DE2501612A1

DE2501612A1 - Zuendkerze

Info

Publication number: DE2501612A1
Application number: DE19752501612
Authority: DE
Inventors: Helmut P Meyer
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1974-01-16
Filing date: 1975-01-16
Publication date: 1975-07-17
Also published as: IT1028374B; JPS50101739A; JPS5757830B2; GB1466808A; US3882338A; FR2258023A1; FR2258023B1

Description

Patentanwälte

Dipl. ing. H. Hauck

Dipl. Phys. W. Schmitz

Dipl. Ing. E- Graalfs

Dipl. Ing. W. Wehnelt

Dipl. Phys. W. Carstens

8 München 2

Mozartstr. 23

The Bendix Corporation

Executive Offices

Bendix Center 15. Januar 1975

Southfield,Mich. 48075,,USA Anwaltsakte M-3376

Zündkerze

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze insbesondere für Turbinen- [ triebwerke mit einer gestreckten inneren Elektrode, welche einen Stirnabschnitt und einen hinteren Abschnitt aufweist, mit einem vorderen Isolatorteil, das das vordere Ende der inneren Elektrode umgibt, und einem mittleren Isolatorteil, das das hintere Ende der inneren Elektrode umgibt, wobei beide Isolatorteile einen vorderen und einen rückwärtigen Abschnitt aufweisen, und mit einer äußeren Elektrode in Form eines gestreckten metallischen Gehäuses, welche die innere Elektrode umgibt und von derselben durch das vordere Isolatorteil und das hintere Isolatorteil isoliert ist, wobei die äußere Elektrode einen vorderen Endabschnitt aufweist, der zusammen mit dem Ende des" Stirnabschnittes der inneren Elektrode eine Funkenstrecke bildet.

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Zündkerzen weisen üblicherweise einen Körper in Form eines metalli- ^; sehen Gehäuses auf, das einen Flansch oder eine andere. Befesti-

gungseinrichtung zum Anbringen der Zündkerze an einem Turbinen-, triebwerk trägt. Das metallische Gehäuse stellt eine Elektrode

der Zündkerze dar. Eine innere Elektrode erstreckt sich durch das Gehäuse und ist innerhalb desselben durch einen Isolator gelagert, welcher die innere Elektrode umgibt und in eine in dem metallischen Gehäuse angebrachte Öffnung eingepaßt ist. Ein Dichtring oder eine Dichtbuchse aus Kupfer ist zwischen dem Isolator und dem Gehäuse angeordnet, um die in dem Gehäuse vorgesehene Öffnung, durch welche sich der Isolator erstreckt, abzudichten, so daß keine Gase entweichen können. Das hintere Ende der Zündkerze ist im allgemeinen an mehreren Stellen verschweißt oder ι verlötet um sicherzustellen, daß eine druckdichte Verbindung er-

halten wird, welche von unter Druck stehenden Gasen nicht durchströmt werden kann. Das vordere Ende der Zündkerze weist ein Iso- ! latorteil auf, das die innere Elektrode umgibt und sie von dem äußeren Gehäuse isoliert. Wird zur Zündung an die Elektroden der Zündkerze eine geeignete Betriebsspannung angelegt, so bildet sich zwischen dem vorderen Abschnitt der inneren Elektrode und dem vorderen Abschnitt des äußeren Gehäuses (dieses stellt die mit Masse verbundene Elektrode dar) eine Bogenentladung aus.

