DE102005018674A1

DE102005018674A1 - Elektrode für eine Zündkerze

Info

Publication number: DE102005018674A1
Application number: DE102005018674A
Authority: DE
Inventors: Lars Menken; Klaus Czerwinski; Thomas Kaiser; Alexander Flaig; Jochen Boehm; Jochen Rager
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-04-21
Filing date: 2005-04-21
Publication date: 2006-10-26
Also published as: WO2006111444A1; US20100045156A1; JP2008538447A; EP1875570A1; CN101164210A

Abstract

Es wird eine Elektrode (8, 9) für eine Zündkerze, die aus einem Grundwerkstoff (11) und wenigstens einem in dem Grundwerkstoff (11) dispers verteilt angeordneten Zusatzwerkstoff (12) gebildet ist, der in dem Grundwerkstoff eingelagert ist und ein Metalloxid ist sowie durch eine negative Bildungsenthalpie größer als 800 kJ/mol O¶2¶ gekennzeichnet ist, beschrieben. Der Grundwerkstoff (11) ist ein Au- oder Rh-Basiswerkstoff oder reines Au oder Rh, wobei der Anteil des Zusatzwerkstoffes (12) zwischen 5 Vol.-% und 50 Vol.-% beträgt. Alternativ sind als Grundwerkstoff (11) Pt-Basiswerkstoffe oder reines Pt vorgesehen, wobei der Anteil des Zusatzwerkstoffes (12) bei mittleren Partikeldurchmessern (D50) des Zusatzwerkstoffes (12) zwischen 5 mum und 20 mum zwischen 21 Vol-% und 50 Vol.-% beträgt oder der Zusatzwerkstoff (12) wenigstens ein Metalloxid aus der Gruppe der Seltenerdmetalloxide und/oder wenigstens ein Metalloxid aus der Gruppe Al¶2¶O¶3¶, Y¶2¶O¶3¶, Sc¶2¶O¶3¶, CaO, SrO, BaO und/oder wenigstens ein Mischoxid, wie Spinell, aus wenigstens einem Erdalkalimetalloxid, einem Seltenerdmetalloxid, Al¶2¶O¶3¶, Y¶2¶O¶3¶ und/oder Sc¶2¶O¶3¶ ist, wobei der Anteil des Zusatzwerkstoffes (12) zwischen 5 Vol-% und 50 Vol.-% beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für eine Zündkerze, die aus einem Grundwerkstoff und wenigstens einem in dem Grundwerkstoff dispers verteilt angeordneten Zusatzwerkstoff gebildet ist, der in dem Grundwerkstoff eingelagert ist.
Aus der Praxis bekannte fremdgezündete Verbrennungsmotoren wandeln die im Kraftstoff enthaltene Energie in Bewegungsenergie um, wobei ein in einen Brennraum eingespritztes Kraftstoffgemisch über eine zeitlich gesteuerte Fremdzündung entflammt wird. Die Zündung des Ottomotors erfolgt elektrisch, wobei eine vom Motor gesteuerte Zündanlage periodisch eine Hochspannung erzeugt. Diese Hochspannung bewirkt jeweils einen Funkenüberschlag zwischen den Elektroden der Zündkerzen im Verbrennungsraum. Die in dem Funken enthaltene Energie entzündet das verdichtete Luft-Kraftstoffgemisch, wobei die Zündkerze unter allen Betriebsbedingungen die Zündenergie in dem Brennraum einbringen muss, ohne undicht oder heiß zu werden.
Im Betrieb sind die Elektroden einer Zündkerze hohen Belastungen durch den Zündfunken sowie chemisch-thermischen Angriffen ausgesetzt, welche Erosion sowie Korrosion an den Elektroden hervorrufen. Um dem im Betrieb durch Funkenerosion sowie Korrosion im Brennraum auftretenden Elektrodenverschleiß entgegentreten zu können, werden die Zündkerzenelektroden aus Werkstoffen hergestellt, die durch eine geringe Oxidations- und Korrosionsneigung sowie eine hohe Verschleißbeständigkeit gegen funkenerosive Angriffe gekennzeichnet sind. Hierbei zeigen Werkstoffe aus reinen Edelmetallen oder auf Edelmetallbasis, wie Platin oder Platin- und Iridiumbasislegierungen, die besten Eigenschaften. Weitere geeignete Elektrodenwerkstoffe sind Nickel und Silber sowie Nickel- und Silberbasislegierungen.
Der bei der Zündung des Funkens entstehende Lichtbogen verursacht an der Elektrode einen funkenerosiven Verschleiß, wobei bisher neben dem reinen Oxidationsangriff das Wegspritzen geschmolzener Metalltröpfchen von der Elektrode als grundlegender Verschleißmechanismus angesehen worden ist.

