DE3230362A1

DE3230362A1 - Hochspannungszuendkerze

Info

Publication number: DE3230362A1
Application number: DE19823230362
Authority: DE
Inventors: Walter 7000 Stuttgart Benedikt; Klaus-Dieter Dr. 7141 Schwieberdingen Pohl; Rudolf 8600 Bamberg Pollner; Christian Dipl.-Ing. Dr. 7257 Ditzingen Schaffrin; Leo 7050 Waiblingen Steinke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-08-14
Filing date: 1982-08-14
Publication date: 1984-02-16
Also published as: BR8304350A; DE3374633D1; ES8405206A1; EP0101547A3; ES524936A0; EP0101547B1; JPS5949181A; EP0101547A2; JPH0544151B2

Description

R. "17375

10.8.1982 Zr/Kc

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Hochspannungszündkerze
Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Hochspannungszündkerze nach der Gattung des Hauptanspruchs. Ss ist schon eine
Hochspannungszündkerze bekannt (GB-PS 5^7 1 19) ₅ bei der sich eine relativ kurze Mittelelektrode aus Platin in
dem brennraumseitigen Boden der Längsbohrung des Elektro-Isolierkörpers dieser Zündkerze b€;findet; der Mittelelektrode schließt sich in der Längsbohrung ein Metallkörper an, welcher anläßlich der Zündkerzen-Montage bei Temperaturen im Bereich von 900 bis 950 Grad Celsius
mittels eines Stempels gegen die Mittelelektrode und die Wandung der Längsbohrung gepreßt wird. Auf dem atischlußseitigen Ende des Metallkörpers ist in der Längsbohrung dann in bekannter Weise ein elektrisch leitender Glasschmelzschluß angeordnet. Der enge Kontakt zwischen den Metallkörper und der Mittelelektrode bzw. der Längsbohrungs-Wandung dient der guten Wärmeableitung aus dem Zündbereich der Zündkerze.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Hochspannungszündkerze mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie im Bereich ihres Elektroisolierkörpers, ihrer Mittelelektrode, ihres Metallkörpers und ihrer Vergußmasse einfacher und kostengünstiger zu montieren ist und daß sie dennoch die Bedingungen hinsichtlich ihrer Funktion (äuc'h Wärmeableitung) und Lebensdauer zu erfüllen vermag.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Hochspannungszündkerze möglich. Besonders vorteilhaft ist es, daß sich ohne besonderen zusätzlichen Aufwand eine Schweißverbindung zwischen Mittelelektrode und Metallkörper ergibt.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 die Seitenansicht einer vergrößert dargestellten Hochspannungszündkerze im Halbschnitt und Figur 2 den weiter vergrößert dargestellten Schnitt durch den brennraumseitigen Abschnitt des Elektroisolierkörpers mit Mittelelektrode, Metallkörper, Vergußmasse und einem Teil des Anschlußbolzens.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Die in den Figuren 1 und 2 dargestelle Hochspannungssündkerze 10 besitzt ein im wesentlichen rohrförmiges Metallgehäuse 11, das an seiner Außenseite ein Einschraubge-

"< 17975

-X-

winde 12, ein Schlüsselsechskant 13 und einen Dichtsitz 1U als Mittel für den Einbau der Zündkerze 10 in einen nicht dargestellten Motorkopf aufweist; im Bereich seines brennraumseitigen Endes hat dieses Gehäuse 11 eine Masseelektrode 15, welche im vorliegenden Beispiel als angeschweißter Draht ausgebildet ist, jedoch auch von anderer Konfiguration sein kann. Das Metallgehäuse 11 umfaßt in seiner stufenförmigen Durchgangsbohrung 16 in bekannter Weise einen rotationssymmetrischen Elektroisolierkörper 17· Dieser Elektroisolierkörper 17, der beispielsweise im wesentlichen aus Aluminiumoxid besteht, hat anschlußseits einen sogenannten Kopf 17/1, welchem sich in Richtung Brennraum ein Bund 17/2, ein Bundansatz 17/3 und ein Fuß I7M anschließen. Dieser Elektroisolierkörper 17 liegt mit einer Schulter 18, welche zwischen dem Fuß 17M und dem Bundansatz 17/3 gebildet ist, auf einem Absatz 19 in der Durchgangsbohrung 16 des Metallgehäuses 11; üblicherweise ist zwischen der Schulter 18 und dem Absatz 19 ein Dichtring 20 angeordnet. Auf der anschlußseitigen Schulter 21, die zwischen dem Kopf 17/1 und dem Bund 17/2 des Elektroisolierkörpers 17 gebildet ist, liegt üblicherweise auch ein Dichtring 22; über diesem Dichtring 22 ist der anschlußseitige Bereich des Metallgehäuses 11 als Bördelrand 23 geformt. Infolge der beschriebenen Fixierung des Elektroisolierkörpers 17 im Gehäuse 11 und zusätzlich mittels des bekannten Warmschrumpfprozesses (US-PS 2 111 916) ist der Elektroisolierkörper 17 fest und dicht im Metallgehäuse 11 gehalten. Anstelle der Anwendung dieses Bördel- und Warmschrumpfprozesses kann der Elektroisolierkörper I7 aber auch durch Einkitten oder ähnliches im Metallgehäuse 11 abdichtend festgelegt werden.

