DE102018101512A1

DE102018101512A1 - Elektrodenanordnung für Zündkerze und Verfahren zum Herstellen derselben

Info

Publication number: DE102018101512A1
Application number: DE102018101512.7A
Authority: DE
Inventors: Werner Niessner; Rene Trebbels; Andreas Zeh
Original assignee: Federal Mogul Ignition GmbH
Current assignee: Federal Mogul Ignition GmbH
Priority date: 2018-01-24
Filing date: 2018-01-24
Publication date: 2019-07-25
Anticipated expiration: 2038-01-25
Also published as: DE102018101512B4; US10666021B2; CN110071426A; US20190229501A1

Abstract

Zündkerzen-Elektrodenanordnung und Verfahren zum Herstellen einer Zündkerzenanordnung, die eine innere und eine äußere Elektrodenkomponente aufweist, wobei eine der Komponenten oder beide gebildet sind unter Verwendung von Metallspritzgießen (MIM). Das Bilden von zumindest einer der inneren und der äußeren Elektrodenkomponente mittels Metallspritzgießen ermöglicht die Bildung einer mechanischen Arretierung und einer metallurgischen Bindung an einer Schnittstelle zwischen den Komponenten, derart, dass die Komponenten ohne eine Schweißverbindung aneinander gefügt werden können.

Description

GEBIET
Die Erfindung betrifft generell Zündkerzen und betrifft insbesondere Elektrodenanordnungen für Zündkerzen und deren zugeordnete Herstellungsverfahren.
HINTERGRUND
Elektrodenanordnungen von Zündkerzen können in Verbrennungskammern von Motoren harschen Bedingungen ausgesetzt sein, einschließlich von intensiven thermischen Wechselbelastungen. Der thermische Stress bzw. die thermische Belastung kann eine Trennung zwischen einer funkenbildenden Komponente und deren zugeordneter Masse- oder Mittelelektrode hervorrufen. Darüber hinaus können die oftmals kleine Größe der Elektrodenanordnungen und die manchmal komplexe Form der Elektrodenanordnungen zu Herausforderungen führen, wenn funkenbildende („sparking“) Komponenten an Elektroden angebracht werden. Wünschenswert ist die Herstellung einer hinreichend starken und dennoch ökonomischen Elektrodenanordnung.
ÜBERBLICK
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Elektrodenanordnung für eine Zündkerze bereitgestellt, mit einer inneren Elektrodenkomponente, einer äußeren Elektrodenkomponente, die die innere Elektrodenkomponente wenigstens teilweise umgibt und die eine metallspritzgegossene („metal injection molded“, MIM) Mikrostruktur aufweist, und mit einer ungeschweißten Fügestelle, die an einer Schnittstelle der inneren und der äußeren Elektrodenkomponente angeordnet ist, wobei die ungeschweißte Fügestelle sowohl eine mechanische Arretierung bzw. Verriegelung („mechanical lock“) als auch eine metallurgische Bindung zwischen der inneren und der äußeren Elektrodenkomponente an der Schnittstelle erzeugt, derart, dass an der Schnittstelle keine Schweißverbindung verwendet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Elektrodenanordnung für eine Zündkerze bereitgestellt, mit einer inneren Elektrodenkomponente, die aus einem Edelmetall-basierten Material hergestellt ist, und mit einer äußeren Elektrodenkomponente, die aus einem Nickel-basierten Material hergestellt ist und die die innere Elektrodenkomponente wenigstens teilweise umgibt. Die äußere Elektrodenkomponente weist eine metallspritzgegossene (MIM) Mikrostruktur mit einem Netzwerk mit kollabierten Poren („collapsed pore network“) auf, sowie eine Schnittstelle zwischen der inneren und der äußeren Elektrodenkomponente. An der Schnittstelle umgibt das Netzwerk mit kollabierten Poren der metallspritzgegossenen Mikrostruktur wenigstens einen gewissen Teil des Edelmetall-basierten Materials.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrodenanordnung für eine Zündkerze bereitgestellt, mit den Schritten: Metallspritzgießen einer grünen bzw. ungebrannten („green“) äußeren Elektrodenkomponente; Entbindern („debinding“) der grünen äußeren Elektrodenkomponente, um eine braune bzw. gebrannte äußere („brown“) Elektrodenkomponente zu bilden, wenigstens teilweises Einführungen einer inneren Elektrodenkomponente in die braune äußere Elektrodenkomponente; Sintern der inneren Elektrodenkomponente und der braunen äußeren Elektrodenkomponente miteinander, um die braune äußere Elektrodenkomponente wenigstens teilweise um die innere Elektrodenkomponente herum zu schrumpfen und eine gesinterte äußere Elektrodenkomponente zu bilden; und Erzeugen einer mechanischen Arretierung und einer metallurgischen Bindung an einer Schnittstelle zwischen der inneren Elektrodenkomponente und der gesinterten äußeren Elektrodenkomponente.
Figurenliste
Bevorzugte beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und wobei:

1 eine Querschnittsansicht einer Zündkerze gemäß einer Ausführungsform ist;
2 eine Elektrodenanordnung der Zündkerze nach Anspruch 1 zeigt;
3A and 3B Querschnittsansichten sind, die generell einer Linie 3-3 in 2 entsprechen, wobei 3A und 3B schematische Darstellungen einer zur Hälfte gebildeten („semi-formed“) metallurgischen Struktur für eine Elektrodenanordnung gemäß zwei Ausführungsformen zeigen;
4 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie 3-3 in 2 ist und eine gebildete Elektrodenanordnung zeigt;
5-7 Masseelektrodenanordnungen gemäß verschiedenen Ausführungsformen zeigen;
8-12 Mittelelektrodenanordnungen gemäß verschiedenen Ausführungsformen zeigen; und
13 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens ist, das dazu verwendet werden kann, um eine Elektrodenanordnung gemäß einer Ausführungsform herzustellen.

BESCHREIBUNG
Die vorliegend beschriebenen Elektrodenanordnungen beinhalten eine metallspritzgegossene bzw. metallpulverspritzgegossene („metal injection molded“) (MIM) Mikrostruktur, die besondere strukturelle und konfigurationsmäßige Vorteile liefert. Beispielsweise können die verschiedenen Elektrodenanordnungen eine effektive Haltefunktion für eine funkenbildende Komponente bereitstellen, kostenbewusste Verwendungen von Edelmetallen bereitstellen als auch Verbesserungen hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften, um einige Möglichkeiten zu nennen. Ferner können die Elektrodenanordnungen in einigen Ausführungsformen keine Schweißverbindung („weldment“) zwischen einer Edelmetall-basierten funkenbildenden Komponente und einer nicht-funkenbildenden Komponente benötigen. Demgemäß können Probleme vermieden werden, wie große wärmebeeinflusste Zonen in der Nähe von Schweißschmelzen („weld pools“), Anbringungsschwierigkeiten im Hinblick auf unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten, als auch andere Probleme. Zusätzlich hierzu sind mit der MIM-Mikrostruktur möglicherweise keine sekundären Schritte wie Schleifen notwendig.
