DE4331269C2 - Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze mit Gleitfunkenstrecke und nach den Verfahren hergestellte Zündkerzen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze mit Gleitfunkenstrecke und nach den Verfahren hergestellte ZündkerzenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung einer
Zündkerze nach der Gattung der unabhängigen
Verfahrensansprüche und nach den Verfahren hergestellte
Zündkerzen.
Zündkerzen mit einer Gleitfunkenstrecke weisen gegenüber
Zündkerzen mit ausschließlich Gasfunkenstrecken bei gleichem
Elektrodenabstand deutlich niedrigere Zündspannungen auf.
Nachteilig sind jedoch hohe Durchbruchentladungen, die zu hohen
Temperaturen im Bereich der Gleitbahn der Keramik der
Zündkerze führen. Die einsetzbaren Materialien zur Herstellung
einer derartigen Zündkerze sind deshalb auf
hochtemperaturfeste Stoffe, zum Beispiel Al₂O₃ und
hochschmelzende Metalle und Legierungen eingeschränkt.
Zur Einleitung der Zündung ist es erforderlich, die
Funkenbildung zu erleichtern und den Kontakt des Funkens mit
dem zu zündenden Gas zu erhöhen. Der Wirkungsgrad einer
Zündkerze entspricht dem Quotienten Eab/Ezu der an das zu
zündende Gemisch abgegebenen Energie zu der der Zündkerze
zugeführten Energie. Eine Zündkerze weist dann einen hohen
Wirkungsgrad auf, wenn von der Energie des Funkens wenig
Wärmeenergie über die massiven, kalten und gut wärmeleitenden
Elektroden abgeführt wird.
Aus der US-PS 1 415 668 ist es bekannt, in die Grenzfläche des
Kerzensteins zum Zündgemisch Metallpfosten, die gegeneinander
isoliert sind, einzubringen. Nachteilig hierbei ist das
aufwendige Verfahren zur Einbringung der Metallpfosten, die
unbefriedigenden Möglichkeiten zur Miniaturisierung und die
unbefriedigende Ausnutzung der dielektrischen Eigenschaften
des Kerzensteinmaterials zur Steigerung des Wirkungsgrades.
Aus der WO 87/07094 ist eine Zündkerze bekannt, bei der die
Gleitfunkenstrecke auf einem hochdielektrischen Stoff, der
sich auf dem Kerzenstein befindet, verläuft. Der Nachteil
dieser Zündkerze besteht darin, daß der Funken zwischen
Mittel- und Masseelektrode einen verhältnismäßig langen
Abstand überwindet.
Aufgabe der Erfindung ist es, Verfahren zur Herstellung von
Zündkerzen anzugeben, mit denen sich Zündkerzen
wirtschaftlicher fertigen lassen. Ein weiterer Aspekt ist die
Verringerung der Zahl von Fertigungsschritten bei gleichzeitig
verbesserter Haltbarkeit der Zündkerzen mit noch geringerem
Materialeinsatz sowie die Verwendung von geringsten Mengen
teuren Materials.
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäßen Verfahren mit
den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen
Verfahrensansprüche 1, 4, 6, 7 und 8 gelöst. Durch die
Verfahren zur Aufbringung von gegeneinander isolierten
leitfähigen Inseln auf die Oberflächenzonen des Kerzensteins
und die isolierenden Zwischenräume erreicht man eine
Verlängerung der Gleitfunkenstrecke und damit des
Elektrodenabstandes (Hochspannungselektrodenabstands) bei
gleicher Zündspannung. Die Wärmeableitung an den Fußpunkten
des Funkens bzw. des Flammenkerns wird verringert und durch
ein Übergreifen der Funkenbildung von den Zwischenräumen der
leitfähigen Inseln auf die Einhüllende der Gleitfunkenstrecke
vergrößert sich die Kontaktfläche des Flammenkerns zum
unverbrannten Gemisch.
