DE2508183A1

DE2508183A1 - Spark gap electrodes - comprising metal or metal cpd doped with material of lower electron work function

Info

Publication number: DE2508183A1
Application number: DE19752508183
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Phys Gruenwald; Helmut Sautter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1975-02-26
Filing date: 1975-02-26
Publication date: 1976-09-16

Abstract

Spark gaps have electrodes of Al, of a transition metal of Gp. IV, V, or VI, or of a nitride, carbide, or hydride of these transition metals, which are doped with a material having a smaller electron work function than the electrode material. Specifically claimed doping media include alkali(ne earth) metals and cpds. Electrodes have a smaller statistical dispersion, a reduced frequency dependence, and improved long term constancy of ignition voltage over conventional electrodes.

Description

Funkenstrecke Die Erfindung bezieht sich auf eine Funkenstrecke mit Elektroden aus Aluminium, aus einem Übergangsmetall der IV., V. oder VI. Gruppe des Periodensystems der Elemente oder aus einem Nitrid, Carbid oder Hydrid dieser Ubergangselemente.Spark gap The invention relates to a spark gap Electrodes made of aluminum, made of a transition metal of the IV., V. or VI. group of the periodic table of the elements or from a nitride, carbide or hydride of these Transition elements.

Derartige Funkenstrecken sind an sich bekannt und werden beispielsweise als Vorfunkenstrecken in den Ziindanlagen von Brennkraftmaschinen eingesetzt.Such spark gaps are known per se and are for example used as pre-spark gaps in the ignition systems of internal combustion engines.

Die Zündspannung derartiger Funkenstrecken zeigt jedoch noch beachtliche statistische Streuungen, vor allem bei niedrigen Frequenzen (Zündungen pro Sekunde) von weniger als 25 Hz. Diese Streubreite der Zündspannung, ausgedrückt durch die IIalbwertsbreite der Verteilungsfunktion, beträgt bei 5 Hz immerhin 2,5 kV bei einer Sollzündspannung von 10 bis 14 kV. Darüber hinaus ist bei den bekannten Funkenstrecken die Zündspannung verhnltnismäßig stark abhängig von der jeweiligen Frequenz, d.h.However, the ignition voltage of such spark gaps is still considerable statistical scatter, especially at low frequencies (ignitions per second) of less than 25 Hz. This spread of the ignition voltage, expressed by the The half-value width of the distribution function is 2.5 kV at 5 Hz for a Target ignition voltage from 10 to 14 kV. In addition, the known spark gaps the ignition voltage is relatively strongly dependent on the respective frequency, i.e.

von der Anzahl der Zündungen pro Sekunde. So liegt die Zündspannung bei 5 Hz um 3 kV höher als bei 50 Hz. Schließlich kann man bei den bekannten Funkenstrecken beobachten, daß die Zündspannung über längere Zeit hinweg vor allem im Frequenzbereich unter 1OHz allmählich ansteigt, so daß beispielsweise nach 107 Funken Maximalverte der Zündspannung von 20 bis 23 kV erreicht werden.on the number of ignitions per second. So is the ignition voltage at 5 Hz 3 kV higher than at 50 Hz. Finally, with the known spark gaps observe that the ignition voltage over a longer period of time, especially in the frequency range rises gradually below 10 Hz, so that, for example, after 107 sparks, the maximum value the ignition voltage of 20 to 23 kV can be achieved.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Funkenstrecke anzugeben, die geringere statistische Streuungen, eine geringere Frequenzabhängigkeit sowie eine verbesserte Langzeitkonstanz der Zündspannung gegenüber den bisher bekannten Zündstrecken aufweist.The object of the present invention is to specify a spark gap, the lower statistical spreads, a lower frequency dependence as well an improved long-term constancy of the ignition voltage compared to the previously known Has ignition gaps.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Elektroden der Funkenstrecke mit einem Stoff dotiert sind, der eine geringere Elektronenaustrittsarbeit aufweist als das Material der Elektroden.This object is achieved according to the invention in that the electrodes the spark gap are doped with a substance that has a lower electron work function than the material of the electrodes.

Als Dotiermittel kommen insbesondere Metalle oder Metallverbindungen aus der Gruppe der Alkalimetalle in Betracht.Metals or metal compounds, in particular, are used as dopants from the group of alkali metals.

