DE19652618A1 - Zündkerze und Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen und ein Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze mit den im Oberbegriff des Anspruchs 5 genannten Merkmalen.

Stand der Technik

Zündkerzen der gattungsgemäßen Art sind bekannt. So ist beispielsweise in der DE 43 31 269 A1 eine Zünd­ kerze beschrieben, die eine Gleitfunkenstrecke zwi­ schen einer Hochspannungselektrode und einer Masse­ elektrode aufweist. Die Gleitfunkenstrecke ist auf einem zwischen den Elektroden angeordneten Kerzen­ stein ausgebildet, wobei Inseln von leitfähigen Stof­ fen, die elektrisch gegeneinander isoliert sind, vor­ gesehen sind. Diese Inseln sind auf die Oberfläche des Kerzensteins aufgebracht beziehungsweise ragen über diese hinaus, so daß sich eine relativ unebene Oberfläche ergibt. Hierdurch wird erreicht, daß zwi­ schen den einzelnen Inseln der Gleitfunkenstrecke Teilfunken entstehen, die zum Entzünden eines Zündge­ misches dienen. Die Teilfunken springen hierbei je­ weils zwischen einander gegenüberliegenden Seiten­ flächen benachbarter Inseln der Gleitfunkenstrecke über.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Zündkerze mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet den Vorteil, daß der durch die Anordnung der Gleitfunkenstrecke verbundene Ef­ fekt, nämlich die Wärmeabgabe des Zündfunkens an die Zündkerze zu verringern, um somit den Energieeintrag in das Zündgemisch zu erhöhen, erhalten bleibt und ein homogenerer Zündfunke für die Zündung des Zündge­ misches zur Verfügung gestellt werden kann. Dadurch, daß die Inseln in den Kerzenstein versenkt angeordnet sind, so daß eine ebene Oberfläche des Kerzensteins und der Inseln entsteht, ist es vorteilhaft möglich, einen einzelnen geschlossenen Zündfunken von der Mit­ telelektrode zur Masseelektrode zu erzeugen, der we­ sentlich besser in der Lage ist, das Zündgemisch zu entflammen.

Ferner bietet das erfindungsgemäße Verfahren mit den im Anspruch 5 genannten Merkmalen den Vorteil, daß eine Gleitfunkenstrecke mit versenkt angeordneten Inseln in einfacher Weise hergestellt werden kann. Dadurch, daß zur Erzeugung der Inseln Vertiefungen des Kerzensteins mit einem elektrisch leitfähigen Material aufgefüllt werden, so daß sich eine plane Oberfläche des Kerzensteins ergibt, kann die Gleit­ funkenstrecke mit bekannten, erprobten Technologien hergestellt werden. Insbesondere ist es dadurch mög­ lich, da die Inseln lediglich mit ihrer sichtbaren Oberfläche zur Funkenbildung beitragen, die Dimensio­ nierung der Inseln auf ein unbedingt notwendiges Min­ destmaß zu beschränken, so daß sich Materialein­ sparungen ergeben. Aufgrund der geringen Tiefe der Vertiefungen kann das Füllen mit elektrisch leit­ fähigem Material in einem Verfahrenschritt erfolgen. Durch das Einfüllen des elektrisch leitfähigen Ma­ terials in die Vertiefungen wird gleichzeitig eine gute mechanische Stabilität der Inseln gegenüber dem Kerzenstein erreicht, da diese außer an ihrer Ober­ fläche komplett von dem Kerzenstein umschlossen sind.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß die Vertiefungen in einem zusätzlich auf den Kerzenstein aufbringbaren Isolierstoffkörper (Isolierstoffplättchen) eingebracht werden, so daß die Herstellung der Gleitfunkenstrecke von der Her­ stellung des Kerzensteins entkoppelt werden kann. Nachträglich erfolgt eine Fügung des Kerzensteins mit dem die Gleitfunkenstrecke aufweisenden Isolierstoff­ körper. Eine Verbindung zwischen dem Isolierstoff­ körper und dem Kerzenstein wird vorzugsweise durch ein sogenanntes Aufglasen erreicht, wodurch die Ver­ bindung zwischen dem Kerzenstein und dem Isolier­ stoffkörper infolge des besseren Formschlusses durch die zwischengeschaltete Glasschicht eine hohe mecha­ nische Festigkeit aufweist. Zusätzlich kann durch die Glasschicht eine höhere elektrische Durchschlagfe­ stigkeit erzielt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbei­ spielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Kerzenstein in einer ersten Aus­ führungsvariante;

