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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen einer Zündkerze,
die in einem Verbrennungsmotor eingesetzt wird, sowie ein Verfahren
zum Herstellen der Zündkerze.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Es
ist bisher eine Vielzahl von Zündkerzen für Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren
und dergleichen vorgeschlagen und in der Praxis eingesetzt worden.
Bei einer dieser Zündkerzen
ist eine Spitze, die aus einer Legierung besteht, deren Hauptbestandteil
ein Edelmetall ist, an einer Elektrode angeschweißt, um einen
Zündabschnitt
zu bilden. Des Weiteren sind verschiedene Versuche unternommen worden,
zu verhindern, dass die Spitze von der Elektrode abfällt.
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In
diesem Zusammenhang offenbart die vorläufige japanische Patentveröffentlichung
Nr. 62-268079 das folgende Verfahren:
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Eine
Masseelektrode wird mit einem Einführloch versehen, das so geformt
ist, dass die Spitze nicht auf einen Funkenkanal zu abfallen kann.
Die Spitze wird so in das Einführloch
eingeführt,
dass eine Vertiefung erzeugt wird, die durch die Spitze und die
Masseelektrode gebildet wird. Die Vertiefung wird mit einem Abdeckelement
gefüllt,
das aus der gleichen Legierung wie das Grundmaterial der Masseelektrode
besteht, und dann wird Widerstandsschweißen an dem Abdeckelement und
der Masseelektrode durchgeführt,
um so die Spitze an der Masseelektrode zu befestigen.
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Des
Weiteren offenbart die vorläufige
japanische Patentveröffentlichung
Nr. 2000-40577 das
folgende Verfahren:
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Widerstandsschweißen wird
von der Seite eines Funkenkanals hier durchgeführt, um die Spitze an einer
Masseelektrode zu befestigen, und dann wird Laserschweißen von
der gegenüberliegenden Seite
des Funkenkanals her durchgeführt,
um die Spitze und die Masseelektrode zu befestigen.
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Bei
dem vorangehenden herkömmlichen Verfahren
kann die Spitze zwar nicht auf den Funkenkanal zu abfallen; die
Spitze wird jedoch nur durch das Abdeckelement an die Masseelektrode
gedrückt
und kann daher offensichtlich nicht sicher an der Masseelektrode
fixiert werden. Um die Spitze an der Masseelektrode sicher zu fixieren,
ist eine hohe Maßgenauigkeit
für das
Abdeckelement, das Einführloch
und die Spitze erforderlich, wodurch die Bearbeitungskosten steigen.
Dies ist unvorteilhaft. Des Weiteren sind die Spitze und die Masseelektrode
nicht vollständig
in engem Kontakt miteinander, und daher ist die Wärmeleitung
zwischen ihnen nicht besonders gut. Dieses Verfahren wird insbesondere
umgesetzt, indem die Spitze verwendet wird, deren Hauptbestandteil
Ir ist, d. h., die Wärme
der Spitze kann nicht zur Seite der Masseelektrode übertragen
werden, so dass die Temperatur der Spitze ansteigt, wodurch insbesondere
der Verschleiß der
Spitze aufgrund von Funkenentladung zunimmt.
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Bei
letzterem herkömmlichen
Verfahren wird die Spitze nur mit geschmolzenen (und verfestigten) Abschnitten
an der Masseelektrode befestigt, die durch das Widerstandsschweißen und
das Laserschweißen
ausgebildet werden. Wenn die Spitze aus einer Legierung besteht,
deren Hauptbestandteil ein Edelmetall ist (insbesondere Ir), unterscheidet
sich der Schmelzpunkt dieser Spitze erheblich von einer Legierung
auf Ni-Basis, die im Allgemeinen als Grundmaterial der Masseelektrode
verwendet wird, und daher ist es schwierig, die Spitze und die Masseelektrode
beim Widerstandsschweißen
fest zu verschweißen.
So hängt
die Verschweißung
der Spitze und der Masseelektrode im Wesentlichen vom Laserschweißen ab,
wodurch es schwierig wird, vollständig zu verhindern, dass sich
die Spitze löst
und von der Masseelektrode abfällt.
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EP 1 049 222 A1 offenbart
eine Zündkerze mit
einer Masseelektrode und einer Spitze aus funkenverschleißbeständigem Elektrodenmaterial,
die von einer ersten Fläche
der Masseelektrode einem Funkenkanal zugewandt vorsteht. Bei der
Spit ze handelt es sich um ein Edelmetallplättchen aus Pt oder Ir, das
in eine Vertiefung der Masseelektrode eingeführt wird und durch einen Umfangs-Laserschweißabschnitt
an der Masseelektrode befestigt wird. Vor dem Laserschweißen hatte
die Vertiefung eine gerade Zylinderform mit konstantem Durchmesser
und eine Tiefe, die im Wesentlichen geringer ist als eine Höhe tc des
Edelmetallplättchens.
Durch den Prozess des Laserschweißens werden der äußere Umfangsrandabschnitt
des Edelmetallplättchens
sowie der entsprechende Innenumfangsrand und der Seitenabschnitt
der Vertiefung zum Schmelzen gebracht, d. h., die Struktur des Edelmetallplättchens wird
aufgelöst
und die Vertiefung wird mit dem Umfangs-Laserschweißabschnitt
versehen.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Angesichts
des Obenstehenden ist es wünschenswert,
eine Zündkerze
zu schaffen, die eine Haltbarkeit von über 1 000 000 Meilen in einem
Kraftfahrzeugmotor mit hoher Drehzahl und hoher Ausgangsleistung
aufweist und eine Haltbarkeit von mehreren tausend Stunden beim
kontinuierlichen Einsatz in einem Kraft-Wärme-Kopplungssystem oder dergleichen
aufweist.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte
Zündkerze
und ein verbessertes Herstellungsverfahren für die Zündkerze zu schaffen, womit
erreicht wird, dass die Zündkerze unter
schweren Betriebsbedingungen eines Verbrennungsmotors mit hoher
Drehzahl und hoher Ausgangsleistung lang haltbar ist, wobei eine
Spitze, die aus einer Legierung besteht, deren Hauptbestandteil Ir
ist, sich auch dann nicht lösen
und von einer Masseelektrode abfallen kann, wenn die Zündkerze über lange
Zeit unter schweren Bedingungen eingesetzt wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die Aufgabe mit einer Zündkerze gelöst, die die Merkmale des unabhängigen Anspruchs
1 aufweist, sowie mit einem Verfahren zum Herstellen der Zündkerze, das
die Merkmale des unabhängigen
Anspruchs 6 aufweist.
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Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einer Zündkerze,
die eine Mittelelektrode umfasst. Ein Isolator ist um die Mittelelektrode
herum angeordnet. Ein Metall-Hauptkörper ist
um den Isolator herum angeordnet. Eine Masseelektrode hat einen
ersten Endabschnitt, der mit dem Metall-Hauptkörper verbunden ist, sowie einen
zweiten Endabschnitt, der der Mittelelektrode gegenüberliegt. Des
Weiteren besteht eine Spitze aus einer Legierung, deren Hauptbestandteil
Ir ist. Die Spitze ist an der Mittelelektrode befestigt und dient
als ein funkenverschleißbeständiges Elektrodenmaterial.
