DE102016101336B4

DE102016101336B4 - Zündkerze und Verfahren zum Bereitsstellen einer Masseelektroden- und Zündplättchenanordnung

Info

Publication number: DE102016101336B4
Application number: DE102016101336.6A
Authority: DE
Inventors: Kevin J. Kowalski; Nathan A. Thomson; Richard L. Keller
Original assignee: Federal Mogul Ignition LLC
Current assignee: Federal Mogul Ignition LLC
Priority date: 2015-04-28
Filing date: 2016-01-26
Publication date: 2020-01-23
Anticipated expiration: 2036-01-27
Also published as: CN106099647A; KR101809593B1; DE102016101336A1; CN106099647B; KR20160128206A

Abstract

Zündkerze (10) mit:- einer Hülle (16), die eine axiale Bohrung (22) aufweist;- einem Isolator (14), der eine axiale Bohrung (20) aufweist und der wenigstens teilweise innerhalb der axialen Bohrung (22) der Hülle (16) angeordnet ist;- einer Mittelelektrode (12), die wenigstens teilweise innerhalb der axialen Bohrung (20) des Isolators (14) angeordnet ist;- einer Masseelektrode (18), die an der Hülle (16) angebracht ist und die aus einem Nickel-basierten Legierungsmaterial zusammengesetzt ist; und- einem Zündplättchen (38), das an der Masseelektrode (18) angebracht ist und einen Vorsprung (90) aufweist, der von einer Bodenseite (92) des Zündplättchens vorsteht und der einen Stromfluss hierdurch während eines Widerstandsschweißprozesses konzentriert, wobei die Anbringung zwischen dem Zündplättchen (38) und der Masseelektrode (18) eine widerstandsgeschweißte Schweißverbindung beinhaltet und keine lasergeschweißte Schweißverbindung beinhaltet, wobei der Vorsprung (90) das Nichtvorhandensein einer lasergeschweißten Schweißverbindung bei der Anbringung zwischen dem Zündplättchen (38) und dem Nickel-basierten Legierungsmaterial der Masseelektrode (18) erleichtert, wobei der Vorsprung (90) ein einzelner Vorsprung (90) ist, der sich zwischen einer ersten Seite (96) des Zündplättchens (38) und einer zweiten Seite (98) des Zündplättchens (38) quer über die Bodenseite (92) erstreckt, und wobei die widerstandsgeschweißte Schweißverbindung einen widerstandsgeschweißten Auswurf (116) bildet, der zumindest teilweise um eine Umfangskante (P) des Zündplättchens (38) herum angeordnet ist, wobei der widerstandsgeschweißte Auswurf (116) eine Oberseitenfläche (118) hat, die mit einer Funkenbildungsfläche (78) des Zündplättchens (38) ausgerichtet bzw. fluchtet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft generell Zündkerzen und andere Zündvorrichtungen für Verbrennungsmotoren und betrifft insbesondere ein Zündplättchen, das an einer Elektrode angebracht 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 definiert 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 Temperaturn, 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 führen und kann die Leistungsfähigkeit („performance“) der Zündkerze über der Zeit negativ beeinträchtigen, was potentiell zu Fehlzündungen oder anderen unerwünschten Zuständen führen kann.
Zur Verringerung von Erosion und Korrosion von Elektroden von Zündkerzen sind verschiedene Arten von Edelmetallen und deren Legierungen - einschließlich solcher aus Platin und Iridium - verwendet worden. Diese Materialien können jedoch teuer sein. Demzufolge versuchen die Hersteller von Zündkerzen von Zeit zu Zeit, die Menge der 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.
Das Dokument DE 10 2014 101 060 A1 offenbart eine Zündkerze mit Zündplättchen, wobei das Zündplättchen eine Seitenfläche im Bereich einer Umfangskante aufweist, wobei die freie Endfläche der Masseelektrode und die Seitenfläche des Zündplättchens relativ zueinander bündig oder nahezu bündig angeordnet sind. Das Dokument DE 10 2013 105 698 A1 offenbart eine Zündkerze mit einem dünnen Zündplättchen, das aus einem Edelmetall gebildet ist und einen unverschmolzenen Zündoberflächenbereich aufweist, der wenigstens mehrfach größer ist als ein unverschmolzenes Volumen.
ÜBERSICHT
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Zündkerze sowie ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Masseelektroden- und Zündplättchen-Anordnung anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch eine Zündkerze gemäß Anspruch 1 gelöst und durch ein Verfahren zum Herstellen einer Masseelektroden- und Zündkerzenanordnung nach Anspruch 10 gelöst.
Offenbart ist eine Zündkerze mit einer Hülle, einem Isolator, einer Mittelelektrode, einer Masseelektrode und einem Zündplättchen. Die Hülle weist eine axiale Bohrung auf, und der Isolator weist eine axiale Bohrung auf. Der Isolator ist teilweise oder mehr innerhalb der axialen Bohrung der Hülle angeordnet. Die Mittelelektrode ist teilweise oder mehr innerhalb der axialen Bohrung des Isolators angeordnet. Die Masseelektrode ist an der Hülle angebracht und ist aus einem Nickel-basierten Legierungsmaterial zusammengesetzt. Das Zündplättchen ist an der Masseelektrode angebracht und ist aus einem Platin-basierten Legierungsmaterial zusammengesetzt, das wenigstens 25 Gew.-% Nickel enthält. Das Zündplättchen weist einen Vorsprung auf, der von einer Bodenseite des Zündplättchens vorsteht. Der Vorsprung konzentriert einen Stromfluss hier hindurch, wenn ein Widerstandsschweißprozess durchgeführt wird. Die Anbringung zwischen dem Zündplättchen und der Masseelektrode beinhaltet eine widerstandsgeschweißte Schweißverbindung und beinhaltet keine lasergeschweißte Schweißverbindung. Der Vorsprung erleichtert das Nichtvorhandensein der lasergeschweißten Schweißverbindung in der Anbringung zwischen dem Zündplättchen und der Masseelektrode.
Es ist ferner ein Verfahren zum Bereitstellen einer Masseelektroden- und Zündplättchenanordnung offenbart, das einige Schritte aufweist. Ein Schritt beinhaltet das Anordnen eines Zündplättchens an einer Masseelektrode. Das Zündplättchen weist einen Vorsprung auf, der von einer Bodenseite des Zündplättchens vorsteht. Der Vorsprung stellt einen Linie-zu-Fläche-Kontakt mit der Masseelektrode her. Ein weiterer Schritt beinhaltet das Hindurchführen eines elektrischen Stromes durch den Linie-zu-Fläche-Kontakt zwischen dem Vorsprung und der Masseelektrode, während man das Zündplättchen und die Masseelektrode zusammendrückt. Das Zündplättchen sinkt wenigstens teilweise in die Masseelektrode ein, wenn der elektrische Strom hindurchgeführt wird, und erzeugt einen Fläche-zu-Fläche-Kontakt zwischen dem Vorsprung und der Masseelektrode. Das Zündplättchen ist hiernach an der Masseelektrode angebracht, und die Masseelektroden- und Zündplättchenanordnung ist gebildet.
Offenbart ist auch eine Zündkerze mit einer Hülle, einem Isolator, einer Mittelelektrode, einer Masseelektrode, einem Zündplättchen und einem widerstandsgeschweißten Auswurf. Die Hülle weist eine axiale Bohrung auf, und der Isolator weist eine axiale Bohrung auf. Der Isolator ist teilweise oder mehr innerhalb der axialen Bohrung der Hülle angeordnet. Die Mittelelektrode ist teilweise oder mehr innerhalb der axialen Bohrung des Isolators angeordnet. Die Masseelektrode ist an der Hülle angebracht. Das Zündplättchen ist an der Masseelektrode angebracht. Das Zündplättchen weist einen einzelnen Vorsprung auf, der von einer Bodenseite des Zündplättchens vorsteht. Der einzelne Vorsprung erstreckt sich über die Bodenseite und wird in einer Vertiefung der Masseelektrode aufgenommen, und zwar beim Anbringen von Zündplättchen und Masseelektrode. Das Zündplättchen weist eine erste Funkenbildungsfläche auf, die während des Gebrauchs der Zündkerze Zündfunken austauscht. Der widerstandsgeschweißte Auswurf umgibt eine Umfangskante des Zündplättchens teilweise oder mehr. Der widerstandsgeschweißte Auswurf weist eine zweite Funkenbildungsfläche auf, die generell in Linie mit der ersten Funkenbildungsfläche des Zündplättchens angeordnet ist bzw. hiermit fluchtet. Die zweite Funkenbildungsfläche tauscht während des Gebrauchs der Zündkerze Zündfunken aus.
Figurenliste
Bevorzugte beispielhafte Ausführungsformen werden nachstehend in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente angeben, wobei die 3 bis 10 Ausführungsformen zeigen, die nicht zur Erfindung gehören, und wobei:

1 eine Schnittansicht 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 Ansicht einer beispielhaften Masseelektrode mit dem Zündplättchen der 2 ist;
4-7 vergrößerte Ansichten von weiteren beispielhaften Masseelektroden und Zündplättchen sind;
8 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Zündplättchens mit einem Paar von Schienen ist;
9 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Zündplättchens mit mehreren Schichten ist;
10 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Verfahrens zum Herstellen einer Masseelektroden- und Zündplättchen-Anordnung ist;
11 ein Mikroskopbild einer Schnittansicht einer Ausführungsform eines Zündplättchens ist, das an einer Masseelektrode angebracht ist;
12 eine Querschnittsansicht des Zündplättchens und der Masseelektrode der 11 ist;
13 eine perspektivische Ansicht des Zündplättchens der 11 ist; und
14 das Zündplättchen und die Masseelektrode der 11 während ihrer Präparation mittels eines Widerstandsschweißdorns zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die hier beschriebenen Zündplättchen und Elektroden 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 Motoren, die zur Bereitstellung einer Benzindirekteinspritzung (GDI), („gasoline direct injection“ bzw. BDE) ausgestattet sind, in Motoren, die unter Strategien einer mageren Verbrennung betrieben werden, in Motoren, die unter Strategien zur Reduzierung von Emissionen betrieben werden, oder in einer Kombination dieser Motoren. Die verschiedenen Zündplättchen und Elektroden können eine verbesserte Zündbarkeit („ignitability“), eine wirksame Plättchenrückhaltung bzw. -haltekraft („effective pad retention“), eine erhöhte Aussetzung („exposure“) des Plättchens gegenüber einem Luft-/Brennstoff-gemisch und kosteneffektive Lösungen für die Verwendung von Edelmetall bereitstellen, 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 beziehen sich generell auf eine Mittelachse A, sofern nicht anders angegeben.
