DE60021431T2

DE60021431T2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer zündkerze

Info

Publication number: DE60021431T2
Application number: DE60021431T
Authority: DE
Inventors: Shigeo Nagoya FUJITA
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2020-05-31
Also published as: KR20020042616A; CN1365531A; DE60021431D1; CN1309130C; KR100741934B1; EP1285481A1; WO2001093389A1; AU4783400A; EP1285481B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bilden einer Zündkerze zum Zünden eines Brenngases in einem Verbrennungsmotor und betrifft besonders ein Verfahren und eine Vorrichtung zum präzisen Herstellen eines Zündspaltes zwischen einer Mittelelektrode und einer Masseelektrode in der Zündkerze.
In den letzten Jahren ist aufgrund aktueller Anforderungen an eine Hochleistungszündkerze, die z. B. in einem wartungsfreien Verbrennungsmotor einsetzbar ist, eine zulässige Abweichung des Zündspaltes zwischen einem Zündende der Zündkerze und einem Metallstreifen der Masseelektrode geringer geworden. Daher sind Vorrichtungen erforderlich, um es zuverlässig zu ermöglichen, einen so genauen Abstand für den Zündspalt durch ein präzises Biegen des Masseelektrodenstreifens herzustellen.
Bei einem konventionellen Spaltbildungsprozeß wird der Masseelektrodenstreifen in einem einzelnen Schritt gebogen, indem ein Stempel auf dem Metallstreifen aufgebracht wird, der aufrecht an eine Endfläche eines Metallmantels der Zündkerze angeschweißt ist, wobei ein Abstandshalter zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode eingesetzt ist. Jedoch wird eine statistische Gleichförmigkeit des engtolerierten Spaltabstandes nicht einfach von einem Zündkerzenspalt zum anderen erzielt, wobei dies wahrscheinlich von unterschiedlichen Faktoren wie z. B. dem Knicken des Metallstreifens selbst, einem Schweißzustand des Streifens, Abweichungen von dem Streifendurchmesser und der Länge und von einem Ausmaß des Überstandes des Zündendes der Mittelelektrode von dem Metallmantel herrührt.
Insbesondere toleriert eine Hochleistungszündkerze, welche eine hochkorrosionsfeste Hartmetallspitze verwendet, die aus Edelmetall wie z. B. Platin und/oder Iridium hergestellt ist und einen kleinen Durchmesser von 0,3–1 mm besitzt, wobei sie auf der Mittelelektrode ausgebildet ist, nur eine sehr kleine Abweichung des Zündspaltes vom optimalen Zündspalt. Aufgrund des Metallplättchens, welches auf der Mittelelektrode z. B. durch Laserschweißen zusätzlich geschweißt wird, kann das Ausmaß des Überstandes des Zündendes von einer Zündkerze zur anderen differieren. Eine solche Hochleistungszündkerze ist z. B. in EP 0 872 928 , USP 5,793,793 und USP 5,977,695 beschrieben.
Wenn der Abstandshalter so hergestellt ist, dass er gegen eine einen kleinen Durchmesser aufweisende Metallspitze der Mittelelektrode anstößt, um die Abweichung zu minimieren, wird auf den Metallstreifen durch den Abstandshalter als Folge des Biegens des Metallstreifens eine hohe Druckkraft aufgebracht, welche zu einem möglichen Risiko führen kann, dass die Spitze mit dem kleinen Durchmesser, welche an der Mittelelektrode angeschweißt ist, brechen kann, beschädigt werden kann, oder sich ablösen kann.
Es ist daher ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, um eine Zündkerze herzustellen, welche zwischen einer Masseelektrode und einer Mittelelektrode einen genau ausgebildeten Zündspalt aufweist. Es ist ein anderes bevorzugtes Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines genau ausgebildeten Zündspaltes zwischen einer Masseelektrode und einem Zündende einer Edelmetallspitze einer Mittelelektrode in einer Zündkerze zu schaffen.
DD-A-278,449 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Biegen der Masseelektrode von Zündkerzen gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche 1 und 16.
Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze vorgesehen, welche umfasst: eine Mittelelektrode, welche in einer Bohrung angeordnet ist, die in einem Keramikisolator gebildet ist, einen Metallmantel, welcher außerhalb des Keramikisolators angebracht ist, und eine Masseelektrode, welche einen Zündspalt mit der Mittelelektrode bildet, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
Schaffen eines Metallstreifens, welcher sich von einem Ende des Metallmantels erstreckt, wobei der Metallstreifen vorgesehen ist, die Masseelektrode zu bilden;
Positionieren eines Abstandhalters oberhalb eines Zündendes der Mittelelektrode;
Vorbereiten des Biegens des Metallstreifens in Richtung zum Abstandhalter, um einen Bogenabschnitt im Metallstreifen zu bilden;
und dann genaues Bilden eines Spaltabstandes zwischen dem Metallstreifen und dem Zündende der Mittelelektrode, indem eine Kraft auf den Metallstreifen aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des vorbereitenden Biegeschrittes ein Abstand zwischen dem Abstandhalter und der Mittelelektrode so beibehalten wird, dass der Abstandshalter nur von dem Metallstreifen zum Bilden der Masselektrode berührt wird.