Aus der DE 196 31 985 A1 ist eine Elektrode mit einer verschleißfesten Beschichtung bekannt, die mittels eines thermischen Beschichtungsverfahrens auf einem Grundkörper der Elektrode aufgebracht ist. Es wird vorgeschlagen, den Beschichtungswerkstoff in Pulverform einer energiereichen Wärmequelle zuzuführen und aufzuschmelzen. Die schmelzflüssigen Partikel des Beschichtungswerkstoffes werden in Richtung eines Substrats, d. h. dem Grundkörper der Elektrode, beschleunigt und treffen mit meist hoher Geschwindigkeit auf, um eine Schicht zu bilden. Derartig thermisch gespritzte Schichten zeichnen sich durch Schichtdicken im Bereich von 100 μm bis zu einigen Millimetern aus, wobei der Bindungsmechanismus entweder auf mechanischer Verklammerung, Adhäsion, Diffusion, chemischer Bindung oder elektrostatischen Kräften beruht.

Nachteilig dabei ist jedoch, dass die Herstellung der zur Verschleißerhöhung aufzubringenden Verschleißschicht einen hohen apparativen Aufwand erfordert und bei einer Beschädigung der Verschleißschicht der Grundkörper der Elektroden den hohen korrosiven sowie funkenerosiven Belastungen im Betrieb ungeschützt ausgeliefert ist.

Aus der DE 100 15 642 A1 ist eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine bekannt, deren Elektrode mit einem hochabbrandbeständigen Bereich, der einen Teil der der Funkenstrecke zugewandten Stirnfläche der Elektrode bildet, ausgeführt ist. Der hochabbrandbeständige Bereich besteht aus einer Legierung, die mindestens die Legierungsbestandteile Iridium und Nickel aufweist, und ist mit der Grundelektrode verschweißt.

Diese bekannte Zündkerze für eine Brennkraftmaschine weist jedoch den Nachteil auf, dass ihre Elektrode zwischen der Grundelektrode und dem daran angeschweißten hochabbrandbeständigen Bereich kein homogenes Werkstoffgefüge aufweist, wodurch eine Wärmeleitfähigkeit der Elektrode beeinträchtigt ist, was in bestimmten Betriebsbereichen zu unerwünscht hohen Tem peraturbelastungen der Elektrode und damit zu einer Herabsetzung der Lebensdauer der Zündkerze führt.

Aus der DE 30 38 649 C2 ist eine Funkenelektrode bekannt, welche aus einer Mischung aus einer Metallverbindung und einer ein Edelmetall enthaltenden elektrisch leitenden Substanz hergestellt ist.

Als Metallverbindung wird eine Titanverbindung, wie TiO₂, TiC und/oder TiN oder eine Mischung von TiO₂ und TiC oder von TiN und TiC vorgeschlagen, wohingegen als Edelmetall Pt, eine Mischung aus Pt und Pd, eine Mischung aus Pt und zumindest einem der Elemente Au, Ru, Ag und Rh oder eine Mischung aus Pt, Pd und zumindest einem der Elemente Au, Ru, Ag und Rh vorgeschlagen wird. Des Weiteren können den vorgenannten Mischungen aus der Metallverbindung und dem Edelmetallanteil zusätzliche Stoffe als Basismetall, Oxid, Karbid, Nitrid und/oder als Silizid zugesetzt sein.