Unter diesen sind es ganz besonders das Kalium und das Natrium, entweder in metallischer Form oder in Form ihrer Verbindungen, die sich gut bewährt haben. Die Auswahl richtet sich nach den Werkstoffen, mit denen das Dotiermittel in Berührung kommt. So werden z.B. bestimmte Glassorten von Natrium und vor allem von Cäsium angegriffen.Most particularly among these are potassium and sodium, either in metallic form or in the form of their compounds, which have proven themselves well. The selection depends on the materials with which the dopant comes into contact comes. For example, certain types of glass are made of sodium and especially of cesium attacked.

Als Dotiermittel kommen darüber hinaus auch die Metalle oder Metallverbindungen aus der Gruppe der Erdalkalimetalle in Betracht, jedoch entfalten diese erst ihre Wirkung, wenn zumindest lokal Temperaturen von 12000C oder mehr an der Elektrodenoberfläche vorhanden sind.Metals or metal compounds can also be used as dopants from the group of the alkaline earth metals into consideration, but these only develop theirs Effect when at least locally temperatures of 12000C or more on the electrode surface available.

Als Metallverbindungen können Nitrate, Carbonate, Bromide, Oxide, Hydroxide, Nitride, Azide oder Silikate der Alkali-oder Erdalkalimetalle verwendet werden, wobei diese entweder in reiner Form cde- als Lösung eingesetzt werden können. Die Elektroden der Funkenstrecken können auf die verschiedenste Weise mit den genannten Metallen oder Metallverbindungen dotiert werden. Der einfachste Weg ist der, die Elektroden in eine wässrige Lösung eines Alkali-oder Erdalkalisalzes zu tauchen und anschließend bei Temperaturen unter 2000C zu trocknen. Dabei ist es besonders günstig) wenn diese wässrige Lösung etwas Wasserglas als Bindemittel enthält.Nitrates, carbonates, bromides, oxides, Hydroxides, nitrides, azides or silicates of the alkali or alkaline earth metals are used , whereby these can either be used in pure form as a solution. The electrodes of the spark gaps can be connected to the above in a wide variety of ways Metals or metal compounds are doped. The easiest way is the one To immerse electrodes in an aqueous solution of an alkali or alkaline earth salt and then to dry at temperatures below 2000C. It is special favorable) if this aqueous solution contains some water glass as a binder.

Die Dotierung kann jedoch auch dadurch erfolgen, daß das Dotiermittel zum Elektrodenmaterial vor der Elektrodenfertigung zugemischt wird, wobei das Dotiermittel als Mischphase oder als chemische Verbindung in das Elektrodenmaterial eingebaut wird. Die Dotierung kann weiterhin durch Aufdampfen des Dotiermetalls oder durch Aufstäuben des Metalls oder der Metallverbindung erfolgen.The doping can, however, also take place in that the dopant is admixed to the electrode material before the electrode production, the dopant built into the electrode material as a mixed phase or as a chemical compound will. The doping can continue by vapor deposition of the doping metal or by Dusting of the metal or the metal compound take place.

Eine weitere Möglichkeit, die Elektroden der Funkenstrecke zu dotieren ist die, die Innenwand des Funkenstreckengehäuses mit dem Dotiermittel zu beschichten, die Funkenstrecke alsdann zusammenzubauen, so daß während der Einlaufphase das Dotiermittel von der Innenwand abgetragen wird und sich auf den Elektroden niederschlägt.Another possibility of doping the electrodes of the spark gap is to coat the inner wall of the spark gap housing with the dopant, then assemble the spark gap so that the dopant is removed from the inner wall and is deposited on the electrodes.

Das folgende Beispiel soll die Erfindung näher erläutern.The following example is intended to explain the invention in more detail.

