DE68909102T2 - Zündkerze. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Zündkerzen, vor allem der Gleitfunkenarten, zur Verwendung in verschiedenen Arten von Verbrennungskraftmaschinen, Gasbrennern und dergleichen, und betrifft vor allen die Verbindungsstruktur zwischen dem Anschlußstück und dem Metallgehäuse.
• In der Figur 3 ist eine bekannte Art einer Niederspannungs- Zündkerze der Gleitfunkenart dargestellt.
• Die Zündkerze (B) weist einen Zündkerzenkörper 100, eine Metalltrommel 200, ein Anschlußstück 300 und ein Muffenendstück 330 auf. Der Zündkerzenkörper 100 weist ein zylinderförmiges Metallgehäuse 110 auf, in dem eine ringförmige Halbleiterspitze 120 und ein rohrförmiger Isolator 130 endweise zueinander angebracht sind.
• Eine Mittelelektrode 140 befindet sich im Innern der Spitze 120 und des Isolators 130. Die Mittelelektrode 140 besteht aus einer Einsetzachse 141, an deren einem Ende eine Entladespitze 146 angeschweißt ist. Das andere, hintere Ende der Einsetzachse 141 ragt über den Isolator 130 hinaus und ist von einem Isolatorrohr 142 umgeben. Eine Glasdichtungsmasse 150 ist in dem Raum zwischen der Mittelelektrode 140 und dem Isolator 130 um die Lage der Schweißstelle zwischen der Spitze 146 und der Einsetzachse 141 herum vorgesehen. Die Metalltrommel 200 ist mit dem hinteren Ende des Metallgehäuses 110 durch eine Schweißung 160 fest verbunden. Das Anschlußstück 300 weist eine Isolatorummantelung 310 auf, die an die Innenseite einer Metallummantelung 320 angepaßt ist, wobei das vordere Ende davon an dem hinteren Ende der Metalltrommel 200 angelötet ist, wie bei dem Bezugszeichen 250 zu sehen ist. Die Isolatorummantelung 310 weist an ihrem vorderen Ende einen Abschnitt mit einem kleineren Durchmesser auf, der sich in das hintere Ende der Metalltrommel 200 erstreckt und das Isolatorrohr 142 umschließt. Das Muffenendstück 330 ist zwischen die Isolatorummantelung 310 und den hinteren Abschnitt der Einsetzachse 141 eingepaßt. Die hinteren Enden des Muffenendstücks 330 und der Einsetzachse 141 sind bündig miteinander, und sie sind durch Löten miteinander fest verbunden, wie bei dem Bezugszeichen 350 zu sehen ist.
• Die Zündkerze (B) ist folgendermaßen aufgebaut:
• (1) Der Zündkerzenkörper 100 wird nach dem Zusammenbau des Zündkerzenkörpers 100 bei 160 an der Metalltrommel 200 angeschweißt oder angelötet.
• (2) Die Isolatorummantelung 310 wird in die Metallummantelung 320 eingeführt und an der Metalltrommel 200 angelötet, wie bei 250 angedeutet ist.
• (3) Das Muffenendstück 330 wird bei 350 an der Einsetzachse 141 angelötet, während die Zündkerze von dem Lötvorgang 250 noch warm ist.
• Aber die oben genannte Zündkerze weist die folgenden Nachteile auf:
• Zuersteinmal sind die Ergebnisse der ersten beiden Vorgänge nutzlos, wenn während des Vorgangs (3) ein Fehler auftritt, was zu gesteigerten Kosten führt.
• Zweitens wird der Vorgang (3) in einem engen Raum in der Metallummantelung 320 ausgeführt, was ein spezielles und fachkundiges Verfahren nötig macht.
• Deshalb ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündkerze vorzusehen, die auf einfache Art und Weise und mit weniger Defekten zusammengebaut werden kann, und bei der es möglich ist, das Muffenendstück auf einfache Art und Weise mit der Mittelelektrode zu verschweißen und gleichzeitig einen positiven und wirksamen Kontakt zwischen dem Endstück und der Elektrode zu gewährleisten.
• In der US-A-4315298 ist eine Zündkerze offenbart, die ein zylinderförmiges Metallgehäuse, einen rohrförmigen Isolator, der in das Metallgehäuse eingegeben wird, eine Mittelelektrode, die sich in dem Isolator befindet, wobei das hintere Ende der Elektrode aus einem hinteren Ende des Isolators herausragt, ein Muffenendstück, das mit der Mittelelektrode verbunden ist, und ein Anschlußstück umfaßt, das eine Isolatorummantelung aufweist, die in eine Metallummantelung eingepaßt ist.
• Genau wie bei der oben mit Bezug auf Figur 3 beschriebenen Zündkerze hat der Aufbau der in der US-A-43l5298 offenbarten Zündkerze einen ungünstigen Einfluß auf deren Zusammenbauvorgang und/oder die Funktionen. Wenn z.B. der obere Isolator getrennt von der unteren Anschlußstückummantelung ist, ist es notwendig, daß das obere Anschlußstück in den Rest der Zündkerze in zwei Schritten inkorporiert wird, indem zuerst der obere Isolator zu der Zündkerze hinzugefügt wird und dann die obere Anschlußstückummantelung dazugefügt wird. Zweitens paßt der rohrförmige Isolator des Metallgehäuses nicht in das Innere des oberen Isolators und kann dadurch nicht davon getragen werden.