DE4142982A1 - Elektrisch leitendes bauelement und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisch leitendes Bauele­ ment, insbesondere ein Elektrodenelement, eine Zündkerze, eine elektrische Durchführung oder ein Widerstandselement und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Derartige herkömmliche Bauelemente bestehen aus einem von einer Innenbohrung durchsetzten, keramischen Isolator und einer Mittelelektrode, wobei die Mittelelektrode mit Kitt, Klebstoff, Harz usw. in der Bohrung des Isolators befestigt ist. Das hat den Nachteil, daß die Isolator-Elek­ troden-Verbindung ungenügende mechanische Festigkeit (Tor­ sion, Ausziehwerte) aufweist. Ferner erfüllen solche Ver­ bindungen nicht die Anforderung bezüglich Temperaturfestig­ keit. Die Herstellung ist zudem sehr kostenintensiv, da kittverschmierte Teile gereinigt werden müssen und das Ab­ wasser durch Kittmehl verunreinigt wird, wodurch ein Absatz­ becken erforderlich wird.

Die Herstellung von derartigen Bauelementen ist in dieser Form nicht automatisierbar und weist eine geringe Fertigungssicherheit auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges, elektrisch leitendes Bauelement, insbesondere ein Elektro­ denelement, eine Zündkerze, eine elektrische Durchführung oder ein Widerstandselement zur Verfügung zu stellen, das die Anforderungen hinsichtlich mechanischer Festigkeit und Einstellbarkeit seiner elektrischen Parameter, insbesondere seines Widerstandes, sowie der Temperaturbeständigkeit er­ füllt.

Durch die Erfindung wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelementes geschaffen.

Dazu ist das erfindungsgemäße elektrisch leitende Bau­ element dadurch gekennzeichnet, daß die Glaseinschmelzung aus einem vorgepreßten und vorgesinterten Glasgranulatteil gebildet ist.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 5 angegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem im Isolator wenigstens eine Bohrung vorgesehen wird und die beiden Lei­ terteile in der Bohrung über eine Glaseinschmelzung verbun­ den und fest angeordnet werden, ist dadurch gekennzeichnet, daß für die Glaseinschmelzung ein vorgepreßter und vorgesin­ terter Glasgranulatteil zwischen den Leiterteilen in der Bohrung angeordnet wird, die dadurch gebildete Anordnung annähernd auf die Schmelztemperatur des Glasgranulatteils erwärmt wird, die Leiterteile gegeneinander gepreßt werden, wodurch ein elektrischer Kontakt zwischen den Leiterteilen hergestellt wird, und danach die in dieser Weise erzeugte Glaseinschmelzung im Isolator erkalten gelassen wird.

Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel des er­ findungsgemäßen Verfahrens ist Gegenstand des Patentan­ spruchs 7.

Der zur Glaseinschmelzung verwendete Glasgranulatteil kann verschiedene elektrische Zeitfähigkeiten aufweisen. Für eine Zündelektrodenvorrichtung, z. B. eine Zündkerze, wird im allgemeinen ein elektrisch gut leitendes Glas verwendet.

Es ist durch die Verwendung von niederohmigem bzw. hochohmigem Widerstandsglas auch möglich, ein elektrisches Widerstandselement zwischen den beiden Leiterteilen vorzuse­ hen, wenn beim mechanischen Gegeneinanderdrücken der beiden Leiterteile ein bestimmter Abstand bleibt, der mit Glasgra­ nulat gefüllt ist.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Zündelektrode im eingeschmolzenen Zustand,

Fig. 2 einen Glaswiderstand in einem Keramikrohr,

Fig. 3 eine Zündelektrode mit Absatz in der Bohrung,

Fig. 4 einen Keramikblock mit zwei Bohrungen,

Fig. 5 einen zwischen die Leiterteile eingeschmolzenen Halbleiter,

Fig. 6 eine Widerstandseinrichtung bei einer Stahlman­ telzündkerze,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung des Leiters und des Isolators vor der Glaseinschmelzung.