Fig. 2 einen Kerzenstein in einer weiteren Aus­ führungsvariante;

Fig. 3 verschiedene Varianten zum Herstellen einer bis 9 Gleitfunkenstrecke.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein Kerzenstein 10 für eine Zündkerze dargestellt. Der Kerzenstein 10 besitzt einen sich im wesentlich axial erstreckenden Grundkörper 12, der teilweise aufgeschnitten dargestellt ist. Der Grund­ körper 12 besitzt eine axiale Durchgangsöffnung 14, die der Aufnahme einer nicht dargestellten Mitten­ elektrode dient. Die Mittenelektrode ragt an einer einem Brennraum zugewandten Stirnseite 16 über den Kerzenstein 10 hinaus. Der Kerzenstein 10 wird ferner von einer - ebenfalls nicht dargestellten - Masse­ elektrode umgeben, die ebenfalls über die Stirnseite 16 hinausragt beziehungsweise mit dieser abschließt. Durch einen derartigen Aufbau der Zündkerze, wie er beispielsweise in der DE 43 31 269 Al beschrieben ist, ist die Stirnseite 16 zwischen der Mitten­ elektrode und der Masseelektrode angeordnet.

In die Stirnfläche 16 ist eine Strukturierung 18 ein­ gebracht, die aus einer, anhand der nachfolgenden Figuren noch näher erläuterten, Anzahl von Vertie­ fungen 20 besteht. Die Vertiefungen 20 sind in einem bestimmten Muster, beabstandet zueinander in die Stirnfläche 16 eingebracht. In den in Fig. 1 oben dargestellten Draufsichten auf die Stirnseite 16 ist beispielsweise ein sternförmiges beziehungsweise ein kreuzförmiges Muster der Vertiefungen 20 angedeutet. Diese stellen selbstverständlich lediglich Beispiele dar, so daß das Muster der Vertiefungen 20 auch an­ ders gewählt sein kann. Durch die Vertiefungen 20 wird eine Gleitfunkenstrecke 22 ausgebildet, die zwi­ schen der nicht dargestellten Mittenelektrode und Masseelektrode verläuft.

Das Einbringen der Vertiefungen 20 in den Grundkörper 12 des Kerzensteins 10 kann auf geeignete Weise, bei­ spielsweise mittels mechanischer Verfahren, elektro­ chemischer Verfahren oder durch hohlraumbildende Mit­ tel bei der Herstellung des Kerzensteins 10 erfolgen.

In Fig. 2 ist ein Kerzenstein 10 in einer anderen Ausführung gezeigt. Gleiche Teile wie in Fig. 1 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht noch­ mals erläutert. Der Unterschied zu dem Kerzenstein in Fig. 1 besteht darin, daß auf die Stirnseite 16 des Grundkörpers 12 ein die Struktuierung 18 beziehungs­ weise Vertiefungen 20 aufweisender Isolierstoffkörper 24 aufgebracht ist. Der Isolierstoffkörper 24 ist von relativ geringer Dicke und als Plättchen 26, deren Außenkontur der Außenkontur des Grundkörpers 12 ange­ paßt ist, ausgebildet. Auf die Verbindung des Plätt­ chens 26 mit dem Grundkörper 12 wird anhand der nach­ folgenden Figuren noch eingegangen.

In den nachfolgenden Figuren ist der Kerzenstein 10 ausschnittsweise im Bereich der Stirnseite 16 in ei­ ner vergrößerten Darstellung gezeigt. Gleiche Teile sind wiederum mit gleichen Bezugszeichen versehen, daß insofern auf die Beschreibung zu den Fig. 1 und 2 verwiesen werden kann.