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Zündkerze vorgesehen, die ein zylinderförmiges Metallgehäuse, einen rohrförmigen Isolator, der in das Metallgehäuse eingeführt ist, eine Mittelelektrode, die in dem Isolator angeordnet ist, wobei das hintere Ende der Elektrode aus einem hinteren Ende des Isolators herausragt, ein Muffenendstück, das mit der Mittelelektrode verbunden ist, und ein Anschlußstück mit einer Isolatorummantelung umfaßt, die in eine Metallummantelung eingepaßt ist, und wobei die Zündkerze dadurch gekennzeichnet ist, daß sich das Muffenendstück zwischen der Außenfläche der Mittelelektrode und der Innenfläche des Isolators befindet und an seinem hinteren Ende mit der Mittelelektrode verbunden ist, daß die Isolatorummantelung mit Hilfe eines Anschlagrings in die Metallummantelung eingepaßt wird, und daß das Anschlußstück zum Zeitpunkt des Zusammenbauens durch Löten oder Schweißen fest auf dem Metallgehäuse aufgebracht wird, wobei das hintere Ende des rohrförmigen Isolators in das Innere der Isolatorummantelung paßt, und wobei das Metallgehäuse in die Metallummantelung paßt.
• Bei vielen Ausführungsbeispielen ragt das hintere Ende des rohrförmigen Isolators aus dem Ende des Metallgehäuses heraus und die Isolatorummantelung endet kurz vor dem vorderen Ende der Metallummantelung, damit das hintere Ende des rohrförmigen Isolators in das Innere der Isolatorummantelung paßt.
• Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf ein bevorzugtes, beispielhaftes Ausführungsbeispiel und die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
• Figur 1 eine auseinandergezogene Querschnittansicht einer Zündkerze der Geitfunkenart nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
• Figur 2 eine Längs-Querschnittansicht einer Zündkerze der Gleitfunkenart nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
• Figur 3 eine der Figur 2 ähnliche Ansicht nach dem Stand der Technik.
• Wie in den Figuren 1 und 2 der Zeichnungen zu sehen ist, weist eine Niederspannungs-Zündkerze der Gleitfunkenart (A) einen Zündkerzenkörper 1 und ein Anschlußstück 2 auf. Der Zündkerzenkörper 1 umfaßt ein zylinderförmiges Metallgehäuse 3, eine ringförmige Halbleiterspitze 4 und einen rohrförmigen Isolator 5, die endweise miteinander verbunden sind und sich beide in dem Metallgehäuse 3 befinden. In der Bohrung 51 des rohrförmigen Isolators 5 ist eine längliche Mittelelektrode 6 angeordnet, an deren hinterem Ende ein Muffenendstück angebracht ist.
• Das Metallgehäuse 3 weist einen Gehäuseabschnitt 3B auf, dessen vorderes Ende mit dem hinteren Ende einer ringförmigen Zündungsspitze 3A verbunden ist. Der Gehäuseabschnitt 3B ist aus rostfreiem Stahl hergestellt, und die Zündungsspitze 3A ist aus hitze- und lichtbogenbeständigem Material wie z.B. SUS 304, Inconel oder einer Wolframbasis-Legierung hergestellt. Das Metallgehäuse 3 hat eine spitz zulaufende innere Fläche 31 an der Zündungsspitze 3A, ein Außengewinde 32 auf der Außenfläche des Gehäuseabschnitts 3B und einen Flansch 33 an seinem hinteren Endabschnitt. Das hintere Ende 34 des Metallgehäuses 3 wird eingeführt, damit es mit einem Stufenabschnitt 5a des Isolators 5 in Eingriff kommt, um den Isolator 5 axial zu drücken.
• Die Halbleiterspitze 4 ist aus einem gesinterten Preßkörper mit Siliziumkarbid (SiC), A1uminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) und Magnesiumoxid (MgO) als Hauptkomponenten hergestellt. Die Spitze 4 weist einen äußeren schrägen Abschnitt 42 auf, der mit der kegelförmigen Oberfläche 31 in Eingriff kommt und angeordnet ist, um eine Gleitfunkenstrecke (Gp) zwischen der Spitze 4 und dem Metallgehäuse 3 vorzusehen.
• Der rohrförmige Isolator 5 ist aus einem Keramikmaterial mit Aluminiumoxid als Hauptkomponente hergestellt und weist einen Abschnitt mit verringerter Dicke 52 in dem vorderen Bereich auf, so daß der Innendurchmesser des rohrförmigen Isolators 5 größer als der Außendurchmesser der Mittelelektrode 6 und der Außendurchmesser des rohrförmigen Isolators 5 kleiner als der Innendurchmesser des Metallgehäuses 3 ist. Das vordere Ende 53 des Abschnitts mit der verringerten Dicke 52 erstreckt sich auf und berührt das hintere Ende der Halbleiterspitze 4. Der hintere Endabschnitt 54 des Isolators 5 erstreckt sich über das hintere Ende 34 des Metallgehäuses 3 hinaus.
• Die Mittelelektrode 6 weist eine Entladespitze 61, die aus einer Wolframbasis-Legierung hergestellt ist, und eine Einsetzachse 62 auf, die aus einer Nickelbasis-Legierung hergestellt ist, die endweise im Innern des Abschnitts mit verringerter Dicke 52 durch eine Schweißung 63 miteinander verbunden sind. Die Entladespitze 61 erstreckt sich geringfügig über das unterste Ende 43 der Halbleiterspitze 4 hinaus und ist bündig mit dem hinteren Ende der Zündungsspitze 3A. Das hintere Ende der Einsetzachse 62 erstreckt sich über den hinteren Endabschnitt 54 des Isolators 5 hinaus.
• Eine Glasdichtungsmasse 64 füllt den ringförmigen Raum zwischen dem Abschnitt 52 mit verringerter Dicke und der Mittelelektrode 6 sowie den Raum zwischen dem Abschnitt 52 mit verringerter Dicke und der Zündungsspitze 3A.