Die Anteile der einzelnen Stoffe an der Mischung sind unter anderem wenigstens 10 bis 30 Gew.-% Titanverbindungspulver, 40 bis 60 Gew.-% Platinpulver und 20 bis 30 Gew.-% Palladiumpulver, wobei jeder Mischung aus einer Titanverbindung und einem Edelmetall bis zu 3 Gew.-% Basismetall und insgesamt bis zu 10 Gew.-% Oxid, Karbid, Nitrid und Silizid zugesetzt sein können.

Die aus der DE 30 38 649 C2 bekannte Funkenelektrode, welche aus einer Mischung aus einem Zusatzwerkstoff, d. h. einer Titanverbindung, und aus einem Grundwerkstoff, der wenigstens Pt oder eine Pt-Pd-Mischung ist, hergestellt ist, weist den Nachteil auf, dass die Titanverbindungen während eines Sinterprozesses zu einem nicht unerheblichen Teil aufbrechen und das freiwerdende Titan mit dem Platin des Grundwerkstoffes neue Verbindungen eingeht.

Diese während eines Sinterprozesses sich neu ausbildenden Ti-Pt-Verbindungen sind nachteilhafterweise sehr spröde, weshalb die Funkenelektrode nach dem Sinterprozess nur sehr schwer weiter verarbeitbar ist. Darüber hinaus wird das durch die Zugabe der Titanverbindungen zu Platin oder zu Pt-Basiswerkstoffen angestrebte Ziel, die Schmelztemperatur einer auf Platin oder einem Pt-Basiswerkstoff basierenden Funkenelektrode zu erhöhen und dadurch die Erosionsbeständigkeit der Funkenelektrode zu verbessern, nicht in dem erwünschten Umfang erreicht. Dies führt zu keiner Erhöhung der Lebensdauer einer Zündkerze.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Elektrode für eine Zündkerze zur Verfügung zu stellen, die einfach und kostengünstig herzustellen ist und eine hohe Lebensdauer aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Elektrode für eine Zündkerze mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, 8 bzw. 15 gelöst.

Vorteile der Erfindung

Eine erfindungsgemäß ausgebildete Elektrode für eine Zündkerze mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, 8 bzw. 15 hat gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Zündkerzenelektroden den Vorteil, dass ein geringer Elektrodenverschleiß mit niedrigeren Fertigungskosten erzielt wird.

Dies wird dadurch erreicht, dass in einem Grundwerkstoff der Elektrode, der ein Au- oder Rh-Basiswerkstoff oder reines Au oder Rh ist, wenigstens ein dispers verteilt angeordneter und als Metalloxid ausgebildeter Zusatzwerkstoff vorgesehen ist, der in dem Grundwerkstoff eingelagert ist und durch eine negative Bildungsenthalpie größer als 800 kJ/mol O₂ gekennzeichnet ist, wobei der Anteil des Zusatzwerkstoffes zwischen 5 Vol.-% und 50 Vol.-% beträgt.

Die vorgenannten Vorteile werden auch dadurch erreicht, dass in einem Grundwerkstoff der Elektrode, der ein Pt-, -Basiswerkstoff oder reines Pt ist, wenigstens ein dispers verteilt angeordneter und als Metalloxid ausgebildeter Zusatzwerkstoff vorgesehen ist, der in dem Grundwerkstoff eingelagert ist und durch eine negative Bildungsenthalpie größer als 800 kJ/mol O₂ gekennzeichnet ist, wobei der Anteil des Zusatzwerkstoffes zwischen 21 Vol.-% und 50 Vol.-% beträgt und ein mittlerer Durchmesser (D50) des Zusatzwerkstoffes zwischen 5 μm und 20 μm ist.

Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit einem Pt-Basiswerkstoff oder reinem Pt wenigstens ein Metalloxid aus der Gruppe der Seltenerdmetalloxide und/oder wenigstens ein Metalloxid aus der Gruppe Al₂O₃, Y₂O₃, Sc₂O₃, CaO, SrO, BaO und/oder wenigstens ein Mischoxid, wie Spinell, aus wenigstens einem Erdalkalimetalloxid, einem Seltenerdmetalloxid, Al₂O₃, Y₂O₃ und/oder Sc₂O₃ als Zusatzwerkstoff zuzugeben, wobei der Zusatzwerkstoff eine negative Bil dungsenthalpie größer 800 kJ/mol O₂ aufweist, und wobei der Anteil des Zusatzwerkstoffes (12) zwischen 5 Vol.-% und 50 Vol.-% beträgt.

Mit den erfindungsgemäßen Materialzusammensetzungen einer Elektrode einer Zündkerze besteht in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, den kostenintensiven Edelmetallanteil einer Elektrode zu reduzieren, ohne eine Funkenerosionsbeständigkeit einer Elektrode herabzusetzen, womit auf einfache Art und Weise die Herstellungskosten einer Zündkerze gegenüber herkömmlichen Zündkerzen bei zumindest gleich bleibender Lebensdauer reduziert sind.

Durch die Zugabe von als Metalloxiden mit einer negativen Bildungsenthalpie größer als 800 kJ/mol O₂ ausgebildeten Zusatzwerkstoffen wird der Erkenntnis Rechnung getragen, dass eine Funkenerosionsbeständigkeit von Elektroden, deren Grundwerkstoffe aus Edelmetallen gebildet sind, im Betrieb einer Brennkraftmaschine aufgrund einer Oxidation des Grundwerkstoffes, die sowohl aufgrund des in der Umgebung vorhandenen Sauerstoffs als auch aufgrund des im Betrieb der Zündkerze durch Aufspalten der in der Elektrode vorhandenen Metalloxide freiwerdenden Sauerstoffs stattfindet, verschlechtert wird und dadurch eine Lebensdauer einer Zündkerze nachteilhafterweise reduziert wird.

So bildet sich durch die Oxidation beispielsweise bei einer Platin-Basiswerkstoffelektrode oder bei einer Elektrode, deren Grundwerkstoff aus reinem Platin hergestellt ist, flüchtiges gasförmiges Platinoxid, welches der Elektrode im Betrieb der Zündkerze nachteilhafterweise entzogen wird. Da sich Metalloxide bereits in der höchsten Oxidationsstufe befinden, sind diese gegen weitere Oxidation geschützt. Um zu vermeiden, dass der Sauerstoff des Metalloxids unter Einwirkung des Funkens an den Grundwerkstoff abgegeben wird und die vorgenannten Oxidationsprozesse stattfinden, werden dem Grundwerkstoff Metalloxide mit derartigen negativen Bildungsenthalpien zugegeben, die unter den Einsatzbedingungen einer Zündkerze eine ausreichend stabile Bindung aufweisen, dass der Sauerstoff der Metalloxide nicht abgespalten wird und somit nicht für eine Oxidation des Grundwerkstoffes zur Verfügung steht.

Dabei wurde in Versuchen festgestellt, dass eine Funkenerosionsbeständigkeit einer Zündkerzenelektrode, die einen hohen Edelmetallanteil aufweist, durch Zugabe eines Metalloxids, wie MgO, dessen negative Bildungsenthalpie bei etwa 1200 kJ/mol O₂ liegt, gegenüber einer Elektrode, die ohne Metalloxid oder mit Metalloxid ausgeführt ist, dessen negative Bildungsenthalpie im Bereich unterhalb von 800 kJ/mol O₂ liegt, angestiegen ist. D. h., dass höhere Beständigkei ten der Verbindungen der als Zusatzwerkstoffe vorgesehenen Metalloxide mit steigender negativer Bildungsenthalpie zu einer Verbesserung der Funkenerosionsbeständigkeit einer Elektrode führen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die weiteren Gegenstände der Unteransprüche.

