DE2938985A1

DE2938985A1 - Zuendkerze

Info

Publication number: DE2938985A1
Application number: DE19792938985
Authority: DE
Inventors: Carl James Eaton; Richard Stanley Podiak; David Allen Smith
Original assignee: Champion Spark Plug Co
Current assignee: Federal Mogul Ignition LLC
Priority date: 1978-12-11
Filing date: 1979-09-26
Publication date: 1980-06-19
Also published as: ZA795133B; GB2039605A; NL7908583A; FR2444352A1; JPS5580288A; BE879567A; MX146818A; SE7908205L; AU5106179A; IT1162684B; IT7950698A0

Description

Die Erfindung betrifft Zündkerzen mit Elektroden, die üblicherweise vollständig aus einem Basismetall, beispielsweise Nickel oder Nickellegierungen hergestellt werden. Wegen der hohen Betriebstemperaturen und Bogen bzw. Funken zwischen den Elektroden sind ihre Spitzen starker Abnutzung und Verschleiß ausgesetzt, was ein häufiges Ersetzen der Zündkerzen erfordert. Beim derzeitigen Stande der Technik ist der Verschleiß oder die Erosion von Elektroden oft ein erheblicher Begrenzungsfaktor für die Lebensdauer der Zündkerzen. Es sind bereits verschiedene Wege zur Verwendung von Metallen hoher thermischer Leitfähigkeit angegeben worden, um die Wärmeverteilung aufgrund der hohen Betriebstemperaturen und Funken, denen die Elektroden im Betrieb ausgesetzt sind, zu beschleunigen.

In der US-PS 15 15 866 ist eine Zündkerzenelektrode beschrieben, die mit Silber oder einem ähnlichen Metall, wie z.B. Gold und Kupfer überzogen ist. Es wird dort angegeben, daß dann, wenn ein Zündfunke zwischen den Elektroden erzeugt wird, die Hitze durch die Beschichtung rasch verteilt und damit die Elektrodentemperatur verringert wird, was zu einer größeren Widerstandsfähigkeit gegenüber Oxidation und einer Verringerung der Abnutzung und des Verschleißes führen soll. Kupfer ist jedoch ein nicht akzeptables Elektrodenmaterial, wenn es den Bedingungen in der Verbrennungskammer ausgesetzt ist, da es rasch korrodiert. Auch wenn Silber oder Gold durch Beschichtung aufgebracht werden, sind sie unwirksam, da in der Praxis nur eine dünne Beschichtung von einem der Materialien mit dieser Technik erfolgt, die nicht adäquat ist, um den Erosionswirkungen bei Bogen- bzw. Funkenentladungen standzuhalten und um beträchtliche Wärmemengen an das dazugehörige Gehäuse zu übertragen. Anstatt eine derartige Beschich-

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tung oder Plattierung vorzunehmen, ist in den US-PS'en 23 91 455 und 26 42 053 sowie 31 46 370 angegeben, nur die Spitze der Masseelektrode, d.h. den Teil, der die Funkenstrecke mit der Mittelelektrode bildet, mit einem anderen Material als dem üblichen Basismetall auszubilden.

Eine weitere Elektrodenanordnung ist aus der ÜS-PS 23 91 457 bekannt, bei der als Zündkerzenelektrode ein zusammengesetzter Draht oder Stab verwendet wird, der einen Kern aus einem Metall hoher thermischer Leitfähigkeit, wie z.B. Silber, Kupfer und verschiedenen Legierungen, sowie eine Hülle aus einem Material mit guter Widerstandsfähigkeit gegenüber Funkenerosion, beispielsweise Nicke^ besitzt.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine Zündkerze mit einer Masseelektrode mit verbesserter Lebensdauer angegeben werden kann, die aus einem Streifen aus Basismetall und einem Streifen aus einem Edelmetall besteht. Die Zündkerze weist ein mit Gewinde versehenes Gehäuse sowie eine vom Gehäuse getragene Isolatoranordnung, eine Mittelelektrode innerhalb einer Bohrung des Isolators eine Masseelektrode auf, die integral mit dem Gehäuse ausgebildet und im Zündfunkenabstand mit der Mittelelektrode angeordnet ist. Ein Streifen aus Edelmetall aus der Gruppe, die aus Silber, Silberlegierungen, Gold und Goldlegierungen besteht, liegt auf dem oder innerhalb des Streifens aus Basismetall; eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß das Basismetall Nickel oder eine Legierung davon ist, während der Edelmetallstreifen mit einer Druckschweißung daran befestigt ist und die Querschnittsfläche der Edelmetalleinlage oder -auflage mindestens 15 % des Basismetallstreifens ausmacht.

