DE102018221429A1

DE102018221429A1 - Vorkammerzündkerzenkappe, Verfahren zu deren Herstellung und Vorkammerzündkerze

Info

Publication number: DE102018221429A1
Application number: DE102018221429.8A
Authority: DE
Inventors: Hermann Kersting; Mario Fleischhauer; Ulrich Stockmeier; Tina Hirte
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-12-11
Filing date: 2018-12-11
Publication date: 2020-06-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorkammerzündkerzenkappe umfassend einen Kappenkern (82) und eine auf dem Kappenkern (82) vorhandene, zum Vorkammerbrennraum ausgerichtete Innenbeschichtung (87), wobei der Kappenkern (82) aus einer Kupferlegierung gebildet ist, die- etwa 0,8 Masse% Cr, etwa 0,08 Masse% Zr und als Rest Cu oder die- etwa 1,0 Masse% Co, etwa 1,0 Masse% Ni, etwa 0,5 Masse% B und als Rest Cu oder die- etwa 2,4 Masse% Ni, etwa 0,7 Masse% Si, etwa 0,5 Masse% Cr und als Rest Cu oder die- etwa 2,0 Masse% Be, etwa 0,4 Masse% Ni+Co und als Rest Cu oder die- etwa 0,15 Masse% Zr, etwa 0,2 Masse% sonstige Metalle und als Rest Cu enthält und wobei die Innenbeschichtung (87) eine Nickelbeschichtung ist.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorkammerzündkerzenkappe sowie eine Vorkammerzündkerze mit verbesserter Oxidationsbeständigkeit bei hoher Wärmeleitfähigkeit. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung einer Vorkammerzündkerzenkappe.
Vorkammerzündkerzen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie umfassen, wie für herkömmliche Zündkerzen bekannt, eine in einem Gehäuse angeordnete Mittelelektrode und eine Masseelektrode, die zwischen sich einen Zündspalt definieren, in dem ein Luft-Brennstoffgemisch entzündet wird. Dieses entzündete Luft-Brennstoffgemisch wird in Folge jedoch durch Öffnungen in einer am brennraumseitigen Ende der Vorkammerzündkerze befindlichen Kappe, der Vorkammerzündkerzenkappe, in eine Hauptbrennkammer geleitet, in der die eigentliche Verbrennung eines Luft-Brennstoffgemischs für den Kolbenhub erfolgt. Die Vorkammerzündkerzenkappe ist hoher thermischer Belastung ausgesetzt und muss somit gleichzeitig eine hohe Wärmeleitfähigkeit und hohe Oxidationsbeständigkeit aufweisen. Zur Verbesserung des Wärmeabtransports von der Vorkammerzündkerzenkappe, schlägt JP 2007-138909 A eine Beschichtung für eine Vorkammerzündkerzenkappe vor, die eine innere Beschichtung und eine äußere Beschichtung umfasst, wobei die beiden Beschichtungen unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten aufweisen. Eine hohe Oxidationsbeständigkeit wird hierdurch jedoch nicht erzielt.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorkammerzündkerzenkappe gemäß dem Anspruch 1 zeichnet sich jedoch bei gleichzeitig hoher Wärmeleitfähigkeit durch eine sehr gute Oxidationsbeständigkeit aus. Die Vorkammerzündkerzenkappe ist damit durch eine lange Haltbarkeit gekennzeichnet.
Hierzu umfasst die erfindungsgemäße Vorkammerzündkerzenkappe einen Kappenkern mit einer Beschichtung. Die Beschichtung ist dabei auf der Innenseite des Kappenkerns und somit auf der inneren Kappenkern-Oberfläche vorhanden, die beim Verbau der Vorkammerzündkerzenkappe in einer Vorkammerzündkerze zum Vorkammerbrennraum ausgerichtet wird. Es handelt sich somit um eine Innenbeschichtung des Kappenkerns.
