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Die
Erfindung geht aus von einer Zündkerze nach
dem Oberbegriff der unabhängigen
Ansprüche.
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Eine
derartige Zündkerze
ist beispielsweise aus der
EP
0 435 202 B1 oder der
US
5,264,754 bekannt. Die Zündkerze weist eine Mittelelektrode
auf, die in einer Längsbohrung
eines Isolators angeordnet ist. Der Isolator ist in einem Gehäuse der
Zündkerze festgelegt
und abgedichtet. Am Gehäuse
ist eine Masseelektrode festgelegt. Durch Anlegen einer Spannung
bildet sich zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode
eine Funkenstrecke aus.
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Es
ist bekannt, in die Stirnseite der Mittelelektrode derartiger Zündkerzen
eine Profilierung in Form einer Nut einzubringen, um im Bereich
der Mittelelektrode bei Anlegen der Zündspannung aufgrund der Kanteneffekte
höhere
Feldstärken
zu erzeugen. Durch die höheren
Feldstärken
kann die Entflammung verbessert werden.
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Es
ist weiterhin bekannt, in die Stirnseite der Mittelelektrode zwei
Nuten einzubringen, die sich in der Mitte der kreisförmigen Stirnseite
schneiden und die senkrecht zueinander stehen.
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Bei
derartigen Zündkerzen
ist nachteilig, dass aufgrund der in die Mittelelektrode eingebrachten
Nuten das zur Verfügung
stehende Verschleißvolumen
der Mittelelektrode deutlich vermindert wird. Durch die im Betrieb
der Zündkerze
auftretenden Funkenerosion vermindert sich somit die Lebensdauer
der Zündkerze.
Weiterhin ist nachteilig, dass bei derartigen Anordnungen insbesondere
während
der Kaltstartphase die Mittelelektrode und/oder die Masseelektrode
mit Kraftstoff benetzt werden können.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Zündkerze
hat den Vorteil, dass eine Benetzung der Mittelelektrode und/oder
der Masseelektrode durch Kraftstofftröpfchen verhindert oder zumindest
die Häufigkeit
der Benetzung deutlich verringert wird, und dass gleichzeitig durch
die sich bei Anlegen einer Spannung ausbildenden hohen Feldstärken eine
zuverlässige und
vollständige
Entflammung des Luft-Kraftstoffgemischs gewährleistet ist, wobei gleichzeitig
die Zündspannung
reduziert werden kann.
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Hierzu
ist vorgesehen, dass die Masseelektrode und/oder die Mittelelektrode
mindestens eine ringförmige
Nut aufweist, oder dass die Masseelektrode und/oder die Mittelelektrode
eine Profilierung in Form von mindestens zwei linearen Nuten aufweist, wobei
die Nuten in einem Winkel von kleiner 20 Grad zueinander verlaufen.
Mit der erfindungsgemäßen Geometrie
der Masseelektrode und/oder Mittelelektrode wird zudem die Lebensdauer
der Zündkerze verbessert,
da durch das Einbringen der Profilierung in die Masseelektrode/Mittelelektrode
nur ein geringes Volumen des Materials der Masseelektrode/Mittelelektrode
abgetragen wird, so dass noch ein ausreichendes Verschleißvolumen
zur Verfügung
steht.
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Durch
die in den abhängigen
Ansprüchen genannten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen der in dem unabhängigen Anspruch
angegebenen Zündkerzen
möglich.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Masseelektrode
und/oder die Mittelelektrode eine ringförmige Nut auf, in deren Inneren
ein zylindrischer Innenabschnitt vorgesehen ist, und die außen von
einem ringförmigen
Außenabschnitt
umgeben ist. Die Tiefe der Nut liegt im Bereich von 0,15 mm bis
0,5 mm. Der Durchmesser des Innenabschnitts der Mittelelektrode
liegt im Bereich von 0,4 mm bis 1,2 mm. Die ringförmige Nut
weist eine Breite im Bereich von 0,3 mm bis 1,1 mm auf.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind in
die Masseelektrode und/oder die Mittelelektrode zwei konzentrisch
angeordnete ringförmige
Nuten eingebracht, wobei die Tiefe der inneren und/oder äußeren ringförmigen Nut im
Bereich von 0,15 mm bis 0,5 mm liegt, wobei ein innerhalb der inneren
Ringnut gelegener zylindrischer Mittelbereich der Mittelelektrode
einen Durchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 0,4 mm aufweist, wobei
die Breite der inneren und/oder äußeren ringförmigen Nut
im Bereich von 0,2 mm bis 1,0 mm liegt, und/oder wobei der Abstand
zwischen der inneren und der äußeren Nut
im Bereich von 0 mm bis 0,8 mm liegt.