In Fig. 1 ist eine Zündelektrode mit glatter Bohrung dargestellt. Sie umfaßt einen Isolator 1, eine zweiteilige Mittelelektrode 2, 4 und eine Glaseinschmelzung 3. Die Glas­ einschmelzung dient dazu, die beiden Elektrodenteile elek­ trisch miteinander zu verbinden und im Isolator 1 zu befe­ stigen und ist aus einem vorgepreßten und vorgesinterten Glasgranulatteil gebildet. Der Abstand zwischen den beiden Elektrodenteilen 2, 4 ist variierbar. Je nach Größe des Abstandes und Art des verwendeten Glases (positiver oder negativer Temperaturkoeffizient, spezifischer Widerstand) erhält man verschiedene Widerstandswerte zwischen den Elek­ trodenteilen 2, 4. Insbesondere können sich die Elektroden­ teile berühren. In diesem Fall stellt die Glaseinschmelzung keinen Widerstand dar. Man kann ferner durch die Verwendung von hochleitfähigem Glas einen niederohmigen Durchgang (< 100 mΩ) erzeugen. Durch die Verwendung von hochohmigem Glas lassen sich hochbelastbare, hochspannungsfeste Wider­ stände mit geringer Induktivität und, wegen der genauen Dosierungsmöglichkeit des Glases, geringer Widerstandsstreu­ ung herstellen. Es lassen sich so Zündelektroden mit Ent­ stör- oder Abbrandwiderstand herstellen. Typisch verfügbare Werte wären z. B. 1 oder 5 kΩ für 25 W Dauerlast (⌀ 2 mm Anschlußteile, ⌀ 6 mm Keramikrohr-Außendurchmesser, Keramiklänge 50 mm). Sowohl niederohmige als auch mit Entstörwiderstand versehene hoch­ ohmige Zündelektroden finden Anwendung bei Öl- und Gasbren­ nern.

Fig. 2 stellt gemäß einer der bevorzugten Ausführungen der Erfindung einen Glaswiderstand 6 in einem Isolator (Ke­ ramikrohr) dar, der durch die Glaseinschmelzung gebildet ist.

Fig. 3 und 4 zeigen spezielle Ausführungen des erfin­ dungsgemäßen Bauelements. In Fig. 3 ist die Bohrung mit einer Schulter 7 versehen, an der ein an einem Ende mit einem breiteren Kopf 8 versehenes Leiterteil zur Auflage gebracht ist. Der Isolator in Fig. 4 weist zwei Leiter- bzw. Elektrodenbohrungen 9, 10 mit entsprechenden Leitern auf.

Fig. 5 zeigt eine weitere besondere Ausführungsart, bei der zwischen die Elektrodenteile 2, 4 ein keramischer Halb­ leiter 5 (Widerstand, Varistor) eingeschmolzen ist.

Fig. 6 zeigt eine Widerstandseinschmelzung 6a einer Stahlmantelzündkerze (voll geschirmte Zündkerze).

Bei sämtlichen Ausführungen ist es vorteilhaft, die (metallischen) Elektrodenteile oberflächlich anzurauhen, zu rändeln, zu kordeln oder auch mit Grat abzuhauen oder hin­ tergriffig unrund zu drücken. Hierdurch werden mechanische Ausziehwerte, z. B. bei ⌀ 2 Metallstiften, von bis zu 1600 N erreicht. Die Metallteile können vor dem Einschmelzen bereits außerhalb des Isolators bearbeitet, z. B. gebogen oder mit Spitze versehen sein. Ebenso können spezielle An­ schlußteile montiert sein, soweit sie der Einschmelztempe­ ratur standhalten. Fertigungsgünstig und kostengünstig sind Drahtbiegeteile mit hintergriffigen Anprägungen verwendbar. Die Elektroden oder Anschlußteile können anschließend weiter bearbeitet werden, z. B. außerhalb des Isolators gebogen, angespitzt oder mit weiteren Teilen verbunden werden.

