DE69304812T2

DE69304812T2 - Zündkerze

Info

Publication number: DE69304812T2
Application number: DE69304812T
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Okayama; Takafumi Oshima
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1992-06-17
Filing date: 1993-06-16
Publication date: 1997-01-30
Anticipated expiration: 2013-06-17
Also published as: EP0575163A1; DE69304812C5; JP2853108B2; US5440198A; EP0575163B1; JPH0636856A; DE69304812D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor, bei der eine Zündspitze an einem vorderen Ende einer Mittelelektrode befestigt ist, und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Zündkerze.
Bei einer Mittelelektrode einer Zündkerze für einen Verbrennungsmotor wurde eine Verbundkonstruktion verwendet, bei der ein wärmeleitender Kern (Cu) in ein hitze- und erosionsbeständiges Mantelmetall (Legierung auf Nickelbasis) eingebettet ist, wie in der Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 59-2152 gezeigt ist. Gemäß der Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 59-2152 ist des weiteren eine Zündspitze aus Edelmetall mit einem vorderen Ende des Mantelmetalls mittels elektrischen Widerstandsschweißens verbunden, um ihren Widerstand gegen Funkenerosion zu verbessern. Nach der Durchführung des elektrischen Widerstandsschweißens werden die Zündspitze und das vordere Ende des Mantelmetalls jeweils gefräst, um sie diametral eben zu machen.
Bei diesem Verfahren erwärmt das elektrische Widerstandsschweißen die Zündspitze und drückt sie zusammen, um die scharfe Kante der Zündspitze abzurunden. Als Folge davon benötigt die Zündkerze eine höhere Spannung, um sich zwischen ihren Elektroden zu entladen. Um die ursprüngliche scharfe Kante wiederzuerlangen, ist es erforderlich, die Zündspitze zu fräsen, wodurch kostbares Edelmetall verlorengeht.
In der Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 63-57919 ist eine Bohrung an einer vorderen Stirnfläche des Mantelmetalls vorgesehen, und die Zündspitze ist in der Bohrung angeordnet, um eine Laserstrahlschweißung von dem vorderen Ende des Mantelmetalls zu der Zündspitze anzuwenden.
Bei diesem Verfahren ist es während des Laserstrahlschweißens erforderlich, die Zündspitze tief genug in der Bohrung anzuordnen, um die Zündspitze zwangsläufig gegen unbeabsichtigte Entfernung zu sichern. Dies erfordert eine erhöhte Menge des Edelmetalls, was die Zündspitze teuer macht.
Das Patent WO-A-89/01717/US-A-4,963,112, auf das sich der Oberbegriff von Anspruch 1 stützt, offenbart auch das Laserschweißen einer Zündspitze an eine Mittelelektrode durch Richten eines Laserstrahls auf die Stirnfläche der an dem vorderen Ende der Mittelelektrode positionierten Zündspitze. Die sich ergebende Schweißnaht erstreckt sich über die gesamte Grenzfläche zwischen der Spitze und der Elektrode.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze mit einer Masseelektrode und einer Mittelelektrode vorgesehen, die ein vorderes Ende mit einer daran befestigten Zündspitze besitzt und mit der Masseelektrode eine Funkenstrecke bildet, wobei das Verfahren den Schritt des Laserstrahlschweißens der Zündspitze an das vordere Ende umfaßt und dadurch gekennzeichnet ist, daß das Schweißen dadurch erfolgt, daß ein Laserstrahl auf den Umfang der äußeren Grenzfläche zwischen dem vorderen Ende und der Zündspitze gerichtet wird, so daß sich die Schweißnaht teilweise in die Mittelelektrode an der äußeren Grenzfläche erstreckt, so daß eine ringförmige Schweißnaht entsteht.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist eine Zündkerze vorgesehen, welche eine Masseelektrode und eine Mittelelektrode mit einem vorderen Ende mit einer daran angeschweißten Zündspitze umfaßt, wobei die Zündspitze mit der Masseelektrode eine Funkenstrecke bildet, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine ringförmige Laserschweißnaht um den Umfang der äußeren Grenzfläche zwischen dem vorderen Ende und der Zündspitze und in die Mittelelektrode an der äußeren Grenzfläche erstreckt.
