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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorkammerzündkerze mit einer verbesserten Geometrie von Edelmetallkörpern der Mittel- und/oder Masseelektrode und eine, insbesondere mobile, Brennkraftmaschine mit einer derartigen Vorkammerzündkerze.
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Vorkammerzündkerzen für Gasbrennkraftmaschinen werden üblicherweise in großen stationären Anlagen verwendet. Bei diesen Zündkerzen ist die Standzeit der Vorkammerzündkerze ein entscheidender wirtschaftlicher und technischer Parameter. Zündkerzen für mobile Brennkraftmaschinen müssen jedoch insbesondere möglichst kostengünstig sein und insbesondere auch für eine Massenproduktion geeignet sein. Um die geforderten Standzeiten zu erfüllen, werden üblicherweise an der Mittelelektrode Edelmetallverschleißflächen verwendet, welche derartige Vorkammerzündkerzen jedoch erheblich verteuern.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorkammerzündkerze mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass die Vorkammerzündkerze als kostengünstiges Massenbauteil hergestellt werden kann. Dadurch ist die Vorkammerzündkerze auch geeignet, um bei mobilen Gasbrennkraftmaschinen verwendet zu werden, beispielsweise in Kraftfahrzeugen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Vorkammerzündkerze eine Mittelelektrode mit einem ersten Edelmetallkörper und eine Masseelektrode mit einem zweiten Edelmetallkörper aufweist. Ferner ist ein Gehäuse vorgesehen, in welchem die Masseelektrode fixiert ist. Die Mittelelektrode wird mittels eines Isolators von der Masseelektrode elektrisch isoliert. Ferner ist eine Kappe vorgesehen, welche gemeinsam mit einem Teil des Gehäuses eine Vorkammer definiert. Ein Zündfunke wird hierbei zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode in der Vorkammer erzeugt und zur Entflammung im Brennraum verwendet. Der erste Edelmetallkörper der Mittelelektrode weist an seinem freien Ende, welches in den Vorraum vorsteht, einen Funkenbereich in Form eines materialreduzierten Bereichs auf. Dadurch ist eine Menge an Edelmetallmaterial, welche an der Mittelelektrode verwendet wird, reduziert, wodurch die Vorkammerzündkerze signifikant kostengünstiger wird. Somit weist der erste Edelmetallkörper der Mittelelektrode an seinem Funkenbereich, an welchem ein Zündfunken zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode erzeugt wird, eine reduzierte Masse von Edelmetall auf. Somit weist der erste Edelmetallkörper der Mittelelektrode eine von einem Zylinder abweichende Form auf. Dabei ist der materialreduzierte Bereich bevorzugt auf einem zylindrischen Basisbereich angeordnet. Insgesamt ist für den ersten Edelmetallkörper der Mittelelektrode jedoch eine geringere Materialmasse als im Stand der Technik notwendig, so dass entsprechende Einsparungen realisiert werden können.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise ist der Funkenbereich des ersten Edelmetallkörpers ein abgeschrägter Zylinder. Dadurch keine eine einfache Massenherstellung durch Abschrägen des Edelmetalls, welches z.B. Stangenmaterial ist, zur Herstellung des materialreduzierten Bereichs erhalten werden. Die Schräge des abgeschrägten Zylinders ist vorzugsweise über einen gesamten Durchmesser des zylindrischen Edelmetallkörpers vorgesehen. Alternativ ist die Schräge am zylindrischen Edelmetallkörper nur über einen Teilbereich des Durchmessers des Zylinders vorgesehen, vorzugsweise über ungefähr die Hälfte des Durchmessers.
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Der abgeschrägte Zylinder des ersten Edelmetallkörpers weist eine Spitze auf, welche vorzugsweise zur Masseelektrode gerichtet ist. Dadurch ist sichergestellt, dass eine große Mantelfläche in Richtung zur Masseelektrode zeigt, so dass sich zwei relativ große Flächen einander gegenüberliegen, an denen dann ein Zündfunke entstehen kann. Die Schräge des materialreduzierten Bereichs ist somit von der Masseelektrode abgewandt.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist der Funkenbereich des ersten Edelmetallkörpers ein Teilzylinderabschnitt und insbesondere ein Halbzylinder. Die Herstellung des Teilzylinderabschnitts kann dadurch relativ einfach erfolgen, wobei der Funkenbereich der bogenförmige Teil des Halbzylinders ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuse eine Durchgangsöffnung auf, in welcher die Masseelektrode angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Masseelektrode mittels einer Presspassverbindung oder alternativ mittels einer Schweißverbindung in der Durchgangsöffnung des Gehäuses befestigt.
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Bevorzugt ist der zweite Edelmetallkörper der Masseelektrode ein Zylinder.
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Weiter bevorzugt ist eine Masse des ersten Edelmetallkörpers kleiner als eine Masse des zweiten Edelmetallkörpers.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Gasbrennkraftmaschine, insbesondere eine mobile Gasbrennkraftmaschine, umfassend wenigstens eine erfindungsgemäße Vorkammerzündkerze. Die mobile Gasbrennkraftmaschine wird vorzugsweise in Fahrzeugen verwendet.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer Vorkammerzündkerze gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine schematische, perspektivische Ansicht eines ersten Edelmetallkörpers einer Mittelelektrode der Vorkammerzündkerze von 1,
- 3 eine schematische Schnittansicht eines funkenerzeugenden Bereichs eines ersten Edelmetallkörpers einer Mittelelektrode gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 4 eine schematische, perspektivische Ansicht des ersten Edelmetallkörpers von 3, und
- 5 eine schematische, perspektivische Ansicht eines ersten Edelmetallkörpers einer Mittelelektrode gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine Vorkammerzündkerze 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Vorkammerzündkerze 1 eine Mittelelektrode 2 und eine Masseelektrode 3. Die Mittelelektrode 2 liegt in einer Mittelachse X-X der Vorkammerzündkerze 1.