Der Anteil des Zusatzwerkstoffes an einer Elektrode mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 beträgt bei einer vorteilhaften Weiterbildung vorzugsweise zwischen 10 Vol.-% und 30 Vol.% und bei einer Elektrode mit den Merkmalen des Patentanspruches 8 zwischen 21 Vol.-% und 30 Vol.-%.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Elektrode gemäß Patentanspruch 1 ist ein mittlerer Partikeldurchmesser (D50) des Zusatzwerkstoffes zwischen 0,5 μm und 20 μm, vorzugsweise zwischen 1 μm und 7 μm, so dass eine Elektrode kostengünstig herstellbar ist, da größere Partikelgrößen erhebliche und fertigungskostenerhöhende Prozesszeiten aufgrund langandauernder Glühprozesse nach sich ziehen.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen.

Zeichnung
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes nach der Erfindung schematisch vereinfacht dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
1 eine schematische Darstellung einer Zündkerze in einer Teilschnittansicht; und
2 eine Masseelektrode der in 1 dargestellten Zündkerze in einem Querschnitt in Alleinstellung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Bezug nehmend auf 1 ist eine Teilschnittansicht einer in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine anordenbaren Zündkerze 1 dargestellt, die mit einem an einem Gehäuse 2 ausgebildeten Außengewinde 3 in ein Innengewinde des Zylinderkopfes einschraubbar ist.
Die in an sich bekannter Art und Weise ausgebildete Zündkerze 1 besteht vorliegend aus Metall, Keramik und Glas. Diese Werkstoffe haben unterschiedliche Eigenschaften, die durch materialgerechte Konstruktion der Zündkerze 1 genutzt werden. Die wichtigsten Bestandteile der Zündkerze 1 sind ein Anschlussbolzen 5, ein Isolator 6, das Gehäuse 2, eine Mittelelektrode 7 sowie eine Masseelektrode 8, wobei eine in dem Isolator 6 angeordnete und elektrisch leitende Glasschmelze 9 die Mittelelektrode 7 mit dem Anschlussbolzen 5 verbindet.
Die Mittelelektrode 7 und die Masseelektrode 8 sind während des Betriebs der Brennkraftmaschine einem hohen Verschleiß ausgesetzt, der aufgrund von Erosion und Korrosion hervorgerufen wird. Beide Faktoren können in ihrer Auswirkung auf den Verschleiß nicht getrennt behandelt werden. Der Verschleiß bewirkt eine Erhöhung der Zündspannung. Weiter wird ein gutes Wärmeableitvermögen von den Elektroden verlangt.
Die Anforderungen können je nach Betriebsbedingungen und Anwendungsfall unterschiedliche Elektrodenformen und Elektrodenwerkstoffe erforderlich machen.
Grundsätzlich leiten reine Metalle die Wärme besser als Metalllegierungen. Andererseits reagieren reine Metalle, wie beispielsweise Nickel, auf chemische Angriffe von Verbrennungsgasen und festen Verbrennungsrückständen empfindlicher als Legierungen.
