DE19838538A1 - Zündkerzenelektrode - Google Patents
ZündkerzenelektrodeInfo
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Abstract
Zündkerzenelektrode mit einem aufgeschweißten Edelmetallteil für eine längere Standzeit der Zündkerze. Bei der vorgeschlagenen Zündkerzenelektrode wird das Edelmetallteil vor dem Schweißvorgang mit einer Profilierung auf der der Zündkerzenelektrode zugewandten Seite versehen.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Zündkerzenelektrode, an deren Funkenaustritts- bzw.
Funkeneintrittsfläche ein abbrandfestes Edelmetall
aufgebracht ist. Der Einsatz von Edelmetall beispielsweise
Platin oder einer Platinlegierung bewirkt eine wesentlich
längere Standzeit der Elektroden, die im Brennraum aufgrund
der dort herrschenden Verhältnisse sehr starken Korrosions- und
Erosionsbelastungen ausgesetzt sind. Aus Kostengründen
ist es bisher nicht vorgesehen, die Elektrode einer
Zündkerze ganz aus Edelmetall herzustellen. Aber man hat
bereits vielfältige Möglichkeiten gefunden, eine
Zündkerzenelektrode zu veredeln. Die DE 37 27 526
beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze
für Brennkraftmaschinen, bei welchem ein
Edelmetallplättchen auf die Stirnseite der Mittel- bzw.
Masseelektroden mittels Laserschweißen mit dem Material der
Elektrode verbunden wird.
Der Einsatz veredelter Elektroden für eine Zündkerze wird
immer dann in Erwägung gezogen, wenn man sehr lange
Standzeiten und längere Wartungsintervalle für eine
Zündkerze erreichen möchte. Bekannt ist es hierbei diese
Edelmetallteile durch Laserschweißen und
Widerstandsschweißen an den Zündkerzenelektroden zu
befestigen. Es ist weiterhin bekannt, zwischen der
Elektrode und dem Edelmetallteilchen zum Ausgleich
unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten eine
ausgleichende Schicht vorzusehen, um so eine bessere und
dauerhaftere Verbindung herzustellen.
Die Verwendung eines Edelmetallteilchens zum Aufschweißen
auf die Zündkerzenelektrode, welches einerseits eine glatte
Oberfläche und dem gegenüberliegend eine profilierte
Oberfläche aufweist, hat den Vorteil, daß die profilierte
Oberfläche beim Schweißvorgang aufgrund der kleineren
Kontaktfläche einen hohen Übergangswiderstand zwischen
Edelmetallteil und Elektrode aufweist, wodurch in der
Schweißzone zwischen dem Edelmetallteil und der
Zündkerzenelektrode eine entsprechend hohe Wärmeenergie
entsteht. Das Vorsehen einer glatten Oberfläche des
Edelmetallteilchens auf der der Schweißelektrode
zugewandten Seite hat wiederum den Vorteil, daß hier ein
kleiner Übergangswiderstand gegeben ist und weniger an
dieser Stelle weniger Wärme als an der Schweißstelle
entsteht. Mit der vorliegenden Gestaltung der
Schweißverbindung wird ein Aufklaffen und die damit
verbundene Korrosion der Schweißverbindung zwischen
Edelmetallteil und Elektrode weitgehend vermieden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind weitere vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen
der erfindungsgemäßen veredelten Zündkerzenelektrode
gegeben.
Die Profilierung in der Art, daß die Kontaktflächen
zwischen Edelmetallteil und Mittelelektrode zu Beginn des
Schweißvorgangs nur im Randbereich des Edelmetallteilchens
bestehen, hat den Vorteil, daß die Erwärmung des zu
verschweißenden Edelmetallteiles vom Randbereich ausgehend
zur Mitte hin anwächst und aufgrund der sternförmigen
Struktur die noch vorhandene Luft zwischen Edelmetallteil
und Elektrode über radiale Kanäle entweichen kann. Die
Schweißtemperatur weist einen relativ gleichmäßigen Verlauf
über den gesamten Querschnitt auf und kann besonders in
kritischen Randbereich auf die gewünschten hohen Werte
gebracht werden. Die Dauerhaltbarkeit der Schweißverbindung
wird dadurch wesentlich erhöht, was wiederum die
Lebensdauer der Zündkerze positiv beeinflußt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen Fig. 1 die Zündkerzenelektrode und
das erfindungsgemäße Edelmetallteil vor dem Schweißvorgang,
Fig. 2 die Draufsicht auf die profilierte Seite des
Edelmetallteilchens und die Fig. 3a, 3b, 4a, 4b, 5a und
5b die einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung des
profilierten Edelmetallteiles und dessen Aufschweißen auf
die Zündkerzenelektrode.
