DE102006062737B4

DE102006062737B4 - Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze

Info

Publication number: DE102006062737B4
Application number: DE102006062737.7A
Authority: DE
Inventors: Thomas Alban; Christophe Houllé; Werner Niessner
Original assignee: Federal Mogul Ignition GmbH
Current assignee: Federal Mogul Ignition GmbH
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2014-06-26
Anticipated expiration: 2026-04-29
Also published as: EP1850432A3; EP1850432B1; DE102006062737A1; EP1850432A2

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze mit einem Körper (1), einer Mittelelektrode und wenigstens einer Körperelektrode (3), die dazwischen einen Entladungsspalt für den Zündfunken bilden, dadurch gekennzeichnet, dass eine definierte Position der Körperelektrode (3) zum Gewindeanschnitt des Zündkerzeneinschraubgewindes dadurch erzielt wird, dass der Körper (1) am Außendichtsitz (4) an einem Anschlag (2) festgelegt wird, das Gewindeprofil in einem Messfenster durch Drehbewegung justiert wird und die Körperelektrode (3) geschweißt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze mit einem Körper, einer Mittelelektrode und wenigstens einer Körperelektrode, die dazwischen einen Entladungsspalt für den Zündfunken bilden. Die Merkmale des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 sind aus DE 103 49 077 A1 bekannt.
Bei Zündkerzen mit einem Körper, einer Mittelelektrode und wenigstens einer Körperelektrode, ist nach dem Einschrauben der Zündkerze über das an der Körperelektrode vorgesehene Gewinde die Position des Zündkerzengewindeanschnittes nicht der Position der Körperelektrode zugeordnet, d. h. ist die Lage der Körperelektrode nach dem Einschrauben jeweils verschieden, so dass beispielsweise bei dem Einsatz der Zündkerze bei strahlgeführten Direkteinspritzsystemen der Zugang der Funkenstrecke zum Einspritzstrahl verdeckt sein kann. Weiterhin besteht keine Zuordnung des Gewindeanschnittes des Zündkerzenkörpers, d. h. des Bolzengewindes zur Zylinderkopfbohrung, d. h. des Muttergewindes. Es ist beim Zündkerzeneinbau keine gezielte Position der Körperelektrode erreichbar, so dass die Stellung der Körperelektrode im Brennraum zufällig ist.
DE 196 45 385 A1 und DE 102 57 995 A1 beschreiben eine Zündkerze, bei der am Zündkerzenkörper eine Markierung vorgesehen ist, mit Hilfe derer die Einbaulage der Masseelektrode im Zylinderkopf von außen sichtbar gemacht werden kann.
Durch die Erfindung soll daher ein Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze angegeben werden, bei der es möglich ist, die Position der Körperelektrode zum Gewindeanschnitt exakt festzulegen, derart, dass die Körperelektrode der Zündkerze in eine gewünschte Position im Brennraum des Motors gebracht werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren gelöst, dass im Anspruch 1 angegeben ist.
Es ist Voraussetzung für den Einsatz der erfindungsgemäßen Zündkerze mit genauer Positionierung der Körperelektrode im Brennraum, dass der Anschnitt des Muttergewindes im Zylinderkopf exakt definiert ist.
Das Anbringen der Körperelektrode am Zündkerzenkörper erfolgt gemäß der Erfindung nach dem Anfertigen des Einschraubgewindes, wobei für das positionsgenauer Schweißen der Körperelektrode die Form und die Lage des Gewindeprofils als Bezug genutzt wird.
Dabei wird der Körper am äußeren Dichtsitz lose angeschlagen und wird mit einer Drehbewegung das Gewindeprofil des Körpers in einem definierten Messfenster in die gewünschte Position gebracht. Das Ausrichten, Einstellen und die Positionierung des Körpers wird mittels eines optischen Messsystems überwacht, so dass dadurch ein definierter Abstand des äußeren Dichtsitzes zum Gewindeprofil sichergestellt wird.
Nach der Positionierung des Körpers wird die Körperelektrode auf die Stirnseite des Körpers aufgeschweißt, mit anschließenden Weiterbearbeitungen entgratet, geprägt, vernickelt und ggf. edelmetallarmiert. Die Körperelektrode wird dann gebogen und der Isolator wird montiert.
Durch die positionsgenaue Fertigung des Zylinderkopfgewindes mit definiertem Gewindeanschnitt wird eine exakte Positionierung der Körperelektrode im Brennraum des Motors sichergestellt.
Durch eine Veränderung der Position des Gewindeanschnittes des Zylinderkopfmuttergewindes ist darüber hinaus eine bestmögliche individuelle Stellung der Körperelektrode im Brennraum möglich.