Vorzugsweise im Längsschnitt weist die Schweißnaht einen keilförmigen Querschnitt auf.
Vorteilhafterweise besitzt die Zündspitze einen im allgemeinen ähnlichen Querschnitt wie die vordere Stirnfläche, an die die Zündspitze angeschweißt ist.
Vorzugsweise ist das vordere Ende im Vergleich zu der übrigen Mittelelektrode schmäler.
Vorteilhafterweise besteht die Zündspitze aus Edelmetall. Mit der an das vordere Ende angeschweißten Zündspitze aus Edelmetall ist es möglich, die erforderliche Zündspannung zu verringern, ohne auf eine gute Zündempfindlichkeit zu verzichten, bei einem minimalen Maß an Funkenerosion und bei einer reduzierten Edelmetallmenge. Folglich kann die Lebensdauer verlängert und können die Kosten gesenkt werden.
Vorzugsweise ist D der Durchmesser der Zündspitze, T die Dicke der Zündspitze, L die Länge des vorderen Endes der Mittelelektrode, A die Eindringtiefe der Schweißnaht, R der Radius der Zündspitze und B die Breite der Schweißnaht, gemessen an der Außenseite des vorderen Endes und der Zündspitze, wobei zwischen den Abmessungen D, T, L, A, R und B der folgende Zusammenhang besteht:
0,5 mm ≤ D ≤ 1,5 mm,
0,3 mm ≤ T ≤ 0,6 mm,
0,2 mm ≤ L ≤ 0,5 mm,
0,3 mm ≤ B ≤ 0,8 mm.
Mit der oben definierten Beziehung zwischen den Abmessungen ist es möglich, die erforderliche Zündspannung mit einer geringeren Menge an Edelmetall herabzusetzen und eine gute Zündempfindlichkeit mit einem minimalen Maß der Funkenerosion zu gewährleisten.
Vorzugsweise wird das Laserstrahlschweißen intermittierend an der Außenseite sowohl des schmäleren Endes als auch der Zündspitze angewandt, damit benachbarte Schweißpunkte des Laserstrahlschweißens einander teilweise überlappen, wobei jede vordere Endbegrenzung der Schweißpunkte von einer vorderen Stirnfläche der Zündspitze um mindestens 0,1 mm beabstandet ist.
Mit den einander teilweise überlappenden, benachbarten Schweißpunkten und der vorderen Endbegrenzung der Schweißpunkte, die von einer vorderen Stirnfläche der Zündspitze um mindestens 0,1 mm beabstandet sind, ist es möglich, die Befestigung der Zündspitze an dem vorderen Ende der Mittelelektrode zwangsläufig beizubehalten, ohne daß die Mittelelektrode zu dem Zeitpunkt des Funkenüberschlags unbeabsichtigt abfällt, in dem die Zündkerze hohem Druck und einer stark erwärmten Umgebung ausgesetzt ist. Mit der intaktbleibenden scharfen Kante der Zündspitze ist es möglich, daß sich die Zündspitze mit einer minimalen Spannung entlädt.
Vorzugsweise umfaßt die Mittelelektrode ein hitzebeständiges Mantelmetall und einen in das Mantelmetall eingebetteten wärmeleitenden Kern, wobei das vordere Ende des wärmeleitenden Kerns entweder in wärmeleitendem Kontakt mit der rückwärtigen Stirnfläche der Zündspitze oder im Abstand von 1,5 mm zur rückwärtigen Stirnfläche der Zündspitze angeordnet ist.
Bei der oben beschriebenen Konstruktion wird die Wärme vorzugsweise von der Zündspitze zu dem wärmeleitenden Kern übertragen, um zu verhindern, daß die Temperatur der Zündspitze übermäßig ansteigt. Dies ermöglicht es, die zum Entladen zwischen den Elektroden erforderliche Spannung mit einem minimalen Maß der Funkenerosion zu verringern, selbst wenn eine dünnere Zündspitze verwendet wird.
