DE2809694A1

DE2809694A1 - Verfahren zum herstellen einer zuendkerze

Info

Publication number: DE2809694A1
Application number: DE19782809694
Authority: DE
Inventors: Ronald Henry Cooper; Kenneth Albert Goreham; Christopher Blais Wakeford
Original assignee: Smiths Group PLC
Current assignee: Smiths Group PLC
Priority date: 1977-03-11
Filing date: 1978-03-07
Publication date: 1978-09-14
Also published as: JPS53131340A; GB1570125A; FR2383537B1; FR2383537A1; US4182009A

Description

DipL-Ing. - 5 -

RolfCharrier

Patentanwalt

Rehlingenstraße 8 · Postfach 260

D-8900 Augsburg 31

Telefon 0821/36015+36016

Telex 53 3 275

Postscheckkonto: München Nr. 1547 89-801

7532/86/Ch/Fr Augsburg, 6. März 1978

Smiths Industries Limited Cricklewood Works GB-London NW2 63N, England

Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze, deren beide Elektroden voneinander isoliert sind und zwischen denen eine Funkenentladestrecke besteht.

Zündkerzen der vorgenannten Art weisen eine äußere Elek= trode in Form eines röhrenförmigen Metallmantels auf_s wobei im Innern koaxial zum Mantel eine innere .Elektrode in Form eines Metallstabes verläuft» Die innere.und die äußere Elektrode sind zueinander an der Spitze eng be«= nachbartj so daß dort eine Funkenentladestrecke besteht« Die Funkenentladungsstrecke kann hierbei entweder durch einen Luftspalt oder durch eine Halbleiteroberfläche zwi= sehen den beiden Elektroden an der Spitze gebildet

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den. Die innere Elektrode ist von der äußeren Elektrode auf die gesamte Länge hinweg isoliert. Die äußere Elektrode ist üblicherweise mit einem Außengewinde versehen, mit welchem die Zündkerze in den Zylinderkopf einschraubbar ist, do daß sich die Zündkerzenspitze im Innern der Verbrennungskammer befindet. Die äußere elektrische Verbindung erfolgt über einen Zündkerzenschuh, welcher auf das äußere Ende der inneren Elektrode aufsteckbar ist, wobei gegebenenfalls die Verbindung über ; eine Schraubverbindung erfolgen kann. Wird eine geeignete Hochspannung an die Elektroden über den Anschluß angelegt, dann erfolgt bei der Funkenentladestrecke ein Funkenüberschlag, der das Kraftstoffluftgemisch in der Verbrennungskammer zum Entzünden bringt.

Bei der Herstellung derartiger Zündkerzen ist darauf zu achten, daß eine druckdichte Abdichtung zwischen den beiden Elektroden herrscht, damit im Innern der Verbrennungskammer kein Druckabfall durch Leckverlu-ste auftritt. Untersuchungen an Zündkerzen nach ihrer Herstellung zeigten, daß einer der auftretenden Fehler eine nicht korrekte Funkenentladestrecke sein kann, üblicherweise infolge eines Fehlers des Halbleiters zwischen den beiden Elektroden. Ein weiterer häufig auftretender Fehler ist eine ungenügende Abdichtung zwischen den Elektroden, die insbesondere aufgrund von Temperaturänderungen auftritt. Ein Teil der Zündkerzen zeigt einen oder beide dieser Fehler und müssen deshalb ausgesondert werden. Dieses Aussondern ist relativ teuer, da die gesamte Zündkerze, welche üblicherweise 16 cm lang sind, ausgesondert werden muß, wobei es nicht mög-

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lieh ist, nach dem Herstellen der Zündkerze nochi Teile vor» ihr zu verwenden.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Zündkerzen besteht darin, daß infolge des unterschiedlichen Aufbaues der Motoren Zündkerzen verschiedener Formen und Größen verwendet werden müssen. Für den Hersteller bringt dies das Problem, ein umfangreiches Lager verschiedener Zündkerzen halten zu müssen, was einen entsprechenden Kapi- ;· taleinsatz bedingt. Außerdem entsteht der Nachteil, daß für die verschiedenen Zündkerzentypen unterschiedliche Herstellvorrichtungen erforderlich sind.