Die hier beschriebenen Elektrodenanordnungen können in Zündkerzen und anderen Zündeinrichtungen verwendet werden, einschließlich von industriellen Zündkerzen, Zündvorrichtungen für die Luftfahrt, oder jegliche andere Einrichtung, die dazu verwendet wird, um in einem Motor ein Luft/Brennstoffgemisch zu zünden. Dies beinhaltet Zündkerzen, die in Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen verwendet werden, und insbesondere in Motoren, die mit einer Benzindirekteinspritzung (GDI) ausgestattet sind, Motoren, die mit Strategien einer mageren Verbrennung betrieben werden, Motoren, die mit Strategien gemäß einer Brennstoffeffizienz betrieben werden, Motoren, die mit Strategien betreffend eine reduzierte Emission betrieben werden, oder eine Kombination dieser Motoren. Die Begriffe axial, radial und umfänglich bzw. tangential beschreiben, so wie sie vorliegend verwendet werden, Richtungen hinsichtlich der generell zylindrischen Form der Zündkerze der 1 und beziehen sich generell auf eine Mittel- oder Längsachse A_L , es sei denn, es ist etwas anderes angegeben. Ferner sind die beispielhaften Elektrodenanordnungen, die in den Figuren gezeigt sind, dem Grunde nach lediglich illustrativ und beispielhaft. Tatsächliche Elektrodenanordnungen können anders aussehen als die gezeigten.
Unter Bezugnahme auf 1 beinhaltet eine Zündkerze 10 eine Mittelelektrodenbasis oder -körper 12, einen Isolator 14, eine Metallhülle 16 und eine Masseelektrodenbasis oder -körper 18. Andere Komponenten können einen Anschlussstutzen 20, einen Innenwiderstand 22, verschiedene Dichtungsanordnungen und innere Dichtungen beinhalten, die Fachleuten sämtlich bekannt sind. Der Isolator 14 ist generell innerhalb einer axialen Bohrung 24 der Metallhülle 16 angeordnet und weist einen Endnasenabschnitt 17 auf, der an dem Zündende der Zündkerze 10 außerhalb der Hülle frei liegt. Der Isolator 14 ist aus einem Material wie einem keramischen Material hergestellt, das den Mittelelektrodenkörper 12 gegenüber der Metallhülle 16 elektrisch isoliert. Die Metallhülle 16 stellt eine äußere Struktur der Zündkerze 10 dar, und weist Gewinde zur Installation in dem zugeordneten Motor auf.
Der Mittelelektrodenkörper 12 ist generell innerhalb einer axialen Bohrung 26 des Isolators 14 angeordnet, und weist einen Endabschnitt auf, der an einem Zündende der Zündkerze 10 außerhalb des Isolators frei liegt. In einem Beispiel ist der Mittelelektrodenkörper 12 aus einem Nickel-basierten (Ni-basierten) Legierungsmaterial hergestellt, das als ein äußerer oder Umhüllungsabschnitt des Körpers dient, und weist ein Kupfermaterial ((Cu-Material) oder ein Cu-Legierungsmaterial auf, das als ein innerer Kern 28 des Körpers dient; andere Materialien und Konfigurationen sind möglich, einschließlich eines Körpers aus einem einzelnen Material ohne Kern Wie es nachstehend in größerer Genauigkeit beschrieben werden wird, kann der Mittelelektrodenkörper 12 eine Mittelelektrodenanordnung 30 beinhalten, bei der es sich um eine separate Komponente handeln kann, die an den Mittelelektrodenkörper 12 geschweißt ist, oder die ein integraler Teil des Mittelelektrodenkörpers 12 sein kann, und zwar in Abhängigkeit von der gewünschten Implementierung. Die Mittelelektrodenanordnung 30 beinhaltet eine innere Mittelelektrodenkomponente 32, die als eine nicht-funkenbildende Komponente dient, und eine äußere Mittelelektrodenkomponente 34, die als eine funkenbildende Komponente dient. Wie es nachstehend im Detail ausgeführt ist, ist es gleichfalls möglich, dass die innere Elektrodenkomponente eine nicht-funkenbildende Komponente ist und dass die äußere Elektrodenkomponente eine funkenbildende Komponente ist.
Der Masseelektrodenkörper 18 ist an einem freien Ende der Metallhülle 16 angebracht und kann, als ein fertig gestelltes Produkt, eine Ringform haben, wie gezeigt, oder eine beliebige andere Form. An einem Endabschnitt in der Nähe einer Funkenstrecke G ist der Masseelektrodenkörper 18 radial gegenüber dem Mittelelektrodenkörper 12 und gegenüber der Mittelelektrodenanordnung 30 (wenn eine derartige bereitgestellt ist) beabstandet. Wie auch der Mittelelektrodenkörper kann der Masseelektrodenkörper 18 aus einem Ni-Legierungsmaterial hergestellt sein, das als ein äußerer oder Umhüllungsabschnitt des Körpers dient, und kann ein Cu-Material oder ein Cu-Legierungsmaterial beinhalten, das als ein innerer Kern des Körpers dient; andere Beispiele sind möglich, einschließlich von Körpern aus einem einzelnen Material ohne Kern. Einige nichtlimitierende Beispiele von Ni-Legierungsmaterialien, die in Verbindung mit dem Mittelelektrodenkörper 12, dem Masseelektrodenkörper 18 oder beiden verwendet werden können, beinhalten Ni-Cr-Legierungen wie Inconel® 600 oder 601. Der Masseelektrodenkörper 18 beinhaltet bei dieser Ausführungsform eine Masseelektrodenanordnung 40, die eine innere Masseelektrodenkomponente 42 und eine äußere Masseelektrodenkomponente 44 aufweist. Der Mittelelektrodenkörper 12 und der Masseelektrodenkörper 18, als auch die Elektrodenanordnungen 30, 40 können in einer Anzahl von unterschiedlichen Formen und Konfigurationen bereitgestellt werden.
Die Elektrodenanordnung kann eine Mittelelektrodenanordnung 30 oder eine Masseelektrodenanordnung 40 sein, wobei entweder die innere oder die äußere Elektrodenkomponente der Haupt-Mittelelektrodenkörper 12 oder der Haupt-Masseelektrodenkörper 18 ist, und wobei die andere Komponente von innerer und äußerer Elektrodenkomponente die funkenbildende Komponente ist. Beispielsweise ist die Masseelektrodenanordnung 40, wie es in 1 gezeigt ist, eine Ausführungsform, bei der die äußere Masseelektrodenkomponente 44 der Haupt-Masseelektrodenkörper 18 ist und bei der die innere Elektrodenkomponente 42 die funkenbildende Komponente ist, und zwar benachbart zu der Funkenstrecke G. Alternativ hierzu kann die Elektrodenanordnung eine innere oder eine äußere Elektrodenkomponente aufweisen, die an den Haupt-Mittelelektrodenkörper 12 oder den Haupt-Masseelektrodenkörper 18 geschweißt ist. Beispielsweise ist, wie es in 1 gezeigt ist, die Mittelelektrodenanordnung 30 eine Ausführungsform, bei der die innere Elektrodenkomponente 32 an den Haupt-Mittelelektrodenkörper 12 geschweißt ist und bei der die äußere Elektrodenkomponente 34 die funkenbildende Komponente ist, und zwar benachbart zu der Funkenstrecke G. Andere Ausführungsformen sind natürlich möglich, wie solche, bei denen die äußere Elektrodenkomponente an einen Elektrodenkörper geschweißt ist, um ein Beispiel zu nennen. Ferner ist es möglich, dass eine Zündkerze lediglich eine Elektrodenanordnung beinhaltet. Die funkenbildende Komponente ist vorzugsweise ein Edelmetall-basiertes Material, wie Platin, Iridium, Rhodium, oder eine oder mehrere Legierungen hiervon. Die nicht-funkenbildende Komponente ist vorzugsweise ein Material, das auf einem Nicht-Edelmetall basiert, wie eine Nickellegierung (z.B. Inconel® 600 oder 601).
