spannungsabbauschicht 80 das Plättchen 50.

Dritte Abwandlung

Das erste und zweite Ausführungsbeispiel wurden dahin gehend beschrieben, dass das Plättchen 50 durch Laser schweißen mit der Mittelelektrode 30 verbunden wird. Allerdings sind diese Ausführungsbeispiele auch auf den Fall übertragbar, bei dem das Plättchen 50 mit der Masseelektrode 40 verschweißt wird und bei dem sowohl mit der Mittelelektrode 30 als auch mit der Masseelektrode 40 jeweils ein Plättchen 50 verschweißt wird. Die Fig. 18A bis 18D zeigen eine dritte Abwandlung, bei der das Plättchen 50 mit der als Grundmaterial dienenden Masse elektrode verbunden wurde.

Die Fig. 18A und 18B zeigen eine Umsetzung des ersten Ausführungsbeispiels bei der Masseelektrode 40. Fig. 18B ist eine Seitenschnittansicht von F in Fig. 18A aus betrachtet, in der die Schraffierung der Elemente 61 und 62 lediglich Schweißstellen bezeichnet, jedoch keine Schnittflächen.

Das als rechteckige parallelepipedförmige Säule ausgeführte Plättchen 50 ist in einem Ende 40 der Masse elektrode 40 durch Laserschweißen an einer Endfläche (Verbindungsfläche) 43 befestigt. Das Plättchen 50 sorgt für einen Funkenentladungsspalt 70 (vgl. Fig. 1) mit der Mittelelektrode 30 oder dem Plättchen 50 auf der Mittel elektrode.

Im Schweißabschnitt 60 sind aufeinanderfolgend mit zunehmendem Abstand von der Masseelektrode 40 Schweiß schichten 61 und 62 ausgebildet, wobei die erste Schweiß schicht 61 nahe der Masseelektrode 40 von der zweiten Schweißschicht 62 überlappt wird.

Bezüglich des Querschnitts entlang der Endfläche 63 der Masseelektrode 40 ist die Summe der Querschnittflächen der ersten Schweißschicht 61 und der zweiten Schweiß schicht 62 mindestens 1,4-mal so groß wie die Quer schnittfläche des Plättchens 50 (Querschnittfläche senkrecht zur Längsrichtung des Plättchens 50).

Die Fig. 18C und 18D zeigen die Umsetzung des zweiten Ausführungsbeispiels bei der Masseelektrode 40. Fig. 18D ist eine Seitenschnittansicht von G in Fig. 18C aus betrachtet, in der die Schraffierung des Elements 90 lediglich Schweißstellen bezeichnet, jedoch keine Schnittflächen.

Zwischen dem Plättchen 50 und der Endfläche (Verbindungs fläche) 43 der Masseelektrode 40 befindet sich die Spannungsabbauschicht 80, deren linearer Ausdehnungs koeffizient zwischen dem des Plättchens 50 und dem der Masseelektrode 40 liegt. Das Plättchen 50, die Spannungs abbauschicht 80 und die Masseelektrode 40 sind miteinander durch die Schweißschicht 90 verbunden, die an den Grenzflächen zwischen dem Plättchen 50 und der Spannungsabbauschicht 80 und zwischen der Spannungsabbau schicht 80 und der Masseelektrode 40 (Grenzflächen abschnitt) ausgebildet ist. Die Masseelektrode 40 umfasst in diesem Fall ähnlich wie die Mittelelektrode 30 eine Legierung auf Ni-Basis. Die Spannungsabbauschicht 80 besteht aus dem gleichen Material wie beim zweiten Ausführungsbeispiel.

Die in den Fig. 18A bis 18D gezeigte dritte Abwandlung ergibt die gleichen Wirkungen wie das erste und zweite Ausführungsbeispiel. Abgesehen davon kann bei der dritten Abwandlung auch der besprochene günstige: Keilaufbau Anwendung finden.

Darüber hinaus kann bei der Erfindung auch die Form der Mittelelektrode 30, der Masseelektrode 40 und des Plättchens 50 in ihrer Gestaltung abgewandelt werden. Das heißt, dass die Erfindung bei einer Zündkerze, bei der das Grundmaterial (die mittlere Elektrode 30 und die Masseelektrode 40) und das aus einem Edelmetall oder einer edelmetallhaltigen Legierung bestehende Plättchen 50 durch Laserschweißen verbunden sind, durch den besprochenen Aufbau des Schweißabschnitts und durch Vorsehen der Spannungsabbauschicht eine höhere Verbindungsfestigkeit zwischen dem Grundmaterial und dem Plättchen 50 ergibt, während die anderen Abschnitte abgewandelt werden können.

