DE1930242B2

DE1930242B2 - Elektrisch leitender schmelzflusspfropfen fuer zuendkerzen

Info

Publication number: DE1930242B2
Application number: DE19691930242
Authority: DE
Inventors: Harold Howard Davison Mich Abdella (VStA)
Original assignee: Ceneral Motors Corp , Detroit, Mich (V St A )
Priority date: 1968-06-26
Filing date: 1969-06-13
Publication date: 1973-05-03
Also published as: DE1930242A1; US3562187A; GB1272781A; JPS4829643B1; FR2014252A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrisch leitenden Schmelztlußpfropfen, der die einander zugcv endeten Endabschnitte zweier Mittelelekirodenteile einer Zündkerze gasdicht umschließt und aus Glaspulver mit Eisen als leitfähigem Stoff pulver besteht.

Es ist bei Zündkerzen üblich, einen Teil der Mittelclektrodeneinheii, die sich durch den keramischen Isolator erstreckt, aus einem elektrisch leitenden Schmelzflußpfropfen aus Glas und einem leitenden Werkstoff zu bilciui. der mit dem keramischen Isolator, der Mittelelektrode und der / nschlußschraube fest verbunden ist und außer de" elektrischen Leitfähigkeit eine hermetische Abdichtung bewi kt. Derartige Glasschmelzllußpfropfen für Hochleistungszündkerzen für Kraftwacenmotoren bestehen üblicherweise aus etwa 5S% Kupfer und 42% Glas.

Bekannt ist auch (deutsche Auslegeschrift 1 206 209), um das verhältnismäßig teure Kupfer durch ein billigeres Metall zu ersetzen, dem Pulvergemisch als leitfähigen Stoff im wesentlichen Metalle der Eisengruppe (beispielsweise 17 Volumprozent Eisen) und zusätzlich noch Graphit (beispielsweise 12,5 Volumprozent) beizumengen, wobei das Glaspulver eine möglichst gleichmäßige Korngröße aufweisen soll. Derartige Schmelzflußpfropfen sollen eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit aufweisen.

Der elektrisch leitende Schmelzflußpfropfen wird dadurch gebildet, daß die metallische Mittelelektrode in den unteren Teil einer zentralen Bohrung des Isolators eingesetzt wird, sodann oberhalb der Mittelelektrode eine Pulvermischung zur Bildung des Schmelzflußpfropfens eingefüllt wird und abschließend die Anschlußschraube eingesetzt wird. Sodann erfolgt das Erhitzen, um die Pulvermischung zu e; weichen, wobei gleichzeitig ein axialer Druck auf die Anschlußschraube ausgeübt wird. Hierbei wird die erweichte Mischung verdichtet und mit dem Isolator, der Mittelelektrode und der Anschlußschraube, eine hermetische Abdichtung bildend, verbunden. Es ist wichtig, daß die erweichte Pulvermischung unter Druck gesetzt wird, da hierdurch die Bildung von Poren verhindert ist und eine gute Verbindung mit den anderen Teilen eintritt.

Als Folge der Beanspruchung beim Zusammendrücken kann der erhärtete Schmelzflußpfropfen Spannungen aufweisen, und beim Wiedererhitzen im Betrieb tritt bei einer bestimmten Temperatur eine schnelle Ausdehnung ein, wodurch die Dichtwirkung verlorengeht. Diese Zerfalltemperatur ist je nach der besonderen Zusammensetzung des Schmelzflußpfropfens unterschiedlich. Bei allen bisher bekannten Pulvermischungen für Schmelzflußpfropfen ist die Zerfallteniperatur jedoch zumeist sehr viel niedriger als die Temperatur, die bei der Herstellung des Schmelzflußpfropfens zum Erweichen der Mischung nötig ist. Als Beispiel sei auf die übliche Dichtung aus 58⁰Z₀ Kupfer und 42°/„ Borsilikatglas verwiesen, die zum Erweichen der Pu'.vermischung auf 815 bis 870 C zu erhitzen ist und eine Zerfalltemperatur von 677 bis 732 C hat.

ίο Dies ist unerwünscht, da unter besonders schweren Betriebsbedingungen oder unzweckmäßige Anordnung der Zündkerze die Temperatur im Bereich des Schmelzflußpf^ropfens die Zerfalltemperatur von 732 C überschreiten kann, wodurch die Dichtung endgültig zerstört wird. Obwohl es leicht wäre, eine Zusammensetzung zu wählen, die einen höheren Frweichungspunkt und somit auch eine höhere ZerfaUtemperatur hat, stellt dies keine befiiedigende Lösung dar, da die metallischen Teile der Zündkerze höhere Behandlungstemperaturen als 927 C nicht aushalten und es zu teuer würde, diese Teile aus widerstandsfähigerem Metall zu machen.