Bei Zündkerzen mit einem Körper, einer Mittelelektrode und wenigstens einer Körperelektrode, die dazwischen einen Entladspalt für den Zündfunken bilden, ist weiterhin bisher die Gesamttoleranz des Abstandes vom Körperaußendichtsitz zur Funkenstrecke, d. h. des Vorstehmaßes groß, so dass ein gezielter Einbau, der hauptsächlich beim Einsatz bei strahlgeführten Direkteinspritzsystemen erforderlich ist, nicht gewährleistet ist.
Im Folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnungen verschiedene Fertigungsschritte zur Herstellung einer Zündkerze beschrieben. Es zeigen
1 einen Fertigungsablauf, der das erfindungsgemäße Verfahren umfasst, zur Herstellung des Kerzenkörpers in drei Phasen und
2 einen Fertigungsablauf, der das erfindungsgemäße Verfahren nicht umfasst, zur Herstellung einer Zündkerze.
Zunächst werden anhand der Darstellungen in der Zeichnung Verfahren zur Ausbildung der Edelmetallarmierungen an einer Zündkerze mit aufgeschweißter nicht gebogener Körperelektrode sowie an einer fertig montierten Zündkerze beschrieben, bei denen ein Edelmetalloberflächenüberdeckung der Edelmetallarmierungen von wenigstens 90% vorzugsweise wenigstens 92% vorgesehen wird.
Bei dem ersten Verfahren der Edelmetallarmierung bei einer Zündkerze mit aufgeschweißter nicht gebogener Körperelektrode wird der Körper 1 in kalibrierter Höhe D1 aufgenommen, wird die Körperelektrode 3 ausgerichtet, wird ein Edelmetallstück 5 der zündseitig zugewandten Oberfläche der Körperelektrode 3 zugeführt, wird das Edelmetallstück in der Mitte der Breite der Körperelektrode 3 positioniert, wird das Edelmetallstück 5 auf das Längenmaß Z widerstandsgeschweißt, wird das Edelmetallstück 5 flach geprägt, wird das Edelmetallstück 5 auf das Längenmaß Z lasergeschweißt, wird die Körperelektrode 3 auf das Längenmaß der optimalen gestreckten Länge zugeschnitten, erfolgt gegebenenfalls ein Konturschneiden der Körperelektrode 3, wird die Körperelektrode 3 auf das Maß A gebogen, werden der Isolator und der Körper dadurch montiert, dass das Maß B des Isolators durch Messen bestimmt wird, dass Isolator 7 und Körper 1 nach Berechnung und gezielter Zuordnung unterschiedlicher Innendichtringdicken s paarweise zugeordnet werden, dass ein Innendichtring 8 und der Isolator 7 in den Körper 1 eingefügt werden und ein Bördeln und Schrumpfen erfolgt, wird die Körperelektrode 3 in der X-Achse, d. h. in Richtung der Breite der Körperelektrode 3 kalibriert, wird die Körperelektrode 3 in der Y-Achse, d. h. hinsichtlich der Vorderkante der Körperelektrode 3 kalibriert und wird die Körperelektrode 3 in der Z-Achse, d. h. in Richtung des Elektrodenabstandes oder in der Längsachse der Zündkerze kalibriert.
Bei dem zweiten Verfahren der Edelmetallarmierung an einer fertig montierten Zündkerze wird die fertig montierte Zündkerze aufgenommen, wird die Körperelektrode 3 in Richtung der X-Achse ausgerichtet, wird die Körperelektrode 3 in Richtung der Y-Achse ausgerichtet, wird das Vorstehmaß gemessen, wird die Positionierung des Edelmetallstückes 5 berechnet, wird das Edelmetallstück 5 der zündseitig zugewandten Oberfläche der Körperelektrode 3 zugeführt, wird das Edelmetallstück 5 auf das Längenmaß Z widerstandsgeschweißt, wird das Edelmetallstück 5 flach geprägt, erfolgt ein Laserschweißen, wird die Körperelektrode 3 nach Berechnung des Vorstehmaßes abgeschnitten, wird die Körperelektrode 3 gebogen, wird die Körperelektrode 3 in Richtung der X-Achse kalibriert, wird die Körperelektrode 3 in Richtung der Y-Achse kalibriert, und wird die Körperelektrode 3 in Richtung der Z-Achse kalibriert.
Wenn beispielsweise das Edelmetallstück 5 an der Körperelektrode 3 kreisförmig ist und einen Durchmesser von 1 mm hat und das Edelmetallstück der Mittelelektrode kreisförmig ist und einen Durchmesser von 0,8 mm hat, kann die gewünschte Überdeckung von mehr als 90% der Fläche des Edelmetallstückes der Mittelelektrode durch das Edelmetallstück 5 an der Körperelektrode 3 dadurch erreicht werden, dass die Mittenabweichung, d. h. die Abweichung der Mittelpunkte der kreisförmigen Edelmetallflächen unter 0,18 mm liegt. Bei einer Mittenabweichung von weniger als 0,15 mm wird bereits eine Überdeckung von 95% erreicht.
Die gewünschte Überdeckung lässt sich somit dadurch erzielen, dass die Mittenabweichung in entsprechenden Grenzen gehalten wird.