In dieser Beschreibung bezieht sich der Ausdruck "Metallstreifen" auf irgendein langgestrecktes Metallteil, welches nicht auf irgendeine spezifische Querschnittsform oder ein Längenverhältnis begrenzt ist.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist es wichtig, dass ein Abstandshalter oberhalb des Zündendes so vorgesehen ist, dass das Zündende davor geschützt wird, während des Schrittes des vorbereitenden Biegens des Metallstreifens beschädigt zu werden. Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird die Position des Abstandshalters bestimmt, indem auf die Position des Zündendes der Mittelelektrode Bezug genommen wird, so dass das Zündende der Mittelelektrode das Zündende der Mittelelektrode nicht berührt und den Bogenabschnitt in dem Metallstreifen bilden kann. D. h., es ist vorteilhaft, dass ein Abstand zwischen dem Abstandhalter und dem Zündende der Mittelelektrode so vorgesehen ist, dass das Zündende geschützt ist.
Der in dem Metallstreifen gebildete Bogenabschnitt stellt das Ausrichten einer lateralen Seite des Metallstreifens mit der Zündendenfläche der Mittelelektrode im Schritt des genauen Bildens des Spaltabstandes zwischen dem Metallstreifen und dem Zündende der Mittelelektrode sicher. Der Abstandshalter besitzt einen abgerundeten Abschnitt, so dass der Bogenabschnitt im Metallstreifen zwischen den Enden des Streifens durch Biegen des Metallstreifens in Richtung zu dem abgerundeten Abschnitt oder nahezu entlang dem abgerundeten Abschnitt durch z. B. einen Stempel erzielt wird. Anstelle des abgerundeten Abschnitts des Abstandshalters kann ein an einer Ecke abgeschrägter Abschnitt den gleichen Zweck erfüllen. Es ist vorteilhaft, den Bogenabschnitt auf etwa der gleichen Höhe wie die Zündendenfläche der Mittelelektrode herzustellen.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung kann das obige Verfahren ferner einen Schritt aufweisen: Messen der Position des Zündendes der Mittelelektrode, um eine Position für den Abstandshalter zu bestimmen.
Die Messung der Position des Zündendes der Mittelelektrode muß vor dem Positionieren des Abstandshalters so durchgeführt werden, dass der Abstand zwischen dem Abstandshalter und dem Zündende der Mittelelektrode vor und während dem Biegen des Metallstreifens in Richtung zum Abstandshalter gebildet und beibehalten wird, wobei der Abstandshalter das Zündende der Mittelelektrode schützt.
In der gleichen Weise, wie dies oben beschrieben worden ist, wird das Zündende der Mittelelektrode, welches ein Zündplättchen oder eine Zündspitze mit einem kleinen Durchmesser besitzt, wie z. B. im Bereich von 0,3 bis 1,0 mm, geschützt. Die Spitze ist vorzugsweise aus einem Metall gebildet, welches aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Pt, Ir, Rh, Pd, Re, Os, Ru oder eine Legierung dieser Elemente aufweist, und die Spitze ist auf der Mittelelektrode geschweißt, um das Zündende der Mittelelektrode zu bilden.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt der Erfindung kann eines der oben beschriebenen Verfahren ferner einen Schritt aufweisen: Zurücksetzen des Ab standshalters nach dem Biegen des Metallstreifens, so dass der Spaltabstand zwischen dem Metallstreifen und der Mittelelektrode auf einen geforderten Wert eingestellt werden kann, indem auf eine Position des vorbereitend gebogenen Metallstreifens und der Position des Zündendes der Mittelelektrode Bezug genommen wird.
Bei dieser obigen bevorzugten Ausführungsform ist es vorteilhaft, den Abstandshalter nach dem vorbereitenden Biegen des Metallstreifens zurückzusetzen, weil der Spaltabstand zwischen dem Metallstreifen (also der Masseelektrode) und dem Zündende der Mittelelektrode z. B. durch einen computergesteuerten Bildprozessor einfach gemessen oder bestimmt werden kann, der an eine Metallstreifenbiegemaschine die Information ausgibt, um wieviel der Spaltabstand zwischen der Masseelektrode und der Mittelelektrode weiter verringert oder eingestellt werden kann, wobei dies auf einer Seitenmessung des Spaltabstandes basiert.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist es nützlich, dass eine Information, welche sich auf eine Position des Zündendes der Mittelelektrode bezieht, in einem Computerspeicher so gespeichert ist, dass die Information zum Positionieren des Abstandshalters verwendet wird. Diese Information kann auch für den Schritt vorteilhaft verwendet werden, der darauf folgt, wobei bei diesem Schritt ein Spaltabstand zwischen dem Metallstreifen und dem Zündende der Mittelelektrode genau gebildet oder eingestellt wird.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der Erfindung kann die Positionsinformation bezüglich einer Position eines Teiles bestimmt werden, welches die Zündkerze bildet. Wenn eine Bezugsposition von einem Ende des Metallmantels durch z. B. einen Positionserfassungssensor, der einen Laser nutzt, abgeleitet wird, bedeutet die Position des Zündendes, um wieviel das Zündende der Mittelelektrode vom Ende des Metallmantels vorsteht, an dem der Metallstreifen angeschweißt ist, so dass er sich von diesem fort erstreckt, wodurch die Positionsinformation gegeben ist, welche angibt, um wieviel der Abstandshalter oberhalb vom Zündende der Mittelelektrode plaziert werden sollte, und/oder wo der Bogenabschnitt in dem Metallstreifen gebildet ist.