Anhand von Fig. 7 wird das Verfahren zur Herstellung eines Bauelements, insbesondere einer Zündelektrode gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung erläutert. Das Verfahren besteht aus den folgenden Schritten:

• - Im Isolator 1 wird eine Bohrung vorgesehen,
• - in die Bohrung wird ein Leiterteil 2 eingefügt,
• - in die Bohrung wird ein vorgesintertes und vorgepreß­ tes Glasgranulatteil 11 eingefügt,
• - dann wird von der anderen Seite der Bohrung das zwei­ te Leiterteil 4 eingefügt,
• - die Anordnung wird nun annähernd auf die Schmelztem­ peratur des Glases gebracht und die Leiter- bzw. Elektroden­ teile 2 und 4 werden mechanisch gegeneinander gepreßt, wo­ durch das Glas 11 verformt wird und in den Spalt zwischen dem Isolator 1 und den Leiter- bzw. Elektrodenteilen 2 und 4 fließt und den elektrischen Kontakt zwischen den Leiter­ teilen 2, 4 herstellt. Nach Erkalten sind die Leiter- bzw. Elektrodenteile durch das Glas elektrisch miteinander ver­ bunden und im Isolator festgehalten. Bei der Ausbildung einer Bohrung mit Schulter im Isolator kann der Glasgranu­ latteil für die Glaseinschmelzung von der Seite des Boh­ rungsteils mit großem Durchmesser eingeführt werden.

Durch den Einsatz des Sinterformglases 3 ersetzt man aufwendige Dosiereinrichtungen für pulverförmiges Glasgranu­ lat. Damit bietet das Verfahren auch Vorteile bei der Her­ stellung von Zündkerzen, deren Mittelelektrode aus zwei Teilen besteht (siehe Fig. 6). Das herkömmliche Verfahren zur Verbindung dieser Teile beinhaltet die Einschmelzung von pulverförmigen Glasgranulat. Beim Einfüllen dieses Glasgra­ nulats müssen besondere Maßnahmen zum Schutz der Isolier­ strecke getroffen werden, da das Glasgranulat leitfähige Spuren hinterlassen kann. Auf diese Schutzmaßnahmen kann bei der Verwendung eines vorgesinterten, vorgepreßten Glasgranu­ latteils verzichtet werden, da dieses kaum leitfähige Spuren an der Isolator-Isolierstrecke hinterläßt.

Durch eine entsprechende Abstimmung der verwendeten Werkstoffe (in der Wärmeausdehnung dem Glas angepaßtes Me­ tall für die Leiter- bzw. Elektrodenteile) lassen sich in dieser Weise auch elektrische Durchführungen herstellen, die bis 450°C vakuum- und druckdicht sind.

Claims (7)

1. Elektrisch leitendes Bauelement, insbesondere Elek­ trodenelement, Zündkerze, elektrische Durchführung oder Widerstandselement mit einem Isolator und wenigstens einem durch den Isolator hindurchführenden Leiter, der aus wenig­ stens zwei Teilen besteht, die durch eine Glaseinschmelzung miteinander verbunden und im Isolator fest angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Glaseinschmelzung (3) aus einem vorgepreßten und vorgesinterten Glasgranulatteil ge­ bildet ist.

2. Elektrisch leitendes Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator eine glatte Bohrung (12) aufweist, durch die der Leiter (2, 3, 4) führt.

3. Elektronisch leitendes Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator eine Bohrung mit Schulter (7) aufweist, an der ein an einem Ende mit einem breiteren Kopf (8) versehenes Leiterteil zur Auflage ge­ bracht ist.

4. Elektrisch leitendes Bauelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator zwei Boh­ rungen (9, 10) mit entsprechenden Leitern aufweist.

5. Elektrisch leitendes Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Leiterteilen (2, 4) ein keramischer Halbleiter (5) oder Varistor eingeschmolzen ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Bauelements nach Anspruch 1, bei dem im Isolator wenigstens eine Bohrung vorgesehen wird und die beiden Leiterteile in der Bohrung über eine Glasein­ schmelzung verbunden und fest angeordnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß für die Glaseinschmelzung ein vorgepreßter und vorgesinterter Glasgranulatteil zwi­ schen den Leiterteilen in der Bohrung angeordnet wird, die dadurch gebildete Anordnung annähernd auf die Schmelztempe­ ratur des Glasgranulatteils erwärmt wird, die Leiterteile gegeneinander gepreßt werden, wodurch ein elektrischer Kon­ takt zwischen den Leiterteilen hergestellt wird, und danach die in dieser Weise erzeugte Glaseinschmelzung im Isolator erkalten gelassen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Isolator eine Bohrung mit Schulter vorgesehen wird und zur Bildung der Glaseinschmelzung der Glasgranulatteil von der Seite des Bohrungsteils mit großem Durchmesser ein­ geführt wird.