Aus diesem Grund werden aus der Praxis bekannte Elektroden von Zündkerzen beispielsweise aus Nickel hergestellt, dem u. a. Chrom, Mangan und Silizium zulegiert ist. Die hinzulegierten Metalle haben Sonderaufgaben zu erfüllen. So erhöhen beispielsweise Mangan- und Siliziumzusätze die chemische Beständigkeit vor allem gegen das sehr aggressive Schwefeldioxid. Nickel-Basis-Legierungen mit Zusätzen aus Silizium, Aluminium und Yttrium verbessern darüber hinaus die Zunder- und Oxidationsbeständigkeit.
Darüber hinaus wird auch Silber als Elektrodenwerkstoff verwendet. Dies resultiert aus der Tatsache, dass Silber unter allen Werkstoffen die höchste elektrische und thermische Leitfähigkeit aufweist und darüber hinaus chemisch außerordentlich beständig ist, sofern bleifreier Kraftstoff verwendet wird. Eine erhebliche Steigerung der Warmfestigkeit wird durch Teilchenverbundwerkstoffe auf Silberbasis erreicht. Die aufgeführten Eigenschaften von Silber sind maßgebend für die Verwendung als Elektrodenwerkstoff.
Zusätzlich werden auch Platin bzw. Platinbasislegierungen für die Herstellung von Elektroden verwendet, da diese eine sehr gute Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit sowie eine hohe Abbrandfestigkeit aufweisen.
2 zeigt die Masseelektrode 8 in einer Querschnittansicht in Alleinstellung, die einen im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt aufweist und anhand der die vorliegende Erfindung nachfolgend exemplarisch beschrieben wird, da auch Mittelelektroden von Zündkerzen erfindungsgemäß ausgeführt werden können. Die Masseelektrode 8 besteht aus einem Grundwerkstoff 11 und wenigstens einem in dem Grundwerkstoff 11 feinst verteilt angeordneten Zusatzwerkstoff 12, der in dem Grundwerkstoff 11 eingelagert ist und aufgrund seiner Verteilung, seiner Materialeigenschaften und der Wechselwirkung mit dem Grundwerkstoff 11 eine Verschleißbeständigkeit der Masseelektrode 8 nicht beeinträchtigt und bei entsprechender Materialauswahl unter Umständen sogar verbessert.
Bei dem Grundwerkstoff 11 der Masseelektrode 8 kann es sich um Au-, oder Rh-Basiswerkstoffe oder reines Au oder Rh handeln. Als Zusatzwerkstoff wird wenigstens ein Metalloxid mit einer negativen Bildungsenthalpie größer als 800 kJ/mol O₂, wie insbesondere Erdalkalimetalloxide, Seltenerdmetalloxide, Al₂O₃, Y₂O₃, Sc₂O₃, ZrO₂ und deren Mischoxide, wie Spinelle, oder MgO, mit Partikelgrößen bzw. mittleren Durchmessern D50 zwischen 0,5 μm bis 20 μm, vorzugsweise zwischen 1 μm und 7 μm und Anteilen von 5 Vol.-% bis 50 Vol.-%, vorzugsweise 10 Vol.-% bis 30 Vol.-%, vorgesehen.
Alternativ hierzu kann es sich bei dem Grundwerkstoff 11 der Masseelektrode 8 um Pt-Basiswerkstoffe oder reines Pt handeln, dem als Zusatzwerkstoff wenigstens ein Metalloxid mit einer negativen Bildungsenthalpie größer als 800 kJ/mol O₂ zugegeben ist. Als Zusatzwerkstoffe sind insbesondere Erdalkalimetalloxide, Seltenerdmetalloxide, Al₂O₃, Y₂O₃, Sc₂O₃, ZrO₂ und deren Mischoxide, wie Spinelle, oder MgO, mit Partikelgrößen bzw. mittleren Durchmessern D50 zwischen 5 μm bis 20 μm, vorzugsweise zwischen 5 μm und 7 μm und Anteilen von 21 Vol.-% bis 50 Vol.-%, vorzugsweise 21 Vol.-% bis 30 Vol.-%, vorgesehen.
