DE2703234A1

DE2703234A1 - Elektrode aus metall fuer funkenstrecken

Info

Publication number: DE2703234A1
Application number: DE19772703234
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Phys Gruenwald
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1977-01-27
Filing date: 1977-01-27
Publication date: 1978-08-03
Also published as: GB1594747A; FR2379181B1; FR2379181A1

Description

-Jt-

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Elektrode aus Metall für Funkenstrecken nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es sind solche Elektroden bekannt, bei denen der für den Betrieb der Elektrode in einer Funkenstrecke schädliche Sauerstoff mittels einer Vakuumentgasung vor dem Einbau der Elektrode in die Funkenstrecke entfernt wird. Die Sauerstoffmoleküle setzen nämlich bereits bei ihrem Auftreten in Monolagen an der Oberfläche der Elektroden die Austrittsarbeit der Elektronen herauf, was einen Anstieg der Zündspannung zur Folge hat.

Nachteilig bei der Elektrode nach dem Stand der Technik ist es, daß eine vollständige Befreiung von Sauerstoff nur mit hohem Aufwand zu verwirklichen ist und daß das Elektrodenmaterial nach der Entgasung nicht mehr mit der freien Atmosphäre in Berührung kommen darf.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Elektrode mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sich der in der Elektrode befindliche Sauerstoff mit dem ebenfalls in der Elektrode befindlichen Kohlenstoff überwiegend zu Kohlenmonoxyd verbindet, das in den Gasraum der Funkenstrecke entweicht, dort jedoch auf die Entladung und die Zündspannung keinen Einfluß ausübt.

Als weiterer Vorteil ergibt sich, daß es im Laufe der Funkenstreckenherstellung nicht erforderlich ist, ab einem bestimmten Herstellungsabschnitt die Elektrode nicht mehr mit der freien Atmosphäre in Berührung kommen zu lassen. Im übrigen wird jeder Sauerstoffanteil beim Betrieb der Funkenstrecke vom Kohlenstoff gebunden in einer den Wert der Zündspannung nicht beeinflussenden Weise.

809831/0088

3 6 I Q

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausbildungen der Elektroden nach dem Hauptanspruch angegeben. So sind bezüglich der Herstellung der Elektroden unterschiedliche Arten denkbar, insbesondere was die Verbindung von Elektrodenkopf und Anschlußfahne betrifft. Für den zwischen Elektrodenkopf und äußerem Anschlußteil befindliche Abschnitt der Elektrode wird insbesondere bei der Verwendung von Glashüllen für die Funkenstrecke eine Eisen-Nickel-Kobalt-Verbindung verwendet, da ihr Wärmeausdehnungskoeffizient etwa dem von Glas entspricht. Für die Elektrodenköpfe sind dagegen andere Kriterien wesentlich, so daß es sich empfiehlt, die Elektroden aus Materialien unterschiedlicher Art zusammenzusetzen. Ob dies jedoch erforderlich ist, hängt von den jeweiligen Gegebenheiten ab.

In Nebenansprüchen sind Herstellungsverfahren der Elektroden nach Anspruch 1 sowie Verwendung der Elektroden in Funkenstrekken für Zündanlagen abgehandelt.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Elektroden sowie Skizzen ihrer Herstellungsverfahren sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 drei Ausführungsbeispiele von Elektroden zusammen mit ihren Anschlußfahnen und Figur 2 Prinzipdarstellungen der Herstellungsverfahren.

Beschreibung der Erfindung

Figur 1 zeigt drei verschiedene Bauformen der Elektroden 10. Allen gemeinsam ist ein Elektrodenkopf 11, eine Elektrodenfahne 12 sowie eine Glashose 13, die den Einschmelzvorgang in die Glashülle erleichtert. Die Bauformen nach den Figuren la und Ib unterscheiden sich durch verschiedene Verbindungsarten von Elektrodenkopf 11 und Elektrodenfahne 12. Die Verbindung kann dabei mittels

809831/0080 . - * -

3 6 ". ■·

Verschweißen, Verlöten oder Aufquetschen erfolgen. Demgegenüber ist die Bauform nach Figur Ic einstückig hergestellt.

Wesentlich bei den Elektroden ist, daß die Austrittsfläche der Elektronen frei von Sauerstoff ist, was im vorliegenden Fall im Betrieb der aufgekohlten Elektroden erreicht wird. Die Konzentration des Kohlenstoffs hat sich in erster Linie nach dem Sauerstoffanteil zu richten, so daß der Kohlenstoff sowohl im gelösten Zustand₅ d.h. als << -Mischkristall,oder im heterogenen Gefüge, d.h. als«; -Mischkristall und Metallkarbid vorliegt. Dabei entspricht die untere Grenze des heterogenen Gefüges der Sättigungsgrenze des Elektrodenmetalls mit Kohlenstoff.

Das Aufkohlen der Elektroden kann auf verschiedene Weise geschehen wie es beispielhaft in den Figuren 2a bis 2c dargestellt ist. Als mögliche Aufheizungsarten der Elektroden kommen in bekannter Weise Widerstandsheizung, induktive Heizung sowie Heizung über ein Heizrohr in Betracht. Aufheizung deshalb, damit der Kohlenstoff in das Elektrodenkopfmaterial eindringen kann in der gewünschten Konzentration: entweder bis zur Sättigung oder darüber. Die Anlagen bestehen aus einem Tiegel 20 zum Glühen oder Aufschmelzen des Metalls unter Vakuum- oder Schutzgas, das durch Öffnungen 21 und 22 den eigentlichen Heizraum durchströmen kann. Die jeweilige Heizanlage 25 bildet den Umfassungskörper des Tiegels 20.

