-
Stand der Technik
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze, welche insbesondere
für einen
Einsatz bei einer stationären
Brennkraftmaschine ausgelegt ist.
-
Zündkerzen
sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen
bekannt. Bei stationären
Brennkraftmaschinen bzw. bei Brennkraftmaschinen, die mit im Wesentlichen
konstanter Drehzahl laufen, müssen
Zündkerzen
möglichst hohe
Standzeiten aufweisen, da ein Stillstand derartiger Brennkraftmaschinen
bei einem Zündkerzenwechsel
zu hohen Kosten führt.
Bisher werden bei derartigen Brennkraftmaschinen daher Mittelelektroden
eingesetzt, welche eine kronenartige Form mit vier in Axialrichtung
der Zündkerze
liegenden Stegen verwendet. Eine Masseelektrode ist dabei über die Steglänge an der
radialen Außenseite
der Stege angeordnet. Bei einer derartigen Geometrie tritt jedoch eine
sehr große
lokale erosive Belastung der Masseelektrode auf. Von daher muss
die Masseelektrode aus Edelmetall hergestellt werden, was die gesamte Zündkerze
sehr teuer macht.
-
Vorteile der Erfindung
-
Die
erfindungsgemäße Zündkerze
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den
Vorteil auf, dass sie besonders einfach und kostengünstig hergestellt
werden kann. Insbesondere muss für
eine Masseelektrode dabei kein Edelmetall verwendet werden. Dies
wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, dass die Mittelelektrode einen Innenbereich, einen Außenring
und wenigstens zwei Stege umfasst. Die Stege verbinden dabei den
Innenbereich mit dem Außenring,
so dass die Mittelelektrode mehrere freie Flächen zwischen dem Innenbereich
und dem Außenring
aufweist. Die Mittelelektrode kann hierbei besonders einfach, beispielsweise durch
einen Stanzvorgang oder einen Laserschneid-Vorgang hergestellt werden.
Dadurch werden die Herstellungskosten für die gesamte Zündkerze
signifikant reduziert, insbesondere da für die Masseelektrode als Werkstoff
kein Edelmetall notwendig ist. Bevorzugt weist die Mittelelektrode
dabei einen symmetrischen Aufbau auf.
-
Die
Unteransprüche
zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
-
Vorzugsweise
ist der Innenbereich der Mittelelektrode als Innenring ausgebildet.
Hierdurch ist nur ein geringer Materialbedarf für die Mittelelektrode notwendig.
Alternativ ist der Innenbereich der Mittelelektrode als Innenscheibe
ausgebildet. Hierdurch wird ein Materialbedarf für die Mittelelektrode nur unwesentlich
vergrößert, da
der Innenbereich einen relativ kleinen Außendurchmesser aufweist. Die
Mittelelektrode mit Innenscheibe kann jedoch einfacher, beispielsweise
mittels Laserschweißen,
befestigt werden.
-
Weiter
bevorzugt ist der Innenbereich als Innenring ausgebildet und eine
Breite des Innenrings ist gleich einer Breite des Außenrings.
Hierdurch ergibt sich eine bevorzugte Geometrie der Mittelelektrode.
Weiter bevorzugt ist eine Stegbreite wenigstens 1,5 Mal so groß, weiter
bevorzugte doppelt so groß wie
eine Breite des Innenrings. Hierdurch kann insbesondere eine gute
Wärmeableitung
vom Außenring zum
Innenbereich der Masseelektrode erreicht werden. Vorzugsweise ist
die Stegbreite ebenfalls 1,5 Mal so groß, vorzugsweise doppelt so
groß,
wie eine Breite des Außenrings.
-
Um
die Mittelelektrode besonders einfach und kostengünstig herstellen
zu können,
weist die Mittelelektrode eine flache, scheibenförmige Form auf.
-
Um
möglichst
einen geringen Verschleiß an der
Mittelelektrode während
des Betriebes der Zündkerze
zu haben, ist der Außenring
der Mittelelektrode vorzugsweise aus Edelmetall hergestellt. Hierbei
sei angemerkt, dass insbesondere aus fertigungstechnischen Gründen vorzugsweise
die gesamte Mittelelektrode aus Edelmetall hergestellt ist. Hierbei
wird zwar mehr Edelmetall für
die Mittelelektrode verwendet, jedoch ist eine Herstellung signifikant
kostengünstiger.
