Verfahren zum Anschweißen von Zündspitzen aus hochwertigem Metall,
insbesondere Platin Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anschweißen von Zündspitzen
aus hochwertigem Metall, insbesondere Platin an Mittelelektroden von Zündkerzen
für Brennkraftmaschinen. .Process for welding ignition tips made of high quality metal,
in particular platinum The invention relates to a method for welding ignition tips
Made of high quality metal, especially platinum on the center electrodes of spark plugs
for internal combustion engines. .
Das Anschweißen solcher hochwertigen Zündspitzen ist bekanntlich die
haltbarste Befestigungsart und gegenüber Hartlötverbindungen oder nur formschlüssigen
Eisenzungen von Zündspitzen im Elektrodenmetall auch wesentlich wirtschaftlicher,
weil der zur Verankerung der Zündspitze erforderliche Anteil des hochwertigen Metalls
beim Anschweißen besonders gering sein kann. Dies setzt jedoch voraus, daß die gesamte
Schweißzone eine weitgehend gleichmäßige, riß- und oxydfreie Legierungszone zwischen
den beiden miteinander verschweißten Metallen bildet. Die Herstellung solcher Schweißverbindungen
ist jedoch wegen der geringen Abmessungen und der hohen. Schmelztemperaturen von
Zündspitzen außerordentlich schwierig, weil das wesentlich niedriger schmelzende
Elektrodenmetall überhitzt und oxydfrei gehalten und die Verschweißung deshalb möglichst
unter Schutzgasatmosphäre. durchgeführt werden muß, wie bereits. vorgeschlagen wurde.
. Es ist- auch bekannt, Zündspitzen dieser Art stumpf anzuschweißen. Jedoch ergibt
sich bei einer. Stumpfschweißung, selbst wenn man sorgfältig und unter Schutzgas
arbeiten würde; noch. kleine gleichmäßige Temperatur .im Bereich der gesamten Schweißzone
und auf jeden Fall der Nachteil, daß die hochwertige Zündspitze nur oberflächlich
mit einer aus bereits geringwertigem Metall bestehenden Schweißzone verbunden ist.
Infolgedessen besteht die-Gefahr, daß die Schweißzone der Zündspitze unter den hohen
Betriebsbelastungen der Zündkerze vorzeitig zerstört und,die Kerze unbrauchbar wird.The welding of such high-quality ignition tips is known to be the
most durable type of fastening and compared to brazed connections or only form-fitting
Iron tongues of ignition tips in the electrode metal are also much more economical,
because the proportion of high-quality metal required to anchor the ignition tip
can be particularly low when welding. However, this assumes that the entire
Welding zone a largely uniform, crack-free and oxide-free alloy zone between
forms the two metals welded together. The production of such welded joints
however, is because of the small size and the high. Melting temperatures of
Ignition tips are extremely difficult because they have a much lower melting point
Electrode metal is overheated and kept free of oxide and therefore welding as possible
under protective gas atmosphere. must be carried out as already. was suggested.
. It is also known to butt-weld ignition tips of this type. However, results
with a. Butt welding, even if done carefully and under protective gas
would work; still. small uniform temperature in the area of the entire welding zone
and in any case the disadvantage that the high-quality ignition tip is only superficial
is connected to a weld zone made of already low-quality metal.
As a result, there is a risk that the welding zone of the ignition tip under the high
Operating loads on the spark plug are prematurely destroyed and the plug becomes unusable.
