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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze, insbesondere eine Zündkerze für den Einsatz in Verbrennungskraftmaschinen, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze.
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Zündkerzen der in Rede stehenden Art werden beispielsweise dazu verwendet, um die Verbrennung in Verbrennungsmotoren einzuleiten. Die Zündkerze bzw. deren Elektroden sind dabei unmittelbar der Verbrennung ausgesetzt und unterliegen höchsten Belastungen. Um Erosion und Korrosion der Elektroden zu verringern, weisen diese oftmals Edelmetallauflagen auf. Problematisch ist allerdings nicht nur das Verschleißverhalten der Elektroden, sondern auch deren Maßhaltigkeit im Betrieb. So muss bereits bei der Herstellung sichergestellt werden, dass sich der Elektrodenabstand im Betrieb nicht ändert. Gerade diese Gefahr besteht allerdings, wenn im Bereich der Zündkerzenherstellung klassische Schweißverfahren wie Widerstandsschweißen, Laser- oder auch Elektronenstrahlschweißen verwendet werden, wie es die
DE 10 2011 014 257 A1 lehrt.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündkerze sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze anzugeben, welche die bekannten Herstellungsprozesse optimieren und es ermöglichen, Zündkerzen mit einem optimalen Betriebsverhalten kostengünstig herzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Zündkerze gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze gemäß Anspruch 11 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und der beigefügten Figur.
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Erfindungsgemäß umfasst eine Zündkerze, insbesondere eine Zündkerze für beispielsweise Verbrennungskraftmaschinen oder für Gasturbinen oder für Strahltriebwerke, ein Gehäuse sowie zumindest eine Masseelektrode, wobei die zumindest eine Masseelektrode einen Elektrodenkörper aufweist, welcher an dem Gehäuse befestigt ist, und wobei der Elektrodenkörper und das Gehäuse durch Kaltverschweißen aneinander befestigt sind. Das kalte Schweißverfahren besitzt bei der Befestigung der Masseelektrode insbesondere den Vorteil, dass keine hohen Temperaturen eingebracht werden, die später im Betrieb, beispielsweise ausgelöst durch daraus resultierende Gefügeänderungen, zu einer Elektrodenabstandsänderung führen könnten.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Kaltverschweißen elektromagnetisches Pulsschweißen. Das elektromagnetische Pulsschweißen kann ohne Wärme mit Hilfe des Verfahrens des Magnetumformens Werkstoffmischverbindungen, aber auch artgleiche Werkstoffe, miteinander verbinden, wobei hierzu einer der Fügepartner mittels eines Magnetfeldes berührungslos einen Impuls erfährt und gegen den anderen Partner prallt. Durch die hohe Geschwindigkeit des Zusammenpralls der Fügepartner kommt es zu einer stoffschlüssigen Verbindung in der festen Phase.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Gehäuse aus einem Stahlwerkstoff, insbesondere umfassend Nickel, gebildet. Das Gehäuse wird auch als Kerzenkörper bezeichnet. Der Kerzenkörper ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vernickelt oder verzinkt. Das Gehäuse bzw. der Kerzenkörper umfasst zweckmäßigerweise ein Gewinde zur Befestigung der Zündkerze in einem Motorblock.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Zündkerze auch mehr als eine Masseelektrode aufweisen, beispielsweise zwei, drei, vier oder mehr.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Masseelektrode einen Oberflächenabschnitt auf, welcher an dem Elektrodenkörper befestigt ist, und wobei der Oberflächenabschnitt und der Elektrodenkörper durch Kaltverschweißen, insbesondere durch elektromagnetisches Pulsschweißen, verbunden oder aneinander befestigt sind. Bei dem Oberflächenabschnitt handelt es sich mit Vorteil um eine Edelmetallauflage, welche besonders verschleiß- und korrosionsbeständig ist und die Lebensdauer einer derartigen Zündkerze mit Vorteil verlängert.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Zündkerze eine Mittelelektrode, wobei die Mittelelektrode einen Elektrodenkörper und einen Oberflächenabschnitt aufweist, und wobei der Oberflächenabschnitt und der Elektrodenkörper durch Kaltverschwei-ßen, insbesondere durch elektromagnetisches Pulsschweißen, verbunden oder aneinander befestigt sind.