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Bei
den beiden beschriebenen Ausgestaltungen ist besonders vorteilhaft,
dass eine Benetzung der Mittel- oder Masseelektrode durch Kraftstoff
zuverlässig
durch eine Profilierung vermieden wird, durch die die Lebensdauer
der Zündkerze
nicht oder nur geringfügig
verringert wird.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Mittelelektrode und/oder
Masseelektrode eine Profilierung in Form von mindestens zwei, bevorzugt
3 bis 7 Nuten auf, die parallel oder zumindest ungefähr parallel,
also in einem Winkel von höchsten
20 Grad, zueinander verlaufen. Die Nuten sind vorteilhaft derart
angeordnet, dass sie sich nicht schneiden. Die Breite der Nuten liegt
vorteilhaft im Bereich von 0,2 mm bis 1,0 mm, der Abstand der benachbarten
Kanten zweier Nuten im Bereich von 0 mm bis 0,8 mm (beziehungsweise bei
Nuten mit rechteckigem Profil im Bereich von 0,1 mm bis 0,8 mm),
und die Tiefe der Nuten im Bereich von 0,15 mm bis 0,5 mm. Eine
Profilierung mit parallelen Nuten bildet eine einfach herzustellende Strukturierung
der Mittelelektrode und/oder Masseelektrode, durch die die Benetzung
durch Kraftstoff besonders zuverlässig vermieden wird.
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Bevorzugt
ist die Profilierung in einem funkenaktiven Bereich der Masseelektrode
und/oder der Mittelelektrode vorgesehen, also in dem Bereich, in dem
eine sich bei Anlegen einer Spannung zwischen der Masseelektrode
und der Mittelelektrode ausbildende Funkenstrecke endet.
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Die
erfindungsgemäße Ausgestaltung
der Profilierung der Masse- und/oder Mittelelektrode ist besonders
vorteilhaft bei einer Zündkerze,
bei der die Masseelektrode eine Dachelektrode ist, bei der die Masseelektrode
also derart der Mittelelektrode gegenübersteht, dass sich bei Anlegen
einer Hochspannung ein in Richtung einer Längsachse der Mittelelektrode
verlaufender Zündfunke
ausbildet.
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Bei
einer derartigen Elektrodenkonfiguration wird der funkenaktive Bereich
der Mittelelektrode durch die der Masseelektrode gegenüberstehende Stirnseite
der Mittelelektrode gebildet.
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Die
in die Masseelektrode und/oder Mittelelektrode eingebrachte Nut
weist bevorzugt ein rechteckiges oder V-förmiges Profil auf. Bei einer
Nut mit einem V-förmigen
Profil liegt der Winkel des V-förmigen
Profils bevorzugt im Bereich von 60 Grad bis 120 Grad, insbesondere
bei 90 Grad. Sind mehrere Nuten mit V-förmigem Profil vorgesehen, so
sind besonders bevorzugt die Nuten ohne Zwischenraum direkt nebeneinander
angeordnet (damit liegt der oben aufgeführte Abstand der benachbarten
Kanten zweier Nuten bei 0 mm). Damit weist die Masseelektrode und/oder
die Mittelelektrode stirnseitig keine Fläche auf, die senkrecht zum
Endabschnitt der Elektrode verläuft.
Hierdurch wird die Benetzung der Elektrode besonders effektiv verhindert.