Damit die Erfindung leichter verständlich wird, wird lediglich als Beispiel die folgende Beschreibung mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen angeführt. Darin zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Zündkerze, wobei die linke Hälfte geschnitten ist;
Fig. 2 eine Längsschnittansicht eines vorderen Abschnitts einer Mittelelektrode;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des vorderen Abschnitts der Mittelelektrode;
Fig. 4 eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einem Durchmesser einer Edelmetall-Zündspitze und einem Funkenstreckenzuwachs veranschaulicht;
Fig. 5 eine Längsschnittansicht des vorderen Abschnitts der Mittelelektrode, wenn die Dicke der Zündspitze weniger als 0,3 mm beträgt;
Fig. 6 eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Eindringtiefe (A) eines Erstarrungsabschnitts und der Anzahl der Arbeitsspiele veranschaulicht, die erforderlich sind, damit die Zündspitze von der Mittelelektrode abfällt;
Fig. 7 eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einem Funkenstreckenzuwachs und dem Abstand zwischen der Zündspitze und dem wärmeleitenden Kern veranschaulicht;
Fig. 8 eine Ansicht ähnlich Fig. 2 gemäß einer ersten modifizierten Form der Ausführungsform von Fig. 2;
Fig. 9 eine Ansicht ähnlich Fig. 2 gemäß einer zweiten modifizierten Form der Ausführungsform von Fig. 2;
Fig. 10 eine Ansicht ähnlich Fig. 2 gemäß einer dritten modifizierten Form der Ausführungsform von Fig. 2;
Fig. 11 eine Ansicht ähnlich Fig. 2 gemäß einer vierten modifizierten Form der Ausführungsform von Fig. 2.
Bezugnehmend auf Fig. 1, die eine Zündkerze 100 gemäß der Erfindung zeigt, besitzt die Zündkerze 100 ein zylindrisches Metallgehäuse 2, dessen vorderes Ende eine Masselektrode 1 aufweist, die durch Schweißen angebracht ist. Eine Innenwand des Metallgehäuses 2 weist einen Schulterabschnitt 21 auf, während ein rückwärtiges Ende des Metallgehäuses 2 einen dünnen Kopf 23 aufweist. Innerhalb des Metallgehäuses 2 ist ein rohrförmiger Isolator 3 konzentrisch gelagert, indem ein abgestufter Abschnitt 31 des Isolators 3 über eine Dichtung 22 auf dem Schulterabschnitt 21 ruht. Der dünne Kopf 23 ist durch Verstemmen eingeschwenkt, um den Isolator 3 gegen Entfernen zu sichern. Ein Innenraum des Isolators 3 dient als eine Axialbohrung 32, in der eine Mittelelektrode 4 durch Eingriff eines Flansches 4B in einen Schultersitz 32a angeordnet ist, der an einer Innenwand des Isolators 3 vorgesehen ist. Das vordere Ende der Mittelelektrode 4 weist ein schmäleres Ende 4A auf, das etwas über den Isolator 3 hinausragt, um mit der Masseelektrode 1 über eine im folgenden beschriebene Zündspitze eine Funkenstrecke (Gp) zu bilden. Mit einem rückwärtigen Ende der Mittelelektrode 4 ist eine Mittelachse 5 verbunden, die eine elektrisch leitende Glasdichtung 51, einen Festkörperwiderstand 52 und eine Polklemme 53 umfaßt. Die auf diese Weise konstruierte Zündkerze 100 ist über eine Dichtung 25 und einen an dem Metallgehäuse 2 vorgesehenen Gewindeabschnitt 24 an einem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors (nicht dargestellt) befestigt.
