DE2154617B2 - Dichtung fuer zuendkerzen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtung für Zündkerzen zwischen dem Zündkerzengehäuse und dem keramischen Isolator. Diese Dichtung ist vorzugsweise für die obere Dichtung bei Zündkerzen bestimmt.

Eine wesentliche Schwierigkeit bei der Herstellung von Zündkerzen besteht in dem Erreichen einer guten hermetischen Abdichtung zwischen dem metallisehen Zündkerzengehäuse und dem keramischen Isolator. Um voll zuverlässig zu sein, muß diese Dichtung Gasleckagen über einen weiten Temperaturbereich, in dem die Zündkerze betrieben wird, vermeiden, beispielsweise von — 20 bis +360° C und mehr. Diese Schwierigkeit wird dadurch erhöht, daß die Werkstoffe für das metallische Zündkerzengehäuse und den keramischen Isolator von sich aus erheblich unterschiedliche Wärmedehnungszahlen aufweisen. Da ferner der keramische Isolator gegen Bruch empfindlich ist, ergibt sich eine starke Begrenzung des Druckes, der bei der Herstellung irgendeiner Dichtung zwischen dem Zündkerzengehäuse und dem keramischen Isolator ausgeübt werden darf.

Ferner kann der keramische Isolator winzige Grate oder andere Ungenauigkeiten im Bereich der Sitzfläche der Dichtung aufweisen, durch die die einwandfreie Dichtung erschwert wird, so daß für die Dichtung ein Werkstoff zu empfehlen ist, der sehr duktil oder nachgiebig ist, um diese Ungenauigkeiten ausgleichen zu können. Eine gleichmäßige Duktilität des Werkstoffes der Dichtung ist ebenfalls erforderlich, um Abmessungsunterschiede der ringförmigen Sitzflächen an dem keramischen Isolator und dem Zündkerzengehäuse ausgleichen zu können, da eine genaue Anpassung an die Anlageflächen zur Verhinderung von Leckagen notwendig ist.

Gegenwärtig sind vier Arten von derartigen Dichtungen für Zündkerzen bekannt.

Bei einer Bauform wird eine ringförmige Pulverpackung aus Talkum od. dgl. zwischen dem keramischen Isolator und dem Zündkerzengehäuse vorgesehen. Eine derartige Dichtung erleichtert den Ausgleich der unterschiedlichen Wärmedehnungszahlen. Jedoch ist sie verhältnismäßig teuer in der Herstellung, und die in der Praxis verwendeten Dichtungen dieser Art sind nicht gleichmäßig wirksam, um Gasleckagen zu verhindern.

Die zweite Bauart besteht aus zwischen dem Zündkerzengehäuse und dem keramischen Isolator eingesetzten Dichtungen aus Kupfer oder geschmeidigem Nickel. Diese Art der Dichtungen hat den Vorteil der Einfachheit und ist in einem Temperaturbereich von —20 bis etwa +290° C zuverlässig. Oberhalb 290° C nimmt die Fähigkeit, Gasleckagen durch die Zündkerze hindurch zu verhindern, jedoch kräftig ab. Für gewisse Typen von Zündkerzen sind diese schlechten Dichteigenschaften bei hohen Temperaturen unerheblich, solange die Brennkraftmaschine und die Zündkerze im normalen Betrieb arbeiten, weil die Temperatur im Bereich der Dichtung in der Regel 290° C nicht überschreitet. Die Dichtung kann jedoch in diesem Falle mangelhaft werden, wenn durch Frühzündung oder andere Betriebsbedingungen eine übermäßige Wärmeentwicklung eintritt, durch die die kritische Temperatur der Dichtung überschritten wird.

Ebenso sind Zündkerzen, die bei verhältnismäßig hoher Temperatur betrieben werden, bezüglich der Dichtung empfindlich, da die Temperatur im Bereich der Dichtung 345 bis 355° C erreichen kann.

Bei einer dritten Art besteht die Dichtung aus einer Legierung, die etwa 95 bis 99% Aluminium und Rest Magnesium, Mangan oder Chrom enthält. Diese Dichtungen haben praktisch die gleichen Grenzen bezüglich ihrer Anwendung wie die zuvor er- ' wähnten Dichtungen aus Kupfer oder Nickel.

Eine vierte Bauart besteht aus kohlenstoffarmem Stahl, der eine stabile Dichtung bei Temperaturen gewährleistet, die weit oberhalb der bei Höchstleistungsmaschinen auftretenden Temperaturen liegt. Um eine einwandfreie Dichtung zu bewirken, ist jedoch eine sehr genaue metallurgische Einstellung des Werkstoffes notwendig, um die Duktilität des Werkstoffes zu gewährleisten. Ferner unterliegt dieser Werkstoff auch Veränderungen bei dem Ausstanzen der Dichtungsscheibe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtung der eingangs erwähnten Art in billiger und zuverlässigerer Weise zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dichtung aus einem gesinterten Körper einer Dichte zwischen 6,95 bis 7,05 g/cm³ besteht, der aus Eisenpulver einer Reinheit von mindestens 99,4 % gebildet ist.