Ein Verfahren zur Aufbringung der Inseln in Dickschichttechnik
erlaubt eine kostengünstige Herstellung aller leitfähigen
Inseln in einem Schritt. Ein Verfahren gemäß Anspruch 4 kann
am grünen oder vorgeglühten Kerzenstein erfolgen, wobei das
Material der leitfähigen Inseln mit der Keramik des
Kerzensteins chemisch verbunden wird. Alternativ kann durch
Laseranwendung gemäß Anspruch 6 ein Auflegieren der
leitfähigen Inseln auf dem Kerzenstein ausgeführt werden,
wobei gegebenenfalls die Strukturierung der Muster möglich
ist. Mit einem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Anspruch 7
ist die Verstärkung der Inseln auf dem Kerzenstein auch dann
noch möglich, wenn die Inseln sehr nahe beieinander sind oder
sehr geringe Abmessungen aufweisen. Durch die Gestaltung der
leitfähigen Inseln auf einem Isolatorplättchen gemäß Anspruch
8, beispielsweise auf einem isolierenden Keramikplättchen, das
auf den Kerzenstein aufgebracht wird, läßt sich die
Gleitfunkenstrecke preisgünstig und einfach gestalten. Es
können so verschiedene Keramiken mit unterschiedlich großer
Dielektrizitätskonstante verwendet werden, wobei auch teurere
Keramiken einsetzbar
sind, solange kleine Materialmengen gebraucht werden. Ferner
ist eine Fertigung der leitfähigen Inseln abgetrennt
vornehmbar und die Haftung der Inseln auf dem Isolator kann
gegebenenfalls durch eine Zwischenschicht gesteigert werden.
Durch die in den abhängigen Verfahrensansprüchen aufgeführten
Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und
Verbesserungen der in den unabhängigen Verfahrensansprüchen
angegebenen Herstellungsverfahren einer Zündkerze möglich. Die
Geometrie der Inseln wird so bemessen, daß
diese durch den Funken während der Bogen- oder Glimmphase stark auf
geheizt werden, jedoch nicht erweichen oder schmelzen und die Energie
des Zündfunkens nahezu vollständig an das Brennstoffgemisch abgegeben
wird. Die Schichtdicke beziehungsweise Höhe der Inseln kann von 10
bis 1000 µm betragen, vorzugsweise 20 bis 500 µm. Der für die Ent
flammung optimale Elektrodenabstand wird bei 3 bis 4 mm verwirklicht.
Durch die Wahl des Zwischenraums wird die Einstellung der Zünd
spannung Ui zwischen zwei leitfähigen Inseln problemlos ermöglicht.
Eine einfache Verbindung zwischen den leitfähigen Inseln durch Kon
taktierung mit den Kerzenelektroden am Rand des Kerzensteins kann er
folgen. Eine Reihenschaltung einer Funkenstrecke aus einer Gleit
funkenstrecke mit leitfähigen Inseln und einer Gasfunkenstrecke,
beziehungsweise der Einsatz mit einer in Reihe mit der Hochspannungs
kippdiode (Zündkerze), verbessert die Nebenschlußempfindlichkeit der
Elektroden durch Rußablagerungen. Die leitfähigen Inseln werden aus
hochschmelzenden, erosions- und korrosionsfesten, metallischen oder
leitfähigen keramischen Werkstoffen hergestellt. Durch ein oder zwei
Gasfunkenstrecken und eine verlängerte Gleitfunkenstrecke mit leit
fähigen Inseln kann der Abbrand der Elektroden reduziert und die
Lebensdauer der Zündkerze verlängert werden.