Der Kappenkern ist aus einer Kupferlegierung gebildet, die sich durch eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit auszeichnet und die 0,7 bis 0,9 Masse%, also insbesondere etwa 0,8 Masse% Cr, 0,07 bis 0,09 Masse%, also insbesondere etwa 0,08 Masse% Zr und als Rest Cu umfasst. Alternativ dazu umfasst die Kupferlegierung 0,9 bis 1,1 Masse%, also insbesondere etwa 1,0 Masse% Co, 0,9 bis 1,1 Masse%, also insbesondere etwa 1,0 Masse% Ni, 0,4 bis 0,6 Masse%, also insbesondere etwa 0,5 Masse% B und Cu als Rest oder 2,3 bis 2,5 Masse%, also insbesondere etwa 2,4 Masse% Ni, 0,6 bis 0,8 Masse%, also insbesondere etwa 0,7 Masse% Si, 0,4 bis 0,6 Masse%, also insbesondere etwa 0,5 Masse% Cr und Cu als Rest oder 1,9 bis 2,1 Masse%, also insbesondere etwa 2,0 Masse% Be, 0,3 bis 0,5 Masse%, also insbesondere etwa 0,4 Masse% einer Kombination aus Ni und Co und Cu als Rest oder etwa 0,14 bis 0,16 Masse%, also insbesondere 0,15 Masse% Zr, 0,1 bis 0,3 Masse%, also insbesondere maximal etwa 0,2 Masse% sonstige Metalle und Cu als Rest. Die vorstehenden Legierungen sind unter dem Markennamen Elmedur von der Firma Duro Metall bekannt, und weisen die vorstehenden Spezifikationen auf. Insbesondere wird als Kupferlegierung eine Legierung der Firma Duro Metall verwendet, die mit Elmedur X bezeichnet wird, und gemäß DIN ISO 5182(2016) spezifiziert ist.
Um eine Oxidation der Vorkammerzündkerzenkappe zu verhindern, wird als Innenbeschichtung eine Nickelbeschichtung verwendet. Die Nickelbeschichtung weist als Hauptbestandteil in Masse% Nickel auf und kann auch zu 100% aus Nickel bestehen. Nickel zeichnet sich von Haus aus durch eine hohe Oxidationsbeständigkeit aus und verleiht der Vorkammerzündkerzenkappe somit auch einen guten Korrosionsschutz.
Die erfindungsgemäße Vorkammerzündkerzenkappe ist aufgrund ihrer sehr guten Wärmeleitfähigkeit und Oxidationsbeständigkeit langzeitstabil. Auf die Vorkammerzündkerzenkappe einwirkende Wärme kann effektiv abgeleitet und somit eine Beschädigung durch hohe thermische Belastung verhindert werden. Die Nickelbeschichtung auf der zum Vorkammerbrennraum gerichteten Innenseite der Vorkammerzündkerzenkappe trägt dabei effektiv zum Oxidations- und Korrosionsschutz bei.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Vorkammerzündkerzenkappe eine weg vom Vorkammerbrennraum ausgerichtete Außenbeschichtung, wobei die Außenbeschichtung eine Nickelbeschichtung ist. Wie bereits vorstehend für die Innenbeschichtung dargelegt, weist auch die Außenbeschichtung als Hauptbestandteil in Masse% Nickel auf und kann auch zu 100% aus Nickel bestehen. Diese Außenbeschichtung ist damit auch auf der äußeren Kappenkern-Oberfläche vorhanden. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da auch auf die Kappenkern-Außenseite hohe Temperaturen einwirken können, die eine Oxidation des Kappenkerns fördern. Um diese Oxidationsprozesse zu verhindern bzw. wenigstens zu reduzieren, ist die Außenbeschichtung aus Nickel vorgesehen.
Die Innenbeschichtung und die Außenbeschichtung des Kappenkerns können dabei gleich oder unterschiedlich sein und sind vorteilhafterweise gleich.