Es wird also die Verbindungszuverlässigkeit zwischen einem Plättchen und einem Grundmaterial (Mittelelektrode und/oder Masseelektrode) einer Zündkerze verbessert, indem an der Verbindung zwischen dem Plättchen und dem Grundmaterial mit zunehmendem Abstand von dem Grund material unter Überlappung eine Vielzahl von Schweiß schichten ausgebildet wird. Im Hinblick auf den Quer schnitt der Verbindungsfläche ist die Summe der Quer schnittfläche der ersten Schweißschicht und der der zweiten Schweißschicht am Überlappungsabschnitt zwischen der ersten und zweiten Schweißschicht mindestens 1,4-mal so groß wie die Querschnittfläche des Plättchens.

Zwischen dem Plättchen und dem Grundmaterial kann zum Schweißen eine Spannungsabbauschicht vorgesehen werden, deren linearer Ausdehnungskoeffizient zwischen dem des Plättchens und dem des Grundmaterials liegt.

Claims

1. Zündkerze (100) mit:
einem röhrenförmigen Gehäuse (10);
einer Stabmittelelektrode (30), die von dem röhren förmigen Gehäuse (10) in dem röhrenförmigen Gehäuse mit einer elektrischen Isolierung (20) dazwischen getragen wird;
einer Masseelektrode (40), die von einem Ende (12) des röhrenförmigen Gehäuses (10) ausgeht;
einem Plättchen (50) zur Funkenentladung mittels der Stabmittelelektrode (30) und Masseelektrode (40), das auf der Seite des einen Endes (12) des röhrenförmigen Gehäuses (10) an einer Endfläche (31) eines Grund materials (30) angeordnet ist, das durch die Stabmittel elektrode und/oder Masseelektrode gebildet wird, und das ein Edelmetall enthält; und
einem Schweißabschnitt (60) zwischen dem Grund material (30) und dem Plättchen mit einer ersten bis n-ten Schweißschicht (61, 62; 61, 62, 63), die durch Laserschweißen aus Materialien des Plättchens (50) und des Grundmaterials (30) gebildet sind, um das Plättchen mit dem Grundmaterial zu verbinden, wobei die erste bis n-te Schweißschicht von der Seite des Grundmaterials (30) aus im Wesentlichen senkrecht zu der Endfläche (31) in der Reihenfolge erste bis n-te Schweißschicht aufeinanderfolgend mit zunehmendem Abstand von dem Grundmaterial angeordnet sind, und jede erste bis n-te Schweißschicht mindestens einen Überlappungsabschnitt mit einer der benachbarten Schweißschichten aufweist, und wobei die Summe einer maximalen ersten Querschnittfläche der ersten Schicht (61) und von zweiten Querschnitt flächen der zweiten bis n-ten Schweißschichten (62; 62, 63) an den Überlappungsabschnitten 1,4-mal so groß wie eine dritte Querschnittfläche des Plättchens (50) ist, wobei die erste, zweite und dritte Querschnittfläche entlang der Endfläche (31) liegen und n eine natürliche Zahl größer als 1 ist.

2. Zündkerze nach Anspruch 1, bei der die m-te Schweiß schicht (62; 62, 63) eine maximale vierte Querschnitt fläche entlang der Endfläche (31) aufweist, die größer als die zweite Querschnittfläche der m-ten Schweißfläche an dem Überlappungsabschnitt zwischen der m-ten und (m-1)-ten Schweißschicht ist, wobei 2 ≦ m ≦ n gilt und m eine natürliche Zahl ist.