Die Spitze hat eine Achse, die zur mittleren Elektrode gerichtet
ist. In der Zündkerze
ist ein geschmolzener und verfestigter Abschnitt, der aus Legierung
besteht, so angeordnet, dass die Spitze an der Masseelektrode fixiert
wird. Der geschmolzene und verfestigte Abschnitt enthält einen
umgebenden, geschmolzenen und verfestigten Abschnitt, der eine Umfangsfläche eines
Hauptteils der Spitze umgebend angeordnet ist, die in die Masseelektrode
eingebettet ist.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einem Verfahren
zum Herstellen einer Zündkerze,
die eine Mittelelektrode, einen Isolator, der um die Mittelelektrode
herum angeordnet ist, und einen Metall-Hauptkörper umfasst, der um den Isolator
herum angeordnet ist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- (a) Vorbereiten einer Masseelektrode, die einen ersten
Endabschnitt, der mit dem Metall-Hauptkörper verbunden ist, und einem
zweiten Endabschnitt hat, der der Mittelelektrode gegenüberliegt,
wobei die Masseelektrode eine erste Fläche, die dem Funkenkanal zugewandt
ist, und eine zweite Fläche
gegenüber
der ersten Fläche
hat, und die Masseelektrode einen Bereich hat, der ein Einführloch aufweist,
das sich von der ersten Fläche
zur zweiten Fläche
erstreckt, und der Bereich, der das Einführloch aufweist, einen Eingriffsbereich
enthält;
- (b) Vorbereiten einer Spitze, die als ein funkenverschleißbeständiges Elektrodenmaterial
dient, wobei die Spitze einen ersten Abschnitt und einen zweiten
Abschnitt enthält,
dessen Querschnittsfläche
kleiner ist als die des ersten Abschnitts;
- (c) Einführen
der Spitze in das Einführloch
so, dass der erste Abschnitt der Spitze in Eingriff mit dem Eingriffsbereich
der Masseelektrode gebracht wird und dass sich die Spitze unter
der zweiten Fläche
der Masseelektrode befindet, um eine Vertiefung auszubilden;
- (d) Einführen
eines Abdeckelementes in die Vertiefung und
- (e) Verschweißen
des Abdeckelementes und der Masseelektrode so, dass das gesamte
Abdeckelement schmilzt und dass ein geschmolzenes Material, das
wenigs tens von dem Abdeckelement stammt, einen Zwischenraum ausfüllt, der
zwischen der Spitze und einer Oberfläche des Einführloches
ausgebildet ist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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In
den Zeichnungen kennzeichnen gleiche Bezugszeichen in allen Figuren
gleiche Teile und Elemente, wobei:
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1 eine
teilweise als Schnitt ausgeführte Teilvorderansicht
eines wichtigen Teils einer Zündkerze
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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2 eine
schematische, vergrößerte Teilschnittansicht
einer Mittelelektrode der Zündkerze
in 1 ist, die einen Prozess und eine Art des Fixierens
einer Spitze an der Mittelelektrode darstellt;
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3A bis 3B schematische
Teilschnittansichten sind, die einen Prozess und eine Art des Fixierens
einer Spitze an einer Masseelektrode darstellen;
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4A bis 4C schematische
Teilschnittansichten sind, die einen abgewandelten Prozess und eine
abgewandelte Art des Fixierens der Spitze an der Masseelektrode
darstellen;
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5A bis 5F schematische
Teilschnittansichten sind, die verschiedene Beispiele der Form der
Spitze und eines Einführloches
bei der Zündkerze
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigen, in das die Spitze eingeführt wird;
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6A und 6B schematische,
vergrößerte Teilschnittansichten
sind, die Beispiele eines Bereiches der Zündkerze zeigen, der von der
Masseelektrode der vorliegenden Erfindung vorsteht, und
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7 eine
schematische Teilschnittansicht ähnlich
wie 3D ist, die jedoch eine andere modifizierte Art
des Fixierens der Spitze und der Masseelektrode darstellt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Unter
Bezugnahme auf 1 ist zu sehen, dass eine Ausführung einer
Zündkerze
gemäß der vorliegenden
Erfindung mit dem Bezugszeichen 100 dargestellt ist. Die
Zündkerze 100 umfasst
einen Metall-Hauptkörper
bzw. einen Mantel 1, der einen Isolator 2 trägt bzw.
umgibt. Der Isolator 2 ist in den Metallkörper 1 eingesetzt
bzw. von ihm umgeben und hat einen Spitzen-Endabschnitt 27,
der von dem Metall-Hauptkörper
vorsteht. Eine Mittelelektrode 3 ist im Inneren des Isolators 2 so
angeordnet, dass ihr Zündabschnitt
bzw. Spitzen-Endabschnitt 31 von dem Spitzen-Endabschnitt 27 des
Isolators vorsteht. Der Zündabschnitt 31 ist
am Spitzen-Endabschnitt der Mittelelektrode 3 ausgebildet.
Eine Masseelektrode 4 hat einen unteren Endabschnitt, der
mit dem Metall-Hauptkörper 1 durch
Verschweißen
oder dergleichen verbunden wird. Die Masseelektrode 4 ist
im Allgemeinen L-förmig
gebogen und hat einen Spitzen-Endabschnitt, dessen Seitenfläche dem Zündabschnitt 31 der
Mittelelektrode gegenüberliegt. Die
Masseelektrode 4 hat in einem Zustand, der vorliegt, bevor
sie gebogen ist, die Form eines im Allgemeinen rechtwinkligen Parallelepipeds.
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Eine
Spitze 5 ist an der Masseelektrode 4 fixiert und
liegt dem Zündabschnitt 31 der
Mittelelektrode 3 gegenüber,
um eine Beständigkeit
der Masseelektrode gegenüber
Verschleiß aufgrund
von Funkenbildung (Funkenverschleiß-Beständigkeit) zu verbessern. Dementsprechend
dient die Spitze 5 als ein funkenverschleißbeständiges Elektrodenmaterial,
das gegenüber
dem Verschleiß aufgrund
von Funkenbildung beständig
ist. Die Spitze besteht aus einem Material (Legierung), dessen Hauptbestandteil ein
Edelmetall ist. Der Hauptbestandteil ist ein Bestandteil, dessen
Anteil (Gew.-%) der größte von
allen Bestandteilen ist (dies gilt in der gesamten vorliegenden
Patentbeschreibung). Die Spitze 5 ist so fixiert, dass
ihr Hauptteil in der Masseelektrode 4 eingebettet ist.
Die Spitze 5 steht von der Masseelektrode 32 so
vor, dass sie den Zündabschnitt 32 der
Masseelektrode 4 bildet. Desgleichen ist eine Spitze 8, die
aus einem Material (Legierung) besteht, dessen Hauptbestandteil
ein Edelmetall ist, an dem Spitzen-Endabschnitt der Mittelelektrode 3 durch Schweißen, Verstemmen
oder dergleichen fixiert, so dass der Zündabschnitt entsteht. Ein Funkenkanal
g ist zwischen dem Zündabschnitt 31 der
Mittelelektrode 3 und dem Zündabschnitt 32 der
Masseelektrode 4 ausgebildet.