Fig. 1 zeigt Schnitt und Aufsicht für eine Zündkerze, Fig. 2 zeigt
Muster zur Beschichtung der Gleitfunkenstrecke mit leitfähigen
Stoffen, Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine Zündkerze mit
radialer Gleitfunkenstrecke, Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch
eine Zündkerze mit gekrümmter Gleitfunkenstrecke, Fig. 5 zeigt einen
Querschnitt durch eine Zündkerze ohne Gasfunkenstrecke, Fig. 6 zeigt
einen Schnitt a und eine Aufsicht b einer Zündkerze mit Punktbe
schichtung der Gleitfunkenstrecke, Fig. 7 zeigt einen Schnitt
a und eine Aufsicht b einer sternförmigen Bedeckung der Kerzenstein
oberfläche, Fig. 8a zeigt einen Schnitt und Fig. 8b eine Aufsicht
auf eine Zündkerze mit einem inselbeschichtetem Isolatorplättchen auf
dem Kerzenstein, Fig. 9 zeigt eine Zündkerze mit Gleitfunkenstrecke,
Gasfunkenstrecke und herausgehobenen leitfähigen Inseln mit defi
nierter Wärmekapazität und Fig. 10a und Fig. 10b zeigen je einen
Schnitt durch eine Zündkerze mit Gleitfunkenstrecke und Gasfunken
strecke.
Fig. 1 zeigt links halbseitig eine Seitenansicht und rechts einen
Halbschnitt durch eine erfindungsgemäße Zündkerze 10. In den Brenn
raum 20 eines Verbrennungsmotors ragt die Spitze der Mittelelektrode
21, das Gehäuse als Masseelektrode 12, der Kerzenstein 13, sowie eine
Funkenstrecke aus Gleitfunkenstrecke 14 mit leitenden Inseln 16 auf
dem Kerzenstein 13 und Gasfunkenstrecke im Luftspalt 15. Die Zünd
kerze 10 wird mit dem Außengewinde 22 des Endabschnitts 23 einge
schraubt. Zum Einschrauben dient ein Schlüsselsechskant 24 am Zünd
kerzengehäuse 25. Ein Anschlußstück 26 vermittelt den Kontakt des
nicht dargestellten Zündkerzensteckers mit der Mittelelektrode 11.
Innerhalb der Durchgangsbohrung 29 sitzt der Anschlußbolzen 27. Der
Anschlußbolzen 27 und die Mittelelektrode 11 sind durch eine
elektrisch leitfähige Glasschmelzflußmasse 28 leitend miteinander
verbunden.
Fig. 2 zeigt sechs verschiedene Muster zur regelmäßigen Beschichtung
der Gleitfunkenstrecke 14 einer Zündkerze 10 mit leitfähigen Inseln
16. Unter Beschichtung wird das Vorhandensein von Inseln 16 ver
standen. Die Muster sind bei gekrümmten Oberflächen des Kerzensteins
13 in die planare Darstellung abgewickelt worden. Fig. 2a zeigt
ein dreispaltiges Punktmuster mit dem Punktdurchmesser d und einen
Ausschnitt mit eingezeichneten Zündspannungen Ui = Uj zwischen
den einzelnen leitfähigen Inseln 16. Die Zündspannungen Ui be
ziehungsweise Uj liegen für alle Muster zwischen minimal 1 bis zu
maximal 5 Kilovolt.
Fig. 2b zeigt ein dreispaltiges Quadratmuster der Seitenlänge a und
einen Ausschnitt mit den einzelnen Zündspannungen zwischen den Inseln
16, wobei Ui verschieden von Uj ist. Fig. 2c zeigt ein ein
spaltiges Rechteckmuster mit einem Länge : Breite-Verhältnis von b : c =
25 : 7. Fig. 2d zeigt ein sechseckiges Wabenmuster der Kantenlänge a.
Fig. 2e zeigt ein Muster mit gleichschenkligen Dreiecksinseln 16 der
Seitenlänge a bei dem das Muster verschiedene Untermuster aufweist.
