DE10230269B3 - Ignition plug for motor vehicle internal combustion engine has earth electrode provided with precious metal piece inserted in base body for providing wear surface - Google Patents

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Abstract

The ignition plug has a central electrode and an earth electrode (10) having a base body (12) in which a precious metal piece (14) is embedded for providing a wear surface (16), with at least one gap (18) provided between the base body and the precious metal piece on the opposite side to the wear surface. The gap may be provided by a rectangular, oval or hemispherical recess in the base body which is filled with a ceramic material, with melting of the precious metal piece to provide an allow zone (20) at the interface between the precious metal piece and the base body.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht von einer Zündkerze gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art aus.The invention is based on a spark plug according to the in Preamble of claim 1 further defined kind.

Eine derartige Zündkerze ist beispielsweise aus der EP 0 587 446 B1 bekannt und umfaßt eine Mittelelektrode und eine bogenförmige Masseelektrode, wobei zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode ein in üblicher Weise ausgebildeter Zündspalt liegt. Im Verschleißbereich der Masseelektrode, d.h. im Bereich des Zündspalts, ist ein Edelmetallstück in die Masseelektrode eingebettet. Die Einbettung erfolgt nach einem Laserschweißverfahren, wobei sich das Edelmetall mit dem Grundwerkstoff der Elektrode zu einer Legierung vermischt. Diese Legierung hat hinsichtlich ihrer Korrosions- und Erosionsbeständigkeit zwar bessere Materialeigenschaften als der Grundwerkstoff der Elektrode, jedoch schlechtere Materialeigenschaften als das nicht legierte Edelmetall.Such a spark plug is from, for example EP 0 587 446 B1 is known and comprises a center electrode and an arcuate ground electrode, an ignition gap formed in a conventional manner between the center electrode and the ground electrode. In the wear area of the ground electrode, ie in the area of the ignition gap, a piece of precious metal is embedded in the ground electrode. The embedding takes place according to a laser welding process, whereby the noble metal mixes with the base material of the electrode to an alloy. In terms of its corrosion and erosion resistance, this alloy has better material properties than the base material of the electrode, but has poorer material properties than the non-alloyed precious metal.

Ferner ist aus der DE 37 27 526 A1 eine Zündkerze bekannt, bei der sowohl an einer Masseelektrode als auch einer Mittelelektrode im Bereich eines Funkenspaltes jeweils eine aus einem Edelmetall bestehende Metallauflage vorgesehen ist, welche aus einem Metallblättchen mit einem Grundriß besteht, der dem Grundriß der jeweiligen Elektrode entspricht. Das Metallblättchen kann vor dem Verschmelzen mit dem Grundwerkstoff der jeweiligen Elektrode an der Unterseite angerauht, gerieft oder mit einer oder mehreren Vertiefungen versehen sein, so daß beim Verbinden eine gute Vermischung der beiden Werkstoffe und damit eine gute Verbindung zwischen dem Metallstück und dem Grundwerkstoff der jeweiligen Elektrode erreicht werden kann.Furthermore, from the DE 37 27 526 A1 a spark plug is known in which both a ground electrode and a central electrode in the area of a spark gap are each provided with a metal layer consisting of a noble metal, which consists of a metal sheet with a plan that corresponds to the plan of the respective electrode. The metal leaflet can be roughened, corrugated or provided with one or more recesses on the underside before being melted with the base material of the respective electrode, so that a good mixing of the two materials and thus a good connection between the metal piece and the base material of the respective one are achieved when connecting Electrode can be reached.

Aus der DE 198 38 538 A1 ist weiterhin bekannt, ein Edelmetall mit einer Zündkerzenelektrode zu verschweißen, wobei das Edelmetallteil vor dem Schweißvorgang mit einer Profilierung auf der der Zündkerzenelektrode zugewandten Seite versehen ist. Durch den Schweißvorgang bildet sich zwischen dem Edelmetallteil und der Elektrode eine flächige Schweißverbindung ohne Hohlräume aus.From the DE 198 38 538 A1 it is also known to weld a noble metal to a spark plug electrode, the noble metal part being provided with a profile on the side facing the spark plug electrode before the welding process. The welding process creates a flat weld connection without cavities between the precious metal part and the electrode.