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Der
Isolator 2 besteht aus einem Keramik-Sinterkörper aus
Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid und/oder dergleichen. Der Isolator 2 ist
im Inneren mit einem axial verlaufenden Loch versehen, in das die
Mittelelektrode 3 eingesetzt wird. Der Metall-Hauptkörper 1 besteht
aus einem Metall, wie beispielsweise kunststoffarmem Stahl und/oder
dergleichen, und ist zylindrisch geformt und dient als ein Gehäuse der
Zündkerze 100.
Der Metall-Hauptkörper 1 ist
an seiner Umfangsfläche
mit Gewindegängen 7 versehen, über die
die Zündkerze 100 an
einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors installiert wird, der
nicht dargestellt ist.
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Die
Mittelelektrode 3 und die Masseelektrode 4 weisen
jeweils Hauptkörperabschnitte 3a, 4a auf,
die aus wärmebeständiger Legierung
auf Ni-Basis oder dergleichen bestehen. Die Legierung auf Ni-Basis
enthält
Ni als einen Hauptbestandteil. Der Endabschnitt 31 und
der gegenüberliegende Zündabschnitt 32 bestehen
aus der Legierung, deren Hauptbestandteil Pt, Ir und/oder dergleichen
ist. Insbesondere die Legierung (Ir-Legierung), deren Hauptbestandteil Ir
ist, weist ausgezeichnete Funkenverschleiß-Beständigkeit
auf und ist daher für
den Einsatz mit der Zündkerze
der vorliegenden Erfindung geeignet. Bei dieser Legierung erweist
sich eine Ir-Rh-Legierung, die eine bedeutende Menge (beispielsweise
10 bis 30 Gew.-%) an Rh enthält,
als ausgezeichnet sowohl hinsichtlich der Funkenverschleiß-Beständigkeit
und Oxidation als auch der Beständigkeit
gegenüber
Verdampfungsverschleiß (Verschleiß aufgrund
von Verdampfung). Des Weiteren unterscheidet sich die Legierung,
deren Hauptbestandteil Ir ist, bezüglich des Schmelzpunktes erheblich
von Legierungen auf Ni-Basis, die allgemein als ein Grund-(Haupt)-Material
von Elektroden eingesetzt werden. Dementsprechend lässt sich
die Legierung, deren Hauptbestandteil Ir ist, mit Schweißverfahren
sehr schwer verschweißen;
eine derartige Legierung eignet sich jedoch sehr gut für das Material der
Spitzen 5, 8.
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Die
Spitzen 5, 8 werden aus einem geschmolzenen Legierungsmaterial
oder einem gesintertem Material hergestellt, das gewonnen wird,
indem Legierungspulver oder ein Gemisch aus Metall-Einkomponenten-Pulvern
verdichtet und gesintert wird. Das geschmolzene Legierungsmaterial
wird hergestellt, indem Legierungskomponenten gemischt und zum Schmelzen
gebracht werden. Das Gemisch aus Metall-Einkomponenten-Pulvern wird hergestellt, indem
eine Vielzahl von Metall-Einkomponenten-Pulvern
in einem bestimmten Verhältnis
gemischt werden. Beim Herstellen der Spitzen 5, 8 aus
geschmolzener Legierung (oder dem Legierungs-Schmelzmaterial) werden die Spitzen 5, 8 ausgebildet,
indem das Legierungs- Schmelzematerial
wenigstens Walzen oder Schmieden, Ziehen, spanender Bearbeitung, Schneiden
oder Stanzen unterzogen wird, um so die Spitzen mit gewünschten
Formen zu gewinnen.
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Die
Spitze 18, die an der Mittelelektrode zu fixieren ist,
hat, wie in 2 dargestellt, eine im Allgemeinen
zylindrische oder säulenartige
Form. D. h., die Spitze 8 wird beispielsweise mit einem
Verfahren hergestellt, bei dem geschmolzene Legierung plattenartig
geformt wird, um durch Warmwalzen ein plattenförmiges Material zu gewinnen,
und dann wird das plattenförmige
Material durch Warmstanzen in eine bestimmte Form gestanzt, oder
mit einem anderen Verfahren, bei dem die geschmolzene Legierung durch
Warmwalzen oder Warmschmieden linear oder stangenartig ausgebildet
wird, um ein lineares oder stangenartiges Material zu erzeugen und
dann das lineare oder stangenartige Material so zugeschnitten wird,
dass es eine bestimmte Länge
hat, um so die Spitze 8 herzustellen. Die im Allgemeinen
säulenartige
Spitze 8 wird auf die Spitzen-Endfläche der Mittelelektrode 3 aufgesetzt,
wobei diese Endfläche
zuvor abgeflacht worden ist, so dass eine Verbindungsebene entsteht,
an der die Spitzen-Endfläche
der Mittelelektrode 3 und der planen Endfläche der
Spitze 8 in Kontakt miteinander sind. Anschließend wird
Laserschweißen,
Elektronenstrahlschweißen
oder dergleichen entlang des Außenumfangs
der Verbindungsebene durchgeführt,
um einen ringförmigen,
geschmolzenen (und verfestigten) Abschnitt W auszubilden und so
die Spitze 8 an der Mittelelektrode 3 zu fixieren
und den Zündabschnitt 31 auszubilden.
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Ein
Beispiel eines Verfahrens und einer Art der Befestigung der Spitze 5 an
der Masseelektrode 4 wird unter Bezugnahme auf 3A bis 3D beschrieben,
die jeweils Schritte des Verfahrens zum Verbinden der Spitze mit
der Masseelektrode entsprechen. In 3A ist
ein Einführloch 60 so
ausgebildet, dass es eine Achse (nicht dargestellt) hat, die im
Allgemeinen auf die Achse der Mittelelektrode 3 ausgerichtet
ist. Das Einführloch 60 enthält einen
zylindrischen Abschnitt mit großem
Durchmesser und einen zylindrischen Abschnitt mit kleinem Durchmesser,
die koaxial zueinander und miteinander verbunden sind, so dass eine
ringförmige
Eingriffsfläche (Bereich 31)
zwischen dem zylindrischen Abschnitt mit großem Durchmesser und dem zylindrischen
Abschnitt mit kleinem Durchmesser entsteht. Der zylindrische Abschnitt
mit großem
Durchmesser ist zu einer Rückseitenfläche 21 (Rückseite
in Bezug auf den Funkenkanal g) hin geöffnet, während das zylindrische Loch
mit kleinem Durchmesser zu einer Vorderseitenfläche 22 (Vorder seite
in Bezug auf den Funkenkanal g) der Masseelektrode hin geöffnet ist.