Nach Verwendung der Zündkerze über einen längeren Zeitraum ist das vordere Ende des die innere Elektrode von dar äußeren Elek- | trode trennenden Isolatorteiles abgetragen worden. Damit erhält man ein lose angeordnetes Isolatorteil, das unkontrolliert unter-;

I schiedliche Stellungen einnehmen kann. Hierdurch entsteht

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ein Luftspalt zwischen dem Isolatorteil und der äußeren Elektrode, was wiederum das Anlegen einer höheren Spannung an die Elektroden erfordert, um eine Entladung herbeizuführen. Das diese Spannung erzeugende Netzgerät und die Elektroden sind jedoch bisweilen nicht für diese zusätzliche Spannung geeignet ausgelegt; und damit liefert die Zündkerze nicht die zum Zünden des Brennstoffes im Triebwerk erforderliche Entladung. Bei gewissen Flugphasen eines Düsenflugzeuges, z.B. beim Starten, bei Steigflug mit maximaler Leistung und bei der Schubumkehr während des Landens ist das die Entladung tragende Ende der Zündkerze hohen Temperaturen- und Drucken ausgesetzt. Diese erfordern zusammen mit der vergrößerten Abmessung der Funkenstrecke, welche auf die durch die Entladung hervorgerufene Erosion während des vorherliegenden Ein-Satzes zurückzuführen ist, eine beträchtliche Vergrößerung der an

die Elektroden zum Unterhalt einer Entladung anzulegenden Ionisa-^! tionsspannung. Bei diesen Betriebsbedingungen und bei Vorliegen des vergrößerten Spaltes zwischen den Elektroden kann das Netz- i gerät, das im allgemeinen eine begrenzte maximale Ausgangsspannung und -leistung hat, nicht mehr die Spannung liefern, welche j an die Elektroden angelegt werden muß, um eine elektrische Entladung zum Zünden des Brennstoffes im Triebwerk aufrecht zu erhalten. Ein weiteres Problem bei den bekannten Zündkerzen ist, daß das die innere Elektrode von der äußeren Elektrode trennende vordere Isolatorstück starr zwischen den beiden Elektroden angeordnet ist. Damit führt die thermische Ausdehnung und das Zusammenziehen beim Betrieb zum Aufbau von auf das Isolatorteil ausgeübten Kräften, die schließlich zum Springen des Isolatorteiles und zum Ausfall der Zündkerze führen können.

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: Zur Vermeidung der oben beschriebenen Nachteile wird durch die vorliegende Erfindung eine Zündkerze der oben angeführten Art

geschaffen, die gekennzeichnet ist durch eine Einrichtung, durch

! welche das vordere Isolatorteil in axialer Richtung federnd gegen den vorderen Endabschnitt des Gehäuses angedrückt wird.

Die erfindungsgemäße Zündkerze für Turbinenetriebwerke kann bei hohen Temperaturen betrieben werden, ohne daß die innen angeordneten Isolatorteile, welche die Hauptelektrode von der Massen-

! elektrode trennen, ausfallen. Die Zündkerze weist eine innen angeordnete Feder auf, welche dem vorderen Isolatorteil erlaubt, sich gemäß der thermischen Ausdehnung und dem Zusammenziehen der

. Zündkerze zu bewegen, und durch welche das vordere Isolatorteil ständig nach vorne gegen den vorderen Abschnitt der Massenelektrode angedrückt wird, so daß das Isolatorteil ständig unter Druck in Berührung mit dem vorderen Ende der Massenelektrode steht.

; Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter

Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In ι dieser zeigt die einzige Figur einen schematischen Schnitt durch . eine erfindungsgemäße Zündkerze.

Die im Längsschnitt dargestellte Zündkerze weist eine gestreckte

j innere Elektrode 30, ein mittleres Isolatorteil 40 aus kerami-

schem Material, eine erste metallische Trennwand 50, ein äußeres die zweite Elektrode bildendes metallisches Gehäuse 20, eine ^: zweite konzentrisch zwischen dem mittleren Isolatorteil 40 und

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dem Gehäuse 20 angeordnete Trennwand 10, ein vorderes Isolatorteil 80 und eine Buchse 60 auf.