Eine derartige Dichtung ist einfach und preisgünstig herzustellen und verhindert Gasleckagen zwi- f sehen dem aus Stahl bestehenden Zündkerzengehäuse und dem keramischen Isolator in einem Temperaturbereich zwischen —20 bis +370⁰C und höher. Die Dichtung weist auch die erwünschten Eigenschaften der bisher üblichen Dichtungen auf, nämlich eine gleichförmige Duktilität, Formhaltigkeit, eine gleichförmige Kornstruktur und eine leichte metallurgische Einstellung der Härte. Da die Dichtung aus Eisen besteht, ist sie gegen die auftretenden hohen Temperaturen beständig.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Zündkerze nach der Erfindung und

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht eines ringförmigen Dichtungsrings, der in der Zündkerze nach F i g. 1 verwendet ist.

Die dargestellte Zündkerze ist eine übliche Kraftfahrzeugmotoren-Zündkerze mit einem im wesentlichen rohrförmigen Zündkerzengehäuse 2 aus Stahl, an dessen unterem Ende eine Masseelektrode 3 angeschweißt ist und in der konzentrisch ein keramischer Isolator 4 gehalten ist. In der Achse des Isolators 4 ist eine Bohrung vorgesehen, durch die sich eine Mit-

telelektrode 5 erstreckt, deren unteres Ende neben der Masseelektrode zur Bildung der Funkenstrecke liegt. Der keramische Isolator besteht vorzugsweise aus einem gesinterten Stoff auf der Basis von Tonerde und enthält mindestens 85 Gewichtsprozent Aluminiumoxid. Die äußere Gestalt von Zündkerzengehäuse und Elektroden ist die übliche.

Zur hermetisch abgedichteten Aufnahme des keramischen Isolators 4 im Zündkerzengehäuse 2 ist der Isolator 4 mit einem in Achsrichtung liegenden, im Durchmesser vergrößerten Teil 6 versehen, an dem oben und unten Schultern? bzw. 8 gebildet sind, die mit Schultern an der Innenwand des Zündkerzengehäuses 2 zusammenarbeiten.

Zwischen der oberen Schulter 7 und dem Zündkerzengehäuse2 ist eine obere Dichtung 9 eingepreßt, die entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Eine übliche untere Dichtung 10 ist zwischen der unteren Schulter 8 und dem Zündkerzengehäuse 2 eingepreßt. Bei Verwendung einer oberen Dichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung kann es möglich sein, auf die untere Dichtung zu verzichten.

Das Zündkerzengehäuse 2 wird anfangs mit axial gerichtetem oberem Rand hergestellt, der nach dem Einsetzen der Dichtungen und des keramischen Isolators radial einwärts umgebördelt wird. Es wird also zunächst die untere Dichtung 10, dann der Isolator 4 und schließlich die obere Dichtung 9 in das Zündkerzengehäuse eingesetzt, bevor der obere Rand umgebördelt wird. Dann wird ein elektrischer Strom durch das Zündkerzengehäuse geleitet, so daß der ringförmige dünnwandige Teil in der Mitte des Zündkerzengehäuses erreicht wird, wobei gleichzeitig in axialer Richtung auf beide Stirnseiten des Zündkerzengehäuses 2 ein Druck ausgeübt wird, durch den der dünnwandige Teil etwas zusammengedrückt wird. Hierdurch werden die obere und untere Dichtung 9 bzw. 10 zwischen dem Isolator 4 und dem Zündkerzengehäuse 2 unter Druck gesetzt. Der Druck ist ausreichend, um die obere Dichtung 9 etwas zu verformen, so daß sich ihre untere Fläche in kleinem Ausmaße in den schmalen Ringraum zwischen dem im Durchmesser vergrößerten mittleren Teil 6 des Isolators und dem Zündkerzengehäuse 2 hinein verformt. Diese Widerstandsheizung zum Verkürzen des Zündkerzengehäuses und zum abgedichteten Anpressen der Dichtungen ist unter dem Namen Cico-Schweißung bekannt.

In abgewandelter Weise kann anstatt des dünnwandigen zentralen Teils auch der obere Teil des Zündkerzengehäuses für das Zusammenpressen der Dichtungen verwendet werden, wobei dann der elektrische Strom durch diesen Teil geleitet wird.

Die Dichtung 9 wird in folgender Weise hergestellt: Es wird zunächst ein Eisenpulver mit einem für diese Zwecke üblichen Schmiermittel gemischt, beispielsweise mit Zinkstearat oder Wachs, in einer Menge von etwa 1 Gewichtsprozent. Es wurde festgestellt, daß das Eisenpulver keine besondere Form oder Art haben muß, also kugelförmig oder schwammförmig sein kann, so daß also jedes handelsübliche Eisen, das mit Ausnahme der üblichen Verunreinigungen im wesentlichen rein ist, geeignet ist. Es sollte das Eisenpulver also mindestens 99,4 % Reinheit aufweisen.