Die Mittelelektrode 4 weist ein Mantelmetall 41 und einen in das Mantelmetall 41 eingebetteten wärmeleitenden Kern 42 auf, wie in Fig. 2 veranschaulicht ist. Das Mantelmetall 41 kann beispielsweise aus Inconel 600 bestehen, das Eisen (Fe) und Chrom (Cr) enthält, und kann Nickel enthalten, während der wärmeleitende Kern 42 beispielsweise aus einer Metallegierung mit Kupfer (Cu) oder Silber (Ag) als Hauptbestandteil bestehen kann. An eine vordere Stirnfläche 43 des schmäleren Endes 4A ist eine Edelmetall-Zündspitze 6 mittels Laserstrahlschweißen angeschweißt. Der Durchmesser der Zündspitze 6 und der des schmäleren Endes 4A sind gleich, und die Zündspitze 6 kann beispielsweise aus Platin (Pt), Iridium (Ir), einer Pt-Ir-Legierung oder aus einer Legierung auf Iridiumbasis bestehen, die Oxide von Seltenerdmetallen enthält. In diesem Fall hat das vordere Ende 44 des wärmeleitenden Kerns 42 entweder wärmeleitenden Kontakt mit dem rückwärtigen Ende 63 der Zündspitze 6 oder hat von dem rückwärtigen Ende 63 einen Abstand im Bereich von 1,5 mm.
Das Laserstrahlschweißen wird unter Verwendung von YAG(Yttrium, Aluminium und Granat)-Laserstrahlen (Lb) mit einer Schußenergie von 2 Joule durchgeführt.
Die Laserstrahlen (Lb) werden intermittierend auf eine Umfangsgrenzfläche zwischen einer vorderen Stirnfläche 43 des schmäleren Endes 4A und einem rückwärtigen Ende 63 der Zündspitze 6 gerichtet, wie durch Vergleich von Fig. 2 mit Fig. 3 verständlich wird. In diesem Fall werden die Laserstrahlen (Lb) in die Grenzflächenebene zwischen dem schmäleren Ende 4A und der Zündspitze 6 gerichtet. Wie an einem Pfeilkreis (X) in Fig. 3 veranschaulicht ist, werden die Laserstrahlen (Lb) hinreichend oft gänzlich über ihre Umfangslänge gerichtet, damit benachbarte Schweißpunkte 71 des geschweißten Abschnitts einander wenigstens teilweise überlappen, wobei die Laserstrahlen (Lb) bewirken, daß sich ein keilförmiger Abschnitt 7 der Schweißerstarrungslegierung ausbildet, in dem das Mantelmetall 41 und die Zündspitze 6 miteinander verschmolzen sind.
In diesem Fall ist es erforderlich, daß jede vordere Endbegrenzung (L1) der Schweißpunkte 71 von der vorderen Stirnfläche 61 der Zündspitze 6 mindestens einen Abstand von 0,1 mm hat. Dies ist notwendig, da die scharfe Kante 62 der Zündspitze 6 durch die Wärme der Laserstrahlen abgerundet wird, so daß eine erhöhte Zündspannung erforderlich ist, wenn die jeweilige vordere Endbegrenzung (L1) der Schweißpunkte 71 über den Grenzwert von 0,1 mm hinaus bis zu der vorderen Stirnfläche 61 der Zündspitze 6 reicht.
Der Abschnitt 7 der Schweißerstarrungslegierung ist so beschaffen, daß er eine physikalische Eigenschaft (beispielsweise die Wärmeausdehnungszahl) besitzt, die zwischen der des Mantelmetalls 41 und der der Zündspitze 6 liegt. Dies erschwert das Abfallen der Zündspitze 6 von dem Mantelmetall 41 infolge des Unterschiedes der Wärmeausdehnung zwischen dem Mantelmetall 41 und der Zündspitze 6, wenn das vordere Ende der Mittelelektrode 4 einer hohen Temperatur ausgesetzt ist.
Die Beziehung zwischen den Abmessungen D, T, L, A, R und B ist folgende:
0,5 mm ≤ D ≤ 1,5 mm;
0,3 mm ≤ T < ≤ 0,6 mm;
0,2 mm ≤ L ≤ 0,5 mm;
R/3 ≤ A < R, und
0,3 mm ≤ B ≤ 0,8 mm.
