DE102013108613B4

DE102013108613B4 - Zündkerze mit Verfahren zum Anbringen eines Zündplättchens an einer Elektrode

Info

Publication number: DE102013108613B4
Application number: DE102013108613.6A
Authority: DE
Inventors: Kevin J. Kowalski; Frederick J. Quitmeyer; Nathan A. Thomson; Curtis W. Verhoff; Richard L. Keller
Original assignee: Federal Mogul Ignition LLC
Current assignee: Federal Mogul Ignition LLC
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2020-06-10
Anticipated expiration: 2033-08-10
Also published as: US20170237235A1; US10312668B2; US9673593B2; US20140042892A1; DE102013108613A1

Abstract

Zündkerze (10) mit:einer Metallhülle (16), die eine Axialbohrung (22) aufweist;einem Isolator (14), der eine Axialbohrung (20) aufweist und zumindest 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; undeinem Zündplättchen (36), das eine Funkenbildungsfläche (38) aufweist, die von einem Umfangsrand (40) umgeben ist, wobei das Zündplättchen (36) an der Mittelelektrode oder an der Masseelektrode mittels einer Schweißverbindung angebracht ist, so, dass das Zündplättchen einer Funkenstrecke (G) ausgesetzt ist, wobei die Schweißverbindung einen verschmolzenen Abschnitt oder mehrere verschmolzene Abschnitte mit einer verschmolzenen Gesamtfläche (42) aufweist, die weitgehend oder vollständig innerhalb des Umfangsrandes des Zündplättchens angeordnet ist,wobei der eine verschmolzene Abschnitt oder die mehreren verschmolzenen Abschnitte wenigstens teilweise einen separaten geschmolzenen Abschnitt oder einen unverschmolzenen Abschnitt umgeben,wobei wenigstens einer der verschmolzenen Abschnitte einen Breitenwert (W) aufweist, der in einem Bereich zwischen 0,14 mm und 0,30 mm, jeweils einschließlich, liegt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft generell Zündkerzen und andere Zündvorrichtungen für Verbrennungsmotoren und betrifft insbesondere ein Zündplättchen („firing pad“), das an einer Mittelelektrode, an einer Masseelektrode oder beiden angeschweißt 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 einer Elektrode verwendeten Edelmetalle zu minimieren, indem derartige Materialien lediglich an einer Zündspitze oder an einem Funkenabschnitt der Elektroden verwendet werden, also dort, wo ein Funken über eine Funkenstrecke springt.
Das Dokument DE 101 34 671 A1 offenbart ein Verfahren zum Anbringen einer Edelmetallspitze auf einer Elektrode und eine Zündkerze.
Das Dokument JP S57 - 130 385 A offenbart ein Zündplättchen, das mittels einer Tiefenschweißung mit einer Elektrode verbunden ist.
Das Dokument DE 10 2013 105 698 A1 bildet einen Stand der Technik gemäß §3(2) Patentgesetz und offenbart ein Zündkerze mit einem an einer Elektrode angebrachten ultradünnen Zündplättchen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Zündkerze und ein verbessertes Verfahren zum Anbringen eines Zündplättchens an einer Elektrode anzugeben.
ZUSAMMENFASSUNG
Erfindungsgemäße Zündkerzen sind in den unabhängigen Ansprüchen 1, 5 und 6 beansprucht. Die Unteransprüche 2 bis 4 und 7 bis 16 betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Zündkerze gemäß Anspruch 1. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Anbringen eines Zündplättchens an einer Elektrode ist in Anspruch 17 beansprucht.
Gemäß einer 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 zumindest teilweise innerhalb der Axialbohrung der Metallhülle angeordnet. Die Mittelelektrode ist zumindest teilweise innerhalb der Axialbohrung des Isolators angeordnet. Die Masseelektrode ist an der Metallhülle angebracht. Das Zündplättchen weist eine Funkenbildungsfläche auf, die von einem Umfangsrand umgeben ist. Das Zündplättchen kann an der Mittelelektrode oder an der Masseelektrode mittels einer Schweißverbindung angebracht sein. Das Zündplättchen ist einer Funkenstrecke ausgesetzt. Die Schweißverbindung beinhaltet einen verschmolzenen Abschnitt („fused portion“) oder mehrere verschmolzene Abschnitte, und zwar mit einer verschmolzenen Gesamtfläche bzw. einem verschmolzenen Gesamtbereich, die zum großen Teil oder vollständig innerhalb des Umfangsrandes angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren 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 zumindest teilweise innerhalb der Axialbohrung der Metallhülle aufgenommen bzw. angeordnet. Die Mittelelektrode ist zumindest teilweise innerhalb der Axialbohrung des Isolators angeordnet. Die Masseelektrode ist an der Metallhülle angebracht. Das Zündplättchen weist eine Funkenbildungsfläche („sparking surface“) auf, die von einem Umfangsrand umgeben ist. Das Zündplättchen kann an der Mittelelektrode oder an der Masseelektrode mittels einer Schweißverbindung angebracht sein. Das Zündplättchen ist einer Funkenstrecke ausgesetzt. Die Schweißverbindung beinhaltet einen verschmolzenen Abschnitt oder mehrere verschmolzene Abschnitte, der oder die innerhalb des Umfangsrandes angeordnet ist bzw. sind, wobei die Funkenbildungsfläche einen nicht verschmolzenen Abschnitt oder mehrere nicht verschmolzene Abschnitte aufweist, der oder die entlang des Umfangsrandes so angeordnet ist bzw. sind, dass ein Großteil bzw. ein überwiegender Teil des Umfangsrandes nicht verschmolzen bzw. unverschmolzen ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Anbringen eines Zündplättchens an einer Elektrode eine Mehrzahl von Schritten. Ein Schritt beinhaltet das Ansetzen eines Laserstrahls an einer Funkenbildungsfläche des Zündplättchens, um eine verschmolzene Fläche und eine nicht verschmolzene Fläche zu erzeugen. Die verschmolzene Fläche ist der Anwendung des Laserstrahls ausgesetzt, wohingegen an die nicht verschmolzene Fläche der Laserstrahl nicht angesetzt bzw. angewendet ist. Ein weiterer Schritt des Verfahrens beinhaltet das Aufrechterhalten des Laserstrahls an der Funkenbildungsfläche, so dass eine Schweißverbindung zwischen dem Zündplättchen und der Elektrode gebildet wird. Der Laserstrahl erzeugt einen verschmolzenen Abschnitt oder mehrere verschmolzene Abschnitte, der oder die eine verschmolzene Gesamtfläche („overall fused area“) aufweist bzw. aufweisen, die zum großen Teil oder vollständig innerhalb des Umfangsrandes angeordnet ist.
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 vergrößere Ansicht eines Zündendes der Zündkerze der 1 ist, wobei das Zündende ein beispielhaftes Zündplättchen aufweist;
3A-3Q Draufsichten auf verschiedene Ausführungsformen von speziellen Schweißverbindungskonfigurationen für ein Zündplättchen sind, wie jenes, das in 2 gezeigt ist.
4 eine vergrößere Querschnittsansicht des Zündplättchens der 2 ist, wobei ein Laserstrahl einer Schweißoperation dargestellt ist;
5 eine vergrößerte Ansicht eines Zündendes einer Zündkerze ist, wobei das Zündende ein beispielhaftes Zündplättchen aufweist, das an einer Mittelelektrode angebracht ist; und
6 eine vergrößerte Ansicht eines Zündendes einer Zündkerze ist, wobei das Zündende ein beispielhaftes Zündplättchen aufweist, das an einem distalen Ende einer Masseelektrode angebracht ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die hier beschriebenen Zündplättchen und Schweißverbindungskonfigurationen können in Zündkerzen und anderen Zündvorrichtungen verwendet werden, einschließlich industrieller Zündkerzen, Zündvorrichtungen für die Luft- und Raumfahrt, oder irgendeiner anderen Vorrichtung, die in einem Motor dazu verwendet wird, um ein Luft-/Brennstoffgemisch zu zünden. Dies beinhaltet Zündkerzen, die in Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen verwendet werden, und insbesondere in Verbrennungsmotoren, die zur Bereitstellung einer Benzindirekteinspritzung (GDI, gasoline direct injection bzw. BDE) ausgestattet sind, Motoren, die unter Strategien magerer Verbrennung betrieben werden, Motoren, die unter Strategien zur Kraftstoffeinsparung betrieben werden, Motoren, die unter Strategien zur Reduktion von Emmissionen betrieben werden, oder eine Kombination dieser. Die verschiedenen Zündplättchen und Schweißverbindungskonfigurationen können eine verbesserte Zündbarkeit („ignitability“), eine wirksame Plättchenrückhaltung, mildere Herstellungstoleranzen, vergrößerte Oberflächenbereiche zum Austauschen von Funken über einer Funkenstrecke und kosteneffektivere Lösungen zur Verwendung von Edelmetall bereitstellen, um einige Möglichkeiten zu nennen. Vorliegend beschreiben die Begriffe axial, radial und umfänglich Richtungen in Bezug auf die generell zylindrische Form der Zündkerze der 1 und beziehen sich generell auf eine Mittelachse A, wenn nicht anders angegeben. Ferner ist nebenbei anzumerken, dass die in den Figuren gezeigten Schweißverbindungen und Schweißverbindungskonfigurationen lediglich der Darstellung dienen und beispielhafter Natur sind. Tatsächliche Schweißverbindungen und Schweißverbindungskonfigurationen können anders aussehen als gezeigt. Beispielsweise können tatsächliche Schweißverbindungen und Schweißverbindungskonfigurationen einander überlappende Bäder („tools“) aus Schweißgutmaterial aufweisen, und müssen nicht so schön geometrisch aussehen wie gezeigt.