Fig. 1 zeigt eine in geschnittener Zündkerzenelektrode 10
und ein Edelmetallteil 11, welches auf die Stirnseite der
Zündkerzeelektrode 10 aufgesetzt ist. Dieses Edelmetallteil
11 weist eine glatte Stirnseite 12 und eine profilierte
Stirnseite 13 auf. Das Edelmetallteil 11 ist hierbei so
angeordnet, daß es mit seiner profilierten Seite 13 auf der
Zündkerzenelektrode 10 aufliegt. Auf der der
Zündkerzenelektrode 10 abgewandten Seite mit glatter
Oberfläche 12 des Edelmetalls 11 ist schematisch die
Schweißelektrode 14 dargestellt.
Zur Verdeutlichung der Gestaltung der profilierten Fläche
13 des Edelmetalls 11 soll Fig. 2 herangezogen werden. In
der Fig. 2 sind Bauteile, die bereits zu Fig. 1 erläutert
wurden, mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die
Profilierung des Edelmetallteilchens 11 ist so gestaltet,
daß sich zwischen der Zündkerzenelektrode 10 und dem
Edelmetallteil 11 die Kontaktfläche 20 am äußeren Rand des
Edelmetallteilchens 11 befinden. Wie in Fig. 2 zu sehen,
wurde hier eine sternförmige Profilierung gewählt, die
sicherstellt, daß nur die äußeren Bereiche zunächst mit der
Zündkerzenelektrode 10 eine Kontaktfläche 20 bilden.
Anhand der Fig. 3a und 3b, der Fig. 4a und 4b, sowie
der Fig. 5a und 5b soll nun die Herstellung des
erfindungsgemäßen profilierten Edelmetallteiles und dessen
Verschweißen mit der Mittelelektrode erläutert werden. Da
sich alle Figuren auf den gleichen Gegenstand beziehen,
wird für gleiche Bauteile jeweils gleiche Bezugszeichen
verwendet, die dann zu den jeweiligen Figuren nicht
nochmals komplett neu erläutert werden.
In Fig. 3a wird ein Edelmetalldraht 30 beispielsweise ein
Platindraht so durch ein Halteteil 31 geführt, daß der
Edelmetalldraht 30 auf der anderen Seite kontrolliert aus
diesem Halter 31 herausragt. Über eine Einstellung oder
auch Vorwahl des Überstandes des Edelmetallteiles kann die
Länge des Edelmetallteiles bestimmt werden. Mittels eines
abscherenden Werkzeuges 32 wird nun der Abschnitt des
Edelmetalldrahtes 30 abgeschert, der aus dem Halteteil 31
herausragt. In Fig. 3b ist von dem Edelmetalldraht 30
bereits der ein Edelmetallscherling 40 abgeschert worden.
Mit diesem Abscherverfahren läßt sich auch bei relativ
kleinem Drahtdurchmesser eine recht große Länge des
Edelmetallscherlings 40 realisieren. Das Verhältnis von
Länge zu Durchmesser des Edelmetallscherlings ist
vorteilhafterweise größer als 1.