Fig. 2f zeigt ein elliptisches Muster mit Halbachsenverhältnis e : f
und einer Aufteilung des Musters auf die Länge l der ebenen Gleit
funkenstrecke 14. Auch andere Muster für die Bedeckung die durch
Kombinationen dieser Muster entstehen sind möglich.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch das brennraumseitige Ende einer
Zündkerze 10 mit Mittelelektrode 11, Masseelektrode 12 und Kerzen
stein 13. Die radiale Funkenstrecke der Länge l+m der Zündkerze um
faßt die Gleitfunkenstrecke 14 mit der Länge l und die Gasfunken
strecke 15 mit der Länge m. Typische Abmessungen, die allgemein, das
heißt nicht nur für dieses Beispiel gelten, liegen bei 0,1 bis 1,0
Millimeter für eine Gasfunkenstrecke 15 und bei 0,5 bis 5,0 Milli
meter für eine Gleitfunkenstrecke 14. Die Gleitfunkenstrecke 14 ist
in der Oberflächenzone des Kerzensteins 13 mit einem Muster aus leit
fähigem Stoff 16 vergütet. Die Abmessungen sind nur im Fall einer
radialen Anordnung direkt addierbar und müssen ansonsten durch Ver
such ermittelt werden, gelten aber auch für die in den folgenden
Figuren gezeigten Beispiele der Erfindung.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch das brennraumseitige Ende einer
Zündkerze 10 mit Mittelelektrode 11, Masseelektrode 12 und Kerzen
stein 13. Im Unterschied zu Fig. 3 ist die Gleitfunkenstrecke 14
gekrümmt ausgeführt.
Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch das brennraumseitige Ende einer
Zündkerze 10 mit gekrümmter Gleitfunkenstrecke 14 definierter Länge l
ohne Gasfunkenstrecke 15, sowie abgewinkelter Masseelektrode 12.
Fig. 6a zeigt einen Schnitt durch das brennraumseitige Ende einer
Zündkerze 10 mit sehr kleiner Gasfunkenstrecke 15 und punktförmigen
leitfähigen Inseln auf dem Kerzenstein 13. Fig. 6b zeigt eine Auf
sicht auf die Stirnseite der Zündkerze 10 der Fig. 6a. Die Masse
elektrode 12 kann auch mit einer scharfen Kante versehen werden.
Fig. 7a zeigt einen Schnitt durch das brennraumseitige Ende einer
Zündkerze 10 mit ebenfalls sehr kleiner Gasfunkenstrecke 15 und
partieller sternförmiger Punktbeschichtung des Kerzensteins 13. Fig.
7b zeigt eine Aufsicht auf die Zündkerze 10 der Fig. 7a mit runder
Mittelelektrode 11. Die sternförmige Insel-Beschichtung 16 begrenzt
die Wegverzweigung des Funkens der Gleitfunkenstrecke 14. Die Her
stellung der Inseln 16 mit einer festen Wärmekapazität bei festem
Volumen ermöglicht es, das Schmelzen der Inseln 16 zu vermeiden.
Fig. 8a zeigt einen weiteren Schnitt durch das brennraumseitige Ende
einer Zündkerze 10 und Fig. 8b eine zugehörige Draufsicht mit
radialer Gleit- und Gasfunkenstrecke 14, 15. Die leitenden Inseln 16
werden auf ein Plättchen aus Isolatorstoff 17 aufgebracht. Es wäre
möglich, einen zum Kerzenstein 13 unterschiedlichen Isolatorstoff 17
zu benutzen, um dessen dielektrische Eigenschaften, wie zum Beispiel
höhere Dielektrizitätskonstante auszunutzen, um so den Zündspannungs
bedarf weiter absenken zu können. Eine Fertigung des Plättchens
des Isolatorstoffs 17 mit den Inseln 16 kann zunächst unabhängig vom
Kerzenstein 13 ausgeführt werden. Fig. 8b zeigt eine Aufsicht auf
die Zündkerze 10 der Fig. 8a. Es sind sternförmige Pfade mit Inseln
16 auf das Plättchen des Isolierstoffs 17 aufgebracht worden.
Fig. 9 zeigt im Ausschnitt das Prinzip einer runden Zündkerze 10 mit
einreihiger Inselkette 16 für die Gleitfunkenstrecke 14 und Gas
funkenstrecke 15. Die Inseln 16 sind zu etwa 75 Prozent ihres Volu
mens in den Kerzenstein 13 eingebracht. Die Mittelelektrode 11 kon
taktiert eine Insel 16 des Musters. Zwischen der Masseelektrode 12
und der Gleitfunkenstrecke 14 liegt die Gasfunkenstrecke 15. Alle
Inseln 16 sind säulenförmig mit quadratischer Grundfläche der Kanten
länge a und der Säulenhöhe h, die die Wärmekapazität der Inseln 16
festlegt. An ihrer brennraumseitigen Oberfläche sind die Inseln 16
mit einem Vergütungsmaterial 19 zur Korrosionsunterdrückung abge
deckt. Die Aussparungen wurden vor dem Einbringen der Inselbauteile
16 in den Kerzenstein 13 ausgeführt.
