DE4203250A1 - Silber-nickel-verbundwerkstoff fuer elektrische kontakte und elektroden - Google Patents
Silber-nickel-verbundwerkstoff fuer elektrische kontakte und elektrodenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Silber-Nickel-Verbundwerkstoff
für elektrische Kontakte und Elektroden, insbesondere für Zünd
kerzenelektroden.
Ein derartiger Silber-Nickel-Verbundwerkstoff in Form eines
Silber-Nickel-Faserverbundes für Elektroden sowie ein Verfahren
zu seiner Herstellung sind aus der DE-OS 25 08 490 bekannt. Ein
Fertigungsverfahren für Silber-Nickel-Faserverbundwerkstoffe ist
weiterhin auch der DE-OS 22 59 636 zu entnehmen.
Aus der DE-OS 32 13 481 ist es weiterhin bekannt, einen
Verbundwerkstoff aus zwei spiralförmig aufgewickelten Silber
legierungsschichten zu bilden, indem nach dem spiralförmigen
Aufrollen der Werkstoff in einem Rohr angeordnet und zu einem
Draht stranggepreßt bzw. gezogen wird.
Wenn derartige Verbundwerkstoffe für elektrische Kontakte
und Elektroden, insbesondere Zündkerzenelektroden, verwandt
werden, dann besteht aufgrund der Tatsache, daß Silber sauer
stoffdurchlässig ist, die Gefahr, daß die von der Silberkompo
nente umgebene Nickelkomponente insbesondere in eine Silberma
trix eingebettete Nickelfasern chemischen Angriffen ausgesetzt
sind. Das ist insbesondere bei der Verwendung derartiger Silber-
Nickel-Verbundwerkstoffe zur Bildung von Zündkerzenelektroden
der Fall, die chemischen Angriffen in den Brennräumen ausgesetzt
sind. Das setzt die Lebens- oder Laufdauer der entsprechenden
Zündkerzen herab.
Da aufgrund der Zunahme der elektronischen Komponenten in
Kraftfahrzeugen und den Auflagen für den Umweltschutz der Bau
raum im Motorbereich immer stärker begrenzt ist und somit die
Wartung im Motorbereich sehr aufwendig geworden ist, ist es
erwünscht, möglichst selten einen Austausch der Zündkerzen oder
Zündkontakte vornehmen zu müssen. Gleiches gilt auch für Bio-
und Gasmotoren, deren Zündkerzen lange Laufzeiten bei sehr hohen
Belastungen haben sollen, die in der Regel nur Platinzündkerzen
bzw. mit Platinmetallen oder Platinlegierungen bestückte Elek
troden haben können.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher
darin, einen Silber-Nickel-Verbundwerkstoff der eingangs genann
ten Art zu schaffen, der eine höhere Lebensdauer der aus ihm
gebildeten elektrischen Kontakte und Elektroden und der mit
diesen Kontakten und Elektroden bestückten Einrichtungen, bei
spielsweise Zündkerzen, erlaubt.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß
die Silberkomponente aus einer sauerstoffundurchlässigen Silber
legierung besteht.
Bei dem erfindungsgemäßen Silber-Nickel-Verbundwerkstoff
werden somit Sauerstoffangriffe auf die Nickelkomponente, ins
besondere auf Nickelfasern in einer Silbermatrix verhindert, so
daß sich eine höhere chemische Beständigkeit ergibt und der
erfindungsgemäße Silber-Nickel-Verbundwerkstoff als Elektroden
material für Kontakte und Elektroden mit hoher Lebensdauer ge
eignet ist.
Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Silber-Nickel-Verbund
werkstoffes für Zündkerzenelektroden ergibt sich darüber hinaus
ein gutes Abbrandverhalten, so daß Zündkerzen mit derartigen
Elektroden eine lange Lebensdauer haben.
Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
des erfindungsgemäßen Silber-Nickel-Verbundwerkstoffes sind Ge
genstand der Patentansprüche 2 bis 8.
Bei dem erfindungsgemäßen Silber-Nickel-Verbundwerkstoff
kann insbesondere die Nickelkomponente aus Nickelfasern mit ca.
