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Stand der
Technik
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Die Erfindung geht von einer Zündeinrichtung
nach der Gattung des Hauptanspruchs aus.
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Aus der
DE 199 40 455 A1 ist bereits
eine Zündeinrichtung
bekannt, die ein elektrisches Anschlussmittel und ein rohrförmiges,
metallisches Gehäuse
mit einem darauf aufgeprägten
Einschraubgewinde beinhaltet.
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Die WO 01/50 559 A1 beschreibt eine
als Zündkerze
für Brennkraftmaschinen
ausgebildete Zündeinrichtung
mit metallischen Komponenten in Form eines elektrischen Anschlussmittels
und eines rohrförmigen
metallischen Gehäuses
mit einem darauf aufgeprägten
Einschraubgewinde, wobei mindestens eine der metallischen Komponenten
zumindest zum Teil mit einer Zink und Nickel enthaltenden Schutzschicht
versehen ist.
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Die
DE 36 26 261 A1 zeigt ein Stahl auf, dessen
Oberfläche
mit einer galvanisierten Schicht, auf der eine elektroplatierte
Schicht aus einer Nickelhaltigen Legierung auf Zinkbasis ausgebildet
ist, auf der wiederum ein Chromatfilm vorgesehen ist.
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Der
DE 38 41 215 A1 ist ein Metallkörper mit einem
Nickelüberzug
zu entnehmen. Auf dem Nickelüberzug
ist eine Chromatschicht oder ein Chromatfilm vorgesehen.
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In der
DE 195 42 313 A1 wird ebenfalls
ein Chromatfilm auf einer Schicht aus einer Zink-Nickel-Legierung vorgeschlagen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den
Korrosionsschutz der Zündkerze
zu verbessern.
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Vorteile der
Erfindung
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Die erfindungsgemäße Zündeinrichtung mit den Merkmalen
des Hauptanspruchs hat demgegenüber
den Vorteil, dass mindestens eine der metallischen Komponenten der
Zündeinrichtung
zumindest zum Teil mit einer Schutzschicht aus einer Zink-Nickel-Legierung
versehen ist. Auf diese Weise lässt sich
der Korrosionsschutz der metallischen Komponenten im Vergleich zu
reinen Zink- oder Nickel-Schutzschichten wesentlich verbessern.
Außerdem
lassen sich bei Verwendung der Zink-Nickel-Legierung dünne Schichtdicken
im Bereich zwischen etwa 5–15 μm realisieren.
Besonders beim Versehen des Einschraubgewindes mit der Schutzschicht
aus der Zink- Nickel-Legierung
kann auf diese Weise der für
die Gewindemaße
zulässige
Toleranzbereich eingehalten werden.
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Ein weiterer Vorteil bei Verwendung
einer Schutzschicht aus einer Zink-Nickel-Legierung besteht in deren
hervorragender Haftfähigkeit.
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Weiterhin vorteilhaft ist eine erhöhte Temperaturstabilität der Schutzschicht
aus der Zink-Nickel-Legierung, im Vergleich zu einer reinen Zink-Schutzschicht.
Dabei verliert die Schutzschicht aus der Zink-Nickel-Legierung auch
bei hohen Temperaturen zumindest bis in den Bereich von 350°C bis 400°C im wesentlichen
nicht ihre Korrosionsschutzfähigkeit.
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Auch ist die Schutzschicht aus der
Zink-Nickel-Legierung härter
und verschleißfester
im Vergleich zu einer reinen Zink-Schutzschicht.
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Somit lassen sich die metallischen
Komponenten der Zündeinrichtung
beim Betrieb in einer Brennkraftmaschine besonders wirkungsvoll
vor den im Bereich des Gehäuses
auftretenden hohen Temperaturen bis etwa 350°C oder 400°C, vor Korrosion und Abnutzung
schützen,
so dass die Zündeinrichtung
besonders dauerhaltbar und verschleißfest wird.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch
angegebenen Zündeinrichtung
möglich.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn
der Nickelanteil an der Legierung etwa im Bereich zwischen vier
Masseprozent und zwanzig Masseprozent, vorzugsweise etwa zwischen
zehn Masseprozent und fünfzehn
Masseprozent, liegt. Auf diese Weise lassen sich die beschriebenen
Eigenschaften besonders gut einstellen.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin,
dass die Schutzschicht zumindest zum Teil mit einer Passivierung,
vorzugsweise auf der Basis von dreiwertigen Chromverbindungen, versehen
ist. Auf diese Weise kann der Korrosionsschutz der metallischen
Komponenten der Zündeinrichtung
gesteigert werden.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin,
dass die Schutzschicht oder die Passivierung mit einer Versiegelungsschicht,
vorzugsweise aus organischen und/oder silikatischen Bestandteilen,
versehen werden kann. Auf diese Weise kann die Korrosionsbeständigkeit
der Zündeinrichtung
ebenfalls gesteigert werden.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin,
dass die Versiegelungsschicht mit reibungsmindernden Bestandteilen
versehen ist. Auf diese Weise kann das Ein- und Ausschraubverhalten
der Zündeinrichtung in
einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine verbessert werden.
