DE3841931A1 - Niederspannungs-kriechentladungs-zuendkerze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Niederspannungs-Kriechent­ ladungs-Zündkerze, die einen Halbleiterring zur Bildung einer Kriechentladungsfläche hat, und insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer Zündkerze zur Verwendung bei einem Gas- oder Turbinenantrieb eines Luftfahrzeugs.

Bei einer Zündkerze dieser Art ist ein Halbleiterring zwischen den beiden Endabschnitten einer Mittelelektrode und einer ringförmigen Masseelektrode gelegt, so daß eine Entladung über eine Endfläche des Halbleiterringes bei einer relativ niedrigen Spannung auftritt.

Damit diese Entladung konstant auftritt, ist es erforder­ lich, den Widerstand zwischen den Elektroden an ihrem unteren Ende derart herabzusetzen, daß eine Entladungs­ energie an dieser Stelle konzentriert wird.

In Fig. 7 ist beispielsweise ein Halbleiterring 13 ge­ zeigt, der einteilig mit einem rohrförmigen Isolator 14 an seinem unteren Teil verbunden ist und dieser ist zwi­ schen einer Mittelelektrode 12 und einer Masseelektrode 11 b vorgesehen. Die Masselektrode 11 b bildet eine innere konische Fläche 11 a am unteren Abschnitt derart, daß ein Abstand zwischen einer äußeren Fläche der Mittelelektrode 12 und der konischen Flächen 11 a mit zunehmender Entfernung von den Enden der Elektroden 11 b, 12 größer wird. Den ge­ ringsten Abstand erhält man an den Enden der Elektroden 11 b, 12, so daß die Entladung längs einer Endfläche 13 a des Halbleiterrings 13 auftritt. Es ist noch zu bemerken, daß ein sehr schmaler Spalt zwischen der Mittelelektrode 12 und der Masseelektrode 11 b als ein Spiel vorhanden ist, obgleich dies nicht gezeigt ist.

Bei dieser Auslegung erhöht eine Atmosphäre in der Nähe der Endfläche 13 a einen elektrischen Widerstand, so daß die Entladung nicht längs der Endfläche 13 a auftritt, wenn Hochdruckbedingungen herrschen. Eine an die Elek­ troden 11 b, 12 angelegte Spannung bewirkt eine Entladung in dem Halbleiterring 13, wobei die Gefahr besteht, daß der Halbleiterring 13 Risse bekommt, was zu einem Ver­ sagen der Isolation führt.

Daher zielt die Erfindung hauptsächlich darauf ab, eine Niederspannungs-Kriechentladungs-Zündkerze bereitzustel­ len, welche eine Entladung so aufrechterhalten kann, daß sie längs einer Endfläche eines Halbleiterringes auftritt, ohne daß der Halbleiterring versagt, um die Standzeit zu verlängern.

Nach der Erfindung wird eine Niederspannungs-Kriechent­ ladungs-Zündkerze angegeben, welche gekennzeichnet ist durch einen äußeren, ringförmigen Metallmantel, der eine ringförmige Masseeleketrode hat, die mit einem unteren Ende desselben verbunden ist; einen rohrförmigen Isolator, der konzentrisch in den Metallmantel eingebracht ist und einen Halbleiterring hat, der mit einem unteren Ende des Iso­ lators verbunden ist; eine Mittelelektrode, die in Längs­ richtung in einer inneren Seite des Isolators angeordnet ist und ein unteres Ende der Mittelelektrode durch den Halbleiterring geht; wobei der Halbleiterring eine Kriech­ entladungsfläche am unteren Ende bildet, wenn eine an die Masseelektrode und die Mittelelektrode angelegte Spannung eine gewisse Größe hat; und einen Ringraum, der zwischen einer inneren Fläche des Halbleiterrings und einer äußeren Fläche der Mittelektrode vorgesehen ist, wobei der Ab­ stand zwischen diesen mit zunehmender Entfernung von der Kriechentladungsfläche allmählich größer wird.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevor­ zugten Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Darin zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht einer Zündkerze in Teilschnitt­ darstellung,

Fig. 2 eine teilweise vergrößerten Längsschnittansicht des Hauptteils derselben,

Fig. 3 eine Fig. 2 ähnliche Ansicht einer weiteren Aus­ führungsform nach der Erfindung,

Fig. 4 ein Diagramm zur Verdeutlichung eines Zusammen­ haltens zwischen der Funkenanzahl und einer Ver­ schleißgröße (mm),

Fig. 5 und 6 Fig. 2 ähnliche Ansichten von weiteren modifizierten Ausführungsformen, und

Fig. 7 eine Schnittansicht eines Hauptteils einer übli­ chen Ausführungsform.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 der Zeichnung hat ein äußerer, ringförmiger Mantel 11 eine ringförmie Masse­ elektrode 3, die unmittelbar mit einem unteren Ende des­ selben verbunden ist. Die Masseelektrode 3 ist aus einer Legierung auf Wolframbasis, wie einer Wolfram-Kupfer- Nickel-Legierung, hergestellt.