Wie es in 1 gezeigt ist, weist eine Zündkerze 10 eine Basis oder einen Körper 12 einer Mittelelektrode („center electrode“ , CE), einen Isolator 14, eine Metallhülle 16, und eine Basis oder einen Körper 18 einer Masseelektrode („ground electrode“, GE) auf. Weitere Komponenten können einen Anschlussstift bzw. -bolzen, einen internen Widerstand, verschiedene Flachdichtungen („gaskets“) und innere Dichtungen („seals“) 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 der Zündkerze 10 freiliegt. In einem Beispiel ist der CE-Körper 12 aus einem Nickellegierungsmaterial (Ni-Legierungsmaterial) hergestellt, das als ein externer oder Umhüllungsabschnitt des Körpers dient, und weist ein Kupfermaterial (Cu-Material) oder ein Cu-Legierungsmaterial auf, das als ein innerer Kern des Körpers dient; andere Materialien und Konfigurationen sind möglich, einschließlich eines Körpers ohne Kern aus einem einzelnen Material. 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 gegenüber der Metallhülle 16 elektrisch isoliert. Die Metallhülle 16 stellt eine äußere Struktur der Zündkerze 10 bereit und weist Gewindegänge zur Installation in einem Motor auf.
Gemäß den 1 und 2 ist der GE-Körper 18 an einem freien Ende der Metallhülle 16 angebracht, und zwar an einer Anbringungsschnittstelle 24 und kann, als ein fertiges Produkt, eine allgemeine L-Form aufweisen. An einem Endabschnitt, der einer Funkenstrecke G am nächsten ist, ist der GE-Körper 18 axial von dem CE-Körper 12 und von einer CE-Zündspitze 26 (wenn eine solche vorgesehen 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 ein Cu-Legierungsmaterial aufweisen, das als ein innerer Kern des Körpers dient; andere Beispiele sind möglich, einschließlich von Körpern ohne Kern aus einem einzelnen Material. 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 Materialien, die allgemein als Inconel® 600 oder 601 bekannt sind. Im Querschnittsprofil kann der GE-Körper 18 eine allgemein rechteckige Form oder ein anderes geeignetes Profil besitzen. Der GE-Körper 18 weist eine in axialer Richtung weisende Arbeitsfläche 28 auf, die dem CE-Körper 12 oder der CE-Zündspitze 26 über die Funkenstrecke G generell gegenüberliegt bzw. gegenübersteht.
Wie erwähnt, beinhaltet bei der in den Figuren gezeigten Ausführungsform die Zündkerze 10 eine optionale CE-Zündspitze 26, die an einer in axialer Richtung weisenden Arbeitsfläche 30 des CE-Körpers 12 angebracht ist und die Funken über die Funkenstrecke G austauscht. Unter besondere Bezugnahme auf 2 besitzt die hier gezeigte CE-Zündspitze 26 eine zweiteilige und generell nietartige Konstruktion, und beinhaltet ein erstes Teil 32 (Nietkopf), das an ein zweites Teil 34 (Nietschaft) geschweißt ist. Das erste Teil 32 kann direkt an dem CE-Körper 12 angebracht sein, und das zweite Teil 34 kann direkt an dem ersten Teil angebracht sein, so dass eine in axiale Richtung weisende Funkenbildungsfläche 36 zum Austauschen von Funken über die Funkenstrecke G bereitgestellt wird. Das erste Teil 32 kann aus einem Ni-Legierungsmaterial hergestellt sein, und das zweite Teil 34 kann aus einem Edelmetall-Legierungsmaterial hergestellt sein, wie ein solches, das Iridium (Ir), Platin (Pt) oder Ruthenium (Ru) aufweist; andere Materialien sind für das erste und das zweite Teil 32, 34 möglich. In weiteren Ausführungsformen, die in den Zeichnungen nicht dargestellt sind, ist bspw. eine diskrete CE-Zündspitze weggelassen, in welchem Fall Funken von dem CE-Körper 12 selbst ausgetauscht werden. Die optionale Zündspitze 26 könnte eine einstückige Konstruktion oder eine Konstruktion aus einem einzelnen Material aufweisen, und sie könnte unterschiedliche Formen haben, einschließlich von nicht-nietartigen Formen wie Zylinder, Stangen, Säulen, Drähte, Kugeln, Buckel, Kegel, flache Plättchen, Ringe oder Hülsen, um einige Möglichkeiten zu nennen. Die vorliegende Zündkerze ist nicht auf irgendeine besondere Zündend-Anordnung eingeschränkt, da die hier beschriebenen Zündplättchen mit jeder beliebigen Anzahl von Zündend-Anordnungen verwendet werden könnten, einschließlich solchen mit oder ohne CE-Zündspitzen.
Die Zündkerze 10 beinhaltet ferner ein Zündplättchen 38, das aus einem Edelmetallmaterial hergestellt ist und das über eine Schweißung an die Arbeitsfläche 28 des GE-Körpers 18 angebracht ist, und zwar zum Austauschen von Funken über die Funkenstrecke G. Verglichen mit zuvor bekannten Zündspitzen ist eine Seitenfläche oder ein Umfang 40 des Zündplättchens 38 in engerer Nachbarschaft zu, und in manchen Ausführungsformen genau an, einer freien Endfläche 42 des GE-Körpers 18 angeordnet. Dies stellt ein erhöhtes Aussetzen („exposure“) und eine erhöhte Verfügbarkeit des Zündplättchens 38 für ein Luft-/Brennstoffgemisch während eines Funkenbildungsvorganges bereit, und zwar mit der verschobenen Position des Zündplättchens und folglich der größeren Abwesenheit („absence“) des GE-Körpers 18 zwischen der freien Endfläche 42 und der Seitenfläche 40. Die Zündbarkeit und das Flammenkernwachstum („flame kernel growth“) werden folglich gesteigert, da der mit oder durch das Zündplättchen 38 ausgetauschte Funken für das eingespritzte Luft-/Brennstoffgemisch leichter verfügbar ist, und die Bildung eines Hindernisses aus bzw. aufgrund des GE-Körpers 18 an der freien Endfläche 42 gegenüber einem Flammenkernwachstum ist minimiert, und zwar neben anderen möglichen Verbesserungen und Wirkungen. Ferner minimiert die größere Abwesenheit des GE-Körpers 18 zwischen der freien Endfläche 42 und der Seitenfläche 40 die thermische Masse und reduziert folglich die Kapazität von hieran gespeicherter Wärme, was die Haltekraft zwischen dem GE-Körper und dem Zündplättchen 38 über der Zeit potentiell verschlechtern könnte. In anderen Worten ist herausgefunden worden, dass in manchen Fällen mehr Wärme mit dem GE-Körper 18 an dem Zündplättchen 38 verbleiben wird, wenn der GE-Körper sich über die Seitenfläche 40 des Zündplättchens hinaus erstreckt, wobei diese Wärme die Anbringung zwischen dem GE-Körper und dem Zündplättchen schwächen könnte. Die Fähigkeit, das Zündplättchen 38 näher an der freien Endfläche 42 zu positionieren, kann zu der Geometrie des Zündplättchens und dem Ort einer verfestigten Schweißverbindung 44 relativ zu der Seitenfläche 40 beitragen, und zwar neben anderen möglichen Faktoren.