Es besteht die Aufgabe, ein Herstellverfahren vorzuschlagen, bei dem im Falle fehlerhafter Teile nicht die gesamte fertige Zündkürze Ausschuß ist und das eine flexible· re Fertigung verschiedener Zündkerzentypen ermöglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Die Erfindung, ermöglicht es, sowohl das Entladeverhalten als auch die Dichtigkeit zu prüfen, bevor' die beiden Bauteile der Zündkerze zusammengefügt werden. Liegt ein Fehler bei der Funkenentladestrecke vor, dann braucht nur der Vorderteil der Zündkerze als Ausschuß ausgesondert zu werden. Da der Vorderteil der Zündkerze bei einer Reihe verschiedener Zündkerzentypen stets gleich ist, ist es möglich, das Vorderteil für verschiedene Zündkerzentypen einzusetzen, d „ h. mit dem Vorder= teil können verschiedene Typen von Zündkerzenkörpern

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verbunden werden. Dies führt dazu, daß das Vorratslager für die Vorderteile relativ klein gehalten werden kann.

Es hat sich gezeigt, daß eine erfindungsgemäß zusammengefügte Zündkerze gegenüber Lecks wesentlich unempfindlicher ist, insbesondere gegenüber Lecks, die infolge Temperaturänderungen auftreten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Zündkerze;

Fig. 2 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht eines Teils der Zündkerze und

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Teil einer Zündkerze zur Erläuterung eines Verfahrensschritts.

Das Vorderteil der Zündkerze weist eine im wesentlichen zylindrische Nase 2 auf, welche aus einem rohrförmigen Mantel 3 aus einer Nxmoniklegierung besteht, der dort die äußere Oberfläche der Zündkerze bildet. Dieser Nasenteil 2 ist etwa 3,5 cm lang und 1,2 cm dick. Der Mantel 3 hinter dem Nasenteil 2 besteht aus einem Mantel eines Körpers k- der Zündkerze und ist mit.zwei Sehraubgewinden 5 und 6 versehen. Das Schraubgewinde 5 dient hierbei dem Einschrauben in den Zylinderkopf, während

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das hintere Schraubgewinde 6 zum Anschluß an das Zündkabel dient.

Ein Metallstab 7, der vom Mantel 3 elektrisch isoliert ist, erstreckt sich koaxial zum Mantel 3 bis zur Spitze 1, wo der Metallstab nach außen zu konisch ausgebildet ist und dort die zentrale Elektrode 8 bildet. An der Spitze 1 ist die Zentralelektrode 8 vom ringförmigen Ende der äußeren Elektrode 10 getrennt durch einen Einsatz 9 aus einem Halbleitermaterial. Die äußere Oberfläche dieses Halbleitermaterials bildet die Funkenentladungsstrecke zwischen dem Stab 7 und dem Mantel 3 an der Spitze 1.

Der Stab 7 weist einen Vorderteil 11, einen Zwischenteil 12 und einen Hinterteil 13 auf. Der die Zentralelektrode 8 umfassende Vorderteil 11 besteht aus einer Wolframlegierung und verläuft von der Spitze 1 des Nasenteils 2 bis etwa zur halben Länge des Nasenteils Das Zwischenstück 12 besteht aus einer Nickel-Kobalt.-Eisen-Legierung und ist mit dem hinteren Ende des Vorderteils 11 verschweißt. Dieser Mittelteil verläuft vom Nasenteil 2 ab in den Zündkerzenkörper 4 hinein bis etwa auf die halbe Länge der Zündkerze. Das hintere Teil 13 besteht ebenfalls aus einer Nickel-Kobalt-Eisen-Legierung und ist mit dem Zwischenteil 12 verbunden. Dieses rückwärtige Teil 13 verläuft längs des Zündkerzenkörpers 4 bis nach hinten und endet in einem kurzen Abstand vom Zündkerzenende aus gesehen»

Wie insbesondere der Fig. 2 entnehmbar ist, besteht der ringförmige Einsatz 9 aus einem Halbleitermate=

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rial und der Einsatz ist an seinem vorderen Ende angeschrägt. Die Innenfläche dieses Einsatzes 9 liegt hierbei an der Zentralelektrode 11 an, welche sich nach vorne bei 8 verdickt. Die vordere Außenfläche des Einsatzes 9 liegt gegen den sich nach vorne verdickenden Teil 14- des Mantels 3 an. Der Einsatz 9 hat eine ringförmige aus Halbleitermaterial bestehende Oberfläche, welche gegenüber der Fläche 10 des Mantels 3 und der Vorderfläche der Zentralelektrode 8 geringfügig zurückgesetzt ist.