Gemäß noch einem anderen Aspekt der Erfindung kann die Positionsinformation des Zündendes der Mittelelektrode nicht nur zum Positionieren des Abstandshalters oberhalb des Zündendes, wie oben beschrieben worden ist, verwendet werden, sondern auch zum genauen Bilden eines Spaltabstandes zwischen dem Metallstreifen und dem Zündende der Mittelelektrode. In diesem Fall ist nur die Positionsinformation für den gebogenen Metallstreifen (der Masseelektrode) erforderlich.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Kraft, welche auf den Metallstreifen zum genauen Biegen des Spaltabstandes aufgebracht wird, von einem Stempel oder einer Form verursacht, der oder die parallel zu einer Mittelelektrodenachse der Zündkerze bewegt wird. Alternativ dazu kann das vorläufige Biegen des Metallstreifens von einem Stempel oder einer Form durchgeführt werden, welcher oder welche senkrecht zur Mittelelektrodenachse bewegt wird, oder in einer kombinierten Richtung, welche beide diese Richtungen umfaßt.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zur Herstellung einer Zündkerze, welche umfaßt: eine Mittelelektrode, welche in einer Bohrung angeordnet ist, die in einem Keramikisolator gebildet ist, einen Metallmantel, welcher außerhalb des Keramikisolators angebracht ist, und eine Masseelektrode, welche einen Zündspalt mit der Mittelelektrode bildet, wobei die Vorrichtung umfaßt:
Mittel zum Positionieren eines Abstandhalters oberhalb eines Zündendes der Mittelelektrode;
Mittel zum vorbereitenden Biegen eines Metallstreifens in Richtung zum Abstandshalter, um einen Bogenabschnitt im Metallstreifen zu bilden, wobei der Metallstreifen vorgesehen ist, sich von einem Ende des Metallmantels zu erstrecken und die Masseelektrode zu bilden; und
Mittel zum genauen Bilden eines Spaltabstandes zwischen dem Metallstreifen und dem Zündende der Mittelelektrode, indem eine Kraft auf den Metallstreifen aufgebracht wird,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Positionieren eines Abstandshalters und die Mittel zum vorbereitenden Biegen eines Metallstreifens einen Abstand zwischen dem Abstandhalter und der Mittelelektrode beibehalten und den Abstandshalter nur mit dem Metallstreifen zum Bilden der Masseelektrode berühren.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung nur an Hand von Beispielen mit Bezug auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in welchen zeigen:
1 eine erläuternde Zeichnung zum teilweisen Erklären eines Verfahrens und/oder einer Vorrichtung zum Herstellen einer Zündkerze gemäß der Erfindung, welche eine schematische Ansicht einer Zündkerze (W) mit einem geraden Metallstreifen (W₂) zum Bilden einer Masseelektrode zeigt, welche nach oben gerichtet an ein Ende eines Metallmantels (W₃) geschweißt ist, wobei eine Position eines Zündendes eines Edelmetallplättchens oder einer Edelmetallspitze (W₁), welche auf der Mittelelektrode gebildet ist, von einem Positionserfassungssensor 1, welcher einen Laser verwendet, bestimmt wird.
2 zeigt eine erläuternde Zeichnung zum teilweisen Erklären eines Verfahrens und/oder einer Vorrichtung zum Herstellen einer Zündkerze gemäß der Erfindung, wobei eine schematische Teilansicht eine Zündkerze bei dem gleichen Prozeß, wie er in 1 dargestellt ist, zeigt, jedoch ein Unterschied in der Position des Zündendes besteht und die Zündkerze ein Metallplättchen (W₁a) besitzt, welches auf dem Metallstreifen (W₂) an dessen Spitze angeschweißt ist.
3 zeigt eine erläuternde Zeichnung zum teilweisen Erklären eines Verfahrens und/oder einer Vorrichtung zum Herstellen einer Zündkerze gemäß der Erfindung, wobei eine schematische Teilansicht der Zündkerze bei dem Prozeß gezeigt ist, und ein abgerundeter Abschnitt eines Abstandshalters 3 gegen einen Seitenabschnitt des Metallstreifens (W₂) anstößt, und der Abstandshalter 3 einen Abstand (d), der zwischen dem Abstandshalter 3 und dem Zündende der Edelmetallspitze (W₁) gebildet ist, einnimmt.
4 zeigt eine erläuternde Darstellung zum teilweisen Erklären einer Methode und/oder einer Vorrichtung zum Herstellen einer Zündkerze gemäß der Erfindung, wobei eine schematische Teilansicht der Zündkerze bei dem Prozeß dargestellt ist, und ein Stempel 4 den Metallstreifen (W₂) in einem Mittelbereich des Metallstreifens (W₂) durch Drücken des Metallstreifens (W₂) entlang des abgerundeten Abschnitts des Abstandshalters 3 gebogen hat.
5 zeigt eine erläuternde Darstellung zum teilweisen Erklären eines Verfahrens und/oder einer Vorrichtung zum Herstellen einer Zündkerze gemäß der Erfindung, wobei eine schematische Teilansicht der Zündkerze bei dem Prozeß dargestellt ist, und ein Werkzeug 6 einen vorläufig gebogenen Metallstreifen (W₂) drückt, um einen Zündspalt (g) zwischen dem Metallstreifen (W₂) und der Metallspitze (W₁) mittels eines Bildprozessors 7 genau zu bilden.
