DE2037888C3 - Zündkerze mit elektrisch leitender hermetischer Dichtung zwischen den Teilen der Mittelelektrode - Google Patents
Zündkerze mit elektrisch leitender hermetischer Dichtung zwischen den Teilen der MittelelektrodeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündkerze mit einer in die Isolatorlängsbohrung eingebrachten Glas- i"·
Mctallpulver-Schmelzflußdichtung zur leitenden Verbindung des unteren und oberen Teils der Mittelelektrode,
wobei die Schmelzflußdichtung Kupfer- und Eisenpulver enthält.
Dichtungen dieser Art sind preisgünstiger als die lü
bekannten, nur Kupferpulver enthaltenden Schmelzflußpfropfen. Sie sind jedoch teurer als ausschließlich
Eisenpulver enthaltende Dichtungen, die wegen der höheren Härte und schlechteren Leitfähigkeit des
Eisens, von Ausnahmen abgesehen (vgl. deutsche '' Patentschrift 12 06 209), weniger geeignet erscheinen.
In dem älteren deutschen Patent 20 37 908 ist bereits
eine Zusammensetzung der Dichtung vorgeschlagen worden, die in Gewichtsanteilen mindestens 35 bis 65
Teile Eisenpulver, 4 bis 6 Teile Kupferpulver mit '·" Aluminiumpulver, bei mindestens ) Teilen Aluminium,
und nicht weniger als 30 Teile Glas enthält.
Durch die Erfindung werden gleichwertige, wie die zuletzt genannten Dichtungen dadurch erzielt, daß sie in
Gewichtsteilen J5 bis 55 Teile Eisenpulver, I bis 4 Teile ■
> Kupferpulver, } bis 5 Teile Aluminiumpulver, 30 bis 50 Teile Glas und 5 bis 15 Teile eines Füllstoffes, wie Mullit,
Kyanit, Aluminiumoxid, plättchenförmiger Korund oder Siliziumdioxid, enthalten.
Eine bevorzugte Zusammensetzung enthält in Ge- ·>»
wichtsteilen 45 Teile Eisen, 2 Teile Kupfer, 3 Teile Aluminium, 40 Teile Glas und 10 Teile Mullit.
Eine Zündkerze mit einer hermetischen Dichtung dieser Zusammensetzung kann bei Temperaturen bis /u
955"C gebildet werden und ist bis /u diesen Temperalu· ' ·
ren wahrend der Bildung für längere Zeit widerstandsfähig, ohne daß ihre physikalischen oder elektrischen
Eigenschaften beeinträchtigt werden. Es tritt kein
Verlust an elektrischer Leitfähigkeit durch Oxydieren der Metallpulver und auch kein Verlust an Fließfähigkeit
durch Eindicken des Glases infolge eines Zusammenwirkens zwischen Metall und CiIa1. ein.
Vorzugsweise hat der Fülistolf eine Korngröße von
420 Mikron oder eine noch kleinere Korngröße.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung enthält die Mischung zusätzlich einen Anteil an Kohlenstoff, der
ausreicht, um eine reduzierende Atmosphäre zu schaffen, die bei der Erhitzung der Mischung auf 815 bis
927°C zur Bildung der Dichtung eine Oxydation der Metalle verhindert.
Ferner ist es zweckmäßig, wenn die Zusammensetzung 0,7 bis 3 Gewichtsteile eines Flußmittels für das
Glas enthält, das vor dem Erhitzen der Zusammensetzung zur Bildung der Dichtung zugefügt wird.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Eisen- und Kupferanteil in Form eines vorlegierten Pulvers in der
Zusammensetzung enthalten ist.