Ein rohrförmiger Isolator 5, der aus Glas besteht, ist kon­ zentrisch in die Masseelektrode 3 eingelegt. Der Isolator 5 hat einen Halbleiterring 4, der einteilig mit einem unte­ ren Ende desselben derart verbunden ist, daß er etwas kurz ausgelegt ist und bündig mit dem unteren Ende der Masse­ elektrode abschließt.

In einer Mittelbohrung 5 a des Isolators 5 ist eine Mittel­ elektrode 2 konzentrisch angeordnet, deren eines Ende durch den Halbleiterring 4 verläuft und bündig mit dem unteren Ende der Masseelektrode 3 abschließt.

Die Mittelelektrode 2 besteht aus einer funkenkorro­ sionsbeständigen Legierung auf Wolframbasis.

Hierbei hat die Masseelektrode 3 eine konische innere Fläche 3 b an ihrem unteren Endabschnitt, welcher an einer Endfläche 3 a abgeschrägt ist. Der kleinste Abstand zwi­ schen der konischen inneren Flächen 3 b und einer äußeren Fläche der Mittelelektrode 2 ist an der Endfläche 3 a und einer Endfläche 2 a der Mittelelektrode 2 vorgesehen. Eine an die Elektroden 2, 3 angelegte Hochspannung bewirkt, daß eine Entladung leicht längs der Endflächen 2 a und 3 a auftritt.

Der Halbleiterring 4 ist aus einem Sintergemisch aus Aluminumoxid (Al₂O₃) und Siliciumcarbid (SiC) mittels Heißpressen hergestellt. Die Mischungsverhältnisse von Aluminiumoxid und Siliciumcarbid beträgt 45% bis 55% bei der bevorzugten Ausführungsform. Der Ring 4 hat eine koni­ sche äußere Fläche 4 a, die in guter Paßzuordnung zu der konischen inneren Fläche 3 b der Masseelektrode vorgesehen ist. Das untere Ende des Rings 4 ist etwas von den End­ flächen 2 a und 3 a eingezogen, um ein Kriechflächenende 4 b zu bilden. Der Ring 4 hat ferner eine konische Innenfläche 4 c, um einen Ringraum 6 zwischen dem Ring 4 und der Mittel­ elektrode 2 zu bilden. Der Abstand zwischen der konischen inneren Fläche 4 c und einer äußeren Fläche nimmt mit zu­ nehmender Entfernung von dem Kriechflächenende 4 b all­ mählich zu. Der Ringraum 6 hat eine kleinste Breite von etwa 0,03 mm an dem Kriechflächenende 4 b und eine größte Breite von etwa 0,3 mm an der vvon dem Kriechflächenende 4 b am entferntest liegenden Stelle. Es ist noch zu er­ wähnen, daß die Breite des Ringraums 6 vorzugsweise 0,01 mm an der kleinste Stelle und etwa 1,0 mm an der größten Stelle betragen kann.

Der Ringraum 6, der unabhängig von dem Zwischenraum bei den üblichen Auslegungsformen vorgesehen ist, wirkt als ein Luftspalt, der als Aussparung dadurch gebildet wird, daß der Glasisolator 5 nicht vollständig das untere Ende der gestützten Kerze 1 ausfüllt. Dies wird dadurch er­ reicht, daß die Temperatur des Glases 5 gesteuert wird.

Bei der vorstehend beschriebenen Auslegung ist ein elek­ trischer Widerstand zwischen den Elektroden 2 und 3 äqui­ valent zu dem erhaltenen Wert unter Berücksichtigung jenes des Luftspalts und des Rings 4. Der resultierende Wert nimmt mit zunehmender Entfernung von dem Kriechflächenende 4 b zu. Der kleinste Wert des elektrischen Widerstandes hält man zwischen den Endflächen 3 a und 2 a.

Selbst wenn Atmosphäre in der Nähe der Endfläche 4 b vor­ handen ist, nimmt der elektrische Widerstand mit der Zunahme des Atmosphärendrucks zu, und eine Entladung tritt immer längs der Endfläche 4 b auf, so daß verhindert wird, daß die Entladung an einer Innenseite des Halbleiter ringes 4 auftritt. Hierdurch wird ermöglicht, daß die Gefhr einer Rißbildung im Halbleiterring 4 verhindert wird, und die Standzeit läßt sich mit einer relativ ein­ fachen Auslegungsform verlängern.

