DE3036223C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Funkenzünder für eine Oberflä­ chen-Funkenentladung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspru­ ches 1.

Insbesondere betrifft sie einen Funkenzünder, der bei Turbo­ triebwerken einschließlich Luftfahrt-Strahltriebwerken ver­ wendet wird. Bei derartigen Zündern findet eine Hochenergie­ funkenentladung zwischen einer Mittelelektrode und einer Mas­ seelektrode längs der Oberfläche eines keramischen Elementes statt. Die Funkenentladung bei solchen Zündern ist ener­ giereich wegen der Art des zur Hervorrufung der Funkenbildung verwendeten Zündsystems, wobei das Zündsystem einen Kondensa­ tor aufweist, der geladen wird, während die angelegte Span­ nung, die über den Zünder geht, zunimmt; wird die angelegte Spannung ausreichend groß, um eine Funkenentladung hervorzu­ rufen, so wird die elektrische vom Kondensator gespeicherte Energie entladen und fließt über die Funkenstrecke. Die ge­ speicherte Energie in Kondensatorentladungszündsystemen, die bei Strahltriebwerken verwendet wird, beträgt wenigstens 1 Joule.

Die Elektrodenerosion war ein Problem bei Funkenzündern, wie sie bei Turbokraftmaschinen für Strahltriebwerke Verwendung fanden und bedeutete manchmal einen begrenzenden Faktor hin­ sichtlich der Lebensdauer des Zünders. Problematische Erosio­ nen sowohl der Mittelelektrode wie der Masseelektrode treten auf. Eine Lösung des Problems der Elektrodenerosion in sol­ chen Zündern wird in der US-PS 36 91 419 beschrieben; diese Patentschrift beschreibt einen gattungsgemäßen Zünder mit ei­ ner Mittelelektrode mit einem Zündende aus funkenbeständigem Material wie Wolfram und einer Masseelektrode mit einem Ring aus duktilem oder verformbarem Iridium, der hier hinein ge­ schweißt und so positioniert wurde, daß er sich unmittelbar benachbart der Funkenstrecke befindet. Im Zünder dieser Pa­ tentschrift ist die Masseelektrode, an die der Iridiumring geschweißt ist, als ein Teil des Metallmantels des Zünders eine bekannte Konstruktion.

Es hat sich herausgestellt, daß Iridium und andere Ringe aus wertvollen Metallen, wenn man sie überhaupt herstellen kann, extrem teuer sind. Preisvergleiche haben gezeigt, daß die Verwendung eines Iridiumrings der in der US-Patentschrift be­ schriebenen Art in einem zur Zeit im Handel erhältlichen Zün­ der die Kosten des Zünders etwa verdoppeln würde. Es hat sich herausgestellt, daß die Unterschiede in den Wärmeausdeh­ nungscharakteristiken zwischen Iridium und dem den Iridium­ ring umgebenden Material zu katastrophalem Versagen der Zün­ der der angegebenen Art (gemäß US-PS) führen können.

Verschiedene Vorschläge, z. B. die US-PS 23 91 455, 23 91 456, 23 91 458, 24 70 033, wurden zur Verminderung der Elektro­ denerosion bei üblichen Zündkerzen gemacht, wo die Funkenent­ ladung über einen gasgefüllten Spalt zwischen Mittel- und Mas­ seelektrode eintritt. Im Patent US-PS 23 44 597 wird eine Masseelektrode aus einem Molybdän-Platin-Legierungsdraht be­ schrieben, die einen Einsatz im Metallmantel einer üblichen Zündkerze bildet. Eine sog. Zündkerze mit "einer Vielzahl von Halbflächenfunkenstrecken" ist auch in der US-PS 25 91 718 beschrieben; diese Patentschrift beschreibt eine Konstruk­ tion, bei der eine Mittelelektrode bündig mit einem Isolator­ ende endet und längs des Isolatorendes in Funkenstreckenbe­ ziehung mit vier stangenartigen Elektroden steht, von denen jede die Isolatorfläche gerade berührt.