Vorzugsweise ist die Nickelbeschichtung eine chemische abgeschiedene Nickelbeschichtung oder eine galvanisch abgeschiedene Nickelbeschichtung. Insbesondere durch die galvanische Abscheidung kann an den gewünschten Bereichen des Kappenkerns eine sehr stabile Nickelbeschichtung mit guter Schichtdicke erzielt werden. Zudem ist das Galvanisieren kostengünstig, insbesondere im Vergleich zu einer chemischen Abscheidung.
Sofern es sich bei der Nickelbeschichtung um eine chemisch abgeschiedene Nickelbeschichtung handelt, ist diese insbesondere eine phosphorhaltige Nickelbeschichtung. Der Phosphorgehalt in der phosphorhaltigen Nickelbeschichtung beträgt insbesondere 2 bis 10 Masse% und insbesondere 4 bis 9 Masse%, jeweils bezogen auf die Gesamtmasse der Nickelbeschichtung.
Höhere Gehalte an Phosphor können sich negativ auf die thermische Beständigkeit der Nickelbeschichtung auswirken und finden daher vorzugsweise keine Anwendung.
Eine besonders gute Oxidationsstabilität lässt sich vorteilhafterweise dadurch erzielen, dass die Nickelbeschichtung eine Schichtdicke von 10 bis 200 µm und insbesondere von 15 bis 150 µm aufweist. Schichtdicken insbesondere in einem Bereich von 15 bis 150 µm schützen effektiv vor Oxidation und sind auch nach langer Einwirkzeit hoher Temperaturen mechanisch so stabil, dass sie keinen Funktionsverlust durch Abblättern oder Abplatzen erfahren.
Die Schichtdicke kann sich dabei auf die Schichtdicke der Innenbeschichtung und/oder auf die Schichtdicke der Außenbeschichtung beziehen und bezieht sich vorzugsweise auf beide Beschichtungen, also die Innenbeschichtung und die Außenbeschichtung.
Vorzugsweise sind die Schichtdicke der Innenbeschichtung und/oder die Schichtdicke der Außenbeschichtung gleichmäßig dick, um damit eine besonders gute Oxidationsbeständigkeit bereitzustellen.
Ebenfalls erfindungsgemäß wird auch eine Vorkammerzündkerze beschrieben, die eine wie vorstehend offenbarte Vorkammerzündkerzenkappe umfasst. Aufgrund der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorkammerzündkerzenkappe zeichnet sich auch die erfindungsgemäße Vorkammerzündkerze durch eine sehr gute Oxidationsstabilität und Langzeitstabilität aus. Wärme wird effektiv von der Vorkammerzündkerzenkappe abgeleitet, so dass einer Überhitzung mit Funktionseinschränkungen als Folgeschäden vorgebeugt werden kann.
Darüber hinaus wird erfindungsgemäß auch ein Verfahren zur Herstellung der vorstehend offenbarten Vorkammerzündkerzenkappe beschrieben. Das Verfahren umfasst dabei einen Schritt des Bereitstellens einer ersten Anode, das Bereitstellen eines Kappenkerns und das Bereitstellen einer zweiten Anode. Die erste Anode, die zweite Anode und der Kappenkern werden so angeordnet, dass der Kappenkern zwischen den beiden Anoden angeordnet wird. Zudem wird die erste Anode so angeordnet, dass eine innere Kappenkern-Oberfläche zur ersten Anode weist. Dies kann z.B. dadurch erzielt werden, dass der Kappenkern von oben über der ersten Anode ausgerichtet wird und auf die erste Anode abgesenkt wird, wobei zwischen der inneren Kappenkern-Oberfläche und der ersten Anode zumindest ein Spalt verbleibt. Die zweite Anode wird so angeordnet, dass eine äußere Kappenkern-Oberfläche zur zweiten Anode weist. Dies ergibt die vorstehende Anordnungsreihenfolge der ersten Anode, des Kappenkerns und der zweiten Anode. Die erste Anode und auch die zweite Anode umfassen Nickel. Beispielsweise liegen die erste Anode und/oder die zweite Anode in Form von Anodenkörben vor, die Nickelronden beinhalten. Sodann wird Nickel auf der inneren Kappenkern-Oberfläche und auf der äußeren Kappenkern-Oberfläche galvanisch abgeschieden. Dies erfolgt insbesondere durch Leiten eines Stroms durch ein Elektrolytbad, in dem der Kappenkern und die erste Anode und die zweite Anode vorliegen.