2 zeigt eine Endansicht der Mittelelektrodenanordnung 30 und der Masseelektrodenanordnung 40 der 1. Wie oben beschrieben, bildet bei dieser Ausführungsform die äußere Masseelektrodenkomponente 44 den Haupt-Masseelektrodenkörper 18. Bei dieser besonderen Implementierung beinhaltet der Masselektrodenkörper 18 und in entsprechender Weise die äußere Masseelektrodenkomponente 44 eine Anzahl von Durchgangslöchern 46, die generell Beine 48 definieren, die sich von einem Außenumfang 50 hin zu einem Innenumfang 52 dazwischen erstrecken. Die äußere Masseelektrodenkomponente 44 beinhaltet ferner einen schrägen Abschnitt bzw. Rampenabschnitt 54, der sich von einem freien Ende der Metallhülle 16 nach unten in Richtung hin zu einem ebenen Abschnitt 56 unter einem Winkel bzw. winklig erstreckt, wobei der ebene Abschnitt 56 generell ausgerichtet ist mit einer axialen Endfläche 58 der Mittelelektrodenanordnung 30. Der ebene Abschnitt 56 beinhaltet eine innere Seitenfläche 60, die an einer Schnittstelle 62 mit einer äußeren Seitenfläche 64 der inneren Masseelektrodenkomponente 42 zusammentrifft. Die innere Seitenfläche 60 weist bei dieser Ausführungsform eine zylindrische Wand auf, die dazu beitragen kann, mehr strukturelle Festigkeit bereitzustellen, da an der Schnittstelle 62 mehr Bindungsfläche der inneren Seitenfläche 60 als in anderen Implementierungen bereitsteht, bei denen die Beine 48 sich über die gesamte Strecke hin zu dem Innenumfang 52 erstrecken. Bei dieser Ausführungsform weist die äußere Masseelektrodenkomponente 44 auch eine äußere Seitenfläche 68 auf, wobei die innere Masseelektrodenkomponente 42 eine innere Seitenfläche 70 beinhaltet, bei der es sich um eine ringförmige funkenbildende Fläche handelt, die der Funkenstrecke G gegenüberliegt bzw. zu dieser hin weist.
Bei der Ausführungsform, die in den 1 und 2 dargestellt ist, beinhalten die äußere Masseelektrodenkomponente 44 und die innere Mittelelektrodenkomponente 32 jeweils eine MIM-Mikrostruktur, was nachstehend im Detail erläutert werden wird. Die MIM-Mikrostruktur kann den Elektrodenanordnungen 30, 40 strukturelle Vorteile erteilen und kann einige Probleme vermeiden, die in herkömmlichen Zündkerzen auftreten können, bei denen eine funkenbildende Komponente aus einem Edelmetall an eine typischerweise Nickel-basierte nicht-funkenbildende Komponente geschweißt ist. Häufig werden funkenbildende Komponenten aus Edelmetall von gezogenen oder extrudierten Drähten oder ähnlich verarbeitenden Strukturen abgeschnitten. In ähnlicher Weise können nicht-funkenbildende Komponenten, wie eine Standard-Masseelektrode für eine Zündkerze mit J-Funkenstrecke, von gezogenen oder extrudierten Drähten abgeschnitten werden. Bei gezogenen oder extrudierten Drähten sind die mechanischen Eigenschaften in der Richtung des Ziehens häufig ziemlich unterschiedlich gegenüber den gleichen Eigenschaften in einer Richtung quer hierzu. Andererseits können die mechanischen Eigenschaften bei der MIM-Mikrostruktur in allen Richtungen gleichförmiger sein. Demgemäß sind unter Bezugnahme auf 2 zwei Querachsen bzw. transversale Achsen gezeigt: eine erste Radialachse A_R1 und eine zweite Radialachse A_R2 , die jeweils auch quer zu der Längsachse A_L ausgerichtet sind. Die mechanischen Eigenschaften entlang jedes Satzes von transversalen bzw. Querachsen können gleich sein (d.h. „gleich“ bedeutet innerhalb von Unterschieden von etwa ±5%). In einer Ausführungsform, bei der Inconel® 601 als die Elektrodenkomponente verwendet wird, die eine MIM-Mikrostruktur aufweist, kann die Bruchdehnung („breaking strain“) entlang jeder Achse größer oder gleich 30 % sein. Zusätzlich hierzu kann mit Inconel® 601 die Dichte der MIM-Mikrostruktur größer oder gleich etwa 7,6 g/cm³ sein, wobei die Fließgrenze („yield point“) größer oder gleich etwa 210 MPa (R_p0,2 ) entlang jeder Achse sein kann, wobei die Zugfestigkeit („tensile strength“) größer oder gleich etwa 620 MPa (R_m ) entlang jeder Achse sein kann, und wobei die Härte in einem Bereich zwischen etwa 135-160HV10 liegen kann.
Die 3A, 3 und 4 zeigen die MIM-Mikrostruktur der Masseelektrodenanordnung 40. Die 3A, 3B und 4 sind schematische Darstellungen und nicht maßstäblich. Die verschiedenen Merkmale, die in Bezug auf diese Figuren beschrieben sind, ergeben sich für einen Fachmann bei einer metallurgischen Inspektion. Obgleich diese Ausführungsformen mit einer MIM-Mikrostruktur unter Bezug auf die Masseelektrodenanordnung 40 diskutiert werden, versteht sich ferner, dass diese Erläuterungen auch auf die Mittelelektrodenanordnung 30 und auf andere Ausführungsformen anwendbar sind, bei denen entweder die nicht-funkenbildende Komponente, die funkenbildende Komponente oder sowohl die nicht-funkenbildende Komponente und die funkenbildende Komponente eine MIM-Mikrostruktur aufweist bzw. aufweisen. 3A und 3B stellen die Elektrodenanordnung bei einer mittleren Stufe der Herstellung dar, wohingegen 4 die fertig gestellte Elektrodenanordnung darstellt. Um eine MIM-Mikrostruktur zu erzeugen, wird, wie es nachstehend im Detail erläutert wird, ein Metallpulver mit einem Bindemittel gemischt, um ein Rohmaterial („feedstock“) zu bilden, das aufgeschmolzen und in eine Gussform eingespritzt wird, und zwar unter Bildung eines grünen bzw. ungebrannten bzw. ungesinterten Teils. Das Bindemittel wird entfernt, um ein braunes Teil zu bilden, welches dann gesintert wird, um die fertig gestellte Elektrodenanordnung zu bilden.