• Ein Muffenendstück 7 weist einen Muffenkörper 71 und einen Kopfabschnitt 72 mit vergrößertem Durchmesser auf. Der Kopfabschnitt 72 mit dem vergrößerten Durchmesser erstreckt sich über den hinteren Endabschnitt 54 des Isolators 5 hinaus und kommt mit diesem in Eingriff, während der Muffenkörper 71 zwischen die Einsetzachse 62 und den hinteren Endabschnitt 54 eingebracht wird. In dieser Lage erstreckt sich das hintere Ende der Einsetzachse 62 durch eine Bohrung des Muffenendstücks 7 und ist bündig mit dem hinteren Ende des Endstücks 7. Die Achse 62 und das Endstück 7 werden an der bündigen Oberfläche verlötet, was mit dem Bezugszeichen 73 bezeichnet ist.
• Ein Anschlußstück 2 weist eine Isolatorummantelung 9 auf, die an die innere Wand einer Metallummantelung 8 angepaßt ist. Das vordere Ende der Isolatorummantelung 9 entdet kurz vor dem der Metallummantelung 8. Die Metallummantelung 8 weist außerdem ein Anschlußstückgewinde 81 an einer äußeren hinteren Fläche davon auf und hat gleichzeitig einen Anschlagrand 82 auf einer inneren hinteren Fläche der Ummantelung 8, die mit dem hinteren Ende der Isolatorummantelung 9 über eine Dichtungsscheibe 21 in Eingriff kommt. Ein hexagonaler Abschnitt 83 ist einstückig in der Metallummantelung 8 ausgebildet, was vorteilhaft bei der Formgebung der Zündkerze ist. Die Isolatorummantelung 9 ist aus dem gleichen Material hergestellt wie der rohrförmige Isolator 5 und ist an einem vorderen Abschnitt 91 durch eine Stufenfläche 92 eingeengt, damit sie mit dem hinteren Endabschnitt 54 des Isolators 5 zusammenpaßt.
• In diesem Fall ist ein Anschlagring 22 auf der Innenseite der Metallummantelung 8 in einer von dem Anschlußstückgewinde 81 entfernten Lage und um die Außenseite des verengten Abschnitts 91 des Isolatormantels 9 herum angeordnet. Der Ring 22 ist mit der Innenwand der Metallummantelung 8 verschweißt oder verlötet, wie mit einem schwarzen Punkt bei 23 angezeigt ist. Die Isolatorummantelung 9 ist zwischen dem Anschlagrand 82 und dem Anschlagring 22 angeordnet, damit sie sicher positioniert ist.
• Das Anschlußstück 2 ist fest auf dem Metallgehäuse 3 in einer Art und Weise aufgebracht, daß der hintere Endabschnitt 54 des Isolators 5 in den verengten vorderen Abschnitt 91 paßt, während das hintere Ende 34 des Metallgehäuses 3 in das vordere Ende der Metallummantelung 8 paßt. Während dieses Einführungsprozesses kommt das Ummantelungsende mit dem Flansch 33 in Eingriff und die beiden werden miteinander verschweißt, wie mit dem Bezugszeichen 35 in Figur 2 gezeigt ist.
• Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Zündkerze (A) folgendermaßen zusammengebaut:
• (1) Das Anschlußstück 2 wird zusammengebaut, nachdem der Zündkerzenkörper 1 vervollständigt ist.
• (2) Das Anschlußstück 2 wird auf das Metallgehäuse 3 aufgesetzt und an dem Eingriffsabschitt 35 zwischen dem Flansch 33 und dem vorderen Ende der Metallummantelung 8 verschweißt.
• Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich wird, werden gemäß der Erfindung die folgenden Vorteile erhalten.
• (i) Der Lötvorgang zwischen der Einsetzachse 62 und dem Muffenendstück 7 kann ausgeführt werden, ohne daß das Anschlußstück 2 zusammengebaut ist, wie in Figur 1 zu sehen ist. Dadurch wird der Lötvorgang vereinfacht. Zusätzlich kann der Zustand der fertiggestellten Lötung leicht visuell geprüft werden, wodurch die Lötdefekte auf ein beträchtliches Maß reduziert werden.
• (ii) Die Montage wird von dem relativ einfachen Schweißvorgang zwischen der Metallumniantelung 8 und dem Metallgehäuse 3 beendet, wodurch Defekte bei den früheren Zusammenbauvorgängen vermieden werden und die Anzahl an defekten Produkten reduziert wird.
• (iii) Der Schweiß oder Lötvorgang zwischen dem Anschlagring 22 und der Metallummantelung 8 kann entfernt von der Lage des Anschlußstückgewindes 81 ausgeführt werden, wodurch vermieden wird, daß das Gewinde 81 thermisch verformt wird.
• Außerdem wird dadurch die Notwendigkeit beseitigt, Flußmittel zu entfernen, die ansonsten zum Zeitpunkt des Schweißvorgangs in das Gewinde 81 eindringen würden.
• (iv) Im Vergleich zum Stand der Technik nach Figur 3 können die Komponenten, die gleichwertig zu der Trommel 200 und dem Isolatorrohr 142 sind, weggelassen werden, wodurch sich die Anzahl an Bauelementteilen und die Anzahl an Montagevorgängen verringert.
• Es sei angemerkt, daß diese Erfindung auch auf Hochspannungs- Zündkerzen angewendet werden kann.
• Außerdem sei darauf hingewiesen, daß die Ummantelung 8 anstatt durch Schweißen 35 auch durch Wärmefusion wie z.B. Löten an dem Flansch 33 befestigt werden kann.
• Außerdem kann das Muffenendstück 7 in dem hinteren Ende der Einsetzachse 62 integriert sein, um einen integralen Teil der Mittelelektrode 6 zu bilden.
• Desweiteren kann die Metallummantelung 8 ein Gewinde an der Innenwand aufweisen, und das hintere Ende 34 des Metallgehäuses 3 kann auf der Außenwand ein komplementäres Gewinde aufweisen. Die Ummantelung 8 kann an dem Metallgehäuse 3 durch Einschrauben des Außengewindes in das Innengewinde befestigt werden.