3. Zündkerze nach Anspruch 1, bei der das Plättchen (50) mehr als 50 Gew.-% Ir enthält.

4. Zündkerze (100), mit
einem röhrenförmigen Gehäuse (10);
einer Mittelelektrode (30), die von dem röhren förmigen Gehäuse (10) in dem röhrenförmigen Gehäuse (10) mit einer elektrischen Isolierung (20) dazwischen getragen wird;
einer Masseelektrode (40), die von einem Ende (12) des röhrenförmigen Gehäuses (10) ausgeht;
einer Spannungsabbauschicht (80), die auf der Seite des einen Endes (12) des röhrenförmigen Gehäuses (10) an einer Endfläche (31) eines Grundmaterials (30) angeordnet ist, das durch die Stabmittelelektrode und/oder Masse elektrode gebildet wird;
einem Plättchen zur Funkenentladung mittels der Stabmittelelektrode (30) und Masseelektrode (40), das auf der Spannungsabbauschicht (80) angeordnet ist und ein Edelmetall enthält; und
einem Schweißabschnitt (90) der zwischen dem Grund material (30) und dem Plättchen (50) durch Laserschweißen aus Materialien des Grundmaterials (30), der Spannungs abbauschicht (80) und des Plättchens (50) ausgebildet ist, um das Plättchen an dem Grundmaterial zu befestigen, wobei der lineare Ausdehnungskoeffizient: der Spannungs abbauschicht (80) zwischen dem des Grundmaterials (30) und dem des Plättchens (50) liegt.

5. Zündkerze nach Anspruch 4, bei der die Dicke t der Spannungsabbauschicht (80) größer oder gleich 0,2 mm und kleiner oder gleich 0,6 mm ist und α ≧ (1,4-t)/2 gilt, wobei α das Verhältnis einer maximalen Querschnittfläche des Schweißabschnitts (90) entlang der Endfläche (31) zu einer Querschnittfläche des Plättchens (50) entlang der Endfläche ist.

6. Zündkerze nach Anspruch 4, bei der das Plättchen (50) mehr als 50 Gew.-% Ir enthält.

7. Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze (100) mit einem röhrenförmigen Gehäuse (10), einer von dem röhren förmigen Gehäuse in dem röhrenförmigen Gehäuse mit einer elektrischen Isolierung (20) dazwischen getragenen Stabmittelelektrode (30) und einer von einem Ende (12) des röhrenförmigen Gehäuses (10) ausgehenden Masseelektrode (40), mit den Schritten:
Aufbringen einer Spannungsabbauschicht (80) auf der Seite des einen Endes (31) des röhrenförmigen Gehäuses (10) auf einer Endfläche (31) eines Grundmaterials (30), das durch die Stabmittelelektrode und/oder Masseelektrode gebildet wird;
Aufbringen eines ein Edelmetall enthaltenden Plättchens (50) zur Funkenentladung auf der Spannungs abbauschicht (80), deren linearer Ausdehnungskoeffizient zwischen dem des Grundmaterials (30) und dem des Plättchens (50) liegt; und
Befestigen des Plättchens (50) an dem Grundmaterial durch Ausbilden einer Schweißschicht (90) an einem Grenzflächenabschnitt des Grundmaterials (30), der Spannungsabbauschicht (80) und des Plättchens (50).

8. Zündkerze nach Anspruch 4, bei der der Schweiß abschnitt (90) eine erste und zweite ringförmige Schicht (90a, 90b) umfasst, wobei die erste ringförmige Schicht (90a) zwischen einem Abschnitt der Endfläche (31) des Grundmaterials (30) und der Spannungsabbauschicht (80) angeordnet ist, um die Spannungsabbauschicht an dem Grundmaterial zu befestigen, und die zweite ringförmige Schicht (90b) zwischen dem Plättchen (50) und der Spannungsabbauschicht (80) angeordnet ist, um das Plättchen an der Spannungsabbauschicht zu befestigen.

9. Zündkerze (100), mit:
einem röhrenförmigen Gehäuse (10);
einer Stabmittelelektrode (30), die von dem röhren förmigen Gehäuse (10) in dem röhrenförmigen Gehäuse mit einer elektrischen Isolierung (20) dazwischen getragen wird;
einer Masseelektrode (40), die von einem Ende (12) des röhrenförmigen Gehäuses (10) ausgeht, wobei die Stabmittelelektrode und/oder Masseelektrode als Grundmaterial (30) dient/dienen;
einem Schweißabschnitt (60; 90) auf dem Grundmaterial (30); und
einem ein Edelmetall enthaltenden Plättchen (50) auf dem Schweißabschnitt (60; 90) zur Funkenentladung mittels der Stabmittelelektrode (30) und der Masseelektrode (40), wobei der lineare Ausdehnungskoeffizient des Schweiß abschnitts (60; 90) zwischen dem des Grundmaterials (30) und dem des Plättchens (50) liegt.

10. Zündkerze nach Anspruch 4, bei der der Schweiß abschnitt (90) um die Spannungsabbauschicht (80) herum angeordnet ist.