Die Masseelektrode 4 kann die flache Form oder die Form
einer Stange mit einem kreisförmigen
Querschnitt haben. In diesem Fall ist die Masseelektrode imaginär in zwei
Abschnitte (die jeweils an der Rückseite
und der Vorderseite liegen) entlang einer Mittelebene unterteilt,
wobei zwei Abschnitte jeweils als die Rückseitenfläche 21 und die Vorderseitenfläche 22 dienen.
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Die
Spitze 5 enthält
einen Abschnitt 5a mit kleinem Durchmesser (zylindrisch)
und einen Abschnitt 5b mit großem Durchmesser (zylindrisch),
die koaxial zueinander und integral miteinander verbunden sind und
eine ringförmige
Eingriffsfläche 30 bilden,
die als ein Teil der Oberfläche
des zylindrischen Abschnitts 5b mit großem Durchmesser dient. Die Spitze 5 ist,
wie in 3a und 3b dargestellt,
in das Einführloch 60 von
der Rückseitenfläche 21 der Mittelelektrode 4 her
eingeführt.
Wenn die Spitze 5 in das Einführloch 60 der Masseelektrode 4 eingeführt ist,
wird die Eingriffsfläche 30 der
Spitze 5 mit der Eingriffsfläche 31 des Einführloches 60 in
Eingriff gebracht, um so zu verhindern, dass sich die Spitze 5 auf
den Funkenkanal g zu bewegt. Die Spitze 5 wird ähnlich wie
die Spitze 8 der Seite der Mittelelektrode 3 hergestellt
und wird daher mit einem pulvermetallurgischen Verfahren, einem
Verfahren, bei dem geschmolzene Legierung durch Warmwalzen oder Warmschmieden
in die Form der Spitze 8 gebracht wird, oder einem Verfahren,
bei dem ein mit diesem Verfahren gewonnener, geformter Körper spanend
in eine gewünschte
Form gebracht wird, erzeugt.
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In
einem Zustand, in dem die Spitze 5 in das Einführloch 60 der
Masseelektrode 4 eingeführt
worden ist, steht der vordere Endabschnitt des zylindrischen Abschnitts 5a mit
kleinem Durchmesser von der Vorderseitenfläche 22 in den Funkenkanal
g vor, wobei eine zylindrische Vertiefung 25 zwischen der Rückseitenfläche 21 der
Masseelektrode 4 und einer Endfläche 20 (die sich an
der Rückseite
in Bezug auf den Funkenkanal g befindet und dafür im Folgenden als hintere
Spitzen-Endfläche" bezeichnet wird)
der Spitze 5 ausgebildet ist. Die zylindrische Vertiefung 20 wird
durch eine zylindrische Innenumfangsfläche (die das Einführloch 60 bildet)
der Masseelektrode 4 gebildet. Die zylindrische Vertiefung 25 wird
mit einer Spitze (Abdeckelement) 50 gefüllt, die aus der wärmebeständigen Legierung
auf Ni-Basis besteht, die die gleiche ist wie die Legierung, die
das Grundmaterial der Masseelektrode 21 bildet. Anschließend wird Lichtbogenschweißen von
der Rückseitenfläche 21 der
Masseelektrode 4 her ausgeführt, um die Spitze 50 und
einen Abschnitt (der Masseelektrode 4) um die Spitze 50 herum
zum Schmelzen zu bringen. Die Spitze 50 kann aus einem
anderen Materials als dem Grundmaterial der Masseelektrode 4 bestehen,
sofern das andere Material dem Grundmaterial der Masseelektrode 4 hinsichtlich
des Schmelzpunktes und des Wärmeausdehnungskoeffizienten ähnelt. Was
die Form der Spitze 50 angeht, so ist es nicht notwendig,
die Spitze 50 genau entsprechend der Form der Vertiefung 25 zu
bearbeiten, da die Spitze 5 beim Lichtbogenschweißen zum
Schmelzen gebracht wird. Als das Lichtbogenschweißen wird
das Lichtbogenschweißen
vom nichtauftragenden Typ vorzugsweise eingesetzt, wobei ein Wolfram-Inertgas-Schweißverfahren
vorzugsweise eingesetzt wird, um Schweißen unter dem Strom von inertem Gas,
wie beispielsweise Argongas oder dergleichen, auszuführen und
so einen Schweißabschnitt
gegenüber
Luft zu isolieren.
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Wenn
das Lichtbogenschweißen
abgeschlossen ist, ist ein in 3C dargestellter
Zustand hergestellt. In diesem Zustand werden die Spitze 50 und
das Grundmaterial (die wärmebeständige Legierung
auf Ni-Basis, die einen relativ niedrigen Schmelzpunkt hat) der
Masseelektrode 4 beim Lichtbogenschweißen zum Schmelzen gebracht,
so dass ein geschmolzener (und verfestigter) hinterer Spitzen-Endabschnitt 40 an
der hinteren Spitzen-Endfläche 20 und
darum herum in engem Kontakt mit der Spitze 5 ausgebildet
wird. Dieser geschmolzener Abschnitt 40 ist zwischen der
Spitze 5 und der Masseelektrode 4 vorhanden und
verbindet sie fest miteinander. Dadurch kann verhindert werden,
dass sich die Spitze 5 auf die Rückseitenfläche 21 der Masseelektrode 4 zu
bewegt. Der geschmolzene Abschnitt 50 liegt zur Rückseitenfläche 21 der
Masseelektrode hin so frei, dass er mit der Rückseitenfläche 21 bündig ist.
Obwohl eine geringe Menge der Bestandteile der Spitze 5 mit
dem geschmolzenen Abschnitt 40 vermischt werden kann, besteht
der geschmolzene Abschnitt 40 im Allgemeinen aus dem Gemisch
der Bestandteile des Grundmaterials der Masseelektrode 4 und
den Bestandteilen der Spitze 50.
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In
dem in 3B dargestellten Zustand, der vorliegt,
bevor das Lichtbogenschweißen
ausgeführt wird,
ist ein Zwischenraum zwischen der zylindrischen Außenumfangsfläche der
Spitze 5 und der zylindrischen Innenumfangsfläche 23 des
Einführloches 60 entsprechend
einer Abmessungsdifferenz zwischen der Spitze 5 und dem
Einführloch 60 vorhanden.
Wenn das Lichtbogenschweißen
durchgeführt
wird, fließt
ein geschmolzenes Metall, das aus dem geschmolzenen Grundmaterial
der Masseelektrode 4 und der geschmolzenen Spitze 50 besteht,
in den Zwischenraum. Dadurch wird der Zwischen raum mit dem geschmolzenen
Metall gefüllt,
so dass ein ringförmiger
bzw. umschließender,
geschmolzener (und verfestigter) Abschnitt 42 so ausgebildet
wird, dass er die Spitze 5 umgibt. Es ist anzumerken, dass dieser
ringförmige,
geschmolzene Abschnitt 42 integral mit dem ringförmigen,
geschmolzenen Abschnitt 40 ausgebildet wird. Dieser ringförmige, geschmolzene
Abschnitt 42 verhindert, dass sich die Spitze in seitlicher
Richtung oder in einer Richtung senkrecht zur axialen Richtung des
Einführloches 60 bewegt. Die
zylindrische Seitenfläche
bzw. Außenumfangsfläche des
Abschnitts 5' (der
Spitze 5), der von der Vorderseitenfläche 22 der Masseelektrode
zu dem Funkenkanal g vorsteht, kann mit dem ringförmigen,
geschmolzenen Abschnitt 42 bedeckt sein.