In Fig. 3 ist in einer ersten Ausführungsvariante gezeigt, wie die Vertiefungen 20 mit einem elektrisch leitfähigen Material ausgefüllt werden. Gemäß der oberen Darstellung in Fig. 3 wird auf die Vertie­ fungen 20 jeweils ein elektrisch leitfähiges Ma­ terial, beispielsweise in Form von Lotkugeln 28, auf­ gebracht. Als elektrisch leitfähiges Material für die Lotkugeln 28 kommen beispielsweise Platin, Iridium, Legierungen aus Platin mit Iridium, Nickel, Wolfram, Bor, Gold-Platin, Gold-Titan, Silber-Titan und Sil­ ber-Kupfer-Titan in Betracht. Nachfolgend wird der Kerzenstein 10 zumindest im Bereich seiner Stirnseite 16 erwärmt, beispielsweise durch Durchfahrt durch einen Tunnelofen oder andere geeignete Verfahren, so daß die Lotkugeln 28 schmelzen und die Vertiefungen 20 ausfüllen. Die Dimensionierung der aufgebrachten Lotkugeln 28 ist dem Volumen der Vertiefungen 20 angepaßt, so daß im wesentlichen die Vertiefungen 20 nach Schmelzen der Lotkugeln 28 komplett mit dem elektrisch leitfähigen Material aufgefüllt sind. Hierdurch kommt es zum Entstehen von Inseln 30 des elektrisch leitfähigen Materials in der Oberfläche 32 der Stirnseite 16. Gegebenenfalls folgt in einem weiteren Verfahrensschritt ein Schleifen der Oberf­ läche 32, so daß, wie in der unteren Darstellung der Fig. 3 gezeigt, eine vollkommen plane Oberfläche 32 entsteht. Die Oberfläche 32 wird somit von dem oberen Abschluß der Inseln 30 und den zwischen den Inseln 30 bestehenden,Abschnitten 34 des Kerzensteins 10 gebil­ det. Die Inseln 30 sind somit - außer an ihrer Ober­ fläche - vollständig von dem Kerzenstein 10 umgeben.

Hierdurch wird eine ebene Gleitfunkenstrecke 22 er­ zielt, die durch keinerlei Erhöhungen beziehungsweise Vertiefungen unterbrochen ist. Bei Anliegen einer ausreichend hohen Spannung zwischen der Mittenelek­ trode und der Masseelektrode kommt es hierdurch zur Ausbildung eines einzelnen, geschlossenen Zündfun­ kens, der der Zündung eines Zündgemisches dient.

Um ein besseres Einbringen des Lotes in die Vertie­ fungen 20 zu ermöglichen, kann zunächst eine vollflä­ chige Beschichtung der Stirnseite 16, einschließlich der Vertiefungen 20 mit einer Titanschicht vorgesehen sein. Die Titanschicht setzt sich bei dem vollflächi­ gen Auftrag an der Oberfläche 32 sowie am Grund und den Seitenwänden der Vertiefungen 20 ab. Nachfolgend wird die Stirnseite 16 übergeschliffen, so daß die Titanbeschichtung lediglich noch in den Vertiefungen 20 vorhanden ist. Titan besitzt die Eigenschaft, daß dieses sehr gut an den für Kerzenstein verwendeten Keramikmaterialien haftet. Durch das Erwärmen des Kerzensteins im Bereich der Stirnseite 16 erfolgt durch die Titanbeschichtung in den Vertiefungen 20 ein besseres Fließen des Lotes und es kommt zu einer gut haftenden Verbindung zwischen den Inseln 30 und dem Material des Kerzensteins 10. Die Inseln 30 sind somit mit sehr großer mechanischer Festigkeit in den Kerzenstein 10 integriert, so daß auch bei einem ro­ busten Betrieb, wie dies beispielsweise bei Einsatz in Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen auftritt, eine sichere Funktion der erfindungsgemäßen Gleit­ funkenstrecke gewährleistet ist. Es kommt insbeson­ dere zu keinen Lockerungen beziehungsweise Heraus­ fallen der Inseln 30 aus den Vertiefungen 20.

In Fig. 4 ist eine zu Fig. 3 äquivalente Lösung gezeigt, so daß nachfolgend nur auf die Unterschiede eingegangen wird. Anstelle der Lotkugeln 28 wird über die Vertiefungen 20 eine Lotfolie 36 aufgebracht, die nach deren Aufschmelzen ebenfalls die Vertiefungen 20 auffüllt, so daß die Inseln 30 entstehen.

Eine weitere Herstellungsmöglichkeit für die Inseln 30 ist in Fig. 5 gezeigt. Hierbei wird das elek­ trisch leitende Material, das die Inseln 30 ergibt, mittels Plasmaspritzens auf die Stirnseite 16 aufge­ bracht. Hierdurch erfolgt ein Auffüllen der Ver­ tiefungen 20 und eine Ablagerung von Material zwi­ schen den Vertiefungen 20 auf der Stirnseite 16. Nachdem die Vertiefungen 20 aufgefüllt sind, erfolgt in einem nächsten, in der unteren Darstellung in Fig. 5 gezeigten Verfahrensschritt ein Abschleifen der Stirnseite 16, so daß eine vollkommen ebene Oberfläche 32 mit den darin integrierten Inseln 30 entsteht. Als elektrisch leitendes Material kommt im Falle des Plasmaspritzens jedes hierfür geeignete elektrisch leitende Material in Betracht, dies können beispielsweise metallische Werkstoffe oder auch elek­ trisch leitende Keramiken sein. Vorzugsweise kann Nickel, Nickellegierungen, beispielsweise Nickel­ aluminium, verwendet werden.