1000 Fasern pro mm2 Querschnitt bestehen, die in eine Silber
matrix eingelagert sind. Grundsätzlich ist eine hohe Anzahl von
Fasern pro Querschnittsflächeneinheit wichtig, die ausreichend
dünn sind, damit sich der Verbund aufgrund der unterschiedlichen
Wärmedehnung nicht auseinander sprengt.
Es ist weiterhin möglich, wechselweise Silber- und Nickel
bleche spiralförmig aufzurollen und anschließend zu runden Dräh
ten mit dünnen Schichten zu reduzieren, so daß im Querschnitt
Silber- und Nickelbereiche einander abwechseln. Weiterhin können
abwechselnd Silber- und Nickelrohre ineinandergesteckt sein und
zu einem festen Verbundwerkstoff mit dünnen Schichten reduziert
werden. Es ist schließlich auch möglich, anstelle von Nickelfa
sern Nickelrohre zu verwenden, die in eine Silbermatrix einge
bettet werden und mit den Elektronenaustritt begünstigenden
Füllstoffen, d. h. mit Füllstoffen gefüllt sind, die die Aus
trittsarbeit absenken, und so nachbearbeitet werden, daß Nickel
als dünne Faser vorliegt. Derartige Füllstoffe können Metall
oxide oder Halbleitermaterialien sein. Der in dieser Weise ge
bildete Verbundwerkstoff kann durch mehrfaches spanloses Umar
beiten in eine gewünschte Drahtform als Ausgangsmaterial für die
Mittel- oder Körperelektroden von Zündkerzen in Rund- oder Pro
filform gebracht werden.
Wenn die Mittel- und/oder Körperelektroden von Zündkerzen
aus einem derartigen Verbundwerkstoff bestehen, ergeben sich
durch Spitzenwirkung und Feldverzerrung (Silber unmagnetisch,
Nickel magnetisch) sehr niedrige Ansprechspannungen, was Kalt
starts erleichtert. Der gleichmäßige Abbrand über den Quer
schnitt, verglichen mit Elektroden, die nur aus Silber oder nur
aus Nickel bestehen und an den Kanten abbrennen, ermöglicht in
Verbindung mit der chemischen Beständigkeit der Elektroden eine
lange Lebensdauer der Zündkerze.
Die Sauerstoffdichte Silberlegierung, aus der gemäß der
Erfindung die Silberkomponente besteht, enthält vorzugsweise
Silizium- oder Zinnzusätze oder Zusätze von Materialien mit ähn
licher Wirkung, d. h. einer Wirkung, die die Silberlegierung
sauerstoffdicht macht, wobei insbesondere 0,05 bis 0,3 Gew.-%
Silizium, vorzugsweise 0,3 Gew.-% Silizium, oder mehr als
2 Gew.-% Zinn zugesetzt sind.
Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein
besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher
beschrieben.
Die einzige Figur zeigt eine Teilschnittansicht einer Zünd
kerze.
Die in der Zeichnung dargestellte Zündkerze besteht übli
cherweise aus einem Isolator 1, einem Körperteil 2, einer Mit
telelektrode 3, einer Glaseinschmelzung 4 und einer Körperelek
trode 5. Zwischen der Körperelektrode 5 und der Mittelelektrode 3
besteht die Funkenstrecke 6.
Der Werkstoff für die Mittelelektrode 3 und die Körperelek
trode 5 ist ein Silber-Nickel-Verbundwerkstoff z. B. aus einer
sauerstoffundurchlässigen Silberlegierungsmatrix und eingela
gerten Fasern aus einer Nickellegierung, die bei Zündkerzen
üblich ist, oder aus konzentrischen Ringen oder spiralig gewic
kelten Blechen aus abwechselnd einer sauerstoffundurchlässigen
Silberlegierung und einer üblichen Nickellegierung. Elektroden
aus dem erfindungsgemäßen Silber-Nickel-Verbundwerkstoff können
in Kombination mit marktüblichen Gegenelektroden aus Nickel, aus
einem Nickelmantel und Kupferkern, aus Vollsilber, mit Platin
bestückt oder aus einem Silbermantel, Kupferkern und Trenn
schicht verwandt werden.