Das Verfahren ist einfach und ohne hohen technischen Aufwand kostengünstig umsetzbar und ermöglicht die Herstellung einer dauerhaft stabilen Oxidationsschutzschicht aus Nickel. Damit zeichnet sich die erfindungsgemäß hergestellte Vorkammerzündkerzenkappe nicht nur durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit, sondern auch durch eine sehr gute Oxidationsbeständigkeit, und damit verbunden, durch einen hohen Korrosionsschutz, aus.
Vorzugsweise ist die erste Anode zylindrisch und wird so angeordnet, dass die Oberfläche und die Seitenfläche der ersten Anode vom Kappenkern umgeben werden. Dies kann besonders einfach dadurch erzielt werden, dass der Kappenkern über die erste Anode gestülpt wird. Durch diese Anordnung der ersten Anode kann eine allseits gleichmäßige Beschichtung der inneren Kappenkern-Oberfläche erzielt werden.
Eine noch gleichmäßigere Beschichtung der inneren Kappenkern-Oberfläche kann durch die vorteilhafte Weiterbildung erreicht werden, in der die erste Anode so angeordnet wird, dass ein Abstand A zu einer ersten inneren Seitenfläche des Kappenkerns, ein Abstand B zu einer zweiten inneren Seitenfläche des Kappenkerns und ein Abstand C zu einer inneren Stirnfläche des Kappenkerns Folgendes erfüllen: A = B = C.
Weiter vorteilhaft wird die zweite Anode der ersten Anode gegenüberliegend oberhalb der äußeren Kappenkern-Oberfläche angeordnet und weist insbesondere eine Größe auf, die mindestens einer Querschnittsfläche des Kappenkerns entspricht. Die zweite Anode wird damit flächenmäßig gesehen mit einer Projektion des Kappenkerns überlagert. Damit kann auch auf der äußeren Kappenkern-Oberfläche eine besonders gleichmäßige Nickelbeschichtung erhalten werden.
Ferner kann eine gleichmäßige Beschichtung der äußeren Kappenkern-Oberfläche und der inneren Kappenkern-Oberfläche vorteilhaft dadurch gefördert werden, dass der Kappenkern und/oder die erste Anode an einer Halterung befestigt werden. Hierdurch kann eine gewünschte Beabstandung der ersten Anode von der inneren Kappenkern-Oberfläche stabil eingestellt werden.
Figurenliste
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

1 eine teilgeschnittene Ansicht einer Vorkammerzündkerze gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 eine Schnittansicht einer Vorkammerzündkerzenkappe gemäß einer zweiten Ausführungsform und
3 eine Schnittansicht einer Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorkammerzündkerzenkappe gemäß einer dritten Ausführungsform.

Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind nur die wesentlichen Merkmale der Ausführungsformen dargestellt. Alle übrigen Merkmale sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Ferner beziffern gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile.
1 zeigt in einer halb geschnittenen Ansicht eine Vorkammerzündkerze 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Zündkerze 1 umfasst ein Gehäuse 2. In das Gehäuse 2 ist ein Isolator 3 eingesetzt. Das Gehäuse 2 und der Isolator 3 weisen jeweils entlang ihrer Längsachse eine Bohrung auf. Das Gehäuse 2 hat eine Außenseite 24 und eine Innenseite 23. Die Längsachse des Gehäuses 2, die Längsachse X des Isolators 3 und die Längsachse der Zündkerze 1 fallen zusammen. In den Isolator 3 ist eine Mittelelektrode 4 eingesetzt.