Es ist deshalb notwendig, die Zündspitze mindestens teilweise im Elektrodenmetall
zu verankern und hierzu vor dem Verschweißen in eine vorgefertigte Ausnehmung der
Elektrode einzusetzen. Bei der schon vorgeschlagenen Schutzgasschweißung, etwa nach
.dem sogenannten »Argonarc«-Verfahren, ergibt sich auf diese Weise zwar eine oxydfreie
und haltbare Legierungszone, jedoch umfaßt diese Zone im wesentlichen nur die Mantelfläche
der Zündspitze .Deren zuvor in das Elektrodenmetall hineingesenkte Stirnfläche kann
also nicht oder nur sehr ungenügend in die Verschweißung einbezogen werden, so daß
auch in diesem Falle noch keine vollständige Verbindung zwischen Zündspitze und
Elektrode erreicht wird und die Gefahr besteht, daß sich die hochwertige Zündspitze
beim Betrieb der Zündkerze aus der Verschweißung lösen kann. Schließlich sind zwar
in der Metallverarbeitung auch Verfahren bekannt, Werkstücke unterschiedlicher Schmelztemperaturen,
insbesondere aus Aluminium und Kupfer, ,derart miteinander zu verschweißen, daß
man das höher schmelzende Kupfer-. Werkstück zweckmäßig anspitzt und in das zuvor,
zum Erweichen erhitzte Aluminium hineindrückt, wobei das herausquellende flüssige
Eutektikum dann rnit den sich bildenden Oxyden entfernt wird. Ein solches Verfahren
läßt sich- jedoch zum Anschweißen von Zündspitzen aus -Platin an eisenmetallhaltige
Zündkerzenelektroden nicht verwenden. Das Einformen und Erhitzen der 1VIItelelektrode;
das vorherige Anspitzen und nachträgliche Bearbeiten -des Platindrahtes sowie der
Abfall an Platin-Eisen-Eutektikum-wäre viel zu aufwendig.It is therefore necessary to anchor the ignition tip at least partially in the electrode metal and, for this purpose, to insert it into a prefabricated recess in the electrode before welding. In the case of the inert gas welding already proposed, for example according to the so-called »Argonarc« process, an oxide-free and durable alloy zone results in this way, but this zone essentially only comprises the outer surface of the ignition tip not or only very inadequately included in the weld, so that in this case, too, a complete connection between ignition tip and electrode is not achieved and there is a risk that the high-quality ignition tip can become detached from the weld during operation of the spark plug. Finally, although methods are also known in metalworking, workpieces of different melting temperatures, in particular made of aluminum and copper, are welded together in such a way that the higher-melting copper. It is advisable to sharpen the workpiece and press it into the previously heated aluminum to soften, the liquid eutectic that oozes out being removed with the oxides that are formed. However, such a method cannot be used for welding ignition tips made of platinum to spark plug electrodes containing ferrous metal. The molding un d heating the 1VIItelelektrode; the prior sharpening and subsequent processing - of the platinum wire and the waste of platinum-iron eutectic - would be far too expensive.
Ein-- ohne- die genannten Schwierigkeiten und Nachteile durchführbares
Verfahren zur Befestigung vorgefertigter Platinzündspitzen durch eine vollständige,
oxydfreie und auch beliebig tief in das Elektrodenmetall hineinreichende Schweißzone
ergibt sich gemäß der Erfindung dadurch, daß eine an-' nähernd zylindrische Zündspitze
innerhalb einer oxydationsverhütenden Schutzgasatmosphäre durch das magnetische
Feld einer Hochfrequenzwicklung so weit erhitzt wird, daß sie durch ihre Wärme den
Schmelzvorgang in der benachbarten Zone des Mittelelektrodenmetalls einleitet und
dann, dieses verdrängend, bis in die vorgesehene Lage hineingesenkt und darin bis
zum Erstarren des geschmolzenen Metalls festgehalten wird.One that can be carried out without the difficulties and disadvantages mentioned
Method of attaching prefabricated platinum ignition tips through a complete,
oxide-free welding zone that extends any deep into the electrode metal
results according to the invention in that an approximately cylindrical ignition tip
within an anti-oxidation protective gas atmosphere through the magnetic
Field of a high-frequency winding is heated so far that it is due to its heat
Initiates melting process in the adjacent zone of the center electrode metal and
then, displacing this, sunk into the intended position and into it
is held to solidify the molten metal.
In der Zeichnung ist eine Zündkerze als Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
samt den wesentlichsten Stufen des Herstellungsvorganges dargestellt. Es zeigt F
i g. 1, teilweise längsgeschnitten, die Zündkerze und
F i g. 2 deren
Mittelelektrode in drei Fertigungsstufen, vergrößert, sowie F i g. 3 die Einzelvorgänge
eines ähnlichen Verfahrensbeispiels.The drawing shows a spark plug as an exemplary embodiment of the subject matter of the invention
together with the most important stages of the manufacturing process. It shows F
i g. 1, partially cut lengthways, the spark plug and
F i g. 2 whose
Center electrode in three production stages, enlarged, as well as F i g. 3 the individual processes
of a similar process example.
Die Zündkerze 1 nach F i g. 1-hat eine Platinzündspitze 2, die am
zündseitigen Ende der Mittelelektrode 3 durch eine oxydfreie Legierungszone mit
dieser verschweißt ist. Der Platinzündspitze 2 gegenüberstehend sind zwei Masseelektroden
4 in entsprechende Bohrungen in- der brennraumseitigen Stirnfläche des Kerzengehäuses
5 eingesetzt und darin durch je eine Eindrückung 6 festgehalten.The spark plug 1 according to FIG. 1-has a platinum ignition tip 2, which is on
ignition-side end of the center electrode 3 through an oxide-free alloy zone
this is welded. Opposite the platinum ignition tip 2 are two ground electrodes
4 into corresponding bores in the end face of the plug housing on the combustion chamber side
5 inserted and held therein by an indentation 6 each.
Die wesentlichste Fertigungsstufe, die zur Befestigung der Zündspitze
2 in der Mittelelektrode 3 durch eine oxydfreie Verschweißung der genannten Teile
führen, zeigt F i g. 2.The most important production stage that is used to attach the ignition tip
2 in the center electrode 3 by an oxide-free welding of the parts mentioned
lead, F i g shows. 2.