Weiterhin beschreibt die GB-PS 5 49 768 einen Zünder, bei welchem in gabelförmige Verlängerungen des Metallmantels Ein­ satzstifte eingesetzt sind, die in Zündstreckenbeziehung mit einer Mittelelektrode stehen und somit die Masseelektrode bilden. Bemerkenswert ist, daß diese Einsätze aus Platin sind und zugleich ein Platineinsatz an der Mittelelektrode gebildet hat. Diese Einsätze sind, wie angeführt, in gabelar­ tige Verlängerungen des Metallmantels eingesetzt und stehen in keiner Beziehung zu dem Metallmantel an sich. Zur ausrei­ chenden Befestigung dieser sich einwärts nach unten erstrec­ kenden stiftartigen Einsätze wird ein Silberlötverfahren be­ schrieben. Die Stifte werden so eingesetzt, daß sie eine sich von den Gabeln einwärts erstreckende Oberfläche bilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Funkenzünder gemäß US-PS derart weiterzubilden, daß er den teuren und schwierig erhältlichen Iridiumring nicht benötigt, im übrigen jedoch praktisch gleichwertige Beständigkeit gegen Elektro­ denerosion aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Pa­ tentanspruches 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung der oxydations- und erosionsbeständigen Einsätze in der Masseelektrode werden gegenüber dem vorbeschriebenen Stand der Technik mit beson­ derem Vorteil die thermischen Beanspruchungen infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem oxydations- und erosionsbeständigen Material und der ringför­ migen Masseelektrode auf ein Minimum reduziert.

Die Erfindung soll nun mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert werden; diese zeigt in

Fig. 1 in der Teilansicht, teilweise im Schnitt, einen Zünder nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Stirnansicht des Zünders nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Anordnung der Massenelektrode, die bei einem Zünder gemäß Fig. 1 und 2 verwendet wird;

Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch die Anordnung der Fig. 3, längs der Linie 4-4;

Fig. 5 eine Darstellung im Vertikalschnitt durch eine Mantelausbildung, die Teil des Zünders der Fig. 1 und 2 ist;

Fig. 6 eine Seitenansicht eines Einsatzes, der Teil des Zünders der Fig. 1 und 2 sowie der An­ ordnungen nach den Fig. 3 bis 5 bildet;

Fig. 7 eine Stirnansicht des Einsatzes der Fig. 6;

Fig. 8 eine Darstellung im Vertikalschnitt durch den Metallmantel eines Zünders, ähnlich den Fig. 1 und 2 einer anderen Ausführungsform eines Zünders nach der Erfindung;

Fig. 9 eine Stirnansicht des Metallmantels der Fig. 8;

Fig. 10 eine Draufsicht auf einen Einsatz, der Teil des Metallmantels der Fig. 8 und 9 bildet;

Fig. 11 eine Stirnansicht des Einsatzes der Fig. 10;

Fig. 12 eine Darstellung im Vertikalschnitt des Mantels einer anderen Ausführungsform eines Zünders nach der Erfindung; und

Fig. 13 eine Stirnansicht des in Fig. 12 gezeigten Man­ tels.

Ein Zünder 21 nach der Erfindung ist allgemein in den Fig. 1 und 2 wiedergegeben. Der Zünder 21 umfaßt einen Metallmantel 22 mit einem zündseitigen Ende 23, das am unteren Ende in einer ringförmigen Masseelektrode mit einer Fläche 24 (Fig. 2) endet, die in Funkenstrecken­ beziehung mit einer Mittelelektrode 25 steht. Vier Iridiumeinsätze 26 in der ringförmigen Masseelektrode sind am Zündende 23 des Zünders 21 vorgesehen. Die Einsätze 26 erstrecken sich radial nach innen über die Fläche 24 der ringförmigen Masseelektrode gegen die Mittelelektrode 25. Die Iridiumeinsätze 26 sind im Querschnitt rechteckig (Fig. 6) und sind beispielsweise mittels eines Lötvorgangs, eingebettet und gebunden an das Zündende 23 (Fig. 1 und 5) des Metallmantels 22.

