DE2037888B2 - Zuendkerze mit elektrisch leitender hermetischer dichtung zwischen den teilen der mittelelektrode - Google Patents

Zuendkerze mit elektrisch leitender hermetischer dichtung zwischen den teilen der mittelelektrode

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Description

gemllßen Dichtungen wahrend einer derartigen Verweilzeit nicht oxydieren und daher ihre vorgegebene elektrische Leitfähigkeit beibehalten. Wöhrend dieser Zeit werden die Metallpulver auch nicht im wesentlichen Umfang von dem Glas absorbiert, so daß die Zusammensetzung ihre Fließfähigkeit beibehalt, die zur Erzielung einer einwandfreien hermetischen Dichtung notwendig ist, damit eine ausreichende Bedeckung und Haftung an den Verzahnungen, die üblicherweise am unteren Ende der oberen Mittelelektrodenhälfte vorgesehen sind, eintritt,
Wenn auch Eisen und Kupfer in der Zusammensetzung als getrennte Pulver zugesetzt werden können, ist es vorteilhaft, ein vorlegiertes Pulver aus Eisen und Kupfer zu verwenden, wobei diese Legierung zweckmäßig 96% Eisen und 4% Kupfer enthält. Derartige Metallegierungspulver sind im Handel erhältlich und werden in pulvermetallurgischen Verfahren verwendet.
Eine bevorzugte Zusammensetzung besteht erfindungsgemäß aus 45 Gewichtsteilen Eisen, 2 Gewichtsteilen Kupfer, 3 Gewichtsteilen Aluminium, 40 Teilen Glas und 10 Teilen Mullit.
Es wurde als vorteilhaft erkannt, einen kleinen Anteil eines Flußmittels für das Glas zuzufügen, um die Fließfähigkeit während der Bildung der Dichtung zu verbessern. Ein bevorzugtes Flußmittel ist Lithiumkarbonat, obwohl andere Flußmittel, wie Bleioxid oder Bariumoxid, verwendet werden können. Die gewünschte Fließfähigkeit kann durch Zufügen von 0,7 bis 3 Gewichtsteilen, vorzugsweise 2 Gewichtsteilen, Lithiuinkarbonat erreicht werden.
Ferner ist es vorteilhaft, einen kleinen Betrag Kohlenstoff der Mischung zuzufügen, um eine reduzierende Atmosphäre bei der Bildung der Dichtung zu schaffen, die eine Oxydation der Metalle unterbindet. Ein Gewichtsteil Kohlenstoff in der Mischung reicht hierzu aus. Der Kohlenstoff kann in Form von Dextrin oder hydriertem Baumwollsamenöl zugeführt werden, wobei letzteres zu bevorzugen ist, da es zugleich als Binder in der Mischung wirkt. Um ein Rosten des Eisenpulvers zu verhindern, wenn die Mischung in einer feuchten Atmosphäre aufbewahrt wird, können öl- und Wachsüberzüge zugefügt werden. Derartige Rostschutzmittel sind Mineralöl, Glycerin, wasserlösliche öle, Baumwollsamenöl, Getreidesyrup, Wachslösungen, Leinsamenöl oder Silikonharze. Eine Lösung von Getreidesyrup und Wasser im Verhältnis 1:1 ist wirksam, wenn sie mit etwa 18 Gewichtsteilen der Pulver-Glasmischung zugefügt wird.
Das Glas in der Zusammensetzung ist das übliche für Kraftfahrzeugzündkerzen verwendete Bor-Silikat-Glas. Jedoch sind auch andere für Zündkerzen übliche Glasarten, wie Bariumborat-Glas, geeignet. Das verwendete Glas hat zweckmäßig eine Korngröße von 44 Mikron.
Versuche haben gezeigt, daß bei Abweichen von der erfindungsgemäßen Zusammensetzung folgende Nachteile eintreten:
1. Ein zu großer Anteil an Eisen führt zu Kaltleckagen, d. h., daß die Dichtung bei Raumtemperatur bei Einwirken eines Gasdruckes von 21 kg/cm2 undicht wird.