Die 3A und 3B stellen unterschiedliche Ausführungsformen der Elektrodenanordnung 40 als ein braunes Teil dar, wobei das Bindemittel entfernt worden ist, um ein offenporiges Netzwerk 72 in der äußeren Elektrodenkomponente 44 zu bilden. Bei der Ausführungsform der 3A weist die äußere Elektrodenkomponente 44 eine MIM-Mikrostruktur auf, wohingegen die innere Elektrodenkomponente 42 keine MIM-Mikrostruktur beinhaltet. Die gesinterte fertig gestellte Version ist in 4 dargestellt, wobei das offenporige Netzwerk 72 zu einem Netzwerk 74 mit kollabierten Poren wird. Da das offenporige Netzwerk 72 aus einer Anzahl von Poren oder Taschen besteht, wobei Bindermaterial herausgetrieben worden ist, ist das Gesamtvolumen der äußeren Masseelektrodenkomponente größer als das Gesamtvolumen der fertig gestellten äußeren Masseelektrodenkomponente, die in 2 dargestellt ist. Die Volumendifferenz zwischen der braunen äußeren Masseelektrodenkomponente und der fertig gestellten äußeren Masseelektrodenkomponente korreliert mit der Menge an Bindemittel, das in dem Rohmaterial verwendet wird, und kann etwa 15-30 Vol.-% betragen, und beträgt vorzugsweise etwa 20 Vol.-%. Die MIM-Mikrostruktur der äußeren Elektrodenkomponente kann ein Nickel-basiertes Material in einem Bereich von etwa 80 bis 99,99 Gew.-% beinhalten, und ein Bindemittelmaterial in einem Bereich von etwa 20 Gew.-% bis 0,01 Gew.-%.
Im Unterschied zu traditionellem pulvermetallurgischen Sintern kann der vorliegende Sinterprozess zum Erreichen der Struktur, die in 4 dargestellt ist, höhere Sintertemperaturen und/oder längere Sinterzeiten erfordern, da der Verdichtungsprozess, der zum Erzeugen des Netzwerkes 74 mit kollabierten Poren erforderlich ist, substantieller ist. Die Sinterprozessparameter werden in Abhängigkeit von der Art des verwendeten Materials, dem Volumen des Teils, der Geometrie etc. abhängen. Das Netzwerk 74 mit kollabierten Poren kann etwa 2-5 Vol.-% von gleichmäßig verteilten Poren oder Leerstellen enthalten, und die resultierende MIM-Mikrostruktur wird etwa 95-98 % voll verdichtet sein. Demgemäß kann der Übergang von dem offenporigen Netzwerk 72 zu dem Netzwerk 74 mit kollabierten Poren bei einer Ausführungsform eine Volumenreduktion des Porenraums von etwa 15-18 % ergeben.
Die Elektrodenanordnungen 30, 40 der vorliegenden Offenbarung können zu einer verbesserten Bindung („bonding“) zwischen funkenbildenden und nicht-funkenbildenden Elektrodenkomponenten führen. Wie es in 4 gezeigt ist, kann beim Sintern der braunen Elektrodenanordnungen, die in einer der 3A oder 3B gezeigt sind, eine mechanische Arretierung („mechanical lock“) und eine metallurgische Bindung an der Schnittstelle 62 zwischen der äußeren Elektrodenkomponente 44 und der inneren Elektrodenkomponente 42 gebildet werden. Diese metallurgische Bindung und mechanische Arretierung bzw. Verriegelung kann an einer Zwischenmetallschicht 76 vorhanden sie, die an der Schnittstelle 62 angeordnet ist, wobei die Zwischenmetallschicht 76 Bestandteile sowohl von der inneren Elektrodenkomponente 42 als auch von der äußeren Elektrodenkomponente 44 beinhaltet. Bei einigen Ausführungsformen kann diese Schnittstelle 62 eine ungeschweißte Fügestelle („weldless joint“) bilden, wobei die Bindungsfestigkeit zwischen der inneren Elektrodenkomponente 42 und der äußeren Elektrodenkomponente 44 hinreichend ist, derart, dass an der Schnittstelle keine Schweißverbindung verwendet wird. Demzufolge können schweißspezifische Probleme, wie oben beschrieben, vermieden werden. Die metallurgische Bindung und die mechanische Arretierung an der schweißlosen bzw. ungeschweißten Fügestelle können zumindest teilweise dem volumenmäßigen Schrumpfen des offenporigen Netzwerkes 72 auf das Netzwerk 74 mit kollabierten Poren zugeschrieben werden, was hervorruft, dass die äußere Elektrodenkomponente 44 sich relativ zu der inneren Elektrodenkomponente 42 oder um diese herum schrumpft. Während dieses Prozesses übt die innere Seitenfläche 62 der äußeren Elektrodenkomponente 44 eine konstriktive, einwärts gerichtete Kraft auf die äußere Seitenfläche 64 der inneren Elektrodenkomponente 42 aus, was zu der mechanischen Arretierung beiträgt. Demgemäß kann an der Schnittstelle 42 eine Feststoffdiffusion erfolgen, was zu einer Diffusionsbindung bis hin zu einer metallurgischen Bindung der inneren Elektrodenkomponente 42 an die äußere Elektrodenkomponente 44 führt. Ferner ist es möglich, dass das Netzwerk 74 mit kollabierten Poren in der MIM-Mikrostruktur wenigstens einen Teil des Materials der inneren Elektrodenkomponente 42 einkapselt, das bei dieser Ausführungsform ein Edelmetall-basiertes Material ist, das als eine funkenbildende Komponente verwendet wird. Demzufolge kann an der Schnittstelle 62 und/oder an der Zwischenmetallschicht 76 das Netzwerk 74 mit kollabierten Poren vorhanden sein. Zusätzlich hierzu ist es möglich, dass Korngrenzen nicht auf die Schnittstelle beschränkt sind. Beispielsweise ist es bei der dargestellten Ausführungsform möglich, dass sich Korngrenzen von Edelmetallpartikeln über die Schnittstelle 62 hinaus in ein Nickel-basiertes Material hinein erstrecken, das für die nicht-funkenbildende Komponente verwendet wird. Alternativ hierzu können sich Korngrenzen von Nickelpartikeln über die Schnittstelle 62 hinaus in das Edelmetall-basierte Material hinein erstrecken, das für die funkenbildende Komponente verwendet wird.