Ferner ist vorgeschlagen worden, einer Pukermischung für Kupfer-Glasschmelzfl^ßpfropfen 10 bis 30°/₀ Zink oder Mangan zuzufügen, wodurch die Zerfalltemperatur bis auf 900 bis 955^C C erhöht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrisch leitenden Schmelzflußpfropfen der eingangs erwähnten Art zu schaffen, dessen Zerfalltemperatur so hoch ist, daß Betriebstemperaturen bis zu 900 C möglich sind, wobei das Erhitzen der Pulvermischung bei der Bildung des Schmelzflußpfropfens nicht über 870" C erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Pulvermischung aus 29 bis 50 Gewichtsprozent Eisenpulver, 49 bis 6c Gewichtsprozent Glas mit einer Erweichungstemperatur von 850 bis 870'C und 1 bis 6 Gewichtsprozent Aluminium besteht.
Bei Verwendung einer solchen Pulvermischung zur Bildung des Schmelzflußpfropfens einer Zündkerze ist eine Erhitzung auf 815 bis 870'C erforderlich, um einen elektrisch leitenden Schmilzflußpfropfen zu erhalten, der bis mindestens 9u0°C betriebsfähig ist. Diese Temperatur vv'rd selbst bei ungünstiger Anordnung der Zündkerze und unter schweren Betriebsbedingungen selten erreicht.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Zündkerze mit einem Schmelzflußpfropfen nach der Erfindung in teilweise geschnittener Seitenansicht dargestellt.

Die Zündkerze 10 hat ein übliches Zündkerzengehäuse 12 mit einer am unteren Ende angeschweißten Erdelektrode 14. Im Zündkerzengehäuse 12 ist in üblicher Weise ein Isolator 16 befestigt. Der keramisehe Isolator 16 sollte vorteilhaft einen Gehalt von mehr als 85% Aluminiumoxid enthalten. Er hat dann eine große mechanische Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Wärmestöße und eine gute Haftmöglichkeit zu Glas, also alle Eigenschaften, die zur BiI-dung der wärmeleitenden Dichtung vorteilhaft sind. Der Isolator enthält eine zentra'e axiale Bohrung, deren unterer Teil 18 kleineren Durchmesser hat als der obere Teil 20. Beide Bohrungsteile stoßen in einer Schulter 26 zusammen. In den unteren Teil 18 der Isolatorbohrung ist eine Mittelelektrode 22 eingesetzt, die sich mit einem erweiterten Kopf 24 an der Schulter 26 der Bohrung abstützt. Das untere Ende 28 der Mittelelektrode ragt aus dem Isolator 16 und ist mit

einer Umfangskerbung 28 versehen. In den oberen Teil 20 der Isolatorbohrimg ist eine Anschlußschraube 32 eingesetzt und ferner ein elektrisch leitender Schmelzflußpfropfen 30 gebildet. Dieser Schmelzflußpfropfen 30 ist mit dem Kopf 24 der Mittelelektrode der Anschlußschraube 32 und der Innenwandung der Isolatorbohrung fest verbunden und stellt einen elektrischen Weg zwischen der Anschlußschraube 32 und der Mittelelektrode 22 dar, wobei eine hermetische Abdichtung im Teil 20 der Isolatorbohrung besteht. Erfindungsgemäß ist der Schmelzflußpfropfen 30 eine Metall-Glasmasse, die dicht ist und aus Eisen, Aluminium und Glas zusammengeschmolzen ist. Sie besteht aus 29 bis 50 Gewichtsprozent Eisen, 49 bis des Glases in dem Schmelzflußpfropfen besteht -/wi68 Gewichtsprozent, vorzugsweisey.*_t-

der Dichtung Eine Korngroße

63

^"oOMatc.^wurdeldsbefriediger.festgeste.U. Ferner kann der Pulvermischung ein Binder zugesetzt werden beispielsweise ein kleiner Ante, an organischem Sinder, wie hvdrogenier.es BaumwolIsameno . Sas de Pulvermischung zugesetzt wird, die durch Pressen in Küselchen. die sich selbst tragen geformt S die das Einfüllen einer bestimmten Menge der P ivermischune in die Bohrung des Isolators erlc.ch-

Gewichtsprozent Glas und L bis 6 Gewichtsprozent 15 tern. _vprf^;i|it bei der Erhitzung uiiu

Der organische Hmucr zenai.ι ui.1 ^ _

Sein An-eil beträgt zwischen 1 und .. ... Es können auch andere kannte Binder, d.e um,,-

Aluminium. Die Größe des Eisenanteils gewährleistet, daß der Widerstand des Schmel/flußpfropfens 30 !,!einer als i Ohm ist. also dem üblichen Widerstand in Zündkerzen entspricht. Ein bevoruigter Anteil an Eisen beträgt 39 bis 43 Gewichtsprozent.