In einer vorbekannten Zündspitze aus Edelmetall wird eine sog. Nahtschweißung („seam weld“) durchgeführt, bei der ein Laserstrahl direkt auf einen Umfang der Zündspitze emittiert wird und direkt auf den Umfang der Zündspitze auftrifft, und zwar an einer Schnittstellengrenze zwischen der Zündspitze und dem Masseelektrodenkörper. Die sich hieraus ergebende verfestigte Schweißschmelze an der Naht erstreckt sich an dem Umfang der Zündspitze nach außen und läuft auf den Masseelektrodenkörper über, und zwar für eine nicht unbeträchtliche Distanz weg von der Zündspitze. Während Nahtschweißungen in einigen Zündkerzen geeignet sind, bedeutet dies, dass die Zündspitze eine hinreichende Distanz weg von der freien Endfläche des Masseelektrodenkörpers angeordnet werden sollte, so dass die Nahtschweißung durchgeführt werden kann und um die Haltefähigkeiten zu gewährleisten. Dies bedeutet auch, dass ein darauffolgender Beschneidevorgang des freien Endabschnittes des Masseelektrodenkörpers durch die verfestigte Schweißschmelze hindurch nicht durchgeführt werden kann, ohne die Haltewirkung zu gefährden, der durch die Nahtschweißung bereitgestellt wird, so dass Abnutzung, ein Abreißen und ein Abstumpfen von Beschneideausrüstung ansteigen, und zwar hervorgerufen durch das Schneiden durch die gehärtete Schweißschmelze hindurch. Die Nahtschweißung verhindert hierdurch in einigen Umständen, dass die Zündspitze so nahe wie gewünscht an der freien Endfläche des Masseelektrodenkörpers positioniert werden kann. Wie nachstehend beschrieben werden wird, kann das Zündplättchen 38 andererseits ohne die Einschränkungen, die mit Nahtschweißungen einhergehen, benachbart zu und sogar genau an der freien Endfläche 42 positioniert werden. Ein Beschneidevorgang kann ebenfalls durchgeführt werden, ohne die Haltewirkung zu kompromittieren, die durch die Schweißverbindung 44 bereitgestellt wird.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 3 kann eine Distanzabmessung D, die zwischen der Seitenfläche 40 des Zündplättchens 38 und der freien Endfläche 42 des GE-Körpers 18 gemessen wird, kleiner sein als bei den bekannten Zündspitzen mit Nahtschweißungen, was dazu beitragen kann, eine verbesserte Zündbarkeit und ein verbessertes Flammenkernwachstum während eines Funkenbildungsvorganges zu gewährleisten. Die Distanz D, so wie der Begriff vorliegend verwendet wird, ist die kürzeste geometrische geradlinige Entfernung bzw. Distanz zwischen der Seitenfläche 40 und der freien Endfläche 42; bei der Ausführungsform der 3, ist es so, dass die Distanz D eine Lateraldistanz bzw. Querdistanz ist, die senkrecht zu den parallelen Flächen 40, 42 gemessen wird, und zwar in einer Ebene parallel zu der Arbeitsfläche 28, in anderen Ausführungsformen muss die Distanz D jedoch nicht notwendigerweise orthogonal zu Flächen des Zündplättchens und des GE-Körpers sein, und kann in unterschiedlichen Ebenen vorhanden sein; tatsächlich könnte, wie es nachstehend in unterschiedlichen Ausführungsformen beschrieben ist, die Distanz D null sein. Der exakte Wert der Distanz D kann in unterschiedlichen Ausführungsformen variieren, begründet jedoch eine bündige oder nahezu bündige Beziehung zwischen der freien Endfläche 42 und der Seitenfläche 40. In einigen nicht einschränkenden Beispielen kann die Distanz D kleiner gleich etwa 0,7 Millimeter (mm) sein, kann kleiner gleich etwa 0,25 mm sein, kann kleiner gleich etwa 0,15 mm sein oder kann größer sein als 0, jedoch kleiner gleich etwa 0,7 mm oder 0,25 mm. Es ist herausgefunden worden, dass die Maßnahme, den Wert der Distanz D innerhalb dieser Beträge zu halten, dazu führt, dass das Zündplättchen 38 in stärkerem Maße freiliegt und folglich die Zündbarkeit und das Flammenkernwachstum verbessert werden, wie auch sich ein besseres Wärme- bzw. Thermo-Management des GE-Körpers 18 ergibt. Wenn bspw. der Wert der Distanz D aus diesen Beträgen herausfällt, kann es sein, dass der Funken, der mit oder über das Zündplättchen ausgetauscht wird, für das Luft-/Brennstoffgemisch nicht so leicht verfügbar ist wie gewünscht, und die Zündbarkeit und das Flammenkernwachstum können wiederum nicht in dem Maße verbessert werden wie gewünscht.
In ähnlicher Weise werden eine erhöhte Zündbarkeit und ein verbessertes Flammenkernwachstum sowie ein besseres Thermo-Management bereitgestellt, wenn gewisse Beziehungen erfüllt werden, die sich auf die Distanz D beziehen. In einigen nicht einschränkenden Beispielen kann die Distanz D, gemessen zwischen der Seitenfläche 40 und der freien Endfläche 42, in einem Bereich zwischen etwa 0 % bis etwa 500 % einer Dickenabmessung T (2) des Zündplättchens 38 liegen. Obgleich die Dickenabmessung T in 2 gezeigt ist, nachdem das Zündplättchen 38 an dem GE-Körper 18 angebracht ist, ist die Dickenabmessung T, so wie vorliegend verstanden, tatsächlich eine Messung, die vorgenommen wird, bevor das Plättchen an dem GE-Körper angebracht wird. In einigen nicht einschränkenden Beispielen liegt die Abmessung T der Dicke des Zündplättchens 38 in einem Bereich zwischen etwa 0,05 mm und etwa 0,2 mm; in einem Bereich zwischen etwa 0,1 mm und etwa 0,16 mm; oder beträgt etwa 0,13 mm; andere Dickenbereiche und -werte sind in anderen Beispielen möglich. Ferner kann die Distanz D in einem Bereich liegen zwischen etwa 0 % bis etwa 200 % der Dicke des Zündplättchens 38, kann in einem Bereich zwischen etwa 100 % bis etwa 500 % der Dicke des Plättchens liegen, oder kann in einem Bereich zwischen etwa 100 % bis etwa 200 % der Dicke des Plättchens liegen. Ferner können weitere Beziehungen eine Breitenabmessung W (3) der Schweißverbindung 44 mit einbeziehen. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die Distanz D in einem Bereich zwischen etwa 0 % bis etwa 150 % der Breite W liegen, kann in einem Bereich zwischen etwa 50 % bis etwa 150 % der Breite W liegen, kann in einem Bereich zwischen etwa 50 % bis etwa 100 % der Breite W liegen, oder kann in einem Bereich zwischen etwa 100 % bis etwa 150 % der Breite W liegen. In einigen nicht einschränkenden Beispielen kann die Breite W der Schweißverbindung 44 in einem Bereich zwischen etwa 0,14 mm und etwa 0,30 mm liegen. Werte innerhalb von jeweiligen Bereichen beinhalten, so wie es vorliegend verstanden wird, den unteren und den oberen Grenzwert jener Bereiche, so dass z.B. der Bereich von 0 % bis 500 % die Werte 0 % und 500 % jeweils beinhaltet.
Wie es in 4 gezeigt ist, kann das Zündplättchen 38 in einer weiteren Ausführungsform eine Diamantorientierung haben, und ein freier Endabschnitt 46 des GE-Körpers 18 kann beschnitten sein. Bei der Diamantorientierung wird das Zündplättchen 38 bei einem Übergang von 3 zu 4 um seine Mitte bzw. Mittelachse gedreht, so dass eine erste Ecke 48 und eine zweite Ecke 50 sich in Ausrichtung befinden mit einer Längsausdehnung des GE-Körpers 18. Das beispielhafte Zündplättchen 38 weist eine generell quadratische Form auf und demzufolge liegt in der Diamantorientierung eine größte Abmessung des Zündplättchens quer über seine Funkenbildungsfläche zwischen den Ecken 48, 50 auf einer Linie mit einer Biegerichtung des GE-Körpers 18 in die L-Form um die Längsausdehnung; dies erleichtert eine Ausrichtung der Funkenstrecke bzw. eine Funkenstreckeneinstellung zwischen dem Zündplättchen 38 und der CE-Zündspitze 26 (wenn eine solche bereitgestellt ist), da die Abmessung zwischen den Ecken 48, 50 häufig größer sein kann als der Durchmesser der CE-Zündspitze, so dass das Plättchen und die Spitze sich während des Biegens leichter überlappen können. Ferner sind in der Diamantorientierung eine erste Seitenfläche 52 und eine zweite Seitenfläche 54 des Zündplättchens 38 generell in Richtung hin zu der freien Endfläche 42 des GE-Körpers 18 und hin zu einer offenen Seite 56 (siehe 1) des Zündendes der Zündkerze gerichtet.
Der freie Endabschnitt 46 des GE-Körpers 18 kann beschnitten oder in der radialen Richtung kegelförmig geformt werden, und zwar über einen Schneid- oder einen Trennprozess. Das Beschneiden kann durchgeführt werden mittels eines Schneidmessers, eines Lasers oder auf eine andere Art und Weise. In anderen Ausführungsformen kann das Zündplättchen 38 eine Diamantorientierung haben, und zwar ohne den radialen Beschnitt, und stattdessen mit einem freien Endabschnitt wie jenem der 3. Das Beschneiden stellt den freien Endabschnitt 46 der 4 mit einer ersten freien Endfläche 58 und einer zweiten freien Endfläche 60 bereit, die sich an einer freien Endecke 62 schneiden. Die erste und die zweite freie Endfläche 58, 60 können jeweils unter einem Winkel von etwa fünfundvierzig Grad relativ zu der Längsausdehnung des GE-Körpers 18 geschnitten werden, und können daher relativ zueinander an der freien Endecke 62 einen Winkel von etwa neunzig Grad definieren. Die freie Endecke 62 kann nach dem Schneidprozess mit einer Spitze belassen werden, oder kann etwas abgerundet werden.
Wie bei der Ausführungsform der 3 sind die Seitenflächen 52, 54 des Zündplättchens 38 bei der 4 in engerer Nachbarschaft zu - und in manchen Fällen genau auf - den jeweiligen freien Endflächen 58, 60, und zwar verglichen mit bekannten Zündspitzen mit Nahtschweißungen. Die Ecken 48, 62 können in ähnlicher Weise in engerer Nachbarschaft zu und in manchen Fällen genau aufeinander sein. Auch dies stellt die verbesserte Zündbarkeit und das verbesserte Flammenkernwachstum bei besserem Thermo-Management bereit, wie oben beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird eine erste Distanzabmessung D₁ zwischen der parallelen ersten Seitenfläche 52 und der ersten freien Endfläche 58 gemessen, eine zweite Distanzabmessung D₂ wird zwischen der parallelen zweiten Seitenfläche 54 und der zweiten freien Endfläche 60 gemessen, und eine dritte Distanzabmessung D₃ wird zwischen der ersten Ecke 48 und der freien Endecke 62 gemessen. Die Distanzen D₁ , D₂ , und D₃ der 4 sind ähnlich zu der Distanz D der 3, und die Beschreibung der Messung der Distanz D, der Werte und der Beziehungen der Distanz D, wie oben angegeben, sind hier für die Distanzen D₁ , D₂ und D₃ anwendbar. Wie groß auch immer die Werte oder Beziehungen sind, die Distanzen D₁ , D₂ und D₃ müssen nicht notwendigerweise gleich sein, so dass z.B. die erste Distanz D₁ kleiner gleich etwa 0,7 mm sein könnte, wohingegen die zweite Distanz D₂ in einem Bereich zwischen etwa 100 % bis etwa 200 % der Dicke des Zündplättchens 38 liegen könnte. Ferner kann aufgrund der Tatsache, dass die Diamantorientierung zwei Seitenflächen (erste und zweite Seitenfläche 52, 54) bereitstellt, die in Richtung hin zu der offenen Seite 56 gerichtet sind, im Gegensatz zu einer einzelnen Seitenfläche wie bei der Ausführungsform der 3, die Diamantorientierung sogar noch eine erhöhte Zündbarkeit und ein sogar noch erhöhtes Flammenkernwachstum bereitstellen als jene, die bei der Ausführungsform der 3 bereitgestellt werden, obgleich dies nicht notwendigerweise immer der Fall ist. Es wird derzeit angenommen, dass ein Grund für diese sogar noch größere Steigerung darin liegt, dass Funken manchmal leichter mit oder durch Oberflächenkanten oder -schnitte ausgetauscht werden, und die Oberflächenkanten und - schnitte der 4 für das eingespritzte Luft-/Brennstoffgemisch über die Distanzen D₁ , D₂ und D₃ noch leichter verfügbar bzw. zugreifbar sind.