Eine weitere Ausführungsform nach der Erfindung ist in Fig. 3 gezeigt, in der gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen wie bei der vorangehenden Aus­ führungsform versehen sind.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 hat die Mittelelektrode 2 eine konische äußere Fläche 2 b, die an der Endfläche 2 a erweitert ist.

Der Halbleiterring 4 hat einen konstanten Innendurchmesser über seine ganze Längsabmessung hinweg gesehen, wie dies mit 4 d bezeichnet ist.

Als Folge hiervon erhält man den kleinsten elektrischen Widerstand des Luftspaltes 6 an der Seite der Endfläche 4 b, so daß immer eine Entladung längs der Endfläche 4 b im wesentlichen auf die gleichen Weise wie bei der voran­ gehenden Ausführungsform auftritt.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm zur Verdeutlichtung des Zusam­ menhanges zwischen einer Größe eines summarischen Abtrags (mm) des Halbleiterringes und der Funkenanzahl, wenn man einer Kerzenprüfung bei einer Temperatur von 20°C, einem Druck von 25 kg/cm² und einer Entladungsenergie von 4 Joule vornimmt.

Die mit Punkten versehenen Markierungen beziehen sich auf die Zündkerze nach Fig. 3, während die Kreuzmarkierung sich auf die entsprechende Auslegung üblicher Bauform nach Fig. 7 beziehen. Wie sich aus dem Vergleich der Kreuzmarkierungen und der Punktmarkierungen ergibt, nimmt die Größe des Verschleißes des Halbleiterrings 4 um mehr als etwa die Hälfte im Vergleich zu der üblichen Ent­ sprechung ab, und man kann in beträchtlicher Weise die Standzeit verlängern.

Es ist noch zu erwähnen, daß der Halbleiterring 4 die konische innere Fläche 4 c im Falle von Fig. 3 hat, und daß diese entsprechend Fig. 5 modifiziert werden kann.

Auch ist noch zu erwähnen, daß der Halbleiterring 4 eine hyperbolische Krümmung an seiner inneren Fläche 4 hat, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist.

Claims (7)

1. . Niederspannungs-Kriechentladungs-Zündkerze, gekennzeichnet durch
   einen äußeren, ringförmigen Metallmantel (11), der eine ringförmige Masseelektrode (3) hat, die mit einem unteren Ende desselben verbunden ist,
   eine ringförmigen Isolator (5), der konzentrisch in dem Metallmantel (11) angeordnet ist, und einen Halb­ leiterring (4) hat, der mit einem unteren Ende des Isola­ tors (5) verbunden ist,
   eine Mittelelektrode (2), die in Längsrichtung in einer inneren Seite des Isolators (5) angeordnet ist und ein untere Ende der Mittelelektrode (2) durch den Halbleiterring (4) verläuft,
   wobei der Halbleiterring (4) eine Kriechentladungs­ fläche an einem unteren Ende bildet, wenn eine Spannung einer gewissen Größe zwischen der Masselektrode (3) und der Mittelelektrode (2) angelegt ist, und
   einen Ringraum (6), der zwischen einen inneren Fläche des Halbleiterrings (4) und einer äußeren Fläche der Mittelelektrode (2) vorgesehen ist, wobei ein Abstand zwischen diesen allmählich ausgehend von der Kriechent­ ladungsfläche (4 b) größer wird.
2. 2. Niederspannungs-Kriechentladungs-Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterring (4) eine konische Innenfläche (4 c) hat, welche im Durchmesser mit zunehmender Entfernung von der Kriechentladungsfläche (4 b) größer wird.
3. 3. Niederspannungs-Kriechentladungs-Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelelektrode (2) eine konische äußere Fläche (2 a) hat, welche in ihrem Durchmesser allmählich mit zu­ nehmender Entfernung von der Kriechentladungsfläche (4 b) kleiner wird.
4. 4. Niederspannungs-Kriechentladungs-Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Halbleiterring (4) eine konische innere Fläche (4 c) hat, welche allmählich mit zunehmender Entfernung von der Kriechentladungsfläche (4 b) im Durchmesser größer wird, während die Mittel­ elektrode (2) eine konische äußere Fläche (2 a) hat, die allmählich mit zunehmender Entfernung von der Kriechent­ ladungsfläche (4 b) im Durchmesser kleiner wird.
5. 5. Niederspannungs-Kriechentladungs-Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Halbleiterring (4) aus einem Sintergemisch aus Aluminumoxid und Siliciumcarbid her­ gestellt durch Heißpressen besteht.
6. 6. Niederspannungs-Kriechentladungs-Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mittel- und Masseelektrode (2, 3) jeweils aus einer funkenkorrosionsbeständigen Legierung auf Wolframbasis hergestellt sind.
7. 7. Niederspannungs-Kriechentladungs-Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Halbleiterring (4) eine konische innere Fläche (4 c) hat, die in Form einer hyperbolischen Krümmung konturiert ist.