Es ist möglich die Aussparungen durch hohlraumbildende Mittel, wie
sie für die Herstellung keramischer Bauteile üblich sind, beim
Sintern des Kerzensteines 13 oder des Isolatorstoffes 17 herzustellen.
Fig. 10a zeigt einen Schnitt durch das brennraumseitige Ende einer
Zündkerze mit T-förmiger Mittelelektrode 11 und L-förmig gebogener
Masseelektrode 12. Die Mittelelektrode 11 kontaktiert wenigstens eine
leitfähige Insel 16. Die Inseln 16 sind unterhalb der Masseelektrode
12 angebracht, um im Betrieb der Zündkerze 10 auftretenden Abbrand
des Materials der Masseelektrode 12 bei geringfügiger Verlängerung der
Gleitfunkenstrecke 14 und annähernd konstanter Länge der Gasfunken
strecke 15 zu berücksichtigen, wobei sich die Gasfunkenstrecke 15
zwischen der Masseelektrode 12 und der Gleitfunkenstrecke 14 von der
Mittelachse der Zündkerze 10 nach außen verschiebt. Eine gestrichelte
Linie auf der Schnittfläche der Masseelektrode 12 zeigt die Kontur
dieser Masseelektrode 12′ nach längerem Einsatz bei aufgetretenem
Elektrodenabbrand. Eine weitere Alternative einer Funkenstrecke ist
eine Ausführung mit einer Gasfunkenstrecke 15 zwischen Mittel
elektrode 11 und Gleitfunkenstrecke 14, wobei die Gleitfunkenstrecke
14 und die Masseelektrode 12 elektrisch miteinander verbunden sind.
Fig. 10b zeigt einen Schnitt durch das brennraumseitige Ende einer
Zündkerze mit T-förmiger Mittelelektrode 11 und L-förmig gebogener
Masseelektrode 12. Die Funkenstrecke der Zündkerze 10 umfaßt eine
Gasfunkenstrecke 15′ zwischen Mittelelektrode 11 und Gleitfunken
strecke 14, eine Gleitfunkenstrecke 14 und eine Gasfunkenstrecke 15′′
zwischen Gleitfunkenstrecke 14 und Masseelektrode 12. Die Mittel
elektrode 11 und die Masseelektrode 12 überragen mit ihren Gasfunken
strecken 15′ und 15′′ freitragend die peripheren Zonen der Gleit
funkenstrecke 14 mit leitfähigen Stoffen 16.
Zur Herstellung der Inseln 16 für die Beispiele der Fig. 1 bis 10
wurden Nickellegierungen oder Edelmetalle, aber auch leitfähige
Keramiken wie SiC, MoSi₂, TiNf WC, HfB und Sialone verwendet. Diese
Materialien weisen gute Wärmeleitfähigkeit, hohe spezifische Wärme,
hohe Dichte und hohe Schmelzpunkte auf und sind im Betrieb der Zünd
kerze 10 äußert korrosionsfest. Der Ausdehnungskoeffizient des
Materials der Inseln 16 kann an denjenigen des Materials des Kerzen
steins 13 zum Beispiel durch Legierungsbildung oder Material
schichtung angepaßt werden.
Ferner ist es möglich, inhomogene Werkstoffpaarungen für die Inseln
16 zu wählen, wie zum Beispiel Inseln 16 mit einem Kern aus gut
wärmeleitenden und/oder hochschmelzenden, massiven Werkstoffen wie
Kupfer, Silber, Gold oder Wolfram oder Edelmetallegierungen, welche
überzogen sind mit korrosionsbeständigen Edelmetallen und/oder
-legierungen als Vergütungsmaterial 19 aus vorzugsweise Platin,
Iridium, Rhodium oder Osmium.