Bei einer weiteren alternativen Lösung ist es vorgesehen, dass der Grundwerkstoff der Masseelektrode 8 ein Pt-Basiswerkstoff oder reines Pt ist und der Zusatzwerkstoff wenigstens ein Metalloxid aus der Gruppe der Seltenerdmetalloxide und/oder wenigstens ein Metalloxid aus der Gruppe Al₂O₃, Y₂O₃, Sc₂O₃, CaO, SrO, BaO und/oder wenigstens ein Mischoxid, wie Spinell, aus wenigstens einem Erdalkalimetalloxid, einem Seltenerdmetalloxid, Al₂O₃, Y₂O₃ und/oder Sc₂O₃ ist, wobei der Zusatzwerkstoff eine negative Bildungsenthalpie größer 800 kJ/mol O₂ aufweist, und wobei der Anteil des Zusatzwerkstoffes (12) zwischen 5 Vol.-% und 50 Vol.-% beträgt.
Bei allen vorgenannten Alternativen ist der Zusatzwerkstoff 12 in dem Grundwerkstoff 11 in Form kleiner Partikel und in einer feinen Dispersion angeordnet. Die Benetzung zwischen den Partikeln des Zusatzwerkstoffes 12 und des Grundwerkstoffes 11, der Volumengehalt des Zusatzwerkstoffes sowie die Korngröße der Partikel des Zusatzwerkstoffes bewirken, dass eine Standzeit von Elektroden im Vergleich zu aus der Praxis bekannten Elektroden für Zündkerzen oder Elektroden, die aus den vorgenannten Grundwerkstoffen gebildet sind, bei wesentlich geringeren Materialkosten gleich ist oder verbessert ist, da eine Oxidation des Grundwerkstoffes durch das Vorhandensein des kostengünstigeren Metalloxids nicht begünstigt wird bzw. bei entsprechender Materialauswahl des Zusatzwerkstoffes sogar verbessert wird.
Die Verbesserung der Beständigkeit der Elektrode gegenüber Oxidation wird durch die hohe negative Bildungsenthalpie des Zusatzwerkstoffes erreicht, da der Energieeintrag des Lichtbogens des Zündfunkens der Zündkerze in die Elektrode nicht ausreicht, um die Atombindung des Metalloxids aufzubrechen. Damit wird zusatzstoffseitig nur wenig oder überhaupt kein Sauerstoff für die Oxidation des Grundwerkstoffes zur Verfügung gestellt.
Aus diesem Grund weisen die erfindungsgemäß ausgeführten Elektroden im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Elektroden die gleiche oder eine verbesserte Funkenerosionsbeständigkeit auf. Dies gilt sowohl für Au-Legierungen und Rh-Legierungen sowie für Pt-Legierungen. Bei reinen Pt-, Au- und Rh-Elektroden wird durch die Zugabe des Zusatzwerk stoffes eine Reduzierung der Herstellungskosten bei wenigstens annähernd gleichbleibender Verschleißbeständigkeit erreicht.
Mit einer erfindungsgemäß ausgeführten Elektrode können bei gleicher Performance bei gleicher oder längerer Lebensdauer Edelmetallkosten eingespart werden bzw. durch den Einsatz eines höheren Materialvolumens können bei gleichen Materialkosten längere Standzeiten einer Zündkerze realisiert werden.