Um weiterhin eine möglichst genaue Position der Funkenstrecke, d. h. ein genaues Vorstehmaß und eine genaue Körperelektrodenstellung im Brennraum zu erzielen, wird bei der Herstellung der Zündkerze das Maß X des äußeren Dichtsitzes des kaltfließgepressten Körpers zum inneren Dichtsitz, d. h. zur kalibrierten Höhe D1 nachgedreht, wird der Körper positioniert bis zum Anschlagen am Bund des äußeres Dichtsitzes, wobei das Gewindeprofil als Bezug ins Messfenster positioniert wird, wird die Körperelektrode 3 geschweißt und anschließend vernickelt, wird ein Edelmetallstück 5 an der Körperelektrode 3 im Maß Z angebracht, wird die Körperelektrode 3 auf die Länge C geschnitten, wird die Körperelektrode 3 auf das Maß A gebogen und werden Isolator 7 und Körper dadurch montiert, dass der Abstand des Dichtsitzes des Isolators 7 zur Zündspitze der Mittelelektrode, d. h. das Maß B gemessen wird, dass die kalibrierte Höhe zum Außendichtsitz, d. h. das Maß X gemessen wird, dass ein Innendichtring 8 nach Berechnung des Maßes B zum Maß C gewählt wird, dass ein Bördeln und Schrumpfen erfolgt und dass ein massiver Außendichtring 6 montiert und verstemmt wird, damit er unverlierbar wird.
In den 1 und 2 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze in insgesamt vier Phasen im Einzelnen dargestellt.
In Phase 1 in 1 erfolgt die Herstellung einer Zündkerze derart, dass sich die natürlichen Toleranzen der Einzelteile in Bezug auf das Maß der Funkenlage nicht addieren. Dabei ist der innere Dichtsitz D1 des Körpers 1 der konstruktive Bezugspunkt, auf den sich alle weiteren Konstruktions- und Fertigungsoperationen beziehen. Vom inneren Dichtsitz D1 wird die Genauigkeit zum äußeren Dichtsitz 4 durch Nachdrehen der Dichtschulter hergestellt. Der konstruktiv zu bestimmende Abstand X wird im Bereich von +/–0,05 mm eingehalten. Die bisherige Toleranzgenauigkeit betrug demgegenüber +/–0,28 mm (kalibrierte Höhe +/–0,08 mm, Gewindelänge Körper +/–0,2 mm).
In der Phase 2 erfolgt gemäß der Erfindung ein Gewinderollen vor dem Schweißen der Körperelektrode 3. Das Schweißen der Körperelektrode 3 erfolgt dann derart, dass die Lage der Körperelektrode 3 zum Gewindeanschnitt genau bestimmt ist. Dabei wird der Körper 1 mit der Dichtschulter am äußeren Dichtsitz 4 auf einen Anschlag 2 aufgesetzt und wird mit Hilfe eines Bildverarbeitungssystems das Gewindeprofil visualisiert. Durch eine Drehbewegung kann es positionsgenau ins Maß Y in ein vorgegebenes Messfenster justiert werden.
In der Phase 3 kann auf die Körperelektrode 3 zusätzlich ein Edelmetallstück 5 geschweißt werden. Als Längenreferenz dient der innere Dichtsitz D1, wobei die genaue Position des Edelmetallstücks 5 mit dem Maß Z definiert wird.
Nach dem Schweißen des Edelmetallstücks 5 beispielsweise durch Widerstandsschweißen oder Laserschweißen, wird die Länge C der Körperelektrode 3 durch Ablängen, z. B. durch mechanisches Schneiden hergestellt. Dadurch ist eine optimale Biegelänge der Körperelektrode 3 sichergestellt.
Die Körperelektrode 3 wird anschließend auf das Maß A gebogen. Referenz ist dabei der innere Dichtsitz D1 des Körpers. Mit dieser präzisen Vorbiegung ist das Einstellen des Elektrodenabstandes ohne großes Nachbiegen der Körperelektrode 3 sichergestellt. Dadurch ist eine sichere Überdeckung der Edelmetallteile an Mittelelektrode und Körperelektrode 3 in axialer Richtung gewährleistet.
In der Phase 4 in 2 wird vor dem Einbringen des Isolators 7 in den Körper 1 die Länge B von der Isolatordichtschulter zur Zündspitze der Mittelelektrode bestimmt, was beispielsweise mittels eines Kameramesssystems erfolgen kann. Referenz ist die Dichtschulter D2 des Isolators 7, die mit gleichem Prüfmaß dem inneren Dichtsitz D1 des Körpers 1 entspricht.
In Abhängigkeit von der Länge B wird der Einbau des Isolators 7 in den Körper 1 mit der Dicke s des Innendichtringes 8 vorgenommen. Die Toleranz beträgt beim Maß B +/–0,17 mm (Dichtsitz +/–0,09 mm, Mittelelektrode +/–0,08 mm).
Zur Abstimmung auf ein genaues Vorstehmaß steht ein Sortiment von verschiedenen Dichtungsringdicken s in Abstufungen von 0,1 mm zur Verfügung. Vorzugsdicken s der Innendichtringe 8 sind 0,4 mm, 0,5 mm, 0,6 mm, 0,7 mm und 0,8 mm.
Die Montage durch Bördeln und Schrumpfen erfolgt nach der Regel eines Größenmaßes aus Differenz Isolator zu Körper mit einem Kleinstmaß an Innendichtring und umgekehrt. Der Außendichtring 6 besteht aus einem massiven gut Wärme leitenden Metall. Die Dicke K des Außendichtringes 6 ist auf die Motoranforderungen abgestimmt und liegt innerhalb der Normvorgaben. Durch beispielsweise innenseitiges Verstemmen des Außendichtringes 6 wird die Unverlierbarkeit sichergestellt. Gegenüber Standardaußendichtringen aus Blechformteilen bieten massive Dichtringe den Vorteil, dass sich diese beim Anziehen nur gering verformen. Eine Toleranz der Dichtringdicke von +/–0,02 mm ist sicher erzielbar.
Mit dem oben beschriebenen Verfahren ist eine Zündkerze prozesssicher mit einer Genauigkeit des Vorstehmaßes V von +/–0,1 mm herstellbar.