Der Anteil von 1 bis 6 Gewichtsprozent Aluminium bedingt, daß der gebildete Schmelzflußpfropfen im wesentlichen porenfrei ist, wodurch die hermetische Abdichtung gewährleistet ist, und erhöht die Zerfalllemperatur des Schmelzflußpfropfens auf etwa 900 bis ^lö5 C. Schmelzflußpfropfen mit einem kleineren Anteil als 1 Gewichtsprozent Aluminium bilden keine lermetische Dichtung. Schmelzflußpfropfen mit mehr .ils 6 Gewichtsprozent Aluminium neigen bei erhöhten Temperaturen zur Undichtheit. Die bevorzugte Kon- 30 gesetzt und /entration des Aluminiums beträgt 2 bis 4 Gewichtsprozent.

Die bisherigen Untersuchungen gestatten noch keine Erklärung, warum der Aluminiumeehalt beverwendet werden, w u-Paraffinwachs, Dextrin

PuKc-

dem Pressen.

andere

Zerfall sich verflüchtigen.
Karboxyl-Methyl-Cellulose.

"'Eine bevorzugte Zusammensetzung der mischung enthält 38 Gewichtste.le b.scnpuve:r A- (κ·- wichtsteile Aluminiumpulver und ₅0Gew.ch ,1, Glas λ Diese Pulvermischung wird mit 1 Gawcl·.·.-teil hvdrogeniertem Baumwollsamenöl gemischt m:: Dextrinlösung benetzt und sodann in die M'"^;-; rune des Isolators eingefüllt und festgestampft. Sodai.,: wird die Anschlußschraube in die ^ohrung e,n lie Pulvermischung auf Sl3 bis 870 C <..-h.'tzt Beim Erweichen der Pulvermischung wird ti:.· iShlußschraubc in die erweichte Masse gedruckt Nach dem Abkühlen ist ein elektrisch Jeiun^- Schmelzflußpfropfen gebildet, der bis ['^'^⁰⁰^ ^;

²SE^ ei"!.« "O^ von PuUj.·

angeführt, bei deren Verwendung dei

ratur wurde beobachtet, daß sich das Aluminium zum Teil mit Eisen zu einer Aluminium-Eisen-Legierung verbindet, die bei geringen Konzentrationen zur Erhöhung der Zerfalltemperatur beiträgt. Das verweil- 40 .. . detc Glas in dem Schmelzflußpfropfen ist das übliche Zerfalltemperaiur aufweist Borsilikatglas, das zur Zeit vorwiegend für Zündkerzen für Kraftwagenmaschinen eingesetzt wird. Die Zusammensetzung eines bevorzugten Borsilikatglases ist folgende: 65 Gewichtsprozent SiO₂, 23 Gewichts- 45 prozent B₂O₃, 5 Gewichtsprozent Al₂O₃ und 7 Gewichtsprozent Na₂O. Dieses Glas wird in den späteren Beispielen als Glas A bezeichnet werden. Es können auch andere Glasfritten verwendet werden, sofern ihr Erweichungspunkt im Bereich zwischen 850 und 87O°C 5° liegt. Die Zusammensetzung des Glases des Schmeizflußpfropfens ist im übrigen nicht kritisch. Der Anteil

mischungen angeführt, be

Schmelzflußpfropfen eine oberhalb 900¹C liegend·:

	Eisen 38	Gewichtsteile	Glas Λ
Beispie!	38	Aluminium 4
	38	6	50
A	23	2	50
B	70	4	50
C	38	4
D	3S	4	50
E	4	40
F		90
G

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Elektrisch leitender Schmelzflußpfropfen, der die einander zugewendeten Hndabschnitte zweier Mittelelektrodenteile einer Zündkerze gasdicht umsehließt und aus Glaspulver mit Eisen als leitfähigem Stoffpulver besteht, dadurch gekenn ζ e i c h · <M, daß sich die PuIVermischung aus 29 bis 50 Gewichtsprozent Eisenpulver, 49 bis 68 Gewichtsprozent eines Glases mit einer Erweichungstemperatur von S50 bis 870 C und 1 bis 6 Gewichtsprozent Aluminium zusammensetzt.