Claims

Elektrode (8, 9) für eine Zündkerze (1), die aus einem Grundwerkstoff (11) und wenigstens einem in dem Grundwerkstoff (11) dispers verteilt angeordneten Zusatzwerkstoff (12) gebildet ist, der in dem Grundwerkstoff (11) eingelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundwerkstoff (11) ein Au- oder Rh-Basiswerkstoff oder reines Au oder Rh ist und der Zusatzwerkstoff (12) wenigstens ein Metalloxid mit einer negativen Bildungsenthalpie größer als 800 kJ/mol O₂ ist, wobei der Anteil des Zusatzwerkstoffes (12) zwischen 5 Vol.-% und 50 Vol.-% beträgt.
Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Zusatzwerkstoffes (12) zwischen 10 Vol.-% und 30 Vol.-% beträgt.
Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein mittlerer Partikeldurchmesser (D50) des Zusatzwerkstoffes (12) zwischen 0,5 μm und 20 μm, vorzugsweise zwischen 1 μm und 7 μm, beträgt.
Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff ein Erdalkalimetalloxid oder ein Seltenerdmetalloxid ist.
Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff Al₂O₃, Y₂O₃, ZrO₂ oder Sc₂O₃ ist.
Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Grundwerkstoff MgO eingelagert ist.
Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Grundwerkstoff Mischoxide, wie Spinelle, aus wenigstens einem Erdalkalimetalloxid einem Seltenerdmetalloxid, Al₂O₃, Y₂O₃, Sc₂O₃, ZrO₂ und/oder MgO eingelagert ist.
Elektrode (8, 9) für eine Zündkerze (1), die aus einem Grundwerkstoff (11) und wenigstens einem in dem Grundwerkstoff (11) dispers verteilt angeordneten Zusatzwerkstoff (12) gebildet ist, der in dem Grundwerkstoff (11) eingelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundwerkstoff (11) ein Pt-Basiswerkstoff oder reines Pt ist und der Zusatzwerkstoff (12) wenigstens ein Metalloxid mit einer negativen Bildungsenthalpie größer als 800 kJ/mol O₂ ist, wobei der Anteil des Zusatzwerkstoffes (12) zwischen 21 Vol.-% und 50 Vol.-% beträgt.
Elektrode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Zusatzwerkstoffes (12) zwischen 21 Vol.-% und 30 Vol.-% beträgt.
Elektrode nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Partikeldurchmesser (D50) zwischen 5 μm und 20 μm, insbesondere zwischen 5 μm und 7 μm, beträgt.
Elektrode nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff ein Erdalkalimetalloxid oder ein Seltenerdmetalloxid ist.
Elektrode nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff Al₂O₃, Y₂O₃, ZrO₂ oder Sc₂O₃ ist.
Elektrode nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Grundwerkstoff MgO eingelagert ist.
Elektrode nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Grundwerkstoff Mischoxide, wie Spinelle, aus wenigstens einem Erdalkalimetalloxid einem Seltenerdmetalloxid, Al₂O₃, Y₂O₃, Sc₂O₃, ZrO₂ und/oder MgO eingelagert ist.
Elektrode (8, 9) für eine Zündkerze (1), die aus einem Grundwerkstoff (11) und wenigstens einem in dem Grundwerkstoff (11) dispers verteilt angeordneten Zusatzwerkstoff (12) gebildet ist, der in dem Grundwerkstoff (11) eingelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundwerkstoff (11) ein Pt-Basiswerkstoff oder reines Pt ist und der Zusatzwerkstoff (12) wenigstens ein Metalloxid aus der Gruppe der Seltenerdmetalloxide und/oder wenigstens ein Metalloxid aus der Gruppe Al₂O₃, Y₂O₃, Sc₂O₃, CaO, SrO, BaO und/oder wenigstens ein Mischoxid, wie Spinell, aus wenigstens einem Erdalkalimetalloxid, einem Seltenerdmetalloxid, Al₂O₃, Y₂O₃ und/oder Sc₂O₃ ist, wobei der Zusatzwerkstoff (12) eine negative Bildungsenthalpie größer 800 kJ/mol O₂ aufweist, und wobei der Anteil des Zusatzwerkstoffes (12) zwischen 5 Vol.-% und 50 Vol.-% beträgt.
Elektrode nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Zusatzwerkstoffes (12) zwischen 10 Vol.-% und 30 Vol.-% beträgt.
Elektrode nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein mittlerer Partikeldurchmesser (D50) des Zusatzwerkstoffes (12) zwischen 0,5 μm und 20 μm, vorzugsweise zwischen 1 μm und 7 μm, beträgt.