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Oberflächenabschnitt oder sind die jeweiligen Oberflächenabschnitte am jeweiligen Elektrodenkörper direkt bzw. unmittelbar befestigt. Ermöglicht wird dies insbesondere durch das vorgeschlagene Kaltschweißverfahren, wobei hierbei neben dem bevorzugt elektromagnetischen Pulsschweißen auch Reibschweißen oder Pressschweißen zu nennen sind. Die genannten Verfahren ermöglichen es vorteilhafterweise, die unterschiedlichsten Materialien stoffschlüssig zu verbinden, sodass auf etwaige Zwischenlagen oder -Schichten bzw. Übergangsschichten zur Anbindung oder Befestigung der Oberflächenabschnitte/Edelmetallauflagen verzichtet werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der oder sind die Oberflächenabschnitte aus mindestens einem der Platinmetalle oder einer Legierung hieraus gebildet. Platinmetalle oder Platinuide sind z. B. Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium oder Platin.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Oberflächenabschnitt an der Mittelelektrode aus Iridium bzw. basiert auf dem Werkstoff Iridium, während der Oberflächenabschnitt an der Masseelektrode auf dem Werkstoff Platin oder einer Platinlegierung beruht.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Oberflächenabschnitt oder weisen die Oberflächenschnitte eine Schichtdicke von etwa 0,05 bis 0,5 mm auf. Es hat sich herausgestellt, dass sich diese Schichtdicken gut mittels Kaltverschweißen befestigen lassen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der oder sind die Elektrodenkörper aus Stahl gebildet, wobei der oder die Elektrodenkörper durch Tiefziehen geformt ist oder sind. Insbesondere hohle Elektrodenkörper sind auf diese Weise gut herstellbar.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Elektrodenkörper oder weisen die Elektrodenkörper einen Kern aus einem Material auf, welches unterschiedlich ist zu einem Material der Elektrodenkörper. Bevorzugt weist das Material eine insbesondere höhere Wärmeleitfähigkeit auf.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Elektrodenkörper aus einer Ni-Cr-Fe-Legierung, aus einer Ni-AI-Si-Legierung oder aus einer Ni-Cr-Mn-Si-Legierung.
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Zweckmäßigerweise umfassen die Elektrodenkörper einen Kern aus Kupfer oder einer Kupferlegierung.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der oder weisen die Elektrodenkörper einen Kern, insbesondere einen Kupferkern auf, wobei sich der Kern in eine Schweiß- oder Kontaktzone hinein erstreckt. Dabei bezeichnet die Schweiß- oder Kontaktzone insbesondere den Bereich des Elektrodenkörpers an welchem beispielsweise ein Oberflächenabschnitt befestigt ist oder über welchen der Elektrodenkörper, beispielsweise im Falle der Masseelektrode, am Gehäuse befestigt ist.
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Gemäß einer Ausführungsform weist die Masseelektrode einen Kupferkern auf, wobei sich der Kupferkern bis zu der Kontaktzone oder Schweißzone der Masseelektrode und des Gehäuses erstreckt. Durch das Kaltschweißverfahren, insbesondere durch das bevorzugt elektromagnetische Pulsschweißen, ist es möglich, einen derartigen Materialmix stoffschlüssig zu fügen. Dadurch dass sich der Kern bis in die Kontakt- oder Schweißzone hinein erstreckt, kann eine optimale Wärmeleitung realisiert werden. Gemäß einer Ausführungsform kann sich der Kern auch bis zum Oberflächenabschnitt oder bis in einen Bereich des Oberflächenabschnitts der Masseelektrode bzw. dessen Edelmetallauflage erstrecken. Weiter alternativ oder zusätzlich kann sich der Kern der Mittelelektrode für eine optimale Wärmeabfuhr bis zu dessen Oberflächenabschnitt bzw. dessen Edelmetallauflage erstrecken.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze, wobei die Zündkerze zumindest eine Zündkerzenelektrode, umfassend einen Elektrodenkörper, aufweist, umfassend die Schritte:
- - Bereitstellen eines zweiten Bauteils;
- - Befestigen des Elektrodenkörpers und des zweiten Bauteils durch elektromagnetisches Pulsschweißen aneinander.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das zweite Bauteil ein Gehäuse der Zündkerze oder ein Oberflächenabschnitt eines Elektrodenkörpers bzw. für einen Elektrodenkörper, insbesondere eine Edelmetallauflage.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Zündkerzenelektrode die Masseelektrode. Mit Vorteil ist zumindest die Masseelektrode am Gehäuse durch elektromagnetisches Pulsschweißen befestigt. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte:
- - Befestigen der Masseelektrode durch elektromagnetisches Pulsschweißen am Gehäuse der Zündkerze;
- - Umformen der Masseelektrode zum Einstellen eines Elektrodenabstands in Bezug auf eine Mittelelektrode.
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Gemäß einer Ausführungsform wird vor dem Befestigen der Masseelektrode am Gehäuse ein Oberflächenabschnitt, bevorzugt in Form einer Edelmetallauflage, an der Masseelektrode, und bevorzugt durch elektromagnetisches Pulsschweißen, befestigt. Alternativ kann der Oberflächenabschnitt auch nachträglich durch bevorzugt elektromagnetisches Pulsschweißen befestigt werden.