Beim Verbinden des Metallstücks und dem Grundkörper der jeweiligen Elektrode entsteht eine als Übergangszone zwischen dem Metallstückchen und dem Grundwerkstoff ausgebildete Legierungszone, die wiederum hinsichtlich Korrosions- und Erosionsbeständigkeit schlechtere Materialeigenschaften aufweist, als das nicht legierte Edelmetall. Gegebenenfalls in das Metallblättchen eingebrachte Vertiefungen sind nach Ausbildung der Legierungszone nicht mehr vorhanden.When connecting the metal piece and the basic body the respective electrode is formed as a transition zone between the metal pieces and the base material trained alloy zone, in turn, respect Corrosion and erosion resistance inferior in material properties, as the non-alloyed Precious metal. Optionally, in the metal flakes introduced wells no longer exist after forming the alloy zone.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine langlebige, korrosions- und erosionsbeständige Verbindung zwischen dem Metallstück und dem Grundkörper bereitzustellen.The invention is therefore the object of providing a durable, corrosion and erosion resistant connection between the piece of metal and the body provide.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Die Zündkerze nach der Erfindung mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, bei der zwischen dem Grundkörper und dem Edelmetallstück an der der Verschleißfläche abgewandten Seite mindestens eine Ausnehmung ausgebildet ist, hat demgegenüber den Vorteil, daß das Edelmetallstück nur bereichsweise mit dem Werkstoff des Grundkörpers verschmolzen ist, wodurch eine Vermischung des Werkstoffes des Grundkörpers mit dem Werkstoff der Edelmetalleinlage teilweise verhindert ist. Dadurch ist der Edelmetallanteil in der bei einem Laserschweißverfahren entstehenden Legierungszone zwischen dem Edelmetallstück und dem Grundwerkstoff der Masseelektrode erhöht, was wiederum zu einer erhöhten Korrosions- und Erosionsbeständigkeit der im Betrieb Funken ausgesetzten Masseelektrode führt.The spark plug according to the invention with the features according to the preamble of claim 1, wherein the one between the main body and the precious metal piece on the surface facing away from the wear surface Side of the recess is at least formed, has the Advantage that the noble metal chip only in regions with the material of the base body is fused, thereby mixing the material of the base body with the material of the precious metal insert is partially prevented. Thereby is the proportion of noble metal in the case of a laser welding process resulting alloy zone between the noble metal chip and the increased base material of the ground electrode, which in turn results in increased corrosion and erosion resistance the exposed during operation sparks ground electrode leads.

Es liegt mithin bei der Zündkerze nach der Erfindung ein lokaler, durch die Ausnehmung gebildeter Bindefehler zwischen dem Edelmetallstück und dem Grundkörper der Masseelektrode vor. Dieser Bindefehler wird durch eine fehlende formschlüssige Verbindung vor dem Laserschweißen erzeugt. Beim Laserschweißen wird damit der Wärmeübergang reduziert, so daß der beispielsweise aus Nickel bestehende Werkstoff des Grundkörpers an der Stelle der Ausnehmung nicht aufgeschmolzen wird.It is therefore in the spark plug according to the invention, a local, formed by the recess Lack of fusion between the noble metal member and the base body of the Ground electrode in front. This lack of fusion is a missing positive-locking connection before laser welding generated. When laser welding becomes the heat transfer reduced so that the made for example of nickel material of the base body to the location of the recess is not melted.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Zündkerze nach der Erfindung ist die Ausnehmung an dem Grundkörper ausgebildet: Es ist jedoch auch denkbar, daß die Ausnehmung alternativ oder zusätzlich in das beispielsweise aus Platin bestehende Edelmetallstück eingebracht ist.In a preferred embodiment the spark plug according to the invention, the recess is formed on the base body: However, it is also conceivable that the Recess alternatively or additionally incorporated in the existing example, platinum noble metal chip is.

