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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse eingebetteten Isolator mit einem Anschlussende und einem Brennkammerende, einer im Isolator angeordneten Innenleiteranordnung mit einer Anschlusselektrode, einem Widerstand und einer am Brennkammerende angeordneten Zentralelektrode und mindestens einer am Gehäuse angeordnete Masseelektrode mit einem Masseelektrodenkopf.
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Zündkerzen werden in Ottomotoren, Gasturbinen und manchen Brennöfen verwendet, um ein in einer Brennkammer befindliches Luft-Kraftstoff-Gemisch durch Erzeugung eines Zündfunkens zu entzünden. Üblicherweise wird dabei von einer Zündspule eine hohe Spannung generiert, die an einer Zentralelektrode der Zündkerze anliegt und zwischen der Zentralelektrode und einer in der Nähe der Zentralelektrode angeordneten Masseelektrode durch Überspringen den Zündfunken erzeugt.
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Zur Verbesserung der Haltbarkeit kann die Masseelektrode aus einem Basismaterial wie Nickel oder einer Nickellegierung gefertigt und im der Zentralelektrode gegenüberliegenden Bereich mit einer Edelmetalleinlage oder einer Edelmetallschicht versehen sein (
GB 2 039 605 A ). Hierbei wird eine Verbesserung der Haltbarkeit allerdings nur erreicht, wenn sich der Zündfunke tatsächlich zwischen der Zentralelektrode und dem Bereich mit der Edelmetalleinlage oder Edelmetallschicht ausbildet.
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Die Erfinder haben allerdings erkannt, dass insbesondere bei langen Brenndauern des Zündfunkens sich die räumliche Ausdehnung des Zündfunkenbrennbereichs entsprechend der in der Brennkammer herrschenden Luftströmung verändert. Dies kann dazu führen, dass der Zündfunkenbrennbereich nicht mehr wie gewünscht im Bereich der kürzesten Entfernung zwischen der Zentralelektrode und dem der Zentralelektrode gegenüberliegenden Bereich der Masseelektrode, der zur Verbesserung der Haltbarkeit aus Edelmetall besteht oder mit einem Edelmetall beschichtet ist, verläuft. Vielmehr wird der Zündfunken aufgrund der Luftströmung seitlich abgelenkt, so dass er auf einen Bereich der Masseelektrode trifft, der beispielsweise lediglich aus einer Nickellegierung besteht und daher einer starken Abnutzung unterliegt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, mit der die Abnutzung der Masseelektrode verringert und die Standzeit der Zündkerze erhöht werden kann.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Grundidee der Erfindung ist es, am Masseelektrodenkopf der Masseelektrode Edelmetallplättchen seitlich anzuordnen und/oder den Masseelektrodenkopf vollständig aus einem Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung zu fertigen, so dass auch im Fall eines abgelenkten Zündfunkens dieser auf eine Edelmetalloberfläche trifft. Die Abnutzung der Masseelektrode kann dadurch verringert und die Standzeit der Zündkerze erhöht werden.
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Eine Zündkerze weist ein Gehäuse und einen in dem Gehäuse eingebetteten Isolator auf. Das Gehäuse kann metallisch und im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet sein. Der Isolator verfügt über ein Anschlussende zum Anschließen der Zündkerze an eine Spannungsquelle, z. B. über eine Zündspule, und ein Brennkammerende, d. h. einem Ende, das bei bestimmungsgemäßer Verwendung der Zündkerze in die Brennkammer hineinragt und an dem der Zündfunken erzeugt wird.
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Im Isolator ist eine Innenleiteranordnung angeordnet, die eine Anschlusselektrode, einen Widerstand und eine am Brennkammerende angeordnete Zentralelektrode aufweist. Die Anschlusselektrode ist am Anschlussende des Isolators angeordnet. Der Widerstand dient der Strombegrenzung.
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Zudem weist die Zündkerze mindestens eine am Gehäuse angeordnete Masseelektrode mit einem Masseelektrodenkopf auf. Es können auch mehrere Masseelektroden, z. B. zwei, drei oder vier Masseelektroden, angeordnet sein.
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Unter dem Masseelektrodenkopf ist derjenige Bereich der Masseelektrode zu verstehen, an dem sich der Zündfunke ausbildet.