Eine Fertigungsmöglichkeit der leitfähigen Inseln 16 besteht zum
Beispiel darin, Löcher oder Vertiefungen in das Plättchen des Iso
lierstoffs 17 oder in den Kerzenstein 13 einzubringen und die Ober
fläche dieses Werkstücks vollständig mit Metall- oder elektrisch
leitfähiger Keramikpaste, z. B. Cermet, zu beschichten, so daß die
Löcher oder Vertiefungen Füllungen mit leitfähigem Material auf
weisen. Nach dem Abschleifen der z. B. metallischen Oberfläche dieses
Werkstückes bleiben die metallischen Inseln 16 in den Löchern be
ziehungsweise Vertiefungen zurück. Die Vertiefungen können durch
Pressen, Bohren, chemisches Ätzen, Laserstrahlanwendung oder hohl
raumbildende Mittel hergestellt werden.
Eine anderes Fertigungsverfahren der leitfähigen Inseln 16 ist das
unstrukturierte Beschichten eines Keramikwerkstückes 13, 17 mit leit
fähigem Material, z. B. Metall. Das Abschleifen wird vermieden und
statt dessen mit einem Laserstrahl das unerwünschte Material entfernt.
Eine Variante ist das Ritzen des Metalls mit einer Nadel, z. B. aus
Diamant. Man erreicht so auch Inseln 16, die aus dem Kerzenstein 13
oder dem Isolierstoff 17 herausragen und die, wenn erforderlich,
anschließend mit einem edleren Material vergütet werden können.
Ferner ist es möglich die Inselbedeckung 16 durch ein Ätzverfahren
mit Masken zu strukturieren oder zu modifizieren. Mehrlagige
Strukturen sind herstellbar. Technisch besonders vorteilhaft ist es,
Schichten leitfähigen Materials in Dickschichttechnik, Tamponprint
technik oder durch Auflegieren auf den grünen oder vorgeglühten
Kerzenstein 13 oder den Isolatorstoff 17 aufzubringen. Dünnschicht
technik mit galvanischer oder chemischer Verstärkung,
elektrochemisches Abscheiden, Schichtabscheidung im Vakuum oder die
Reduktion von Metallsalzlösungen an Oberflächen sind weitere Methoden
der Metallisierung für die Herstellung von Inseln 16.
Die Wahl der Elektrodengeometrie für eine Zündkerze 10 durch die
Mittelelektrode 11 und die Masseelektrode 12 erleichtert die An
passung der Zündkerze 10 an unterschiedliche Motorbedingungen und
beeinflußt zusammen mit dem Elektrodenwerkstoff die Erosionsrate der
Elektroden und damit die Kerzenstandzeit. Bei den Gasfunkenstrecken
wird die heute übliche Zündspannung von 30 kV schon bei 1,0 bis 1,4
mm Elektrodenabstand erforderlich. Mit der gleichen Spannung lassen
sich bei Gleitfunkenstrecken auf Aluminiumoxid-Kerzenstein-Keramik
Elektrodenabstände von 1,6 bis 2,0 mm verwirklichen. Dabei steigt der
Wirkungsgrad der Zündkerzen, da die an das zu zündende Gemisch ab
gegebene Energie infolge des vergrößerten Elektrodenabstandes, zu
nimmt weil der Energieabfluß zu den Elektroden durch Wärmeableitung
abnimmt. Dies tritt ein, wenn die an die keramische Oberflächenzone
eingeleitete Wärme vorzugsweise an das Zündgemisch fließt. Die zu
sätzlich an das Zündgemisch geflossene Energie erhöht die zugeführte
Aktivierungsenergie für die Verbrennungsreaktionen des Brennstoffs,
was eine vollständigere Umsetzung des Brennstoffes bewirkt.
