DE102013017387B4

DE102013017387B4 - Zündkerzen-Elektrodenanordnung und Zündkerze mit Zündplättchen

Info

Publication number: DE102013017387B4
Application number: DE102013017387.6A
Authority: DE
Inventors: Kevin J. Kowalski; Frederick J. Quitmeyer; Nathan A. Thomson; Curtis W. Verhoff; Richard L. Keller
Original assignee: Federal Mogul Ignition Co
Current assignee: Federal Mogul Ignition LLC
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2018-07-05
Anticipated expiration: 2033-10-22
Also published as: DE102013017387A1; US9318879B2; US20140111078A1; DE102013022531B3

Abstract

Zündkerzen-Elektrodenanordnung, mit:einer Elektrode (12; 18); undeinem dünnen Zündplättchen (36) aus einem Edelmetallmaterial, das an der Elektrode über einen verschmolzenen Abschnitt (38) angebracht ist, wobei das dünne Zündplättchen eine größte Breitenabmessung (W) aufweist, die wenigstens zwei Mal größer ist als eine größte Dickenabmessung (T) des dünnen Zündplättchens, wobei eine Materialzusammensetzung des verschmolzenen Abschnittes an einer Funkenbildungsfläche (40) des dünnen Zündplättchens einen größeren Anteil an Edelmetallmaterial als Material der Elektrode aufweist, und wobei der verschmolzene Abschnitt sich in die Elektrode in eine Tiefe (D) hinein erstreckt, und zwar gemessen von einer Fläche/Fläche-Schnittstelle (S) zwischen dem dünnen Zündplättchen und der Elektrode, wobei die Tiefe (D) größer ist als eine Dickenabmessung (T) des dünnen Zündplättchens, wobei der verschmolzene Abschnitt (38) eine Keyhole-Schweißverbindung ist und einen verfestigten Edelmetallabschnitt beinhaltet, der zumindest an der Funkenbildungsfläche (40) angeordnet ist, und einen verfestigten Mischabschnitt aufweist, der wenigstens unterhalb der Fläche/Fläche-Schnittstelle (S) angeordnet ist, wobei der verfestigte Edelmetallabschnitt einen höheren Anteil an dem Edelmetallmaterial hat als der Mischabschnitt.

Description

BEZUGNAHME AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Nutzen der provisorischen US-Anmeldungen mit den Seriennummern 61/716,250, die am 19. Oktober 2012 eingereicht wurde, und 61/759,088, die am 31. Januar 2013 eingereicht wurde.
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft generell Zündkerzen-Elektrodenanordnungen, Zündkerzen und andere Zündvorrichtungen für Verbrennungsmotoren und betrifft insbesondere ein Zündplättchen, das an eine Elektrode geschweißt ist.
HINTERGRUND
Zündkerzen können dazu verwendet werden, um eine Verbrennung in Verbrennungsmotoren einzuleiten. Zündkerzen zünden typischerweise ein Gas, wie ein Luft/Brennstoffgemisch, und zwar in einem Motorzylinder oder in einer Verbrennungskammer, indem ein Funken quer über eine Funkenstrecke erzeugt wird, die zwischen zwei oder mehr Elektroden gebildet ist. Das Zünden des Gases mittels des Funkens ruft eine Verbrennungsreaktion in dem Motorzylinder hervor, die für den Leistungshub des Motors verantwortlich ist. Die hohen Temperaturen, die hohen elektrischen Spannungen, die schnelle Wiederholung von Verbrennungsreaktionen und das Vorhandensein von korrosiven Materialien in den Verbrennungsgasen können eine raue Umgebung erzeugen, innerhalb der die Zündkerze funktionieren muss. Diese raue Umgebung kann zu einer Erosion und Korrosion der Elektroden beitragen, die die Leistung („performance“) der Zündkerze über der Zeit negativ beeinträchtigen können, was potentiell zu Fehlzündungen oder anderen unerwünschten Zuständen führen kann.
Zur Verringerung von Erosion und Korrosion der Elektroden der Zündkerze sind verschiedene Arten von Edelmetallen und deren Legierungen verwendet worden, einschließlich solcher aus Platin und Iridium. Diese Materialien können jedoch teuer sein. Demzufolge versuchen die Hersteller von Zündkerzen von Zeit zu Zeit, die Menge der in Verbindung mit einer Elektrode verwendeten Edelmetalle zu minimieren, indem derartige Materialien lediglich an einer Zündspitze der Elektroden verwendet werden, also dort, wo ein Funken über eine Funkenstrecke springt.
Aus dem Dokument DE 101 34 671 A1 ist ein Verfahren zur Anbringung einer Edelmetallspitze auf einer Elektrode, eine Elektrode und eine Zündkerze bekannt, die eine besonders dauerhafte Verbindung der Edelmetallspitze mit der Elektrode ermöglichen. Dabei wird zunächst die Edelmetallspitze auf die Elektrode geschweißt. Anschließend werden die Edelmetallspitze und die Elektrode an den sich berührenden Bereichen aufgeschmolzen, um in diesen Bereichen eine Mischlegierung zu bilden.
Aus dem Dokument DE 196 41 856 A1 ist eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor bekannt, wobei die Mittel- und Masseelektrode der Zündkerze in vorbestimmten Bereichen an ihren Spitzen, an denen Edelmetallplättchen fixiert sind, geschmolzen werden. Dann werden die Edelmetallplättchen derart in die geschmolzenen Elektroden eingesenkt, dass überstehende Abschnitte längs der äußeren Peripherie der Edelmetallplättchen ausgebildet werden. Dadurch werden die Edelmetallplättchen durch die überstehenden Abschnitte an der Elektrode befestigt. Anschließend werden die Edelmetallplättchen durch die so ausgebildeten, überstehenden Abschnitte mit energieverdichtetem Licht bestrahlt. Mit dieser Bestrahlung wird die Mittelelektrode mit einem Edelmetallplättchen verschweißt, während die Masseelektrode mit einem anderen Edelmetallplättchen verschweißt wird.
Aus dem Dokument JP S57 - 130 385 A ist eine Zündkerze bekannt, bei der ein Edelmetallplättchen auf eine Masseelektrode gegenüber der Mittelelektrode geschweißt ist.
Aus dem Dokument DE 692 25 686 T2 ist eine Elektrode für eine Zündkerze und ein Verfahren zum Herstellen der Elektrode bekannt, bei der eine funkenerosionsbeständige Zündspitze an einem vorderen Ende einer Verbundelektrode angeschweißt wird.
Aus dem Dokument DE 102 55 187 A1 ist ein Verfahren zum Verbinden einer Elektrode einer Zündkerze mit einem Edelmetallabschnitt bekannt, wobei der Edelmetallabschnitt mittels eines durch einen Laserstrahl erzeugten Wärmeeintrags mit der Elektrode verbunden wird, wobei der Laserstrahl auf den Edelmetallabschnitt und ggf. auch die Elektrode im Bereich eines Laserflecks auftrifft. Der Edelmetallabschnitt liegt während des Wärmeeintrags zumindest im Wesentlichen im Bereich des Laserflecks, wobei der Laserstrahl und der Edelmetallabschnitt während des Wärmeeintrags keine Relativbewegung zueinander ausführen.