3B stellt eine weitere Ausführungsform dar, bei der sowohl die innere Elektrodenkomponente 42 als auch die äußere Elektrodenkomponente 44 eine MIM-Mikrostruktur haben. Demgemäß wird sich in der fertig gestellten Elektrodenanordnung 40 das Netzwerk 74 mit den kollabierten Poren über die innere Elektrodenkomponente 42, die Zwischenmetallschicht 76 und die äußere Elektrodenkomponente 44 erstrecken. Bei dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, wenn das Maß bzw. der Grad des volumenmäßigen Schrumpfens für die äußere Elektrodenkomponente 44 größer ist als das Maß des volumenmäßigen Schrumpfens für die innere Elektrodenkomponente 42, derart, dass eine Varianz des volumenmäßigen Schrumpfens zwischen den Komponenten, die miteinander zu verbinden sind, eine mechanische Arretierung und eine metallurgische Bindung zwischen den Komponenten an der Schnittstelle ermöglicht. Die Varianz des volumenmäßigen Schrumpfens kann es ermöglichen, dass an der Schnittstelle eine ungeschweißte Fügestelle vorliegt, derart, dass an der Schnittstelle keine Schweißung verwendet wird, da die innere Seitenfläche 60 der äußeren Elektrodenkomponente 44 dazu in der Lage ist, eine konstriktive, nach innen gerichtete Kraft gegen die äußere Seitenfläche 64 der inneren Elektrodenkomponente 62 auszuüben. Die Varianz des volumenmäßigen Schrumpfens kann eingestellt werden, indem die Bindemittelmengen geändert werden, die in dem Rohmaterial vorhanden sind, das zur Bildung der inneren Elektrodenkomponente bzw. der äußeren Elektrodenkomponente verwendet wird. Um ein Beispiel zu nennen, kann die Varianz des volumenmäßigen Schrumpfens etwa 5-20 % betragen, derart, dass die Differenz in dem relativen Schrumpfen zwischen den Teilen hinreichend ist, um eine ungeschweißte Fügestelle zu erzeugen. In einem Beispiel kann dies erreicht werden, indem 5-20 Vol.-% oder mehr Bindemittel in der äußeren Elektrodenkomponente enthalten sind. Demzufolge kann das Erzeugen eines größeren offenporigen Netzwerkes 72 in der äußeren Elektrodenkomponente 44 als ein offenporiges Netzwerk 78 in der inneren Elektrodenkomponente 42 dazu beitragen, eine robustere metallurgische Bonding und mechanische Arretierung an der Schnittstelle 62 zu erzeugen, da die Verdichtung („densification“) in der äußeren Elektrodenkomponente 44 substantieller sein wird als in der inneren Elektrodenkomponente 42.
Die 5-7 zeigen unterschiedliche Beispiele von Masseelektrodenanordnungen 40 gemäß verschiedener Ausführungsformen. 5 ist ähnlich zu der Ausführungsform der 1 und 2, und zwar dahingehend, dass sie beide ringförmige funkenbildende Komponenten besitzen, jedoch mit dem Unterschied, dass eine nicht-angrenzende innere Seitenfläche der äußeren Masseelektrodenanordnung 44 vorhanden ist, die demgemäß eine nicht-angrenzende Schnittstelle 62 zwischen der inneren Masseelektrodenkomponente 42 und der äußeren Masseelektrodenkomponente 44 bildet. Unter Berücksichtigung der komplexen Geometrie dieser Ausführungsform kann es vorteilhaft sein, sowohl die innere Masseelektrodenkomponente 42 als auch die äußere Masseelektrodenkomponente 44 im Wege des Metallspritzgießens herzustellen. Bei der Ausführungsform der 5 ist, ähnlich wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform, die äußere Masseelektrodenkomponente 44 der Haupt-Masseelektrodenkörper 18. 6 zeigt eine Konfiguration mit einer Standard J-Funkenstrecke, wobei die innere Masseelektrodenkomponente 42 eine standardmäßige funkenbildende Komponente aus einem Edelmetall sein kann, die in der Form einer Säule oder eines ähnlich geformten Chips vorliegt, um ein Beispiel zu nennen. Die äußere Masseelektrodenkomponente 44 kann eine MIM-Mikrostruktur haben, und während der Herstellung kann die innere Masseelektrodenkomponente 42 in ein Sackloch oder dergleichen eingeführt und dann mit der äußeren Masseelektrodenkomponente 44 gesintert werden, um die Masseelektrodenanordnung 40 zu bilden. 7 zeigt ebenfalls eine Konfiguration mit einer standardmäßigen J-Funkenstrecke, anders als bei den weiteren dargestellten Ausführungsformen ist die Massenelektrodenanordnung 40 jedoch eine separate Zündspitzenanordnung, die an ein axiales Ende des Masseelektrodenkörpers 18 geschweißt ist, und zwar an einer Befestigungsfläche 80. Demgemäß beinhaltet die Schweißfügestelle Bestandteile sowohl von der äußeren Elektrodenkomponente und der entsprechenden Elektrode, beinhaltert jedoch keine Bestandteile von der inneren Elektrodenkomponente. Wie oben erwähnt, ist es möglich, dass die äußere Masseelektrodenkomponente 44 oder sowohl die äußere Masseelektrodenkomponente 44 als auch die innere Masseelektrodenkomponente 42 eine MIM-Mikrostruktur haben. In den 6 und 7 sind Bezugszeichen für die verschiedenen Seitenflächen weggelassen, und zwar aus Klarheitsgründen.
Die 8-12 zeigen unterschiedliche Beispiele von Mittelelektrodenanordnungen 30 gemäß verschiedener Ausführungsformen. 8 ist ähnlich zu der Ausführungsform der 1 und 2, mit der Ausnahme, dass die innere Mittelelektrodenkomponente 32 der Haupt-Mittelelektrodenkörper 12 ist. Die funkenbildende Komponente ist bei dieser Ausführungsform hülsenförmig. Bei einer inneren Mittelelektrodenkomponente 32, die eine MIM-Mikrostruktur hat, ist es möglich, den Haupt-Mittelelektrodenkörper 12 um einen festen Kupferkern 28 herum metallspritzzugießen. Demgemäß kann eine MIM-gebildete mechanische Arretierung und metallurgische Bindung zwischen sowohl dem Mittelelektrodenkörper 12 und dem Kupferkern 28 als auch mit einer äußeren Mittelelektrodenkomponente 34 erzeugt werden, die ebenfalls eine MIM-Mikrostruktur hat. Ferner hat bei der Ausführungsform der 8 die axiale Endfläche 58 der Mittelelektrodenanordnung 30 eine generelle ebene Struktur, was im Gegensatz steht zu den axialen Endflächen 58 der 9 und 10. 9 zeigt eine Mittelelektrodenanordnung 30 mit einer inneren Mittelelektrodenkomponente 32, die ähnlich ist zu den Masseelektrodenkomponenten der 6 und 7, wobei die innere Mittelelektrodenkomponente 32 eine funkenbildende Komponente ist, die in ein Sackloch in einer Ausnehmung in der äußeren Mittelelektrodenkomponente 34 eingeführt ist, die eine MIM-Mikrostruktur hat. Beim Co-Sintern kann an einer Schnittstelle 62 zwischen einer inneren Seitenfläche 60 der äußeren Mittelelektrodenkomponente 34 und einer äußeren Seitenfläche 64 der inneren Mittelelektrodenkomponente 32 eine ungeschweißte Fügestelle gebildet werden. Die Ausführungsform der 10 ist ähnlich zu der Ausführungsform der 9, beinhaltet jedoch mehrfache innere Mittelelektrodenkomponenten 32 (was auch mit der Masseelektrodenkomponente 40 implementiert werden kann). Demgemäß weist diese Ausführungsform mehrfache ungeschweißte Fügestellen an jeder Schnittstelle 62 auf. Die Bezugszeichen für die verschiedenen Seitenflächen sind in 10 aus Klarheitsgründen weggelassen. Die Mittelelektrodenanordnungen 30 der 9 und 10 beinhalten beide eine Befestigungsfläche 80 zum Schweißen an den Haupt-Mittelelektrodenkörper 12.