Auf 1 Bezug nehmend enthält eine Zündkerze 10 eine(n) Mittelelektroden (CE-) Basis oder -Körper 12, einen Isolator 14, eine Metallhülle 16 und eine(n) Masseelektroden (GE-) Basis oder -Körper 18. Weitere Komponenten können einen Anschlussstift bzw. -bolzen, einen internen Widerstand, verschiedene Flachdichtungen und interne Dichtungen enthalten, 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 außerhalb des Isolators an einem Zündende bzw. brennraumseitigen Ende der Zündkerze 10 freiliegt. In einem Beispiel ist der CE-Körper 12 aus einem Nickel (Ni)-Legierungsmaterial hergestellt, das als ein äußerer oder Umhüllungsabschnitt des Körpers dient, und beinhaltet ein Kupfer (Cu) oder Cu-Legierungs-Material, das als ein innerer Kern des Körpers dient; andere Materialien und Konfigurationen sind möglich, einschließlich eines Körpers aus einem einzelnen Material ohne Kern („non-cored“). Der Isolator 14 ist generell innerhalb einer Axialbohrung 22 der Metallhülle 16 angeordnet und weist einen Endnasenabschnitt auf, der außerhalb der Hülle an dem Zündende der Zündkerze 10 freiliegt. Der Isolator 14 ist aus einem Material wie einem Keramikmaterial hergestellt, das den CE-Körper 12 gegenüber der Metallhülle 16 elektrisch isoliert. Die Metallhülle 16 stellt eine äußere Struktur der Zündkerze 10 bereit und weist ein Gewinde zur Installation in dem zugeordneten Motor auf.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ist der GE-Körper 18 an einem freien Ende der Metallhülle 16 angebracht und kann, als ein fertiggestelltes Produkt, eine allgemein und gewissermaßen herkömmliche L-Form aufweisen. An einem Endabschnitt, der einem Funkenspalt G am nächsten liegt, ist der GE-Körper 18 axial gegenüber dem CE-Körper 12 und gegenüber einer CE-Zündspitze 24 (wenn eine solche bereitgestellt ist) axial 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 ein Cu-Legierungs-Material 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 zusammen mit dem CE-Körper 12, dem GE-Körper 18 oder beiden verwendet werden können, beinhalten Ni-Cr-Legierungen wie Inconel® 600 oder 601. Im Querschnittsprofil kann der GE-Körper 18 eine generell rechteckige Form oder eine andere geeignete Konfiguration aufweisen. Der GE-Körper 18 weist eine in axiale Richtung weisende Arbeitsoberfläche 26 auf, die dem CE-Körper 12 oder der CE-Zündspitze 24 (wenn eine solche bereitgestellt ist) über die Funkenstrecke G generell frontal gegenüberliegt. Die Arbeitsoberfläche 26 kann generell planar bzw. eben und ohne Ausnehmung ausgebildet sein, wie dargestellt, oder sie könnte eine Ausnehmung oder andere Oberflächenmerkmale besitzen, um einen Sitz für ein Zündplättchen unterzubringen bzw. bereitzustellen, um einige Möglichkeiten zu nennen.
Bei der in den Figuren gezeigten Ausführungsform weist die Zündkerze 10 eine optionale CE-Zündspitze 24 auf, die an einer in axiale Richtung weisenden Arbeitsoberfläche 28 des CE-Körpers 12 angebracht ist und Funken über den Funkenspalt bzw. die Funkenstrecke G austauscht. Wie es in 2 gezeigt ist, besitzt die hier dargestellte CE-Zündspitze 24 eine zweiteilige 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 Axialrichtung weisende Funkenbildungsfläche 34 zum Austauschen von Funken über die Funkenstrecke G bereitgestellt ist. Das erste Teil 30 kann aus einem Ni-Legierungsmaterial hergestellt sein, und das zweite Teil 32 kann aus einem Edelmetall-Legierungsmaterial hergestellt sein, wie jene Materialien, die Iridium (Ir), Platin (Pt) oder Ruthenium (Ru) beinhalten; andere Materialien sind für diese Teile natürlich möglich. In anderen Ausführungsformen, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, ist eine separate und diskrete CE-Zündspitze beispielsweise weggelassen, in welchem Fall Funken aus dem CE-Körper selbst ausgetauscht werden. Die optionale Zündspitze 24 könnte an der GE anstelle der CE angebracht sein, sie könnte eine Konstruktion aus einem Stück oder einem einzelnen Material sein und sie könnte unterschiedliche Formen besitzen, die nicht-nietförmige Formen wie Zylinder, Stangen, Säulen, Drähte, Kugeln, Buckel, Kegel, flache Plättchen, Ringe oder Hülsen aufweisen, um einige Möglichkeiten zu nennen. Die vorliegende Zündkerze ist nicht auf irgendeine bestimmte Zündend-Anordnung beschränkt, da die hier beschriebenen Zündplättchen und Schweißverbindungskonfigurationen mit jeder einer beliebigen Anzahl von Zündend-Anordnungen verwendet werden könnten, einschließlich jener mit oder ohne separaten Zündspitzen 24.
Unter Bezugnahme auf 4 beinhaltet die Zündkerze 10 ein beispielhaftes Zündplättchen 36, das an die Arbeitsoberfläche 26 des GE-Körpers 18 geschweißt ist, und zwar zum Austauschen von Funken über die Funkenstrecke G. Das beispielhafte Zündplättchen 36 ist dünn in jenem Sinne, dass seine größte Breitenabmessung W über die Funkenbildungsfläche 38 wenigstens einige Male größer ist als dessen größte Dickenabmessung (T) durch das Zündplättchen 36 hindurch; in der Ausführungsform der 4 wird die Abmessung W in radialer Richtung gemessen, und die Abmessung (T) wird in axialer Richtung gemessen, so dass diese senkrecht zueinander sind, dies ist jedoch nicht notwendig und hängt von der Ausführungsform ab. Diese Konfiguration als „dünnes Plättchen“ ist unterschiedlich gegenüber vielen bekannten Zündspitzen-Konfigurationen mit sogenannten 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. die axiale Höhe). Die Konfiguration als „dünnes Plättchen“ erteilt dem Zündplättchen 36 ferner eine relativ große Funkenbildungsfläche 38 relativ zu der Gesamtmenge des verwendeten Edelmetalls, insbesondere im Vergleich zu bekannten feinen Drahtspitzen. Neben weiteren möglichen Vorteilen können die hier beschriebenen Zündplättchen und Schweißverbindungskonfigurationen eine verbesserte Zündbarkeit, eine effektive Plättchenrückhaltung, mildere Herstellungstoleranzen, vergrößerte Oberflächenbereiche zum Austauschen von Funken über eine Funkenstrecke und kosteneffektivere Lösungen für die Verwendung von Edelmetall bereitstellen, um einige Möglichkeiten zu nennen. Beispielsweise kann die große Funkenbildungsfläche 38 eine Materialverschlechterung an der Arbeitsoberfläche 26 begrenzen. Die Funkenbildungsfläche 38 liegt einer komplementären Funkenbildungsfläche an der CE (mit oder ohne separater Zündspitze 24) direkt gegenüber und konfrontiert diese, wobei zwischen der Funkenbildungsfläche 38 und der Funkenbildungsfläche an der CE Funken über die Funkenstrecke G während des Betriebs der Zündkerze 10 übertragen, entladen und/oder ausgetauscht werden. Es ist anzumerken, dass das Schweißmaterial, das in 4 dargestellt ist, sich vollständig durch das Zündplättchen 36 hindurch erstreckt und in die Masseelektrode 18 eindringt; der Betrag oder das Abstandsmaß des Eindringens kann durch die bestimmte Anwendung, durch involvierte Materialien etc. diktiert sein. Diese Art eines vollständig durchdringenden Schweißmaterials bzw. Schweißung ist mit den sogenannten feinen Drahtspitzenkonstruktionen gewöhnlich nicht möglich.
Das Zündplättchen 36 ist vorzugsweise aus einem Edelmetallmaterial hergestellt und kann in seine dünne Form umgeformt bzw. geformt werden, bevor oder nachdem es an den Elektrodenkörper geschweißt wird. Das Zündplättchen 36 kann aus einem reinen Edelmetall („precious metal“) oder aus einer Edelmetalllegierung hergestellt sein, wie jene, die Platin (Pt), Iridium (Ir), Ruthenium (Ru) oder gewisse Kombinationen hiervon beinhalten. Gemäß einigen nicht einschränkenden Beispielen kann das Zündplättchen 36 aus einer Platinlegierung hergestellt sein, die zwischen 10 Gew.-% und 30 Gew.-% Ni mit dem Rest aus Pt oder zwischen 1 Gew.-% und 10 Gew.-% Wolfram (W) und dem Rest aus Pt enthält; in jedem der vorstehenden Beispiele von Platinlegierungen können auch andere Materialien wie Ir, Ru, Rhodium (Rh) und/oder Rhenium (Re) enthalten sein. Andere Materialien sind natürlich für das Zündplättchen 36 möglich, einschließlich von reinem Pt, reinem Ir, reinem Ru, oder jede geeignete Legierung hiervon, um einige zu nennen. Bevor das Zündplättchen an die Elektrode geschweißt wird, kann dieses mittels verschiedener Prozesse und Schritte hergestellt werden, einschließlich Erwärmen, Schmelzen und Metallbearbeitung. In einem Beispiel wird das Zündplättchen 36 ausgestanzt, geschnitten oder auf andere Art und Weise aus einem dünnen Blech oder einem Band aus Edelmetallmaterial gebildet werden; in einem weiteren Beispiel wird das Zündplättchen von einem Draht aus Edelmetallmaterial geschnitten bzw. abgeschnitten, und zwar mit einer Diamantsäge oder einem anderen Trennwerkzeug, wobei es dann weiter abgeflacht oder metallbearbeitet werden kann, um dessen Form zu verfeinern. Die vorliegende Zündkerze ist nicht auf irgendein bestimmtes Material oder Verfahren zur Herstellung beschränkt, da die hier beschriebenen Zündplättchen und Schweißverbindungskonfigurationen mit jeder beliebigen Anzahl von Legierungs- oder Nichtlegierungs-Materialien oder Herstellungsverfahren verwendet werden könnte.