2. Ein zu großer Anteil Glas führt zu einer Erhöhung des Widerstandes, wenn eine Spannung von 18 kV für eine Minute angelegt wird. Dies zeigt unstabile elektrische Bedingungen an.
3. Ein zu hoher Anteil an Aluminium veranlaßt Leckagen im kalten Zustand, wahrend ein zu geringer Aluminiumanteil zur Erhöhung des elektrischen Widerstandes führt.
4. Ein übermäßiger Anteil an Flußmitteln für das Glas veranlaßt Leckagen im heißen und kalten Zustand, wobei das Prüfen der Leckagen in heißem Zustand mit heißer Luft von etwa 315° C und einem Druck von 21 kg/cm2 erfolgt. Ein unzureichender Anteil von Flußmitteln zum Glas führt zu Leckagen im kalten Zustand.
5. Ein übermäßiger Anteil an Kupfer erniedrigt die Zerfalltemperatur.
6. Ein Überschuß an Füllstoff macht die Mischung während der Bildung der Dichtung steifer, so daß die erweichte Mischung nicht ausreichend fließfähig ibt, um eine den Forderungen gerecht werdende Dichtung zu bewirken.
Es muß jedoch darauf hingewiesen werden, daß eine geeignete Fließfähigkeit der Glaspulvermischung auch ohne Verwendung von Flußmitteln für das Glas erzielt werden kann, je nachdem, welcher Herstellungsvorgang gewählt wird.
Ein Verfahren zur Bildung der Dichtung nach der Erfindung umfaßt folgende Schritte:
1. Trockenes Mischen der Glas-Metall-Pulverbestandteile für etwa eine halbe Stunde.
2. Zufügen eines Binders und Rostschutzmittels, wie Getreidesyrup, in einer wäßrigen Lösung im Verhältnis 1:1 und in einer Menge von etwa 18 Gewichtsprozent der Pulvermischung; Vermischen mit der Pulvermischung für eine weitere 1Zt Stunde.
.0 3. Granulieren des gemischten Materials durch ein Maschensieb (840 Mikron) und Trocknen und Absieben durch ein solches Maschensieb. Das auf einem anschließend angewandten Maschensieb (149 Mikron) zurückbleibende Material wird zur Bildung der hermetischen Dichtung in der Zündkerze verwendet.
4. Dieses Material wird in die Mittelbohrung auf die eingesetzte untere Mittelelektrodenhälfte eingefüllt, darauf die obere Mittelelektrodenhälfte auf das eingefüllte Material gesetzt.
5. Der Isolator durchläuft dann einen Ofen bei einer Temperatur zwischen 815 bis 927° C, in dem die Mischung zu der Dichtung zusammengeschmolzen wird
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen bewirken bei der Verwendung als Dichtung der Mittelbohrung eines Zündkerzenisolators eine hermetische Abdichtung zwischen den Metallteilen und dem keramischen Isolator und ergeben zugleich eine gute elektrische Leitung zwischen den Hälften der Mittelelektrode. Zündkerzen mit derartigen Dichtungen können dauernd hohen Temperaturen und Drücken ausgesetzt werden. Sie sind, wie schon eingangs erwähnt, verhältnismäßig billig, da ein großer Anteil an Eisen enthalten und der teurere Bestandteil Kupfer nur in kleineren Anteilen enthalten ist.
In der Zeichnung ist eine Zündkerze dargestellt,
lie mit einer elektrisch leitenden hermetischen Dichtung nach der Erfindung versehen ist.
Die Zündkerze 10 besteht aus einem Zündkerzengehäuse 12 mit einer Masseelektrode 14 am unteren Ende. Innerhalb des metallischen Zündkerzengehäuses 12 ist abgedichtet ein keramischer Isolator 16 vorgesehen, der einen hohen Aluminiumoxidgehalt aufweist. Der Isolator 16 ist mit einer Mittelbohrung versehen, die aus einem unteren Teil 18 und einem oberen Teil 20 größeren Durchmessers besteht. In die Mittelbohrung des Isolators 16 ist eine untere Mittelelektrodenhälfte 22 eingesetzt, die mit einem erweiterten Kopf 24 auf der Schulter 26 zwischen den beiden Bohrungsteilen des Isolators aufruht. Die untere Spitze 28 der Mittelelektrode ragt aus dem Isolator 16 und bildet mit der Masseelektrode 14 die Funkenstrecke.