11 stellt eine Ausführungsform einer Mittelelektrodenanordnung 30 dar, wobei die äußere Mittelelektrodenkomponente 34 die funkenbildende Komponente ist, und wobei die äußere Mittelelektrodenkomponente 34 um ein Befestigungsmerkmal 82 herum gesintert ist, das an der inneren Mittelelektrodenkomponente 32 angeordnet ist. Ein Flansch 84 des Befestigungsmerkmals 82 kann klein genug sein, um ein Einführen der inneren Mittelelektrodenkomponente 32 in die äußere Mittelelektrodenkomponente 34 hinein zu ermöglichen, wie auch ein darauffolgendes Schrumpfen der MIM-Mikrostruktur der äußeren Mittelelektrodenkomponente 34 um den Flansch 84 herum. Das Befestigungsmerkmal 82 und/oder der Flansch 84 können so konstruiert sein, dass sie dazu beitragen, ein Durchhängen der MIM-Mikrostruktur während des Sinterns zu verhindern. Zusätzlich hierzu ist bei der Ausführungsform der 11 die Schnittstelle 62 mit einer Schweißverbindung verstärkt, was bei einer Anzahl von Ausführungsformen möglich ist.
12 zeigt eine Ausführungsform einer Mittelelektrodenanordnung 30, wobei die innere Mittelelektrodenkomponente 32 mit einem Befestigungsmerkmal 82 bereitgestellt ist, und wobei die innere Mittelektrodenkomponente 32 eine funkenbildende Fläche ist, anders als bei der Ausführungsform der 11, bei der die innere Elektrodenkomponente 32 eine nicht-funkenbildende Fläche ist. Bei den Ausführungsformen der 11 und 12 ist es möglich, die äußere Mittelelektrodenkomponente 34 mit einem Loch oder einer Ausnehmung im Wege des Metallspitzgießens herzustellen, um dazu beizutragen, die innere Mittelelektrodenkomponente 32 aufzunehmen, bevor diese zusammengesintert werden. Die Bezugszeichen für die verschiedenen Seitenflächen sind in den 11 und 12 aus Klarheitsgründen weggelassen.
13 ist ein Flussdiagramm, das beispielhaft durch Schritte darstellt, die in einem Verfahren 100 zur Herstellung einer Elektrodenanordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können. Das Verfahren 100 ist lediglich ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens, da die hier beschriebenen Elektrodenanordnungen gemäß verschiedenen Adaptionen hergestellt werden können, und zwar nach Notwendigkeit oder Wunsch.
Ein Schritt 102 des Verfahrens beinhaltet ein Metallspritzgießen einer grünen äußeren Elektrodenkomponente 34, 44. Dieser Schritt beinhaltet das Mischen eines Metallpulvers mit einem Bindemittel (Wachs, thermoplastisches Polymer, etc.), welches die Metallpartikel während des Einspritzprozesses in Suspension halten kann. Die Mischung aus dem Metallpulver und dem Bindemittel kann als ein Rohmaterial bezeichnet werden, das in eine Spritzgussmaschine eingespeist, geschmolzen und in eine Gussform eingespritzt wird, deren Form von der Struktur her analog ist zu der gewünschten Form der äußeren Elektrodenkomponente 34, 44, und die entsprechend eingestellt ist, um der Volumendifferenz zwischen den fertig gestellten Teilen und den grünen/braunen Teilen Rechnung zu tragen. Mikro-Spritzgussmaschinen können notwendig sein, und zwar in Abhängigkeit von der Größe der Elektrodenanordnungen. Wenn die äußere Elektrodenkomponente eine funkenbildende Komponente sein soll, kann ein Edelmetall-Pulver verwendet werden, wie Platin, Iridium, Rhodium, Silber, Palladium, eine Legierung hiervon, oder eine Kombination von verschiedenen Edelmetall-basierten Pulvern. Wenn die äußere Elektrodenkomponente eine nicht-funkenbildende Komponente ist, kann ein Nicht-Edelmetall-Pulver verwendet werden, wie eine Nickel-basierte Legierung, einschließlich jedoch nicht beschränkt auf Inconel® 600 oder 601. Eine bevorzugte mittlere Partikelgröße des Metallpulvers liegt im Bereich von 2 bis 5 Mikrometern.
Ein Schritt 104 des Verfahrens beinhaltet ein Entbindern der grünen äußeren Elektrodenkomponente, um auf diese Weise eine braune äußere Elektrodenkomponente 34, 44 zu bilden. Dieser Schritt kann auf einem einer Mehrzahl von Wegen erreicht werden, einschließlich von katalytischen Mitteln, thermischen Mitteln oder Lösungsmittelbasierten Mitteln, und kann von dem Bindemittelsystem abhängen, das verwendet wird. Ein kleiner Rest an Bindemittel kann in der braunen äußeren Elektrodenkomponente 34, 44 belassen werden, das als eine Art Rückgrat dient, um das braune Teil zusammen zu halten.
Ein Schritt 106 beinhaltet ein wenigstens teilweises Einführen einer inneren Elektrodenkomponente 32, 42 in die braune äußere Elektrodenkomponente 34, 44. Wie oben beschrieben, kann die braune äußere Elektrodenkomponente 34, 44 ein geformtes Loch oder eine Ausnehmung aufweisen, die dazu beitragen kann, die innere Elektrodenkomponente 32, 42 aufzunehmen. Alternativ hierzu kann dieser Schritt durchgeführt werden, wenn sich die äußere Elektrodenkomponente in der grünen Stufe befindet, und zwar gefolgt von einem Entbindern der grünen äußeren Elektrodenkomponente, wenn die innere Elektrodenkomponente eingeführt ist.
Ein Schritt 108 beinhaltet ein Sintern der inneren Elektrodenkomponente 32, 42 und der braunen äußeren Elektrodenkomponente 34, 44 miteinander, um die braune äußere Elektrodenkomponente wenigstens teilweise um die innere Elektrodenkomponente herum zu schrumpfen. Dies kann, in einem Schritt 110, eine gesinterte äußere Elektrodenkomponente 34, 44 erzeugen, die an der Schnittstelle zwischen der inneren und der äußeren Elektrodenkomponente eine mechanische Arretierung und eine metallurgische Bindung hat. In Abhängigkeit von der Bindungsfestigkeit kann diese Schnittstelle eine ungeschweißte Fügestelle beinhalten, bei der keine Schweißverbindung verwendet wird, um die Verbindung zwischen der inneren und der äußeren Elektrodenkomponente zu verstärken. Wie oben erwähnt, kann der vorliegende Sinterprozess im Vergleich mit traditionellen pulvermetallurgischen Sinterverfahren höhere Sintertemperaturen und/oder längere Sinterzeiten erfordern, da der Verdichtungsprozess substantieller ist, der erforderlich ist, um das Netzwerk mit kollabierten Poren in der MIM-Mikrostruktur zu erzeugen. Die Sinterprozessparameter werden in Abhängigkeit von der Art der verwendeten Materialien, dem Volumen der Teile, der Geometrie etc. variieren. In einer Ausführungsform könnte die Sintertemperatur etwa 80 % der Schmelztemperatur des MIM-gebildeten Teils sein. Es ist jedoch möglich, dass eines der Legierungselemente während des Sinterprozesses schmilzt oder teilweise schmilzt. Das Sintern kann in einer kontrollierten Atmosphäre oder im Vakuum durchgeführt werden.