Des Weiteren erstreckt sich in den Isolator 3 eine elektrische Kontaktierung, über die die Zündkerze 1 mit einer Spannungsquelle elektrisch kontaktiert wird. Die elektrische Kontaktierung bildet das brennraumabgewandte, also das anschlussseitige Ende der Zündkerze 1. Die elektrische Kontaktierung kann einstückig oder auch, wie in diesem Ausführungsbeispiel gezeigt, aus mehreren Komponenten, wie beispielsweise einem Anschlussbolzen 8 und einer Anschlussmutter 9, ausgebildet sein.
Der Isolator 3 wird typischerweise in drei Bereiche unterteilt: Isolatorfuß 31, Isolatorkörper 32 und Isolatorkopf 33. Die drei Bereiche unterscheiden sich beispielsweise durch unterschiedliche Durchmesser. Der Isolatorfuß 31 ist das brennraumseitige Ende des Isolators 3. Innerhalb des Isolatorfußes 31 ist die Mittelelektrode 4 angeordnet. Der Isolatorfuß 31 ist in der Regel vollständig innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet und hat zumeist den kleinsten Außendurchmesser am Isolator 3.
Angrenzend an den Isolatorfuß 31 ist der Isolatorkörper 32 angeordnet, der in der Regel vollständig vom Gehäuse 2 umfasst ist. Der Isolatorkörper 32 hat einen größeren Außendurchmesser als der Isolatorfuß 31. Der Übergang zwischen Isolatorfuß 31 und Isolatorkörper 32 ist als Schulter oder Kehle ausgebildet. Dieser Übergang wird auch als Fußkehle oder Isolatorsitz 35 bezeichnet.
Der Isolatorkopf 33 grenzt am anschlussseitigen Ende des Isolatorkörpers 32 an diesen an und bildet das anschlussseitige Ende des Isolators 3. Der Isolatorkopf 33 ragt aus dem Gehäuse 2 heraus. Der Außendurchmesser des Isolatorkopfs 33 liegt zwischen den Außendurchmessern von Isolatorfuß 31 und Isolatorkörper 32, wobei die Bereiche typischerweise über ihre Länge keinen konstanten Außendurchmesser haben, sondern der Außendurchmesser variieren kann.
Das Gehäuse 2 weist an seiner Innenseite einen Sitz 25 auf. Der Isolator liegt mit seiner Schulter bzw. dem Isolatorsitz 35 auf dem Gehäuse-Sitz 25 auf. Zwischen dem Isolatorsitz 35 und dem Gehäuse-Sitz 25 ist eine Innendichtung 10 angeordnet. Am Gehäuse 2 ist auf dessen brennraumseitiger Stirnfläche eine Vorkammerzündkerzenkappe 80 angeordnet. Die Vorkammerzündkerzenkappe 80 ist mit dem Gehäuse 2 durch eine Verbindung, insbesondere eine Lötverbindung oder eine Schweißverbindung, verbunden. Das Gehäuse 2 und die Vorkammerzündkerzenkappe 80 bilden zusammen eine Vorkammer 81 mit einem Vorkammervolumen. Die Vorkammer 81 erstreckt sich von der Vorkammerzündkerzenkappe 80 bis ins Gehäuse 2 hinein. Der Zwischenraum zwischen Gehäuse 2 und Isolator 3 ist an der Stelle des Gehäuse-Sitzes 25, dem der Isolator 3 mit seiner Schulter 35 aufliegt, mittels der Innendichtung 10 gasdicht abgedichtet.
Zwischen der Mittelelektrode 4 und dem Anschlussbolzen 8 befindet sich im Isolator 3 ein Widerstandselement 7. Das Widerstandselement 7 verbindet die Mittelelektrode 4 elektrisch leitend mit dem Anschlussbolzen 8. Das Widerstandselement 7 ist beispielsweise als Schichtsystem ausgebildet, das sich in seiner Materialzusammensetzung und dem daraus resultierenden elektrischen Widerstand unterscheidet.
An der Innenseite 23 des Gehäuses 2 ist die Masseelektrode 5 in einer Bohrung 52 angeordnet, so dass die Masseelektrode 5 radial von der Gehäuse-Innenseite 23 in die Bohrung entlang der Längsachse X des Gehäuses 2 hineinragt. Die Masseelektrode 5 und die Mittelelektrode 4 bilden zusammen einen Zündspalt aus. Die Bohrung 52 erstreckt sich von der Außenseite 24 durch die Gehäusewand bis zur Innenseite 23 des Gehäuses 2.