Ein röhrformiges Gebilde 15 ist koaxial innerhalb des Mantels 3 angeordnet und stößt gegen den Einsatz 9 an. Es verläuft längs der inneren Oberfläche des Mantels nach hinten. Dieses rohrförmige Gebilde 15 .weist ein inneres Rohr 16 aus einer Nickel-Kobalt-Eisen-Legierung und ein äußeres koaxiales Rohr 17 aus einer Nimoniklegierung auf. Das vordere Ende des äußeren Rohres 17 ist leicht konisch ausgebildet, weist also dort einen geringeren Durchmesser auf und läuft mit dem vorderen Ende des inneren Rohres 16 zusammen, wobei an der Berührungsstelle die beiden Rohre 16 und 17 miteinander verbunden sind. Auf diese Weise entsteht zwischen den beiden Rohren 16 und 17 ein Ringspalt 18. Das äußere. Rohr 17 ist hinten mit der Innenfläche des Mantels 3 verschweißt. Das hintere Ende des inneren Rohres 16 endet weiter vorne im Abstand vom hinteren Ende des äußeren Rohres 17, wodurch vermieden wird, daß beim Verschweißen des äußeren Rohres 17 mit dem Mantel 3 das innere Rohr 16 beschädigt wird.

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Rückseitig vom Einsatz 9 wird im Ringspalt zwischen dem Stab 7 und dem rohrförmigen Gebilde 15 eine Abdichtung aus Glas eingebracht. Die Oberfläche des inneren Rohres 16 und das vordere Ende des Zwischenteils 12 des Stabes 7 sind mit einer Zinnoxydschicht versehen, wodurch gewährleistet ist, daß das Glas fest an diesen Oberflächen haftet und eine gasdichte Verbindung sicherstellt.

Der Vorderteil 11 des Stabes 7 ist mit einer. Ringnut-20 versehen, die sich nahe dem hinteren Ende befindet, wobei auf diese Ringnut ein Ring 21 aufgesetzt ist, der verhindert, daß das Vorderteil 11 der Zündkerze in die Verbrennungskammer fallen kann, falls sich das Vorderteil 11 vom restlichen Teil des Metallstabes 7 lösen sollte.

Das hintere Ende der Nase 2 des Mantels 3 stößt gegen.. das vordere Ende des Körpers 4 des Mantels an und ist dort mit diesem verschweißt. An der ringförmigen Schweißstelle ist innen ein Kragen 22 aus rostfreiem Stahl vorgesehen, welcher die gegenseitige Zuordnung des Körpers 4 und der Nas'e 2. während des Schweißvorganges sicherstellt.

Der Mittelteil 12 des Stabes 7 wird von einer Keramikmuffe 23 umgeben, welche vom Nasenteil 2 des Mantels nach hinten verläuft. Die Muffe 23 ist innerhalb des rohrförmigen Gebildes 15 angeordnet und zwischen diesen beiden Teilen bildet sich ein Ringspalt 24·, welcher, mit Glas ausgefüllt wird, das auch die Abdichtung 19 darstellt, wodurch die Muffe 23 in ihrer Lage gesichert wird.

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Das hintere Ende der Muffe 23 wird seinerseits umgeben vom Vorderende 25 eines Keramikrohres 26. Dieses Vorderende 25 besitzt einen Innendurchmesser, der größer ist als der übrige Innendurchmesser des Kermikrohres 26. Der Spalt zwischen der Muffe 23 und dertr Rohr 26 wird ausgefüllt mit einem hitzewiderstandsfähigen Zement 27, der auch den Raum zwischen der Muffe 23 und dem Mantel 3 im Bereich der Schweißstelle ausfüllt. Das Rohr 26 weist an seinem hinteren Ende 28 ebenfalls einen Innendurchmesser auf, der größer ist als der Innendurchmesser des übrigen Rohres, wobei dieses Ende-28 das Vorderende eines Keramikisolators 29 umgibt. Das Isolierstück 29 trägt das hintere Ende des Stabes 7, auf das eine Kontaktbüchse 30 aufgeschweißt ist. Die Kontaktbüchse 30 tritt in Kontakt mit dem Zündkabel, "das gleichzeitig dazu dient, den Mantel 3 an Masse zu legen. Ein Siliziumelastomer 31 füllt den Raum zwischen den Enden des Isolierstückes 29 und dem Rohr 26 aus, so daß dort eine elastische Verbindung vorhanden ist.