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Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigt die einzige Figur eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Zündeinrichtung.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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Im Folgenden wird die Erfindung für eine als Zündkerze
ausgebildete Zündeinrichtung 10 beispielhaft
beschrieben. Der im Folgenden beschriebene Aufbau der Zündkerze 10 ist dabei
ebenfalls beispielhaft und kann auch auf andere, dem Fachmann bekannte
Weise realisiert sein.
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Die Zündkerze 10 gemäß dem hier
vorliegenden Beispiel umfasst ein rohrförmiges metallisches Gehäuse 13,
in dem ein keramischer Isolator 24 angeordnet ist. Der
Isolator 24 umhüllt
an seinem brennraumseitigen Ende 27 eine Mittelelektrode 22 und
isoliert sie elektrisch gegenüber
dem Gehäuse 13.
Er enthält
ebenfalls einen Kontaktstift 20, der der Übertragung
der Spannung auf die Mittelelektrode 22 dient, und an seinem
anschlußseitigen
Ende 28 ein Anschlussmittel 11. Das Anschlußmittel 11 gewährleistet
die elektrische Kontaktierung der Mittelelektrode 22 an
eine externe, nicht dargestellte Spannungsversorgung. Es umfasst
im wesentlichen einen Anschlussbolzen 12, der zusätzlich an
seinem anschlussseitigen Ende mit einem Gewinde und einer Anschlussmutter 19 versehen
ist. Zwischen dem Anschlussmittel 11 und dem Kontaktstift 20 befindet
sich ein Abbrandwiderstand 25, der aus einem elektrisch leitenden
Glas besteht und der sowohl eine mechanische Verankerung der im
Isolator 24 angeordneten Zündkerzenkomponenten bewirkt
als auch einen gasdichten Abschluss gegenüber dem Verbrennungsdruck darstellt.
Zwischen dem Isolator 24 und dem Gehäuse 13 befindet sich
ein innerer Dichtsitz 17, der das Innere der Zündkerze 10 gegenüber dem Verbrennungsraum
abdichtet.
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Am Gehäuse 13 sind bis zu
vier Masseelektroden 21 angeschweißt. Zwischen ihnen und der Mittelelektrode 22 wird
der Zündfunke
erzeugt. Die Elektroden 21, 22 bestehen aus einer
Mehrstofflegierung auf Nickelbasis und enthalten beispielsweise
einen Kupferkern. Es ist aber auch möglich, Silber, Platin oder
Platinlegierungen als Elektrodenwerkstoffe heranzuziehen.
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Das Gehäuse 13 weist an seiner
Außenseite einen
Sechskant 14 auf, der das Einschrauben der Zündkerze 10 in
einen Motorblock ermöglicht.
Des weiteren ist ein äußerer Dichtsitz 16 vorgesehen,
der die Umgebungsatmosphäre
gegenüber
dem Verbrennungsraum abdichtet. Das auf dem Gehäuse 13 aufgeprägte Einschraubgewinde 18 dient
der Verankerung der Zündkerze
10 im Motorblock.
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Benachbart zum Sechskant 14 beinhaltet das
Gehäuse 13 einen
Schrumpfeinstich 15. Während
des Herstellungsprozesses der Zündkerze
wird das Gehäuse 13 kurzzeitig
mit einer hohen Spannung beaufschlagt. Auf diese Weise erhitzt sich
der Schrumpfeinstich auf Temperaturen von beispielsweise ungefähr 250°C bis 400°C. Gleichzeitig
wird auf das Gehäuse 13 entlang
der Längsachse
der Zündkerze
ein hoher mechanischer Druck ausgeübt, unter dessen Wirkung sich
der Schrumpfeinstich 15 verformt. Dieser Vorgang wird als
Heißverpressen bezeichnet
und dient der Abdichtung der Zündkerze.