Das Gehäuse 2 weist einen Schaft auf. An diesem Schaft sind ein Mehrkant 21, ein Schrumpfeinstich und ein Gewinde 22 ausgebildet. Das Gewinde 22 dient zum Einschrauben der Zündkerze 1 in eine Brennkraftmaschine. Dies ist durch den die Vorkammerzündkerze 1 umgebenden Zylinderkopf 100 angedeutet, in den die Vorkammerzündkerze 1 mittels des Gewindes 22 eingeschraubt ist. Zwischen dem Gewinde 22 und dem Mehrkant 21 ist ein äußeres Dichtelement 6 angeordnet. Das äußere Dichtelement 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Faltdichtung ausgestaltet.
Die Bohrung 52 in der Gehäusewand ist im Bereich des Gewindes 22 ausgebildet. Dabei kann die Bohrung 52 für die Masseelektrode 5 und damit auch die Masseelektrode 5 auf jeder beliebigen Höhe im Bereich des Gewindes 22 angeordnet sein. Je nach der Position der Masseelektrode 5 im Bereich des Gewindes 22 ragt entsprechend die Mittelelektrode 4 und mit ihr auch der Isolatorfuß 31 mehr oder weniger weit in die Vorkammer 81 hinein. Je nach gewünschtem Verwendungszweck der Vorkammerzündkerze 1 kann die Position der Bohrung im Bereich des Gewindes 22 und der Masseelektrode 5 auf der Innenseite 23 des Gehäuses 2 gewählt werden. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Masseelektrode 5 direkt im Anschluss an die Vorkammerzündkerzenkappe 80 angeordnet.
Die Bohrung 52 ist in einer Vertiefung 51, wie beispielsweise einer konischen oder einer runden Nut, angeordnet. Dabei ist der Außendurchmesser des Gehäuses 2 in der Vertiefung 51 kleiner als der Kerndurchmesser des Gewindes 22.
Beim Ausbilden eines Zündfunkens und der damit verbundenen Entzündung des Brennstoffes zwischen der Masseelektrode 5 und der Mittelelektrode 4, wird in diesem Bereich der Vorkammer 81 eine sehr große Wärmemenge erzeugt. Die Vorkammer 81 ist vom Zylinderkopf 100 durch das Gehäuse 2 und das das Gehäuse 2 umgebende Gewinde 22, mit dem die Vorkammerzündkerze 1 in den Zylinderkopf 100 eingeschraubt ist, verbunden.
Die in 1 dargestellte Vorkammerzündkerzenkappe 80 ist im Detail in 2 im Schnitt gezeigt und zeichnet sich durch eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit und hoher Oxidationsstabilität aus, wodurch eine hohe Langzeitstabilität der Vorkammerzündkerze erreicht wird.
Die in 2 dargestellte Vorkammerzündkerzenkappe 80 umfasst einen Kappenkern 82. Der Kappenkern 82 weist auf der Innenseite 85 der Vorkammerzündkerzenkappe 80, also auf einer inneren Kappenkern-Oberfläche 83, eine zum Vorkammerbrennraum ausgerichtete Innenbeschichtung 87 auf.
Zudem weist der Kappenkern 82 auf der Außenseite 86 der Vorkammerzündkerzenkappe 80, also auf einer äußeren Kappenkern-Oberfläche 84, eine vom Vorkammerbrennraum wegweisende Außenbeschichtung 88 auf.
Bei der Innenbeschichtung 87 und der Außenbeschichtung 88 handelt es sich jeweils um eine Nickelbeschichtung, also eine Beschichtung mit dem Hauptbestandteil in Masse% an Nickel. Insbesondere bestehen die Innenbeschichtung 87 und die Außenbeschichtung 88 aus Nickel und sind galvanisch auf dem Kappenkern 82 abgeschieden.