Die in der Mitte angeordnete innere Elektrode 30 ist üblicherweise aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt. Wird die innere Elektrode 30 und ein vorderer Abschnitt 23 der durch das äußere Gehäuse 20 gebildeten Elektrode mit einer Spannungsquelle verbunden, so kann sich zwischen einer Spitze 32 der Elektrode 30 und einem die letztere umgebenden Abschnitt 22 des Gehäuses 20 eine Bogenentladung ausbilden. Der vordere Endabschnitt der inneren Elektrode 30, von dem die Funkenentladung unterhalten wird, trägt die Spitze 32, die- zylindrische Gestalt aufweist und einen viel größeren Durchmesser als der Rest der Elektrode hat. In der zylindrischen Spitze 32 ist ein oder sind, mehrere Kanäle 31 vorgesehen, durch welche Gas hindurchtreten i kann, um die Spitze 32 der Elektrode 30 im Betrieb zu kühlen.

Der größte Teil der inneren Elektrode 30 wird von dem mittleren ^l Isolatorteil 40 aus keramischem Material umgeben. Dieses trennt | die mittlere Elektrode 30 von der durch das äußere Gehäuse 20 | gebildeten Elektrode. Zur Aufnahme der inneren Elektrode 30 weist das mittlere Isolatorteil 40 eine zentrale Bohrung 41 auf. Um jegliches Austreten von Gasen durch die Bohrung 41 des Isolatorteils 40 zu vermeiden, ist die erste metallische Trennwand 50 etwa durch Hartlöten mit der inneren Elektrode 30 verbunden und liegt strömungsmitteldicht an dem mittleren Isolatorteil 40 an.

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Die erste Trennwand 50 ist üblicherweise aus Metall gefertigt. Dieses ist derart hart gelötet, daß zwischen der ersten Trennwand 50 und einem Abschnitt der Innenseite des mittleren Isolatorteiles 40 eine durchlaufende 36O°-Verbindung 51 gebildet wird. Um eine Strömungsmitteldichte Verbindung zwischen der ersten Trennwand 50 und der inneren Elektrode 30 zu erhalten, ist die erste Trennwand 50 durch Hartlöten mit der inneren Elektrode derart verbunden, daß eine durchlaufende 360°-Verbindung 52 gebildet wird.

Bei den üblichen Zündkerzen ist die Buchse 60 zwischen dem äußeren Gehäuse 20 und dem mittleren Isolatorteil 40 angeordnet und hat die Form einer Hülse mit zylindrischer Innenfläche und konischer Außenfläche.

Das äußere Gehäuse 20 trägt einen Befestigungsflansch 9 zum Anbringen der Zündkerze an einem Turbinentriebwerk. Im Gehäuse 20 sind Einlaß- und Auslaßöffnungen 24, 26, 27, 28 vor ge sehen, durch welche Triebwerksgase in die Zündkerze eintreten und aus ihr austreten können, um die innere Elektrode 30 zu kühlen. Ferner weist

das Gehäuse einen kappenförmigen vorderen Abschnitt 23 auf, der [

' bei 29 mit dem Gehäuse 20 verschweißt ist, wodurch das gesamte !

äußere Gehäuse erhalten wird. Die Stirnseite des kappenförmigen vorderen Abschnittes 23 ist mit einer öffnung versehen, welche den die Spitze 32 der inneren Elektrode umgebenden Abschnitt 22 bildet und die die Entladung unterhaltende Oberfläche, des Gehäuses 20 darstellt. Diese öffnung bildet zusammen mit der Spitze

! 32 der inneren Elektrode 30 die Funkenstrecke. Beim Zusammenbauen

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der Zündkerze werden das vordere Isolatorteil 80 aus keramischem Material und der kappenförmige vordere Abschnitt 23 als die letzten beiden Stücke angebracht. Dann wird der vordere Abschnitt 23 mit dem Gehäuse 20 verschweißt, so daß das vordere Isolatorteil 80 und die innere Elektrode 30 in ihrer Lage fixiert gehalten werden.