Claims (10)

1. Zündkerze, mit einem zylinderförmigen Metallgehäuse (3), einem rohrförmigen Isolator (5), der in das Metallgehäuse (3) eingeführt ist, einer Mittelelektrode (6), die in dem Isolator (5) angeordnet ist, wobei das hintere Ende der Elektrode (6) aus einem hinteren Ende des Isolators (5) herausragt, einem Muffenendstück (7), das mit der Mittelelektrode (6) verbunden ist, und einem Anschlußstück (2), das eine Isolatorummantelung (9) aufweist, die in eine Metallummantelung (8) eingepaßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Muffenendstück (7) zwischen der Außenfläche der Mittelelektrode (6) und der Innenfläche des Isolators (5) befindet und an seinem hinteren Ende mit der Mittelelektrode verbunden ist, daß die Isolatorummantelung (9) mit Hilfe eines Anschlagrings (22) in die Metallummantelung (8) eingepaßt wird, und daß das Anschlußstück (2) zum Zeitpunkt des Zusammenbauens durch Löten oder Schweißen fest auf dem Metallgehäuse (3) aufgebracht wird, wobei das hintere Ende des rohrförmigen Isolators (5) in die Isolatorummantelung (9) paßt und das Metallgehäuse (3) in die Metallummantelung (8) paßt.