Dabei ist
(D) der Durchmesser der Zündspitze 6,
(T) die Dicke der Zündspitze 6,
(L) die Länge des schmäleren Endes 4A der Mittelelektrode 4,
(A) die Eindringtiefe des Abschnitts 7 der Schweißerstarrungslegierung, bezogen auf die Außenseite sowohl des schmäleren Endes 4A als auch der Zündspitze 6,
(R) der Radius der Zündspitze 6, und
(B) die Breite des Abschnitts 7 der Schweißerstarrungslegierung, gemessen an der Außenseite sowohl des schmäleren Endes 4A als auch der Zündspitze 6.
Die Begründung für die Formel 0,5 mm ≤ D ≤ 1,5 mm ist folgende:
Fig. 4 zeigt grafisch, wie sich die Funkenstrecke in Abhängigkeit von dem Durchmesser (D) der Zündspitze 6 ändert. Die Kurve ergibt sich nach Durchführung eines Dauerversuchs bei Vollgas (5000 min&supmin;¹) während 300 h mit der an einem Verbrennungsmotor (Sechszylinder, 2000 cm³) angebrachten Zündkerze 100.
Wie aus Fig. 4 hervorgeht, konzentriert sich der Funkenüberschlag auf die Zündspitze 6, um die Funkenstrecke schnell zu vergrößern, wenn der Durchmesser (D) der Zündspitze 6 weniger als 0,5 mm beträgt. Das heißt, ein Durchmesser (D) kleiner als 0,5 mm fördert sofort die Funkenerosion der Zündspitze 6, obwohl die für die Entladung der Zündkerze erforderliche Spannung mit der Abnahme des Durchmessers (D) verringert wird.
Ein Durchmesser (D), der größer ist als 1,5 mm, bewirkt indessen, daß sich die Zündempfindlichkeit durch die vergrößerte Oberfläche der Zündspitze 6 verschlechtert, und daß gleichzeitig die Edelmetallmenge zunimmt, was die Zündkerze verteuert.
Der Grund, warum die Dicke (T) der Zündspitze 6 größer ist als 0,3 mm, ist folgender:
Wenn die Dicke (T) kleiner ist als 0,3 mm, wird die scharfe Kante 62 der Zündspitze 6 während der Anwendung des Laserstrahlschweißens abgerundet, so daß sich die zum Entladen der Zündkerze erforderliche Spannung erhöht, wie in Fig. 5 veranschaulicht ist.
Der Grund, warum die Dicke (T) der Zündspitze 6 kleiner ist als 0,6 mm, besteht darin, daß die Menge des Edelmetalls, das nicht an dem Funkenerosionswiderstand beteiligt ist, zunimmt, so daß die Kosten steigen, wenn die Dicke (T) 0,6 mm übersteigt.
Wenn die Länge (L) des schmäleren Endes 4A kleiner ist als 0,2 mm, wird die Wärme des Laserstrahlschweißens teilweise von dem Mantelmetall 41 zu dem wärmeleitenden Kern 42 abgeleitet. Dies erschwert es, die Grenzfläche zwischen der Zündspitze 6 und dem schmäleren Ende 4a gleichmäßig aufzuschmelzen.
Wenn die Länge (L) des schmäleren Endes 4A 0,5 mm übersteigt, ist das Mantelmetall 41 einer erhöhten Menge der Laserstrahlwärme ausgesetzt, so daß während der Ausführung des Laserstrahlschweißens Gaseinschlüsse oder Risse in dem Mantelmetall 41 entstehen, insbesondere deswegen, weil das Mantelmetall einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als die Zündspitze 6.
Der Grund, warum die Formel R/3 ≤ A < R erhalten wird, ist folgender:
Fig. 6 ist eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Eindringtiefe (A) des Abschnitts 7 der Schweißerstarrungslegierung und der Anzahl der Lastwechselzyklen veranschaulicht, die erforderlich sind, damit die Zündspitze 6 von dem schmäleren Ende 4A abfällt. Die grafische Darstellung wird nach Durchführung der Lastwechselzyklen abwechselnd für Vollgasbetrieb (5000 min&supmin;¹) während 1 min und für Leerlaufbetrieb während 1 min mit einer an einem Verbrennungsmotor (Sechszylinder, 2000 cm³) angebrachten Zündkerze 100 erhalten.