Die zweite Trennwand 10 ist vorzugsweise aus einem Material gefertigt, das wegen seiner federnden Eigenschaften über einen grossen Temperaturbereich (minus 20°C bis 400⁰C) ausgesucht worden ist, z.B. eine Nickel-Eisenlegierung. Die zweite Trennwand 10 ist konzentrisch um das mittlere Isolatorteil 40 herum angeordnet. Ein vorderer Abschnitt der zweiten Trennwand 10 ist bei 11 mit dem mittleren Isolatorteil 40 durch Hartlöten verbunden, so daß zwischen dem mittleren Isolatorteil 40 und der zweiten Trennwand

10 eine durchlaufende 360°-Verbindung gebildet wird. Das gegen-

überliegende Ende der zweiten Trennwand 10 ist bei 12 mit dem Gehäuse 20 verschweißt, so daß eine durchlaufende 36O°-Verbindung zwischen der zweiten Trennwand 10 und dem Gehäuse 20 gebildet ; wird. Bei der dargestellten Ausführungsform dient die bei 12 dar-! gestellte die zweite Trennwand 10 mit dem Gehäuse 20 verbindende ι Schweißnaht zusammen mit dem hinteren Endabschnitt der zweiten ί Trennwand 10 als Angelanordnung, durch welche ein Zuwachs des radialen Abstandes zwischen der Außenseite des mittleren Isola- i

torteiles 40 und der Innenseite des Gehäuses 20 aufgenommen werden kann.

Das aus keramischem Material gefertigte vordere Isolatorteil 80 trägt eine Schulter 81. Es ist darüber hinaus innerhalb des Ge- -

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häuses 20 so angeordnet, daß es radiale und axiale Bewegungen der inneren Elektrode verhindert, welche zu einer Berührung der mittleren Elektrode 30 und des die Massenelektrode bildenden Gehäuses 20 führen könnte. Hierdurch werden elektrische Kurzschlüsse vermieden. Das vordere Isolatorteil 80 hat ferner eine nach hinten weisende Schulter 85. Zwischen diese und eine nach vorne weisende

, innen liegende Schulter 25 des Gehäuses 20 ist eine Feder 100 eingespannt, welche das vordere Isolatorteil in axialer Richtung federnd nach vorne vorspannt. Dehnt sich im Betrieb der vordere Abschnitt der Zündkerze aus oder zieht er sich zusammen, so erlaubt die das vordere Isolatorteil 80 vorspannende Feder 100, daß sich die durch das Gehäuse 20 gebildete Elektrode zusammenziehen kann, ohne daß das vordere Isolatorteil 80 springt. Wird die Zündkerze

' älter und trägt die zwischen der Spitze 32 der inneren Elektrode und dem sie umgebenden Abschnitt 22 des äußeren Gehäuses unterhaltene Bogenentladung Material ab, so wird eine innenliegende

■ Oberfläche 21 der Zündkerze freigelegt. Die Feder 100 übt dann auf das vordere Isolatorteil 80 eine Kraft in axialer Richtung

* aus, so daß es stets unter Druck in Berührung mit einem Abschnitt j der Oberfläche 21 des Gehäuses 20 steht. Durch diese durchlaufende

: Berührung des vorderen Isolatorteiles 80 mit einem Abschnitt der Oberfläche 21 wird stets verhindert, daß zwischen dem vorderen

Isolatorteil 80 und dem Gehäuse 20 ein Luftspalt entsteht, wel- ^; eher zu nicht richtigem Arbeiten und/oder zu einem Ausfallen der ; Zündkerze führt, durch welche an sich der Brennstoff in einem ! Turbinenxtriebwerk gezündet werden soll.

Um das mittlere Isolatorteil 40 herum kann eine zweite Feder 200

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in zusammengedrücktem Zustand zwischen die Buchse 60 und eine Endfläche 86 des vorderen Isolatorteiles 80 eingespannt sein, um auf das letztere eine axiale Kraft in Richtung auf die Spitze 32 der inneren Elektrode 30 zu auszuüben.