Der Zünder 21 umfaßt auch einen unteren Isolator 27 (Fig. 1) sowie einen oberen Isolator 28. Der untere Isolator 27 ist gegenüber dem Metallmantel 22 abge­ dichtet, während der obere Isolator 28 gegenüber einem oberen Verbundmantel 29 abgedichtet ist. Der obere Mantel 29 umfaßt einen äußeren Mantelteil 30, der den Mantel 22, wie allgemein bei 31 gezeigt, erfaßt und bei 32 auf einen inneren Mantelteil 33 aufgeschraubt ist. Der untere Isolator 27 ist gegen den Mantel 22 durch einen Körper 34 aus verdichtetem Talg abgedichtet, während der obere Isolator 28 gegen den äußeren Mantel 30 durch einen Körper 35 aus Talg abgedichtet ist, der durch ein Ende 36 des Innenmantels 33 verdichtet ist. Der äußere Mantel 30 ist bei 37 zur Anbringung an einer Turbokraftmaschine mit Gewinde versehen, während der innere Mantel 33 bei 38 zum Eingriff mit einer Zünd­ ausrüstung der Turbokraftmaschine Gewinde trägt. Der Zünder 21 umfaßt auch ein Anschlußglied 39, welches in den oberen Isolator 28 eingeschraubt ist und in elektrischem Kontakt mit der Mittelelektrode 25 steht.

Wie am besten in Fig. 3 zu sehen, kann der Metallmantel 22 mit den hierin eingebetteten und hieran gebundenen Iridiumeinsätzen 26 ohne weiteres durch Löten oder sonstiges Verbinden einer Unteranordnung 40 mit einem zusammen­ wirkenden nicht dargestellten Mantelteil zur Erzeugung des Mantels 22 erzeugt werden. Die Unteranordnung 40 umfaßt einen Ring 41, in welchem die Iridiumeinsätze 26 durch Arme 42 in Rechteckschlitzen in einer Ober­ fläche 43 hiervon abgesteift sind. Ist die Anordnung 40 an den zusammenwirkenden nicht dargestellten Teil angelötet oder sonst hiermit zur Erzeugung des Mantels 22 befestigt, so wird der Ring 41 ein Teil mit dem Man­ tel 22 und gleichzeitig werden die Iridiumeinsätze 26 innerhalb und am Mantel 22 befestigt.

Ein Funkenzünder nach der Erfindung kann auch herge­ stellt werden, indem ein Mantel 54, Fig. 8 und 9, anstelle des gleich ausgebildeten Mantels 22 im Zünder 21 der Fig. 1 vorgesehen wird. Nach den Fig. 8 und 9 be­ steht der Mantel 54 aus Inconel oder einer anderen geeig­ neten Nickellegierung und hat Iridiumeinsätze 55, die in Bohrungen 56 des Mantels 54 eingelötet oder sonst befestigt sind. Wie die Fig. 10 und 11 am besten zeigen, sind die Einsätze 55 von zylindrischer Gestalt und passen in die Bohrungen 56.

Ein Zünder nach der Erfindung kann auch aus einem Mantel 57, Fig. 12 und 13, hergestellt sein, wobei Iridium­ einsätze 58 in Schlitzen 59 eingelötet oder sonst be­ festigt sind, die benachbart von dessen Zündende 60 sich befinden. Die Einsätze 58 sind im Querschnitt rechteckig und haben die gleiche Konfiguration wie die Einsätze 26 der Fig. 6 und 7.