Aus dem Dokument US 2010 / 0 247 992 A1 ist eine versiegelte Batterie und ein Verfahren zur Herstellung der Batterie bekannt, wobei eine Elektrodengruppe, durch Stapeln oder Wickeln einer positiven Elektrodenplatte und einer negativen Elektrodenplatte mit einem dazwischen angeordneten Separator gebildet wird. Diese Elektrodengruppe ist in einem Batteriegehäuse untergebracht, wobei eine Öffnung des Batteriegehäuses mit einer Dichtplatte verschlossen ist. Eine Zuleitung, die sich von einer der positiven und negativen Elektrodenplatten in der Elektrodengruppe erstreckt, wird durch Aufbringen eines Laserstrahls mit einem Punktdurchmesser, der kleiner ist als eine Dicke der Zuleitung, an die Abdichtplatte lasergeschweißt.
ZUSAMMENFASSUNG
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe kann daher in einer Bereitstellung einer verbesserten Zündkerzen-Elektrodenanordnung und Zündkerze mit Zündplättchen gesehen werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Zündkerzen-Elektrodenanordnung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1.
Ferner wird diese Aufgabe gelöst durch eine Zündkerze mit den Merkmalen gemäß Anspruch 13.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann eine Zündkerze eine Metallhülle, einen Isolator, eine Mittelelektrode, eine Masseelektrode und ein Zündplättchen („firing pad“) aufweisen. Die Metallhülle weist eine Axialbohrung auf. Der Isolator weist eine Axialbohrung auf und ist teilweise oder mehr als teilweise innerhalb der Axialbohrung der Metallhülle angeordnet. Die Mittelelektrode ist teilweise oder mehr als teilweise innerhalb der Axialbohrung des Isolators angeordnet. Die Masseelektrode ist an der Metallhülle angebracht. Das Zündplättchen ist aus einem Edelmetallmaterial hergestellt und ist an der Mittelelektrode oder an der Masseelektrode mittels eines verschmolzenen („fused“) Abschnittes angebracht. Der verschmolzene Abschnitt ist zum großen Teil einwärts bzw. innerhalb einer Umfangskante (P) des Zündplättchens angeordnet und durchdringt eine Dicke (T₂) des Zündplättchens und eine Fläche/Fläche-Schnittstelle (S) zwischen dem Zündplättchen und der Elektrode vollständig, an der das Zündplättchen angebracht ist. Ferner beinhaltet der verschmolzene Abschnitt eine Funkenbildungsfläche, die aus einem verfestigten Edelmetallmaterial hergestellt ist, das in einer temporären Kavität gebildet ist, die durch Verdampfung aufgrund des Auftreffens eines Laserstrahls auf das Zündplättchen erzeugt ist.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann eine Zündkerze eine Metallhülle, einen Isolator, eine Mittelelektrode, eine Masseelektrode und ein Zündplättchen aufweisen. Die Metallhülle weist eine Axialbohrung auf. Der Isolator weist eine Axialbohrung auf und ist teilweise oder mehr als teilweise innerhalb der Axialbohrung der Metallhülle angeordnet. Die Mittelelektrode ist teilweise oder mehr als teilweise innerhalb der Axialbohrung des Isolators angeordnet. Die Masseelektrode ist an der Metallhülle angebracht. Das Zündplättchen ist an der Mittelelektrode oder an der Masseelektrode mittels einer Keyhole-Schweißverbindung angebracht. Die Keyhole-Schweißverbindung bzw. Tiefschweißverbindung beinhaltet einen verfestigten Edelmetallabschnitt und einen verfestigten Mischabschnitt. Der verfestigte Edelmetallabschnitt ist zumindest an einer Funkenbildungsfläche des Zündplättchens angeordnet und beinhaltet Edelmetallmaterial des Zündplättchens, welches bei seiner Bildung von einer benachbarten Funkenbildungsfläche in eine temporäre Kavität getrieben bzw. gefördert wurde, die durch Verdampfung aufgrund des Auftreffens eines Laserstrahls erzeugt ist bzw. wurde. Der verfestigte Mischabschnitt ist zumindest unterhalb einer Fläche/Fläche-Schnittstelle (S) zwischen dem Zündplättchen und der Elektrode angeordnet, an der das Zündplättchen angebracht ist. Der Mischabschnitt weist Edelmetallmaterial des Zündplättchens und Material der Elektrode auf, die aufgrund des Auftreffens des Laserstrahls miteinander vermischt worden sind.
Gemäß einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform kann eine Elektrodenanordnung einer Zündkerze eine Elektrode und ein dünnes Zündplättchen aufweisen. Das dünne Zündplättchen ist aus einem Edelmetallmaterial hergestellt und ist an der Elektrode über einen verschmolzenen Abschnitt angebracht. Das dünne Zündplättchen weist eine größte Breitenabmessung (W) auf, die wenigstens einige Male größer ist als eine größte Dickenabmessung (T₂) des dünnen Zündplättchens. Eine Materialzusammensetzung des geschmolzenen Abschnittes an einer Funkenbildungsfläche des dünnen Zündplättchens beinhaltet einen größeren Prozentsatz bzw. Anteil des Edelmetallmaterials als eines Materials der Elektrode. Ferner erstreckt sich der verschmolzene Abschnitt in die Elektrode bis in eine Tiefe (D₂), die gemessen wird von einer Fläche/Fläche-Schnittstelle (S) zwischen dem dünnen Zündplättchen und der Elektrode, wobei die Tiefe (D₂) größer ist als eine Dickenabmessung (T₂) des dünnen Zündplättchens.
Figurenliste
Bevorzugte beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente angeben, und wobei:

1 eine Querschnittsansicht einer beispielhaften Zündkerze ist;
2 eine vergrößerte Ansicht eines Zündendes der Zündkerze der 1 ist, wobei das Zündende ein beispielhaftes Zündplättchen aufweist;
3 eine vergrößerte Schnittansicht des Zündplättchens der 2 ist;
4 eine vergrößerte Schnittansicht eines verschmolzenen Abschnittes des Zündplättchens der 2 ist; und
5 eine Draufsicht auf das Zündplättchen der 2 ist, und zwar angebracht an einem Masseelektrodenkörper.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegend beschriebenen Zündplättchen und verschmolzenen Abschnitte können in Zündkerzen und in anderen Zündvorrichtungen verwendet werden, einschließlich industrieller Kerzen bzw. Stecker, Zündvorrichtungen für die Luft- und Raumfahrt, oder jeglicher anderer Vorrichtung, die dazu verwendet wird, ein Luft/Brennstoffgemisch in einem Motor zu zünden. Dies beinhaltet Zündkerzen, die in Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen verwendet werden, und insbesondere in Motoren, die dazu ausgestattet sind, eine Benzindirekteinspritzung („gasoline direct injection“, GDI) bereitzustellen, Motoren, die nach Strategien einer mageren Verbrennung arbeiten, Motoren, die nach Strategien einer effizienten Brennstoffverwertung arbeiten, Motoren, die nach Strategien hinsichtlich reduzierter Emissionen arbeiten, oder eine Kombination dieser Motoren. Die verschiedenen Zündplättchen und verschmolzenen Abschnitte können Verbesserungen bereitstellen hinsichtlich der Zündbarkeit, hinsichtlich einer effektiven Plättchenhaltekraft („pad retention“), hinsichtlich vergrößerter Flächenbereiche zum Austauschen von Funken über eine Funkenstrecke, und hinsichtlich kosteneffektiverer Lösungen für die Verwendung von Edelmetall, um einige mögliche Verbesserungen zu nennen. Vorliegend beschreiben die Begriffe axial, radial und umfänglich Richtungen in Bezug auf die generell zylindrische Form der Zündkerze der 1 und generell unter Bezugnahme auf eine Mittelachse A, sofern nicht anders angegeben.