7 17 9 7?

Der Elektroisolierkörper 17 besitzt in bekannter Weise eine stufenförmige Längsbohrung 2k, die in ihren anschlußseitigen Bereich - die sogenannte Kopfbohrung 2k/λ -einen größeren Durchmesser hat als der brennraumseitige Bereich - die sogenannte Fußbohrung 2kl2\ die Fußbohrung 2kl2 beginnt etwa im Bereich des Bundansatzes 17/3. Die Fußbohrung 2kI2 ist mittels eines angeformten, dünnwandigen Bodens 25 verschlossen, in welchem sich eine aus Edelmetall bestehende bzw. Edelmetall enthaltende Mittelelektrode 26 befindet. Diese Mittelelektrode 26 besteht vorzugsweise aus Platin oder einem Platinmetall, erstreckt sich koaxial zur Längsbohrung 2k des Elektroisolierkorpers 17 und hat einen Durchmesser von 0,3 mm; der maximale Durchmesser einer derartigen metallischen Mittelelektrode beträgt 0,5 mm. Der Boden 25 des Elektroisolierkorpers 17 ist nur 1,5 mm dick, kann im Bedarfsfalle jedoch auch dicker oder dünner gestaltet werden. Die durch diesen Boden 25 hindurchführende Mittelelektrode 26 ist im vorliegenden Beispiel in den Boden 25 spaltfrei eingesintert und ragt anschlußseits 0,5 mm in die Fußbohrung 2U/2 des Elektroisolierkorpers 17; je nach Ausführungsform kann der anschlußseitige Endabschnitt der Mittelelektrode 26 aber auch bis zu 1 mm in die Fußbohrung 2.k12 hineinragen. Die Mittelelektrode 26, die alternativ auch mittels Kitt, Glas oder ähnlichem im Boden 25 des Elektroisolierkorpers 17 spaltfrei eingebaut sein kann, schließt im vorliegenden Beispiel bündig mit der Stirnfläche 27 des Elektroisolierkorpers 17 ab und steht mit Abstand - der sogenannten Funkenstrecke 28 - dem freien Endabschnitt der Masseelektrode 15 gegenüber. Je nach Anwendungsbereich kann der brennraumseitige Endabschnitt der Mittelelektrode 26 aber auch von anderer Konfiguration sein, er kann z. B, aus der Stirnfläche 27 herausragen oder auch mit einem Kopf

versehen sein. Die dargestellte Mittelelektrode 26 mit ihrem Durchmesser von 0,3 mm hat eine Gesamtlänge von 2 mm und wird in bevorzugter Weise als Stift in den Boden 25 des Elektroisolierkorpers 17 eingesintert; je nach der gewählten Dicke des Bodens 25 des Elektroisolierkorpers 17 - bevorzugterweise ist er zwischen und 2,5 mm dic-k - wird auch die Länge der Mittelelektrode 26 ausgewählt, die dann zwischen 1 und 3 mm liegen wird. Die Mittelelektrode 26 kann aber auch als Platin-Suspension in eine in diesem Bereich befindliche vorgeformte Bohrung mit kleinem Durchmesser des noch nicht fertiggesinterten Elektroisolierkorpers 17 eingebracht und dann mit dem Isolierkörper 17 fertiggesintert werden.

Der anschlußseitige Bereich der Mittelelektrode 26 ist mit einer Vertiefung 29 versehen, welche axial zur Mittelelektrode 26 angeordnet ist und bevorzugt von kegelförmiger oder ähnlicher Form ist. In diese Vertiefung 29» die gemäß dem vorliegenden Beispiel 0,3 mm tief ist, ragt die Anspitzung 30 eines als Kontaktstift dienenden Metalikörpers 31 hinein.; dieser Metallkörper 31 mit seiner brennraumseits befindlichen Anspitzung 30 ist bevorzugterweise von kreisförmigem Querschnitt, besteht aus einem relativ billigen Werkstoff, besitzt jedoch eine gute Wärmeleitfähigkeit, eine hohe Korrosionsbeständigkeit (mit ausreichender elektrischer Leitfähigkeit von sich bildenden Zunderschichten), eine hohe Korrosionsfestigkeit zur Vermeidung von Vorfunkenstrecken und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der dem Keramikmaterial des Elektroisolierkorpers 17 angepaßt ist. Dieser Metallkörper 31 kann beispielsweise aus einer Nickellegierung bestehen, welche unter dem Handelsnamen Vacon 20 bekannt ist (Firma VAC-Hanau), hat einen Durchmesser in- der Größenordnung von 1,5 bis 2,5 mm und reicht mit seinem anschlußseitigem