In dem oberen Teil 20 der Mittelbohrung des Isolators ist die mit einem Gewinde versehene obere s Hälfte 32 der Mittelelektrode eingesetzt, zwischen der und der unteren Hälfte die elektrisch leitende Dichtung vorgesehen ist. Diese geht mit der Keramik und dem Metall eine feste und dichte Haftverbindung ein. Die Dichtung 30 ist daher itnit dem
ίο Kopf 24 des Elektrodenteils 22, dem Gewinde des Teils 32 und der inneren Wandung der Mittelbohrung des keramischen Isolators 16 verbunden, wodurch eine elektrische Verbindung unter hermetischer Abdichtung der Mittelbohrung des Isolators ge-
schaffen ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungeu

Claims (5)

wichtsteilen 45 Teile Elsen, 2 Teile Kupfer, 3 Teile Patentansprüche: Aluminium, 40 Teile Glas und 10 Teile Mullit. Eine Zündkerze mit einer hermetischen Dichtung
1. Zündkerze mit einer in die Isolator- dieser Zusammensetzung kann bei Temperaturen bis längsbohrung eingebrachten Glas-Metallpulver- 5 zu 955° C gebildet werden und ist bis zu diesen Tem-Schmelzflußdichtung zur leitenden Verbindung peraturen während der Bildung tür längere Zeit des unteren und oberen Teils der Mittelelektrode, widerstandsfähig, ohne daß ihre physikalischen oder wobei die Schmelzflußdichtung Kupfer- und elektrischen Eigenschaften beeinträchtigt werden. Es Eisenpulver enthält, dadurch gekenn- tritt kein Verlust an elektrischer Leitfähigkeit durch zeichnet, daß die Dichtung aus einer Mischung io Oxydation der Metallpulver und auch kein Verlust von 35 bis 55 Gewichtstellen Eisenpulver, 1 bis an Fließfähigkeit durch Eindicken des Glases infolge 4 Gewichtsteilen Kupferpulver, 3 bis 5 Gewichts- eines Zusammenwirkens zwischen Metall und Glas teilen Aluminiumpulver, 30 bis 50 Gewichtsteilen ein,
Glas und 5 bis 15 Gewichtsteilen eines Füllstoffes, Vorzugsweise hat der Füllstoff eine Korngröße
wie Mullit, Kyanit, Aluminiumoxid, plättchen- 15 von 420 Mikron oder eine noch kleinere Korngröße,
förmiger Korund oder Siliziumdioxid, gebildet ist. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ent-
2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch ge- hält die Mischung zusätzlich einen Anteil an Kohlenkennzeichnet, daß die Dichtung 45 Gewichtsteile stoff, der ausreicht, um eine reduzierende Atmosphäre Eisen, 2 Gewichtsteile Kupfer, 3 Gewichtsteile zu schaffen, die bei der Erhitzung der Mischung auf Aluminium, 40 Teile Glas und 10 Teile Mullit ao 815 bis 9270C zur Bildung der Dichtung eine Oxyenthält. dation der Metalle verhindert.
3. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, da- Ferner ist es zweckmäßig, wenn die Zusammendurch gekennzeichnet, daß die Mischung zur BiI- setzung 0,7 bis 3 Gewichtsteile eines Flußmittels für dung der Dichtung einen Anteil von Kohlenstoff das Glas enthält, das vor dem Erhitzen der Zuenthält. 25 sammenset7ung zur Bildung der Dichtung zugefügt
4. Zündkerze nach Anspruch 1 bis 3, dadurch wird.
gekennzeichnet, daß die Mischung 0,7 bis 3 Ge- Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Eisen- und
wichtsteile eines Flußmittels für das Glas ent- Kupferanteil in Form eines vorlegierten Pulvers in
hält. der Zusammensetzung enthalten ist.