Unter Bezugnahme auf 5 kann in einer weiteren Ausführungsform das Beschneiden des freien Endabschnittes 46 des GE-Körpers 18 auch durch das Zündplättchen 38 selbst hindurch ausgeführt werden, im Gegensatz zu der Ausführungsform der 4, bei der das Zündplättchen unbeschnitten bleibt, und zwar nach dessen Anbringung und in seinem Zustand des Gebrauchs. Das vorliegende Beschneiden oder Vor-Beschneiden stellt den freien Endabschnitt 46 mit der ersten freien Endfläche 58, der zweiten freien Endfläche 60 und einer dritten freien Endfläche 64 bereit. Wie es nachstehend in größerer Genauigkeit beschrieben werden wird, kann die Schweißverbindung 44 innerhalb bzw. einwärts der Seitenflächen des Plättchens angeordnet sein, wodurch ein außenliegender bzw. außenbords liegender und im Wesentlichen unangebrachter Abschnitt 66 erzeugt wird. Bei dieser Ausführungsform wird der Vorgang des Beschneidens durch einen Abschnitt des unangebrachten Abschnittes 66 hindurch ausgeführt. Der Schnitt oder die Trennung, die die erste freie Endfläche 58 bereitstellt, geht physikalisch durch den unangebrachten Abschnitt 66 hindurch, und zwar benachbart zu einer ersten Seitenfläche 68, wobei der Schnitt oder die Trennung, die die zweite freie Endfläche 60 bereitstellt, physikalisch durch den unangebrachten Abschnitt hindurchgeht, und zwar benachbart zu einer zweiten Seitenfläche 70, und wobei der Schnitt oder die Trennung, die die dritte freie Endfläche 64 bereitstellt, physikalisch durch den unangebrachten Abschnitt hindurchgeht, und zwar benachbart zu einer dritten Seitenfläche, und eine neu geformte dritte Seitenfläche, oder eine beschnittene Seitenfläche 72 des Zündplättchens 38 erzeugt. Die Flächen 64, 72 sind bei dieser Ausführungsform parallel und bündig, wohingegen die Flächen 58, 68 und 60, 70 nicht parallel zueinander verlaufen.
Wenn das Beschneiden durch den unangebrachten bzw. nicht angebrachten Abschnitt 66 hindurchgeht, hat die Distanzabmessung D, so, wie sie zuvor vorgestellt worden ist, einen Wert von null. Mit anderen Worten sind die jeweiligen Seitenflächen des Zündplättchens 38 und die freien Endflächen des GE-Körpers 18 bündig und ausgerichtet miteinander und sind gewissermaßen Fortsetzungen der gleichen Fläche. Beispielsweise ist ein Teil der ersten Seitenfläche 68 über das Beschneiden neu geformt und befindet sich genau an der ersten freien Endfläche 58, und daher ist die Distanzabmessung D gleich null; gleichermaßen ist ein Teil der zweiten Seitenfläche 70 neu geformt und befindet sich genau an der zweiten freien Endfläche 60, was dazu führt, dass die Distanzabmessung D ebenfalls einen Nullwert hat; und die dritte gesamte Seitenfläche 72 befindet sich genau auf und ist ausgerichtet mit der dritten freien Endfläche 64, was dazu führt, dass die Distanzabmessung D einen Nullwert aufweist. Bei der Ausführungsform der 5 wird das Beschneiden nicht durch die Schweißverbindung 44 hindurch ausgeführt, obgleich dies der Fall sein könnte. Wie zuvor stellen die Nullwerte der Distanzen D bei dieser Ausführungsform die verbesserte Zündbarkeit und das verbesserte Flammenkernwachstum sowie das bessere Thermo-Management bereit, wie oben beschrieben.
Der Vorgang des Beschneidens könnte auch durch die unangebrachten bzw. nicht angebrachten Abschnitte bei den Ausführungsformen der 3 und 4 hindurch ausgeführt werden, was dazu führen würde, dass die Distanzen D, D₁ , D₂ und D₃ jeweils einen Nullwert besitzen würden.
Unter Bezugnahme auf 6 kann bei einer noch weiteren Ausführungsform das Beschneiden des freien Endabschnittes 46 des GE-Körpers 18 durch einen Abschnitt der Schweißverbindung 44 hindurch erfolgen. Das Beschneiden ist hier bogenförmig und stellt eine abgerundete freie Endfläche 74 des freien Endabschnittes 46 bereit. Der Schnitt oder die Trennung geht physikalisch durch einen am weitesten außenliegenden Abschnitt der Schweißverbindung 44 hindurch und erzeugt eine Seitenfläche 76 des Zündplättchens 38. Obgleich bei dieser Ausführungsform das Beschneiden tatsächlich durch die Schweißverbindung 44 hindurch erfolgt, beeinflusst dies die Haltefähigkeiten nicht wesentlich, die durch die Schweißverbindung zwischen dem Zündplättchen 38 und dem GE-Körper 18 bereitgestellt werden. Die Distanzabmessung D hat hier, ähnlich wie bei früheren Ausführungsformen, einen Wert von Null, und stellt daher eine verbesserte Zündbarkeit und verbessertes Flammenkernwachstum sowie ein besseres Thermo-Management bereit. Es ist möglich, dass das Beschneiden gerade so über die Schweißverbindung 44 hinaus erfolgt, wie im Fall der 5, so dass die Schweißverbindung vollständig intakt bleibt.
Unter Bezugnahme auf 7 weist gemäß einer noch weiteren Ausführungsform das Zündplättchen 38 eine generell kreisförmige Form auf, und der freie Endabschnitt 46 ist an seinen Seiten beschnitten, jedoch nicht an seiner Oberseite bzw. Vorderseite. Wie bei vorherigen Ausführungsformen lässt sich die Beschreibung für die Messung der Distanz D, für die Werte und die Beziehungen der Distanz D hier für die Distanzen D₁ , D₂ , und D₃ anwenden, und die Distanzen D₁ , D₂ und D₃ müssen nicht notwendigerweise einander gleich sein. Ferner könnte, wie bei vorherigen Ausführungsformen, die Trennung oder der Schnitt physikalisch durch das Zündplättchen 38 hindurch verlaufen.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 2 und 3 wird das Zündplättchen 38 als ein dünnes Plättchen in jenem Sinne bereitgestellt, dass seine größte Breitenabmessung quer über eine Funkenbildungsfläche 78 gewöhnlich einige Male oder mehrfach größer ist als seine größte axiale Dickenabmessung T durch das Zündplättchen hindurch. Das dünne Plättchen ist gegenüber vielen bislang bekannten Zündspitzen-Konfigurationen mit sog. Feindrahtkonstruktionen, bei denen die größte Breitenabmessung quer über die Funkenbildungsfläche des Drahtes (d.h. Durchmesser) kleiner ist als die Dickenabmessung des Drahtes (d.h. axiale Höhe) unterschiedlich. Seine dünne Form bzw. Dünnheit verleiht dem Zündplättchen 38 eine relativ große Funkenbildungsfläche 78 bezogen auf die Gesamtmenge an verwendetem Edelmetall, was zu Kosteneinsparungen führt, insbesondere im Vergleich zu bislang bekannten Feindrahtspitzen. Die Funkenbildungsfläche 78 steht einer komplementären Funkenbildungsfläche an der CE (mit oder ohne diskrete Zündspitze 26) direkt gegenüber bzw. konfrontiert diese, wobei zwischen diesen Flächen quer über die Funkenstrecke G während des Betriebs der Zündkerze 10 Funken ausgetauscht werden.
Wie es in 3 gezeigt ist, kann die Schweißverbindung 44 eine einzelne kontinuierliche Schweißung oder eine aufgeschmolzene Verbindung („molten bond“) sein, die sich vollständig einwärts oder radial innerhalb einer Umfangskante P und der Seitenfläche 40 befinden und die generell der Form der Umfangskante P folgt, im vorliegenden Fall ein Quadrat bzw. Rechteck. In einer weiteren Ausführungsformen, die in den Figuren nicht gezeigt ist, muss die Schweißverbindung 44 nicht vollständig einwärts bzw. innerhalb der Umfangskante P angeordnet sein und könnte stattdessen aus diskreten einzelnen Schweißverbindungen (d.h. einer nicht kontinuierlichen Schweißung) aufgebaut sein; bspw. könnte die Schweißverbindung außerhalb bzw. außenbords der Umfangskante P an dem GE-Körper 18 beginnen und/oder enden (d.h. Schweißstart- und Stopppunkte an dem GE-Körper selbst), oder könnte durch diskrete Linien gebildet sein, die sich vollständig quer über das Zündplättchen 38 erstrecken und einander kreuzen. Bei der Ausführungsform der 3 ist durch die Anordnung einwärts und die Kontinuität ein erster oder innerer unverschmolzener Abschnitt 80 innerhalb der radial innenliegenden Grenzen der Schweißverbindung 44 definiert, und der unangebrachte bzw. nicht angebrachte Abschnitt 66 ist radial außerhalb der Schweißverbindung definiert und erstreckt sich hin zu der Umfangskante P. Ferner stellt die Schweißverbindung 44 eine verbesserte Haltekraft für das Zündplättchen 38 und eine verbesserte Konsistenz zwischen Schweißverbindungen von hergestellten Zündkerzen bereit, verglichen mit zuvor bekannten Nahtschweißungen.