Eine Schichtdicke S₁ der Innenbeschichtung 87 und eine Schichtdicke S₂ der Außenbeschichtung 88 betragen jeweils 10 bis 200 µm. Die Schichtdicke wird dabei jeweils senkrecht zu der entsprechenden Oberfläche 83, 84 des Kappenkerns 82 gemessen, auf den die jeweilige Beschichtung 87, 88 aufgetragen ist.
Die Außenbeschichtung 88 und die Innenbeschichtung 87 verleihen der Vorkammerzündkerzenkappe 80 eine hohe Oxidationsbeständigkeit.
Der Kappenkern 82 ist aus einer Kupferlegierung gebildet ist, die etwa 0,8 Masse% Cr, etwa 0,08 Masse% Zr und Cu als Rest oder etwa 1,0 Masse% Co, etwa 1,0 Masse% Ni, etwa 0,5 Masse% B und Cu als Rest oder etwa 2,4 Masse% Ni, etwa 0,7 Masse% Si, etwa 0,5 Masse% Cr und Cu als Rest oder etwa 2,0 Masse% Be, etwa 0,4 Masse% Ni+Co und Cu als Rest oder etwa 0,15 Masse% Zr, etwa 0,2 Masse% sonstige Metalle und Cu als Rest enthält. Durch insbesondere den hohen Kupferanteil in den Kupferlegierungen wird eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit erzielt, die ein Ableiten von Wärme von der Vorkammerzündkerzenkappe 80 auf angrenzende Bauteile, beispielsweise an das Gehäuse 2, mit dem die Vorkammerzündkerzenkappe 80 insbesondere durch eine Lötverbindung oder eine Schweißverbindung verbunden wird, ermöglicht.
3 zeigt eine Vorrichtung 100 zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorkammerzündkerzenkappe 80 gemäß einer dritten Ausführungsform im Schnitt.
Die Vorrichtung 100 umfasst eine ersten Anode 101 und eine zweite Anode 102, die jeweils Nickel umfassen, beispielsweise in Form von Nickelronden. Es ist ein Kappenkern 82 bereitgestellt. Die ersten Anode 101 ist so angeordnet, dass eine innere Kappenkern-Oberfläche 83 zur ersten Anode 101 weist.
Die zweiten Anode 102 ist so angeordnet, dass eine äußere Kappenkern-Oberfläche 84 zur zweiten Anode 102 weist.
Durch Einbringen der Vorrichtung 100 in ein Elektrolytbad und Anlegen eines Stroms kann Nickel auf der inneren Kappenkern-Oberfläche 83 und auf der äußeren Kappenkern-Oberfläche 84 mit gleichmäßig dicker Schichtdicke galvanisch abgeschieden werden.
Wie in 3 gezeigt, ist die erste Anode 101 zylindrisch und so angeordnet, dass ihre Oberfläche 104 und ihre Seitenfläche 105 vom Kappenkern 82 umgeben werden. Vielmehr ist die erste Anode 101 so angeordnet, dass ein Abstand A zu einer ersten inneren Seitenfläche 89 des Kappenkerns 82, ein Abstand B zu einer zweiten inneren Seitenfläche 90 des Kappenkerns 82 und ein Abstand C zu einer inneren Stirnfläche 91 des Kappenkerns 82 Folgendes erfüllen: A = B = C.
Die zweite Anode 102 ist der ersten Anode 101 gegenüberliegend oberhalb der äußeren Kappenkern-Oberfläche 84 angeordnet und weist insbesondere eine Größe auf, die mindestens einer Querschnittsfläche Q des Kappenkerns 82 entspricht.
Der Kappenkern 82 und die erste Anode 101 sind an einer Halterung 103 befestigt.