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Die Mittelelektrode 2 umfasst einen ersten Edelmetallkörper 20 auf einem Mittelelektroden-Basiskörper 2a. Der erste Edelmetallkörper 20 kann dabei beispielsweise mittels Schweißen auf dem Mittelelektroden-Basiskörper 2a fixiert werden.
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Die Masseelektrode 3 weist einen zweiten Edelmetallkörper 30 auf. Dieser zweite Edelmetallkörper ist ebenfalls auf einem Masseelektroden-Basiskörper 3a, z.B. mittels Schweißen oder dgl., befestigt. Der zweite Edelmetallkörper 30 ist zylindrisch ausgebildet.
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Die Vorkammerzündkerze 1 umfasst ferner ein Gehäuse 4, einen Isolator 5 und eine Kappe 6. Wie aus 1 ersichtlich ist, definieren dabei ein Teil des Gehäuses 4 und die Kappe 6 einen Vorraum 7 der Vorkammerzündkerze, in welchem die Mittelelektrode 2 und die Masseelektrode 3 zur Funkenerzeugung angeordnet sind.
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In der Kappe 6 sind mehrere Kappenlöcher 60 vorgesehen, um ein entzündetes Gasgemisch durch die Kappenlöcher 60 in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine zuzuführen und dort eine Hauptzündung des im Brennraum befindlichen Gasgemisches auszulösen.
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Das Gehäuse 4 weist eine Durchgangsöffnung 40 auf, in welchem die Masseelektrode 3 mittels einer Presspassung 41 fixiert ist.
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Der erste Edelmetallkörper 20 der Mittelelektrode 2 ist im Detail aus 2 ersichtlich. Der erste Edelmetallkörper 20 umfasst dabei einen zylindrischen Basisbereich 21 und einen materialreduzierten Bereich 22, welcher auf dem Basisbereich 21 angeordnet ist. Der materialreduzierte Bereich 22 weist eine Schräge 23 auf, wodurch das Material am freien Ende des ersten Edelmetallkörpers 20 reduziert ist (vgl. 1). Der materialreduzierte Bereich 22 weist durch die Schräge 23 eine Spitze 24 auf. Die Schräge 23 verläuft dabei über einen gesamten Durchmesser des ersten Edelmetallkörpers 20. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist der erste Elektrodenmaterialbereich 20 dabei derart am Elektrodenhauptkörper fixiert, dass die Spitze 24 zur Masseelektrode 3 gerichtet ist. Dadurch ergibt sich eine große Fläche an dem ersten Edelmetallkörper 20, welche zur Funkenerzeugung bereitsteht.
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Somit ist der erste Edelmetallkörper 20 ein abgeschrägter Zylinder, dessen Spitze 24 zur Masseelektrode 3 gerichtet ist. Der Bereich des ersten Edelmetallkörpers 20, welcher nicht befunkt ist, ist somit materialreduziert, wodurch das teure Edelmetall für den ersten Edelmetallkörper 20 signifikant reduziert werden kann. Dadurch werden die Gesamtkosten für die Vorkammerzündkerze deutlich reduziert.
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Die 3 und 4 zeigen einen ersten Edelmetallkörper 20 einer Mittelelektrode 2 einer Vorkammerzündkerze gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Der erste Edelmetallkörper 20 weist wie im ersten Ausführungsbeispiel einen Basisbereich 21 und einen materialreduzierten Bereich 22 auf. Dabei ist am materialreduzierten Bereich 22 eine Schräge 23 ausgebildet. Dadurch ergibt sich am materialreduzierten Bereich 22 wie im ersten Ausführungsbeispiel eine Spitze 24, welche zur Masseelektrode 3 gerichtet ist. Anders als im ersten Ausführungsbeispiel ist beim zweiten Ausführungsbeispiel die Schräge 23 nicht über den kompletten Durchmesser des ersten Edelmetallkörpers 20 ausgeführt, sondern nur bis ungefähr zur Hälfte. Dadurch ergibt sich benachbart zur Schräge 23 eine halbkreisförmige Stirnfläche 25. Auch durch diese geometrische Form lässt sich eine Einsparung von Edelmetall am ersten Edelmetallkörper 20 erzielen. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
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5 zeigt einen ersten Edelmetallkörper 20 einer Mittelelektrode 2 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet. Wie aus 5 ersichtlich ist, ist beim dritten Ausführungsbeispiel der materialreduzierte Bereich 22 ein Halbzylinder 26. Der Halbzylinder 26 steht von einem zylindrischen Basisbereich 21 vor. Dabei ist der erste Edelmetallkörper 20 derart zur Masseelektrode 3 ausgerichtet, dass der bogenförmige Bereich des Halbzylinders 26 zur Masseelektrode 3 gerichtet ist. Auch durch den Halbzylinder 26 am materialreduzierten Bereich 22 des ersten Edelmetallkörpers 20 kann eine signifikante Reduzierung von Edelmetall erreicht werden, wodurch die Kosten signifikant reduziert werden können.
