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Verfahren zum Herstellen von Zündkerzenelektroden für Brennkraftmaschinen
Die Erfindung bezieht :sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Zündkerzenelektroden
für Brennkraftmaschinen, wobei ein Kern aus gutleitendem Werkstoff, insbesondere
ein Kupferkörper, in einen Mantel aus abbrandfestem Werkstoff, insbesondere einen
Formkörper aus Nickel, eingepreßt und anschließend diffusionsgeglüht wird, sowie
nach diesem Verfahren hergestellten Elektroden.
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Es sind für diese Zwecke schon Nickelelektroden oder Elektroden aus
Eisenlegierungen bekannt, welche in Form von Stäbchen Verwendung finden. Bei diesen
bekannten Elektroden hat sich aber gezeigt, daß bei hohen Beanspruchungen .die Wärmeleitfähigkeit
der genannten Werkstoffe keine genügende ist, um die Wärme vom Zündkopf der Elektroden
abzuführen. Durch den Zündvorgang erhitzen sich vielmehr die Elektrodenenden sowie
deren Umgebung so stark, daß dieZündköpfe zerstört werden. Es mußten somitElektroden
mit besserer Wärmeableitung entwickelt werden, wobei zu berücksichtigen war, daß
der einfache Austausch der bisher verwendeten Werkstoffe gegen solche mit wesentlich
besserer Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. Kupfer oder Silber bzw. ;deren Legierungen,
nicht möglich ist, weil -diese Stoffe einen zu niederen Schmelzpunkt besitzen und
auch ihre Beständigkeit gegen die Verbrennungsgase in den Brennräumen ungenügend
ist.
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Aus diesem Grunde hat man Zündelektroden hergestellt, welche eine
Kombination von einem gut leitenden Werkstoff, wie z. B. Kupfer, und einem abbrennfesten
Werkstoff, wie z. B. Nickel, darstellen. Hierbei ist es bekannt, ummantelte Kupferrohre
in der Weise herzustellen, daß Kupferrohre in entsprechend vorbereitete Eisenrohre
eingezogen werden, wobei sodann durch Erwärmen eine Plattierung in üblicher Weise
erfolgt. Des weiteren ist es bekannt, bei nickelummanteltem Kupferdzaht am Zündkopf
ein Plättchen aus Nickel anzuschweißen oder anzulöten. Dabei hat sich aber gezeigt,
daß es nicht möglich ist, die Verbindung zwischen Nickel und Kupfer an der verhältnismäßig
kleinen Schweiß- oder Lötstelle so homogen auszuführen, daß stets ein gleichmäßiger
Wärmeübergang vom Zündkopf zum Schaft sichergestellt ist.
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Auch ist schon vorgeschlagen worden, aus einem schweißplattierten
Blech, dessen Unterlage aus einem gutleitenden Werkstoff, z. B. Kupfer, und dessen
Plattierungsauflage aus einem abbrandfesten Werkstoff, z. B. Nickel, besteht, Scheiben
auszustanzen und diese sodann zu Hülsen aufzuziehen und anschließend beispielsweise
durch Hämmern zu Stäben zu verformen. Bei diesen Stäben ist zwar, wie erwünscht,
der Kern aus clem gutleitenden Werkstoff allseitig von einem Mantel aus dem abbrandfesten
Werkstoff mit homogener Verbindung umgeben; bei der Herstellung von Elektroden nach
diesem Verfahren hat sich aber gezeigt, daß ein großer Materialeinsatz an teurem,
plattiertem Werkstoff erforderlich ist, wodurch die fertigen Elektroden verhältnismäßig
teuer werden.
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Demgegenüber kennzeichnet sich das Verfahren gemäß der Erfindung dadurch,
daß ein Körperkern, vorzugsweise ein Kupferkörper, mit verjüngt auslaufendem Ende
in eine mit einer Kappe versehene Mantelhülse, vorzugsweise eine Nickelhülse, eingepreßt
wird und daß dieser Verbundkörper nach dem Diffusionsglühen zum fertigen Elektrodenstab
ausgewalzt und/oder gehämmert wird, wobei das kappenförmige Ende der Mantelhülse
die Elektrodenspitze bildet, welche hierdurch besonders verstärkt ist. Hierbei wird
ein ebenso guter Effekt wie bei dem zuletzt geschilderten Verfahren, jedoch auf
wesentlich wirtschaftlichere Weise durch geringeren Materialeinsatz erreicht, wobei
ein kräftiger Nickelkopf mit anschließend gleichmäßigem Nickelmantel und einwandfreiem
Wärmeübergang zum Kupferkern sichergestellt wird, wogegen die durch Fließpressen
nach dem Patent 961146 hergestellten Elektroden den Nachteil aufweisen, daß
infolge des sehr unterschiedlichen Fließvermögens von Kupfer und Nickel der Mantel
sehr ungleichmäßig stark wird und sich damit keine hochleistungsfähigen Elektroden
mit der heute geforderten Abbrandfestigkeit ergeben.