Wie erwähnt können die vorliegend beschriebenen und in den 3A-3Q gezeigten Zündplättchen und Schweißverbindungskonfigurationen eine verbesserte Zündbarkeit, eine effektive Plättchenrückhaltung, mildere Herstellungstoleranzen, vergrößerte Oberflächenbereiche zum Austauschen von Funken über eine Funkenstrecke und kosteneffektivere Lösungen für die Verwendung von Edelmetall bereitstellen. Diese Maßnahmen bzw. Vorteile sind wenigstens teilweise einer geschweißten oder verschmolzenen Gesamtfläche 42 zuzuschreiben, die überwiegend, in manchen Fällen vollständig, innerhalb eines Umfangsrandes 40 des Zündplättchens 36 angeordnet ist. Dies unterscheidet sich von bislang bekannten Laser-Nahtschweißverbindungen, bei denen die Schweißverbindung, anstelle einer Anordnung überwiegend oder vollständig innerhalb eines Umfangsrandes, sich auf dem gesamten Umfangsrand befindet, so dass die Schweißverbindung die Grenze zwischen der Zündspitze und dem Elektrodenkörper vollständig bedeckt. Eine potentielle Herausforderung zur Bildung einer Laser-Nahtschweißverbindung wie dieser besteht darin, dass der Laser für den Fall bereits einer geringen Fehlausrichtung oder Fehlpositionierung der Zündspitze oder des Elektrodenkörpers in Bezug aufeinander oder in Bezug auf den Laserstrahl (manchmal das Ergebnis von Herstellungstoleranzen), fehlgehen oder es nicht schaffen kann, um die beabsichtigte Verbindung zwischen den zwei Teilen adäquat zu treffen, und Rückhaltungs- bzw. Haltekraftprobleme und Abschwächungs- bzw. Vermischungsprobleme hervorrufen kann. Beispielsweise kann der Laser mehr in Richtung hin zu dem Elektrodenkörper gezielt sein und kann die Zündspitze an deren Seite lediglich streifen oder diese vollständig verfehlen; dies kann eine geschwächte oder sogar ineffektive Rückhaltung bzw. Haltekraft zwischen der Zündspitze und dem Elektrodenkörper hervorrufen. Die Fehlpositionierung und Fehlausrichtung kann auch ein verfestigtes Schweißbad erzeugen, das mit zu viel Elektrodenkörpermaterial verdünnt bzw. abgeschwächt ist und mit nicht genug Edelmetallmaterial. Diese Verdünnung kann die Funkenbildungs-Leistungsfähigkeit der Zündspitze behindern. Die vorliegend gelehrten Schweißverbindungskonfigurationen, die größtenteils innen angeordnet sind, können hingegen konsistente und effektive Schweißverbindungen selbst dann bereitstellen, wenn das Zündplättchen, die Elektrode und/oder der Laser etwas fehlausgerichtet oder fehlpositioniert ist bzw. sind, wie es nachstehend erläutert werden wird.
Bei den in den Figuren gezeigten Ausführungsformen lässt sich die Fähigkeit, weitgehend und in manchen Fällen vollständig innerhalb des Umfangsrandes 40 zu schweißen, wenigstens teilweise dem großen Oberflächenbereich des Zündplättchens 36, der Dünnheit des Zündplättchens, und/oder den zum Anbringen des Zündplättchens an dem CE-Körper 12 und/oder dem GE-Körper 18 vorwendeten Schweißtypen und -techniken zuschreiben, oder einer Kombination hiervon. Die innere bzw. innenliegende Schweißverbindung erzeugt die verschmolzene Gesamtfläche 42 und eine unverschmolzene bzw. nicht verschmolzene Fläche bzw. Bereich 44 an der Funkenbildungsfläche 38. Die verschmolzene Gesamtfläche 42 wird generell der intensiven thermischen Energie des auftreffenden Laserstrahls ausgesetzt und beinhaltet das sich hieraus ergebende verfestigte Schweißmaterial, wohingegen die nicht verschmolzene Fläche 44 derselben thermischen Energie nicht ausgesetzt ist und das verfestigte Schweißmaterial nicht enthält. Die verschmolzene Gesamtfläche 42 kann über einen nicht gepulsten oder CW-Laser, einen gepulsten Laser, einen Faserlaser oder einen gewissen anderen Laser- oder Elektronenstrahl erzeugt werden. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die unverschmolzene Gesamtfläche 44 einen oder mehrere innere unverschmolzene Abschnitte 50 und einen oder mehrere äußere unverschmolzene Abschnitte 52. Der äußere unverschmolzene Abschnitt 52 kann zwischen der verschmolzenen Gesamtfläche 42 und dem Umfangsrand 40 des Zündplättchens 36 angeordnet sein (d.h. der äußere unverschmolzene Abschnitt 52 ist innerhalb des Umfangsrandes 40 und außerhalb der verschmolzenen Fläche 42 angeordnet). Der verschmolzene und der unverschmolzene Bereich bzw. Fläche 42, 44 können in unterschiedlichen Konfigurationen bereitgestellt werden, einschließlich der verschiedenen Schweißverbindungkonfigurationen, die in den 3A-3Q gezeigt sind.
Bei der Ausführungsform der 3A ist die verschmolzene Gesamtfläche 42 vollständig innerhalb oder radial einwärts gerichtet in Bezug auf den Umfangsrand 40 eingegrenzt. Die verschmolzene Gesamtfläche 42 beinhaltet einen verschmolzenen Abschnitt, der aus mehrfachen, sich einander überlappenden Schweißbädern in einer ununterbrochenen und kontinuierlichen Form ausgebildet sein kann, die generell dem Umfangsrand 40 folgt, ohne den Umfangsrand tatsächlich zu kreuzen bzw. zu queren. Bei dieser Ausführungsform ist die Form der verschmolzenen Gesamtfläche 42 ein Quadrat, könnte jedoch eine Form haben, bei der es sich um einen Kreis, ein Oval, ein Rechteck, ein Dreieck, eine Diamantform oder eine andere Form handelt, die von der Form des Zündplättchens 36 abhängen kann oder nicht notwendigerweise abhängen kann. Der zur Erzeugung der verschmolzenen Gesamtfläche 42 verwendete Schweißprozess weist Schweißstart- und -stopppunkte auf, und zwar irgendwo entlang ihrer ununterbrochenen Erstreckung und innerhalb des Umfangsrandes 40. Die verschmolzene Gesamtfläche 42 ist durch einen inneren Rand 46 und einen äußeren Rand 48 begrenzt bzw. eingegrenzt, wohingegen die unverschmolzene Fläche 44 andererseits den ersten oder inneren unverschmolzenen Abschnitt 50 und den zweiten oder äußeren unverschmolzenen Abschnitt 52 beinhaltet. Der erste unverschmolzene Abschnitt 50 ist innerhalb oder radial einwärts in Bezug auf den inneren Rand 46 angeordnet und ist bei dieser besonderen Ausführungsform vollständig von der verschmolzenen Gesamtfläche 42 umgeben und umschrieben. Der zweite unverschmolzene Abschnitt 52 ist außerhalb oder radial außerhalb des Außenrandes 48 angeordnet, um um den Umfang des Zündplättchens 36 herum eine dünne Schürze oder einen Saum aus unverschmolzenen Material zu bilden. Es versteht sich, dass die verschmolzene Gesamtfläche 42 nach innen gegenüber dem Umfangsrand 40 beabstandet ist, im Gegensatz zu einer Ausführungsform, bei der diese darüber angeordnet ist. Da die verschmolzene Fläche 42, die in 3A gezeigt ist, lediglich einen einzelnen verschmolzenen Abschnitt aufweist, im Gegensatz zu anderen Ausführungsformen, die mehrfache verschmolzene Abschnitte beinhalten, sind die verschmolzene Fläche 42 und der verschmolzene Abschnitt 42 der 3A das Gleiche. In Beispielen, bei denen eine verschmolzene Fläche mehrfache verschmolzene Abschnitte beinhaltet, ist die verschmolzene Gesamtfläche die Summe oder der gesamte Oberflächenbereich der involvierten verschmolzenen Abschnitte.
Die Ausführungsformen der 3B-3D sind zu der Ausführungsform der 3A dahingehend ähnlich, dass sie ebenfalls einen ununterbrochenen verschmolzenen Abschnitt 42 aufweisen, der generell dem Umfangsrand 40 der Funkenbildungsfläche 38 folgt, ohne diesen tatsächlich zu queren. Wie bei den vorherigen Ausführungsformen beinhalten die Schweißverbindungkonfigurationen der 3B-3D einen ersten und einen zweiten unverschmolzenen Abschnitt 50, 52, können jedoch auch einen oder mehrere zusätzliche verschmolzene Abschnitte beinhalten, der oder die nahe der Mitte der Funkenbildungsfläche 38 angeordnet ist bzw. sind, um die Rückhaltefestigkeit der Schweißverbindung zu unterstützen und zu erhöhen. In 3B ist ein zweiter verschmolzener Abschnitt 54 durch einen Laser erzeugt, der für eine relativ kurze Zeitdauer auf die Mitte der Funkenbildungsfläche 38 angewendet worden ist, um an einem einzelnen Punkt hierbei das Zündplättchen 36 zu durchdringen. Der zweite verschmolzene Abschnitt 54 könnte in anderen Ausführungsformen an einer Position versetzt gegenüber der Mitte angeordnet sein und könnte eine einzelne verkürzte Schweißlinie sein, die erzeugt wird, indem ein sich bewegender Laser kurz angewendet wird. Bei dieser Ausführungsform ist der zweite verschmolzene Abschnitt 54 innerhalb oder radial einwärts gerichtet in Bezug auf einen ersten verschmolzenen Abschnitt 56 angeordnet und ist an der Funkenbildungsfläche 38 vollständig von dem ersten unverschmolzenen Abschnitt 50 umgeben. Der erste und der zweite verschmolzene Abschnitt 56, 54 bilden zusammen die verschmolzene Gesamtfläche 42. In 3C ist der zweite verschmolzene Abschnitt 54 durch einen Laser erzeugt, der in der Nähe der Mitte der Funkenbildungsfläche 38 angewendet worden und so bewegt worden ist, dass er einen Mittelpunkt kreisförmig umschreibt und mehrfache einander überlappende Schweißbäder in einem kreisförmigen oder ringförmigen Muster erzeugt, derart, dass der zweite verschmolzene Abschnitt 54 vollständig von dem unverschmolzenen Abschnitt 50 umgeben ist. In 3D beinhaltet der zweite verschmolzene Abschnitt vier individuelle verschmolzene Abschnitte 58, 60, 62, 64, die einander an einer überlappenden verschmolzenen Verbindungspunkt bzw. an einem überlappenden verschmolzenen Knoten 66 in der Nähe der Mitte der Funkenbildungsfläche 38 leicht überlappen. Die verschmolzenen Abschnitte 58, 60, 62, 64 sind verkürzte Schweißlinien, die Schweißstart- und Schweißstopppunkte entfernt von der Mitte, an der Mitte oder Kombinationen hiervon aufweisen können. In anderen Ausführungsformen könnten mehr oder weniger einzelne verschmolzene Abschnitte als jene, die hier gezeigt sind, vorgesehen sein, wie sechs oder drei verschmolzene Abschnitte. Die verschmolzenen Abschnitte 58, 60, 62, 64 verbinden sich miteinander, um ein integrales verschmolzenes Segment zu bilden, das vollständig von dem unverschmolzenen Abschnitt 50 umgeben ist.