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Bei
einer Profilierung, bei der auf der Masseelektrode und/oder Mittelelektrode
Nuten mit V-förmigem
Profil parallel oder zumindest ungefähr parallel verlaufen, kann
die Benetzungsgefahr vorteilhaft weiter vermindert werden, indem
zusätzlich
zu den Nuten weitere Nuten vorgesehen sind, wobei die weiteren Nuten
zueinander parallel oder ungefähr
parallel verlaufen, und wobei die Längsrichtung der weiteren Nuten
senkrecht (mit einer Abweisung bis zu 40 Grad) zu der Längsrichtung
der Nuten verläuft.
Besonders vorteilhaft grenzen die jeweils parallel zueinander verlaufenden
Nuten direkt aneinander, so dass die Masseelektrode und/oder die
Mittelelektrode stirnseitig keine senkrecht zum Endabschnitt der Elektrode
verlaufende Fläche
aufweist, wodurch wiederum die Benetzung des funkenaktiven Abschnitts der
Elektrode besonders effektiv verhindert wird.
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Die
erfindungsgemäße Profilierung
auf der Stirnseite der Mittelelektrode hat sich bei einem Durchmesser
der Mittelelektrode von 1,8 mm bis 3,2 mm als besonders wirkungsvoll
erwiesen.
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Bevorzugt
ist die Profilierung auch in einem zylindrischen Abschnitt der als
Dachelektrode ausgebildeten Masseelektrode vorgesehen, und zwar
auf der Stirnseite des zylindrischen Abschnitts, wobei die Stirnseite
der Masseelektrode der Stirnseite der Mittelelektrode gegenübersteht
und den funkenaktive Abschnitt der Masseelektrode bildet.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Die 1 zeigt
als erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine Zündkerze
hälftig
in Aufsicht und hälftig
in Schnittdarstellung, die 2a zeigt
die Elektrode (Mittelelektrode und/oder Masseelektrode) des ersten
Ausführungsbeispiels
der Erfindung als Detail in Schnittdarstellung gemäß der Linie
IIa-IIa in 2b, 2b zeigt die
Elektrode des ersten Ausführungsbeispiels
in Aufsicht, 3 zeigt die Elektrode einer
zum ersten Ausführungsbeispiel
alternativen Ausführungsform
in Schnittdarstellung, die 4a und 4b zeigen zwei
Alternativen einer Elektrode eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung
in Schnittdarstellung, 5a zeigt eine Elektrode eines
dritten Ausführungsbeispiels
der Erfindung in Schnittdarstellung entlang der Linie Va-Va in 5b, 5b zeigt
die Elektrode des dritten Ausführungsbeispiels
in Aufsicht, die 6a und 6b zeigen
eine alternative Ausführungsform
des dritten Ausführungsbeispiels
in Schnittdarstellung und in Aufsicht, und die 7a und 7b zeigen
die Elektrode eines vierten Ausführungsbeispiels
der Erfindung in perspektivischer Seitenansicht und in Aufsicht.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Die 1 zeigt
als erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine Zündkerze 10 mit
einem brennraumseitigen Ende 11 und einem anschlussseitigen
Ende 12 auf. Die Zündkerze 10 umfasst
ein metallisches Gehäuse 21,
das mit einem Gewinde 22 und mit einem Sechskant 23 versehen
ist. Die Zündkerze 10 wird
mittels eines an dem Sechskant 23 angreifenden Werkzeugs
in ein Gegengewinde eines Zylinderkopfes eines Verbrennungsmotors
eingeschraubt, so dass die Zündkerze 10 mit
ihrem brennraumseitigen Ende 11 in einen Brennraum 29 eines Zylinders
des Verbrennungsmotors ragt.
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Im
Gehäuse 21 ist
ein keramischer Isolator 31 gasdicht festgelegt. Der Isolator 31 weist
eine Längsbohrung 32 mit
einer Symmetrieachse auf, die die Längsachse 33 des Isolators 31 und
damit der Zündkerze 10 bildet.