6 zeigt ein Blockdiagramm einer Spaltbildungs-Steuerung 8, wobei ein Positionserfassungssensor 1 eine Positionsinformation des Zündendes sendet, welche in einem Computerspeicher (ROM oder RAM) digital gespeichert wird, um beim vorläufigen Biegen des Metallstreifens und/oder dem genauen Bilden des Spaltabstandes verwendet zu werden.
7 zeigt eine erläuternde Darstellung zum teilweisen Erklären eines Verfahrens und/oder einer Vorrichtung zum Herstellen einer Zündkerze gemäß der Erfindung, welche ähnlich zu 4 ist, jedoch sich in einer Form des Werkzeuges 75 und einer Form des Abstandshalters 73 unterscheidet, welcher im Stande ist, einen Bogenabschnitt im Metallstreifen (W₂) in etwa der gleichen Höhe bezüglich dem Zündende der Mittelelektrode zu bilden.
8 zeigt eine erläuternde Zeichnung zum teilweisen Erklären eines Verfahrens und/oder einer Vorrichtung zum Herstellen einer Zündkerze gemäß der Erfindung, wobei eine Position des vorläufig gebogenen Metallstreifens (W₁) durch den Positionserfassungssensor 1 gemessen wird.
9 zeigt eine erläuternde Zeichnung zum teilweisen Erklären eines Verfahrens und/oder einer Vorrichtung zum Herstellen einer Zündkerze gemäß der Erfindung, wobei eine Position des Endes des Metallmantels (W₃) durch den Positionserfassungssensor 1 gemessen wird.
Eine Zündkerze, die zum Zünden eines Brenngases in einem Verbrennungsmotor verwendet wird, weist eine Mittelelektrode auf, die eine Bohrung durchdringt, welche in einem Aluminiumkeramikisolator gebildet ist, der die Mittelelektrode von einem Metallmantel isoliert, der außerhalb des Keramikisolators angebracht ist. Der Metallmantel besitzt einen mit einem Gewinde versehenen Abschnitt, welcher in eine Bohrung des Motors eingeschraubt wird, und eine Endfläche, von dem eine Masseelektrode sich als eine Masseelektrode erstreckt. Zwischen einem Zündende der Mittelelektrode und dem Metallstreifen (also der Masseelektrode) ist ein Spalt so hergestellt, dass ein Funken zwischen den Elektroden gebildet wird, wenn eine Hochspannung an die Elektroden angelegt wird.
Das Zündende der Mittelelektrode ist wünschenswerterweise punktförmig ausgebildet, so dass ein Funke einfach entstehen kann. Jedoch tendiert ein solches punktförmiges Zündende dazu, bei einer kontinuierlichen Funkenbildung innerhalb des Motors zu erodieren oder sich sehr abzunutzen. Aus diesem Grund wird ein funkenerosionsfestes Metall wie z. B. Platin und Ir-Rh(5–30%)-Legierung als eine Zündendenspitze verwendet, welche einen kleinen Durchmesser von etwa 0,3–1 mm besitzt. Die funkenerosionsfeste Metallspitze mit einer Länge von etwa 0,2–1 mm ist vorzugsweise am konischen Ende der Mittelelektrode durch Einsetzen eines Lasers angeschweißt. Die Mittelelektrode, die fest innerhalb der Keramikbohrung angeordnet ist, besitzt einen vergleichsweise großen Durchmesser von 1,5–3 mm. Das Material der Mittelelektrode, an welche die Metallspitze angeschweißt ist, ist üblicherweise eine nickelbasierte Legierung.
Beispiel
Nachfolgend wird ein Verfahren nach einer Vorrichtung zum Herstellen einer Zündkerze, welche gemäß der Erfindung ausgeführt ist, erklärt und im Detail beschrieben, wobei auf die angehängten Zeichnungen Bezug genommen wird.
Wie aus 1 ersichtlich ist, ist ein Ende eines geraden Metallstreifens (W₂) für eine Masseelektrode der Zündkerze (W) an einem kreisförmigen Ende eines Metallmantels (W₃) durch ein Widerstandsschweißverfahren verbunden. Ein Material des Metallmantels (W₃) ist vorzugsweise aus Kohlenstoffstahl hergestellt. Eisen aufweisendes Nickel wird als ein Material für den Metallstreifen (W₂) verwendet.
Die Mittelelektrode 2 besitzt ein konisches Ende, welches aus einem hochtemperaturfesten Metall z. B. Inconel 600 (Markenbezeichnung) hergestellt ist. An das konische Ende der Mittelelektrode ist eine Metallspitze (W₁) angeschweißt, welche aus einem funkenerosionsfesten Metall wie z. B. Ir-20%Rh, Ir-5%-Pt, Ir-1,5%Y₂O₃ und Pt-20%Ir ist. Die Metallspitze (W₁) mit einem Durchmesser von etwa 0,3–1 mm und einer Länge von etwa 0,2–0,9 mm ist an das konische Ende der Mittelelektrode 2 durch Einsatz eines Laserstrahls an eine Grenzfläche zwischen der Spitze (W₁) und dem konischen Ende angeschweißt.