Zunächst werden die Elektroden gemäß der deutschen Patentschrift 2 038 645 unter Verwendung von Zirkonnitrid hergestellt. Diese Elektroden werden alsdann in eine bei Zimmertemperatur gesättige wässrige Lösung von Kaliumnitrat, die einen Bodenkörper enthält und der 5 - 10 Gew.% Wasserglas zugesetzt wurden, getaucht und anschließend bei ca. 500C getrocknet. Die so vorbereiteten Elektroden werden dann in das Funkenstreckengehäuse eingebaut und die Funkenstrecke in Betrieb genommen. Dabei zeigte sich, daß sich die Streubreite der Zündspannungen bei 5 Hz, wiederum ausgedrückt als die Halbwertsbreite der Verteilungsfunktion, von 2,5 auf 1 kV verringert hatte. Auch die Frequenzabhängigkeit der Zündspannung hat sich bei den erfindungsgemäßen Funkenstrecken verbessert, indem die Zündspannung beim Übergang von 5 Hz auf 50 Hz nur noch um 1,5 kV kleiner wurde. Schließlich konnte auch das statistische Auftreten von Maximalwerten der Zündspannung von 20 bis 23 kV mit den erfindungsgemäßen Funkenstrecken beseitigt werden: Bei den erfindungsgemäßen Funkenstrecken blieben die Maximalwerte auch nach 108 Funken unter 14 kV.First, the electrodes according to German patent specification 2 038 645 using zirconium nitride. These electrodes are then in an aqueous solution of potassium nitrate that is saturated at room temperature, which has a Contains sediment and to which 5 - 10% by weight of water glass has been added, immersed and then dried at approx. 500C. The electrodes prepared in this way are then built into the spark gap housing and the spark gap put into operation. It was found that the spread of the ignition voltages at 5 Hz, again expressed as the half-width of the distribution function, reduced from 2.5 to 1 kV would have. The frequency dependency of the ignition voltage has also proven itself in the case of the Spark gaps are improved by reducing the ignition voltage at the transition from 5 Hz to 50 Hz only decreased by 1.5 kV. Finally, the statistical occurrence could also of maximum values of the ignition voltage of 20 to 23 kV with the spark gaps according to the invention be eliminated: The spark gaps according to the invention remained the maximum values even after 108 sparks below 14 kV.

Die erfindungsgemäßen Funkenstrecken, die eine hohe Gleichmäßigkeit der Fertigungsqualität gewährleisten, indem statistische Schwankungen der obengenannten Eigenschaften weitgehena ausgeschaltet werden, vermeiden so das Auftreten von Zündaussetzern bei Zündanlagen mit Vorfunkenstrecken, was von Bedeutung ist im Hinblick auf Startwilligkeit und Laufruhe des Motors und darüberhinaus dazu beiträgt, die Abgase von Verbrennungsmotoren leichter entgiften zu können.The spark gaps according to the invention, which have a high degree of uniformity Ensure manufacturing quality by eliminating statistical fluctuations of the above Properties are largely switched off, thus avoiding the occurrence of misfires in ignition systems with pre-spark gaps, which is important with regard to the willingness to start and smoothness of the engine and, moreover, helps reduce the exhaust gases from internal combustion engines easier to detoxify.

Claims

Expectations

1.) Spark gap with electrodes made of aluminum, made of a transition metal the IV., V. or VI. Group of the periodic table of elements or from a nitride, Carbide or hydride of these transition elements, characterized in that the electrodes are doped with a substance which has a lower electron work function than the material of the electrodes.

2. Spark gap according to claim 1, characterized in that the Electrodes as dopants Metals or metal compounds from the group of alkali metals contain.

3. Spark gap according to claim 1, characterized in that the Electrodes as dopants Metals or metal compounds from the group of alkaline earth metals contain.

4. spark gap according to claim 2 or 3, characterized in that as metal compounds nitrates, carbonates, bromides, oxides, hydroxides, ritrides, azides oc? er silicates of the alkali or alkaline earth metals are used

5. Spark gap according to one of claims 2 or 4, characterized in that as Potassium or sodium dopants or a compound thereof in the electrodes is included.

6. Method for doping electrodes for spark gaps according to a of claims 1 to 5, characterized in that the electrodes in an aqueous Solution of an alkali or alkaline earth salt and then immersed at temperatures dried below 200 ° C.

7. The method according to claim 6, characterized in that the aqueous Solution contains water glass as a binder.

8. The method according to any one of claims 6 or 7, characterized in that that the electrodes are immersed in an aqueous solution of potassium nitrate which is saturated at room temperature, which contains 5 - 10 Ges water glass, dipped and then at temperatures between 50 and 1500 c.