In der Längsbohrung 32 des
Isolators 31 sind anschlussseitig ein Anschlussbolzen 24 und
brennraumseitig eine Mittelelektrode 51 eingebracht. Anschlussbolzen 24 und
Mittelelektrode 51 sind durch ein ebenfalls in der Längsbohrung 32 des Isolators 31 angeordnetes
Widerstandselement 25 elektrisch verbunden, das bei Anlegen
einer Hochspannung an den Anschlussbolzen 24 strombegrenzend
wirkt. Das Widerstandselement 25 umfasst einen Widerstandsabschnitt
und zwei Kontaktabschnitte, wobei der Widerstandsabschnitt durch
jeweils einen Kontaktabschnitt mit dem Anschlussbolzen 24 und
mit der Mittelelektrode 51 elektrisch verbunden ist.
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Der
Isolator 31 ragt am brennraumseitigen Ende 11 der
Zündkerze 10 aus
dem Gehäuse 21 heraus.
Die Mittelelektrode 51 erstreckt sich über die Stirnseite des Isolators 31 hinaus
in den Brennraum 29.
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Am
Gehäuse 21 ist
eine Masseelektrode 61 festgelegt. Die Masseelektrode 61 ist
als sogenannte Dachelektrode ausgebildet, die sich ausgehend vom Gehäuse 21 zunächst in
eine Richtung parallel zur Längsachse 33 der
Zündkerze 10 erstreckt
und die eine Biegung um 90 Grad hin zur Mittelelektrode 51 aufweist,
so dass sich die Masseelektrode 61 bis über die Mittelelektrode 51,
also bis in den Bereich der Längsachse 33 der
Zündkerze 10 erstreckt
(Luftfunkenkerze).
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Die
Mittelelektrode 51 und die Masseelektrode 61 weisen
einen funkenaktiven Bereich mit einer Profilierung 101 auf,
die im folgenden näher
beschrieben wird.
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Die 2a und 2b zeigen
einen Endabschnitt einer Elektrode 100, die die Mittelelektrode 51 oder
die Masseelektrode 61 gemäß 1 darstellen
kann. Der Endabschnitt wird im Fall einer Mittelelektrode 51 durch
die Stirnseite der Mittelelektrode gebildet. Im Fall einer Masseelektrode 61 wird
der Endabschnitt durch einen zylindrischen Abschnitt 102 gebildet,
der beispielsweise aus einem Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung
besteht und der auf der der Mittelelektrode 51 gegenüberstehenden Seite
der Masseelektrode 61 aufgebracht ist (siehe 1).
Es ist alternativ ebenso denkbar, dass die Profilierung direkt in
den Außenmantel
der Masseelektrode 61 eingebracht wird.
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In
die Elektrode 100 ist eine ringförmige Nut 110a eingebracht,
die ein rechteckiges Profil aufweist. Im Inneren der ringförmigen Nut 110a ist
ein zylindrischer Innenabschnitt 121 der Elektrode 100 vorgesehen.
Die Nut 110a ist außen
von einem ringförmigen
Außenabschnitt 122 der
Elektrode 100 umgeben. Der Radius r des Endabschnitts der
Elektrode 100 beträgt
bei diesem und den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen
1,3 mm. Der Radius b des Innenabschnitts 121 liegt bei
0,3 mm. Der Außenabschnitt 122 weist
eine Wandstärke
a von 0,5 mm auf. Die Nut 110a weist im Profil eine Tiefe
h von 0,3 mm und eine Breite c von 0,5 mm auf.
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In
der 3 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, die
sich von der Ausführungsform gemäß den 2a und 2b dadurch
unterscheidet, dass die Elektrode 100 eine Nut 110b mit
einem V-förmigen
Profil aufweist. Die Nut 110b weist im Profil eine Tiefe
h von 0,3 mm und eine Breite c von 0,6 mm auf. Die beiden Seitenwände der
Nut 110b stehen senkrecht zueinander. Der Radius b des
Innenabschnitts 121 (bezogen auf die Stirnfläche der
Elektrode 100) liegt bei 0,3 mm, der Abstand a zwischen der
Außenkante
der Elektrode 100 und der äußeren Kante der Nut 110b beträgt 0,4 mm.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der 4a dargestellt.