Wenn die Metallspitze (W₁) an dem konischen Ende der Mittelelektrode 2 erforderlich ist, um ein funkenerosionsfestes Zündende zu erhalten, wird optional ein kleines Plättchen (W₁a) aus funkenerosionsfestem Material wie z. B. aus Pt-20%Ni an eine Lateralseite des Metallstreifens (W₂) angeschweißt, wie dies in 2 dargestellt ist, um auch die Funkenerosionsfestigkeit der Masseelektrode zu verbessern. Weil während dieses Schrittes der Metallstreifen für die Masseelektrode aufwärts gerichtet und/oder geradeaus gebildet ist, wird eine beste Position des an den Metallstreifen (W₂) anzuschweißenden erosionsfesten Plättchen (W₁a) vorzugsweise so bestimmt, indem auf die Position des Zündendes der Metallspitze (W₁) Bezug genommen wird. D. h., wenn die Position des Zündendes der Mittelelektrode in einer höheren Position erfasst wird, wird die Position des Plättchens (W₁a) entsprechend so angehoben, dass das Plätt chen (W₁a) mit der Metallspitze (W₁) sich entsprechend gegenüberstehen, indem der Metallstreifen (W₂) in einem Spaltbildungsschritt gebogen wird, wie später erläutert wird.
Das Metallplättchen (W₁a) besitzt normalerweise eine Dicke von 0,2–0,5 mm und ist aus einem funkenerosionsfesten Metall hergestellt, welches aus Pt, Ir, Rh, Pd, Re, Os, Ru, Ni oder Legierungen daraus hergestellt ist.
Nach dem Schritt, bei dem der Metallstreifen (W₂) aufrecht oder gerade am Ende des Metallmantels (W₂) ausgebildet wird, wie dies in 1 oder 2 ersichtlich ist, mißt ein Positionserfassungssensor 1 eine Position an einem Ende der Metallspitze (W₁), welche auf dem konischen Ende der Mittelelektrode 2 gebildet ist, indem ein Laserlicht zu einer Endfläche der Metallspitze (W₁) emittiert wird und ein reflektiertes Laserlicht von der Endfläche empfangen wird. Die Position der Metallspitze (W₁) bedeutet in diesem Fall einen Abstand zwischen der Metallspitzenendfläche und dem Positionserfassungssensor 1. Der vom Sensor 1 gemessene Abstand ist in dem Fall, welcher in 1 dargestellt ist, größer als in dem Fall, der in 2 dargestellt ist, da der Isolator (W₄), der die Mittelelektrode hält, bei der in 2 dargestellten Anordnung mehr hervorsteht als der Isolator, der in 1 dargestellt ist. D. h., die Position der Metallspitze (W₁) gemäß 1 zeigt an, dass eine Höhe (h₁) der Mittelelektrode, welche vom Ende des Metallmantels (W₃) gemäß 1 gemessen wird, geringer ist als die Höhe (h₂) der Mittelelektrode bei der in 2 dargestellten Anordnung.
Nachdem die Position der Metallspitze (W₁) bestimmt worden ist, wie dies im obigen Schritt erklärt worden ist, wird ein Schritt des vorläufigen Biegens des Metallstreifens (W₂) vorgesehen, wie dies nachfolgend mit Bezug auf die 3 und 4 erklärt wird.
Ein Abstandshalter 3 wird an die Position plaziert, welche von dem Ende der Metallspitze in einem Abstand (d) zwischen dem Abstandshalter 3 und der Metallspitze (W₁) beabstandet ist, wie dies aus 3 ersichtlich ist. Dieser Ab stand besitzt einen Bezug zu der Position des Metallspitzenendes, welches in dem vorherigen Schritt gemessen worden ist. D. h., der Abstandshalter 3 kann oberhalb der Metallspitze (W₁) plaziert sein, ohne die Spitze zu berühren, indem auf die Positionsinformation der Metallspitze Bezug genommen wird. Wenn eine statistische Information über die Höhen oder Positionen vieler Metallspitzen, die auf den Mittelelektroden der Zündkerzen gebildet sind, gesammelt worden ist, sollte der Abstand (d) so bestimmt werden, dass er mehr als die maximale Höhe beträgt, welche basierend auf solchen statistischen Informationen berechnet worden ist. Bei einer Massenproduktion kann es bei einem solchen statistischen Fall unnötig sein, die Position der Metallspitze (W₁) jedes Mal zu messen, bevor der Abstandshalter 3 über die Metallspitze plaziert wird.
Der Abstandshalter 3 besitzt einen abgerundeten Nasenabschnitt (3a) und an seinem Ende eine Rückfläche (3b), welche sich von dem abgerundeten Abschnitt schräg nach oben erstreckt. Der abgerundete Nasenabschnitt (3a) stößt gegen eine Lateralseite des Metallstreifens (W₂), wie dies in 3 gezeigt ist. Dann, wie dies in 4 dargestellt ist, bewegt sich ein Stempel 4 mit einer abgeschrägten Endfläche (4a) von der oberen Position des Metallstreifens (W₁) nach unten, um eine Kraft auf den Metallstreifen (W₂) auszuüben und den Metallstreifen entlang des abgerundeten Nasenabschnittes (3a) zu biegen. Der Stempel 4 kann sich horizontal bewegen, um den Streifen entlang des abgerundeten Abschnittes (3a) zu biegen. Es wird bevorzugt, dass der Stempel 4 den gleichen Neigungswinkel wie die Rückenfläche (3b) des Abstandshalters besitzt.