Besteht der Tiegel 20 aus Graphit, so reagiert das Metall der Elektroden mit diesem Graphit und die Schmelze ist nach ca. 3 bis 5 Minuten je nach Temperatur und Metallart mit Kohlenstoff gesättigt. Bereits hier entweicht ein Teil des evtl. vorhandenen Sauerstoffs in erster Linie als Kohlenmonoxyd. Eine weitere Möglichkeit zur Aufkohlung besteht darin, das Metall der Elektroden im Kohlewasserstoffstrom, vorzugsweise Methan-Acethylen oder Propan oder aber zur Karbonitrierung mit Cyanomethan zu glühen. Dabei erfolgt die Aufkohlung im festen Zustand der Elektrode. Zweckmäßig hat sich dabei ein Druck von kleiner 0,01 torr er-

809831/0069 .

270323V

wiesen. Während der Aufkohlung kann sich das Elektrodenmaterial in einem Tiegel aus Graphit, Keramik oder Metall befinden und die notwenige Aufkohlungszeit ergibt sich nach der Beziehung

wobei a der Elektrodendurchmesser ist, D der Diffusionskoeffizient des Kohlenstoffs im Elektrodenmetall bei der Aufkohlungstemperatur ist und K eine Konstante darstellt.

Das Erhitzen des Tiegels erfolgt auch hier vorzugsweise nach den vorstehend beschriebenen Heizungsarten. Als besonders günstig haben sich als Elektrodenmaterialien Eisen-Nickel-Kobalt -Verbindungen, Elektroden aus Molybdän, Niob, Tantal, Titan sowie auch Eisen erwiesen. Molybdänelektroden wurden z.B. 60 Minuten lang bei 1300 Grad Kelvin mit Acethylen bei 6 χ 1O^--torr aufgekohlt.

Als Füllgas hat sich für die Funkenstrecken ein Gemisch aus 90 % Stickstoff Und 10 % Wasserstoff erwiesen. Je nach gewünschter Zündspannung, Brennspannung und Frequenzabhängigkeit der Zündspannung sind jedoch andere Gasarten wie z.B.

Edelgase (Argon) oder Gemische der genannten Gase zu empfehlen.

Die vorstehend beschriebenen Elektroden eignen sich in besonderem Maße bei Funkenstrecken in Zündanlagen von Brennkraftmaschi nen, wo sie einerseits bei Vorfunkenstrecken Verwendung finden können und andererseits auch bei steuerbaren .Funkenstrecken im Zusammenhang mit der Zündverteilung über steuerbare Funkenstrek ken bei Brennkraftmaschinen.

- 6 909831/0008

L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche

l.\ Elektrode aus Metall für Funkenstrecken, bestehend aus einer Anschlußfahne als Verbindungsstück zwischen Außen- und Innenraum des Funkenstreckengehäuses und einem Elektrodenkopf aus abbrandfestern Material, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der Elektrodenkopf (11) mit Kohlenstoff angereichert ist.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoff in gelöstem Zustand als « -Mischkristall oder im heterogenen Gefüge als «rf -Mischkristall und Metallkarbid vorgelegt.
3. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Anschlußfahne (12) und Elektrodenkopf (11) getrennte Elemente der Elektrode (10) bilden, die miteinander verschweißt, verlötet, verquetscht, verpreßt oder verklebt sind.
H. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Elektrodenkopf (11) und Elektrodenfahne (12) einstückig sind.
5· Herstellungsverfahren des Elektrodenkopfes von Anspruch 1, dadurcl. gekennzeichnet, daß wenigstens das Elektrodenkopf teil in einem Tiegel (20) unter Vakuum- oder Schutzgas durch Glühen oder Aufschmelzen des Metalls in engem Kontakt mit Graphit aufgekohlt wird.
6. Herstellungsverfahren des Elektrodenkopfes von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall im Kohlenwasserstoffstrom,

809831/00«· ORIGINAL INSPECTED

vorzugsweise Methan, Acethylen oder Propan geglüht wird.
7· Herstellungsverfahren des Elektrodenkopfes von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall mittels Cyanomethan zur Carbonisierung geglüht wird.
8. Herstellungsverfahren nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufkohlung während einer Zeit

erfolgt, wobei K eine Konstante zwischen ^O, 5" und ^- < 5" darstellt, oC gleich dem Elektrodendurchmesser ist und D der Diffusionskoeffizient des Kohlenstoffs im Elektrodenmaterial bei der Aufkohlungstemperatur ist.
9. Herstellungsverfahren des Elektrodenkopfes nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufkohlung bei Eisen-Nickel-Kobalt- und Molybdänelektroden für etwa 60 Minuten bei etwa 13OO Grad Kelvin und Acetylen bei 6 χ 1O~⁵ torr erfolgt.
10. Elektrode aus Metall für Funkenstrecken nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch die Verwendung in Punkenstrecken be.i Zündanlagen in Brennkraftmaschinen.
11. Elektroden nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch die Verwendung bei Vorfunkenstrecken in Zündanlagen bei Brennkraftmaschinen.

809831/0068