Es wurde bei der erfindungsgemäßen Zündkerze festgestellt, daß eine Legierung zwischen dem Eisen und
Aluminium bei Temperaturen zwischen 815 und 927" C sehr schnell erfolgt, also bei den Temperaturen, bei
denen die Dichtung zusammengeschmolzen wird. Ils wird eine Dichtung großer Festigkeit bei einem
Durchlauf durch einen Ofen während 15 bis 18 Minuten
erzielt. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung hat eine Zerfallterr.peratur, die etwa 28 bis 8 3"C höher ist
als die vergleichbarer Zusammensetzungen. Die Zerfallteniperatur ist die Temperatur, bei der sich der Kopf der
Mittelelektrode von der Schulter der Bohrung des keramischen Isolators abhebt, da sich die Dichtung
unter Erweichen ausdehnt. Bei der Prüfung und der Überwachung der Produktion ist eine Zerfallteniperatur
unterhalb 760"C ein Anzeichen für die mangelnde Eignung der Dichtung. Es wurde festgestellt, daß
erfindungsgeiiiäße Zusammensetzungen eine Zerfalltemperatur
zwischen 815 und 87O"C aufweisen, wobei
die höchsten Zerfalltemperatiiren erreicht werden, wenn Metallpulver nut weniger als 63 Mikron
Korngröße verwendet werden.
Weitere Versuche haben gezeigt, daß ciie Wärmedeh
nung der erfindungsgeiiiäßen Zusammensetzung der Wärmedehnung der aus Aluminiumoxid bestehenden
Isolatoren wesentlich näherkommt, als dies bei bekannten Dichtungszusammenset/ungen der Fall ist. Dieser
Umstand begünstigt eine längere Lebenszeit der Zündkerze über einen weilen Betriebsteniperaturbe
reich, dem die Zündkerze beim normalen Betrieb ausgesetzt ist. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung
wird weiterhin nicht schädlich beeinflußt, wenn sie in dem Ofen versehentlich bis zu I1/» Stunden
Temperaturen in der Höhe von 955"( ausgesetzt wird. Ein derartiges Verweilen in dem Ofen kann durch
Umstände in der Fertigungsstraße bedingt sein. Unter diesen Bedingungen hat man festgestellt, daß die
erfindungsgemäßen Dichtungen während einer derartigen Verweilzeit nicht oxydieren und daher ihre
vorgegebene elektrische Leitfähigkeit beibehalten. Während dieser Zeit werden die Metallpulver auch
nicht im wesentlichen Umfang von dem Glas absorbiert, so daß die Zusammensetzung ihre Fließfähigkeit
beibehält, die zur Erzielung einer einwandfreien hermetischen Dichtung notwendig ist, damit eine
ausreichende Bedeckung und Haftung an ilen Verzahnungen,
die üblicherweise am linieren linde der oberen Milleleleklrodenhälfte vorgesehen sind, eintritt.
Wenn auch Eisen und Kiinfer in der Ziisaminenset-
zung als getrennte Pulver zugesetzt werden können, ist
es vorteilhaft, ein vorlegiertes Pulver aus Eisen und Kupfer /u verwenden, wobei diese Legierung zweckmäßig
96"/o Eisen und 4% Kupfer enthält, .derartige
Metallegierungspulver sind im Handel erhältlich und werden in pulvermetallurgischen Verfahren verwendet.
Eine bevorzugte Zusammensetzung üesteht erfindungsgemäß
aus 45 Gewichtsteilen l.'isen, 2 Gewichtsleilen Kupfer, i Gewichtsteilen Aluminium, 40 Teilen
Glas und 10Teilen Mullit.
Es wurde als vorteilhaft erkannt, einen kleinen Anteil
eines Flußmittels für das Glas zuzufügen, um die Fließfähigkeil während der Bildung der Dichtung zu
verbessern. Ein bevorzugtes Flußmittel ist Lithiunikarbonal,
obwohl andere Flußmittel, wie Bleioxid oder Bariumoxid, verwendet werden können. Die gewünschte
Fließfähigkeit kann durch Zufügen von 0,7 bis } 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 tier 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, Getreidesirup, Wachslösungen,
Leinsamenöl oder Silikonharze. Eine Lösung von Getreidesirup 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.
ledoch sind auch andere für Zündkerzen übliche Glasarten, wie Bariuuiborat Glas, geeignet. Das verwendete
Glas hat zweckmäßig eine Korngröße von 44 Mikron.
Versuche haben gezeigt, daß bei Abweichen von der erfindurigsgeniäßen Zusammensetzung folgende Nachteile
eintreten:
1. Hn zu großer Anteil an Eisen fuhrt zu Kaltleckagen,
d. h., daß die Dichtung bei Raumtemperatur hei Einwirken eines Ciasdruckes von 21 kg/cm- undicht
wird.