Wie es in 1 gezeigt ist, beinhaltet eine Zündkerze 10 eine Basis oder einen Körper 12 einer Mittelelektrode (CE), einen Isolator 14, eine Metallhülle 16 und eine Basis oder einen Körper 18 einer Masseelektrode (GE). Andere Komponenten können einen Anschlussstutzen („terminal stud“), einen Innenwiderstand, verschiedene Dichteinrichtungen („gaskets“) und Innendichtungen beinhalten, die Fachleuten sämtlich bekannt sind. Der CE-Körper 12 ist generell innerhalb einer Axialbohrung 20 des Isolators 14 angeordnet und weist einen Endabschnitt auf, der an einem Zündende der Zündkerze 10 außerhalb des Isolators freiliegt. In einem Beispiel ist der CE-Körper 12 aus einem Nickellegierungs- bzw. Ni-Legierungsmaterial hergestellt, das als ein äußerer oder Umhüllungsabschnitt des Körpers dient, und weist ein Kupfer- bzw. Cu-Material oder ein Cu-Legierungsmaterial auf, das als ein innerer Kern des Körpers dient; andere Materialien und Konfigurationen sind möglich, einschließlich eines Körpers aus einem einzelnen Material ohne Kern. Der Isolator 14 ist generell innerhalb einer Axialbohrung 22 der Metallhülle 16 angeordnet und weist einen Endnasenabschnitt auf, der an dem Zündende der Zündkerze 10 außerhalb der Hülle freiliegt. Der Isolator 14 ist aus einem Material wie einem Keramikmaterial hergestellt, das den CE-Körper 12 von der Metallhülle 16 elektrisch isoliert. Die Metallhülle 16 stellt eine äußere Struktur der Zündkerze 10 bereit und weist Gewinde zur Installation in dem zugeordneten Motor auf.
Wie es in den 1 und 2 gezeigt ist, ist der GE-Körper 18 an einem freien Ende der Metallhülle 16 angebracht und kann, als fertiggestelltes Produkt, eine generelle und gewissermaßen herkömmliche L-Form besitzen. An einem Endabschnitt in der Nähe der Funkenstrecke G ist der GE-Körper 18 axial von dem CE-Körper 12 und von einer CE-Zündspitze 24 (wenn eine Spitze bereitgestellt ist) beabstandet. Wie der CE-Körper kann der GE-Körper 18 aus einem Ni-Legierungsmaterial hergestellt sein, das als ein äußerer oder Umhüllungsabschnitt des Körpers dient, und kann ein Cu- oder Cu-Legierungsmaterial aufweisen, das als ein innerer Kern des Körpers dient. Andere Beispiele sind möglich, einschließlich von Körpern aus einem einzelnen Material ohne Kern. Einige nicht einschränkende Beispiele von Ni-Legierungsmaterialien, die in Verbindung mit dem CE-Körper 12, dem GE-Körper 18 oder beiden verwendet werden können, beinhalten eine Legierung, die aus einem oder mehreren der Elemente Ni, Chrom (Cr), Eisen (Fe), Mangan (Mn), Silicium (Si) oder einem weiteren Element zusammengesetzt ist; spezifischere Beispiele beinhalten Inconel® 600 oder 601. Gleichermaßen sind andere Materialien möglich. Im Querschnittsprofil kann der GE-Körper 18 eine generell rechteckige Form oder eine andere geeignete Konfiguration aufweisen. Der GE-Körper 18 weist eine in axialer Richtung weisende Arbeitsfläche 26 auf, die dem CE-Körper 12 oder der CE-Zündspitze 24 (wenn eine solche bereitgestellt ist) über die Funkenstrecke G generell gegenüberliegt oder gegenübersteht. In einem nicht einschränkenden Beispiel weist der GE-Körper 18 eine Dickenabmessung T₁ auf, die in einem Bereich zwischen etwa 1,14 mm und 1,88 mm liegt; andere Dickenbereiche und -werte sind in weiteren Beispielen möglich.
Bei der in den Figuren gezeigten Ausführungsform beinhaltet die Zündkerze 10 eine optionale CE-Zündspitze 24, die an einer in axiale Richtung weisenden Arbeitsfläche 28 des CE-Körpers 12 angebracht ist und Funken über die Funkenstrecke G austauscht. Unter Bezugnahme auf 2 besitzt die hier gezeigte CE-Zündspitze 24 eine zweistückige und generell nietartige Konstruktion und weist ein erstes Teil 30 (Nietkopf) auf, das an ein zweites Teil 32 (Nietschaft) geschweißt ist. Das erste Teil 30 kann direkt an dem CE-Körper 12 angebracht sein, und das zweite Teil 32 kann direkt an dem ersten Teil angebracht sein, so dass eine in axiale Richtung weisende Funkenbildungsfläche 34 zum Austausch von Funken über die Funkenstrecke G vorgesehen ist. Das erste Teil 30 kann aus einem Ni-Legierungsmaterial hergestellt sein, und das zweite Teil 32 kann aus einem Material einer Edelmetalllegierung hergestellt sein, wie jene, die Iridium (Ir), Platin (Pt) oder Ruthenium (Ru) enthalten; andere Materialien sind für diese Teile möglich. In anderen Ausführungsformen, die in der Zeichnung nicht gezeigt sind, ist beispielsweise eine diskrete CE-Zündspitze weggelassen, in welchem Fall Funken von bzw. über den CE-Körper 12 selbst ausgetauscht werden. Die optionale Zündspitze 24 könnte statt an dem CE-Körper 12 an dem GE-Körper 18 angebracht sein, sie könnte eine einteilige Konstruktion oder eine Konstruktion aus einem einzelnen Material beinhalten, oder sie könnte unterschiedliche Formen besitzen, einschließlich von Formen, die nicht nietartig sind, wie Zylinder, Stangen, Säulen, Drähte, Kugeln, Hügel, Kegel, flache Plättchen, Ringe oder Hülsen, um einige Möglichkeiten zu nennen. Die vorliegende Zündkerze ist nicht auf eine bestimmte Anordnung eines Zündendes beschränkt, da die hier beschriebenen Zündplättchen und verschmolzenen Abschnitte mit jeder beliebigen Anzahl von Anordnungen von Zündenden verwendet werden könnten, einschließlich solchen mit oder ohne Zündspitze 24.