Das Zündplättchen 38 ist vorzugsweise aus einem Edelmetallmaterial hergestellt und kann in seine dünne Form geformt werden, bevor oder nachdem es an den GE-Körper 18 geschweißt wird. Das Zündplättchen 38 kann aus einem reinen Edelmetall hergestellt sein oder aus einer Edelmetalllegierung, wie jene, die Platin (Pt), Iridium (Ir), Ruthenium (Ru) oder eine Kombination hiervon aufweisen. In einigen nicht einschränkenden Beispielen ist das Zündplättchen 38 aus einer Pt-Legierung hergestellt, die zwischen etwa 10 Gew.-% und etwa 30 Gew.-% Ni enthält und/oder Ir, wobei der Rest Pt ist, oder einer solchen Legierung, die zwischen etwa 1 Gew.-% und etwa 10 Gew.-% Wolfram (W) enthält, wobei der Rest durch Pt gebildet ist; in allen vorstehenden Pt-Legierungsbeispielen könnten auch andere Materialien wie Ir, Ru, Rhodium (Rh), Rhenium (Re) oder eine Kombination hiervon enthalten sein. Andere Materialien sind für das Zündplättchen 38 möglich, einschließlich von reinem Pt, reinem Ir, reinem Ru, um einige zu nennen. Bevor das Zündplättchen 38 an den GE-Körper 18 geschweißt wird, kann es durch verschiedene Prozesse und Schritte hergestellt werden, einschließlich von Erwärmen, Schmelzen und metallischer Bearbeitung („metalworking“). In einem Beispiel wird das Zündplättchen 38 ausgestanzt, geschnitten oder auf eine sonstige Art und Weise aus einer dünnen Lage oder einem dünnen Band aus Edelmetallmaterial gebildet; in einem weiteren Beispiel wird das Zündplättchen aus einem Draht aus Edelmetallmaterial geschnitten oder scheibenweise abgetrennt, und zwar mittels einer Diamantsäge oder eines anderen Trennwerkzeuges, wobei der abgetrennte Teil dann weiter abgeflacht oder metallisch bearbeitet werden kann, um dessen Form zu verfeinern.
Das Zündplättchen 38 kann an dem GE-Körper 18 durch eine Anzahl von Schweißarten, -techniken, -prozessen, -schritten, etc. angebracht werden. Das genaue Anbringungsverfahren, das verwendet wird, kann, neben anderen Randbedingungen, von den Materialien abhängen, die für das Zündplättchen 38 und für den GE-Körper 18 verwendet werden, sowie auch von der genauen Form und Größe des Zündplättchens. In einem nicht zur Erfindung gehörenden Beispiel können eine Faserlaserschweißart und -technik durchgeführt werden, als auch andere Laserschweißarten und -techniken, die eine Nd:YAG-, eine CO₂-, eine Dioden-, eine Scheiben- und eine Hybridlaser-Ausrüstung verwenden, und zwar mit oder ohne Schutzgas (z.B., Argon), um die geschmolzene Schweißschmelze zu schützen.
Bei dem nicht zur Erfindung gehörenden Faserlaserbeispiel emittiert der Faserlaser einen relativ konzentrierten Strahl mit hoher Energiedichte, der die Schweißverbindung 44 erzeugen kann, auch bezeichnet als Keyhole-Schweißverbindung bzw. Lasertiefschweißverbindung; andere Laserstrahlen können ebenfalls einen Strahl geeigneter Konzentration und hoher Energiedichte und eine Keyhole-Schweißung erzeugen. Der Strahl kann ein nicht-gepulster oder ein Strahl mit kontinuierlicher Welle („CW-Strahl“), ein gepulster Strahl oder ein Strahl von irgendeinem anderen Typ sein. Bei den nicht zur Erfindung gehörenden Ausführungsformen der Figuren befindet sich der Eintrittspunkt des Strahls an der Funkenbildungsfläche 78, und die emittierte thermische Energie durchdringt die Dicke T des Zündplättchens 38 vollständig und dringt vertikal in den GE-Körper 18 ein, und zwar unterhalb der Fläche-zu-Fläche-Schnittstelle. Der Strahl kann unter einem generell orthogonalen Winkel relativ zu der Funkenbildungsfläche 78 ausgerichtet sein, oder kann unter einem anderen, nicht orthogonalen Winkel ausgerichtet sein. In einem speziellen Beispiel hat der nicht zur Erfindung gehörende Laserschweißstrahl eine Wiederholrate von 500 Hz, eine Impulsperiode von 2 ms, ein Impulsbreite von 0,7 ms, ein Tastverhältnis von 35 %, eine Schweißgeschwindigkeit von 25 mm/s, eine Distanz von Impuls zu Impuls von 0,05 mm, eine Gasströmungsrate von 30 SCFH, und eine Laserleistung von 70-100 W; in anderen Beispielen sind natürlich andere Parameter für den nicht zur Erfindung gehörenden Laserschweißstrahl möglich.
Bei einem weiteren beispielhaften nicht zur Erfindung gehörenden Anbringungsverfahren wird eine Widerstandsschweißung als ein vorläufiges Heftschweißen vor dem Laserschweißen durchgeführt. Erfindungsgemäß wird eine Widerstandsschweißung als die einzige und primäre Schweißung zur Anbringung ohne Laserschweißen durchgeführt. In einem nicht zur Erfindung gehörenden Fall, und nunmehr unter Bezugnahme auf 8, können ein erster und ein zweiter Vorsprung in der Form von Schienen 43, 45 von einer Bodenfläche 47 des Zündplättchens 38 vorstehen. Die Bodenfläche 47 liegt der Arbeitsfläche 28 des GE-Körpers 18 beim Zusammenbau gegenüber. Während des Widerstandsschweißprozesses wird ein elektrischer Stromfluss mittels der Schienen 43, 45 konzentriert, und folglich wird an den Schienen eine erhöhte Wärme erzeugt. Auf diese Weise wird das Widerstandsschweißen an den Schienen 43, 45 erleichtert, und zwischen dem Zündplättchen 38 und dem GE-Körper 18 kann eine stärkere Schweißung bzw. Schweißverbindung gebildet werden, verglichen mit einer Widerstandsschweißverbindung ohne Vorsprünge. Dies kann auch eine Trennung zwischen dem Zündplättchen 38 und dem GE-Körper 18 hemmen oder insgesamt ausschließen, da erhöhte Schweißtemperaturen an den Schienen 43, 45 es ermöglichen können, dass das Zündplättchen bündig gegen die Arbeitsfläche 28 zum Liegen kommt. In 8 sind die Schienen 43, 45 abgerundet, geometrisch linear und erstrecken sich vollständig über die Bodenfläche 47, dies ist jedoch lediglich ein Beispiel. In anderen Beispielen könnten Vorsprünge V-förmig sein, die Schienen könnten, verglichen mit 8, abgekürzt bzw. trunkiert sein, es könnten mehr oder weniger als zwei Vorsprünge vorgesehen sein, und/oder die Vorsprünge könnten einfach knopfartige Höcker sein. Unabhängig von ihrer Form hat der Vorsprung eine Höhe H, die sich von Ausführungsform zu Ausführungsform unterscheiden kann. In spezifischen Beispielen könnte die Höhe H in einem Bereich zwischen etwa einer Hälfte eines Tausendstel eines Zolls (0,0005 Zoll oder 0,0127 mm) bis zu etwa zwei Tausendstel eines Zolls (0,002 Zoll oder 0,0508 mm) liegen, oder die Höhe H könnte eine Hälfte der Dickenabmessung T des Zündplättchens 38 sein. In anderen Ausführungsformen kann die Höhe H natürlich andere Werte haben. Ferner kann das Zündplättchen 38 gereinigt werden, um Öl, Schmutz und andere Kontaminierungsstoffe von den Außenflächen des Plättchens vor dem Schweißen zu entfernen; auch dies kann das Schweißen erleichtern und die Bildung einer stärkeren bzw. festeren Schweißverbindung ermöglichen.
In sämtlichen Ausführungsformen, die in der vorliegenden Beschreibung präsentiert werden, könnte das Zündplättchen 38 in der Form eines mehrschichtigen Zündplättchens bereitgestellt werden, wie es in 9 gezeigt ist. Ob eine mehrschichtige Konstruktion in einer bestimmten Ausführungsform verwendet wird, kann, neben anderen Faktoren, von den genauen Materialien abhängen, die für das Zündplättchen und den darunter liegenden Elektrodenkörper ausgewählt sind, und deren Kompatibilität hinsichtlich Schweiß- und thermischen Übertragungseigenschaften. Das Beispiel der 9 beinhaltet eine Basismetallschicht 49 und eine Edelmetallschicht 51. Die Basismetallschicht 49 wirkt als eine Stütze, um der dünneren Edelmetallschicht 51 Stärke und Steifigkeit zu verleihen, und ist vorzugsweise aus einem Material hergestellt, das die anfängliche Schweißbarkeit und die darauffolgende Haltekraft an dem GE-Körper 18 verbessert. Mit anderen Worten kann das Edelmetallmaterial in manchen Fällen leichter angebracht und an dem Material der Basismetallschicht 49 gehalten werden als direkt an dem GE-Körper 18 (wie es der Fall ist, wenn dünne mehrschichtige Bänder hergestellt werden). Beispiele von Materialien für die Basismetallschicht 49 beinhalten Ni-Legierungen, die Cr, Fe, Aluminum (AI), Mn, Si und/oder ein weiteres Element beinhalten können; und genauere Beispiele beinhalten Inconel® 600 oder 601. Die Edelmetallschicht 51 tauscht andererseits Funken über die Funkenstrecke G aus, wie zuvor beschrieben, und kann aus reinen Edelmetallen oder aus Edelmetalllegierungen hergestellt sein, wie oben für das Zündplättchen 38 dargestellt. Nochmals, das mehrschichtige Zündplättchen der 9 kann in jeder der Ausführungsformen der 3-7 anstelle des Zündplättchens aus einem einzelnen Material verwendet werden, als auch in sämtlichen Ausführungsformen, die in der vorliegenden Beschreibung im Detail dargestellt sind.