Endabschnitt etwas in die Kopfbohrung 2ίι/1 des Elektroisolierkörpers 17. In vorteilhafter Weise ist an den anschlußseitigen Endabschnitt des Metallkörpers 31 ein Kopf 32 angeformt, welcher mit einer zum Anschlußbereich weisenden Verjüngung 33 versehen ist. Der Kopf 32 des Metallkörpers 31 liegt dabei eng in der Fußbohrung 2^/2 des Elektroisolierkörpers 17; der brennraumseitige Endabschnitt des Metallkörpers 31 ist zusätzlich in einem Führungsteil 2^/2' der Fußbohrung 2^/2 fixiert. Der anschlußseitige Endabschnitt des Metallkörpers 31 einschließlieh, der Verjüngung 33 seines Kopfes 32 sowie der anschlußseits sich anschließende Bereich der Kopfbohrung 2U/1 des Isolierkörpers 17 ist mit einer elektrisch-leitfähigen Vergußmasse 3^ ausgefüllt; derartige Vergußmassen 3^- sind an sich bekannt (z, B. DE-PS 1 206 209, US-PS 2 106 578) und können zusätzlich auch noch (nicht dargestellte) als elektrischer Widerstand wirkende Schichten enthalten (US-PS 3 903 U53). Anschlußseits ragt in diese Vergußmasse 3^+ der brennraumseitige, mit einer Verankerung 35 (z. B. Gewinde oder Kreuzrändelung) versehene Anschlußbolzen 36; dieser Anschlußbolzen 36 besteht aus unlegiertem Stahl, liegt mit einem Bund 37 auf der Stirnseite 38 des Elektroisolierkörpers 17 auf und besitzt ein Anschlußgewinde 39> welches anschlußseits aus dem Elektroisolxerkorper I7 herausragt.

Infolge des Metallkörpers 31, der je nach Ausführungsform der Zündkerze 10 zwischen 8 und 20mm lang ist, wird nicht nur teueres .Material für aus Edelmetall bestehende bzw. Edelmetall enthaltende Mittelelektroden 26 gespart, sondern es wird auch vermieden, daß Vergußmassen 3h in einem Bereich der Zündkerze 10 angeordnet sind, in welchem sie aufgrund von auftretenden hohen Betriebstemperaturen

-A -

-ι1 ο 7 ς

im (nicht dargestellten) Brennraum von Brennkraftmaschinen erschmolzen und infolgedessen unter Umständen nachteilig beeinflußt verden. Die Länge des Metallkörpers 31 wird aus diesem Grunde derart gewählt, daß sich die Vergußmasse 3^ "bei aJulen in diesem Bereich vorkommenden Betriebstemperaturen stets sicher unter dem Transformationsbereich der gewählten, elektrisch-leitenden Vergußmasse 3^· bleibt. Der Metallkörper 31 hat üblicherweise eine Länge zwischen 8 und 20 mm und üblicherweise einen Durchmesser in der Größenordnung von 1 bis 2,5 mm.

Bei einer praktischen Ausführungsform hat der Metallkörper 31 einen Durchmesser von 1,5 mm, einen Kopfdurchmesser von 2 mm und eine Gesamtlänge von 12 mm. Während die Kopfbohrung 2U/1 des Elektroisolierkorpers 17 einen Durchmesser von ^,5 mm hat, beträgt der Durchmesser der Fußbohrung 2U/2 2,1 mm und der Durchmesser des Führungsteils 2U/2¹ der Fußbohrung 2U/2 1,53 mm. Anläßlich der Montage wird der Metallkörper 31 bei Raumtemperatur in die Längsbohrung 2U des Elektroisolierkorpers 17 eingeführt und mit etwa 100 N gegen den anschlußseitigen Endabschnitt der Mittelelektrode 26 gepreßt; dieser Preßdruck reicht aus, um in diesem Bereich der Mittelelektrode 26 die Vertiefung 29 zu formen. Nachdem Einfüllen der zunächst als Granulat vorliegenden Vergußmasse 3^ in die Kopfbohrung 2U/1 des Elektroisolierkorpers 17, dem nachfolgenden Erwärmen dieser vormontierten Einheit auf etwa 85O C und erneuten Preßvorgängen zwischen 500 und 2500 N auf die Vergußmasse 3^ findet zwischen der Anspitzung 30 des Metallkörpers 31 und der Vertiefung 29 der Mittelelektrode 26 eine Diffusionsverschweißung statt, welche einen dauerhaften elektrischen Kontakt zwischen Mittelelektrode 26 und Metallkörper 31 gewährleistet. Während sich die vorstehend beschriebene Baueinheit im aufgeheizten Zustande befindet,

-JS -

17 9 75

wird auch der Anschlußbolzen 36 in die Vergußmasse 3^ eingedrückt, in welcher er infolge seiner Verankerungsmittel 35 sicher und mit gutem elektrischen Kontakt gehalten wird.