Nunmehr wird Bezug genommen auf die 2 und 3, wobei die Zündkerze 10 ferner ein Zündplättchen 36 aufweist, das aus einem Edelmetallmaterial hergestellt und über eine Schweißverbindung an der Arbeitsfläche 26 des GE-Körpers 18 angebracht ist, und zwar zum Austauschen von Funken über die Funkenstrecke G. Durch dessen Anbringung wird eine verfestigte Schweißung oder verschmolzener Abschnitt 38 zwischen dem Zündplättchen 36 und dem GE-Körper 18 erzeugt. Während der verschmolzene Abschnitt 38 eine Mischung von Materialien des Zündplättchens 36 und des GE-Körpers 18 sein kann, und zwar im Bereich von Abschnitten entlang dessen Erstreckung, beinhaltet das Material des verschmolzenen Abschnittes in der Nähe und an einer Funkenbildungsfläche 40 des Zündplättchens überwiegend, wenn nicht vollständig, das Edelmetall des Zündplättchens und nicht das Material des GE-Körpers. Dies bedeutet, dass der verschmolzene Abschnitt 38 selbst wirksam Funken über die Funkenstrecke G austauschen kann, und zwar zusammen mit einem nicht verschmolzenen Abschnitt 42 des Zündplättchens 36, der keinem Anbringungsschritt durch Schweißen unterzogen worden ist. Mit anderen Worten ist der effektive Funkenbildungsflächenbereich des Zündplättchens 36 vor dem Schweißen im Wesentlichen gleich dem effektiven Funkenbildungsflächenbereich nach dem Schweißen - durch den Schweißprozess verschwindet nur ein geringer Teil des für die Funkenbildung verfügbaren Bereiches, wenn überhaupt. Dies verbessert die Zündbarkeit und maximiert den Flächenbereich, der zum Austauschen von Funken über die Funkenstrecke G verfügbar ist, und zwar verglichen mit bislang bekannten Zündspitzen. Der maximierte Flächenbereich kann zu Kosteneinsparungen führen, insbesondere unter Berücksichtigung der relativ hohen Kosten von Edelmetallmaterialien.
Bei einer vorbekannten Zündspitze aus Edelmetall wird eine so genannte Nahtschweißung durchgeführt, bei der ein Laserstrahl direkt auf eine Peripherie des Zündplättchens emittiert wird und direkt darauf auftrifft, und zwar an einer Schnittstellengrenze zwischen dem Zündplättchen und dem darunterliegenden Elektrodenkörper. Das sich hieraus ergebende verfestigte Schweißbad an der Naht ist mit mehr Material des Elektrodenkörpers verdünnt, und mit weniger Material aus Edelmetall, verglichen mit dem verschmolzenen Abschnitt 38. Ein Grund hierfür liegt darin, dass der Laserschweißstrahl in der Nahtschweißung direkt auf den darunterliegenden Elektrodenkörper auftrifft, und zwar zusätzlich zu der Zündspitze. Ein anderer Grund hierfür kann darin bestehen, dass der Laserschweißstrahl eine Konzentration und eine Energiedichte besitzt, durch die die Materialien, die dessen Anwendung unterzogen sind, lediglich aufgeschmolzen und vermischt werden, im Gegensatz zu dem nachstehend beschriebenen Verdampfen der Materialien. Die Verdünnung („dilution“) behindert die Funkenbildungsleistung an dem Schweißbad und reduziert in manchen Fällen den nach dem Schweißprozess zur Funkenbildung verfügbaren wirksamen Funkenbildungsflächenbereich. Der hier beschriebene Schweißprozess, der den verschmolzenen Abschnitt 38 erzeugt, reduziert generell oder verhindert insgesamt diese Arten von Verdünnungsproblemen an der Funkenbildungsfläche 40.
Unter Bezugnahme auf die 3 und 4 weist der verschmolzene Abschnitt 38 an einem ersten oder freiliegenden Ende 44 eine größere Menge an Edelmetallmaterial des Zündplättchens 36 auf, und zwar im Vergleich zu der Menge, die an einem zweiten oder verborgenen Ende 46 vorhanden ist. Die Menge des Edelmetallmaterials in dem verschmolzenen Abschnitt 38 kann an oder nahe dem freiliegenden Ende 44 am größten sein, und kann graduell entlang der Erstreckung des verschmolzenen Abschnittes von dem freiliegenden Ende hin zu dem verborgenen Ende 46 abnehmen; umgekehrt ausgedrückt kann die Menge des Elektrodenkörpermaterials in dem verschmolzenen Abschnitt an oder nahe dem verborgenen Ende am größten sein und kann graduell von dem verborgenen Ende hin zu dem freiliegenden Ende abnehmen. Die Menge an Edelmetallmaterial nimmt jedoch nicht notwendigerweise mit einer gleichförmigen und ausgeglichenen Rate entlang dessen Erstreckung ab, und kann statt dessen eine größere Konzentration in dem verschmolzenen Abschnitt 38, der die Dicke des Zündplättchens 36 übergreift bzw. überspannt, und eine geringere Konzentration in dem verschmolzenen Abschnitt besitzen, der den GE-Körper 18 übergreift bzw. überspannt. In einigen nicht einschränkenden Beispielen ist der verschmolzene Abschnitt 38 etwa zu 75 % oder mehr aus Edelmetallmaterial zusammengesetzt, und entsprechend aus etwa 25 % oder weniger von Elektrodenkörpermaterial, und zwar an der Funkenbildungsfläche 40 und an dem freiliegenden Ende 44; in einem unterschiedlichen Beispiel ist der verschmolzene Abschnitt zu etwa 90 % bis 100 % aus Edelmetallmaterial zusammengesetzt, und entsprechend aus etwa 10 % bis 0 % von Elektrodenkörpermaterial, und zwar an der Funkenbildungsfläche und an dem freiliegenden Ende; in noch einem weiteren Beispiel ist der verschmolzene Abschnitt zu etwa 98 % aus Edelmetallmaterial zusammengesetzt, und zu etwa 2 % aus Elektrodenkörpermaterial, und zwar an der Funkenbildungsfläche und an dem freiliegenden Ende. Andere Bereiche von Prozentsätzen und andere Prozentsatzwerte sind in weiteren Beispielen möglich. Es ist herausgefunden worden, dass die Bereitstellung von Edelmetallmaterial an der Funkenbildungsfläche 40 und an dem freiliegenden Ende 44 innerhalb dieser Mengen die Zündbarkeit verbessert und den Flächenbereich maximiert, der zum Austauschen von Funken über die Funkenstrecke G verfügbar ist.