2. Zündkerze nach Anspruch 1, bei der das Muffenendstück (7) einen oberen Kopfabschnitt (72) mit vergrößertem Durchmesser aufweist, der einstückig mit dem Muffenendstück ausgebildet ist, von dem eine untere Fläche vorspringt und mit dem hinteren Ende des rohrförmigen Isolators (5) in Eingriff kommt.

3. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, bei der das hintere Ende der Mittelelektrode (6) bündig mit dem des Muffenendstücks (7) ist.

4. Zündkerze nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der das Anschlußstück (2) ein Anschlußstückgewinde (81) an einer hinteren Fläche der Metallummantelung (8) aufweist und der Anschlagring (22) an der Innenseite der Metallummantelung (8) befestigt ist, um die Isolatorummantelung (9) zu befestigen, wobei der Anschlagring (22) entfernt von dem Anschlußstückgewinde (81) angeordnet ist.

5. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Metallummantelung (8) an ihrer Außenfläche einen hexagonalen Abschnitt (83) aufweist.

6. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der rohrförmige Isolator (5) und/oder die IsolatorummanteIung (9) aus einem Keramikmaterial mit Aluminimumoxid als Hauptkomponente hergestellt ist.

7. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Mittelelektrode (6) aus einer Entladespitze (61) und einer Einsetzachse (62) besteht.

8. Zündkerze nach Anspruch 7, bei der die Entladespitze (61) aus einer Legierung auf Wolframbasis hergestellt ist und die Einsetzachse (62) aus einer Legierung auf Nickelbasis hergestellt ist, wobei die Enden der Entladespitze (61) und der Einsetzachse (62) nahe dem vorderen Abschnitt des rohrförmigen Isolators (5) miteinander verschweißt sind.

9. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Metallummantelung (8) auf ihrer Innenseite ein Innengewinde aufweist, und das Metallgehäuse (3) auf seiner Außenseite ein Außengewinde aufweist, und das Außengewinde des Metallgehäuses (3) in das Innengewinde der Metallummantelung (8) geschraubt wird.

10. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das hintere Ende (54) des rohrförniigen Isolators (5) über das Ende des Metallgehäuses (3) hinausragt und die Isolatorummantelung (9) kurz vor dem vorderen Ende der Metallummantelung (8) endet.