Während der Herstellung der Zündkerze 10 können der GE-Körper 18 und das Zündplättchen 38 auf verschiedene Arten vorbereitet und zusammengebaut bzw. zusammengesetzt werden. In einem Beispiel und unter Bezugnahme auf 10 wird in einem Schritt 100 der GE-Körper 18 an der Metallhülle 16 angebracht, und zwar an der Anbringungsschnittstelle 24 über einen Widerstandsschweißprozess. Die schematische Darstellung in der Figur zeigt den GE-Körper 18 in einem nicht fertiggestellten Zustand und bevor er in seine finale L-Form gebogen wird. In einem Schritt 200 wird das Zündplättchen 38 vorläufig an dem freien Endabschnitt 46 des GE-Körpers 18 angebracht, und zwar über eine Heft- oder Widerstandsschweißverbindung - bei diesem Beispiel weist das Zündplättchen eine Diamantorientierung auf. Bei diesem Schritt können die Distanzen D₁ , D₂ und D₃ zwischen den Seitenflächen des Zündplättchens und den freien Endflächen des GE-Körpers die zuvor beschriebenen Werte und Beziehungen erfüllen oder auch nicht. In einem Schritt 300 wird der freie Endabschnitt 46 über einen Schneid- oder Trennprozess beschnitten. Das Beschneiden ist bei diesem Beispiel ähnlich zu jenem Schritt, der in Verbindung mit 4 beschrieben worden ist. Und hier erfüllen die Distanzen D₁ , D₂ und D₃ die oben beschriebenen Werte und Beziehungen, so dass das Zündplättchen 38 und der GE-Körper 18 eine verbesserte Zündbarkeit und ein verbessertes Flammenkernwachstum sowie ein besseres Thermo-Management bereitstellen. Schließlich erfolgt in 10 ein nicht zur Erfindung gehörendee Schritt 400, bei dem das Zündplättchen 38 permanenter bzw. dauerhafter an dem freien Endabschnitt 46 angebracht wird, und zwar über eine Laserschweißung, die die Schweißverbindung 44 erzeugt. Nach dem Schritt 400 können ein Biegeprozess und ein Spalt- bzw. Funkenstreckeneinstellprozess durchgeführt werden, um den GE-Körper 18 in seine endgültige L-Form zu bringen.
Andere Vorbereitungs- und Zusammenbauprozesse können mehr, weniger und/oder unterschiedliche Schritte aufweisen als jene, die in Bezug auf 10 beschrieben worden sind. Beispielsweise könnte vor dem Beschneidungsschritt ein nicht zur Erfindung gehörender Laserschweißprozess durchgeführt werden, und der Schnitt oder die Trennung könnte - wie zuvor in Verbindung mit 5 beschrieben - dann durch den unangebrachten Abschnitt 66 hindurchgehen. In einem weiteren Beispiel muss keine vorläufige Anbringung erfolgen, und stattdessen könnte nur die permanentere nicht zur Erfindung gehörende Laserschweißung erfolgen, und zwar vor oder nach dem Beschneiden, oder die vorläufige Anbringung könnte auf eine andere Art und Weise bereitgestellt werden, wie durch mechanisches Klemmen. In noch einem weiteren Beispiel muss der Beschneidungsschritt nicht durchgeführt werden, und das Zündplättchen 38 muss keine Diamantorientierung haben - dies könnte die Ausführungsform der 3 erzeugen. In einem erfindungsgemäßen Beispiel wird das Laserschweißen weggelassen werden, und stattdessen wird eine Widerstandsschweißung die permanente Anbringung des Schrittes 400 bereitstellen.
Es wurde ein thermisches Testen durchgeführt, um die Halte-Leistungsfähigkeit zwischen dem Zündplättchen 38 und einem Elektrodenkörper zu beobachten. Bei dem Testen wurden das Zündplättchen 38 und der Elektrodenkörper aneinander mittels einer Laserschweißung angebracht, und zwar ähnlich der Ausführungsform der 3, mit einem Zündplättchen aus Pt30Ni. Generell setzte das thermische Testen das Zündplättchen 38, den Elektrodenkörper und die Schweißverbindung 44 einer erhöhten Temperatur für eine relativ kurze Zeitspanne aus, wobei man die Anordnung dann auf Umgebungstemperatur abkühlen ließ. Das Testen sollte thermische Expansions- und Kontraktions-Spannungen nachbilden, die extremer sind als jene, die in einer Anwendung in einem typischen Verbrennungsmotor erfahren werden. Bei dem beispielhaften ausgeführten Testen wurde eine Probe-Zündkerze in einer kragenartigen Struktur montiert, die aus einem Messingmaterial hergestellt ist. Die Kragenstruktur wurde an der Hülle der Probe-Zündkerze festgelegt und befand sich nicht in direkter Anlage an dem Elektrodenkörper; die Montagestruktur wirkte als eine Wärmesenke und erleichterte das Abkühlen. Es wurde dann eine Induktions-Heizeinrichtung verwendet, um das angebrachte Zündplättchen 38 und den Elektrodenkörper auf etwa 1.700 °F zu erwärmen, und zwar für etwa zwanzig Sekunden. Hiernach ließ man das Zündplättchen 38 und den Elektrodenkörper in Ruhe hinab auf etwa Raumtemperatur oder etwas oberhalb von Raumtemperatur abkühlen. Dieser Anstieg und dieser Abfall hinsichtlich der Temperatur bildete einen einzelnen Testzyklus, und das thermische Testen wurde an mehrfachen Probe-Zündkerzen ausgeführt. Im Mittel waren die Probe-Zündkerzen dazu in der Lage, über einhundertfünfundsiebzig Zyklen auszuhalten, ohne signifikante Brüche, Trennungen oder andere Zustände zu zeigen, die die Haltekraft zwischen dem Zündplättchen 38 und dem Elektrodenkörper negativ beeinflussen könnten. Der Wert von einhundertundfünfundsiebzig Zyklen ist beträchtlich größer als die einhundertundfünfundzwanzig Zyklen, die man für derartige Produkte häufig als akzeptabel ansieht, und dies war im Hinblick darauf, wie dünn die Zündplättchen waren, unerwartet. Die beim Testen hier ausgehaltenen Zyklen sind auch vergleichbar zu Plättchen mit einer sehr viel größeren Dicke als die dünnen getesteten 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.
Wie es in den 11-14 gezeigt ist, weist eine erfindungsgemäßeAusführungsform des Zündplättchens 38 einen Vorsprung 90 auf, der von einer Bodenseite 92 (13) des Zündplättchens 38 vorsteht. Wie es nachstehend in größerer Genauigkeit beschrieben ist, wird inmitten bzw. während eines Widerstandsschweißprozesses ein elektrischer Stromfluss durch den Vorsprung 90 hindurch konzentriert, und somit wird an dem Vorsprung 90 eine größere Wärme erzeugt. Auf diese Weise erleichtert der Vorsprung 90 eine Anbringung zwischen dem Zündplättchen 38 und dem GE-Körper 18, die nur über eine Widerstandsschweißung erfolgt und ohne das Durchführung einer Laserschweißung, wobei nach wie vor die Anforderungen an die Anbringung und an die Haltekraft von Serien- bzw. Produktionszündkerzen erfüllt werden. Bei der durch die 11-14 präsentierten Ausführungsform liegt ein einzelner Vorsprung 90 vor. Es ist herausgefunden worden, dass in manchen Fällen ein einzelner Vorsprung - wie der eine Vorsprung in den Figuren - bessere Haltekraft- und Anbringungsfähigkeiten bereitstellt als mehrfache Vorsprünge. Der einzelne Vorsprung 90 kann einen größeren Versatz in den GE-Körper 18 hinein bereitstellen bzw. ermöglichen, und zwar verglichen mit beispielsweise einem doppelten oder einem dreifachen Vorsprung, obgleich der doppelte oder dreifache Vorsprung für andere Ausführungsformen nach wie vor geeignet ist (das heißt der doppelte Vorsprung wurde zuvor in Verbindung mit 8 beschrieben, und der beschriebene Gegenstand lässt sich in einigen Ausführungsformen auf das Zündplättchen 38 der 11-14 anwenden). Ohne zu beabsichtigen, dass eine Bindung an irgendeine Theorie der Ursache erfolgt, ist gezeigt worden, dass inmitten des Widerstandsschweißens dann, sobald ein Fläche-zu-Fläche-Kontakt zwischen dem Zündplättchen 38 und dem GE-Körper 18 eingerichtet ist, die Bildung einer widerstandsgeschweißten Schweißverbindung messbar abnimmt und insgesamt anhalten bzw. unterbrochen werden kann. Und da der einzelne Vorsprung während des Widerstandsschweißens länger benötigt, um einen Fläche-zu-Fläche-Kontakt einzurichten, wird er mehr in den GE-Körper 18 hinein versetzt und es lassen sich eine verbesserte Haltekraft und eine verbesserte Anbringung zwischen dem Zündplättchen 38 und dem GE-Körper 18 erzielen. Darüber hinaus kann der einzelne Vorsprung einen elektrischen Stromfluss um ein größeres Maß konzentrieren als mehrfache Vorsprünge, was auch zu der verbesserten Haltekraft und Anbringung beitragen kann.