Der verschmolzene Abschnitt 38 stellt ferner eine verbesserte und wirksame Haltekraft zwischen dem Zündplättchen 36 und dem darunterliegenden Elektrodenkörper bereit; bei dieser Ausführungsform ist die darunterliegende Elektrode der GE-Körper 18. Unter fortgesetzter Bezugnahme auf die 3 und 4 sind die verbesserten Haltekraftfähigkeiten durch die Tiefe beeinflusst, mit der der verschmolzene Abschnitt 38 die gesamte Dicke des Zündplättchens 36 durchdringt und in den GE-Körper 18 um eine vorgegebene Distanz eindringt, und zwar über eine Fläche/Fläche-Schnittstelle S hinaus. Eine Gesamttiefe D₁ des verschmolzenen Abschnittes wird generell orthogonal zu der Fläche/Fläche-Schnittstelle S und zwischen dem freiliegenden Ende 44 und dem verborgenen Ende 46 gemessen, wobei dieser Wert die vertikale Gesamttiefe des verschmolzenen Abschnittes 38 von der Funkenbildungsfläche 40 durch das Zündplättchen 36 hindurch und in den GE-Körper 18 hinein misst. Eine Tiefe D₂ des verschmolzenen Abschnittes in dem Elektrodenkörper wird andererseits generell orthogonal zu der Fläche/Fläche-Schnittstelle S gemessen, wobei die Messung jedoch an der Fläche/Fläche-Schnittstelle beginnt und an dem verborgenen Ende 46 endet. Die Tiefe D₂ des verschmolzenen Abschnittes in dem Elektrodenkörper ist das Maß für die vertikale Tiefe, mit der der verschmolzene Abschnitt 38 in den darunterliegenden Elektrodenkörper eindringt, in diesem Fall der GE-Körper 18.
In einigen nicht einschränkenden Beispielen beträgt die Gesamttiefe D₁ des verschmolzenen Abschnittes etwa das 0,5- bis 7,5-Fache (x) einer Dickenabmessung T₂ des Zündplättchens 36 (das heißt, D₁ = 0,5 T₂ bis 7,5 T₂); in einem weiteren Beispiel beträgt D₁ etwa das 2- bis 3-Fache (x) der Dickenabmessung T₂ (das heißt, D₁ = 2 T₂ bis 3 T₂); oder ausgedrückt in Werten kann die Gesamttiefe D₁ des verschmolzenen Abschnittes etwa 0,25 mm bis 0,38 mm betragen. In anderen nicht einschränkenden Beispielen beträgt die Tiefe D₂ des verschmolzenen Abschnittes im Elektrodenkörper etwa 10 % bis 100 % der Dickenabmessung T₁ des GE-Körpers 18 (das heißt D₂ = 0,1 T₁ bis T); oder, in Werten ausgedrückt, beträgt die Tiefe D₂ des verschmolzenen Abschnittes in dem Elektrodenkörper etwa 0,13 mm bis 1,25 mm, oder beträgt etwa 0,17 mm bis etwa 0,34 mm. Andere Beziehungen der Tiefe des verschmolzenen Abschnittes und andere Tiefenbereiche und -werte sind in weiteren Beispielen möglich, und können durch viele Faktoren beeinflusst werden, einschließlich der Materialien des Elektrodenkörpers und des Zündplättchens, die verwendet werden. Es ist herausgefunden worden, dass dann, wenn man die Gesamttiefe D₁ und die Tiefe D₂ des verschmolzenen Abschnittes in dem Elektrodenkörper diese Beziehungen erfüllen lässt, diese innerhalb dieser Bereiche belässt oder beides, eine verbesserte und wirksame Haltekraft zwischen dem Zündplättchen 36 und dem GE-Körper 18 bereitgestellt wird. Beispielsweise könnte eine unzureichende Tiefe D₂ des verschmolzenen Abschnittes in dem Elektrodenkörper zu einer vorzeitigen und unerwünschten Abtrennung zwischen dem Zündplättchen 36 und dem GE-Körper 18 während der Verwendung der Zündkerze 10 führen.
Nunmehr wird Bezug genommen auf die 3 und 5, wobei das Zündplättchen 36 als ein dünnes Plättchen in jenem Sinne bereitgestellt wird, dass dessen größte Breitenabmessung W über die Funkenbildungsfläche 40 üblicherweise einige Male oder mehrfach größer ist als die größte Dickenabmessung T₂ durch das Zündplättchen 36 hindurch. Das dünne Plättchen ist unterschiedlich gegenüber vielen zuvor bekannten Konfigurationen von Zündspitzen mit so genannten feinen Drahtkonstruktionen, bei denen die größte Breitenabmessung über die Funkenbildungsfläche des Drahtes (d.h. der Durchmesser) kleiner ist als die Dickenabmessung des Drahtes (d.h. dessen axiale Höhe). Es ist die Dünnheit des Zündplättchens 36, die diesem eine relativ große Funkenbildungsfläche 40 in Bezug auf die Gesamtmenge an verwendetem Edelmetall verleiht, was zu Kosteneinsparungen führt, insbesondere im Vergleich zu bislang bekannten Spitzen aus feinem Draht. Die Funkenbildungsfläche 40 steht einer komplementären Funkenbildungsfläche an dem CE (mit oder ohne diskrete Zündspitze 24) direkt gegenüber oder liegt dieser gegenüber, wobei zwischen diesen Flächen Funken quer über die Funkenstrecke G während des Betriebs der Zündkerze 10 ausgetauscht werden. In einigen nicht einschränkenden Beispielen liegt die Dickenabmessung T₂ in einem Bereich zwischen etwa 0,05 mm und etwa 0,2 mm; insbesondere in einem Bereich zwischen etwa 0,1 mm und etwa 0,16 mm; oder beträgt etwa 0,13 mm. Andere Bereiche und Werte der Dicke sind in weiteren Ausführungsformen möglich.