Beispielsweise kann der erfindungsgemäße Silber-Nickel-Ver
bundwerkstoff aus 20-80% Ni bzw. Ni-Legierung und dem sauer
stoffundurchlässigen Silber bei 100 bis 6000 Fasern aus Nickel
(Nickellegierung) pro mm2 bestehen. Eine bevorzugte Nickellegie
rung enthält 0,3 Gew.-% Mg und 1-4 Gew.-% Si, wobei auch ande
re Legierungen wie z. B. Inconel 601 oder Nickel mit einem Chrom
anteil usw. verwandt werden können.
Der erfindungsgemäße Silber-Nickel-Verbundwerkstoff kann
auch zur Bildung von elektrischen Kontakten verwandt werden,
wobei diese aus dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff als Voll
material bestehen oder mit aufgeschweißten Scheiben aus dem
erfindungsgemäßen Verbundmaterial versehen sein können, wobei in
diesem Fall der Trägerwerkstoff auch Kupfer oder Stahl sein
kann, da er den Verhältnissen im Motorbrennraum nicht ausgesetzt
ist.
Wenn statt Nickelfasern mit die Ansprechspannung absenken
den Stoffen gefüllte Nickelrohre in die Silbermatrix eingebettet
sind, so werden als Füllstoffe Metalloxide und Halbleiter ver
wandt, die den Brennraumbedingungen standhalten.
Es wurde eine Zündkerze mit einer Mittelelektrode aus dem
erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff im Dauerbetrieb geprüft,
wobei sich zeigte, daß die Ansprechspannung über 300 Stunden
Dauerlauf nahezu gleich geblieben ist (weniger als 10% Änderung).
Der minimale Abbrand war verglichen mit anderen Elektro
denmaterialien gleichmäßiger über die ganze von Funken bestri
chene Zündfläche, die Kanten waren gegenüber dem Abbrand wesent
lich stabiler.
Der erfindungsgemäße Silber-Nickel-Verbundwerkstoff ist der
Mengenfertigung zugänglich, die Glaseinschmelzung einer Mittel
elektrode aus diesem Verbundwerkstoff ist mit marktüblichen
langlebensdauerbeständigen Widerstands-Einschmelzgläsern unter
Luftsauerstoff möglich, wobei die Nickelfasern die notwendige
mechanische und thermische Stabilität geben.
Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff wird nur minimal
chemisch angegriffen, so daß sich lange Standzeiten ergeben. Die
niedrige Ansprechspannung erlaubt größere Elektrodenabstände.
Es ist darüber hinaus möglich, je nach Art der zu befürch
tenden chemischen Angriffe, der Silberkomponente weitere Zusät
ze, beispielsweise Zusätze gegen Schwefelangriffe wie z. B. Pal
ladium zuzugeben.
Der Silber-Nickel-Faserverbundwerkstoff kann auch nur in
oder an üblichen Mittel- und/oder Körperelektroden als An- oder
Einsatz beim zündseitigen Ende angebracht werden.
Claims (8)
1. Silber-Nickel-Verbundwerkstoff für elektrische Kontakte und
Elektroden, insbesondere für Zündkerzenelektroden, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Silberkomponente aus einer sauerstoffun
durchlässigen Silberlegierung und die Nickelkomponente aus Nic
kel oder einer Nickellegierung besteht.
2. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Silberlegierung Silizium oder Zinn enthält.
3. Verbundwerkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Silberlegierung 0,05-0,3 Gew.-% Silizium enthält.
4. Verbundwerkstoff nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich
net, daß die Silberlegierung mehr als 2 Gew.-% Zinn enthält.
5. Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Nickelkomponente aus 100-6000
Nickelfasern pro mm2 besteht, die in eine Matrix der Silberle
gierung eingelagert sind.
6. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Nickelkomponente aus Nickel- oder Nik
kellegierungsrohren besteht, die mit einem die Austrittsarbeit
senkenden Material gefüllt und in einer Silbermatrix eingelagert
und so nachbearbeitet sind, daß Nickel als dünne Faser vorliegt.
7. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß abwechselnd Silber- und Nickelrohre inein
ander angeordnet und durch Verformung auf dünne Schichten redu
ziert sind.
8. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Silber-Nickel-Blechverbund spiralförmig
aufgewickelt und zu einem Verbund mit dünnen Schichten reduziert
ist.
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