Die eigentliche Zündung (Funkenkopf) erfolgt bei der erfindungsge
mäßen Zündkerze, indem bei angelegter Zündspannung zuerst Funken
zwischen den benachbarten Inseln 16 überspringen, die sich auf den
weiter von der Oberfläche entfernt liegenden Raum ausbreiten und so
ein einhüllendes Funkenplasma für die Gleitfunkenstrecke 14 bilden,
das sich kontinuierlich über die leitfähigen Inseln hinweg zwischen
Mittelelektrode 11 und Masseelektrode(n) 12 erstreckt (Funkenschwanz).
Die effektive Zündspannung der Zündkerze 10 bestimmt sich aus der
Überlagerung einzelner Zündspannungen längs eines Weges des Funkens
zwischen den Elektroden. Sie setzt sich zusammen aus der Zündspannung
durch Gasfunkenstrecken, den einzelnen Zündspannungen zwischen den
Inseln 16 der Gleitfunkenstrecke 14 und gegebenenfalls Zündspannungs
anteilen zwischen dem Rand des Musters und den Elektroden 11,12. Die
Zündspannung der Zündvorrichtung 10 soll bei gleicher Geometrie durch
eine Inselbedeckung 16 herabgesetzt werden. Mit der Inselanzahl längs
des Funkenweges der Gleitfunkenstrecke 14 wird die Minimierung der
effektiven Zündspannung der Zündkerze 10 angestrebt. Bei bekannter
effektiver Zündspannung der Gleitfunkenstrecke 14 ohne Inselbedeckung
werden die Zahl der Inseln der Gleitfunkenstrecke und die Abmessungen
der Inseln so gewählt, daß die Differenz zwischen der Zündspannung
ohne Inselbedeckung und der Zündspannung der vereinigten einzelnen
Zündspannungen für die inselbedeckte Zündkerze ein Maximum annimmt.
Andererseits soll die Nachentladung (Funkenschwanz), mit der die
Energie dem Brennstoffgemisch zugeführt wird, geschlossen zwischen
Mittel- und Masseelektrode über die leitfähigen Inseln hinweg
brennen. Dies ist nur der Fall wenn die Brennspannung der geschlos
senen Entladung kleiner als die Summe der Brennspannungen der Teil
entladungen zwischen den einzelnen Inseln 16 ist, und die im Funken
kopf (erste Entladung) erzeugte Ionisierung der Teilentladungen sich
über die Inseln 16 hinweg verbinden kann. Die Summe der Teilbrenn
spannungen ist ab einer bestimmten Inselanzahl immer größer als die
Brennspannung der geschlossenen Entladung, da bei den Teilentladungen
an jeder Elektrode also auch an den Inselelektroden die Kathodenfall
spannung aufgebracht werden muß, die bei der geschlossenen Entladung
nur einmal an der Masseelektrode 12 oder Mittelelektrode 11 auftritt.
Claims (18)
1. Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze (10),
insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit wenigstens einer
Mittelelektrode (11) und wenigstens
einer Masseelektrode (12), mit einem isolierenden Kerzenstein
(13) und mit einer Gleitfunkenstrecke (14) zwischen
Mittelelektrode (11) und Masseelektrode (12), wobei die
Gleitfunkenstrecke (14) inselförmige Muster aus gegeneinander
isolierten, elektrisch leitfähigen Stoffen (16) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Stoffe als
leitfähige Inseln (16) in Dickschichttechnik auf den
gesinterten oder geglühten Kerzenstein (13) aufgebracht
werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
leitfähigen Stoffe durch Siebdruck oder Tamponprint
aufgebracht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die unstrukturiert mit leitfähigen Stoffen (16)
beschichtete Oberflächenzone des Kerzensteins (13) durch
Laseranwendung mit einem Muster versehen wird.
4. Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze (10),
insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit wenigstens einer
Mittelelektrode (11) und wenigstens
einer Masseelektrode (12), mit einem isolierenden Kerzenstein
(13) und mit einer Gleitfunkenstrecke zwischen Mittelelektrode
(11) und Masseelektrode (12), wobei die Gleitfunkenstrecke
(14) inselförmige Muster aus gegeneinander isolierten,
elektrisch leitfähigen Stoffen (16) aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß leitfähige Edelmetall- oder Keramikinseln
(16) am grünen oder vorgeglühten Kerzenstein (13) in dessen
Oberflächenzone eingebracht werdend und danach ein gemeinsames
Sintern erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
leitfähigen Stoffe als Kugeln oder Zylinder oder Scheiben auf
die Oberfläche aufgebracht werden.
6. Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze (10),
insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit wenigstens einer
Mittelelektrode (11) und wenigstens
einer Masseelektrode (12), mit einem isolierenden Kerzenstein
(13) und mit einer Gleitfunkenstrecke (14) zwischen
Mittelelektrode (11) und Masseelektrode (12), wobei die
Gleitfunkenstrecke (14) inselförmige Muster aus gegeneinander
isolierten, elektrisch leitfähigen Stoffen (16) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß durch Laseranwendung Metallinseln
(16) auf den Kerzenstein (13) auflegiert werden.
7. Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze (10),
insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit wenigstens einer
Mittelelektrode (11) und wenigstens
einer Masseelektrode (12), mit einem isolierenden Kerzenstein
(13) und mit einer Gleitfunkenstrecke (14) zwischen
Mittelelektrode (11) und Masseelektrode (12), wobei die
Gleitfunkenstrecke (14) inselförmige Muster aus gegeneinander
isolierten, elektrisch leitfähigen Stoffen (16) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß in Dünn- oder Dickschichttechnik
aufgebrachte leitfähige, inselförmige Muster (16) durch
galvanische Abscheidung, Auflegierung oder Aufschweißen
verstärkt werden.
8. Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze (10),
insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit wenigstens einer
Mittelelektrode (11) und wenigstens
einer Masseelektrode (12), mit einem isolierenden Kerzenstein
(13) und mit einer Gleitfunkenstrecke (14) zwischen
Mittelelektrode (11) und Masseelektrode (12), wobei die
Gleitfunkenstrecke (14) inselförmige Muster aus gegeneinander
isolierten, elektrisch leitfähigen Stoffen (16) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß das Muster leitfähiger Inseln (16)
getrennt vom Kerzenstein (13) auf einem Isolator-
Substratplättchen (17) hergestellt und durch Kleben oder
Sintern am Kerzenstein (13) befestigt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die leitfähigen Inseln (16) in vorzugsweise
verschieden tiefe Löcher des Kerzensteins (13) oder des
Isolatorstoffs (17) eingebracht werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß das Muster aus leitfähigen Stoffen (16)
mit regelmäßig angeordneten Inseln einheitlicher Flächenform
aufgebaut ist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ausdehnung der Inseln des leitfähigen
Stoffs (16) in Funkenrichtung 20 bis 500 Mikrometer beträgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der leitfähigen Inseln
(16) 10 bis 1000 Mikrometer beträgt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Inseln (16) am Rand des Musters
teilweise mit den Elektroden (11, 12) leitfähig verbunden
sind.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Inseln (16) aus hochschmelzenden,
korrosionsfesten metallischen oder elektrisch leitfähigen
keramischen Werkstoffen hergestellt sind, vorzugsweise aus
Nickellegierungen, Wolfram oder Edelmetallen oder aus
Keramiken wie SiC, MoSi₂ TiC, TiN, WC, HfB oder Sialonen
(SiO₂, Al₂O₃, SiN).
15. Zündkerze, hergestellt nach einem der Verfahren der
Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur
Gleitfunkenstrecke (14) eine Gasfunkenstrecke (15) angeordnet
ist.
16. Zündkerze, hergestellt nach einem der Verfahren der
Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zur
Funkenstrecke (14, 15) eine Hochspannungskippdiode geschaltet
ist.
17. Zündkerze, hergestellt nach einem der Verfahren der
Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der
Zwischenräume zwischen den Inseln der Gleitfunkenstrecke (14)
wesentlich kleiner als der Abstand zwischen den Elektroden
(11, 12) ist.
18. Zündkerze, hergestellt nach einem der Verfahren der
Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober
flächenzone eines achssymmetrischen Kerzensteins (13) im
Bereich zwischen den Elektroden (11, 12) einzelne radial
verlaufende, sternförmige Pfade aufweist.
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