Unter besonderer Bezugnahme auf 13 besitzt der Vorsprung 90 eine generell abgerundete keilartige Form. Ein etwas verdickter Materialabschnitt des Zündplättchens 38 gegenüber der Funkenbildungsfläche 38 bildet den Vorsprung 90. Die gestrichelte und (in 13) mit 47 bezeichnete Linie stellt näherungsweise die Bodenfläche 47 der Ausführungsform der 8 dar und ist in 13 aus demonstrativen Zwecken gezeigt, um den Vorsprung 90 besser hervorzuheben. Der Abschnitt oberhalb der gestrichelte Linie 47 bildet den Vorsprung 90. Bei dieser Ausführungsform erstreckt sich der Vorsprung 90 vollständig über die Bodenseite 90, und zwar an allen Seiten des Zündplättchens 38. Der Vorsprung 90 besitzt einen Scheitel 94, der sich zwischen einer ersten Seite 96 des Zündplättchens 38 und einer zweiten Seite 98 des Zündplättchens 38 erstreckt. Wie es möglicherweise am besten in 13 dargestellt ist, ist der Scheitel 94 der höchste Teil des Vorsprunges 90 (der Begriff „höchste“ wird vorliegend unter Bezugnahme auf die Orientierung des Zündplättchens in 13 verwendet; in 12 ist der Scheitel 94 hingegen der unterste Teil des Vorsprungs 90). Der Scheitel 90 ist der dickste Abschnitt des Zündplättchens 38, gemessen zwischen der Funkenbildungsfläche 78 und der Bodenseite 92. Ausgehend von dem Scheitel 94 verringert sich die Dicke des Vorsprungs 90 in Richtung hin zu einer dritten Seite 100 des Zündplättchens 38, und die Dicke des Vorsprungs 90 nimmt in Richtung hin zu einer vierten Seite 102 des Zündplättchens 38 ab. Eine erste geneigte Fläche 104 erstreckt sich kontinuierlich schräg ausgehend von dem Scheitel 94 und hin zu der dritten Seite 100, und eine zweite geneigte Fläche 106 erstreckt sich kontinuierlich schräg ausgehend von dem Scheitel 94 und hin zu der vierten Seite 102. In anderen Ausführungsformen könnte der Vorsprung 90 unterschiedliche Gestaltungen und Konstruktionen haben als jene, die in den 11-14 dargestellt ist; beispielsweise kann der Vorsprung 90 eine stärker bzw. schärfer keilartige Form haben, so dass er im Schnittprofil einer V-Form ähnelt, und/oder der Vorsprung 90 muss sich nicht vollständig über die Bodenseite 92 erstrecken, und seine geneigten Flächen 104, 106 und/oder sein Scheitel 94 können stattdessen vor den Seiten des Zündplättchens enden.
In der Ausführungsform der 11-14 ist das Zündplättchen 98 vorzugsweise aus einem Pt-basierten Legierungsmaterial gebildet, das wenigstens 25 Gew.-% Ni enthält und das vorzugsweise Pt in einer Menge zwischen etwa 65 Gew.-% und etwa 75 Gew.-% enthält sowie Nickel in einer Menge zwischen etwa 25 Gew.-% und etwa 35 Gew.-%. Es ist sogar noch bevorzugter, wenn das Zündplättchen 38 der 11-14 aus einem Pt-basierten Legierungsmaterial gebildet ist, das etwa 70 Gew.-% Pt und etwa 30 Gew.-% Ni beinhaltet (das heißt Pt30Ni). Noch weitere Ausführungsformen können Pt-basierte Legierungsmaterialien beinhalten, die andere Elemente aufweisen, wie eines oder mehrere der folgenden Elemente: Wolfram (W), Palladium (Pd), Rhodium (Rh), Iridium (Ir) und/oder Rhenium (Re). Generell ist Platin teurer als Nickel und zeigt eine größere Dauerhaltbarkeit und ein besseres Erosionswiderstandsverhalten als Nickel, wenn es in einer Zündkerze verwendet bzw. gebraucht wird. Zum Zwecke der Kosteneinsparung ist es wünschenswert, die Menge an Platin in Zündkerzenspitzen zu reduzieren, ohne jedoch die Dauerhaltbarkeit und die Funkenbildungsfähigkeit zu gefähren. In dieser Hinsicht ist gezeigt worden, dass die relativ große Funkenbildungsfläche 78 des Zündplättchens die Gesamt-Dauerhaltbarkeit des Zündplättchens 38 verbessert - wohl am wahrscheinlichsten aufgrund der größeren Erstreckung des Oberflächenbereiches, der für den Austausch von Funken während des Gebrauchs zur Verfügung steht. Mit der verbesserten Dauerhaltbarkeit kann eine reduzierte Menge an Platin bereitgestellt werden und eine größere Menge an Nickel (z.B. Pt30Ni), ohne einen nennenswerten Verlust an Funkenbildungsfähigkeit zu erfahren oder überhaupt keinen Verlust hiervon. Mit anderen Worten begründet das größere Ausmaß bzw. das größere Maß des Oberflächenbereiches die verringerte Menge an Platin und die dazugehörige gefährdete Dauerhaltbarkeit, die ansonsten auftreten könnte. Eine geeignete Funkenbildungsfähigkeit bzw. Funkenbildungsleistung wird aufrechterhalten, und es können Kosteneinsparungen realisiert werden. In noch anderen Ausführungsformen kann das Zündplättchen 38 der 11-14 den mehrschichtigen Aufbau haben, wie er in Verbindung mit 9 beschrieben wurde; in diesen Ausführungsformen würde die Basismetallschicht aus den zuvor beschriebenen Ni-basierten Legierungen zusammengesetzt sein, und die Edelmetallschicht würde aus den in diesem Absatz oben beschriebenen Pt-basierten Legierungsmaterialien zusammengesetzt sein.
Darüber hinaus ermöglicht die gesteigerte Menge an Nickel die Durchführung von lediglich einem Widerstandsschweißen, ohne Laserschweißen, um das Zündplättchen 38 und den GE-Körper 18 aneinander anzubringen. Wie vorher erwähnt, trägt der Vorsprung 90 auch zu der Fähigkeit bei, das Laserschweißen aufgeben zu können. Das Entfernen bzw. Weglassen des Laserschweißens aus den Aufwendungen zur Anbringung und zur Einrichtung einer Haltekraft erhöht die Effizienz der Herstellung und spart Kosten ein. Die gesteigerte Menge an Nickel stellt eine Kompatibilität zwischen den Materialien des Zündplättchens 38 und des GE-Körpers 18 her, und zwar hinsichtlich Schweißbarkeit und Haltekraft. Wie es vorher beschrieben wurde, ist der GE-Körper 18 typischerweise aus einem Nickel-Legierungsmaterial hergestellt, wie Inconel^® 600 oder 601. Die Haltekraft ist verbessert, da die Materialien des Zündplättchens 38 und des GE-Körpers 18 weniger Unterschiede hinsichtlich ihrer jeweiligen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zeigen und sich während des Gebrauchs zu einem geringeren Maß relativ zueinander ausdehnen und zusammenziehen.
Der zur Anbringung des Zündplättchens 38 und des GE-Körpers 18 verwendete Widerstandsschweißprozess kann eine erste vorläufige Widerstandsschweißung (manchmal auch als Heftschweißung) involvieren, und eine zweite und darauffolgende permanente Widerstandsschweißung. Dennoch kann der Widerstandsschweißprozess auch lediglich eine einzelne Widerstandsschweißung involvieren. 14 zeigt eine schematische Darstellung eines Schweißdorns 108, der dazu verwendet werden kann, um den Widerstandsschweißprozess durchzuführen. Andere Ausrüstung kann natürlich bei dem Widerstandsschweißprozess verwendet werden, wie ein anderer Schweißdorn oder eine Widerstandsschweißelektrode, die auf einer gegenüberliegenden Seite des GE-Körpers 18 und gegenüberliegend dem Schweißdorn 108 angeordnet wird. Der Schweißdorn 108 weist eine Platte 110 mit einer Sichtoberfläche 112 auf, die die Funkenbildungsfläche 78 des Zündplättchens 38 während des Widerstandsschweißprozesses konfrontiert und kontaktiert, wie es in 14 dargestellt ist. Zu Beginn des Widerstandsschweißprozesses wird das Zündplättchen 38 gegen die Arbeitsoberfläche 28 des GE-Körpers 18 angeordnet, wobei die Bodenseite 92 und der Vorsprung 90 die Arbeitsoberfläche 28 berühren. Da der Scheitel 94 der unterste Teil des Vorsprunges 90 ist, stellt der Scheitel 94 einen Linie-zu-Fläche-Kontakt mit der Arbeitsoberfläche 98 her. Obgleich die Arbeitsoberfläche 28 in den 11, 12 und 14 mit einer Vertiefung 114 gezeigt ist, ist die Arbeitsoberfläche 28 vor dem Hindurchführen des elektrischen Stromes eben und ohne jede Vertiefung, und folglich kann der Linie-zu-Fläche-Kontakt hergestellt werden. Der Linie-zu-Fläche-Kontakt kann den einzigen Ort der Anlage bzw. Berührung zwischen dem Zündplättchen 38 und dem GE-Körper 18 zu diesem Zeitpunkt des Widerstandsschweißprozesses darstellen. Sobald alles an Ort und Stelle ist, kann der elektrische Strom eingeleitet und ausgehend von dem Schweißdorn 108 durch das Zündplättchen 38 hindurchgeführt werden. Gleichzeitig kann der Schweißdorn 108 eine Druckkraft gegen das Zündplättchen 38 ausüben. Wenn das Material des GE-Körpers 18 beginnt, sich zu erweichen, sinkt das Zündplättchen 38 in die Arbeitsoberfläche 28 und in den GE-Körper 18 hinein. Die Vertiefung 114 wird gebildet und es wird ein Fläche-zu-Fläche-Kontakt zwischen dem Zündplättchen 38 und dessen Vorsprung 90 sowie dem GE-Körper 18 und der nunmehr geformten Vertiefung 114 eingerichtet. Wie zuvor erwähnt, wird die Vertiefung 114 nicht vorab gebildet und wird stattdessen während des Widerstandsschweißprozesses eingerichtet. Da es der Vorsprung 90 ist, der die Vertiefung 114 bildet, komplementieren sich die Formen des Vorsprunges 90 und der Vertiefung 114 eng aneinander, wie es in den 11, 12 und 14 gezeigt ist.