-
Vorzugsweise
umfasst die Mittelelektrode genau drei oder genau vier oder genau
fünf oder
genau sechs Stege. Insbesondere bei der Verwendung von vier Stegen
kann eine besonders gute Wärmeableitung
vom Außenring
in Richtung des Innenbereichs erreicht werden, so dass die Temperaturbelastung
des Außenrings
reduziert werden kann. Bei genau vier Stegen ergibt sich ein Optimum
zwischen einer guten Wärmeleitung
und einer durch die Stege verdeckten Querschnittsfläche.
-
Um
besonders hohe Standzeiten für
die Zündkerze
zu erreichen, ist vorzugsweise eine Dicke der Mittelelektrode gleich
wie eine Breite des Außenrings.
Hierdurch wird insbesondere am Außenring ein quadratischer Querschnitt
erhalten, welcher besonders verschleißresistent ist. Ferner weist
ein quadratischer Querschnitt ein sehr gutes Verhältnis zwischen
der Oberfläche
(zur Wärmeaufnahme)
und der Querschnittsfläche
(zur Wärmeabführung) auf.
-
Weiter
bevorzugt ist die Masseelektrode ringförmig ausgebildet und weist
eine Dicke auf, welcher einer Dicke der Mittelelektrode entspricht.
Die Masseelektrode ist dabei radial außerhalb des Außenrings
angeordnet.
-
Um
einen Zündspannungsbedarf
der Zündkerze
zu reduzieren, weist die Mittelelektrode vorzugsweise einen nicht
kreisförmigen
Außenumfang, insbesondere
einen zackenförmigen
Außenumfang, am
Außenring
auf. Wenn der Außenumfang
zackenförmig
ausgebildet ist, können
die Zacken derart vorgesehen sein, dass sie spitz zulaufen oder
dass eine Spitze abgeschnitten ist, so dass die Zacken eine kegelstumpfförmige Gestalt
aufweisen. Alternativ kann der Außenumfang der Mittelelektrode
auch gerändelt sein.
-
Die
erfindungsgemäße Zündkerze
wird vorzugsweise in stationären
Brennkraftmaschinen bzw. Brennkraftmaschinen, welche bei konstanter
Drehzahl betrieben werden, eingesetzt. Hierbei weisen die Zündkerzen
vorzugsweise eine Vorkammer auf, in welcher die Masseelektrode und
die Mittelelektrode angeordnet sind. Die Vorkammer weist einen oder mehrere
Kanäle
auf, welche eine Verbindung zwischen der Vorkammer und einem Brennraum
der Brennkraftmaschine herstellen. Die Verwendung einer Vorkammer
in Verbindung mit einer wagenradähnlichen
Mittelelektrode mit mehreren Stegen ermöglicht praktisch unendlich
viele Funkenstrecken, so dass keine spezielle Ausrichtung der Kanäle in Bezug
auf die Elektroden vorgenommen werden muss.
-
Zeichnung
-
Nachfolgend
werden unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
-
1 eine
schematische, teilweise geschnittene Ansicht einer Zündkerze
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
-
2 eine
Schnittansicht entlang der Linie II-II von 1,
-
3 eine
vergrößerte, geschnittene
Teilansicht der in 1 gezeigten Zündkerze,
-
4 eine
schematische Seitenansicht einer Mittelelektrode für eine Zündkerze
gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, und
-
5 eine
schematische Draufsicht der in 4 gezeigten
Mittelelektrode des zweiten Ausführungsbeispiels.
-
Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung
-
Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 eine
Zündkerze 1 gemäß einem
ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung im Detail beschrieben.
-
Wie
aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Zündkerze 1 eine
Masseelektrode 2, eine Mittelelektrode 3, ein
Gehäuse 4 und
einen Isolator 5. Die Zündkerze 1 dieses
Ausführungsbeispiels
ist für
eine stationäre
Brennkraftmaschine ausgelegt und umfasst ferner eine Vorkammer 6,
welche durch ein brennraumseitiges Ende des Gehäuses 4 sowie einen
am Gehäuse 4 befestigten
Endaufsatz 6 definiert wird. Am Endaufsatz 6 sind
vier Kanäle 6a ausgebildet,
welche eine Verbindung zum Brennraum der Brennkraftmaschine bereitstellen.