Die Federn 100 und 200 sind vorzugsweise aus einem Material gefertigt, das auch dann noch sehr gut federnde Eigenschaften aufweist, wenn es einer Umgebung mit den sehr hohen Betriebstemperaturen der Spitze der Zündkerze ausgesetzt wird. Zu derartigen Materialien gehören Legierungen auf Nickelbasis, welche eine ^! sehr gute Festigkeit bei Temperaturen nahe 550 C oder höher aufweisen (z.B. die unter dem Handelsnamen "Inconel X 750" bekannte Legierung).

Es versteht sich, daß die auf das vordere Isolatorteil 80 ausgeübte Kraft in axialer Richtung durch Verwehdung nur einer der beiden Federn 100 und 200 oder durch gleichzeitige Verwendung : beider Federn erhalten werden kann. Die auf das Isolatorteil 80 ausgeübte axiale Kraft kann auch durch gekrümmte oder gewellte ι Ringe aufgebracht werden, obwohl bei dem beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel als Schraubenfedern dargestellte Federn 100 und 200 beschrieben wurden.

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Claims

-ΙΟΙ Patentanwälte

• Dipl. Ing. H. Hauck

Dipl. Phys. W. Schmitz

: Dipl. Ing. E. Graalfs

: Dipl. Ing. W. Wehnert

Dipl. Phys. W. Carstens 8 München 2 Mozartstr. 23

; The Bendix Corporation

ι Executive Offices.

Bendix Center 15. Januar 1975

Southfield,Mich.48075,USA Anwaltsakte M-3376

Patentansprüche

(l ^j Zündkerze insbesondere für Turbinentriebwerke mit einer gex streckten inneren Elektrode, welche einen Stirnabschnitt und einen hinteren Abschnitt aufweist, mit einem vorderen Isolatorteil, das das vordere Ende der inneren Elektrode umgibt, . und einem mittleren Isolatorteil, das das hintere Ende der inneren Elektrode umgibt, wobei beide Isolatorteile einen vorderen und einen rückwärtigen Abschnitt aufweisen, und mit einer äußeren Elektrode in Form eines gestreckten metallischen Gehäuses, welche die innere Elektrode umgibt und von derselben durch das vordere Isolatorteil und das hintere Isolatorteil isoliert ist, wobei die äußere Elektrode einen vorderen Endabschnitt aufweist, der zusammen mit dem Ende des Stirnabschnittes der inneren Elektrode eine Funkenstrecke bildet,, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (25,60,85,86, 100,200), durch welche das vordere Isolatorteil (80) in axialer Richtung federnd gegen den vorderen Endabschnitt (23) des

■Gehäuses (20) angedrückt wird.

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2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Vorspannen des vorderen Isolatorteils (80) auf den vorderen Endabschnitt (23) des Gehäuses (20) zu eine Feder (100) aufweist, die in zusammengedrücktem Zustand zwischen eine nach hinten weisende, auf der Außenseite eines vorderen Abschnittes, des vorderen Isolatorteiles (80) angeordnete Schulter (85) und eine nachvorne weisende Schulter

(25) eingespannt ist, welche auf der Innenseite des Gehäuses

ι (20) in der Nähe der nach hinten weisenden Schulter (85) des

vorderen Isolatorteils (80) in Abstand zu der letzteren ange- i ordnet ist.
3. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Vorspannen des vorderen Isolatorteils (80) eine Feder (200) aufweist, die in zusammengedrücktem Zustand zwischen das hintere Ende (86) des vorderen Isolatorteils (80) und einen in dem metallischen Gehäuse (20) angeordneten Anschlag (6O) eingespannt ist.
4. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Isolatorteil (80) und der vordere Endabschnitt (23) des Gehäuses (20) sich gegenseitig unter Druck längs zusammenarbeitender konischer Flächen berühren, während das vordere Isolatorteil (80) und der vordere Endabschnitt (32) der inneren Elektrode (30) längs zusammenarbeitender zylindrischer Oberflächen gegeneinander hin- und herbewegbar angeordnet sind.

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