Die in den Fig. 3 bis 5 beschriebenen Herstel­ lungsmöglichkeiten der Inseln 30 können sowohl bei dem in Fig. 1 gezeigten Kerzenstein als auch bei dem in Fig. 2 gezeigten Kerzenstein angewendet werden. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Kerzenstein 10 kann entweder zunächst das Plättchen 26 auf den Grundkörper 12 - entsprechend der noch nachfolgend erläuterten Möglichkeiten - aufgebracht sein und dann erfolgt die Erzeugung der Inseln 30, oder die, Erzeu­ gung der Inseln 30 erfolgt separat vom Kerzenstein in dem Plättchen 26 und die Komplettierung zu dem Kerzenstein 10 erfolgt anschließend.

Anhand von Fig. 6 soll verdeutlicht werden, daß das Plättchen 26 auf den Grundkörper 12 des Kerzensteins 10 angespritzt ist. Hierbei erfolgt beispielsweise mittels eines sogenannten low-pressure-injection-moul­ ding ein Anspritzen eines Isolierstoffes, der zur Ausbildung des Plättchens 26 mit seiner Strukturie­ rung 18 an der Stirnseite 16 führt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Grundkörper vorher bei einer Temperatur vorgesintert wird, bei der bereits eine ausreichende mechanische Festigkeit erreicht wird, aber noch keine deutliche Schwindung erfolgt. Durch das Anspritzen des Plättchens 26 an den Grundkörper 12 entsteht eine innige, hohen mechanischen Be­ lastungen standhaltende Verbindung während eines nachfolgenden Sintervorgangs des gesamten Kerzen­ steins 10, das heißt des Grundkörpers 12 mit den darauf angespritzten Plättchen 26.

Nach einem weiteren, in Fig. 7 gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel, kann das Plättchen 26 separat herge­ stellt sein. Dies kann beispielsweise durch Spritz­ gießen oder Pressen erzeugt werden, so daß das Plätt­ chen 26 gleich die Strukturierung 18 der Vertiefungen 20 aufweist. In einem nächsten Schritt wird entweder die dem Grundkörper 12 des Kerzensteins 10 zugewandte Stirnseite 36 und/oder die Stirnseite des Grundkör­ pers 12 selber mit einem Glaslot 38 beschichtet. An­ schließend kann ein sogenanntes Aufglasen erfolgen, indem das Plättchen 28 und der Grundkörper 12 unter gleichzeitiger Wärmeeinwirkung gefügt werden. Hier­ durch wird das Glaslot 38 verglast, und es kommt zu einer vollflächigen, homogenen Schicht 40 zwischen dem Grundkörper 12 und dem Plättchen 26, wie dies in der unteren Abbildung der Fig. 7 angedeutet ist. Hierdurch wird ein besonders fester, auch höchsten mechanischen Beanspruchungen standhaltender Verbund zwischen dem Plättchen 26 und dem Grundkörper 12 er­ reicht.

Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, nach dem auf ein Plättchen 26 elektrisch leitfähiges Ma­ terial mittels Niederdruck-Anspritzen oder axiales Aufpressen aufgebracht wird. Hierdurch erfolgt eine Auffüllung der Vertiefungen 20 und eine Ablagerung des elektrisch leitfähigen Materials auf der späteren Stirnseite 16. Die Auffüllung der Vertiefungen kann auch durch Einrakeln einer Paste des elektrisch leitfähigen Materials erfolgen. In einem weiteren, in der mittleren Abbildung gezeigten Verfahrensschritt wird anschließend die spätere Stirnseite 16 über­ schliffen, so daß die ebene Oberfläche 32 mit den Inseln 30 aus elektrisch leitfähigem Material ent­ steht. Dieser Schritt kann entfallen, wenn, wie bei­ spielsweise bei der Rakeltechnik, nur unwesentlich Material außerhalb der Vertiefungen aufgebracht ist. Dieses so gefertigte Plättchen 26 wird schließlich auf den Grundkörper 12, beispielsweise durch Auf­ glasen, aufgebracht.