Wie bei den Ausführungsformen der 3A-3B beinhaltet die verschmolzene Gesamtfläche 42 in 3E und 3F einen verschmolzenen Abschnitt, der generell dem Umfangsrand 40 der Funkenbildungsfläche 38 folgt, jedoch auch einen verschmolzenen Abschnitt aufweist, der über den Umfangsrand 40 verläuft und diesen kreuzt bzw. quert. In 3E erstreckt sich ein zweiter verschmolzener Abschnitt 68 von dem ersten verschmolzenen Abschnitt 56, kreuzt den Umfangsrand 40 des Zündplättchens und endet an dem darunterliegenden Elektrodenkörper (CE- oder GE-Körper, in Abhängigkeit von der Ausführungsform). Der zweite verschmolzene Abschnitt 68 kann einfach erzeugt werden, indem der Schweißprozess, der zur Erzeugung des ersten verschmolzenen Abschnittes 56 verwendet wird, fortgesetzt wird, und muss nicht das Resultat eines separaten Schweißschrittes sein, obgleich er dieses sein könnte. Der Schweißprozess könnte entweder an einem Punkt 70 beginnen oder enden (entweder ein Schweißstartpunkt oder - stopppunkt), der abseits des Zündplättchens 36 und an dem darunterliegenden Elektrodenkörper angeordnet ist; das heißt außerhalb des Umfangsrandes 40. Oder der Schweißstartpunkt oder -stopppunkt könnte an einem Punkt 72 liegen, der beispielsweise innerhalb des Umfangsrandes 40 und an der Funkenbildungsfläche 38 angeordnet ist, oder könnte an einem anderen Punkt beginnen oder enden. In ähnlicher Weise erstreckt sich in 3F der zweite verschmolzene Abschnitt 68 von dem ersten verschmolzenen Abschnitt 56, kreuzt bzw. quert den Umfangsrand 40 und endet an einem Ort, der abseits des Zündplättchens 36 angeordnet ist, quert jedoch auch die Mitte der Funkenbildungsfläche 38 auf diagonale Art und Weise. Der Schweißvorgang dieser Ausführungsform könnte an dem Punkt 70 beginnen oder enden, der abseits der Funkenbildungsfläche 38 angeordnet ist, und er könnte an dem Punkt 72 beginnen oder enden, der an der Funkenbildungsfläche angeordnet ist, oder könnte an einem anderen Punkt beginnen oder enden.
Die Ausführungsformen von Schweißkonfigurationen der 3G-3I beinhalten mehrfache diskrete verschmolzene Abschnitte, die generell nahe dem Umfangsrand 40 angeordnet sind und die generell dem Umfangsrand als eine unterbrochene Linie folgen, ohne diesen zu überlappen. Wie es nachstehend beschrieben ist, beinhalten einige der Ausführungsformen zusätzliche verschmolzene Abschnitte, die in Richtung hin zu der Mitte des Zündplättchens 36 angeordnet sind. Die einzelnen verschmolzenen Abschnitte sind von dem Umfangsrand 40 beabstandet und sind voneinander durch Abschnitte oder Teile der unverschmolzenen Fläche 44 beabstandet. In 3G ist die verschmolzene Gesamtfläche 42 aus acht verschmolzenen Abschnitten 74, 76, 78, 80, 82, 84, 86 und 88 ausgebildet; in anderen Ausführungsformen könnten mehr oder weniger einzelne verschmolzene Abschnitte vorgesehen werden. Hier ist an jeder der vier Seiten des Umfangsrandes 40 ein Paar von verschmolzenen Abschnitten angeordnet (z.B. Abschnitte 74 und 76, Abschnitte 78 und 80 usw.). Jeder der verschmolzenen Abschnitte 74, 76, 78, 80, 82, 84, 86 und 88 ist eine verkürzte Schweißlinie, die erzeugt wird, indem ein sich bewegender Laser kurz angewendet wird. Obgleich die unverschmolzene Fläche 44 durch die acht verschmolzenen Abschnitte etwas aufgebrochen ist, ist die unverschmolzene Fläche dennoch überwiegend intakt oder einstückig, und zwar ohne isolierte oder abgetrennte unverschmolzene Abschnitte. Bei der Ausführungsform verbleibt ein Mittenabschnitt der Funkenbildungsfläche 38 unverschweißt. In 3H ist die verschmolzene Gesamtfläche 42 aus neun verschmolzenen Abschnitten 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104 und 106 ausgebildet. Hier ist an jeder der vier Seiten der Funkenbildungsfläche 38 ein einzelner verschmolzener Abschnitt angeordnet, wobei ein einzelner verschmolzener Abschnitt an jeder der vier Ecken der Funkenbildungsfläche angeordnet ist, und wobei ein einzelner verschmolzener Abschnitt 106 bei der Mitte der Funkenbildungsfläche 38 angeordnet ist und als eine Mittenheftung dient. Die Ausführungsform der 31 beinhaltet eine ähnliche Schweißverbindungkonfiguration wie jene, die in 3G gezeigt ist, weist jedoch auch einen verschmolzenen Abschnitt 108 auf, der durch einen Laserstrahl erzeugt ist, der auf die Mitte der Funkenbildungsfläche 38 angewendet und bewegt ist, um einen Mittelpunkt kreisförmig zu umschreiben und mehrfache sich einander überlappende Schweißbäder in einer Kreis- oder Ringform zu bilden.
Die Ausführungsform der 3J weist fünf verschmolzene Abschnitte 110, 112, 114, 116 und 118 auf, die die verschmolzene Gesamtfläche 42 bilden, wobei diese sämtlich bzw. jeweils durch einen Laserstrahl erzeugt sind, der so bewegt wird, dass er einen Mittelpunkt kreisförmig umschreibt und eine Reihe von sich einander überlappenden Schweißbädern bildet, die jeweils eine Kreis- oder Ringform besitzen. Auch bei dieser Ausführungsform sind die individuellen verschmolzenen Abschnitte innerhalb oder radial einwärts in Bezug auf den Umfangsrand 40 beabstandet angeordnet, und zwar über Segmente der unverschmolzenen Fläche 44, und sind gleichsam voneinander über die unverschmolzene Fläche 44 beabstandet. Die verschmolzenen Abschnitte 110, 112, 114 und 116 sind jeweils an einer der vier Ecken der Funkenbildungsfläche 38 angeordnet, und der verschmolzene Abschnitt 118 ist ungefähr auf einer Mitte der Funkenbildungsfläche angeordnet.
Die in den 3K und 3L dargestellten Schweißverbindungkonfigurationen haben gleichermaßen einen ersten und einen zweiten individuellen verschmolzenen Abschnitt 120, 122, die generell V-, X- oder U-förmig sind, mit einem jeweiligen Punkt oder Scheitel, die aneinander in der Nähe einer Mitte der Funkenbildungsfläche 38 angrenzen oder überlappen können oder auch nicht, wobei die Ausführungsform der 3K nicht unter die Erfindung fällt. Bei diesem bestimmten Beispiel überlappt jeder des ersten und des zweiten verschmolzenen Abschnittes 120, 122 den Umfangsrand 40 an den Ecken der Funkenbildungsfläche; dies ist jedoch nicht notwendig. Abgesehen von dieser Überlappung an der Ecke kreuzen oder queren der erste und der zweite verschmolzene Abschnitt 120, 122 den Umfangsrand 40 nicht und sind zum größten Teil innerhalb desselben angeordnet. Ferner kann jeder des ersten und des zweiten verschmolzenen Abschnittes 120 und 122 Schweißstart- und Schweißstopppunkte aufweisen, die abseits der Funkenbildungsfläche 38 und an dem darunterliegenden Elektrodenkörper angeordnet sind. Beispielsweise kann der Schweißstart- und Schweißstopppunkt des ersten verschmolzenen Abschnittes 120 an einem Punkt 124 oder an einem Punkt 126 beginnen oder enden, und gleichermaßen kann der Schweißstart- oder der Schweißstopppunkt des zweiten verschmolzenen Abschnittes 122 an einem Punkt 128 oder an einem Punkt 130 beginnen oder enden; natürlich sind andere Schweißstartpunkte und Schweißstopppunkte möglich. In beiden gezeigten Ausführungsformen unterteilen oder trennen der erste und der zweite verschmolzene Abschnitt 120, 122 den unverschmolzenen Abschnitt 44 in diskrete unverschmolzene Abschnitte 132, 134, 136 und 138. Bei der besonderen Ausführungsform der 3L sind vier zusätzliche verschmolzene Abschnitte 140, 142, 144 und 146 an jeweils einer der vier Seiten des Umfangsrandes 40 angeordnet, jeder dieser verschmolzenen Abschnitte ist jedoch von unverschmolzener Fläche 44 umgeben.
Jede der Ausführungsformen von Schweißverbindungkonfigurationen der 3M und 3N weist vier individuelle und ununterbrochene verschweißte Abschnitte 148, 150, 152 und 154 auf, die linear ausgerichtet sind und jeweils zwei der anderen verschmolzenen Abschnitte tic-tac-toe-artig oder gitterartig überlappen. Jeder der verschmolzenen Abschnitte 148, 150, 152 und 154 kreuzt oder überlappt den Umfangsrand 40 zweimal, und zwar an gegenüberliegenden Seiten des Zündplättchens 36. Abgesehen von diesen überlappten Seiten kreuzen bzw. queren die verschmolzenen Abschnitte 148, 150, 152 und 154 den Umfangsrand 40 nicht und sind folglich zum großen Teil innerhalb des Umfangsrandes angeordnet. Ferner kann jeder der verschmolzenen Abschnitte 148, 150, 152 und 154 einen Schweißstartpunkt und einen Schweißstopppunkt aufweisen, der abseits der Funkenbildungsfläche 38 und an dem darunterliegenden Elektrodenkörper angeordnet ist. Beispielsweise kann der Schweißstartpunkt oder der Schweißstopppunkt von einem beliebigen oder sämtlichen der verschmolzenen Abschnitte 148, 150, 152 und 154 an einem Punkt 156 oder an einem Punkt 158 beginnen oder enden. In beiden der gezeigten Ausführungsformen unterteilen die verschmolzenen Abschnitte 148, 150, 152 und 154 die unverschmolzene Fläche 44 in separate unverschmolzene Abschnitte 160, 162, 164, 166, 168, 170, 172, 174 und 176. Bei der Ausführungsform der 3M verbleibt der Mittenabschnitt der Funkenbildungsfläche 38 unverschweißt; bei der Ausführungsform der 3N hingegen ist ein einzelner verschmolzener Abschnitt 178 auf der Mitte der Funkenbildungsfläche 38 angeordnet und von dem unverschmolzenen Abschnitt 50 umgeben.