Durch die Verwendung der Vorrichtung 100 kann auf der inneren Kappenkern-Oberfläche 83 und auf der äußeren Kappenkern-Oberfläche 84 jeweils eine Nickelbeschichtung mit jeweils einer Schichtdicke von 10 bis 200 µm erzeugt werden, die den Kappenkern 82 effektiv vor Oxidation schützt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007138909 A [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN ISO 5182(2016) [0005]

Claims

Vorkammerzündkerzenkappe umfassend einen Kappenkern (82) und eine auf dem Kappenkern (82) vorhandene, zum Vorkammerbrennraum ausgerichtete Innenbeschichtung (87), wobei der Kappenkern (82) aus einer Kupferlegierung gebildet ist, die - etwa 0,8 Masse% Cr, etwa 0,08 Masse% Zr und als Rest Cu oder die - etwa 1,0 Masse% Co, etwa 1,0 Masse% Ni, etwa 0,5 Masse% B und als Rest Cu oder die - etwa 2,4 Masse% Ni, etwa 0,7 Masse% Si, etwa 0,5 Masse% Cr und als Rest Cu oder die - etwa 2,0 Masse% Be, etwa 0,4 Masse% Ni+Co und als Rest Cu oder die - etwa 0,15 Masse% Zr, etwa 0,2 Masse% sonstige Metalle und als Rest Cu enthält und wobei die Innenbeschichtung (87) eine Nickelbeschichtung ist.
Vorkammerzündkerzenkappe nach Anspruch 1 ferner umfassend eine weg vom Vorkammerbrennraum ausgerichtete Außenbeschichtung (88), wobei die Außenbeschichtung (88) eine Nickelbeschichtung ist.
Vorkammerzündkerzenkappe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Nickelbeschichtung eine chemische abgeschiedene Nickelbeschichtung oder eine galvanisch abgeschiedene Nickelbeschichtung ist.
Vorkammerzündkerzenkappe nach Anspruch 3, wobei die chemisch abgeschiedene Nickelbeschichtung eine phosphorhaltige Nickelbeschichtung ist.
Vorkammerzündkerzenkappe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nickelbeschichtung eine Schichtdicke (S₁, S₂) von 10 bis 200 µm, insbesondere von 15 bis 150 µm aufweist.
Vorkammerzündkerzenkappe nach Anspruch 5, wobei die Schichtdicke der (S₁) der Innenbeschichtung (87) und/oder die Schichtdicke der (S₂) der Außenbeschichtung (88) gleichmäßig dick ist.
Vorkammerzündkerze umfassend eine Vorkammerzündkerzenkappe (80) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur Herstellung einer Vorkammerzündkerzenkappe (80) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfassend die Schritte: - Bereitstellen einer ersten Anode (101) umfassend Nickel, - Bereitstellen eines Kappenkerns (82), - Anordnen der ersten Anode (101), so dass eine innere Kappenkern-Oberfläche (83) zur ersten Anode (101) weist, - Bereitstellen einer zweiten Anode (102) umfassend Nickel, wobei die zweite Anode (102) so angeordnet wird, dass eine äußere Kappenkern-Oberfläche (84) zur zweiten Anode (102) weist und - galvanisches Abscheiden von Nickel auf der inneren Kappenkern-Oberfläche (83) und auf der äußeren Kappenkern-Oberfläche (84).
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die erste Anode (101) zylindrisch ist und so angeordnet wird, dass die Oberfläche (104) und die Seitenfläche (105) der ersten Anode (101) vom Kappenkern (82) umgeben werden.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die erste Anode (101) so angeordnet wird, dass ein Abstand (A) zu einer ersten inneren Seitenfläche (89) des Kappenkerns (82), ein Abstand (B) zu einer zweiten inneren Seitenfläche (90) des Kappenkerns (82) und ein Abstand (C) zu einer inneren Stirrnfläche (91) des Kappenkerns (82) Folgendes erfüllen: A = B = C.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die zweite Anode (102) der ersten Anode (101) gegenüberliegend oberhalb der äußeren Kappenkern-Oberfläche (84) angeordnet wird und insbesondere eine Größe aufweist, die mindestens einer Querschnittsfläche (Q) des Kappenkerns (82) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der Kappenkern (82) und/oder die erste Anode (101) an einer Halterung (103) befestigt werden.