In diesem Fall wird die Beziehung zwischen der Tiefe (A) und dem Radius (R) in acht Fälle klassifiziert.
Dies sind: A < R/5 (I), A = R/5 R/4 (II), A R/4 R/3 (III), A = R/3 R/2 (IV), A = R/2 2R/3 (V), A = 2R/3 3R/4 (VI), A = 3R/4 R (VII) und A = A > R (VIII).
Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, fällt die Zündspitze 6 nach dem Bestimmen der Beziehung A = R/3 R/2 (IV) nicht von dem schmäleren Ende 4A ab, selbst wenn sie dem 1000-fachen der Lastwechselzyklen ausgesetzt wird.
Wenn A ≥ R ist, entspricht die Kerze aufgrund des Fehlens einer ringförmigen Naht daran nicht der vorliegenden Erfindung. Folglich entspricht der Fall (VIII) nicht der vorliegenden Erfindung, und der Fall (VII) entspricht der vorliegenden Erfindung nur dann, wenn A < R ist, nicht aber, wenn A = R ist.
In dem Fall (VIII) ist es nicht wünschenswert, festzulegen, daß A > R ist, da festgestellt wurde, daß Gaseinschlüsse auftreten, an denen die benachbarten Schweißpunkte 71 einander überlappen, obgleich die Zündspitze 6 nicht von dem schmäleren Ende 4A abfällt.
Der Grund, warum für die Breite (B) des Abschnitts 7 der Schweißerstarrungslegierung ein Wert von größer als 0,3 mm festgelegt wird, ist folgender:
Wenn die Breite (B) kleiner ist als 0,3 mm, wird bei einem Mangel an Laserstrahlen (Lb) nicht die Bedingung erfüllt, daß die Eindringtiefe (A) größer ist als ein Fünftel des Durchmessers (D) der Zündspitze 6. Dies bewirkt, daß die Zündspitze 6 von dem Mantelmetall 41 abfällt.
Wenn die Breite (B) größer ist als 0,8 mm, ist die Zündspitze 6 einer erhöhten Menge der Laserstrahlwärme ausgesetzt, so daß die scharfe Kante 62 der Zündspitze 6 schmilzt. Anderenfalls führt die erhöhte Laserstrahlwärmemenge während der Durchführung des Laserstrahlschweißens zu Gaseinschlüssen oder Rissen in dem Mantelmetall 41, insbesondere deswegen, weil der Schmelzpunkt des Mantelmetalls 41 niedriger ist als der Schmelzpunkt der Zündspitze 6. Es versteht sich, daß die Breite (B) vorzugweise im Bereich von 0,4 mm bis 0,5 mm liegt.
Im folgenden wird ein Grund dafür angegeben, warum das vordere Ende 44 des wärmeleitenden Kerns 42 entweder wärmeleitenden Kontakt mit dem rückwärtigen Ende 63 der Zündspitze 6 hat oder von dem rückwärtigen Ende 63 einen Abstand im Bereich von 1,5 mm hat.
Fig. 7 veranschaulicht grafisch, wie sich die Funkenstrecke in Abhängigkeit von dem Abstand (C) zwischen dem vorderen Ende 44 des Kerns 42 und dem rückwärtigen Ende 63 der Zündspitze 6, wie er in Fig. 2 angegeben ist, ändert. Die Kurve wird nach der Durchführung eines Dauerversuchs bei Vollgas (5000 min&supmin;¹) während 300 h mit einer an einem Verbrennungsmotor (Sechszylinder, 2000 cm³) angebrachten Zündkerze 100 erhalten.
Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, vergrößert ein Abstand (C) von mehr als 1,5 mm rasch die Funkenstrecke. Dies ist der Fall, weil die Zündspitze 6 infolge der fehlenden wirksamen Wärmeableitung von der Zündspitze 6 zu dem wärmeleitenden Kern 42 einem erheblichen Maß an Korrosion oder Erosion unterliegt.
Die Fig. 8-11 veranschaulichen modifizierte Formen der Erfindung.