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Die
Spitze 5 ist ausreichend an der Masseelektrode 4 fixiert
worden, wenn der in 3C dargestellte Zustand hergestellt
ist. Um die Spitze 5 weiter sicher mit der Masseelektrode 4 zu
verbinden, wird ein mit Laser zum Schmelzen gebrachter (und verfestigter)
Abschnitt 41, in dem die Bestandteile der Spitze 5 und
der Masseelektrode 4 vermischt sind, durch Laserschweißen ausgebildet.
Die Spitze 5 besteht aus der Legierung, deren Hauptbestandteil
Ir ist, und daher werden vorzugsweise die Spitze 5 und die
Masseelektrode 4 mit Schweißverfahren vorübergehend
zum Schmelzen gebracht, mit denen eine Energiedichte erhöht wird,
so beispielsweise Laserschweißen
oder Elektronenstrahlschweißen,
um zu bewirken, dass die Spitze 5 zusammen mit dem Grundmaterial
der Masseelektrode 4 schmilzt.
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Wenn
die Verbindung der Spitze 5 mit der Masseelektrode 4 beim
Ausführen
des Laserschweißens
hergestellt worden ist, ist ein in 3D dargestellter
Zustand hergestellt worden. In diesem Zustand ist der durch Laser
geschmolzene Abschnitt 41, der durch das Laserschweißen entstanden
ist, über
die Spitze 5 und die Masseelektrode 4 ausgebildet.
Eine Bestrahlung mit Laser (hν)
beim Laserschweißen
kann in jede beliebige Richtung zugelassen werden, solang die Laserbestrahlung
nicht über die
Vorderseitenfläche 22 der
Masseelektrode 4 erfolgt. Eine in Klammern gesetzte Ansicht
in 3D zeigt den Spitzen-Endabschnitt der Masseelektrode 4 aus
einer Richtung senkrecht zur Vorderseitenfläche 22 der Massenelektrode 4 gesehen.
Der Laser kann, wie in 3D dargestellt, in den durch
Pfeile angedeuteten Richtungen strahlen. Die zylindrische Seitenfläche des
Abschnitts 5' (der
Spitze 5), der von der Vorderseitenfläche 23 der Masseelektrode
zu dem Funkenkanal g hin vorsteht, kann mit dem durch Laser geschmolzenen
Abschnitt 41 bedeckt sein.
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Der
zylindrische Abschnitt 5a und der zylindrische Abschnitt 5b können, wie
in 7 dargestellt, den gleichen Durchmesser haben,
um eine säulenartige
Struktur auszubilden. In diesem Fall ist die Verbindungsfestigkeit,
verglichen mit einem Fall, in dem der Durchmesser des zylindrischen
Abschnitts 5b größer ist
als der des zylindrischen Abschnitts 5a, gering, jedoch
verringern sich die Herstellungskosten der Spitze 5 selbst.
Des Weiteren kann, indem der durch Laser geschmolzene Abschnitt 41 auf
gleiche Art wie in 3D dargestellt, ausgebildet
wird, die Verbindungsfestigkeit der Spitze 5 an der Masseelektrode 4 verbessert
werden.
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Im
Allgemeinen erzeugt eine Legierung auf Ni-Basis, verglichen mit
einer Legierung auf Ir-Basis, leicht eine Funkenentladung. Der ringförmige, geschmolzene
Abschnitt 42 besteht aus der Legierung auf Ni-Basis, die
von dem Abdeckelement 50 und der Masseelektrode 4 stammt,
während
der durch Laser geschmolzene Abschnitt 41 aus dem Gemisch
aus der Legierung auf Ir-Basis und der Legierung auf Ni-Basis besteht.
Dementsprechend wird, wenn ein Abschnitt, wie der durch Laser geschmolzene
Abschnitt 41, an einer Endfläche 24 der Spitze 5 an
der Funkenkanalseite ausgebildet ist, d. h. zur Vorderseitenfläche (Funkenentladungsfläche) 22 der
Masseelektrode 4 hin freiliegt, Funkenentladung auf den
Abschnitt an der Endfläche 24 an
der Funkenkanalseite konzentriert, so dass es zu einem selektiven
Verschleiß des
Abschnitts kommt. Unter diesem Aspekt ist es nicht günstig, dass
der durch Laser geschmolzene Abschnitt 41 oder der zuvor
beschriebene ringförmige,
geschmolzene Abschnitt 42 zu der Funkenentladungsfläche 22 der
Masseelektrode 4 hin freiliegt. Wenn jedoch die zylindrische
Seitenfläche
des Abschnitts 5' (der
Spitze 5), die von der Vorderseitenfläche 22 der Masseelektrode
zu dem Funkenkanal g hin vorsteht, mit dem durch Laser geschmolzenen Abschnitt 41 oder
dem ringförmigen,
geschmolzenen Abschnitt 42 bedeckt ist, wie dies in 6A und 6B dargestellt
ist, kann eine Wärmeleitung
zwischen der Spitze 5 und der Masseelektrode 4 verbessert
werden. Deshalb sind die in 6A und 6B dargestellten
Ausführungen
günstiger.
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Obwohl
ein Beispiel der Art der Befestigung bzw. der Fixierung der Spitze 5 an
der Masseelektrode 4 unter Bezugnahme auf 3A bis 3D so dargestellt
und beschrieben wurde, dass das Laserschweißen nach dem Lichtbogenschweißen ausgeführt wird,
ver steht sich, dass das Laserschweißen vor dem Lichtbogenschweißen ausgeführt werden kann.
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Obwohl
die Spitze 5 so dargestellt und beschrieben wurde, dass
sie den Abschnitt 5a mit kleinem Durchmesser und den Abschnitt 5b mit
großem Durchmesser
hat, liegt auf der Hand, dass der Abschnitt mit kleinem Durchmesser
und der Abschnitt mit großem
Durchmesser jeweils durch einen Abschnitt mit kleinerer Querschnittsfläche und
einen Abschnitt mit größerer Querschnittsfläche ersetzt werden
können,
wenn die Spitze keinen kreisförmigen
Querschnitt hat, wobei die Querschnittsfläche in einer Ebene oder einem
Schnitt senkrecht zur Achse der Spitze 5 liegt.
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4A bis 4C stellen
ein abgewandeltes Beispiel von Verfahren und Art des Fixierens der Spitze 5 an
der Masseelektrode 4 ähnlich
dem Beispiel in 3A bis 3D dar.