Die Ausführungsformen von Schweißverbindungkonfigurationen der 3O und 3P weisen jeweils mehrfache individuelle verschmolzene Abschnitte 180-210 auf, die nahe des Umfangsrandes 40 angeordnet sind und die dem Umfangsrand generell folgen, ohne diesen zu überlappen. Die verschmolzenen Abschnitte 180-210 sind von dem Umfangsrand 40 über unverschmolzene Abschnitte beabstandet und jeder verschmolzene Abschnitt überlappt sich mit zwei benachbarten verschmolzenen Abschnitten (d.h. einem führenden und einem folgenden verschmolzenen Abschnitt), und zwar an einer jeweiligen überlappenden verschmolzenen Verbindung 212, so dass das Ganze einer Kette von verbundenen bzw. verlinkten verschmolzenen Abschnitten ähnelt. Ferner kann jeder der verschmolzenen Abschnitte 180-210 einen Schweißstartpunkt und einen Schweißstopppunkt an der jeweiligen verschmolzenen Verbindung bzw. dem jeweiligen verschmolzenen Knotenpunkt („junction“) aufweisen. Die Kette von verschmolzenen Abschnitten 180-210 unterteilt die unverschmolzene Fläche 44 in einen ersten oder inneren unverschmolzenen Abschnitt 214 und einen zweiten oder äußeren unverschmolzenen Abschnitt 216. Bei der Ausführungsform der 3O verbleibt der Mittenabschnitt der Funkenbildungsfläche 38 unverschweißt; bei der Ausführungsform der 3P ist ein einzelner verschmolzener Abschnitt 218 an einer Mitte der Funkenbildungsfläche 38 angeordnet und dient als eine Mittenheftung („center stitch“), die von dem unverschmolzenen Abschnitt 214 umgeben ist.
Die Ausführungsform einer Schweißverbindungkonfiguration der 3Q ist in einigen Aspekten ähnlich zu den Konfigurationen der 3M und 3N. In 3Q sind vier individuelle und ununterbrochene verschmolzene Abschnitte 148, 150, 152 und 154 vorgesehen, die linear ausgeführt sind und einander tic-tac-toe-artig überlappen und kreuzen. Die verschmolzenen Abschnitte 148, 152 können parallel zueinander ausgerichtet sein und kreuzen einander nicht, und die verschmolzenen Abschnitte 150, 154 können in gleicher Weise parallel zueinander ausgerichtet sein und einander nicht kreuzen. In anderen Ausführungsformen - und in Abhängigkeit von der Größe und Form des Zündplättchens 36 - können mehr oder weniger als die vier individuellen und ununterbrochenen verschmolzenen Abschnitte vorgesehen sein, die in den 3M, 3N und3Q gezeigt sind; beispielsweise könnten lediglich zwei verschmolzene Abschnitte vorgesehen sein, die parallel zueinander ausgerichtet sind oder einander kreuzen, es könnten drei verschmolzene Abschnitte vorgesehen sein, und zwar mit zwei parallelen verschmolzenen Abschnitten und einem Abschnitt, der die parallelen verschmolzenen Abschnitte kreuzt, es könnten fünf verschmolzene Abschnitte vorgesehen sein, wobei drei hiervon parallel sind und zwei ebenfalls parallel sind und die anderen drei kreuzen, oder es könnte eine andere Anzahl von verschmolzenen Abschnitten vorgesehen sein. Jeder der verschmolzenen Abschnitte 148, 150, 152 und 154 kreuzt oder überlappt den Umfangsrand 40 zweimal, und zwar an gegenüberliegenden Seiten des Zündplättchens 36. Abgesehen von diesen überlappten Seiten kreuzen bzw. queren die verschmolzenen Abschnitte 148, 150, 152 und 154 den Umfangsrand 40 nicht und sind folglich zum großen Teil innerhalb des Umfangsrandes angeordnet. Ferner kann jeder der verschmolzenen Abschnitte 148, 150, 152 und 154 einen Schweißstartpunkt und einen Schweißstopppunkt aufweisen, der abseits bzw. außerhalb der Funkenbildungsfläche 38 und an dem darunterliegenden Elektrodenkörper angeordnet ist. Beispielsweise kann der Schweißstartpunkt oder der Schweißstopppunkt von irgendeinem oder sämtlichen der verschmolzenen Abschnitte 148, 150, 152 und 154 an einem Punkt 156 oder an einem Punkt 158 beginnen oder enden. Die verschmolzenen Abschnitte 148, 150, 152 und 154 unterteilen die unverschmolzene Fläche 44 in separate unverschmolzene Abschnitte 160, 162, 164, 166, 168, 170, 172, 174 und 176. Anders als bei den Ausführungsformen der 3M und 3N können die unverschmolzenen Abschnitte, die in 3Q gezeigt sind, im Wesentlichen die gleiche Größe und Fläche in Bezug zueinander haben. Dies liegt zum Teil daran, dass die verschmolzenen Abschnitte 148, 150, 152 und 154 die Funkenbildungsfläche 38 gleichmäßiger unterteilen. In einer Ausführungsform, die der 3Q etwas ähnlich ist, könnte anstelle der Bereitstellung von jeglichen unverschmolzenen Abschnitten die gesamte Funkenbildungsfläche 38 verschweißt sein (z.B. durch eine Vor- und Zurückbewegung eines Laserschweißgerätes), um einen oder mehrere verschmolzene Abschnitte zu erzeugen, die die gesamte Funkenbildungsfläche abdecken.
Bei den Ausführungsformen der 3A-3Q, die oben beschrieben sind, ist ein überwiegender Teil der verschmolzenen Gesamtfläche 42 innerhalb oder radial einwärts in Bezug auf den Umfangsrand 40 des Zündplättchens 36 angeordnet. Obgleich ein verschmolzener Abschnitt in einigen der Ausführungsformen den Umfangsrand 40 kreuzen oder überlappen kann, liegt der Großteil (z.B. mehr als 50 %) der verschmolzenen Gesamtfläche 42 innerhalb des Umfangsrandes. Dies ist es, was durch die Anordnung „vollständig oder überwiegend innerhalb des Umfangsrandes“ gemeint ist. Tatsächlich ist bei den Ausführungsformen, bei denen sich kein verschmolzener Abschnitt über den Umfangsrand 40 erstreckt (z.B. 3A-D, 3G-J und 3O-P), die gesamte verschmolzene Gesamtfläche 42 innerhalb des Umfangsrandes oder der Grenze (d.h. „vollständig innerhalb“) angeordnet. Bei jenen Ausführungsformen, bei denen ein verschmolzener Abschnitt oder mehrere verschmolzene Abschnitte den Umfangsrand 40 kreuzen bzw. queren (z.B. 3E-F, 3K-N und 3Q), liegt der Großteil der verschmolzenen Gesamtfläche 42 innerhalb des Umfangsrandes 40 (z.B. mehr als 50 %, mehr als 75 % oder sogar mehr als 90 % der verschmolzenen Gesamtfläche), jedoch nicht die gesamte verschmolzene Gesamtfläche. Ferner ist anzumerken, dass verschmolzene Gesamtfläche 42 bei jeder der Ausführungsformen der 3A-Q ausgebildet ist, indem sämtliche verschmolzenen Abschnitte der bestimmten Ausführungsform zusammenaddiert und miteinander kombiniert sind. Ferner, wie es oben in Bezug auf einige der Ausführungsformen der 3A-Q beschrieben wurde, sind diskrete individuelle verschmolzene Abschnitte solche Abschnitte der verschmolzenen Gesamtfläche 42, die über unverschmolzene Fläche voneinander getrennt und beabstandet sind, so dass sie sich nicht den gleichen Schweißstart- und Schweißstoppunkt teilen.
Es ist herausgefunden worden, dass in manchen Fällen Temperaturfluktuationen und die einhergehende thermische Ausdehnung und Kontraktion eine Separation zwischen dem angebrachten Zündplättchen 36 und dem darunterliegenden Elektrodenkörper hervorrufen kann. Beispielsweise kann ein Randabschnitt des Zündplättchens 36, der den Umfangsrand 40 beinhaltet, abheben, und zwar weg von dem darunterliegenden Elektrodenkörper, und/oder ein zentraler Abschnitt des Zündplättchens kann abheben und sich von dem darunterliegenden Elektrodenkörper wegbiegen. Obgleich nicht gewollt ist, dass eine Beschränkung auf eine bestimmte Theorie der Ursache vorgenommen wird, wird derzeit angenommen, dass dann, wenn eine Trennung auftritt - wenn diese tatsächlich auftritt -, dies das Resultat von unterschiedlichen Raten der thermischen Ausdehnung und Kontraktion von unterschiedlichen Metallen des Zündplättchens ist. Das heißt, das gemischte Material der verschmolzenen Gesamtfläche 42 kann eine unterschiedliche Rate der thermischen Ausdehnung und Kontraktion haben als das Material der unverschmolzenen Fläche 44. Eine Trennung kann Rückhaltungsprobleme („retention problems“) hervorrufen und kann die Funkenbildungsleistungsfähigkeit behindern.
Einige der Schweißverbindungkonfigurationen der 3A-3Q weisen verschmolzene Gesamtflächen und Abschnitte auf, die eine Trennung zwischen dem angebrachten Zündplättchen 36 und dem darunterliegenden Elektrodenkörper minimieren oder insgesamt ausschließen. Beispielsweise können die zentral angeordneten oder zentral querenden bzw. verlaufenden verschmolzenen Abschnitte der 3B-3D, 3F, 3H-3L, 3N, 3P und 3Q ein Aufbiegen an dem zentralen Abschnitt minimieren oder insgesamt verhindern. In ähnlicher Weise können die verschmolzenen Abschnitte, die den Umfangsrand 40 der 3E, 3F, 3K, 3L, 3M, 3N und 3Q kreuzen, ein Abheben des Zündplättchens an den Randabschnitten minimieren oder insgesamt ausschließen, und zwar dort, wo das Kreuzen stattfindet. Für wenigstens einige der Schweißverbindungkonfigurationen der 3A-3Q ist herausgefunden worden, dass eine Trennung ausgeschlossen werden kann, und zwar sowohl hinsichtlich eines Abhebens von Randabschnitten und eines Aufbiegens von zentralen Abschnitten. Für die Schweißverbindungkonfigurationen der 3Q hat sich beispielsweise gezeigt, dass diese sowohl ein Abheben von Randabschnitten als auch ein Aufbiegen eines zentralen Abschnittes verhindert bzw. ausschließt. Bei dieser besonderen Konfiguration wird derzeit angenommen, dass der Ausschluss zum Teil an dem Abstand der verschmolzenen Abschnitte 148, 150, 152 und 154 an der Funkenbildungsfläche 38 und relativ zueinander sowie an der sich ergebenden im Wesentlichen gleichen Größe der unverschmolzenen Abschnitte 160, 162, 164, 166, 168, 170, 172, 174 und 176 liegt. Natürlich können andere Faktoren zu dem Ausschluss beitragen oder diesen alleine bereitstellen. Es versteht sich, dass Schweißverbindungkonfigurationen, die keine zentral angeordneten oder zentral querenden verschmolzenen Abschnitte haben und die keine verschmolzenen Abschnitte haben, die den Umfangsrand 40 kreuzen, dennoch eine Trennung minimieren oder insgesamt ausschließen können, und es versteht sich ferner, dass eine Trennung nicht in allen Fällen auftreten kann bzw. muss.