Es versteht sich, dass die vorstehende Beschreibung nicht eine Definition der Erfindung ist, sondern eine Beschreibung von einer oder mehreren bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung. Die Erfindung ist nicht auf die besondere vorliegend offenbarte Ausführungsform bzw. Ausführungsformen beschränkt, sondern ist ausschließlich durch die nachstehenden Ansprüche definiert. Ferner beziehen sich die Angaben, die in der vorstehenden Beschreibung enthalten sind, auf besondere Ausführungsformen und sollen nicht als Beschränkungen des Schutzbereiches der Erfindung oder der Definition von Begriffen, die in den Ansprüchen verwendet werden, verstanden werden, ausgenommen dann, wenn ein Begriff oder eine Wendung ausdrücklich oben definiert ist. Verschiedene andere Ausführungsformen und verschiedene Änderungen und Modifikationen der offenbarten Ausführungsform bzw. der offenbarten Ausführungsformen ergeben sich für Fachleute. Sämtliche derartigen Ausführungsformen, Änderungen und Modifikationen sollen in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen.
Die Begriffe „zum Beispiel“, „z.B.“, „beispielsweise“, „sowie“ und „wie“ und die Verben „aufweisen“, „haben“, „enthalten“ und deren andere Verbformen, wenn sie in Verbindung mit der Auflistung von einer oder mehreren Komponenten oder anderen Gegenständen verwendet werden, sollen, so wie sie in der vorliegenden Spezifikation in den Ansprüchen verwendet werden, jeweils als offen endend verstanden werden, was bedeutet, dass die Liste nicht so betrachtet werden soll, dass andere zusätzliche Komponente oder Gegenstände ausgeschlossen werden sollen. Andere Begriffe sind unter Verwendung ihrer breitesten vernünftigen Bedeutung zu verstehen, es sei denn, sie werden in einem Kontext verwendet, der eine unterschiedliche Interpretation erfordert.
Zusammenfassend ist offenbart eine Zündkerzen-Elektrodenanordnung und ein Verfahren zum Herstellen einer Zündkerzenanordnung mit einer inneren und einer äußeren Elektrodenkomponente, von denen eine oder beide gebildet sind unter Verwendung von Metallspritzgießen (MIM). Das Bilden wenigstens einer der inneren und der äußeren Elektrodenkomponente mit MIM ermöglicht es, eine mechanische Arretierung und eine metallurgische Bindung an einer Schnittstelle zwischen den Komponenten zu erzeugen, derart, dass die Komponenten aneinandergefügt sein können, ohne eine Schweißverbindung zu verwenden.

Claims

Elektrodenanordnung für eine Zündkerze, mit: einer inneren Elektrodenkomponente; einer äußeren Elektrodenkomponente, die die innere Elektrodenkomponente zumindest teilweise umgibt und eine metallspritzgegossene („metal injection molded“, MIM) Mikrostruktur aufweist; und einer ungeschweißten Fügestelle, die an einer Schnittstelle der inneren Elektrodenkomponente und der äußeren Elektrodenkomponente angeordnet ist, wobei die ungeschweißte Fügestelle sowohl eine mechanische Arretierung als auch eine metallurgische Bindung zwischen der inneren und der äußeren Elektrodenkomponente an der Schnittstelle erzeugt, derart, dass an der Schnittstelle keine Schweißverbindung verwendet ist.
Elektrodenkomponente nach Anspruch 1, wobei die Elektrodenanordnung eine Mittelelektrodenanordnung ist, wobei die innere Elektrodenkomponente eine funkenbildende Komponente ist, die aus einem Edelmetall-basierten Material hergestellt ist, und wobei die äußere Elektrodenkomponente eine nicht-funkenbildende Komponente ist, die aus einem Nickel-basierten Material hergestellt ist, das die metallspritzgegossene Mikrostruktur aufweist.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 2, wobei die innere Elektrodenkomponente eine säulenförmige funkenbildende Komponente ist, die eine äußere Seitenfläche und eine axiale Endfläche beinhaltet, wobei ein Abschnitt der äußeren Seitenfläche an der Schnittstelle angeordnet ist und Bestandteile, insbesondere Gefügebestandteile, für die ungeschweißte Fügestelle bereitstellt, die zu der metallurgischen Bindung beitragen, und wobei die axiale Endfläche eine funkenbildende Fläche ist, die hin zu einer Funkenstrecke weist.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Mittelelektrodenanordnung eine Vielzahl von inneren Elektrodenkomponenten aufweist, wobei jede der inneren Elektrodenkomponenten eine säulenförmige funkenbildende Komponente ist, die aus einem Edelmetall-basierten Material hergestellt ist, zumindest teilweise von der äußeren Elektrodenkomponente umgeben ist und eine axiale Endfläche aufweist, bei der es sich um eine funkenbildende Fläche handelt, die hin zu einer Funkenstrecke weist.
Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die äußere Elektrodenkomponente eine nicht-funkenbildende Komponente ist, die ein Sackloch mit einer inneren Seitenfläche aufweist, wobei die innere Seitenfläche an der Schnittstelle angeordnet ist und Bestandteile für die ungeschweißte Fügestelle bereitstellt, die zu der metallurgischen Bindung beitragen, und wobei die äußere Elektrodenkomponente um die innere Elektrodenkomponente herum metallurgisch geschrumpft ist, derart, dass die innere Seitenfläche eine konstriktive bzw. einschnürende, nach innen gerichtete Kraft gegen die innere Elektrodenkomponente ausübt, welche Kraft zu der mechanischen Arretierung beiträgt.
Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Elektrodenanordnung eine Mittelelektrodenanordnung ist, wobei die innere Elektrodenkomponente eine nicht-funkenbildende Komponente ist, die aus einem Nickel-basierten Material hergestellt ist, und wobei die äußere Elektrodenkomponente eine funkenbildende Komponente ist, die aus einem Edelmetall-basierten Material hergestellt ist, das die metallspritzgegossene Mikrostruktur aufweist.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 6, wobei die äußere Elektrodenkomponente eine hülsenförmige funkenbildende Komponente ist, die eine innere Seitenfläche und eine äußere Seitenfläche aufweist, wobei die innere Seitenfläche an der Schnittstelle angeordnet ist und Bestandteile für die ungeschweißte Fügestelle bereitstellt, die zu der metallurgischen Bindung beitragen, wobei die äußere Seitenfläche eine funkenbildende Fläche ist, die hin zu einer Funkenstrecke weist, und wobei die äußere Elektrodenkomponente um die innere Elektrodenkomponente herum metallurgisch geschrumpft ist, derart, dass die innere Seitenfläche eine konstriktive, nach innen gerichtete Kraft gegen die innere Elektrodenkomponente ausübt, welche Kraft zu der mechanischen Arretierung beiträgt.
Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Elektrodenanordnung eine Masseelektrodenanordnung ist, wobei die innere Elektrodenkomponente eine funkenbildende Komponente ist, die aus einem Edelmetall-basierten Material hergestellt ist, und wobei die äußere Elektrodenkomponente eine nicht-funkenbildende Komponente ist, die aus einem Nickel-basierten Material hergestellt ist, das die metallspritzgegossene Mikrostruktur aufweist.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 8, wobei die innere Elektrodenkomponente eine ringförmige funkenbildende Komponente ist, die eine äußere Seitenfläche und eine innere Seitenfläche aufweist, wobei die äußere Seitenfläche an der Schnittstelle angeordnet ist und Bestandteile für die ungeschweißte Fügestelle bereitstellt, die zu der metallurgischen Bindung beitragen, und wobei die innere Seitenfläche eine ringförmige funkenbildende Fläche ist, die hin zu einer Funkenstrecke weist.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die äußere Elektrodenkomponente eine nicht-funkenbildende Komponente ist, die eine innere Seitenfläche beinhaltet, wobei die innere Seitenfläche an der Schnittstelle angeordnet ist und Bestandteile für die ungeschweißte Fügestelle bereitstellt, die zu der metallurgischen Bindung beitragen, und wobei die äußere Elektrodenkomponente um die innere Elektrodenkomponente herum metallurgisch geschrumpft ist, derart, dass die innere Seitenfläche eine konstriktive, nach innen gerichtete Kraft gegen die innere Elektrodenkomponente ausübt, welche Kraft zu der mechanischen Arretierung beiträgt.
Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Elektrodenanordnung eine mehrteilige Zündspitzenanordnung ist, die mittels einer Schweißfügestelle an einer Mittelelektrode oder an einer Masseelektrode angebracht ist, wobei die Schweißfügestelle an einer Befestigungsfläche der äußeren Elektrodenkomponente angeordnet ist und Bestandteile der äußeren Elektrodenkomponente und aus der Mittelelektrode oder der Masseelektrode beinhaltet, jedoch keine Bestandteile der inneren Elektrodenkomponente beinhaltet.
Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die ungeschweißte Fügestelle an der Schnittstelle der inneren und der äußeren Elektrodenkomponente eine intermetallische Schicht und eine Verriegelungsschicht beinhaltet, wobei die intermetallische Schicht intermetallische Zusammensetzungen aufweist, die mit Bestandteilen aus einem Edelmetall-basierten Material und einem Nickel-basierten Material gebildet ist, die zu der metallurgischen Bindung beitragen, und wobei die Verriegelungsschicht Poren aufweist, die in der metallspritzgegossenen Mikrostruktur der äußeren Elektrodenkomponente gebildet sind, wobei die Poren mit Material aus der inneren Elektrodenkomponente gefüllt sind, um zu der mechanischen Arretierung beizutragen.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 12, wobei Korngrenzen von Edelmetallpartikeln sich über die Schnittstelle hinaus in das Nickel-basierte Material hinein erstrecken, und wobei Korngrenzen von Nickelpartikeln sich über die Schnittstelle hinaus in das Edelmetall-basierte Material hinein erstrecken.
Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die äußere Elektrodenkomponente aus einem Nickel-basierten Material hergestellt ist, wobei die innere Elektrodenkomponente aus einem Edelmetall-basierten Material hergestellt ist, und wobei ein Netzwerk mit kollabierten Poren in der metallspritzgegossenen Mikrostruktur zumindest einen Teil des Edelmetall-basierten Materials einkapselt bzw. umkapselt.
Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die äußere Elektrodenkomponente oder eine innere Elektrodenkomponente eine metallspritzgegossene Mikrostruktur aufweist, die eine Bruchdehnung entlang einer ersten Achse zeigt und die die gleiche Bruchdehnung entlang einer zweiten Achse zeigt, wobei die erste Achse die zweite Achse quer zueinander ausgerichtete Achsen sind.
Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die metallspritzgegossene Mikrostruktur der äußeren Elektrodenkomponente ein Nickel-basiertes Material in einem Bereich von 80 Gew.-% bis 99,99 Gew.% aufweist, und ein Bindemittelmaterial in einem Bereich von 20 Gew.-% bis 0,01 Gew.-% aufweist.
Zündkerze mit: einer Metallhülle, die eine axiale Bohrung aufweist; einem Isolator, der eine axiale Bohrung aufweist und der zumindest teilweise innerhalb der axialen Bohrung der Metallhülle angeordnet ist; einer Masseelektrode, die die Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 aufweist, wobei die äußere Elektrodenkomponente oder ein Masseelektrodenkörper an der Metallhülle befestigt ist; und einer Mittelelektrode, die eine funkenbildende Komponente aufweist und wenigstens teilweise innerhalb der axialen Bohrung des Isolators angeordnet ist, wobei die innere Elektrodenkomponente eine Funkenstrecke mit der funkenbildenden Komponente der Mittelelektrode bildet.
Zündkerze mit: einer Metallhülle, die eine axiale Bohrung aufweist; einem Isolator, der eine axiale Bohrung aufweist und der wenigstens teilweise innerhalb der axialen Bohrung der Metallhülle angeordnet ist; einer Masseelektrode, die eine funkenbildende Komponente aufweist und die an der Metallhülle befestigt ist; und einer Mittelelektrode, die die Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 aufweist, wobei die innere Elektrodenkomponente eine Funkenstrecke mit der funkenbildenden Komponente der Masseelektrode bildet.
Elektrodenanordnung für eine Zündkerze, mit: einer inneren Elektrodenkomponente, die aus einem Edelmetall-basierten Material hergestellt ist; einer äußeren Elektrodenkomponente, die aus einem Nickel-basierten Material hergestellt ist und die die innere Elektrodenkomponente zumindest teilweise umgibt, wobei die äußere Elektrodenkomponente eine metallspritzgegossene („metal injection molded“, MIM) Mikrostruktur mit einem Netzwerk mit kollabierten Poren aufweist; und einer Schnittstelle zwischen der inneren und der äußeren Elektrodenkomponente, wobei das Netzwerk mit kollabierten Poren der metallspritzgegossenen Mikrostruktur an der Schnittstelle wenigstens einen gewissen Teil des Edelmetall-basierten Materials ein- bzw. umkapselt.
Verfahren zum Herstellen einer Elektrodenanordnung für eine Zündkerze, insbesondere einer Zündkerze nach Anspruch 17 oder 18, mit den Schritten: Metallspritzgießen einer grünen bzw. ungebrannten äußeren Elektrodenkomponente; Entbindern der grünen äußeren Elektrodenkomponente, um eine braune bzw. gebrannte äußere Elektrodenkomponente zu bilden; wenigstens teilweises Einführen einer inneren Elektrodenkomponente in die braune äußere Elektrodenkomponente; Sintern der inneren Elektrodenkomponente und der braunen äußeren Elektrodenkomponente miteinander, um die braune äußere Elektrodenkomponente wenigstens teilweise um die innere Elektrodenkomponente herum zu schrumpfen und eine gesinterte äußere Elektrodenkomponente zu bilden; und Bilden einer mechanischen Arretierung und einer metallurgischen Bindung an einer Schnittstelle zwischen der inneren Elektrodenkomponente und der gesinterten äußeren Elektrodenkomponente.