Als eine Folge der so aufgebrachten Kraft wird ein Bogenabschnitt in dem Metallstreifen (W₂) gebildet, wobei ein gerader freier Endabschnitt (W₃f) beibehalten wird. Bei diesem vorbereitenden Biegeschritt beträgt ein Biegewinkel für den Metallstreifen (W₂) vorzugsweise etwa 110–135°.
Es ist wichtig, dass während des vorbereitenden Biegeschrittes der Abstandshalter 3 die Metallspitze (W₁) schützt, welche ein punktförmiges Zündende der Mittelelektrode bildet, da ein recht kleiner Durchmesser von 0,3–0,7 mm am häufigsten für das punktförmige Zündende einer Hochleistungszündkerze aus gewählt wird. Der Abstandshalter soll zusätzlich starr und fest sein, so dass der Abstandshalter während des vorbereitenden Liegeschrittes bei einer Massenproduktion von Zündkerzen nicht deformiert oder bricht, so dass jede Möglichkeit eliminiert wird, irgendeine Beschädigung der Metallspitze (W₁) zu verursachen oder dass die Metallspitze in keinem Fall berührt wird. Eines der empfohlenen Materialien für den Abstandshalter ist ein Legierungswerkzeugstahl aus SKD11 (in JIS G 4404 dargestellt), der auch verschleißfest ist.
Der Abstandshalter kann auch eine unterschiedliche Form besitzen. Z. B. hat der Abstandshalter 73, welcher in 7 dargestellt ist, einen abgerundeten Nasenabschnitt (73a), welcher sich stärker als der Nasenabschnitt (3a), welcher in den 3 oder 4 dargestellt ist, nach unten erstreckt, wodurch sichergestellt ist, dass die Position des Bogenabschnittes (73c) etwa in derselben Höhe des Zündendes gebildet wird und ein Schutzabstand zwischen dem Zündende der Metallspitze (W₁) und dem Abstandshalter 73 beibehalten wird. Wenn die Position des Bogenabschnittes, welcher in dem Metallstreifen (W₂) hergestellt ist, etwa in der gleichen horizontalen Höhe mit der Metallspitzenendfläche ist, ist es einfach, den Metallstreifen zu biegen und die Lateralseite des Metallstreifens parallel zur Endfläche der Metallspitze (W₁) im nachfolgenden Schritt herzustellen.
Nachdem der Abstandshalter 3 von der Position zurückgezogen oder entfernt worden ist, wie dies oben bezüglich 4 erklärt worden ist, kommt anstelle des Stempels 4 ein Werkzeug 6 mit einer horizontalen flachen Fläche, wie dies in 5 dargestellt ist, in einer Axialrichtung der Mittelelektrode nach unten, um eine Außenlateralseite des Metallstreifens (W₂) so zu drücken, dass eine Innenseite des Metallstreifens beinahe parallel zur Endfläche der Metallspitze (W₁) hergestellt wird. Bei diesem Schritt kann der Spaltabstand (g) zwischen dem Metallstreifen (W₂) und der Metallspitze (W₁) präzise gebildet werden, indem auf die Positionsinformationsdaten der Metallspitze (W₁) Bezug genommen wird, welcher im Computerspeicher gespeichert sind. Ein Bildprozessor 7, welcher z. B. eine CCD-Vorrichtung (charge coupled device) zum Erfassen des Spaltabstandes verwendet, kann überprüfen, ob der Spaltabstand (g) innerhalb eines geforderten Wertes gebildet ist, wie dies aus 5 ersichtlich ist, oder kann dabei helfen, den Spaltabstand (g) genau zu bilden, indem auf dem Spaltabstand Bezug genommen wird, welcher vom Prozessor 7 gemessen wird. Der geforderte Wert für die Hochleistungszündkerze, wie sie tatsächlich verwendet wird, beträgt z. B. 1,1 mm mit einer Toleranz von +0 und –0,1 mm.
Wie aus den 8 oder 9 ersichtlich ist, kann der Positionserfassungssensor 1, der einen Laser verwendet, auch die Position des vorläufig gebogenen Metallstreifens (W₂) oder der Endfläche des Metallmantels (W₃) bestimmen. In dem Fall, in dem die Position des vorbereitend gebogenen Metallstreifens bestimmt wird, siehe 8, kann über eine Berechnung bestimmt werden, um wieviel der vorbereitend gebogene Metallstreifen noch ferner gebogen werden sollte, indem ein Vergleich mit den Positionsdaten der Funkenerosionsmetallspitze (W₁) vorgenommen wird. In dem Fall, in dem die Position der Endfläche des Metallmantels (W₃) bestimmt wird, siehe 9, kann nicht nur die Höhe (h) auf der Metallspitze, also der Abstand von der Endfläche des Metallmantels (W₃) zum Zündende der Metallspitze (W₁) durch eine Berechnung bestimmt werden, indem die Positionsinformationsdaten der Metallspitze (W₁) verglichen werden, sondern es kann auch das funkenerosionsfeste Metallplättchen (W₁a) auf einen am besten geeigneten Platz des Metallstreifens (W₂) angeschweißt werden, wie dies zuvor beschrieben worden ist, indem auf die Daten der Höhe (h) Bezug genommen wird, die durch eine Berechnung bestimmt worden sind. Diese Positionsinformation und die Daten können teilweise oder vollständig oder in einer Modifikation verwendet werden, um die Erfindung noch zu vervollständigen.