Ferner kann in einigen Fällen das Bereitstellen von Schweißstartpunkten und Schweißstopppunkten abseits der Funkenbildungsfläche 38 und an dem darunterliegenden Elektrodenkörper die Funkenbildungsleistungsfähigkeit verbessern oder gewährleisten, und kann ein ungleichmäßiges und unerwünschtes Funkenstreckenwachstum minimieren oder insgesamt ausschließen. Es ist herausgefunden worden, dass eine Einleitung eines Laserschweißprozesses (z.B. Schweißstart) und eine Beendigung des Laserschweißprozesses (d.h. Schweißstopp) eine relativ kraftvolle Bewegung und Verrührung des Materials hervorrufen kann, das von dem Laserstrahl an diesem Punkt getroffen wird. Und die Bewegung und das Verrühren können hierdurch eine oder mehrere Hohlräume („cavities“) oder Krater („craters“) unterhalb des direkt umgebenden Oberflächenniveaus bilden, können einen oder mehrere Vorsprünge bilden, die aus dem umgebenden Oberflächenniveau vorspringen, können Porosität an dem Schweißstartpunkt/Schweißstopppunkt erzeugen, oder können zu einer Kombination dieser Konsequenzen führen. Wenn diese Konsequenzen in einem hinreichend hohen Maß an der Funkenbildungsfläche 38 gebildet werden, können diese manchmal die Funkenbildungsleistungsfähigkeit behindern und ein ungleichmäßiges und unerwünschtes Wachstum der Funkenstrecke mit sich bringen. Demzufolge kann ein Einleiten und Beenden des Laserschweißprozesses abseits der Funkenbildungsfläche 38 und stattdessen an dem darunterliegenden Elektrodenkörper die gewünschte Funkenbildungsleistungsfähigkeit verbessern oder gewährleisten und kann ein ungleichmäßiges und unerwünschtes Wachstum der Funkenstrecke minimieren oder insgesamt ausschließen. Nichtsdestotrotz ist anzumerken, dass Schweißverbindungkonfigurationen mit Schweißstartpunkten und Schweißstopppunkten an der Funkenbildungsfläche 38 dennoch eine gewünschte Funkenbildungsleistungsfähigkeit verbessern oder gewährleisten können und ein ungleichmäßiges und unerwünschtes Wachstum der Funkenbildungsfläche dennoch minimieren oder insgesamt ausschließen können.
Das Zündplättchen 36 kann an dem GE-Körper 18 oder an dem CE-Körper 12 mittels einer Anzahl von Schweißtypen, -techniken, -prozessen, -schritten etc. angebracht werden. Das genaue Anbringungsverfahren, das verwendet wird, kann, neben anderen Randbedingungen, von den Materialien abhängen, die für das Zündplättchen 36 und für den darunterliegenden Elektrodenkörper verwendet werden, und von der exakten Form und Größe des Zündplättchens. In einem Beispiel wird das Zündplättchen 36 vorläufig zum Zwecke einer nicht-primären oder temporären Rückhaltung gegenüber dem Elektrodenkörper an den Elektrodenkörper widerstandsgeschweißt oder festgeschweißt („tack welded“). Bei dem Beispiel des Widerstandsschweißens kann ein Paar von Vorsprüngen oder Schienen an einer Bodenoberfläche des Zündplättchens 36 vorgesehen werden und hiervon vorstehen. Diese Schienen können linear sein und können sich vollständig über die Erstreckung der Bodenoberfläche erstrecken, obgleich dies nicht notwendig ist. Während des Widerstandsschweißprozesses wird ein elektrischer Stromfluss fokussiert und konzentriert, und zwar durch die Schienen, und somit wird die an den Schienen erzeugte Wärme erhöht. Auf diese Weise wird das Widerstandsschweißen an den Schienen erleichtert und eine stärkere Schweißverbindung wird zwischen dem Zündplättchen 36 und dem GE-Körper 18 fokussiert. Dies kann auch dazu helfen, eine Trennung zwischen dem Zündplättchen 36 und dem GE-Körper 18 während des Gebrauchs in der Anwendung zu hemmen oder insgesamt zu eliminieren. Ferner kann das Zündplättchen 36 einem Reinigungsprozess unterzogen werden, bei dem Öl, Schmutz oder andere Kontaminationen von der äußeren Oberfläche des Plättchens entfernt werden. Auch dies kann das Schweißen und die Bildung einer stärkeren Schweißverbindung erleichtern bzw. ermöglichen. Die Schienen müssen natürlich nicht vorgesehen werden, und das Reinigen muss nicht durchgeführt werden.
Nach dem Durchführen der Widerstandsschweißverbindung, wenn diese tatsächlich durchgeführt wird, wird das Zündplättchen 36 für eine primäre und permanentere Rückhaltung an den Elektrodenkörper lasergeschweißt, wobei die verschiedenen vorliegend gezeigten Schweißverbindungkonfigurationen gebildet werden. In anderen Beispielen muss ein 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. Für die vorliegenden Ausführungsformen von Schweißverbindungkonfigurationen können ein Faserlaserschweißtyp und eine Faserlaserschweißtechnik verwendet bzw. durchgeführt werden, als auch andere Laserschweißtypen und -techniken, wie Nd:YAG-, CO₂-, Dioden-, Scheiben- („disk“) und Hybrid-Lasertechniken, mit oder ohne Schutzgas. Bei dem Beispiel des Faserlasers emittiert der Faserlaser einen relativ konzentrierten Strahl, der eine Keyhole-Öffnungs-Schweißverbindung erzeugen kann; andere Laserstrahlen erzeugen gleichfalls einen geeignet konzentrierten Strahl und eine Keyhole-Öffnungs-Schweißverbindung.
Unter Bezugnahme auf 4 wird gezeigt, dass die Laserschweißverbindung sich vollständig durch das Zündplättchen 36 hindurcherstreckt, so dass die verschweißte Gesamtfläche 42 und die unverschweißte Fläche 44 gebildet werden. Ein Laserstrahl F trifft auf die Funkenbildungsfläche 38 an einem Eingangspunkt auf oder schlägt darauf auf, durchdringt das Zündplättchen 36 vollständig durch dessen Dicke T hindurch, und erstreckt sich in den Elektrodenkörper. Die Materialien des Zündplättchens 36 und der Elektrode können aufschmelzen und sich vermischen, wenn die thermische Energie von dem Laserstrahl F sich an einer Oberflächen/Oberflächen-Schnittstelle S zwischen dem Zündplättchen und dem Elektrodenkörper erhöht. Der Laserstrahl S kann unter einem orthogonalen Winkel relativ zu der Funkenbildungsfläche 38 ausgerichtet werden, wie gezeigt, oder kann unter einem nicht-orthogonalen Winkel ausgerichtet werden. Die genaue Zusammensetzung der sich ergebenden verschmolzenen Abschnitte oder Schweißmaterialien kann innerhalb des Inneren der Schweißverbindung variieren, so dass nahe der Funkenbildungsfläche 38 ein größeres Verhältnis von Plättchenmaterial zu Elektrodenmaterial vorliegt, was die Funkenbildungsleistungsfähigkeit unterstützen kann. Wenn größere Anteile an Plättchenmaterial an der Funkenbildungsfläche 38 vorliegen, können das Zündplättchen 36 und die vorliegend beschriebenen Schweißverbindungkonfigurationen eine größere effektive Funkenbildungsflächen-Fläche bereitstellen, die dazu in der Lage ist, Funken auszutauschen, und zwar im Vergleich zu einigen bislang bekannten Zündspitzen. Ein weiterer potentieller Vorteil des Zündplättchens und der hier gezeigten Schweißverbindungkonfigurationen besteht darin, dass diese mildere Herstellungstoleranzen zulassen. Wenn beispielsweise der Laserstrahl F in 4 etwas fehlausgerichtet ist, so dass er das Zündplättchen 36 gegenüber der gezeigten Position etwas weiter rechts oder etwas weiter links trifft, ist es wahrscheinlich, dass eine geeignete Schweißverbindung nach wie vor durch das Zündplättchen hindurch gebildet werden wird. Bei jenen Zündkerzen, bei denen ein Laserstrahl präzise auf eine Grenze oder eine Verbindung zwischen einem Zündplättchen und einer Elektrode zu richten ist, sind die Toleranzen typischerweise nicht so großzügig. Darüber hinaus stellt das Zündplättchen 36 eine große Funkenbildungsfläche 38 bereit, insbesondere verglichen mit der Menge an Edelmetall („noble or precious metal“), die in dem Zündplättchen verwendet wird.
Das hier beschriebene Zündplättchen und die hier beschriebenen Schweißverbindungskonfigurationen können gewisse geometrische Eigenschaften besitzen und können gewisse Beziehungen erfüllen, die dazu beitragen, eine verbesserte Zündbarkeit, eine effektive Plättchen-Rückhaltung, mildere Herstellungstoleranzen, vergrößerte Funkenbildungsflächen-Flächen und kostenwirksamere Lösungen bereitzustellen. Beispielsweise kann bei jeder in den 3A-3Q gezeigten Ausführungsform die verschmolzene Gesamtfläche 42 einen verschmolzenen Abschnitt aufweisen, der eine Breitenabmessung zwischen etwa 0,1 mm und 0,30 mm aufweist, jeweils einschließlich der unteren und der oberen Grenze (siehe Breite W₁ in 3A als Beispiel). In einem weiteren Beispiel kann die unverschmolzene Fläche 44 einen äußeren unverschmolzenen Abschnitt aufweisen, der zwischen einem verschmolzenen Abschnitt und dem Umfangsrand 40 angeordnet ist und der eine Breitenabmessung zwischen etwa 0,03 mm und 0,08 mm, oder zwischen etwa 0,03 mm und 0,13 mm, jeweils einschließlich des unteren und des oberen Grenzwertes, besitzt (siehe beispielsweise Breite W₂ in 3A). In einer beispielhaften Beziehung kann der unmittelbar oben beschriebene unverschmolzene Abschnitt einen Breitenwert W₂ aufweisen, der größer gleich etwa 10 % der mittleren Dicke des Zündplättchens 36 ist (z.B. etwa 40 % der mittleren Dicke T des Zündplättchens). In einer weiteren beispielhaften Beziehung kann der unverschmolzene Abschnitt einen Breitenwert W₂ aufweisen, der kleiner gleich etwa 50 % der Breite des Laserstrahls oder des Laserpunktes ist, der dazu verwendet wird, um das Zündplättchen an dem Elektrodenkörper anzubringen (z.B. etwa 30 % der Breite der Laserstrahlnaht). Weitere Abmessungen, Beziehungen etc. sind natürlich möglich, da die vorstehenden Beispiele lediglich einige Möglichkeiten darstellen.