Um beim Verschweißen des Edelmetallstücks mit dem Grundkörper der Masseelektrode unter Einsatz eines Lasers die Ge fahr weiter zu minimieren, daß der eingesetzte Laserstrahl die Ausnehmung überbrückt und damit den Werkstoff des Grundkörpers im Bereich der Ausnehmung aufschmilzt, kann die Ausnehmung mit einem hochschmelzenden Werkstoff, beispielsweise einer Keramik, ausgefüllt sein.To the welding of the noble metal chip with the basic body the ground electrode using a laser, the Ge-propelled further to minimize that the Used laser beam bridges the recess and thus the material of the basic body melts in the region of the recess, the recess can with a Be filled refractory material, for example a ceramic.

Das Edelmetall kann in einer dem jeweiligen Anwendungsfall angepaßten Form auf den Grundkörper der Masseelektrode aufgebracht sein. So kann das Edelmetallstück als Draht oder auch mit rechteckigem, rundem, ovalem oder andersartigem Grundriß ausgebildet sein.The precious metal can be used in a respective application is adapted to form the body of the Ground electrode to be applied. Thus, the noble metal chip as a wire or also with a rectangular, round, oval or extraneous plan formed his.

Die Ausnehmung zwischen dem Edelmetallstück und dem Grundkörper kann durch Prägen erzeugt sein.The recess between the noble metal chip and the body can by embossing be generated.

Die Ausnehmung ist beispielsweise eine Rille, deren Querschnittsabmessungen und deren Länge im wesentlichen beliebig gewählt sein kann. Die Rille kann mittig oder auch seitlich unter dem Edelmetallstück angeordnet sein und sich über die gesamte Ausdehnung des Edelmetallstücks erstrecken oder auch nur abschnittsweise unter dem Edelmetallstück verlaufen.The recess is, for example, a groove, the cross-sectional dimensions and the length of which can be chosen essentially as desired. The groove may be located centrally or laterally below the noble metal chip and extending over the entire extent of the noble metal chip or only partially under the precious metal run piece.

Denkbar ist es auch, mehrere Rillen nebeneinander anzuordnen. Alternativ kann die Ausnehmung auch als Vertiefung mit einer zweckmäßigen, beispielsweise rechteckigen, ovalen oder auch halbkugelförmigen Geometrie ausgebildet sein. Es können auch mehrere derartige Vertiefungen nebeneinander angeordnet sein.It is also conceivable, a plurality of grooves to be arranged side by side. Alternatively, the recess can also be used as Well with an appropriate, for example formed rectangular, oval or semi-spherical geometry his. It can a plurality of such wells may be arranged side by side.

Die Geometrie der Ausnehmung ist im wesentlichen abhängig von der Leistung des beim Verbinden des Edelmetallstücks mit dem Grundkörper eingesetzten Lasers. Je höher die Leistung ist, desto tiefer muß die Ausnehmung ausgebildet sein. Das Verschmelzen des Masseelektrodenwerkstoffes mit dem Edelmetall im Bereich der Ausnehmung kann so verhindert werden. An den Stellen, an denen keine Ausnehmung vorgesehen ist, erfolgt eine Legierung und mechanische Verbindung des Edelmetalls mit dem Werkstoff des Grundkörpers. In der Verbindungs- bzw. Legierungszone ist das Verhältnis Edelmetall zu Masseelektrodenwerkstoff vorzugsweise derart angepaßt, daß Wärmespannungen in der Masseelektrode minimiert sind.The geometry of the recess is essentially dependent on the performance of in joining the noble metal chip with the main body used Laser. The higher the performance is, the deeper the recess must be formed his. The fusion of the ground electrode material with the precious metal This can be prevented in the area of the recess. In the places at which no recess is provided, an alloy and mechanical connection of the precious metal with the material of the base body. In the connection or alloy zone is the ratio of precious metal preferably adapted to ground electrode material in such a way that thermal stresses are minimized in the ground electrode.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüche entnehmbar.Other advantages and beneficial Embodiments of the object according to the invention are the description, the drawing and the claims can be removed.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel einer Zündkerze nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenAn embodiment of a spark plug according to the invention is shown in the drawing schematically simplified and is explained in more detail in the following description. Show it