In 6 ist eine Spaltbildungssteuerung 8 für eine Spaltbildungsvorrichtung dargestellt, wobei die Positionsinformation, welche analog von dem Positionserfassungssensor 1 gemessen worden ist, elektrisch in eine digitale Information durch einen Analog/Digitalwandler 9 umgewandelt werden kann, so dass sie in einen Speicher eines Computers 10 mit einer CPU 11, ROM 12 und RAM 12 durch einen I/O-Eingang und ein Spaltbildungsprogramm gespeichert werden kann und/oder von dem Computer 10 direkt oder indirekt gespeichert werden kann, um Signale (S₁, S₂, S₃, S₄, ..., S_n) zu der Spaltbildungsvorrichtung zu senden oder von der Spaltbildungsvorrichtung zu empfangen.
Wenn zum Beispiel ein Signal (S₁), welches darüber informiert, dass der Metallstreifen (W₁) an den Metallmantel (W₃) angeschweißt ist, vom Computer 10 empfangen wird, sendet der Computer 10 ein Signal (S₃) zu dem Positionserfassungssensor 1 aus, um die Positionen der Metallspitze (W₁) und/oder der Endfläche des Metallmantels zu messen, wie dies in 1 oder 9 gezeigt ist. Dann sendet, basierend auf den Positionsinformationsdaten, die im Computer 10 durch Berechnung gesammelt worden sind, der Computer 10 ein Signal (S₄) an eine Maschine zum vorbereitenden Biegen, wobei der Befehl ausgegeben wird, den Abstandshalter 3 über die Metallspitze (W₁) mit einem solchen Abstand zwischen dem Abstandshalter 3, 73 und der Metallspitze (W₁) zu plazieren, um den Bogenabstand in dem Metallstreifen (W₂) zu bilden.
Wenn ein Signal (S₂), welches darüber informiert, dass der Abstandshalter an der geforderten Position plaziert ist, empfangen wird, sendet der Computer 10 ein Signal (S_n) an eine Maschine mit einem Stempel, so dass der Stempel nach unten fährt und den Metallstreifen vorläufig biegt, um den Bogenabschnitt zu bilden. Wenn, in gleicher Weise, der Computer 10 ein Signal empfängt, dass das vorläufige Biegen abgeschlossen ist, gibt der Prozessor der Maschine mit dem Stempel den Befehl, den Abstandshalter 3, 73 zurückzuziehen, und nachdem das Zurückziehen bestätigt worden ist, gibt der Prozessor an eine Maschine mit einem Werkzeug und einem Bildprozessor einen Befehl, miteinander zu kooperieren, um den Metallstreifen (W₁) weiterhin zu biegen, um den Spaltabstand herzustellen oder einzustellen, so dass er innerhalb eines geforderten Wertes für die Hochleistungszündkerzen liegt, wobei dies jeweils auf den Positionsinformationsdaten basiert.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze (W), welche umfasst: eine Mittelelektrode (2), welche in einer Bohrung angeordnet ist, die in einem Keramikisolator (W₄) gebildet ist, einen Metallmantel (W₃), welcher außerhalb des Keramikisolators (W₄) angebracht ist, und eine Masseelektrode, welche einen Zündspalt (g) mit der Mittelelektrode (2) bildet, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Schaffen eines Metallstreifens (W₂), welcher sich von einem Ende des Metallmantels (W₃) erstreckt, wobei der Metallstreifen (W₂) vorgesehen ist, die Masseelektrode zu bilden; Positionieren eines Abstandshalters (3, 73) oberhalb eines Zündendes der Mittelelektrode (2); vorbereitendes Biegen des Metallstreifens (W₂) in Richtung zum Abstandshalter (3, 73), um einen Bogenabschnitt im Metallstreifen (W₂) zu bilden; und dann genaues Bilden eines Spaltabstandes (g) zwischen dem Metallstreifen (W₂) und dem Zündende der Mittelelektrode (2), indem eine Kraft auf den Metallstreifen (W₂) aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des vorbereitenden Biegeschrittes ein Abstand (d) zwischen dem Abstandshalter (3, 73) und der Mittelelektrode (2) so beibehalten wird, dass der Abstandshalter (3, 73) nur von dem Metallstreifen (W₂) berührt wird, um die Masseelektrode zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner einen Schritt umfasst: Messen der Position des Zündendes der Mittelelektrode (2), um eine Position für den Abstandshalter (3, 73) zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein Abstand (d) zwischen dem Abstandshalter und dem Zündende der Mittelelektrode (2) basierend auf der gemessenen Position der Mittelelektrode (2) bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, welches ferner einen Schritt umfasst: Zurücksetzen des Abstandshalters (3) nach dem Biegen des Metallstreifens (W₂), so dass der Spaltabstand zwischen dem Metallstreifen (W₂) und der Mittelelektrode (2) auf einen geforderten Wert (g) eingestellt werden kann, indem auf eine Position des vorbereitend gebogenen Metallstreifens (W₂) und der Position des Zündendes der Mittelelektrode (2) Bezug genommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, welches ferner einen Schritt umfasst: Schweißen eines Metallplättchens (W₁a) auf eine Lateralseite des Metallstreifens (W₂) für eine Masseelektrode, nachdem der sich vom Ende des Metallmantels (W₂) erstreckende Metallstreifen (W₂) geschaffen ist und bevor der Abstandshalter (3, 73) oberhalb des Zündendes der