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Alternativ wird eine Masseelektrode, welche bereits in Form gebogen ist, durch elektromagnetisches Pulsschweißen an dem Gehäuse befestigt.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte:
- - Befestigen der Masseelektrode am Gehäuse durch elektromagnetisches Pulsschweißen;
- - Befestigen eines Befestigungsabschnitts an der Masseelektrode durch elektromagnetisches Pulsschweißen;
- - Befestigung eines Befestigungsabschnitts an der Mittelelektrode durch elektromagnetisches Pulsschweißen.
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Zweckmäßigerweise kann durch ein Kaltschweißverfahren, insbesondere beispielsweise durch elektromagnetisches Pulsschweißen, der Herstellungsprozess einer Zündkerze deutlich vereinfacht werden, da dieses Verbindungsverfahren für die unterschiedlichsten Fügepartner anwendbar ist. Dabei kann ein Wärmeeintrag extrem gering gehalten werden, wodurch in die Werkstoffe oder Materialien keine Spannungen induziert werden, welche im Betrieb später zu Problemen führen könnten. Zudem sind hohe Freiheitsgrade in Bezug auf die Materialwahl möglich.
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An dieser Stelle sei erwähnt, dass die im Zusammenhang mit der Zündkerze erwähnten Vorteile und Merkmale analog und entsprechend für das Verfahren gelten sowie umgekehrt.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Ausführungsform einer Zündkerze mit Bezug auf die beigefügte Figur.
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Es zeigt:
- 1: eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Zündkerze.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Zündkerze, umfassend ein Gehäuse oder einen Kerzenkörper 20. An diesen ist an einer Kontakt- oder Schweißzone 10 eine Masseelektrode 30 befestigt. Diese umfasst einen Elektrodenkörper 32 sowie einen Kern 36, wobei es sich hier beispielsweise um einen Kupferkern handelt. Zu erkennen ist, dass sich der Kern 36 bis in die Kontakt- bzw. Schweißzone 10 hinein erstreckt. Dies ist insbesondere dadurch möglich, da die Kontakt- bzw. Schweißzone 10 durch ein Kaltschweißverfahren, bevorzugt durch ein elektromagnetisches Pulsschweißverfahren, gebildet ist. Dadurch können mit Vorteil die unterschiedlichsten Materialien kombiniert werden. In der Folge ergibt sich eine ideale Wärmeableitung von der Masseelektrode 30 in das Gehäuse 20 hinein. Am gegenüberliegenden Ende des Elektrodenkörpers 32 weist dieser einen Oberflächenabschnitt 34 auf. Hierbei handelt es sich mit Vorteil um eine Edelmetallauflage, welche über eine Kontakt- oder Schweißzone 10, bevorzugt mittels eines Kaltschweißverfahrens, insbesondere bevorzugt durch elektromagnetisches Pulsschweißen, an dem Elektrodenkörper 32 befestigt ist. Der Kupferkern 36 kann auch, zumindest annähernd, bis zu dieser Kontakt- oder Schweißzone 10 geführt sein, um eine optimale Kühlung der Edelmetallauflage 34 zu ermöglichen. Bezugszeichen 40 bezeichnet eine Mittelelektrode, wobei diese einen Elektrodenkörper 42 aufweist, welcher ebenfalls einen Kern 46 umfasst. Dieser ist bevorzugt ebenfalls als Kupferkern ausgebildet. Endseitig weist die Mittelelektrode 40 einen Oberflächenabschnitt 44 auf, welcher ebenfalls bevorzugt als Edelmetallauflage ausgebildet ist. Zwischen diesem Oberflächenabschnitt 44 und dem Elektrodenkörper 42 ist ein Übergangsabschnitt 50 skizziert. Zweckmäßigerweise kann dieser aber entfallen, wenn der Oberflächenabschnitt 44 mittels eines Kaltschweißverfahrens, wie bevorzugt elektromagnetisches Pulsschweißen, an dem Elektrodenkörper 42 befestigt ist. Bevorzugt ist der Kern 46 dann bis zum Oberflächenabschnitt 44 vorgezogen, wodurch die Kühlung optimiert wird. Mit Vorteil ermöglichen die vorgenannten Schweißverfahren insbesondere eine unmittelbare bzw. direkte Befestigung eines Oberflächenabschnitts am jeweiligen Elektrodenkörper. Bezugszeichen 60 zeigt einen Isolator 60, welcher geringfügig das Gehäuse 20 überragt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kontakt-/Schweißzone
- 20
- Gehäuse, zweites Bauteil
- 30
- Masseelektrode, Zündkerzenelektrode
- 32
- Elektrodenkörper
- 34
- Oberflächenabschnitt, zweites Bauteil
- 36
- Kern
- 40
- Mittelelektrode, Zündkerzenelektrode
- 42
- Elektrodenkörper
- 44
- Oberflächenabschnitt, zweites Bauteil
- 46
- Kern
- 50
- Übergangsabschnitt
- 60
- Isolator
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011014257 A1 [0002]