1 einen Schnitt durch einen Verschleißbereich einer Masseelektrode vor dem Verbinden eines Edelmetallstücks mit einem Masseelektrodengrundkörper; und 1 a section through a wear area of a ground electrode before connecting a noble metal piece to a ground electrode body; and

2 den in 1 dargestellten Verschleißbereich nach dem Verbinden des Edelmetallstücks mit dem Grundkörper. 2 the in 1 shown wear area after connecting the precious metal piece to the base body.

Beschreibung des Ausführungsbeispielsdescription of the embodiment

In der Zeichnung ist eine Masseelektrode 10 einer hier ansonsten nicht näher dargestellten Zündkerze für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges ausschnittsweise dargestellt. Die Masseelektrode ist in üblicher Weise gegenüber einer hier nicht dargestellten Mittelelektrode der Zündkerze angeordnet, so daß zwischen der Masseelektrode und der Mittelelektrode ein Zündspalt gebildet ist.In the drawing is a ground electrode 10 A spark plug for an internal combustion engine of a motor vehicle, not otherwise shown in detail here, is shown in sections. The ground electrode is arranged in the usual way opposite a center electrode of the spark plug, not shown here, so that an ignition gap is formed between the ground electrode and the center electrode.

In den 1 und 2 ist der Bereich der Masseelektrode 10 dargestellt, der bei Einsatz der Zündkerze bei einer Brennkraftmaschine einem Verschleiß durch Funkenerosion ausgesetzt ist. Zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit ist die einen Grundkörper 12 aufweisende Masseelektrode 10 im Verschleißbereich mit einem Edelmetallstück 14 versehen, das in den Grundkörper 12 eingebettet ist. Das aus Platin bestehende Edelmetallstück 14 bildet eine Verschleißfläche 16, die gegenüber der Mittelelektrode angeordnet ist.In the 1 and 2 is the area of the ground electrode 10 shown, which is exposed to wear due to spark erosion when using the spark plug in an internal combustion engine. To increase wear resistance, it is a basic body 12 having ground electrode 10 in the wear area with a piece of precious metal 14 provided that in the main body 12 is embedded. The piece of precious metal made of platinum 14 forms a wear surface 16 , which is arranged opposite the center electrode.

Zwischen dem Edelmetallstück 16 und dem Grundkörper 12 der Masseelektrode 10 ist an der der Verschleißfläche 16 abgewandten Seite eine Ausnehmung bzw. ein Spalt 18 angeordnet, der beim Verbinden des Edelmetallstücks 14 mit dem Grundkörper 12 gewährleistet, daß der Edelmetallanteil in einer beim Verbinden der beiden Werkstoffe entstehenden, in 2 schematisch durch eine Linie dargestellten Legierungszone 20, die aus dem Werkstoff des Edelmetallstücks und dem Werkstoff des Grundkörpers besteht, hoch ist.Between the precious metal piece 16 and the body 12 the ground electrode 10 is on the wear surface 16 facing away a recess or a gap 18 arranged the when connecting the precious metal piece 14 with the main body 12 ensures that the precious metal content in a resulting when joining the two materials in 2 alloy zone represented schematically by a line 20 , which consists of the material of the precious metal piece and the material of the base body, is high.