Wie aus 1 ersichtlich ist, weist die Vorkammer 7 ein
brennraumseitiges Volumen 7a und ein brennraumabgewandtes Volumen 7b auf,
wobei das brennraumabgewandte Volumen 7b an der brennraumabgewandten
Seite der Mittelelektrode 3 liegt. Am Gehäuse 4 ist
ferner ein Außengewinde 4a vorgesehen,
um die Zündkerze
in bekannter Weise in einen Zylinderkopf o. ä. einzuschrauben. Weitere bekannte
Teile der Zündkerze sind
aus Übersichtlichkeitsgrunden
nicht gekennzeichnet.
-
2 zeigt
im Detail die Mittelelektrode 3. Die Mittelelektrode 3 weist
eine flache, scheibenföhnige
Form auf und hat eine wagenradähnliche
Gestalt. Die Mittelelektrode 3 umfasst dabei einen Innenring 30,
einen Außenring 35 sowie
vier Stege 31, 32, 33, 34. Die
Stege verbinden dabei den Innenring 30 mit dem Außenring 35.
Die Stege 31, 32, 33, 34 sind
jeweils in einem Abstand von 90° angeordnet,
so dass die Mittelelektrode 3 eine symmetrische Gestalt aufweist.
-
Der
Innenring 30 weist dabei eine Breite B1 auf, welche gleich
einer Breite B2 des Außenrings 35 ist.
Ferner weisen die Stege 31, 32, 33, 34 jeweils eine
Breite B3 auf, welche doppelt so groß wie eine Breite B1 bzw. B2
des Innenrings bzw. des Außenrings
ist. Hierdurch wird insbesondere eine hervorragende Wärmeleiteigenschaft
der Mittelelektrode 3 sichergestellt, um temperaturbedingte
Beschädigungen
am Außenring 35 zu
vermeiden. Wie aus 1 und 2 ersichtlich
ist, ist die Masseelektrode 2 ringförmig in Radialrichtung vom
Außenring 35 um die
Mittelelektrode 3 mit einem Abstand A angeordnet, wobei
die Masseelektrode 2 im Schnitt einen rechteckigen Querschnitt
aufweist. Es sei angemerkt, dass alternativ als Masseelektrode auch
der Endaufsatz 6 verwendet werden kann, wenn dieser bis
zur Mittelelektrode reicht.
-
Das
Bezugszeichen 8 bezeichnet ein elektrisch leitendes Element,
auf welchem die Mittelelektrode 3, z. B. mittels Laserschweißens, befestigt
ist. Eine Längsachse
der Zündkerze 1 ist
mit X-X bezeichnet.
-
Durch
die erfindungsgemäße flache,
wagenradähnliche
Ausbildung der Mittelelektrode 3 ist es möglich, eine
Zündkerze
bereitzustellen, welche besonders hohe Standzeiten aufweist. Diese
können noch
zusätzlich
durch Verwendung eines Edelmetalls als Material für den Außenring 35 vergrößert werden. Erfindungsgemäß kann insbesondere
auf die Verwendung von Edelmetall in der Masseelektrode 2 verzichtet
werden. Dadurch wird die erfindungsgemäße Zündkerze sehr kostengünstig. Ferner
sei angemerkt, dass insbesondere der Außenumfang des Außenrings 35 gezackt
oder gerändelt
sein kann, um den Zündspannungsbedarf
zu reduzieren.
-
Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 4 und 5 eine
alternative Ausgestaltung der Mittelelektrode 3 für eine Zündkerze
beschrieben. Wie aus 5 ersichtlich ist, weist die
Mittelelektrode 3 einen scheibenförmigen Innenbereich 36 auf,
wodurch insbesondere eine sehr einfache Fixierung der Mittelelektrode 3 an
dem elektrisch leitenden Element (in den 4 und 5 nicht
gezeigt) möglich ist.
Weiterhin weist die scheibenförmige
Mittelelektrode 3 eine Dicke D1 auf, welche gleich einer
Breite B2 des Außenrings 35 ist.
Ein Außendurchmesser
D2 des Außenrings 35 ist
dabei ca. dreimal so groß wie ein
Außendurchmesser
D3 des scheibenförmigen
Innenbereichs 36. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel
dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel,
so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.