Die Materialien und die Anordnung der Teile des Nasenteils 2 der Zündkerze müssen sorgfältig ausgewählt werden, um irgendwelche Spannungen infolge der thermischen Expansion bei hohen Temperaturen zu vermeiden. Das Zwischenstück 12 des Stabes 7 und das Innenrohr 16 müssen deshalb thermische Ausdehnungskoeffizienten haben, welche sehr eng beieinander liegen, damit die Glasabdichtung 19, welche mit den dortigen Oxydschichten verklebt ist, nicht beschädigt wird. Aus diesem Grund muß auch das äußere Rohr 17 den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen wie der Mantel 3. Da das innere Rohr 16 nur an einem Ende mit dem äußeren Rohr 17 verbunden ist, bewirken unterschiedliche thermische Expan-

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sionskoeffizienten dieser Teile keine unzulässigen Spannungen.

Der Ringspalt 18 zwischen dem inneren Rohr*16 und dem äußeren Rohr 17 ist ein Luftspalt, der begrenzte radiale Veränderungen infolge thermischer Expansion■zuläßt und der außerdem eine thermisch isolierende Barriere darstellt, wodurch die Wirkungen plötzlicher Temperaturänderungen an der äußeren Oberfläche der Zündkerze gedämpft werden.

Die gesamte Zündkerze besteht im wesentlichen aus zwei Teilen, wie dies am besten der Fig. 3 entnehmbar ist₅ nämlich aus dem Nasenteil 2, das im Inneren komplett "abgedichtet ist, hohen Temperaturen und raschen Temperaturänderungen standhält und die Arbeitsspitze der Zündkerze bildet und dem Zündkerzenkörper 4, der zur Befestigung der Zündkerze dient und die Anschlüsse zum Zündkabel herstellt.

Vor dem Zusammenbau des Nasenteils 2 werden die Oxydschichten auf dem inneren Rohr 16 und dem Zwischenstück 12 des Stabes 7 aufgebracht, derart, daß die beiden Teile auf etwa 1050⁰C in Wasserstoffatmosphäre erhitzt werden, um den Kohlenstoff auf den Oberflächen zu beseitigen, wonach dann beide Teile in oxydierender Atmosphäre auf etwa 600 C gebracht werden, um eine dünne Oxydschicht zu erzeugen.

Der Einsatz 9 wird in das Vorderende des Nasenteils 2 des Mantels 3 eingebracht und sodann wird das rohrföE¹ =

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mige Gebilde 15 in diesen Mantel 3 eingeschoben, bis dieses Gebilde von hinten an den Einsatz 9 anstößt· Danach wird das äußere Rohr 17 am hinteren Ende mit dem Mantel 3 hermetisch verschweißt.

Das Vorderteil 11 und das Zwischenteil 12 der Stange 7, welche miteinander verschweißt sind, werden von vorne her eingesetzt und durch den Einsatz 9 gesteckt, bis die Oberfläche der Elektrode 8 im wesentlichen fluchtet mit dem stirnseitigen Ende 10 des Mantels 3. Anschließend wird der Ringclip 21 in die Nut 20 eingesetzt. Glasmaterial wird nunmehr in den Ringraum zwischen dem Stab 7 und dem inneren Rohr 16 eingebracht. Danach wird die Keramikmuffe 23 von hinten über den -Stab 7 "geschoben und anschließend wird erhitzt, damit das Glasmaterial schmilzt. Hierbei wird die Muffe 23 nach vorne in das geschmolzene Glas gedruckt, wodurch bewirkt wird, daß Glas in den Ringspalt 24 zwischen der Muffe 23 und dem inneren Rohr 16 fließt. Anschliessend wird abgekühlt, wobei sich eine feste Glasabdichtung 19 zwischen dem Stab 7 und dem rohrförmigen Gebilde 15 bildet, womit die Fertigung des Nasenteils 2 abgeschlossen ist.

Das Nasenteil 2 wird mit dem Zündkerzenkörper 4- verbunden durch Verschweißen des Zwischenteils 12 des Stabes 7 mit dem hinteren Teil 13. Danach wird der Zündkerzenkörper 4 des Mantels 3 zusammen mit dem Ring 22 über den Stab 7 geschoben bis zur Berührung mit dem hinteren Ende des Nasenteils 2 des Mantels 3. Durch Elektronenstrahlschweißung werden die beiden Teile des Mantels 3 miteinander verschweißt und bilden somit den äußeren