Die Elektrode 100 weist eine innere ringförmige Nut 110c und
eine äußere ringförmige Nut 111c auf.
Die Mittelachsen der inneren und der äußeren Nut 110c, 111c liegen
jeweils auf der Mittelachse des Endabschnitts der Elektrode 100.
Die innere und die äußere Nut 110c, 111c weisen
jeweils ein rechteckiges Profil mit einer Tiefe h von 0,25 mm und
einer Breite c von 0,3 mm auf. Ein in der Mitte der inneren Nut 110c liegende
Mittelbereich 131 weist einen Radius b von 0,2 mm auf.
Die Wandstärke
a eines die äußere Nut 111c umgebenden
Außenabschnitts 132 beträgt 0,25
mm. Die Wandstärke
d eines zwischen der inneren und der äußeren Nut 110c, 111c liegenden
Zwischenbereichs 133 liegt bei 0,25 mm.
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In 4b ist
eine alternative Ausführungsform
zu der Elektrode gemäß der 4a dargestellt, bei
der die Elektrode 100 eine innere und eine äußere ringförmige Nut 110d, 111d mit
V-förmigem
Profil aufweist. Die innere und die äußere Nut 110d, 111d weisen
eine Tiefe h von 0,25 mm und eine Breite c von 0,5 mm auf. Der Abstand
der äußeren Kante
der äußeren Nut 111d zu
der Außenkante
der Elektrode 100, also die Breite eines Außenabschnitts 132,
beträgt
0,1 mm. Ein in der Mitte der inneren Nut 110d angeordneter
Innenbereich 131 weist einen Radius b von 0,2 mm auf. Die
beiden Nuten 110d, 111d grenzen direkt aneinander,
so dass die Außenkante
der inneren Nut 110d mit der Innenkante der äußeren Nut 111d zusammenfällt.
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Die 5a und 5b zeigen
ein drittes Ausführungsbeispiel
der Erfindung, bei dem in die Elektrode 100 linear verlaufende,
parallele Nuten 110e mit einem im Querschnitt rechteckigen
Profil eingebracht sind. Zwischen jeweils zwei benachbarten Nuten 110e ist
ein Zwischenabschnitt 135 vorgesehen. Die Nuten 110e weisen
eine Tiefe h von 0,25 mm und eine Breite c (senkrecht zu ihrer Längserstreckung)
von 0,3 mm auf. Die Breite d der Zwischenabschnitte 135 liegt
bei 0,25 mm. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind fünf Nuten 110e vorgesehen.
Die Anzahl der in die Elektrode eingebrachten Nuten kann jedoch
auch größer oder kleiner
sein und liegt bevorzugt zwischen 3 und 7.
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In
den 6a und 6b ist
eine alternative Ausführungsform
zu der Elektrode gemäß den 5a und 5b dargestellt,
bei der die linear verlaufenden, parallelen Nuten 110f ein
V-förmiges
Profil aufweisen. Die beiden Wände
der Nut 110f sind zueinander in einem Winkel von 90 Grad
angeordnet. Die Nuten 110f grenzen direkt aneinander an,
so dass die Nuten 110f im Querschnitt eine Zick-Zack-Linie
bilden. Die Breite c der Nuten 110f beträgt 0,52
mm, die Tiefe h der Nuten liegt bei 0,25 mm.
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In
den 7a und 7b ist
eine alternative Ausführungsform
zu der Elektrode gemäß den 6a und 6b dargestellt,
bei der ähnlich
wie in den 6a und 6b drei
parallele, linear verlaufende Nuten 110g mit V-förmigem Profil
vorgesehen sind, und bei der zusätzlich
drei weitere parallele, linear verlaufende Nuten 111g mit
ebenfalls V-förmigem Profil
vorgesehen sind, wobei die Längsrichtung der
weiteren Nuten 111g senkrecht zu der Längsrichtung der Nuten 110g verläuft.