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Erfindungsgemäß weist die Masseelektrode ein oder mehrere, z. B. zwei, seitlich am Masseelektrodenkopf angeordnete Edelmetallplättchen auf. Die Edelmetallplättchen sind elektrisch leitend mit dem Masseelektrodenkopf verbunden, so dass sich der Zündfunken auch zwischen der Zentralelektrode und einem Edelmetallplättchen der Masseelektrode ausbilden kann. Beispielsweise können die Edelmetallplättchen mit dem Masseelektrodenkopf verschweißt sein. Unter einem Edelmetallplättchen ist ein Plättchen zu verstehen, dass ein Edelmetall aufweist oder aus einem Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung besteht. Das Plättchen kann beispielsweise quaderförmig mit einer im Vergleich zur Länge und Breite geringen Dicke ausgebildet sein.
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Alternativ kann der Masseelektrodenkopf vollständig aus einem Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung bestehen.
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Wird der bei der bestimmungsgemäßen Verwendung der Zündkerze erzeugte Zündfunken abgelenkt, z. B. aufgrund von im Bereich des Brennkammerendes herrschenden Strömungen beispielsweise der Verbrennungsluft, kann sichergestellt werden, dass der Zündfunke auf eine Edelmetalloberfläche trifft, die eine besonders hohe elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit aufweist, so dass die Abnutzung der Masseelektrode verringert und die Standzeit der Zündkerze erhöht werden kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten können die Edelmetallplättchen Platin und/oder Iridium aufweisen und/oder der Masseelektrodenkopf kann aus Platin und/oder Iridium oder einer Platin- und/oder Iridiumlegierung bestehen.
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Platin und Iridium zeichnen sich durch eine sehr hohe Beständigkeit aus und können daher die Standzeit der Zündkerze besonders gut verlängern.
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Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann die Zündkerze eine Einbauposition aufweisen und es kann lediglich ein Edelmetallplättchen bezüglich der Einbauposition angeordnet sein.
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Die Einbauposition kann sich beispielsweise anhand einer Markierung oder einer besonderen Ausgestaltung der äußeren Form der Zündkerze, z. B. eines Gewindes zur Befestigung im Zylinderkopf, ergeben. Ist die Einbauposition festgelegt, kann ein einziges Edelmetallplättchen an einer Seite des Masseelektrodenkopfes ausreichend sein, da durch die Einbauposition die Richtung der Ablenkung des Zündfunkens festgelegt ist.
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Gemäß weiteren Ausführungsvarianten können zwei Edelmetallplättchen einander gegenüberliegend am Masseelektrodenkopf angeordnet sein.
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Hierdurch kann vorteilhaft einer Ablenkung des Zündfunkens in einander gegenüberliegende Richtungen begegnet werden, beispielsweise falls im Bereich des Masseelektrodenkopfes ein Über- oder Unterdruck herrschen kann.
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Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann der Masseelektrodenkopf Nickel oder eine Nickellegierung aufweist und die Masseelektrode seitlich am Masseelektrodenkopf angeordnete Edelmetallplättchen aufweisen.
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Nickel und Nickellegierungen stellen ein preiswertes Elektrodenmaterial dar, das sich durch eine hohe Oxidationsbeständigkeit auszeichnet. Durch Kombination mit den Edelmetallplättchen ergibt sich eine preiswert herzustellende Masseelektrode, die sich dennoch durch eine hohe Standzeit auszeichnet.
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Eine erfindungsgemäße Brennkammeranordnung weist eine Brennkammer zur Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs, eine wie vorstehend beschriebene Zündkerze, die mit ihrem Brennkammerende in die Brennkammer hineinragt und eine Zuführeinrichtung zur Zuführung des Luft-Kraftstoff-Gemischs oder von Verbrennungsluft auf.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann ein Edelmetallplättchen auf der der Zuführeinrichtung abgewandten Seite des Masseelektrodenkopfs angeordnet sein.
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Durch Zuführung des Luft-Kraftstoff-Gemischs oder der Verbrennungsluft wird in der Brennkammer eine Strömung erzeugt, die zur Ablenkung des von der Zündkerze erzeugten Zündfunkens, insbesondere in Richtung der der Zuführeinrichtung abgewandten Seite der Zündkerze, führen kann. Wird ein Edelmetallplättchen auf der der Zuführeinrichtung abgewandten Seite des Masseelektrodenkopfs angeordnet, kann ermöglicht werden, dass auch der abgelenkte Zündfunken auf eine Edelmetalloberfläche trifft.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug weist eine Brennkammeranordnung wie vorstehend beschrieben auf. Unter einem Kraftfahrzeug ist ein durch einen Motor angetriebenes Fahrzeug, z. B. ein Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug zu verstehen. Die Brennkammer der Brennkammeranordnung kann der Brennkammer eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs entsprechen.