Das Verfahren ist bis zum Einführen
der Spitze 5 in das Einführloch 60 genau das
gleiche wie in 3A bis 3D. Dann
wird nach dem Einführen
der Spitze 5 in das Einführloch 6 Laserschweißen (hν) von der
Seite der Rückseitenfläche 21 der
Masseelektrode 4 her ausgeführt, wie dies in 4A dargestellt
ist, um so den durch Laser geschmolzenen Abschnitt 41 über die
gesamte Spitze 5 und die Masseelektrode 4 auszubilden,
wie dies in 4B dargestellt ist. Anschließend wird
die zylindrische Vertiefung 25 so mit der Spitze 50 gefüllt, dass
die Spitze 50 in Kontakt mit der hinteren Endfläche 20 der
Spitze ist, gefolgt von der Ausführung
von Lichtbogenschweißen.
Dabei umgibt der durch Laser geschmolzene Abschnitt 41 die
Spitze 5 nicht vollständig,
und so kann der ringförmige,
geschmolzene Abschnitt 42, der die Spitze umgibt, durch
Ausführen des
Lichtbogenschweißens
ausgebildet werden. Ansonsten kann der durch Laser geschmolzene
Abschnitt 41 so ausgebildet werden, dass er die Spitze vollständig umgibt.
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Der
Prozess des Fixierens der Spitze 5 an der Masseelektrode 4 wird,
wie aus dem Obenstehenden ersichtlich ist, ausgeführt, nachdem
oder bevor die Masseelektrode 4 an dem Metall-Hauptkörper 1 der
Zündkerze 100 installiert
ist, oder nach oder vor dem Biegen der Masseelektrode 4.
So kann das Anschweißen
der Spitze 5 zu einem beliebigen der oben aufgeführten Zeitpunkte
durchgeführt
werden, da das Schweißen
nicht von der Seite des Funkenkanals g her ausgeführt wird,
so dass die Reihenfolge der Schritte in einem Herstellungsverfahren
für die
Zündkerze 100 nicht
nur auf eine Weise festgelegt werden kann.
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5A bis 5F stellen
verschiedene Bespiele bezüglich
der Form der Spitze 5 und des Einführloches 60 dar. In
jeder der 5A bis 5F zeigt
eine obere Figur eine schematische Seitenansicht der Spitze 5,
während
eine untere Figur eine schematische Teildraufsicht auf die Masseelektrode 4,
vom Funkenkanal g aus gesehen, zeigt. Bei den verschiedenen Beispielen
der 5A bis 5F gibt
es solche, bei denen der Abschnitt mit großem Durchmesser und der Abschnitt
mit kleinem Durchmesser der Spitze 5 nicht klar getrennt
oder voneinander abgegrenzt werden können, wobei jedoch klar ist,
dass ein Abschnitt (der Spitze 5), der von der Masseelektrode 4 vorsteht,
beim Einführen
der Spitze 5 in das Einführloch 60 den Abschnitt
mit kleinem Durchmesser bildet, während ein Abschnitt auf der Spitze 5,
der in die Masseelektrode 4 eingebettet ist, beim Einführen der
Spitze 5 in das Einführloch 60 den
Abschnitt mit großem
Durchmesser bildet. So können
beliebige Formen der Spitze 5 und des Einführloches 60,
die in Kombination verwendet werden, für die Zündkerze 100 gemäß der vorliegenden
Erfindung eingesetzt werden, solange sie so angeordnet sind, dass
die Spitze 5 nicht in Richtung des Funkenkanals g abfallen
kann.
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Obwohl
die Erfindung im Einzelnen und unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführung derselben dargestellt
und beschrieben wurde, weiß der
Fachmann, dass die oben stehenden und andere Änderungen an Form und Details
vorgenommen werden können,
ohne vom Geist und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
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Im
Folgenden werden Aufbau und vorteilhafte Effekte der Zündkerze
gemäß der vorliegenden
Erfindung erläutert.
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Die
Zündkerze
gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst die Mittelelektrode. Der Isolator ist um die Mittelelektrode
herum angeordnet. Der Metall-Hauptkörper ist um den Isolator herum
angeordnet. Der erste Endabschnitt der Masseelektrode ist mit dem
Metall-Hauptkörper
verbunden, und der zweite Endabschnitt liegt der Mittelelektrode
gegenüber.
Die Spitze besteht aus einer Legierung, deren Hauptbestandteil Ir
ist. Die Spitze dient als das funkenverschleißbeständige Elektrodenmaterial. Die Achse
der Spitze ist zu der Mittelelektrode gerichtet. Bei der Zündkerze
enthält
die Spitze den ersten Abschnitt (mit großem Durchmesser), der in der
Masseelektrode eingebettet ist, und den zweiten Abschnitt (mit kleinem
Durchmesser), der sich entlang der Achse näher an der Mittelelektrode
befindet als der erste Abschnitt, um den Funkenkanal zwischen ihm
und der Mittelelektrode auszubilden. Der erste Abschnitt hat eine
größere Querschnittsfläche als
der zweite Abschnitt, um die Spitze an Bewegung in der ersten Richtung
auf die Mittelelektrode zu zu hindern. Des Weiteren ist bei der
Zündkerze
der geschmolzene und verfestigte Abschnitt, der aus Legierung besteht,
so angeordnet, dass die Spitze an der Masseelektrode befestigt ist,
um zu verhindern, dass sich die Spitze wenigstens in der zweiten
Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung und in der dritten Richtung
senkrecht zu der ersten und der zweiten Richtung bewegt.
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Bei
der Zündkerze
der vorliegenden Erfindung ist die Spitze, deren Hauptbestandteil
Ir ist, in die Masseelektrode eingebettet. Die Spitze hat den Abschnitt
mit kleinem Durchmesser (kleinere Querschnittsfläche), dessen Endfläche von
der Masseelektrode her frei liegt, und den Abschnitt mit großem Durchmesser
(großer
Querschnittsfläche),
der in die Masseelektrode eingebettet ist. Die Spitze kann an Bewegung
auf den Funkenkanal zu gehindert werden, da der Abschnitt mit großem Durchmesser
in die Masseelektrode eingebettet ist, wobei die Spitze gleichzeitig
an Bewegung in der entgegengesetzten Richtung zu der des Funkenkanals
und an seitlicher Bewegung gehindert werden kann. Der geschmolzene
(und verfestigte) Abschnitt ist in engem Kontakt mit der Spitze,
um die Spitze an der Masseelektrode zu fixieren, oder enthält die Bestandteile
der Spitze und der Masseelektrode. Dadurch kann Wärme, die von
der Spitze beim Betrieb des Verbrennungsmotors aufgenommen wird,
sicher zu der Masseelektrode übertragen
werden, wodurch verhindert wird, dass die Temperatur der Spitze
ansteigt. Der Verschleiß der
Spitze, deren Hauptbestandteil Ir ist, nimmt bei Funkenentladung
zu, wenn die Temperatur der Spitze ansteigt, und daher wird ein
Beitrag dazu geleistet, den Verschleiß der Spitze zu verringern,
indem ein Temperaturanstieg in der Spitze verhindert wird. Es kann
davon ausgegangen werden, dass der geschmolzene Abschnitt durch
Schweißen
ausgebildet wird, so dass die Möglichkeit
besteht, dass die Spitze abfällt,
wenn sie beim wiederholten Wirken von niedrigen und hohen Temperaturen
beim Betrieb des Verbrennungsmotors reißt. Gemäß der vorliegenden Erfindung
liegt jedoch der Abschnitt der Spitze mit geringem Durchmesser von
der Masseelektrode her frei, um den Funkenkanal zu bilden, während der
Abschnitt der Spitze mit großem
Durchmesser in die Masseelektrode eingebettet ist. Daher kann zumindest
verhindert werden, dass die Spitze in Richtung des Funkenkanals
abfällt.