Wenn das Zündplättchen 38 in den GE-Körper 18 gepresst wird und darin einsinkt, wird dazwischen vorhandenes geschmolzenes Material versetzt und wird in Richtung hin zu der Umfangskante P des Zündplättchens 38 verdrängt. Wie es in 14 dargestellt ist, kommt das versetzte Material in Anlage an die Sichtoberfläche 112 der Platte 110, und die Bewegung des Materials wird somit teilweise hierdurch eingeschränkt. Das versetzte Material kann die Umfangskante P des Zündplättchens 38 vollständig umgeben, oder kann überwiegend an der dritten und an der vierten Seite 100, 102 angeordnet werden, und zwar über eine Route, die der ersten und der zweiten geneigten Oberfläche 104, 106 folgt. Sobald verfestigt, bildet das versetzte Material einen widerstandsgeschweißten Auswurf („expulsion“) 116. Der widerstandsgeschweißte Auswurf 116 kann aus einer Mischung von Materialien sowohl aus dem GE-Körper 18 als auch dem Zündplättchen 38 zusammengesetzt sein, und kann zu einem starken Maße aus Nickelmaterial zusammengesetzt sein. Wie es vermutlich am besten in 12 dargestellt ist, befindet sich eine oberste und freiliegende Oberfläche 118 des widerstandsgeschweißten Auswurfes 116 in Linie bzw. fluchtend mit der Funkenbildungsfläche 78 des Zündplättchens 38. Tatsächlich tauscht die Fläche 118 während des Gebrauchs der zugeordneten Zündkerze Funken aus und bildet somit ebenfalls eine Funkenbildungsfläche des Zündplättchens 38. Da der widerstandsgeschweißte Auswurf 116 zu einem starken Maß aus Nickelmaterial gebildet sein kann, kann durch ihn hindurch leichter geschnitten werden, und zwar über die Beschneidungsprozesse, die oben beschrieben worden sind, und zwar leichter verglichen mit Materialien, die größeren Mengen an Edelmetallmaterial enthalten. Sobald der Widerstandsschweißprozess vervollständigt ist, wird letztlich eine wärmebeeinflusste Zone 120 innerhalb des GE-Körpers 18 und unterhalb des Zündplättchens 38 gebildet. Die wärmebeeinflusste Zone 120 ist das Ergebnis von Material, das teilweise oder mehr während des Widerstandsschweißprozesses geschmolzen ist. Wie es in 12 gezeigt ist, kann die wärmebeeinflusste Zone 120 generell innerhalb einer Schnittstellengrenze („interfacial boundary“) zwischen dem Zündplättchen 38 und dem widerstandsgeschweißten Auswurf 116 begrenzt sein.
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 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. Andere Begriffe sind unter Verwendung ihrer breitesten vernünftigen Bedeutung zu verstehen bzw. auszulegen.

Claims

Zündkerze (10) mit: - einer Hülle (16), die eine axiale Bohrung (22) aufweist; - einem Isolator (14), der eine axiale Bohrung (20) aufweist und der wenigstens teilweise innerhalb der axialen Bohrung (22) der Hülle (16) angeordnet ist; - einer Mittelelektrode (12), die wenigstens teilweise innerhalb der axialen Bohrung (20) des Isolators (14) angeordnet ist; - einer Masseelektrode (18), die an der Hülle (16) angebracht ist und die aus einem Nickel-basierten Legierungsmaterial zusammengesetzt ist; und - einem Zündplättchen (38), das an der Masseelektrode (18) angebracht ist und einen Vorsprung (90) aufweist, der von einer Bodenseite (92) des Zündplättchens vorsteht und der einen Stromfluss hierdurch während eines Widerstandsschweißprozesses konzentriert, wobei die Anbringung zwischen dem Zündplättchen (38) und der Masseelektrode (18) eine widerstandsgeschweißte Schweißverbindung beinhaltet und keine lasergeschweißte Schweißverbindung beinhaltet, wobei der Vorsprung (90) das Nichtvorhandensein einer lasergeschweißten Schweißverbindung bei der Anbringung zwischen dem Zündplättchen (38) und dem Nickel-basierten Legierungsmaterial der Masseelektrode (18) erleichtert, wobei der Vorsprung (90) ein einzelner Vorsprung (90) ist, der sich zwischen einer ersten Seite (96) des Zündplättchens (38) und einer zweiten Seite (98) des Zündplättchens (38) quer über die Bodenseite (92) erstreckt, und wobei die widerstandsgeschweißte Schweißverbindung einen widerstandsgeschweißten Auswurf (116) bildet, der zumindest teilweise um eine Umfangskante (P) des Zündplättchens (38) herum angeordnet ist, wobei der widerstandsgeschweißte Auswurf (116) eine Oberseitenfläche (118) hat, die mit einer Funkenbildungsfläche (78) des Zündplättchens (38) ausgerichtet bzw. fluchtet.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei das Zündplättchen (38) aus einem Platin-basierten Legierungsmaterial zusammengesetzt ist, das Nickel in einem Bereich von 25 Gew.-% bis 35 Gew.-% jeweils einschließlich, sowie Platin in einem Bereich von 65 Gew.-% bis 75 Gew.-% jeweils einschließlich, aufweist.
Zündkerze nach Anspruch 2, wobei das Platin-basierte Legierungsmaterial des Zündplättchens (38) etwa 30 Gew.-% Nickel enthält und etwa 70 Gew.-% Platin enthält.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1-3, wobei das Zündplättchen (38) aus einem Platin-basierten Legierungsmaterial zusammengesetzt ist, das ferner wenigstens ein Element aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Wolfram (W), Palladium (Pd), Rhodium (Rh), Iridium (Ir) oder bzw. und Rhenium (Re) besteht.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1-4, wobei der Vorsprung (90) einen Scheitel (94) hat, wobei der Scheitel (94) sich quer über die Bodenseite (92) zwischen einer dritten Seite (100) des Zündplättchens (38) und einer vierten Seite (102) des Zündplättchens (38) erstreckt, wobei die Dicke des Vorsprungs (90) ausgehend von dem Scheitel (94) in Richtung hin zu der ersten Seite (96) des Zündplättchens abnimmt und wobei die Dicke des Vorsprungs (90) ausgehend von dem Scheitel (94) in Richtung hin zu der zweiten Seite (98) des Zündplättchens abnimmt.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1-5, ferner mit einer wärmebeeinflussten Zone (120), die in der Masseelektrode (18) angeordnet ist, wobei die wärmebeeinflusste Zone sich aus dem Widerstandsschweißprozess ergibt, wobei die wärmebeeinflusste Zone tief unterhalb des Zündplättchens angeordnet ist und innerhalb einer Schnittstellengrenze zwischen dem Zündplättchen (38) und dem widerstandsgeschweißten Auswurf (116) begrenzt ist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1-6, wobei das Zündplättchen (38) ein dünnes Plättchen ist, dessen größte Breitenabmessung quer über seine Funkenbildungsfläche (78) wenigstens einige Male so groß ist wie eine größte Dickenabmessung (T) des Zündplättchens.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1-7, wobei das Zündplättchen (38) ein mehrschichtiges Zündplättchen mit einer Basismetallschicht (49) und einer Edelmetallschicht (51) ist, wobei die Basismetallschicht (49) aus einem Nickel-basierten Legierungsmaterial zusammengesetzt und an der Masseelektrode (18) über die widerstandsgeschweißte Schweißverbindung befestigt ist, und wobei die Edelmetallschicht aus dem Platin-basierten Legierungsmaterial zusammengesetzt ist, das wenigstens 25 Gew.-% Nickel beinhaltet.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei das Zündplättchen (38) aus einem Platin-basierten Legierungsmaterial zusammengesetzt ist, das wenigstens 25 Gew.-% Nickel enthält,
Verfahren zum Bereitstellen einer Masseelektroden- und Zündplättchenanordnung, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Anordnen eines Zündplättchens (38) an einer Masseelektrode (18), wobei das Zündplättchen (38) einen Vorsprung (90) aufweist, der gegenüber einer Bodenseite (47, 92) des Zündplättchens (38) vorsteht, wobei der Vorsprung (90) ein einzelner Vorsprung (90) ist, der sich zwischen einer ersten Seite (96) des Zündplättchens (38) und einer zweiten Seite (98) des Zündplättchens (38) quer über die Bodenseite (92) erstreckt, wobei der Vorsprung (90) mit der Masseelektrode einen Linien-zu-Flächen-Kontakt herstellt; Hindurchführen eines elektrischen Stromes durch den Linien-zu-Flächen-Kontakt zwischen dem Vorsprung (90) und der Masseelektrode (18), während man das Zündplättchen und die Masseelektrode zusammendrückt, wobei das Zündplättchen (38) während des Schrittes des Hindurchführens des elektrischen Stromes wenigstens teilweise in die Masseelektrode (18) einsinkt, und einen Fläche-zu-Fläche-Kontakt zwischen dem Vorsprung (90) und der Masseelektrode (18) erzeugt, wobei das Zündplättchen (38) hiernach an der Masseelektrode (18) angebracht ist und die Masseelektroden- und Zündplättchenanordnung gebildet ist; und Drücken eines Widerstandsschweißdorns gegen eine Funkenbildungsfläche (78) des Zündplättchens (38), um einen elektrischen Strom durch den Linien-zu-Flächen-Kontakt zwischen dem Vorsprung (90) und der Masseelektrode (18) fließen zu lassen, und wobei dann, wenn das Zündplättchen (38) wenigstens teilweise in die Masseelektrode (18) einsinkt, Material aus dem Bereich dazwischen und hin zu einer Umfangskante (P) des Zündplättchens (38) versetzt wird, um einen widerstandsgeschweißten Auswurf (116) zu bilden, wobei der widerstandsgeschweißte Auswurf (116) eine Oberseite (118) hat, die mit der Funkenbildungsfläche (78) des Zündplättchens (38) ausgerichtet ist bzw. fluchtet.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Linien-zu-Flächen-Kontakt, der zwischen dem Vorsprung (90) und der Masseelektrode (18) hergestellt ist, den einzigen Kontakt bildet, der zwischen dem Zündplättchen (38) und der Masseelektrode (18) hergestellt ist, wenn das Zündplättchen an der Masseelektrode angeordnet ist und der elektrische Strom eingeschaltet wird.