Wie es am besten in 5 gezeigt ist, ist der verschmolzene Abschnitt 38 eine einzelne kontinuierliche Schweißverbindung oder geschmolzene bzw. aufgeschmolzene Bindung, die vollständig innerhalb oder radial einwärts in Bezug auf eine Umfangskante P angeordnet ist und die generell der Form der Umfangskante P folgt, bei der es sich in diesem Fall um ein Quadrat („square“) handelt. In anderen Ausführungsformen, die in den Figuren nicht gezeigt sind, muss der verschmolzene Abschnitt nicht vollständig innerhalb bzw. einwärts der Umfangskante P angeordnet sein sondern könnte stattdessen aus diskreten individuellen verschmolzenen Abschnitten (das heißt nichtkontinuierlichen Schweißverbindungen) gebildet sein; beispielsweise könnte der verschmolzene Abschnitt außerhalb der Umfangskante P beginnen und/oder enden, und könnte durch diskrete Linien gebildet sein, die sich vollständig über das Zündplättchen 36 erstrecken und einander kreuzschraffurartig kreuzen („criss-cross“). In noch weiteren Ausführungsformen kann der verschmolzene Abschnitt die gesamte Funkenbildungsfläche bilden; das heißt der Schweißprozess - der ein Laserschweißen beinhalten könnte - könnte über den gesamten Bereich der Funkenbildungsfläche durchgeführt werden, so dass das gesamte Material an der Funkenbildungsfläche geschmolzen wird; diese Ausführungsform stellt eine Möglichkeit dar, und zwar aufgrund der größeren Menge an Edelmetallmaterial an der Funkenbildungsfläche nach dem Schweißen, und zwar als Ergebnis des vorstehend beschriebenen Schweißprozesses. Bei der Ausführungsform der 5 ist aufgrund der einwärts gerichteten Anordnung und Kontinuität des verschmolzenen Abschnittes 38 ein erster oder innerer unverschmolzener Abschnitt 48 innerhalb der radial einwärts gerichteten Grenze des verschmolzenen Abschnittes 38 definiert, und ein zweiter oder äußerer unverschmolzener Abschnitt 50 ist radial außerhalb des verschmolzenen Abschnittes definiert und erstreckt sich hin zu der Umfangskante P. Ferner stellt der verschmolzene Abschnitt 38 eine verbesserte Haltekraft des Zündplättchens 36 und eine verbesserte Konsistenz zwischen Schweißverbindungen von hergestellten Zündkerzen dar, und zwar verglichen zu den bislang bekannten Nahtschweißungen.
Das Zündplättchen 36 ist vorzugsweise aus einem Edelmetallmaterial hergestellt und kann in seine dünne Form geformt werden, bevor es an den Elektrodenkörper geschweißt wird oder danach. Das Zündplättchen 36 kann aus einem reinen Edelmetall hergestellt sein oder aus einer Edelmetalllegierung, wie jene, die Platin (Pt), Iridium (Ir), Ruthenium (Ru) oder eine Kombination hiervon beinhalten. In einigen nicht einschränkenden Beispielen ist das Zündplättchen 36 aus einer Pt-Legierung hergestellt, die zwischen etwa 10 Gew.-% und etwa 30 Gew.-% Ni mit dem Rest Pt enthält, oder eine solche, die zwischen etwa 1 Gew.-% und etwa 10 Gew.-% Wolfram (W) und dem Rest Pt enthält; in beiden vorstehenden Beispielen von Pt-Legierungen könnten auch andere Materialien wie Ir, Ru, Rhodium (Rh), Rhenium (Re) oder eine Kombination hiervon gleichfalls enthalten sein. Für das Zündplättchen 36 sind andere Materialien möglich, einschließlich von reinem Pt, reinem Ir, reinem Ru, um einige Beispiele zu nennen. Vor dem Schweißen an die Elektrode kann das Zündplättchen 36 durch verschiedene Prozesse und Schritte hergestellt werden, die ein Erwärmen, ein Aufschmelzen und eine Metallbearbeitung beinhalten. In einem Beispiel wird das Zündplättchen 36 aus einem dünnen Blech oder einem Band aus Edelmetallmaterial ausgestanzt, geschnitten oder auf andere Art und Weise gebildet; in einem weiteren Beispiel wird das Zündplättchen aus einem Draht aus Edelmetallmaterial mittels einer Diamantsäge oder einem anderen Abtrennwerkzeug abgetrennt oder abgeschnitten, wobei es dann anschließend abgeflacht oder metallbearbeitet werden kann, um seine Form zu verfeinern.
Das Zündplättchen 36 kann an dem darunterliegenden Elektrodenkörper durch eine Anzahl von Schweißarten, -techniken, -prozessen, -schritten, etc. angebracht werden. Das genaue verwendete Anbringungsverfahren kann, neben anderen Randbedingungen, von den Materialien abhängen, die für das Zündplättchen 36 verwendet werden, und von jenen, die für den Elektrodenkörper verwendet werden, sowie auch von der genauen Form und Größe des Zündplättchens. In einem Beispiel wird das Zündplättchen 36 vorab an den Elektrodenkörper widerstandsgeschweißt oder heftgeschweißt, und zwar zum Herstellen einer nicht-primären und temporären Haltekraft gegenüber dem Elektrodenkörper. Bei dem Beispiel des Widerstandsschweißens kann ein Paar von Vorsprüngen oder Schienen an einer Bodenfläche des Zündplättchens 36 vorgesehen sein und hiervon vorstehen. Die Schienen können linear sein und können sich vollständig über die Erstreckung der Bodenfläche erstrecken, obgleich sie dies nicht müssen. Während des Prozesses des Widerstandsschweißens wird der elektrische Stromfluss durch die Schienen fokussiert und konzentriert, und folglich wird die an den Schienen erzeugte Wärme erhöht. In der Folge wird das Zündplättchen 36 an den Elektrodenkörper lasergeschweißt, und zwar zum Herstellen einer primären und permanenteren Haltekraft. In anderen Beispielen muss das Widerstandsschweißen nicht durchgeführt werden, in welchem Fall eine mechanische Klemmtechnik oder eine andere temporäre Haltetechnik verwendet werden könnte, um das Zündplättchen während des Laserschweißens an Ort und Stelle zu halten. Es kann eine Schweißung vom Faserlasertyp oder von einer Faserlaser-Technik durchgeführt werden, wie auch andere Laserschweißtypen und -techniken, die eine Nd:YAG-, eine CO₂-, eine Dioden-, eine Scheiben- und eine Hybrid-Laserausrüstung verwenden, und zwar mit oder ohne Schutzgas (zum Beispiel Argon), um das Schweißbad zu schützen. Bei dem Beispiel des Faserlasers emittiert der Faserlaser einen Strahl B (3) mit relativ hoher Konzentration und hoher Energiedichte, wobei der Strahl den verschmolzenen Abschnitt 38 oder die Keyhole-Schweißverbindung erzeugen kann, die schnell verfestigt; andere Laserstrahlen können auch einen geeignet hoch konzentrierten und hoch Energie-dichten Strahl und eine Keyhole-Schweißverbindung erzeugen. Der Strahl B kann ein nicht gepulster oder dauerhafter („continuous wave“) Strahl sein, ein gepulster Strahl oder ein beliebiger anderer Typ. In einem Beispiel besitzt der Laserschweißstrahl eine Wiederholrate von 500 Hz, eine Impulsperiode von 2 ms, eine Pulsbreite von 0,7 ms, ein Tastverhältnis von 35 %, eine Schweißgeschwindigkeit von 25 mm/s, eine Distanz von Puls zu Puls von 0,05 mm, eine Gasströmungsrate von 30 SCFH, und eine Laserleistung von 70-100 W. In anderen Beispielen sind für den Laserschweißstrahl andere Parameter möglich.