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Das Anschlussmittel 11,
das Gehäuse 13 und
das Einschraubgewinde 18 der hier beschriebenen Zündkerze 10 sind
metallisch ausgebildet und bilden somit metallische Komponenten
der Zündkerze 10.
Dabei ist vorgesehen, dass das Anschlussmittel 11 und/oder
das Gehäuse 13 und/oder
das Einschraubgewinde 18 zumindest zum Teil mit einer Schutzschicht
aus einer Zink-Nickel-Legierung versehen ist. Dabei sollten die
metallischen Komponenten 11, 13, 18 vor
allem in dem Teil mit der Schutzschicht versehen sein, der besonders
anfällig
gegen Korrosion und hohe Temperaturen ist, also dem Teil, der dem
Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandt ist. Dies betrifft vor
allem das Einschraubgewinde 18 und zumindest teilweise
auch das Gehäuse 13.
Ein umfassender Korrosionsschutz der metallischen Komponenten 11, 13, 18 wird
dann bewirkt, wenn die metallischen Komponenten 11, 13, 18 möglichst
vollständig
mit der Schutzschicht versehen sind. Dies ist natürlich dann
auch mit entsprechend höheren
Kosten verbunden. Die Schutzschicht kann beispielsweise galvanisch
auf die metallischen Komponenten 11, 13, 18 aufgebracht
sein.
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Zur Erzielung eines möglichst
hohen Korrosionsschutzes, einer hohen Temperaturfestigkeit und einer
geringen Verschleißanfälligkeit
sollte der Nickelanteil an der Zink-Nickel-Legierung etwa im Bereich
zwischen vier Masseprozent und zwanzig Masseprozent, vorzugsweise
zwischen etwa zehn und fünfzehn
Masseprozent, liegen. Während
reine Nickel-Schutzschichten als passiver Korrosionsschutz wirken,
besitzen reine Zink-Schutzschichten eine kathodische Schutzwirkung.
Die aufgebrachte Zink-Nickel-Legierung
als Schutzschicht besitzt ebenfalls eine kathodische Schutzwirkung,
hat aber den Vorteil einer langsamen Eigenkorrosion und damit einer
verbesserten Korrosionsschutzwirkung im Vergleich zu reinen Zink-Schutzschichten.
Des weiteren weist die Zink-Nickel-Legierung als Schutzschicht eine
erhöhte
Temperaturstabilität
im Vergleich zu reinen Zink-Schutzschichten auf, was für den Einsatz
der Zündkerze 10 im
Brennraum der Brennkraftmaschine von besonderem Vorteil ist.
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Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die
Schutzschicht aus der Zink-Nickel-Legierung zumindest zum Teil mit
einer Passivierung versehen ist, um den Korrosionsschutz der metallischen
Komponenten 11, 13, 18 der Zündkerze 10 noch
weiter zu steigern. Dabei kann es wiederum auch vorgesehen sein,
die metallischen Komponenten 11, 13, 18 besonders
dort mit der Passivierung zu versehen, wo sie dem Motorraum der
Brennkraftmaschine zugewandt sind, um Kosten zu sparen. Eine Passivierung ist
dann vor allem im Bereich des Einschraubgewindes 18 und
auch an den Teilen des Gehäuses 13 sinnvoll,
die dem Motorraum ausgesetzt sind. Um einen möglichst vollständig gesteigerten
Korrosionsschutz zu erreichen, können
die metallischen Komponenten 11, 13, 18 natürlich auch
vollständig
mit der Passivierung versehen sein. Die Passivierung erfolgt dabei
auf der Basis von dreiwertigen Chromverbindungen. Bei diesen dreiwertigen
Chromverbindungen handelt es sich beispielsweise um CrPO4, Cr(OH)3, Cr2(CO3)3 und
Hydroxid-Hydrate, wie z.B. Cr(OH)(CO3) auch
in nicht-stöchiometrischer
Zusammensetzung. Auf diese Weise lässt sich eine transparente
Passivierung der aus der Zink-Nickel-Legierung bestehenden Schutzschicht
realisieren.
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Dabei kann die Passivierung als Dünnschichtpassivierung
mit einer Schichtdicke von etwa 0,1 μm ausgebildet sein. Alternativ
kann die Passivierung als Dickschichtpassivierung mit einer Schichtdicke
im Bereich zwischen etwa 0,5 μm
bis 0,91 μm ausgebildet
sein.