5. Zündkerze nach Anspruch 1 bis 4, dadurch 30 Es wurde bei der erfindungsgemäßen Zündkerze gekennzeichnet, daß das Eisen und Kupfer in der festgestellt, daß eine Legierung zwischen dem Eisen Mischung als vorlegiertes Pulver enthalten sind. und Aluminium bei Temperaturen zwischen 815 und
9270C sehr schnell erfolgt, also bei den Temperaturen, bei denen die Dichtung zusammengeschmolzen 35 wird. Es wird eine Dichtung großer Festigkeit bei
einem Durchlauf durch einen Ofen während 15 bis
18 Minuten erzielt. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung hat eine Zerfalltemperatur, die etwa 28 bis 83° C höher ist als die vergleichbarer Zusammen-40 Setzungen. Die Zerfalltemperatur ist die Temperatur,
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündkerze mit bei der sich der Kopf der Mittelelektrode von der einer in die Isolatorlängsbohrung eingebrachten Schulter der Bohrung des keramischen Isolators abGlas-Metallpulver-Schmelzflußdichtung zur leitenden hebt, da sich die Dichtung unter Erweichen ausdehnt. Verbindung des unteren und oberen Teils der Mittel- Bei der Prüfung und der Überwachung der Produkelektrode, wobei die Schmelzflußdichtung Kupfer- 45 tion ist eine Zerfalltemperatur unterhalb 760° C ein und Eisenpulver enthält. Anzeichen für die mangelnde Eignung der Dichtung.
Dichtungen dieser Art sind preisgünstiger als die Es wurde festgestellt, daß erfindungsgemäße Zubekannten, nur Kupferpulver enthaltenden Schmelz- sammensetzungen eine Zerfalltemperatur zwischen flußpfropfen. Sie sind jedoch teurer als ausschließlich 815 und 870° C aufweisen, wobei die höchsten Zer-Eisenpulver enthaltende Dichtungen, die wegen der 50 falltemperaturen erreicht werden, wenn Metallpulver höheren Härte und schlechteren Leitfähigkeit des mit weniger als 63 Mikron Korngröße verwendet Eisens, von Ausnahmen abgesehen (vgl. deutsche werden.
Patentschrift 1 206 209), weniger geeignet erscheinen. Weitere Versuche haben gezeigt, daß die Wärmein der älteren Patentanmeldung P 20 37 908.2-13 dehnung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ist bereits eine Zusammensetzung der Dichtung vor- 55 der Wärmedehnung der aus Aluminiumoxid begeschlagen worden, die in Gewichtsanteilen minde- stehenden Isolatoren wesentlich näherkommt, als dies stens 35 bis 65 Teile Eisenpulver, 4 bis 6 Teile bei bekannten Dichtungszusammensetzungen der Kupferpulver mit Aluminiumpulver, bei mindestens Fall ist. Dieser Umstand begünstigt eine längere
Teilen Aluminium, und nicht weniger als 30 Teile Lebenszeit der Zündkerze über einen weiten BeGlas enthält. 60 triebstemperaturenbereich, dem die Zündkerze beim
Durch die Erfindung werden gleichwertige, wie die normalen Betrieb ausgesetzt ist. Die erfindungs-
zuletzt genannten Dichtungen dadurch erzielt, daß gemäße Zusammensetzung wird weiterhin nicht
sie in Gewichtsteilen 35 bis 55 Teile Eisenpulver, 1 bis schädlich beeinflußt, wenn sie in dem Ofen ver-
Teile Kupferpulver, 3 bis 5 Teile Aluminiumpulver, sehentlich bis zu IV2 Stunden Temperaturen in der bis 50 Teile Glas und 5 bis 15 Teile eines Füll- 65 Höhe von 955° C ausgesetzt wird. Ein derartiges stoffes, wie Mullit, Kyanit, Aluminiumoxid, platt- Verweilen in dem Ofen kann durch Umstände in der chenförmiger Korund oder Siliziumdioxid, enthalten. Fertigungsstraße bedingt sein. Unter diesen Bedin-
Eine bevorzugte Zusammensetzung enthält in Ge- gungen hat man festgestellt, daß die erfindungs-
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