Im Folgenden wird ein spezielles Beispiel gegeben:

Gefordertes Vorstehmaß V:	31,5 mm
Gewindelänge:	26,5 mm
Funkenlage E:	5,0 mm
Nennmaß:
Atmungsraum/Außendichtsitzkörper (X):	17,1 mm
Isolatorfuß/Mittelelektrode (B):	15 mm
Innendichtring Stärke s:	0,6 mm
Vorstehmaß V:	31,5 mm
Größtmaß:
Atmungsraum/Außendichtsitzkörper (X):	17,15 mm
Isolatorfuß/Mittelelektrode (B):	14,83 mm
Innendichtring Stärke s:	0,8 mm
Vorstehmaß V:	31,52 mm
Kleinstmaß:
Atmungsraum/Außendichtsitzkörper (X):	17,05 mm
Isolatorfuß/Mittelelektrode (B):	15,17 mm
Innendichtring Stärke s:	0,4 mm
Vorstehmaß V:	31,48 mm
Größte Paarungsdifferenz:
Atmungsraum/Außendichtsitzkörper (X):	17,10 mm
Isolatorfuß/Mittelelektrode (B):	15,05 mm
Innendichtring Stärke s:	0,5 mm
Vorstehmaß V:	31,45 mm
oder
Innendichtring Stärke s:	0,6 mm
Vorstehmaß V:	31,55 mm

Dabei sind die Toleranzen des Innendichtringes mit +/–0,02 mm sowie die Dickenstreuung nach dem Andrücken des Innendichtringes bei der Montage nicht berücksichtigt und sind auch die Toleranzen des Außendichtringes mit +/–0,02 mm nicht berücksichtigt. Werden diese Toleranzen bei der Bewertung des Vorstehmaßes V berücksichtigt, so lässt sich eine Genauigkeit des Vorstehmaßes V prozesssicher in der Größenordnung +/–0,1 mm erzielen.
Es ergibt sich somit eine Zündkerze, bei der die Körperelektrode zum Gewindeanschnitt exakt positioniert ist, das Elektrodenvorstehmaß durch Minimierung der Toleranzen geringe Schwankungen im Bereich von 0,2 mm aufweist, die Montage mit serienüblichen Montagewerkzeug möglich ist, serienübliche Hochspannungsanschlüsse verwandt werden können und eine lange Laufzeit durch optimale Nutzung der Edelmetallarmierung erreicht ist.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze mit einem Körper (1), einer Mittelelektrode und wenigstens einer Körperelektrode (3), die dazwischen einen Entladungsspalt für den Zündfunken bilden, dadurch gekennzeichnet, dass eine definierte Position der Körperelektrode (3) zum Gewindeanschnitt des Zündkerzeneinschraubgewindes dadurch erzielt wird, dass der Körper (1) am Außendichtsitz (4) an einem Anschlag (2) festgelegt wird, das Gewindeprofil in einem Messfenster durch Drehbewegung justiert wird und die Körperelektrode (3) geschweißt wird.