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Unter Druckschweißung wird hier und im folgenden ein Verfahren verstanden, bei dem zwei Metallstreifen durch eine Legierung miteinander verbunden werden, welche durch Druck und die aufgrund des Druckes auf tretende Wärme bei einer Temperatur entsteht, die unterhalb des Schmelzpunktes von beiden Metallstreifen liegt. Teile, die mit einem derartigen Verfahren verbunden werden, werden nachstehend als druckgeschweißte Teile bezeichnet-

Die Silber- und Gold-Legierungsstreifen haben einen thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten λ von mindestens 0,7. Hierunter wird die Wärmemenge in Grammkalorien verstanden, die pro Sekunde durch eine Materialplatte mit einer Dicke von 1 Zentimeter und einer Fläche von 1 cm² übertragen wird, wenn die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Seiten der Materialplatte 1⁰C beträgt, d.h. die Dimension beträgt g χ cal/s χ cm² χ ⁰C χ cm. Die Größe λ. wird somit verwendet, um diesen Koeffizienten anzugeben.

Im Unterschied zu einer Silberbeschichtung besitzt ein Streifen aus Edelmetall eine ausreichende Metallmasse, um widerstandsfähig gegenüber den Erosions-Wirkungen einer Funkenentladung bei hohen Betriebstemperaturen zu sein und die Temperatur, bei der die Elektrode arbeitet, wesentlich zu erniedrigen. Die Wirksamkeit des Edelmetalls bei der Verringerung der Elektrodentemperatur macht es erforderlich, daß sich der Streifen über die gesamte Länge der Masseelektrode und in thermischem Kontakt mit dem Gehäuse erstreckt, und zwar im Gegensatz zu den oben angegebenen herkömmlichen Anordnungen, die sich nur auf die Spitze der Masseelektrode beziehen. Die Wärmeübertragung durch das Edelmetall ist maximal, da sich der Streifen von der Spitze oder dem Teil der Masseelektrode, welche die

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Funkenstrecke mit der Mittelelektrode bildet/ in thermischen Kontakt mit dem Gehäuse erstreckt. Auf diese Weise können auch die Kosten minimal gehalten werden, da festgestellt wurde, daß die Querschnitts- fläche der Edelmetalleinlage oder -auflage nur 15 % des Basismetallstreifens auszumachen braucht.

Mit der Erfindung wird somit die Aufgabe gelöst, eine Zündkerze anzugeben, deren Masseelektrode eine verbesserte, längere Lebensdauer besitzt und aus einem Streifen aus einem Basismetall und einem Streifen aus Edelmetall besteht.

Mit der Erfindung wird dabei in vorteilhafter Weise erreicht, daß die Zündkerze mit ihrer Masseelektrode mit längerer Lebensdauer aus einem Streifen aus Basismetall und einem Streifen aus Edelmetall so ausgebildet ist, daß die Größe des Edelmetallstreifens so klein gegenüber dem Streifen aus Basismetall ist, daß die Herstellungskosten beträchtlich reduziert werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen

Zündkerze;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des

unteren Endes oder Zündendes der Zündkerze nach Fig. 1, bei der die Masseelektrode aus einem Streifen aus Edelmetall als Auflage auf einem Streifen aus Basismetall besteht und der Mittelelek

trode gegenüberliegt; und in

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Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche perspektivische Darstellung einer Ausführungsform, bei der der Streifen aus Edelmetall als Einlage in dem Streifen aus Basismetall ausgebildet ist.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform erkennt man eine Zündkerze 10 mit einer von einem Gehäuse 12 getragenen Isolatoranordnung 11, einer Mittelelektrode 13 innerhalb einer nicht dargestellten Bohrung des Isolators und einer Masseelektrode 14, die integral mit dem Gehäuse 12 ausgebildet und zur Ausbildung der Funkenstrecke mit der Mittelelektrode 13 dieser gegenüberliegend angeordnet ist.

Wie in Fig. 2 dargestellt, besteht die Masseelektrode 14 aus einem Streifen 15 aus Basismetall und einer Auflage oder einem Streifen 16 aus Edelmetall. Der Streifen 16 aus Edelmetall kann aus einem Material aus der Gruppe bestehen, die Silber, Silberlegierungen, Gold und Goldlegierungen enthält, wobei die Legierungsstreifen einen thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten

X von mindestens 0,7 besitzen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Streifen 15 aus Basismetall aus Nickel oder einer Nickellegierung. Die beiden Streifen 15 und 16 sind mit einer Druckschweißung oder Preßschweißung aneinander befestigt.