Unter Bezugnahme auf 3 kann der Strahl B während des Schweißprozesses die Materialien des Zündplättchens 36 und des GE-Körpers 18 in dem Bereich verdampfen, wo er direkt auf diese auftrifft, im Gegensatz zu einem bloßen Schmelzen des Materials. Die durch die thermische Energie des Strahls B erzeugte temporäre Kavität in dem Zündplättchen 36 wird schnell überwiegend, und in manchen Fällen vollständig, durch das benachbarte und direkt umgebende geschmolzene Edelmetallmaterial gefüllt. Die temporäre Kavität kann auch in den GE-Körper 18 hinein reichen, in welchem Fall geschmolzenes Edelmetallmaterial physikalisch auch in den GE-Körper hinein getrieben würde. Es wird derzeit angenommen, dass dies wenigstens ein Grund dafür ist, warum das freiliegende Ende 44 weniger verdünnt ist und eine größere Menge an Edelmetallmaterial nach dem Schmelzen behält. Diese Wirkung wird durch die erhöhte Konzentration und Energiedichte des Strahls erleichtert bzw. unterstützt, durch die Tatsache, dass der Strahl B an der Funkenbildungsfläche 40 auf das Zündplättchen 36 auftrifft, und durch die innen liegende bzw. einwärts liegende Anordnung des verschmolzenen Abschnittes 38, wo das anfängliche Auftreffen des Strahls auf allen Seiten von dem Edelmetallmaterial vollständig umgeben ist, im Gegensatz zu einer Nahtschweißung entlang von dessen Peripherie. Das heißt, der Eintrittspunkt des Strahls befindet sich an der Funkenbildungsfläche 40, und die emittierte thermische Energie durchdringt die Dicke T₂ des Zündplättchens 36 vollständig und dringt vertikal in den GE-Körper 18 ein, und zwar unterhalb der Fläche/Fläche-Schnittstelle S. Der Strahl B kann unter einem generell orthogonalen Winkel relativ zu der Funkenbildungsfläche 40 ausgerichtet werden, wie es in 3 gezeigt ist, oder kann unter einem anderen, nicht orthogonalen Winkel ausgerichtet werden.
In weiteren Ausführungsformen, die in der Zeichnung nicht gezeigt sind, könnten das Zündende und das Zündplättchen 36 unterschiedliche Ausgestaltungen, Konstruktionen und Anordnungen besitzen. Das Zündplättchen 36 könnte beispielsweise anstelle einer Anbringung direkt an einem Elektrodenkörper an einem Zwischenteil angebracht werden, das wiederum direkt an dem Elektrodenkörper angebracht wird, ähnlich zu der oben beschriebenen Konstruktion der CE-Zündspitze 24. Anstelle eines Schweißens an die Arbeitsfläche 26 des GE-Körpers 18 könnte das Zündplättchen 36 direkt oder indirekt an eine distale Endfläche des GE-Körpers geschweißt werden, in welchem Fall zwischen dem Zündplättchen und dem CE-Körper 12 oder der CE-Zündspitze 24 eine radial ausgerichtete Funkenstrecke gebildet werden würde. In noch einem weiteren Beispiel könnte ein Zündplättchen 36 direkt oder indirekt sowohl an dem GE-Körper 18 als auch an dem CE-Körper 12 angebracht werden, oder ein Zündplättchen könnte nur an dem CE-Körper und nicht an dem GE-Körper angebracht werden. Ferner könnte das Zündplättchen 36 anstelle einer generell quadratischen Form eine rechteckige Form, eine Kreisform, eine ovale Form oder eine unregelmäßige Form besitzen. Das Zündplättchen 36 könnte unter einem Winkelversatz oder in einer Diamantorientierung (z.B. 45°) in Bezug auf die Längserstreckung des GE-Körpers 18 angeordnet sein, und ein Endabschnitt des GE-Körpers könnte an seinen Seiten benachbart zu dem Zündplättchen beschnitten oder verjüngt sein. Dies sind lediglich einige der möglichen Ausgestaltungen, Konstruktionen und Anordnungen.
Um die Haltekraftleistung zwischen dem Zündplättchen 36 und einem Elektrodenkörper zu beobachten, wurden einige thermische Tests ausgeführt. Bei den Tests wurden das Zündplättchen 36 und der Elektrodenkörper aneinander auf eine ähnliche Art und Weise angebracht wie in der Ausführungsform der Figuren, und zwar unter Verwendung eines Zündplättchens aus Pt30Ni. Generell wurden das Zündplättchen 36, der Elektrodenkörper und der verschmolzene Abschnitt 38 bei dem thermischen Testen einer erhöhten Temperatur für eine relativ kurze Zeitspanne unterzogen, und man ließ diese dann auf Umgebungstemperatur abkühlen. Das Testen sollte thermische Expansions- und Kontraktions-Spannungen simulieren, die extremer sind als solche, die in einer Anwendung in einem typischen Verbrennungsmotor erfahren werden. Bei dem beispielhaften durchgeführten Testen wurde eine Probe-Zündkerze in einer kragenartigen Struktur aus Messingmaterial montiert. Die Kragenstruktur wurde an der Hülle der Probe-Zündkerze festgelegt und stand nicht in direkter Anlage an dem Elektrodenkörper; die Montagestruktur wirkte als eine Wärmesenke und erleichterte das Abkühlen. Eine Induktionsheizeinrichtung wurde dann verwendet, um das angebrachte Zündplättchen 36 und den Elektrodenkörper zu erwärmen, und zwar bis zu etwa 1.700 °F [926,7 °C] für etwa 20 Sekunden. Hiernach ließ man das Zündplättchen 36 und den Elektrodenkörper im Ruhezustand bis hinab auf Raumtemperatur abkühlen, oder etwas oberhalb der Raumtemperatur. Dieser Anstieg und dieser Abfall in der Temperatur bildeten einen einzelnen Testzyklus, und das thermische Testen wurde an einer Vielzahl von Probe-Zündkerzen durchgeführt. Im Mittel waren die Probe-Zündkerzen dazu in der Lage, über einhundertundfünfundsiebzig Zyklen auszuhalten, ohne dass sich signifikante Brüche, Trennungen oder andere Zustände zeigten, die die Haltekraft zwischen dem Zündplättchen 36 und dem Elektrodenkörper negativ hätten beeinträchtigen können. Der Wert von einhundertundfünfundsiebzig Zyklen ist beträchtlich größer als die einhundertundfünfundzwanzig Zyklen, die häufig als akzeptabel für derartige Produkte angesehen werden, und dies war unerwartet im Hinblick darauf, wie dünn die Zündplättchen waren. Die beim vorliegenden Testen ausgehaltenen bzw. ertragenen Zyklen sind ferner vergleichbar zu Plättchen mit sehr viel größerer Dicke als die getesteten dünnen Zündplättchen - auch dies war unerwartet. Es ist anzumerken, dass nicht alle Testvorgänge diese exakten Ergebnisse ergeben werden, da unterschiedliche Testparameter, Proben, Ausrüstung als auch andere Faktoren das Ergebnis der Test-Leistungsfähigkeit („testing performance“) verändern können.