Mittelelektrode (2) positioniert ist, wobei das Metallplättchen (W₁a) ein funkenerosionsfestes Metall ist, welches Pt, Ir, Rh, Pd, Re, Os, Ru, Ni oder eine Legierung daraus aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Abstand (d) zwischen dem Abstandshalter (3) und dem Zündende während des Schrittes des Biegens des Metallstreifens (W₂) beibehalten wird, so dass das Zündende der Mittelelektrode (2) geschützt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Zündende der Mittelelektrode (2) aus einer Spitze (W₁) hergestellt ist, welche einen Durchmesser im Bereich von 0,3 bis 1 mm besitzt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Spitze ein Metall aufweist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, welche Pt, Ir, Rh, Pd, Re, Os, Ru oder eine Legierung daraus aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abstandhalter (3, 73) einen abgerundeten Abschnitt (3a, 73a) besitzt, zu welchem der Metallstreifen (W₂) von einem Formwerkzeug (4, 75) in dem vorbereitendem Biegeschritt gebogen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ferner die Schritte umfasst: Speichern von sich auf die Position des Zündendes der Mittelelektrode (2) beziehenden Information in einem Computerspeicher (13); und Verwenden der Information, um den Abstandshalter (3, 73) zu positionieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches weiter die Schritte umfasst: Speichern von sich auf die Position des Zündendes der Mittelelektrode (2) beziehenden Information in einem Computerspeicher (13); und Verwenden der Information, um einen Spaltabstand (g) zwischen dem Metallstreifen (W₂) und dem Zündende der Mittelelektrode (2) genau zu bilden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Position für den Abstandshalter (3, 73) durch eine Positionsinformation des Zündendes der Mittelelektrode (2) bestimmt wird, wobei die Positionsinformation mit Bezug auf eine Position eines Teiles bestimmt wird, welches die Zündkerze (W) bildet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Positionsinformation des Zündendes der Mittelelektrode (2) durch Einsatz eines Positionserfassungssensors (1) gemessen wird, welcher einen Laser verwendet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die auf den Metallstreifen (W₂) aufgebrachte Kraft zum genauen Bilden des Spaltabstandes (g) durch einen Stempel (6) bewirkt wird, welcher sich parallel zu einer Mittelelektrodenachse bewegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bogenposition, welche in den Metallstreifen (W₂) durch Positionieren des Abstandshalters (3, 73) geformt wird, auf der im Wesentlichen gleichen Höhe angeordnet ist wie das Zündende der Mittelelektrode (2).
Vorrichtung zur Herstellung einer Zündkerze (W), welche umfasst: eine Mittelelektrode (2), welche in einer Bohrung angeordnet ist, die in einem Keramikisolator (W₄) gebildet ist, einen Metallmantel (W₃), welcher außerhalb des Keramikisolators (W₄) angebracht ist, und eine Masseelektrode, welche einen Zündspalt (g) mit der Mittelelektrode (2) bildet, wobei die Vorrichtung umfasst: Mittel (1, 8) zum Positionieren eines Abstandshalters (3, 73) oberhalb eines Zündendes der Mittelelektrode (2); Mittel (4, 75) zum vorbereitenden Biegen eines Metallstreifens (W₂) in Richtung zum Abstandshalter (3, 73), um einen Bogenabschnitt im Metallstreifen (W₂) zu bilden, wobei der Metallstreifen (W₂) vorgesehen ist, sich von einem Ende des Metallmantels (W₃) zu erstrecken und die Masseelektrode zu bilden; und Mittel (6, 7, 8) zum genauen Bilden eines Spaltabstandes (g) zwischen dem Metallstreifen (W₂) und dem Zündende der Mittelelektrode (2), indem eine Kraft auf den Metallstreifen (W₂) aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (1, 8) zum Positionieren eines Abstandshalters (3, 73) und die Mittel (7, 8) zum vorbereitenden Biegen eines Metallstreifens (W₂) einen Abstand (d) zwischen dem Abstandshalter (3, 73) und der Mittelelektrode (2) beibehalten und den Abstandshalter (3, 73) nur mit dem Metallstreifen (W₂) berühren, um die Masseelektrode zu bilden.
Vorrichtung gemäß Anspruch 16, welche ferner einen Positionserfassungssensor (1) umfasst, welcher einen Laser aufweist, um eine Positionsinformation des Zündendes der Mittelelektrode (2) zu messen.
Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, welche ferner einen Bilderfassungssensor (7) umfasst, um eine Information über den Spaltabstand zu erfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, welche ferner einen Speicher (13) umfasst, um die gemessene Positionsinformation und/oder die erfasste Spaltabstandsinformation zu speichern.
Vorrichtung nach Anspruch 17, 18 oder 19, welche ferner eine CPU (11) umfasst zum Steuern des Mittels zum Positionieren des Abstandshalters, des Mittels zum vorbereitenden Biegen des Metallstreifens und des Mittels zum genauen Bilden des Spaltabstandes, basierend auf der gemessenen und/oder gespeicherten Information.