Bei weiteren Ausführungsformen könnte das Zündplättchen auf eine Vielzahl unterschiedlicher Arten bereitgestellt und an der darunterliegenden Elektrode angebracht werden. Beispielsweise bei der Ausführungsform der 5 könnte ein Zündplättchen 236 direkt oder indirekt (z.B. über ein Zwischenstück) an den CE-Körper 12 geschweißt werden, anstelle an den GE-Körper 18 geschweißt zu werden. Oder gemäß der Ausführungsform der 6 könnte ein Zündplättchen 336 direkt oder indirekt an eine distale Endoberfläche des GE-Körpers 18 geschweißt werden, in welchem Fall eine radial ausgerichtete Funkenstrecke zwischen dem Zündplättchen und dem CE-Körper oder einer CE-Zündspitze angeordnet werden würde. Bei einer weiteren Ausführungsform, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, könnte das Zündplättchen direkt oder indirekt sowohl mit dem GE-Körper als auch dem CE-Körper verbunden werden. Dies sind lediglich einige der Möglichkeiten, da das Zündplättchen 36 unterschiedliche Formen, Konfigurationen und Anordnungen haben könnte. Beispielweise könnte das Zündplättchen 36 eine rechteckige Form, eine Kreisform, eine ovale Form oder eine unregelmäßige Form besitzen, und mit diesen unterschiedlichen Formen könnte das Zündplättchen eine beliebige der Schweißverbindungkonfigurationen der 3A-3Q haben. Das Zündplättchen 36 könnte unter einem Winkelversatz oder in einer Diamantorientierung („diamond orientation“) (z.B. 45°) in Bezug auf die Längserstreckung des GE-Körpers 18 angeordnet werden, und der Endabschnitt des GE-Körpers könnte an seinen Seiten beschnitten oder verengt werden, um eine Ausgestaltung zu bilden, die manchmal als V-Beschneidung („V-trim“) bezeichnet wird.
Um die Rückhalte-Leistungsfähigkeit zwischen dem Zündplättchen 36 und einem Elektrodenkörper zu beobachten, wurden einige thermische Tests durchgeführt. Bei der Durchführung des Testens waren das Zündplättchen 36 und der Elektrodenkörper aneinander über die Ausführungsform der Schweißverbindungkonfiguration der 3Q angebracht. Generell führte das thermische Testen dazu, dass das Zündplättchen 36, der Elektrodenkörper und die verschmolzene Gesamtfläche 42 für eine relativ kurze bzw. abgekürzte Zeitspanne einer erhöhten Temperatur ausgesetzt wurde, wobei man diese dann auf Umgebungstemperatur abkühlen ließ. Das Testen sollte thermische Expansions- und Kontraktionsspannungen simulieren, die extremer sind als jene, die in der Anwendung in einer typischen Verbrennungsmaschine erfahren werden. Bei dem beispielhaft durchgeführten Testvorgang wurde eine Probe-Zündkerze in einer kragenartigen Struktur montiert, die aus einem Messingmaterial hergestellt war. Die Kragenstruktur wurde an der Hülle der Probe-Zündkerze festgelegt und lag nicht direkt an dem Elektrodenkörper an; die Montagestruktur wirkte als eine Wärmesenke und unterstützte das Abkühlen. Eine Induktions-Heizeinrichtung wurde dann verwendet, um das angebrachte Zündplättchen 36 und den Elektrodenkörper auf 1.700°F [926,67°C] für etwa 20 Sekunden zu erwärmen. Hiernach ließ man das Zündplättchen 36 und den Elektrodenkörper in Ruhe abkühlen, und zwar herunter bis auf Raumtemperatur oder einen Wert etwas über Raumtemperatur. Dieser Anstieg und diese Absenkung der Temperatur bildeten einen einzelnen Testzyklus, und das thermische Testen wurde an einer Mehrzahl von Probe-Zündkerzen durchgeführt. Im Mittel waren die Probe-Zündkerzen dazu in der Lage, über einhundertfünfundsiebzig Zyklen auszuhalten, ohne dass sich signifikante Brüche, Trennungen oder andere Zustände zeigten, die die Rückhaltung bzw. Haltekraft („retention“) zwischen dem Zündplättchen 36 und dem Elektrodenkörper negativ hätten beeinträchtigen können. Einhundertfünfundsiebzig Zyklen sind beträchtlich mehr als die einhundertfünfundzwanzig Zyklen, die für derartige Produkte häufig als akzeptabel angesehen werden, und dies war unerwartet im Hinblick darauf, wie dünn die Zündplättchen waren. Die bei dem Testen hier ausgehaltenen Zyklen sind ferner vergleichbar mit Plättchen, die eine sehr viel größere Dicke aufweisen als die getesteten dünnen Zündplättchen - auch dies war unerwartet. Es versteht sich, dass nicht alle Testvorgänge diese exakten Ergebnisse ergeben werden, da unterschiedliche Testparameter, Proben, Ausrüstung als auch andere Faktoren das Ergebnis der Testdurchführung bzw. Test-Leistungsfähigkeit ändern 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 in der vorstehenden Beschreibung enthaltene 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.
In der vorliegenden Spezifikation und in den Ansprüchen sind die Begriffe „zum Beispiel“, „z.B.“, „beispielsweise“, „wie“ und „wie beispielsweise“, 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. Andere Begriffe sind unter Verwendung ihrer breitesten vernünftigen Bedeutung zu versehen.

Claims

Zündkerze (10) mit: einer Metallhülle (16), die eine Axialbohrung (22) aufweist; einem Isolator (14), der eine Axialbohrung (20) aufweist und zumindest 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 einem Zündplättchen (36), das eine Funkenbildungsfläche (38) aufweist, die von einem Umfangsrand (40) umgeben ist, wobei das Zündplättchen (36) an der Mittelelektrode oder an der Masseelektrode mittels einer Schweißverbindung angebracht ist, so, dass das Zündplättchen einer Funkenstrecke (G) ausgesetzt ist, wobei die Schweißverbindung einen verschmolzenen Abschnitt oder mehrere verschmolzene Abschnitte mit einer verschmolzenen Gesamtfläche (42) aufweist, die weitgehend oder vollständig innerhalb des Umfangsrandes des Zündplättchens angeordnet ist, wobei der eine verschmolzene Abschnitt oder die mehreren verschmolzenen Abschnitte wenigstens teilweise einen separaten geschmolzenen Abschnitt oder einen unverschmolzenen Abschnitt umgeben, wobei wenigstens einer der verschmolzenen Abschnitte einen Breitenwert (W₁) aufweist, der in einem Bereich zwischen 0,14 mm und 0,30 mm, jeweils einschließlich, liegt.
Zündkerze (10) nach Anspruch 1, wobei das Zündplättchen (36) ein dünnes Plättchen ist, das eine größte Breitenabmessung (W) aufweist, die wenigstens einige Male größer ist als eine größte Dickenabmessung (T).
Zündkerze (10) nach Anspruch 2, wobei das Zündplättchen (36) an der Mittelelektrode (12) oder an der Masseelektrode (18) mittels einer Keyhole-Schweißverbindung angebracht ist, die mittels eines Faserlasers gebildet ist und sich vollständig durch eine Dicke des Zündplättchens hindurch und durch eine Oberflächen/Oberflächen-Schnittstelle (S) zwischen dem Zündplättchen und der darunter liegenden Mittelelektrode oder Masseelektrode hindurch erstreckt.
Zündkerze (10) nach Anspruch 1, wobei die Funkenbildungsfläche (38) einen ersten unverschmolzenen Abschnitt oder mehrere erste unverschmolzene Abschnitte (52, 162, 166, 170, 174, 216) beinhaltet, die an dem Umfangsrand (40) angeordnet sind, und wobei die Schweißverbindung einen ersten verschmolzenen Abschnitt oder mehrere erste verschmolzene Abschnitte (56, 74, 76, 78, 80, 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 180, 182, 184, 186, 188, 190, 192, 194, 196, 198, 200, 202, 204, 206, 208, 210) aufweist, der oder die vollständig innerhalb des ersten nicht verschmolzenen Abschnittes bzw. der ersten nicht verschmolzenen Abschnitte angeordnet ist bzw. sind, und wobei der erste verschmolzene Abschnitt oder die ersten verschmolzenen Abschnitte dazu ausgebildet ist bzw. sind, der Form bzw. dem Verlauf wenigstens eines Abschnittes des Umfangsrandes zu folgen, um ein Abheben des Zündplättchens (36) an dem Umfangsrand zu verhindern.
Zündkerze (10) mit: einer Metallhülle (16), die eine Axialbohrung (22) aufweist; einem Isolator (14), der eine Axialbohrung (20) aufweist und zumindest 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 einem Zündplättchen (36), das eine Funkenbildungsfläche (38) aufweist, die von einem Umfangsrand (40) umgeben ist, wobei das Zündplättchen (36) an der Mittelelektrode oder an der Masseelektrode mittels einer Schweißverbindung angebracht ist, so, dass das Zündplättchen einer Funkenstrecke (G) ausgesetzt ist, wobei die Schweißverbindung einen verschmolzenen Abschnitt oder mehrere verschmolzene Abschnitte mit einer verschmolzenen Gesamtfläche (42) aufweist, die weitgehend oder vollständig innerhalb des Umfangsrandes des Zündplättchens angeordnet ist, wobei der eine verschmolzene Abschnitt oder die mehreren verschmolzenen Abschnitte wenigstens teilweise einen separaten geschmolzenen Abschnitt oder einen unverschmolzenen Abschnitt umgeben, wobei die Funkenbildungsfläche (38) einen ersten unverschmolzenen Abschnitt oder mehrere erste unverschmolzene Abschnitte (52, 162, 166, 170, 174, 216) beinhaltet, die an dem Umfangsrand (40) angeordnet sind, und wobei die Schweißverbindung einen ersten verschmolzenen Abschnitt oder mehrere erste verschmolzene Abschnitte (56, 74, 76, 78, 80, 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 180, 182, 184, 186, 188, 190, 192, 194, 196, 198, 200, 202, 204, 206, 208, 210) aufweist, der oder die vollständig innerhalb des ersten nicht verschmolzenen Abschnittes bzw. der ersten nicht verschmolzenen Abschnitte angeordnet ist bzw. sind, und wobei der erste verschmolzene Abschnitt oder die ersten verschmolzenen Abschnitte dazu ausgebildet ist bzw. sind, der Form bzw. dem Verlauf wenigstens eines Abschnittes des Umfangsrandes zu folgen, um ein Abheben des Zündplättchens (36) an dem Umfangsrand zu verhindern, wobei wenigstens einer des ersten nicht verschmolzenen Abschnittes bzw. der ersten nicht verschmolzenen Abschnitte (52, 162, 166, 170, 174, 216) einen Breitenwert (W₂) aufweist, der in einem Bereich zwischen 0,03 mm und 0,08 mm, jeweils einschließlich, liegt.