Schließlich ist in Fig. 9 noch ein Ausführungs­ beispiel gezeigt, nach dem zunächst ein rechenartige Erhöhungen aufweisendes Plättchen 40 aus elektrisch leitfähigem Material erzeugt wird. Dies kann bei­ spielsweise durch Spritzgießen oder Pressen gesche­ hen. Anschließend wird über die Erhöhungen des Plätt­ chens 40 ein Isolierstoffmaterial, beispielsweise ein Keramikmaterial, aufgebracht, so daß die Zwischen­ räume zwischen den Erhöhungen des Plättchens 40 aus­ gefüllt werden, und ein Körper entsteht, der das Plättchen 26 letztendlich bildet. Das Aufbringen des Isoliermaterials auf das Plättchen 40 kann beispiels­ weise durch Niederdruck-Anspritzen oder Pressen er­ folgen. In einem nächsten Verfahrensschritt wird, wie in der mittleren Abbildung der Fig. 9 angedeutet, das Plättchen 40 abgeschliffen, so daß ein Plättchen 26 mit versenkt angeordneten Inseln 30 des elektrisch leitfähigen Materials entsteht. Durch das Abschleifen des Plättchens 40 entsteht wiederum eine vollkommen ebene Oberfläche 32. Auch ein derart erzeugtes Plätt­ chen 26 wird mit dem Grundkörper 12 des Kerzensteins 10 auf geeignete Weise, beispielsweise durch Aufgla­ sen, gefügt, so daß ein Kerzenstein 10 mit erfin­ dungsgemäßer Gleitfunkenstrecke 22 realisiert ist.

Claims (12)

1. Zündkerze, insbesondere für eine Brennkraftmaschi­ ne, mit wenigstens einer Mittelelektrode (Hochspan­ nungselektrode) und wenigstens einer Masseelektrode, mit einem isolierenden Kerzenstein und einer von Inseln aus gegeneinander isolierten, elektrisch leit­ fähigen Stoffen gebildeten Gleitfunkenstrecke, da­ durch gekennzeichnet, daß die Inseln (30) in den Ker­ zenstein (10) versenkt angeordnet sind, so daß eine gemeinsame Oberfläche (32) des Kerzensteins (10) und der Inseln (30) eben ist.

2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Inseln (30) in zu einer Stirnseite (16) des Kerzensteins (10) randoffenen Vertiefungen (20) ange­ ordnet sind.

3. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (20) unmittelbar in den Grundkörper (12) des Kerzensteins (10) eingebracht sind.

4. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (20) in einem auf dem Grundkörper (12) des Kerzensteins (10) aufgebrachten Isolierstoffplättchen (26) eingebracht sind.

5. Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze, insbe­ sondere für eine Brennkraftmaschine, mit wenigstens einer Mittelelektrode (Hochspannungselektrode) und wenigstens einer Masseelektrode, mit einem isolieren­ den Kerzenstein und einer von Inseln aus gegen­ einander isolierten, elektrisch leitfähigen Stoffen gebildeten Gleitfunkenstrecke, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Erzeugung der Inseln (30) Vertiefungen (20) des Kerzensteins (10) mit einem elektrisch leit­ fähigen Material aufgefüllt werden, so daß sich eine plane Oberfläche (32) des Kerzensteins (10) ergibt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitfähige Material in Form eines Lotes über die Vertiefungen (20) gelegt wird und durch nachfolgendes Erwärmen das Lot in die Vertie­ fungen (20) fließt.

7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest auf dem Grund der Vertie­ fungen (20) vor Einbringen des elektrisch leitfähigen Materials eine Titanbeschichtung aufgebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitfähige Material mittels Plas­ maspritzens in die Vertiefungen (20) eingebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitfähige Material in Vertie­ fungen (20) eines Isolierstoffplättchens (26) einge­ bracht wird, das mit dem Kerzenstein (10) gefügt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß das Isolierstoffplättchen (26) an einen Grundkörper (12) des Kerzensteins (10) angespritzt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß das Isolierstoffplättchen (26) separat her­ gestellt und dann auf den Grundkörper (12) aufgeglast wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß das Isolierstoffplättchen (26) erst mit dem Grundkörper (12) gefügt wird und dann die Vertie­ fungen (20) mit dem elektrisch leitfähige Material gefüllt werden.