Wenn davon ausgegangen wird, dass die Spitze in Richtung des Funkenkanals abfällt, kommt
die Spitze mit der Mittelelektro de in Kontakt, bildet einen Kurzschluss
zwischen der Masseelektrode und der Mittelelektrode, wodurch die
Erzeugung von Funkenentladung verhindert wird. Wenn keine Funkenentladung
erzeugt wird, wird normaler Betrieb des Verbrennungsmotors verhindert. Es
versteht sich, dass das Auftreten einer derartigen unerwünschten
Situation sicher verhindert werden kann, indem die Zündkerze
gemäß der vorliegenden Erfindung
eingesetzt wird.
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Das
Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Herstellen der Zündkerze
ist für
die Zündkerze
bestimmt, die die Mittelelektrode, den Isolator, der um die Mittelelektrode
herum angeordnet ist und den Metall-Hauptkörper enthält, der um den Isolator herum
angeordnet ist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- (a) Vorbereiten der Masseelektrode, die den
ersten Endabschnitt, der mit dem Metall-Hauptkörper verbunden ist, und den
zweiten Endabschnitt hat, der der Mittelelektrode gegenüberliegt,
wobei die Masseelektrode die erste (Vorderseiten-)Fläche, die
dem Funkenkanal zugewandt ist, und die zweite (Rückseiten-)Fläche gegenüber der
ersten Fläche
hat, wobei die Masseelektrode den Abschnitt hat, der das Einführloch aufweist,
das sich von der ersten Fläche
zur zweiten Fläche
erstreckt, und der Abschnitt, der das Einführloch aufweist, den Eingriffsabschnitt
enthält;
- (b) Vorbereiten der Spitze, die als das funkenverschleißbeständige Elektrodenmaterial
dient, wobei die Spitze einen ersten Abschnitt enthält und der
zweite Abschnitt eine geringere Querschnittsfläche hat als der erste Abschnitt;
- (c) Einführen
der Spitze in das Einführloch
so, dass der erste Abschnitt der Spitze mit dem Eingriffsabschnitt
der Masseelektrode in Eingriff gebracht wird und dass sich die Spitze
unter der zweiten Fläche
der Masseelektrode befindet, um die Vertiefung auszubilden;
- (d) Einführen
des Abdeckelementes in die Vertiefung und
- (e) Verschweißen
des Abdeckelementes und der Masseelektrode so, dass das gesamte
Abdeckelement schmilzt und dass das geschmolzene Material, das wenigstens
von dem Abdeckelement stammt, den Zwischenraum füllt, der zwischen der Spitze
und der Oberfläche
des Einführloches
ausgebildet ist.
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Gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung zum Herstellen der Zündkerze wird die Spitze, die
aus dem Edelmetall besteht, in das Einführloch eingeführt, das
in der Masseelektrode ausgebildet ist, um so die Position der Spitze
zu fixieren. Das Einführloch
wird so ausgebildet, dass die Spitze und die Mittelelektrode einander
gegenüberliegen
bzw. zugewandt sind, um so den Funkenkanal zu bilden. Nachdem die
Spitze von der Rückseitenfläche (in
Bezug auf den Funkenkanal) der Masseelektrode in das Einführloch eingeführt worden
ist, werden die Masseelektrode und das Abdeckelement verschweißt. Dadurch
kann verhindert werden, dass sich die Spitze auf die gegenüberliegende
Seite in Bezug auf den Funkenkanal zu bewegt. Die Spitze hat den
Abschnitt mit großem
Durchmesser, wobei das Einführloch gleichzeitig
mit dem Eingriffsabschnitt versehen ist, mit dem der Abschnitt mit
großem
Durchmesser in Eingriff gebracht wird. Dadurch wird verhindert,
dass die Spitze in Richtung des Funkenkanals abfällt. Es reicht aus, dass das
Einführloch
so geformt ist, dass sich sein Durchmesser in einer Richtung auf
den Funkenkanal zu verringert. Die Form des Einführlochs kann eine konische
Form sein, bei der sich der Durchmesser kontinuierlich verringert,
oder eine stufenartige Form, bei der der Abschnitt mit großem Durchmesser
und der Abschnitt mit kleinem Durchmesser aneinander grenzen. Es
versteht sich, dass die Spitze so hergestellt werden kann, dass
sie eine Form hat, die der Form des Einführloches entspricht.
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Der
geschmolzene Abschnitt zum Fixieren der Masseelektrode und der Spitze
wird vorzugsweise durch Lichtbogenschweißen und/oder Laserschweißen ausgebildet.
Es ist sehr schwierig, Materialien mit weit auseinanderliegenden
Schmelzpunkten mittels Lichtbogenschweißen sofort zu verschweißen, es
ist jedoch möglich,
zunächst
das Material mit dem niedrigen Schmelzpunkt zum Schmelzen zu bringen,
um das Material mit dem hohen Schmelzpunkt einzuhüllen und
so beide Materialien aneinander zu fixieren. Dadurch kommen der
geschmolzene Abschnitt und die Spitze in engem Kontakt miteinander,
und so kann von der Spitze aufgenommene Wärme sicher zu der Masseelektrode übertragen
werden, wodurch die Temperaturdifferenz zwischen der Spitze und
einem Abschnitt der Masseelektrode um die Spitze herum auf ein Minimum verringert
wird. Der Verschleiß der
Spitze nimmt bei Funkenentladung zu, wenn die Temperatur der Spitze
ansteigt, und daher wird ein Beitrag zur Verringerung des Verschleißes der
Spitze geleistet, indem ein Temperaturanstieg in der Spitze verhindert
wird.
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Bei
der vorliegenden Erfindung entspricht das Material mit dem niedrigen
Schmelzpunkt, beispielsweise der wärmebeständigen Legierung auf Ni-Basis,
die allgemein und weit verbreitet eingesetzt wird. Das Material,
das den hohen Schmelzpunkt hat, entspricht der Ir-Legierung der
Spitze. Wenn Funkenentladung fortgesetzt wird, bis die Spitze schmilzt, kann
die Form der Masseelektrode nicht beibehalten werden. Dementsprechend
wird das Lichtbogenschweißen
vorzugsweise zu einem geeigneten Zeitpunkt unterbrochen, zu dem
die Spitze noch nicht geschmolzen ist. Ansonsten ermöglicht das
Laserschweißen,
die Materialien mit unterschiedlichen Schmelzpunkten über eine
sehr kurze Schweißzeit zum
Schmelzen zu bringen und zu verbinden, indem Puls und Energiedichte
des Lasers gesteuert werden. So kann beim Einsatz der oben stehenden Schweißverfahren
der oben erwähnte
geschmolzene Abschnitt ausgebildet werden, um zu verhindern, dass
die Spitze in Richtung der gegenüberliegenden Seite
in Bezug auf den Funkenkanal abfällt.