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Bei dem neuen Verfahren wird somit zunächst aus einem Stanzplättchen
eine Kappenhülse aus abbrandfestem Werkstoff, z. B. Nickel, hergestellt und in diese
Kappenhülse ein aus einem rundenDraht abgetrennter und weiter verformter Kerpstab
aus gutleitendem Werkstoff, z. B. Kupfer, eingepreßt. Der Außenumriß
des
gutleitenden Kernstabes wird dabei genau der Innenform der abbrandfesten Kappenhülse
angepaßt. Anschließend wird durch einenDiffusionsvorgang eine metallische Verbindung
zwischen den sich überall berührenden Außenflächen des- Kernstabes und Innenflächen
der Kappenhülse erreicht, wodurch ein absolut einwandfreier Wärmeübergang sowohl
am Schaft als namentlich auch am Elektrodenkopf sichergestellt ist.
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Der Diffusionsvorgang kann entsprechend einer besonderen Ausführung
des Verfahrens dadurch begünstigt werden, daß der Nickelmantel an der Innenfläche
kräftig, z. B. auf galvanischem Wege, verkupfert wird. Eine anschließende leichte
Versilberung sowohl des innenseitig verkupferten Nickelmantels als auch des Kupferkerns
hat sich zur Unterstützung -des Diffusionsvorganges als besonders vorteilhaft erwiesen.
Hierdurch wird eine ganz einwandfreie metallische und gut wärmeübertragende Verbindung
zwischen Kappenhülse und Kernstab erreicht.
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In der Zeichnung sind beispielsweise schematisch Verfahrensschritte
zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Elektrode dargestellt. Aus dem Stanzplättchen
gemäß Fig. 1 aus abbrandfestem Werkstoff, z. B. Nickel 1, wird ein Napf entsprechend
Fig. 2 geprägt, in welchen sodann der aus einem Runddraht abgetrennte und weiter
verformte Stab gemäß Fig.3 aus gutleitendem Werkstoff, z. B. Kupfer 2, dicht eingepreßt
wird. Die Nickelhülse 1 mit Kappe ist zur Unterstützung des Diffusionsvorganges
innenseitig stark verkupfert, 3, und anschließend ebenso wie der Kupferstab 2 leicht
versilbert, 4. Nach dem Ineinanderfügen von Nickelhülse 1 mit Kappe und Kupferstab
2 wird derselbe, 2, stark eingepreßt, damit Gewähr gegeben ist, daß der Kupferkern
2 an allen Stellen satt an der Innenwandung der Nickelhülse 1 anliegt. Am hinteren
Ende der Nickelhülse 1 wird sodann .der Rand nach innen gepreßt und mit dem Kupferkern
2 bei 5 versickt, damit bei der anschließenden Erwärmung zur Durchführung nies Diffusionsvorganges
keine Verschiebung durch Wärmeausdehnung auftreten kann und auch der Lufteintritt
verhindert wird, wie dies Fig. 4 zeigt. Wesentlich ist, daß durch dieses Einpressen
sichergestellt wird, daß eine einwandfreie Verbindung zwischen den Metallen besteht,
um später auch eine einwandfreie Wärmeableitung zu gewährleisten. Für die Wärmebehandlung
hat sich eine Temperatur von etwa 700 bis 750° C und eine Dauer von etwa 1 Stunde
als vorteilhaft erwiesen. Da am Elektrodenkopf, insbesondere den Abbrandrändern,
eine mindestens zwei- bis dreimal dickere Schicht des abbrandfesten Materials wünschenswert
ist, wird durch Wahl der Vorform mit einem verjüngt zulaufenden Kern und die anschließende
Bearbeitung. z. B. durch Walzen oder Hämmern in Längsrichtung infolge der Verstreckung
die gewünschte Verjüngung herbeigeführt. Durch die Bearbeitung der Elektrodenvorform
in Längsrichtung und durch eine geschickte Innenform der Kappenhülse wird somit
erreicht, da ß die Stärke der abbrandfesten Schicht am Elektrodenkopf an den meist
beanspruchten Rändern 6 auch am stärksten ist, wie dies in Fig. 5 dargestellt wird.