Obwohl der Metallkörper 31 nur teilweise in engem Kontakt mit dem Elektroisolierkörper 17 ist, hat sich ergeben, daß die im Bereich der Mittelelektrode 26 entstehende Wärme bei allen Betriebszuständen ausreichend, auf den Elektroisolierkörper 17 abgeleitet wird.

Claims

!7 9 75

10.8.1982 Zr/Kc

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Ansprüche

M./Hochspannungszündkerze, mit einem metallischen, im wesentlichen rohrförmigen Gehäuse, das auf seiner Außenseite Mittel für den Einbau in eine Brennkraftmaschine besitzt, in seiner Durchgangsbohrung einen im wesentlichen rotationssymmetrischen, bevorzugterweise gesinterten Elektroisolierkörper abdichtend umfaßt und an

seinem brennraumseitigen Endabschnitt eine Masseelektrode besitzt, welche mit Abstand (Funkenstrecke) einer relativ kurzen, aus Edelmetall bestehenden bzw. Edelmetall enthaltenden Mittelelektrode gegenübersteht, die spaltfrei und abgedichtet im brennraumseitigen Boden der abgestuften Längsbohrung des Elektroisolierkörpers fixiert ist, einen " kleineren Durchmesser hat als die sich anschlußseits erstreckenden Stufen der Längsbohrung, innerhalb der Längsbohrung mit einem Metallkörper in direktem Kontakt steht, wobei der anschlußseitige Endabschnitt dieses Metallkörpers in der Längsbohrung mit einer elektrisch-leitenden Vergußmasse abdichtend kontaktiert ist und in dieser Vergußmasse ein Endabschnitt eines elektrisch-leitenden,

17975

mit seinem anderen Endabschnitt aus dem anschlußseitigen Ende des Elektroisolierkörpers herausragenden Anschluß-"bolzen verankert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkörper (31) aus relativ billigem Material besteht, stiftförmig ausgebildet ist, exakt seitlich in der Längsbohrung (21+/2, 2U/2¹) des Elektroisolierkörpers (17) geführt ist, brennraumseits eine Anspitzung (30) aufweist, mit welcher er in engem Kontakt mit dem anschlußseitigen Ende der Mittelelektrode (26) steht, und mit seinem anschlußseitigen Endabschnitt bis in denjenigen Bereich der Längsbohrung (2U/2, 2U/1 ) des Elektroisolierkörpers (17) hineinragt, welcher während allen in diesem Bereich vorkommenden Betriebstemperaturen stets sicher unter dem Transformationsbereich der elektrisch-leitenden Vergußmasse (3*0 bleibt,

2. Hochspannungszündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anspitzung (30) des Metallkörpers (31) zumindest teilweise in eine Vertiefung (29) im anschlußseitigen Endabschnitt der Mittelelektrode (26) ragt und bevorzugterweise darin verschweißt ist.

3· Hochspannungszündkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der anschlußseitige Endabschnitt der Mittelelektrode (26) bis zu 1 mm, vorzugsweise 0,5 mm in die Längsbohrung (2k, 2U/2¹) des Elektroisolierkörpers (17) hineinragt.

k. Hochspannungszündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkörper (31) in seinem anschlußseitigen Bereich einen Kopf (32) aufweist, der eng in der Längsbohrung (2^/2) des Elektroisolierkörpers (17) anliegt und an seinem anschlußseitigen End-

7975

- 3 - ^s f f J sj

abschnitt "bevorzugterweise eine Verjüngung (33) besitzt, welche mit der elektrisch-leitenden Vergußmasse (3*0 in direkter Berührung ist.

5. Hochspannungszündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß der stiftförmige Metallkörper (31) bevorzugt eine Länge zwischen 8 und 20 mm und einen Durchmesser in der Größenordnung von 1 bis 2,5 mm hat.

6. Hochspannungszündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5 j dadurch gekennzeichnet, daß die kurze Mittelelektrode (26) einen Durchmesser von maximal 0,5 mm und eine bevorzugte Länge zwischen 1 und 3 mm hat.