Zunächst wird der vorgefertigte Platinbolzen 2' stumpf auf .die vorgefertigte
Mittelelektrode 13 aufgesetzt und dann in einer mit 16 angedeuteten Schutzgaskammer,
an deren Stelle auch eine Stickstoff- oder Edelgas-Strömung verwendet werden kann,
durch das magnetische Energiefeld einer Hochfrequenzspule 7 erhitzt. Dabei wird
die hochfrequente Feldkopplung zweckmäßig so gewählt, daß bereits beim Aufheizen
das dem HF-Feld- wesentlich mehr Wärme entziehende Elektrodenende 13 aus Nickel
ausreichend mit aufgeheizt wird und dadurch den raschen Ablauf des folgenden Vorganges
ermöglicht. Die zufolge geringer Wärmeableitung und wegen ihres kleinen Durchmessers
auf etwa 200° C oberhalb der Nickelschmelztemperatur erhitzte Zündspitze 2 löst
durch ihre hohe Temperatur den- Schmelzvorgang des miterhitzten Nickelmetalls in
der ihr benachbarten Zone 12 aus, so daß die Zündspitze 2 unter leichtem Druck in
die aufgeschmolzene Berührungszone eindringen und, dabei das flüssige Nickel verdrängend,
bis etwa zur Hälfte ihrer Länge in die vorgefertigte Elektrode 13 hineingesenkt
werden kann. Durch Adhäsionskräfte formt sich dabei das geschmolzene Nickel der
ursprünglich ebenen Stirnfläche 12 der Elektrode 13 im Endabschnitt 3' um die Zündspitze
2 herum, so daß die dargestellte Form entsteht. Sobald diese Form erreicht ist,
wird das HF-Feld abgestellt. Während der anschließenden Abkühlung werden die genannten
Teile bis zum Erstarren des Nickelmetalls festgehalten.First of all, the prefabricated platinum bolt 2 'is butted onto the prefabricated
Center electrode 13 placed and then in a protective gas chamber indicated by 16,
instead, a nitrogen or noble gas flow can be used,
heated by the magnetic energy field of a high frequency coil 7. It will
the high-frequency field coupling expediently chosen so that already during heating
the electrode end 13 made of nickel, which draws significantly more heat from the HF field
is heated sufficiently and thereby the rapid completion of the following process
enables. As a result of low heat dissipation and because of their small diameter
Firing tip 2 heated to about 200 ° C above the nickel melting temperature dissolves
due to their high temperature the melting process of the co-heated nickel metal in
the zone 12 adjacent to it, so that the ignition tip 2 under slight pressure in
penetrate the melted contact zone and, thereby displacing the liquid nickel,
Countersunk into the prefabricated electrode 13 up to about half of its length
can be. The molten nickel is formed by the adhesive forces
originally flat end face 12 of the electrode 13 in the end section 3 'around the ignition tip
2 around so that the shape shown is created. As soon as this form is reached,
the HF field is switched off. During the subsequent cooling down, the mentioned
Parts held until the nickel metal solidifies.
Die sich bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren abspielenden
Einzelvorgänge sind nochmals in F i g. 3 am Beispiel eines mit einem Kegelkopf 23
versehenen Platinstiftes 22 beim Einschweißen in einen Chrom=Nickel-Stab 24 näher
verdeutlicht.@ Wie man sieht;, bildet der Kegelkopf 23, zunächst nur die Berührfläche
des Stabes 24 schmelzflüssig verdrängend, beim Einsenken aus der Schmelze und deren
kurz vor dem Schmelzen stehenden Nachbarzonen erst einen Ringwulst 14, der dann
mit zunehmender Eindringtiefe des Platinstückes 22 und zunehmender Erhitzung bis
zu der kugelkappenähnlichen Form 24' des Stabes 24 verschmilzt. Nach dem Abkühlen
und Erstarren .#der-Schweißverbindung sitzt dann: der Kegelkopf 23 -in einem von
ihm.selbst geschaffenen Kegelsitz 25 sehr gut verankert fest.Which take place in the production method according to the invention
Individual processes are shown again in FIG. 3 using the example of one with a cone head 23
provided platinum pin 22 when welding into a chromium = nickel rod 24 closer
As you can see, the cone head 23 initially only forms the contact surface
of the rod 24 displacing molten liquid when sinking from the melt and its
adjacent zones shortly before melting first an annular bead 14, which then
with increasing penetration depth of the platinum piece 22 and increasing heating up to
fuses to form the spherical cap-like shape 24 'of the rod 24. After cooling down
and solidification. # The welded joint then sits: the cone head 23 - in one of
Him.self-created conical seat 25 anchored very well.