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Des
Weiteren hat die Spitze die Endfläche (hintere Endfläche der
Spitze) gegenüber
der Endfläche,
die dem Funkenkanal zugewandt ist. Die hintere Endfläche der
Spitze befindet sich näher
an der Vorderseitenfläche
(dem Funkenkanal zugewandt) der Masseelektrode als die Hinterseitenfläche der
Masseelektrode und ist mit dem geschmolzenen Abschnitt überzogen,
um so die Spitze an der Masseelektrode zu fixieren.
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Im
Allgemeinen ist die Ir-Legierung teurer, und daher wird der Teil
der Spitze, der in der Masseelektrode eingebettet ist, vorzugsweise
so klein wie möglich
ausgebildet. Indem die hintere Endfläche der Spitze näher an der
Vorderseitenfläche
(dem Funkenkanal zugewandt) der Masseelektrode angeordnet wird als
die Rückseitenfläche der
Masseelektrode, wird die Vertiefung durch die hintere Endfläche der
Spitze und die Innenumfangsfläche
des Einführloches
ausgebildet. Eine nennenswerte Menge (Volumen) des Abdeckelementes,
das aus dem Material besteht, das das gleiche oder im Allgemeinen
das gleiche ist wie das Grundmaterial der Masseelektrode, wird in
die Vertiefung eingebracht, worauf das Verschweißen des Abdeckelementes mit
der Masseelektrode, beispielsweise mittels Lichtbogenschweißen, folgt.
Wenn das Abdeckelement aus dem gleichen Material besteht wie das
Grundmaterial der Masseelektrode, wird kaum thermische Spannung
an dem geschmolzenen Abschnitt selbst im Wärmekreislauf erzeugt, so dass
die Spitze sicher an der Masseelektrode fixiert ist. Wenn das Lichtbogenschweißen eingesetzt
wird, wird das in die Vertiefung einzuschweißende Element durch den Licht bogen zum
Schmelzen gebracht, um so die Spitze mit der Masseelektrode zu verbinden,
ohne ihre ursprüngliche
Form zu ändern,
und daher muss im Unterschied zu einem Fall, in dem die Spitze und
die Masseelektrode und Verwendung von Widerstandsschweißen verbunden
werden, der Form der Spitze keine Beachtung geschenkt werden. D.
h., die Bearbeitungskosten für
die Grundelemente der Zündkerze
können verringert
werden. Zugespitzt lässt
sich sagen, dass ein geformter Körper,
der ausgebildet wird, indem Späne,
die bei der Ausbildung des Einführloches
erzeugt werden, gesammelt und entsprechend geformt werden, als die
Spitze eingesetzt werden kann.
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Zusätzlich zu
dem geschmolzenen Abschnitt (der sich an der hinteren Endfläche der
Spitze befindet) wird vorzugsweise ein umgebender, geschmolzener
(und verfestigter) Abschnitt so ausgebildet, dass er die Umfangsfläche der
Spitze an einem Teil umgibt, der in der Masseelektrode eingebettet
ist. Dadurch kann Wärme
der Spitze wirkungsvoller auf die Masseelektrode übertragen
werden. So ist es beispielsweise einfach, einen Zwischenraum von
ungefähr
0,1 mm zwischen dem Außenumfang
der Spitze und dem Innenumfang des Einführloches auszubilden, der Abstand
zwischen der Spitze und der Oberfläche des Einführloches
ist jedoch aufgrund der unterschiedlichen Abmessungen der Spitze
und des Einführloches
bereits vorhanden gewesen. Dieser Zwischenraum wird mit dem oben
genannten, umgebenden, geschmolzenen Abschnitt gefüllt, so
dass Wärmeleitung
und Verbindungsfestigkeit zwischen der Spitze und der Masseelektrode
weiter verbessert werden. In diesem Fall ist es nicht notwendig,
dass die Umfangsfläche
der Spitze und die Umfangsfläche des
Einführloches
in strikt engem Kontakt miteinander sind, und daher ist eine außerordentlich
hohe Maßgenauigkeit
erforderlich, um die Spitze herzustellen und das Einführloch auszubilden,
wodurch die Bearbeitungskosten bei der Herstellung der Zündkerze
abnehmen.
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Vorzugsweise
wird das Verschweißen
der Spitze und der Masseelektrode unter Verwendung von zwei verschiedenen
Schweißverfahren
ausgeführt,
wobei Lichtbogenschweißen
und Laserschweißen
in Kombination eingesetzt werden. Indem das Laserschweißen ausgeführt wird,
können
sowohl die Spitze als auch die Masseelektrode sofort zum Schmelzen
gebracht werden, um den geschmolzenen Abschnitt auszubilden, in
dem ihre Bestandteile miteinander vermischt sind. Beim Ausführen des Lichtbogenschweißens ist
es schwierig, den geschmolzenen Abschnitt auszubilden, in dem die
Bestandteile vermischt sind; es ist jedoch möglich, nur einen Materialteil
mit einem niedri geren Schmelzpunkt über einen großen Bereich
selektiv zum Schmelzen zu bringen, um so den geschmolzenen Abschnitt
so auszubilden, dass die Spitze umschlossen wird. Es versteht sich,
dass der geschmolzene Abschnitt, der mit den oben genannten verschiedenen
Verfahren ausgebildet wird, vollständig weitere starre Fixierung
der Spitze an der Masseelektrode bewirkt.
-
Des
Weiteren wird die Spitze vorzugsweise so an der Masseelektrode fixiert,
dass die Endfläche des
Abschnitts der Spitze mit geringem Durchmesser auf den Funkenkanal
zu vorsteht, um Funken zwischen der Mittelelektrode und der gegenüberliegenden
Spitze zu erzeugen. Die Temperatur der Masseelektrode steigt jedoch,
verglichen mit der Mittelelektrode, sehr stark an. Wenn die Spitze
von der Masseelektrode vorsteht, nimmt die Spitze ihre Wärme auf, wobei
gleichzeitig Wärmestrahlung
von der Masseelektrode abnimmt, so dass die Temperatur der Masseelektrode
weiter ansteigt. Insbesondere, wenn die Spitze aus einem Material
besteht, dessen Hauptbestandteil Ir ist, nimmt der Verschleiß der Spitze
bei Funkenentladung zu, wenn die Temperatur der Spitze ansteigt,
und daher wird ein Beitrag zur Verringerung des Verschleißes der
Spitze geleistet, indem ein Temperaturanstieg an der Spitze verhindert
wird. Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die seitliche Umfangsfläche des vorstehenden Bereiches
des Abschnitts der Spitze mit geringem Durchmesser, der auf den
Funkenkanal zu vorsteht, mit dem geschmolzenen Abschnitt bedeckt
sein, wodurch verhindert wird, dass die Spitze (deren Temperatur
stark ansteigt) Wärme
aufnimmt und Wärmestrahlung
von der seitlichen Umfangsfläche
des vorstehenden Bereiches gefördert
wird.