2. tun 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, während ein zu
geringer Aluminiumanteil zur Erhöhung des elektrischen Widerstandes führt.
I. fin übermäßiger Anteil an FluUmitteln für das Glas
veranlaßt Leckagen im heißen und kalten Zustand, wobei das Prüfen der Leckagen in heißem Zustand
mit heißer Luft von etwa JI5"C und einem Druck
von 21 kg/cm- erfolgt. Ein unzureichender Anteil von Flußmitteln zum Glas führt zu Leckagen im ι
kalten Zustand.
'). Ein übermäßiger Anteil an Kupfer erniedrigt die /eifallteinperatiir.
6. Ein Oberschuß an Füllstoff macht die Mischung während der Bildung der Dichtung steifer, so daß
die erweichte Mischung nicht ausreichend fließfähig ist, um eine den Forderungen gerecht werdende
Dichtung zu bewirken.
Es muß jedoch darauf hingewiesen werden, daß eine geeignete Fließfähigkeit der Glaspulvermisrhung 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 Rostschulzmittels, wie
Getreidesirup, in einer wäßrigen Lösung im Verhältnis I : I und in einer Menge von etwa 18
Gewichtsprozent der Pulvermischung; Vermischen mit der Pulvermischung für eine weitere '/>
Stunde.
I. 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 hei einer
Temperatur zwischen 815 bis 927"C, in dem die Mischung zu der Dichtung zusammengeschmolzen
wird.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen bewir
ken bei der Verwendung als Dichtung der Mittelboh rung eines Zündkerzenisolators eine hermetisdie
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, die
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 Feil 20 größeren Durchmessers besteht. In die Mittelbohrung
des Isolators 16 ist eine untere Mittelelektrodenhälfte 21 eingesetzt, die mit einem erweiterten Kopf 24 auf der
Schulter 2b zwischen den beiden Buhrungsteilen des Isolators .lufruht. Die untere Spitze 28 der Mittelelek
trode riurt aus dem Isolator 16 und bildet mit der
Masseelektrode 14 die Funkenstrecke.
In dem oberen Teil 20 der M it te !bohrung ties I sol,11 οι .
ist die mit einem Gewinde versehene obere Hallte 1-' der Mittelelektrode eingesetzt, zwischen ilf>r nml Λ,·<-
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 mit dem Kopf 24 des Llektiodentcils 22. dem Gewinde des Teils 32 und der
inneren Wandung der Mittclbohrung des keramischen Isolators Ib verbunden, wodurch eine elektrische
Verbindung unter hermetischer Abdichtung der Mittel bohrung des Isolators, geschaffen ist
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Zündkerze mit einer in die Isolatorlängsbohrung eingebrachten Glas-Metallpulver-Schnielzflußdichtung
zur leitenden Verbindung des unteren und oberen Teils der Mittelelektrode, wobei die
Schmelzflußdichtung Kupfer- und Eisenpulver enthält,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung aus einer Mischung von 35 bis 55 Gewichtsteilen Eisenpulver, 1 bis 4 Gewichtsteilen "
Kupferpulver, J bis 5 Gewichtsteilen Aluminiumpulver, 30 bis 50 Gewichtsteilen Glas und 5 bis 15
Gewichtsteilen eines Füllstoffes, wie Mullit, Kyanit, Aluminiumoxid, plättchenförmiger Korund oder
Siliziumdioxid, gebildet ist. ι
2. Zündkerze nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung 45 Gewichtsteile Eisen, 2
Gewichtsteile Kupfer, J Gewichtsteile Aluminium, 40 Gtwichtsteile Glas und 10 Gewichtsteile Mullit
enthält. .·<
i. Zündkerze nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung zur Bildung der
Dichtung einen Anteil von Kohlenstoff enthält.
4. Zündkerze nach Anspruch I bis J, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung 0,7 bis J 1^
Gewichtsteile eines Flußmittels für das Glas enthält.
5. Zündkerze nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisen und Kupfer in der
Mischung als vorlegiertes Pulver enthalten sind.
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