In 1 ist das Edelmetallstück 14 vor dem Verbinden mit dem Grundkörper 12 der Masseelektrode 10 dargestellt. In 2 ist das Edelmetallstück 14 nach einem Laserschweißverfahren mit dem Grundkörper 12 der Masseelektrode 10 verbunden.In 1 is the precious metal piece 14 before connecting to the base body 12 the ground electrode 10 shown. In 2 is the precious metal piece 14 after a laser welding process with the base body 12 the ground electrode 10 connected.

Die Herstellung des in der Zeichnung dargestellten Verschleißbereichs der Masseelektrode 10 erfolgt derart, daß in den Werkstoff des Grundkörpers 12 eine Vertiefung 22 eingebracht und in den Boden der Vertiefung die Rille bzw. der Spalt 18 eingeprägt wird. Anschließend wird das Edelmetallstück 14 in die Vertiefung 22 eingelegt, so daß die Rille 18 ausgespart bleibt. Dann wird das Edelmetallstück 14 nach einem Laserschweißverfahren mit dem Grundkörper 12 verbunden, und zwar derart, daß sich im Bereich der seitlichen Flanken des Edelmetallstücks 14 unter Verschmelzung der Werkstoffe des Edelmetallstücks 14 und des Grundkörpers 12 die Legierungszone 20 ausbildet, die aus einer Platin/Nickel-Legierung besteht, und daß an der der Verschleißfläche 16 abgewandten Seite der Spalt 18 erhalten bleibt. Dieser ist mittig unter dem Edelmetallstück 14 angeordnet. Die Höhe des Spalts 18 verringert sich bei dem Schweißvorgang leicht. Aus dem an den Spalt 18 angrenzenden Bereich des Grundkörpers 12 diffundiert im wesentlichen kein Nickel in das Edelmetallstück 14.The production of the wear area of the ground electrode shown in the drawing 10 takes place in such a way that in the material of the base body 12 a deepening 22 introduced and in the bottom of the recess, the groove or the gap 18 is impressed. Then the precious metal piece 14 into the recess 22 inserted so that the groove 18 remains omitted. Then the precious metal piece 14 after a laser welding process with the base body 12 connected, in such a way that in the region of the side flanks of the piece of precious metal 14 with fusion of the materials of the precious metal piece 14 and the main body 12 the alloy zone 20 trains, which consists of a platinum / nickel alloy, and that on the wear surface 16 opposite side of the gap 18 preserved. This is in the middle under the precious metal piece 14 arranged. The height of the gap 18 decreases slightly during the welding process. From the to the gap 18 adjacent area of the base body 12 essentially no nickel diffuses into the precious metal piece 14 ,

Claims (5)

Zündkerze, mit einer Mittelelektrode und einer Masseelektrode (10), die einen Grundkörper (12) umfaßt, in den ein Edelmetallstück (14) eingebettet ist, das eine Verschleißfläche (16) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Grundkörper (12) und dem Edelmetallstück (14) an der der Verschleißfläche (16) abgewandten Seite mindestens eine Ausnehmung (18) ausgebildet ist.Spark plug, with a center electrode and a ground electrode ( 10 ) that have a basic body ( 12 ) into which a piece of precious metal ( 14 ) is embedded, which is a wear surface ( 16 ), characterized in that between the base body ( 12 ) and the precious metal piece ( 14 ) on the wear surface ( 16 ) facing away from at least one recess ( 18 ) is trained. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (18) an dem Grundkörper (12) ausgebildet ist.Spark plug according to Claim 1, characterized in that the recess ( 18 ) on the base body ( 12 ) is trained. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung mit einem hochschmelzenden Werkstoff, insbesondere einer Keramik, ausgefüllt ist.Spark plug according to claim 1 or 2, characterized in that the recess with a high-melting material, in particular a ceramic, is filled. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (18) aus einer in dem Grundkörper ausgebildeten Rille ist.Spark plug according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the recess ( 18 ) is made of a groove formed in the base body. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung eine rechteckige, ovale oder halbkugelförmige Geometrie aufweist.spark plug according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the recess is rectangular, oval or hemispherical Has geometry.
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