In Fig. 4 ist der Edelmetallscherling 40 in einem nicht
näher erläuterten Prägewerkzeug zwischen zwei Prägestempeln
41 und 42 angeordnet und wird zur Durchmesservergrößerung
bzw. Längenverringerung gestaucht. Bei diesem Setzvorgang
ist ein erster Prägestempel 41 mit einer glatten Oberfläche
und ein zweiter Prägestempel 42 mit einer profilierten
Oberfläche vorgesehen. Der Edelmetallscherling 40 wird
aufgrund dieser Anordnung während des in Fig. 4b
dargestellten Setzvorganges in die bereits zu Fig. 1
erläuterte Form geprägt, d. h. eine Oberfläche hat eine
glatte oder auch plane Gestalt und die gegenüberliegende
Oberfläche des Edelmetallteiles 11 hat eine profilierte
Oberfläche.
Das so geformte Edelmetallteil 11 wird nun, wie in Fig. 5a
dargestellt, auf die Zündkerzenelektrode 10 beispielsweise
eine Mittelelektrode in der Art aufgesetzt, daß die Seite
mit der glatten Oberfläche 12 der Schweißelektrode 14
gegenüberliegt. Damit ist zwischen dem zu verschweißenden
Edelmetallteil 11 und der Schweißelektrode 14 eine gute
Kontaktfläche mit geringem Übergangswiderstand gegeben. Die
profilierte Stirnseite 13 des Edelmetallteiles 11 ist der
Zündkerzenelektrode gegenüber angeordnet, so daß zwischen
der Zündkerzenelektrode und dem Edelmetallteil 11 ein für
den Schweißvorgang vorteilhafter hoher Übergangswiderstand
gegeben ist. Der Schweißvorgang selbst erfolgt vorzugsweise
zweistufig, wobei in einer ersten Stufe die Profilspitzen
an den Kontaktflächen 20 mit einer relativ geringen
Stromstärke geschweißt werden. Dadurch werden gleichmäßige
Ausgangsbedingungen für die zweite Schweißstufe geschaffen.
In der zweiten Schweißstufe wird das Edelmetall mit einer
höheren Stromstärke bis zur vollflächigen Verbindung mit
der Elektrode geschweißt.
In Fig. 5b ist die Verbindung Zündkerzenelektrode 10 und
Edelmetallteil 11 nach dem Schweißvorgang dargestellt.
Dieser verschweißte Verbund kann nun weiteren
Bearbeitungsstufen zugeführt werden. So ist es
beispielsweise denkbar, bei einer Verwendung als
Mittelelektrode diesen Verbund in seinem Randbereich
abzuschrägen, um sicherzustellen, daß das
Edelmetallteilchen am weitesten an die gegenüberliegende
Elektrode der Zündkerze heranreicht.
Das beschriebene Verfahren ermöglicht eine weitgehende
freie Gestaltung des Edelmetallteiles an der
Zündkerzenelektrode.
Es sind prinzipiell die verschiedensten Profilierungen des
Edelmetallteiles denkbar. Wichtig ist jedoch in jedem Fall,
daß die Kontaktpunkte zwischen Edelmetallteil und Elektrode
jeweils am Randbereich des Edelmetallteiles liegen. Bei
einer Erwärmung wird so an dieser Stelle im kritischen
Randbereich zuerst die notwendige Schweißtemperatur
erreicht werden, die sich dann zur Mitte des
Edelmetallteiles hin ausbreitet und so für eine flächige
gute Schweißverbindung und einen sauber verschweißten
Randbereich sorgt.
Claims (2)
1. Zündkerzenelektrode mit an der Funkenaustritts- bzw.
Funkeneintrittsfläche aufgeschweißten Edelmetallteil
dadurch gekennzeichnet, daß das Edelmetallteil (11) vor
dem Schweißen auf der der Zündkerzenelektrode (10)
zugewandten Seite eine profilierte Oberfläche (13) und
auf der der Zündkerzenelektrode (10) abgewandten Seite
eine glatte Oberfläche (12) aufweist.
2. Zündkerzenelektrode nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die profilierte Oberfläche (13) des
Edelmetallteiles (11) so gestaltet ist, daß zu Beginn
des Schweißvorganges nur am äußeren Randbereich des
Edelmetallteiles Kontaktflächen (20) zwischen
Edelmetallteil (11) und Zündkerzenelektrode (10) gegeben
sind.
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