Zündkerze (10) mit: einer Metallhülle (16), die eine Axialbohrung (22) aufweist; einem Isolator (14), der eine Axialbohrung (20) aufweist und zumindest 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 einem Zündplättchen (36), das eine Funkenbildungsfläche (38) aufweist, die von einem Umfangsrand (40) umgeben ist, wobei das Zündplättchen (36) an der Mittelelektrode oder an der Masseelektrode mittels einer Schweißverbindung angebracht ist, so, dass das Zündplättchen einer Funkenstrecke (G) ausgesetzt ist, wobei die Schweißverbindung einen verschmolzenen Abschnitt oder mehrere verschmolzene Abschnitte mit einer verschmolzenen Gesamtfläche (42) aufweist, die weitgehend oder vollständig innerhalb des Umfangsrandes des Zündplättchens angeordnet ist, wobei der eine verschmolzene Abschnitt oder die mehreren verschmolzenen Abschnitte wenigstens teilweise einen separaten geschmolzenen Abschnitt oder einen unverschmolzenen Abschnitt umgeben, wobei die Funkenbildungsfläche (38) einen ersten unverschmolzenen Abschnitt oder mehrere erste unverschmolzene Abschnitte (52, 162, 166, 170, 174, 216) beinhaltet, die an dem Umfangsrand (40) angeordnet sind, und wobei die Schweißverbindung einen ersten verschmolzenen Abschnitt oder mehrere erste verschmolzene Abschnitte (56, 74, 76, 78, 80, 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 180, 182, 184, 186, 188, 190, 192, 194, 196, 198, 200, 202, 204, 206, 208, 210) aufweist, der oder die vollständig innerhalb des ersten nicht verschmolzenen Abschnittes bzw. der ersten nicht verschmolzenen Abschnitte angeordnet ist bzw. sind, und wobei der erste verschmolzene Abschnitt oder die ersten verschmolzenen Abschnitte dazu ausgebildet ist bzw. sind, der Form bzw. dem Verlauf wenigstens eines Abschnittes des Umfangsrandes zu folgen, um ein Abheben des Zündplättchens (36) an dem Umfangsrand zu verhindern, wobei der eine erste verschmolzene Abschnitt oder die mehreren ersten verschmolzenen Abschnitte eine Vielzahl von diskreten und individuellen verschmolzenen Abschnitten (74, 76, 78, 80, 82, 84, 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104) aufweist bzw. aufweisen, bei denen es sich um kurze lineare Schweißverbindungssegmente handelt, die als eine oder mehrere unterbrochene Linie(n) angeordnet sind, und zwar vollständig innerhalb des Umfangsrandes.
Zündkerze (10) nach Anspruch 4, wobei die Schweißverbindung ferner einen zweiten verschmolzenen Abschnitt oder mehrere zweite verschmolzene Abschnitte (54, 58, 60, 62, 64, 68, 106, 108) aufweist, die innerhalb des ersten verschmolzenen Abschnittes oder der ersten verschmolzenen Abschnitte und nahe einer Mitte der Funkenbildungsfläche (38) angeordnet ist bzw. sind, wobei der zweite verschmolzene Abschnitt oder die zweiten verschmolzenen Abschnitte dazu ausgelegt ist bzw. sind, ein Verbiegen des Zündplättchens (36) im Bereich der Mitte zu verhindern.
Zündkerze (10) nach Anspruch 1, wobei die Schweißverbindung einen verschmolzenen Abschnitt oder mehrere verschmolzene Abschnitte mit einem Schweißstartpunkt und einem Schweißstopppunkt (70, 72, 124, 126, 128, 130, 156, 158) aufweist, und wobei der verschmolzene Abschnitt oder die verschmolzenen Abschnitte den Umfangsrand (40) des Zündplättchens (36) kreuzt bzw. kreuzen, so dass der Schweißstartpunkt und/oder der Schweißstopppunkt außerhalb des Umfangsrandes angeordnet ist und nicht an der Funkenbildungsfläche (38) des Zündplättchens liegt.
Zündkerze (10) nach Anspruch 1, wobei die Schweißverbindung einen verschmolzenen Abschnitt oder mehrere verschmolzene Abschnitte (54, 108, 110, 112, 114, 116, 118) aufweist, die von einem Laserstrahl erzeugt sind, der an einem Punkt an der Funkenbildungsfläche (38) des Zündplättchens (36) angesetzt und umherbewegt wird, um den Punkt kreisförmig zu umschreiben und mehrfache, einander überlappende Schweißbäder in einer Kreis- oder Ringform zu bilden.
Zündkerze (10) nach Anspruch 1, wobei die Schweißverbindung einen ersten verschmolzenen Abschnitt (60, 148) aufweist, der zum großen Teil oder vollständig innerhalb des Umfangsrades (40) angeordnet ist, und einen zweiten verschmolzenen Abschnitt (58, 150) aufweist, der zum großen Teil oder vollständig innerhalb des Umfangsrandes angeordnet ist, wobei der erste und der zweite verschmolzene Abschnitt separate verschmolzene Abschnitte sind, die einander an einem überlappenden verschmolzenen Verbindungspunkt (66) kreuzen, der an der Funkenbildungsfläche (38) des Zündplättchens (36) angeordnet ist.
Zündkerze (10) nach Anspruch 10, wobei die Schweißverbindung ferner einen dritten und einen vierten verschmolzenen Abschnitt (62, 64, 152, 154) aufweist, wobei sich der erste und der dritte verschmolzene Abschnitt über die Funkenbildungsfläche (38) des Zündplättchens (36) erstrecken und parallel zueinander ausgerichtet sind, wobei der zweite und der vierte verschmolzene Abschnitt sich über die Funkenbildungsfläche (38) des Zündplättchens erstrecken und parallel zueinander und senkrecht zu dem ersten und dem dritten verschmolzenen Abschnitt ausgerichtet sind, und wobei die verschmolzenen Abschnitte so konfiguriert sind, dass sie eine gitterartige Anordnung an der Funkenbildungsfläche des Zündplättchens bilden.
Zündkerze (10) nach Anspruch 11, wobei jeder des ersten, des zweiten, des dritten und des vierten verschmolzenen Abschnittes (148, 150, 152, 154) den Umfangsrand (40) des Zündplättchens (36) kreuzt, so dass ein Schweißstartpunkt und/oder ein Schweißstopppunkt (156, 158) für jeden verschmolzenen Abschnitt außerhalb des Umfangsrandes angeordnet ist und nicht an der Funkenbildungsfläche (38) des Zündplättchens liegt.
Zündkerze (10) nach Anspruch 11, wobei der erste, der zweite, der dritte und der vierte verschmolzene Abschnitt (148, 150, 152, 154) die Funkenbildungsfläche (38) des Zündplättchens (36) in wenigstens neun separate und diskrete nicht verschmolzene Abschnitte (160, 162, 164, 166, 168, 170, 172, 174, 176) unterteilen, die getrennt voneinander sind und die gleiche Größe besitzen.
Zündkerze (10) nach Anspruch 1, wobei das Zündplättchen (36) ein dünnes Plättchen ist, das aus einem Edelmetalllegierungsmaterial hergestellt ist, das wenigstens ein Edelmetall aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Iridium (Ir), Platin (Pt), Palladium (Pd), Ruthenium (Ru) oder Rhodium (Rh) besteht.
Zündkerze (10) nach Anspruch 1, wobei die gesamte verschmolzene Fläche (42) vollständig innerhalb des Umfangsrandes (40) des Zündplättchens (36) angeordnet ist, wobei die Funkenbildungsfläche (38) einen nicht verschmolzenen Abschnitt oder mehrere nicht verschmolzene Abschnitte aufweist, die zwischen dem Umfangsrand und dem verschmolzenen Abschnitt bzw. den verschmolzenen Abschnitten angeordnet ist.
Zündkerze (10) nach Anspruch 1, wobei die Funkenbildungsfläche einen nicht verschmolzenen Abschnitt oder mehrere nicht verschmolzene Abschnitte aufweist, der oder die entlang des Umfangsrandes so angeordnet ist bzw. sind, dass ein Großteil des Umfangsrandes nicht verschmolzen ist.
Verfahren zum Anbringen eines Zündplättchens (36) an einer Elektrode (12, 18), mit den Schritten: Ansetzen eines Laserstrahls an eine Funkenbildungsfläche (38) des Zündplättchens, um eine verschmolzene Fläche (42) zu erzeugen, die der Anwendung des Laserstrahls ausgesetzt ist, und eine nicht verschmolzene Fläche (44) zu erzeugen, die der Anwendung des Laserstrahls nicht ausgesetzt ist; und Veranlassen, dass de Laserstrahl sich über die Funkenbildungsfläche des Zündplättchens bewegt, um einen Mittelpunkt des Zündplättchens wenigstens teilweise zu umfahren, so dass zwischen dem Zündplättchen und der Elektrode eine Schweißverbindung gebildet wird, wobei der Laserstrahl einen verschmolzenen Abschnitt oder mehrere verschmolzene Abschnitte erzeugt, die eine verschmolzene Gesamtfläche (42) besitzen, die zum großen Teil oder vollständig innerhalb des Umfangsrandes des Zündplättchens angeordnet ist, und ferner mit den Schritten: zunächst Ansetzen des Laserstrahls an einem Schweißstartpunkt, der außerhalb des Umfangsrandes (40) angeordnet ist, und Bilden von einem oder mehreren verschmolzenen Abschnitten an der Elektrode; Veranlassen, dass der Laserstrahl sich von dem Schweißstartpunkt so bewegt, dass der Laserstrahl den Umfangsrand des Zündplättchens kreuzt; Bilden von einem oder mehreren verschmolzenen Abschnitten an der Funkenbildungsfläche des Zündplättchens; Veranlassen, dass der Laserstrahl sich von der Funkenbildungsfläche so bewegt, dass der Laserstrahl erneut den Umfangsrand des Zündplättchens kreuzt; und Stoppen des Lasers an einem Schweißstopppunkt, der außerhalb des Umfangsrandes angeordnet ist, und nochmals Bilden von einem oder mehreren verschmolzenen Abschnitten an der Elektrode, wobei wenigstens ein Abschnitt des Umfangsrandes unverschmolzen verbleibt.