Es versteht sich, dass das Vorstehende eine Beschreibung von einer oder mehreren bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung ist. Die Erfindung ist nicht auf die hier offenbarte bestimmte Ausführungsform bzw. die hier offenbarten bestimmten Ausführungsformen beschränkt, sondern ausschließlich durch die nachstehenden Ansprüche definiert. Ferner beziehen sich die in der vorstehenden Beschreibung enthaltenen Aussagen auf bestimmte Ausführungsformen und sollen nicht als Beschränkungen des Schutzbereiches der Erfindung oder hinsichtlich der Definition von in den Ansprüchen verwendeten Begriffen verstanden werden, ausgenommen dort, wo ein Begriff oder eine Phrase ausdrücklich oben definiert ist.
In der vorliegenden Spezifikation und in den Ansprüchen sind die Begriffe „zum Beispiel“, „z.B.“, „beispielsweise“, „wie“ und „wie bspw.“, sowie die Verben „aufweisen“, „haben“, „enthalten“ und deren andere Verbformen, wenn in Verbindung mit einer Auflistung von einem oder mehreren Bestandteilen oder anderen Einzelteilen verwendet, jeweils als nicht endend bzw. offen zu verstehen, was bedeutet, dass die Auflistung nicht so zu verstehen ist, dass andere, zusätzliche Bestandteile oder Einzelteile auszuschließen wären.

Claims

Zündkerzen-Elektrodenanordnung, mit: einer Elektrode (12; 18); und einem dünnen Zündplättchen (36) aus einem Edelmetallmaterial, das an der Elektrode über einen verschmolzenen Abschnitt (38) angebracht ist, wobei das dünne Zündplättchen eine größte Breitenabmessung (W) aufweist, die wenigstens zwei Mal größer ist als eine größte Dickenabmessung (T₂) des dünnen Zündplättchens, wobei eine Materialzusammensetzung des verschmolzenen Abschnittes an einer Funkenbildungsfläche (40) des dünnen Zündplättchens einen größeren Anteil an Edelmetallmaterial als Material der Elektrode aufweist, und wobei der verschmolzene Abschnitt sich in die Elektrode in eine Tiefe (D₂) hinein erstreckt, und zwar gemessen von einer Fläche/Fläche-Schnittstelle (S) zwischen dem dünnen Zündplättchen und der Elektrode, wobei die Tiefe (D₂) größer ist als eine Dickenabmessung (T₂) des dünnen Zündplättchens, wobei der verschmolzene Abschnitt (38) eine Keyhole-Schweißverbindung ist und einen verfestigten Edelmetallabschnitt beinhaltet, der zumindest an der Funkenbildungsfläche (40) angeordnet ist, und einen verfestigten Mischabschnitt aufweist, der wenigstens unterhalb der Fläche/Fläche-Schnittstelle (S) angeordnet ist, wobei der verfestigte Edelmetallabschnitt einen höheren Anteil an dem Edelmetallmaterial hat als der Mischabschnitt.
Zündkerzen-Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, wobei der verschmolzene Abschnitt (38) eine Keyhole-Schweißverbindung ist, die durch einen Faserlaser gebildet ist und die sich vollständig durch die Dicke (T₂) des dünnen Zündplättchens (36) hindurch erstreckt, und zwar mit einem Schweißstartpunkt an der Funkenbildungsfläche (40) des dünnen Zündplättchens.
Zündkerzen-Elektrodenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der verschmolzene Abschnitt zum großen Teil innerhalb einer Umfangskante (P) des Zündplättchens angeordnet ist.
Zündkerzen-Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein überwiegender Teil des verschmolzenen Abschnittes (38) innerhalb der Umfangskante (P) des Zündplättchens (36) angeordnet ist, derart, dass ein unverschmolzener Abschnitt (50) außerhalb des verschmolzenen Abschnittes angeordnet ist und sich hin zu der Umfangskante erstreckt.
Zündkerzen-Elektrodenanordnung nach Anspruch 4, wobei ein zweiter unverschmolzener Abschnitt (48) innerhalb des verschmolzenen Abschnittes (38) angeordnet ist und vollständig von dem verschmolzenen Abschnitt umgrenzt ist.
Zündkerzen-Elektrodenanordnung nach Anspruch 5, wobei der verschmolzene Abschnitt (38) generell der Form der Umfangskante (P) folgt und gegenüber der Umfangskante nach innen beabstandet ist, und zwar über die gesamte Erstreckung, mit der er der Umfangskante folgt.
Zündkerzen-Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, wobei die Materialzusammensetzung des verfestigten Edelmetallabschnittes an der Funkenbildungsfläche (40) wenigstens etwa 75 % des Edelmetallmaterials des Zündplättchens (36) beinhaltet.
Zündkerzen-Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Edelmetallmaterial des verfestigten Edelmetallabschnittes aus einem benachbarten Abschnitt der Funkenbildungsfläche in eine temporäre Kavität geflossen ist, die durch Verdampfung aufgrund des Auftreffens des Laserstrahls (B) erzeugt worden ist, und wobei der verfestigte Mischabschnitt Edelmetallmaterial aus dem Zündplättchen und Material der Elektrode beinhaltet, die aufgrund des Auftreffens des Laserstrahls miteinander vermischt worden sind.
Zündkerzen-Elektrodenanordnung nach Anspruch 8, wobei die Keyhole-Schweißverbindung sich in die Elektrode (12; 18), an der das Zündplättchen (36) angebracht ist, bis hinein auf eine Tiefe (D₂) erstreckt, die von der Fläche/Fläche-Schnittstelle (S) ausgeht, wobei die Tiefe (D₂) in einem Bereich zwischen dem 0,5- und dem 7,5-Fachen, jeweils einschließlich, der Dickenabmessung (T₂) des Zündplättchens, liegt.
Zündkerzen-Elektrodenanordnung nach Anspruch 9, wobei die Tiefe (D₂) in die Elektrode (12; 18) hinein in einem Bereich zwischen dem 2,0- und dem 3,0-Fachen, jeweils einschließlich, der Dickenabmessung (T₂) des Zündplättchens liegt.
Zündkerzen-Elektrodenanordnung nach Anspruch 10, wobei die Tiefe (D₂) in die Elektrode (12; 18) hinein in einem Bereich zwischen 0,13 mm und 1,25 mm, jeweils einschließlich, liegt.
Zündkerzen-Elektrodenanordnung nach Anspruch 11, wobei die Tiefe (D₂) in die Elektrode (12; 18) hinein in einem Bereich zwischen 0,17 mm und 0,34 mm, jeweils einschließlich, liegt.
Zündkerze (10), mit: einer Metallhülle (16), die eine Axialbohrung (22) aufweist; einem Isolator (14), der eine Axialbohrung (20) aufweist und der wenigstens teilweise innerhalb der Axialbohrung der Metallhülle angeordnet ist; einer Mittelelektrode (12), die wenigstens teilweise innerhalb der Axialbohrung des Isolators angeordnet ist; einer Masseelektrode (18), die an der Metallhülle angebracht ist; und einer Zündkerzen-Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Zündplättchen (36) über den verschmolzenen Abschnitt (38) an der Mittelelektrode (12) oder an der Masseelektrode (18) angebracht ist.