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Weiterhin kann es vorgesehen sein,
dass der nicht mit einer Passivierung versehene Teil der aus der
Zink-Nickel-Legierung gebildeten Schutzschicht direkt und/oder die
zuvor auf die Schutzschicht aufgebrachte Passivierung zusätzlich mit
einer Versiegelungsschicht zur weiteren Steigerung der Korrosionsbeständigkeit
versehen ist. Dabei kann es wiederum vorgesehen sein, die Versiegelungsschicht nur
an solchen Teilen der metallischen Komponenten 11, 13, 18 anzubringen,
die dem Motorraum ausgesetzt sind und im übrigen aus Kostengründen auf
die Versiegelungsschicht zu verzichten. Somit wäre wiederum eine Aufbringung
der Versiegelungsschicht auf das Einschraubgewinde 18 und
auf die dem Motorraum ausgesetzten Teile des Gehäuses 13 besonders
sinnvoll. Um einen vollständigen,
gesteigerten Korrosionsschutz zu realisieren, können natürlich die metallischen Komponenten 11, 13, 18 komplett
mit der Versiegelungsschicht versehen sein. Die Versiegelungsschicht
kann dabei organische und/oder silikatische Bestandteile umfassen.
Organische Bestandteile können
dabei beispielsweise organische Harze, wie beispielsweise Epoxidharze,
sein. Die Dicke der Versiegelungsschicht kann etwa im Bereich von
0,5 μm bis
zu wenigen μm
liegen.
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Zusätzlich kann es vorgesehen sein,
dass die Versiegelungsschicht mit reibungsmindernden Bestandteilen,
wie beispielsweise PTFE, MoS2, synthetischen
Wachsen oder auch natürlichen
Wachsen versehen ist. Ist die Versiegelungsschicht mit den reibungsmindernden
Bestandteilen im Bereich des Einschraubgewindes 18 aufgebracht,
so kann das Ein- bzw. Ausschrauben der Zündkerze 10 in den
oder aus dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine erleichtert werden.
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Das Aufbringen der Schutzschicht
aus der Zink-Nickel-Legierung
auf den metallischen Komponenten 11, 13, 18 kann
nach dem gleichen Verfahren durchgeführt werden, wie dies für das Aufbringen
einer Zink-Schutzschicht bereits hinlänglich bekannt ist.
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Entsprechend kann auch das Aufbringen
der Passivierung und/oder der Versiegelungsschicht mit bekannten
Beschichtungsverfahren erfolgen. Dazu werden die metallischen Komponenten 11, 13, 18 im Falle
der Passivierung in eine entsprechende wässrige Passivierungslösung getaucht.
Die derart aufgebrachte Passivierung ist nicht mehr wasserlöslich, so dass
die metallischen Komponenten 11, 13, 18 anschließend durch
Spülen,
beispielsweise in Wasser, von überschüssiger Passivierungslösung befreit
werden können.
Anschließend
werden die metallischen Komponenten 11, 13, 18 getrocknet.
Die Schutzwirkung der Passivierung wird erst nach dem Trocknen erreicht.
Zum Aufbringen der Versiegelungsschicht werden die metallischen
Komponenten 11, 13, 18 ebenfalls in eine
entsprechende wässrige
Versiegelungsschichtlösung
getaucht. Überschüssige Versiegelungsschichtlösung wird
durch Schleudern oder Abtropfenlassen entfernt, nicht jedoch durch
Spülen. Erst
nach dem anschließenden
Trockenvorgang ist die Versiegelungssclicht so ausgehärtet, dass
sie nicht mehr wasserlöslich
ist. Das Aufbringen der Schutzschicht aus der Zink-Nickel-Legierung
kann beispielsweise mittels Galvanisieren erfolgen.
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Für
die Gewindemaße
im Bereich des Einschraubgewindes 18 ist ein Toleranzbereich
zwischen etwa 5–15 μm vorgesehen.
Die Schutzschicht aus der Zink-Nickel-Legierung lässt sich
mit einer Schichtdicke auf das Einschraubgewinde 18 aufbringen,
die in diesem zulässigen
Toleranzbereich liegt. Aufgrund der um teilweise mehr als den Faktor 10 geringeren
Schichtdicken der Passivierung beziehungsweise der Versiegelungsschicht
wird der Toleranzbereich für
die Gewindemaße
des Einschraubgewindes 18 bei der Kombination der Schutzschicht aus
der Zink-Nickel-Legierung mit der Passivierung und auch durch das
Aufbringen der Versiegelungsschicht nicht verlassen.