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Mantel der Zündkerze. Anschließend wird der Zement 27 in den Spalt zwischen der Muffe 23 und dem Mantel 3 eingebracht, danach das Rohr 26 von hinten in den Mantel gesteckt, bis das sich innen erweiternde Ende 25 das hintere Ende der Muffe 23 umgibt. Der Zement 27 wird zwischen das Rohr 26 und die Muffe 23 gequetscht, so daß beide Teile sicher zusammenhalten. In das hintere Ende des Rohres 26 wird ein Siliziumelastomer 31 eingebracht, anschließend von hinten das Isolierstück 29 eingesetzt, sodann die Kontaktbüchse 30 aufgesteckt und verschweißt, wobei die Büchse 30 mit ihrem hinteren Rand den Isolator 29 übergreift, so daß dessen sicherer Halt gewährleistet ist. Damit ist der Zusammen= bau der Zündkerze abgeschlossen»

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Claims

Rolf Charier

Patentanwalt

Rehlingenstraße 8 · Postfach 260

D-8900 Augsburg 31

Telefon 08 21/3 6015+3 6016

Telex 53 3 275

Postscheckkonto: München Nr. 1547 89-801 A ΠΙΤ1 . ί Smiths Industries Limited

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Ansprüche

l) Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze, deren beide Elektroden voneinander isoliert sind und zwischen denen eine Funkentladestrecke besteht, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nasenteil (2) mit einem äußeren Mantel (3) und einer Abdichtung zwischen den beiden Elektroden (8, 10) hergestellt und ein Zündkerzenkörper (4) mit einem äußeren Mantel (3) erzeugt und beide Teile (2, Λ) miteinander verbunden werden* wobei die Mantel beider Teile (2, 4·) den zusammengesetzten äußeren Mantel (3) der Zündkerze bilden.
2. Verfahren nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet , daß die erste Elektrode (8) ein Metallstab (7) ist, der koaxial innerhalb des Muße= ren Mantels (3) des Nasenteils (2) veriäuft₉ daß die zweite Elektrode (10) Teil des äußeren Mantels (3) des Nasenteils (2) ist und daß die Abdichtung" zwischen der ersten und zweiten Elektrode (8, 10) gebildet wird durch die Anordnung eines röhrenförmig gen Gebildes (15) koaxial innerhalb des äußeren Mantels (3) des Nasenteils (2), wobei das röhrenförmige

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Gebilde (15) hermetisch mit der inneren Oberfläche des äußeren Mantels (3) des Nasenteils (2) verbunden wird und zwischen der inneren Oberfläche des röhrenförmigen Gebildes (15) und der Oberfläche des Metallstabes (7) ein Dichtkörper erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das röhrenförmige Gebilde (15) nur an einer Seite mit der inneren Oberfläche des äußeren Mantels (3) des Nasenteils (2) hermetisch verbunden ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch g e kennzeichn et, daß die innere Oberfläche des röhrenförmigen Gebildes (15) und die Oberfläche des Metallstabes (7) mit einer Oxydschicht versehen werden, in den Zwischenraum zwischen dem Metallstab (7) und dem röhrenförmigen Gebilde (15) Glas eingebracht wird und durch Schmelzen dieses Glases ein Abdichtkörper (19) erzeugt wird, der fest an den Oxydschichten haftet.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das röhrenförmige Gebilde (15) aus einem inneren und einem äußeren Rohr (16, 17) besteht, welche koaxial zueinander angeordnet werden, dieses röhrenförmige Gebilde (15) mit dem äußeren Mantel (3) des Nasenteils (2) verbunden wird, indem ein Ende des äußeren Rohres (17) mit dem äußeren Mantel (3) verbunden wird und das innere Rohr (16) mit dem äußeren Rohr (17) am anderen Ende dieses äußeren Rohres (17) verbunden ist.

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6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Rohr (16) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist_s der im wesentlichen gleich demjenigen des Glases ist und daß das äußere Rohr (17) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der im wesentlichen demjenigen des äußeren Mantels (3) des Nasenteils (2) entspricht.
7, Verfahren nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η r zeichnet, daß das äußere Rohr (17) und der äußere Mantel (3) des Nasenteils (2) aus einer Ni= moniklegierung bestehen.
.8.. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß das innere Rohr (16) aus einer Nickel-Kobalt-Eisen-Legierung besteht.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß das innere Rohr (16) und das. äußere Rohr (17) über einen Teil ihrer Länge durch einen Ringspalt (18) voneinander getrennt sind.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenentladestrecke zwischen der ersten und zweiten Elektrode (8, 10) durch die Oberfläche eines aus einem Halbleitermaterial bestehenden Einsatzes (9) gebildet wird.

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11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Ende des Einsatzes sich innen und außen konisch verjüngt und die beiden Elektroden (8, 10) an ihrem vorderen Ende sich entsprechend konisch verdicken.

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