DE19838538A1

DE19838538A1 - Zündkerzenelektrode

Info

Publication number: DE19838538A1
Application number: DE19838538A
Authority: DE
Inventors: Heinz Ulm; Rainer Kocik; Stephan Weigel; Jochen Fischer; Peter Metzler; Detlef Hartmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-08-25
Filing date: 1998-08-25
Publication date: 2000-03-02
Also published as: US6630771B1; EP1110284A1; JP2002524821A; WO2000013274A1; EP1110284B1; DE59909919D1

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

Stand der Technik

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.

Vorteile der Erfindung

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.

Zeichnung

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.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

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

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.