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Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus den Abbildungen und der zugehörigen Beschreibung ersichtlich, anhand derer die Erfindung nachfolgend näher erläutert wird. Es zeigen:
- 1 eine beispielhafte Zündkerze in einer Schnittdarstellung; und
- 2 eine perspektivische Ansicht des Brennkammerendes einer beispielhaften Zündkerze.
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1 zeigt eine Zündkerze 1 in einer Schnittdarstellung. Die Zündkerze 1 weist ein metallisches, rohrförmiges Gehäuse 2 auf, in welchem ein Isolator 3 eingebettet ist. Der Isolator 3 ist vorzugsweise aus einem hitzebeständigen elektrisch isolierenden Material wie Keramik gefertigt. An einem der Brennkammer beispielsweise eines Verbrennungsmotors zugewandten Brennkammerende 5 des Isolators 3 ist eine Zentralelektrode 8 angeordnet, von der eine für den Zündvorgang zu erzeugende hohe elektrische Spannung auf die Masseelektrode 9 überspringt und dabei einen Zündfunken erzeugt. An einem dem Brennkammerende 5 entgegengesetzten Anschlussende 4 des Isolators 3 ist eine Anschlusselektrode 6 angeordnet, die zu der elektrischen Kontaktierung der Zündkerze 1 durch eine Anordnung zur Erzeugung der benötigten Zündspannung wie etwa einer Zündspule dient. Das Brennkammerende 5 der Zündkerze 1 ist in 2 vergrößert dargestellt.
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Zwischen der Anschlusselektrode 6 und der Zentralelektrode 8 besteht ein Abstand, der durch einen elektrischen Widerstand 7 ausgefüllt ist, der an seinen entgegengesetzten Enden durch die Anschlusselektrode 6 und die Zentralelektrode 8 kontaktiert wird. Der elektrische Widerstand 7 hat die Aufgabe, den während des Überspringens des Zündfunkens fließenden Strom zu begrenzen, so dass das Zündereignis länger anhält und die gewünschte Zündung des in der Brennkammer befindlichen Luft-Kraftstoff-Gemischs zuverlässig ausgelöst wird.
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Am Gehäuse 2 ist eine Masseelektrode 9 mit einem Masseelektrodenkopf 10 angeordnet, der im Ausführungsbeispiel eine Nickellegierung aufweist. Die der Zentralelektrode 8 gegenüberliegende Oberfläche des Masseelektrodenkopfs 10 kann zumindest teilweise eine Platin- oder Iridiumbeschichtung aufweisen.
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Seitlich am Masseelektrodenkopf 10 ist ein Edelmetallplättchen 11, z. B. aus Iridium oder Platin, angeordnet. Bei einer Ablenkung des Zündfunkens kann dadurch sichergestellt werden, dass der Zündfunken zwischen der Zentralelektrode 8 und einer Edelmetalloberfläche der Masseelektrode 9, nicht jedoch zwischen der Zentralelektrode 8 und einer die Nickellegierung aufweisenden Oberfläche, ausgebildet wird. Die Abnutzung der Masseelektrode 10 kann dadurch verlangsamt und die Standzeit der Zündkerze 1 erhöht werden.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Die Figuren sind nicht notwendigerweise detailgetreu und maßstabsgetreu und können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um einen besseren Überblick zu bieten. Daher sind hier offenbarte funktionale Einzelheiten nicht einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als anschauliche Grundlage, die dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik Anleitung bietet, um die vorliegende Erfindung auf vielfältige Weise einzusetzen.
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Der hier verwendete Ausdruck „und/oder“, wenn er in einer Reihe von zwei oder mehreren Elementen benutzt wird, bedeutet, dass jedes der aufgeführten Elemente alleine verwendet werden kann, oder es kann jede Kombination von zwei oder mehr der aufgeführten Elemente verwendet werden. Wird beispielsweise eine Zusammensetzung beschrieben, dass sie die Komponenten A, B und/oder C, enthält, kann die Zusammensetzung A alleine; B alleine; C alleine; A und B in Kombination; A und C in Kombination; B und C in Kombination; oder A, B, und C in Kombination enthalten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zündkerze
- 2
- Gehäuse
- 3
- Isolator
- 4
- Anschlussende
- 5
- Brennkammerende
- 6
- Anschlusselektrode
- 7
- Widerstand
- 8
- Zentralelektrode
- 9
- Masseelektrode
- 10
- Masseelektrodenkopf
- 11
- Edelmetallplättchen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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