Der Mantel 22 des Zünders 21, Fig. 1, sowie der Mantel 54 und 57 der Fig. 8 und 12, haben Nuten 61, die sich in Längsrichtung benachbart dem jeweiligen Zündende erstrecken. Diese Schlitze 61 werden oft in Zündern verwendet, um deren Kühlung zu erleichtern und bilden daher keinen Teil der Maßnahme nach der Erfindung.

Änderungen und Abänderungen liegen im Rahmen der Erfindung. Die Erfindung wurde zwar anhand eines Zünders mit Iridium­ einsätzen benachbart dem Zündende beschrieben; Einsätze aus irgendeinem anderen oxidations- und erosionsbeständi­ gen Material können auch verwendet werden. Die häufigsten Materialien mit dem gewünschten Oxidationsgrad und der Erosionsbeständigkeit sind zusätzlich zu Iridium Platin, Rhodium, Ruthenium, Osmium, Legierungen und duktile Le­ gierungen der genannten Metalle und für Betriebszwecke, wo eine Erwärmung auf Temperaturen über 540°C nicht in Betracht kommt, Wolfram und seine Legierungen sowie duktile Legierungen. Aufgrund ihrer Feuerfestigkeit werden aus den genannten Metallen zusammengesetzte Teile oft nach pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt und können nach dem Sintern unmittelbar vergleichsweise spröde sein. Diese Sprödigkeit kann gewöhnlich auf brauchbare Grenzen vermindert werden, indem die Teile bei vergleichsweise niedrigeren Temperaturen, beispiels­ weise im Bereich von 1100°C bearbeitet werden. Manch­ mal ist es wünschenswert, die Duktilität solcher Materialien zu erhöhen; erreicht werden kann dies, indem man sogenannte duktile Legierungen erzeugt: feuerfeste Metallpulver werden mit anderen Metallpulvern, beispielsweise Nickel und Kupfer oder Nickel und Eisen, vermischt, die eine ver­ gleichsweise niedrige Schmelzphase bilden, die nach dem Zünden die feuerfesten Metallpartikel aneinander bindet und ein Gefüge formt, welches im Vergleich zum rein feuerfesten Material duktil ist. Iridium ist das bevorzugte Einsatzmaterial; die Ausführungsformen der Fig. 1 bis 7 sind nach Kenntnis des Erfinders die besten.

Claims (3)

1. Zünder für eine Oberflächen-Funkenentladung mit einem Mantel aus einer Metall-Legierung, der an seinem zündsei­ tigen Ende (23) eine ringförmige Masseelektrode (41) auf­ weist, mit einem innerhalb des Metallmantels angeordneten und gegen diesen abgedichteten Isolator (27, 28) mit ei­ ner Mittelbohrung und einer vom zündseitigen Ende der Bohrung bis zur ringförmigen Masseelektrode (41) sich er­ streckenden, nach innen gerichteten Fläche (24), mit ei­ ner innerhalb der Bohrung des Isolators abgedichtet ange­ ordneten Mittelelektrode (25), wobei die Funkenentladung zwischen dem Zündende der Mittelelektrode (25) und der ringförmigen Masseelektrode (41) längs der nach innen ge­ richteten Fläche des Isolators (27) auftritt, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Masseelektrode (41) nicht aus einem wertvollen Metall besteht, und daß auf der dem zünd­ seitigen Ende der Mittelelektrode (25) zugewandten Seite (43) der ringförmigen Masseelektrode (41) eine Mehrzahl oxydations- und erosionsbeständiger Einsätze (26) vorge­ sehen ist.

2. Zünder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze rechteckförmigen Querschnitt aufweisen und in radial verlaufende Schlitze auf der dem zündseitigen Ende der Mittelelektrode zugewandten Seite (43) der ringförmi­ gen Masseelektrode (41) eingesetzt sind.

3. Zünder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Einsätze (26) aus Iridium, Platin, Rhodium, Ruthenium, Osmium, Wolfram oder einer Legierung oder ei­ ner duktilen Legierung eines der vorgenannten Metalle be­ steht.