DE2037908C3 - Zündkerze mit elektrisch leitender hermetischer Dichtung zwischen den Teilen der Mittelelektrode - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündkerze mit ♦incr in die Isolatorlängsbohrung eingebrachten Glas-Kietallpulver-Schmelzflußdiehtung zur leitenden Verbindung des unteren und obe^ren Teils der Mittclelektrode. wobei die Schmelzflußdichtung Kupfer- und Eisenpulver enthält.

D'chtungen dieser Art sind preisgünstiger als die bekannten, nur Kupferpulver enthaltenden Schmelzflußpfropfen. Sie sind jedoch teurer als ausschließlich Eisenpulver enthaltende Dichtungen, die wegen der borieren Härte und schlechteren Leitfähigkeit des Eisens, von Ausnahmen abgesehen (vgl. deutsche Patentschrift 12 06 209), weniger geeignet erscheinen.

Es besteht die Aufgabe, eine Zündkerze der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine hohe Zerfalltempefatur aufweist und bei der es unschädlich ist, wenn sie «lurch unbeabsichtigte, aber in der Praxis vorkommende iJmstände bei der Fertigung längere Zeit überhöhten Temperaturen im Ofen ausgesetzt ist.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Glas-Metaiipulver-JSchmelzflußdichtung der Zündkerze 35 bis 65 Ge-V Lhtsteile Eisenpulver und 4 bis 6 Gewichtsteile Kupferpulver mit Aluminiumpulver enthält, wobei nicht *ver«iger als 3 Teile Aluminiumpulver enthalten sind, und Iticht weniger als 30 Gewichtsteile Glas.

Eine bevorzugte Zusammensetzung enthält 50 bis 65 Gewichtsteile Eisen, I bis 4 Gewichtsteile Kupfer, 3 bis 5 Gewichtsteile Aluminium und 30 bis 45 Gewichtsteile Glas. Eine Zündkerze mit einer hermetischen Dichtung dieser Zusammensetzung kann bei Temperaturen bis zu 955°C gebildet werden und ist bis zu diesen Temperaturen während der Bildung für längere Zeit widerstandsfähig, ohne daß ihre physikalischen oder elektrischen Eigenschaften beeinträchtigt werden. Es tritt kein Verlust an elektrischer Leitfähigkeit durch Oxvdation der Metallpulver und auch kein Verlust an Fließfähigkeit durch Eindicken des Glases infolge eines Zusammenwirkens zwischen Metall und Glas e.n.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung enthalt die Mischung 56 Gewichisiciic Eisen 2 Gew;chtstcile Kupfer 3 Gewichtsteile Aluminium, 39 Gewichtsteiie Glas und einen Anteil an Kohlenstoff, der ausreicht, um eine reduzierende Atmosphäre zu schaffen, die bei der Erhitzung der Mischung zur Bildung der Dichtung eine Oxydatio^n der Metalle verhindert.

Es wurde bei der erfindungsgemaßen /.undker/e festgestellt daß eine Legierung zwischen dem Eisen und Aluminium bei Temperaturen zwischen «15 und 927 C sehr schnell erfolgt, also bei den Temperaturen, bei denen die Dichtung zusammengeschmolzen wird. Es wird eine Dichtung großer Festigkeit bei einem Durchlauf durch einen Ofen während 15 bis 18 Minuten erzielt. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung hat eine Zerfalliemperatur. die etwa 28 bis 83C höher ist als die vergleichbarer Zusammensetzungen. Die Zerfalltemperatur ist die Temperatur, bei der sich der Kopf der Mn elektrode 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 Zerfalltemperatur unterhalb 760^cC ein Anzeichen für mangelnde Eignung der Dichtung. Es wurde festgestellt, daß erfindungsgemäße Zusammensetzungen eine Zerfalltemperatur zwischen 815 und 87OX aufweisen, wobei die höchsten Zerfalltemperaturen erreicht werden, wenn Metallpulver mit weniger als 63 Mikron Korngröße verwendet werden.

Weitere Versuche haben gezeigt, daß die Wärmedehnung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung der Wärmedehnung der aus Aluminiumoxid bestehenden Isolatoren näher kommt, als dies bei vielen bekannien Dichtungszusammensetzungen der Fall ist. Dieser Umstand begünstigt eine lange Lebenszeit der Zündkerze über einen weiten Bctriebsteniperaturcnbcreich.ai.,,1 die Zündkerze beim normalen Betrieb ausgesetzt ist. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung wird weiterhin nicht schädlich beeinflußt, wenn sie in dem Ofen versehentlich bis zu P/: Stunden Temperaturen in der Höhe von 955 C ausgesetzt vird 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 Verweilzcit nicht oxydieren und daher ihre vorgegebene elektrische Leitfähigkeit beibehalten. Während dieser Zeit werden die Metallpulver auch nicht 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 den Verzahnungen, die üblicherweise am unteren Ende der oberen Mittelelcktrodenhälfte vorgesehen sind, eintritt.