Eine Masseelektrode 17, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, besteht aus einem Streifen 18 aus Basismetall und einem Einlagestreifen 19 aus Edelmetall. Die Querschnittsfläche des Einlagestreifens 19 macht mindestens 15 % des Streifens 18 aus Basismetall aus. Die beiden Streifen 18 und 19 können miteinander verbunden werden, indem der Streifen 18 aus Basismetall

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gefaltet oder gebördelt wird, ein Streifen oder Draht aus Edelmetall in die Falte oder Aussparung eingelegt und dann eine Druckschweißung der Zusammen setzung vorgenommen wird.
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Die beiden Fig. 2 und 3 zeigen das untere Ende oder Zündende des Gehäuses 12, wobei die Streifen 16 oder 19 aus Edelmetall sich über die gesamte Länge der Masseelektrode erstrecken; der eine Teil der freiliegenden Oberfläche befindet sich dabei in einer Anordnung, daß er eine Funkenstrecke mit der Mittelelektrode 13 ausbildet, während der andere Teil in thermischem Kontakt mit dem Gehäuse 12 steht, so daß die Wärmeübertragung durch den Streifen 16 bzw. aus Edelmetall zum Gehäuse 12 maximal ist. Bei einer Aüsführungsform gemäß der Erfindung arbeitete die Masseelektrode 17 mit einem Streifen 19 als Silbereinlage hoher Reinheit von mindestens 99,9 % bei einer Temperatur, die nahezu 150⁰C (300°F) niedriger lag, während nur etwa 20 % des Materialverlustes zu beobachten war, wenn man ihn mit den von herkömmlichen Masseelektroden aus massiven Nickellegierungen vergleicht. Dementsprechend besitzt eine erfindungsgemäße Zündkerze eine wesentlich höhere Lebensdauer als normale Zündkerzen.

Gemäß der Erfindung wird somit eine Zündkerze anaecjcben, deren Masseelektrode eine verbesserte Lebensdauer besitzt. Die Zündkerze weist ein mit Gewinde versehenes Gehäuse und eine von dom Gehäuse qetraqcno Isolatoranordnung, eine Mittelelektrode innerhalb der Bohrung des Isolators sowie eine Masseelektrode auf, die integral mit dem Gehäuse ausgebildet und zur Ausbildung einer Funkenstrecke mit der Mittelelektrode angeordnet ist.

Ein Streifen aus Edelmetall, bestehend aus Silber,

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Silberlegierungen, GuId oder Gold legierungen, ist als Auflage oder 'Kinlage bei einem iStreiferi aus Dasismetall unter Bildung der Ilasseelektrode vortjesehen- Das Basisirietall ist vorzugsweise Nickel oder eine nickellegierung; das Edelmetall wird ' ^: metallurgisch mit dem liasismetall verbunden, beispielsweise mit einer Druckscluveißung oder Preß— schweißung- Die Silber- und Goldlegierungsstreifen haben einen thermischen LeitfähicjkeitskoefPizienten *~ _von mindestens 0,7- Die Qüerschnittsflache der Cdelmetallauflage oder -einlage beträgt mindestens 15 ä von der des Basismetallstreiferis- Ein Teil der freiliegenden Oberfläche des Edelmetallstreiferis ist der Teil der Ilasseelektrode in Züridfunkenanordnung mit der Mittelelektrode, während ein anderer Teil in thermischem Kontakt mit dem Gehäuse steht, so daß eine rasche Wärmeübertragung durch den Edelmetallstreifen auf das Gehäuse erfolgt.

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Patentansprüche

(i. Zündkerze, mit einem Gehäuse und einer vom Gehäuse getragenen Isolatoranordnung, mit einer Mittelelektrode innerhalb einer Bohrung des Isolators und mit einer Masseelektrode, die integral

05 mit dem Gehäuse ausgebildet und zur Erzeugung einer Funkenstrecke mit der Mittelelektrode angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Masseelektrode (14, 17) aus einem Streifen (15, 18) aus Basismetall und einem Streifen (16, 19) aus

10 einem Edelmetall aus der Gruppe besteht, zu der Silber, Silberlegierungen, Gold und Goldlegierungen gehören, wobei der Streifen (16, 19) aus Edelmetall " mit dem Streifen (15, 18) aus Basismetall verbunden ist, daß die Querschnittsfläche des Streifens (16, 19)

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ORIGINAL INSPECTED

aus Edelmetall mindestens 15 % des Streifens (15, 18) aus Basismetall ausmacht und daß ein Teil des Streifens (16, 19) aus Edelmetall zur Erzeugung der Zündfunkenstrecke mit der Mittelelektrode (13) angeordnet ist, während ein anderer Teil des Streifens (16, 19) aus Edelmetall in thermischem Kontakt mit dem Gehäuse (12) steht, so daß eine rasche Wärmeübertragung durch den Streifen (16, 19) aus Edelmetall zum Gehäuse

(12) stattfindet.
2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Streifen (16, 19) aus Edelmetall aus Feinsilber mit einer minimalen Reinheit von 99,9 Gew.-% besteht.
3. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Streifen (16, 19) aus Edelmetall einen thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten X von mindestens 0,7 besitzt.
4. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Streifen (15, 18) aus Basismetall aus Nickel oder einer Nickellegierung besteht.
5. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Streifen (16) aus Edelmetall als Auflage auf dem Streifen (15) aus Basismetall angeordnet und mit einer Druckschweißung daran befestigt ist.
6. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Streifen (19) aus Edel- metall als Einlage innerhalb des Streifens (18) aus Basismetall angeordnet und mit einer Druckschweißung daran befestigt ist.

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