Die Korngröße des Metallpulvers ist geringer als 300 Mikron mit einer mittleren Korngröße von mindestens etwa 40 Mikron. Nach der Mischung mit dem Schmiermittel sollte das Pulver geringe oder gar keine Neigung zum Agglomerieren haben. Das aufbereitete Pulver wird in eine Formpfanne eingebracht, die die Form der gewünschten Dichtung aufweist, und durch eine Presse zur Verdichtung des Pulvers zusammengedrückt. Die Preßdrücke betragen zwischen 5,4 bis 9,3 t/cm², abhängig von der Art des verwendeten Pulvers, wobei ein Druck von 5,41/ cm² im allgemeinen ausreicht, um die gewünschte Dichte zu erhalten. Die Dichte kann zwischen 6,95 und 7,05 g/cm³ betragen, wobei als günstigster Wert 7,0 g/cm³ anzusehen ist. Eine Dichtung hat beispielsweise eine Dicke von etwa 2 mm und einen Außendurchmesser von 15,9 und einen Innendurchmesser von 13,5 mm.

Der so gebildete Preßling wird dann einem Sinterungsvorgang in einer reduzierenden Atmosphäre bei verhältnismäßig hohen Temperaturen unterzogen. Eine gekrackte Ammonia-Atmosphäre und eine Temperatur von mindestens 1315° C sind sehr geeignet, um die gewünschten Ergebnisse zu erhalten. Obwohl höhere Temperaturen als 1315° C verwendet werden können, rentieren sich nicht die dadurch bedingten höheren Kosten bei Überschreiten einer Temperatur von 1360° C. Das Sintern erfolgt für eine Zeit von 0,75 bis 1,25 Stunden, wobei alle Verunreinigungen verbrannt werden, so daß die erzeugte duktile Dichtung 99,6 % und mehr reines Eisen enthält, je nachdem welcher Anteil der Verunreinigungen verbrennbar ist. Die Dichtung wird dann im Sinterofen abgekühlt, um eine Oxydation zu unterbinden, und ist nach dem Abkühlen für den Einbau fertig. Wenn auch Eisenpulver geringerer Reinheit verwendet werden kann, so muß berücksichtigt werden, daß die Duktilität mit der geringeren Reinheit des Pulvers sinkt.

Die erfindungsgemäße Dichtung ist besonders wirksam, weil der Werkstoff duktil oder schwammartig ist und sich der Dichtungsfläche bereits bei nur 5 bis 50% des gesamt notwendigen Druckes anpaßt, um eine genaue Anlage zu gewährleisten. Infolge der Duktilität bricht die Dichtung zum Teil zusammen, wodurch die Anpassung an die Dichtflächen unterstützt wird. Auf diese Weise werden irgendwelche Ungenauigkeiten an der Dichtfläche des Isolators ausgeglichen, die sonst Quellen für Gasdurchlässigkeit sein können.

Bei Verwendung von Dichtungen aus Aluminium oder Kupfer der eingangs erwähnten Art besteht nicht die Möglichkeit, Verunreinigungen oder Herstellungsungenauigkeiten des Isolators auszugleichen, so daß der Isolator mit sehr genauer Toleranz und einwandfreien Dichtflächen gefertigt werden muß. Die erfindungsgemäße Ausbildung ermöglicht in dieser Beziehung eine Senkung der Kosten.

Der geringe notwendige Abdichtungsdruck verhindert Brüche des keramischen Isolators, die bisher eine große Ausschußzahl bewirkten. Bekannte Dichtungen, die in ähnlicher Anordnung verwendet sind, jedoch aus Bandmaterial ausgestanzt sind, bedingen einen erheblichen Stanzabfall. Da die Dichtung nach der Erfindung aus Pulver hergestellt wird, ist geringer oder gar kein Abfall vorhanden, so daß auch in dieser Beziehung eine Kostenersparnis vorliegt.

Durch die Erfindung wird also eine billige abfallfreie obere Dichtung für Zündkerzen geschaffen, die duktil und anpassungsfähig ist, um Oberflächenfehler

des keramischen Isolators auszugleichen. Sie erfordert ferner nur geringen Druck zur Herstellung der Dichtung zwischen dem Isolator und dem Zündkerzengehäuse, wodurch die Möglichkeit von Brüchen des Isolators verringert wird und damit günstige Herstellungsmethoden unter Kostenersparnis ermöglicht sind. Da die Dichtung sehr hohen Temperaturen gewachsen ist, kann auf die untere Dichtung verzichtet werden, wodurch ebenfalls Kosten eingespart werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Dichtung für Zündkerzen zwischen dem Zündkerzengehäuse und dem keramischen Isolator, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem gesinterten Körper einer Dichte zwischen 6,95 bis 7,05 g/cm³ besteht, der aus Eisenpulver einer Reinheit von mindestens 99,4% gebildet ist.