Eine bevorzugte Zusammensetzung besteht erfindungsgemäß aus 55,7 Gewichtsteilen Eisen, 2,3 Gewichtsteilen Kupfer, 3 Gewichtsteilen Aluminium und 39 Gewichtsteilen Glas. 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, Lithiumkarbonat erreicht werden.

Ferner ist es vorteilhaft, einen kleinen Beirag Kohlens'off der Mischung zuzufügen, um eine reduzierende Atmosphäre bei der Bildung der Dichtung zu schallen, die eine Oxidation der Mciaiie unterbindet, ι Gewichtsteil Kohlenstoff in der Mischung reicht hier/u aus. Der Kohlenstoff kann in Form von Dextrin oder hydriertem Baumwollsamenöl zugeführt weiden, 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 öi- und Wachsüberzüge zugefügt werden. Derartige Rostschutzmittel sind Mineralöl. Glycerin, wasserlösliche Öle. Baumwollsamenöl. Getreidesirup, Waehslösungen, Leinsamenöl oder Silikonharze. Eine Lösung von Getreidesirup und Wasser im Verhältnis 1:1 ist wirksam, wenn sie mit etwa 18 Gewichsteilen der Pulver-Glas-Mtscfiung zugefügt wird.

Das Glas in der Zusammensetzung ist das übliche für Kraftfahrzeugzündkerzen verwendete Bor-Silikat-Glas. ledoch sind auch andere für Zündkerzen übliche Glasarten, w ic Bariumboratglas, 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. F.in zu großer Anteil an Eisen führt zu Kaltie;kagen, d. h.. daß die Dichtung bei Raumtemperatur bei Einwirken eines Gasdruckes von 21 kg/cm² undicht wird.

2. FJn zu großer Anteil Glas führt zu einer Erhöhung des Widerstandes, wenn diese Spannung von 18 kV für 1 Minute angelegt wird. Dies zeigt unstabile elektrische Bedingungen an.

1 Ein zu hoher Anteil an Aluminium veranlaßt Leckagen im kalten Zustand, während 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/cm-¹ erlolgt. Ein unzureichender Anteil von Flußmitteln zum Glas führt zu Leckagen im kalten Zustand.

Es muß jedoch darauf hingewiesen werden, daß eine geeignete Fließfähigkeit der Glas-Pulver-Mischung auch ohne Verwendung von Flußmitteln für das Glas erzielt werden kann, je nachdem, welcher I lerstellungs-Vorgang gewählt wird.

Ein Verfahren zur Bildung der Dichtung nach der Erfindung umfaßt folgende Schritte:

1. Trockenes Mischen der Glas-Melall-Pulver-Bestandteile für etwa '/> Stunde.

2. Zufügen eines Binders und Rostschutzmittels wie Getreidesirup 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 ^]/2 Stunde.

3 Granulieren des gemischten Materials durch ein Muscheiibieb (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.
"·. Der Isolator durchläuft dann einen Ofen bei einer Temperatur zwischen 815 und 927 C. in dem die Mischung zu der Dichtung zusammengeschmolzen wird.

Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen bewirken bei der Verwendung als Dichtung der Miuelbohriing 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, veihäknismäßig billig, da ein großer Anteil an F.isen 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 enem Zündkerzengehäuse 12 mit einer Masseelektrode 14 am unleren Ende. Innerhalb des metallischen Zündkerzengehäüses 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 eingcsetz.t, die mit einem erweiterten Kopf 24 auf der Schulter 26 zwischen den beiden Bohrungsteilen des Isolators aufruht. Die untere Spitze 28 der Miuelelcktrodc 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 Hälfte 32 der Mitteleleklrode eingesetzt, zwischen der und der unteren Hälfte die elektrisch leitende Diclrung 30 vorgesehen ist. Diese geht mit der Keramik und dem Metall eine fest und dichte Haftverbindung ein. Die Dichtung 30 ist daher mit dem Kopf 24 des Elektrodenteils 22, dem Gewinde des Teils 32 und der inneren Wandung der Miitelbohrung des keramischen Isolators 16 verbunden, wodurch eine elektrische Verbindung unter hermetischer Abdichtung der Mittelbohrung des Isolators geschaffen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Zündkerze mit einer in die lsolatorlängsbohrung eingebrachten Glas-Metallpulver-Schmelzflußdichtung 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 65 Gewichtsteilen Eisenpulver. 4 bis 6 Gewichtsteilen Kupfer- mit Aluminiumpulver, jedoch nicht weniger als 3 Gewichtsteilen Aluminiumpulver und nicht weniger als 30 Gewichtsteilen Glas gebildet ist.

2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung 50 bis 65 Gewichtsteiie Eisen, 1 bis 4 Gewichtsteile Kupfer. 3 bis 5 Gewichtsteile Aluminium und 30 bis 45 Gewichtsteile Glas enthält.

3. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung 56 Gewichtsteile Eisen, 2 Gewichtsteile Kupfer, 3 Gewichtsieile Aluminium, 39 Gewichtsteile Glas und einen Anteil von Kohlenstoff enthält.

4. Zündkerze nach Anspruch 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung 0.7 bis 3Gevnchtsteile eines Flußmittels für das Glas einhält.