In einer ersten modifizierten Form gemäß Fig. 8 weist die vordere Stirnfläche 43 des schmäleren Endes 4A einen Nasenkopf 45 auf, der in eine Ausnehmung 64 paßt, die an dem rückwärtigen Ende 63 der Zündspitze 6 vorgesehen ist. Dies enthebt von der Notwendigkeit, die Zündspitze während der Anwendung des Laserstrahlschweißens an Ort und Stelle zu halten.
In einer zweiten modifizierten Form gemäß Fig. 9 weist die vordere Stirnfläche 43 des schmäleren Endes 4A eine Ausnehmung 46 auf, in die ein Nasenkopf 65 eingepaßt ist, der an dem rückwärtigen Ende 63 der Zündspitze 6 vorgesehen ist. Der Nasenkopf 65 kommt dem Kern 42 nahe, so daß er es ermöglicht, während der Anwendung des Laserstrahlschweißens die Wärme von der Zündspitze 6 schnell zu dem wärmeleitenden Kern 42 abzuleiten.
In einer dritten modifizierten Form gemäß Fig. 10 ist an der vorderen Stirnfläche 61 der Zündspitze 6 eine kreuzförmige Aussparung 66 vorgesehen. Dies ermöglicht es, faktisch das sphärische Volumen zwischen der vorderen Stirnfläche 61 und der Masseelektrode zu vergrößern, und verhindert somit das unabsichtliche Unterbrechen der Funkenentladung, so daß bei einer guten Zündempfindlichkeit die Abweichung der Überschlagspannung verringert wird.
In einer vierten modifizierten Form gemäß Fig. 11 ist der Durchmesser (D) der Zündspitze 6 kleiner als der Durchmesser (Do) des schmäleren Endes 4A. Das Laserstrahlschweißen wird auf eine Grenzfläche zwischen der Zündspitze 6 und dem schmäleren Ende 4A über ihre gesamte Umfangslänge angewandt. Dies ermöglicht es, die Edelmetallmenge zu verringern, was vom Gesichtspunkt der Kosteneinsparung vorteilhaft ist.
Es wird ferner darauf hingewiesen, daß die Masseelektrode mit dem Metallgehäuse einstückig ausgeführt werden kann, statt sie an das Metallgehäuse anzuschweißen.
Des weiteren wird davon ausgegangen, daß die Masseelektrode aus einer Verbundsäule hergestellt werden kann, in der ein Kupferkern in ein Mantelmetall eingebettet ist, in der gleichen Weise, wie die Mittelelektrode 4 in der Ausführungsform der Erfindung zusammengesetzt ist.
Obwohl die Erfindung anhand der spezifischen Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, daß diese Beschreibung nicht in einem einschränkenden Sinn ausgelegt werden soll, da von einem Fachmann verschiedene Modifikationen und Ergänzungen vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Zündkerze (100) umfassend eine Masseelektrode (1) und eine Mittelelektrode (4) mit einem vorderen Ende (4A) mit einer daran angeschweißten Zündspitze (6), wobei die Zündspitze mit der Masseelektrode (1) eine Funkenstrecke bildet, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine ringförmige Laserschweißnaht um den Umfang der äußeren Grenzfläche zwischen dem vorderen Ende (4A) und der Zündspitze (6) und in die Mittelelektrode an der äußeren Grenzfläche erstreckt.

2. Zündkerze (100) nach Anspruch 1, bei der im Längsschnitt entlang der Mittelelektrode (4) die Schweißnaht einen im allgemeinen keilförmigen Querschnitt besitzt.

3. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Zündspitze (6) im allgemeinen einen ähnlichen Querschnitt besitzt wie die Oberfläche des vorderen Endes (4A), an welches die Zündspitze (6) angeschweißt ist.

4. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das vordere Ende (4A) im Vergleich zu der übrigen Mittelelektrode (4) schmäler ist.

5. Zündkerze nach Anspruch 4, bei der D der Durchmesser der Zündspitze (6) ist, T die Dicke der Zündspitze (6), L die Länge des vorderen Endes (4A) der Mittelelektrode (4), A die Eindringtiefe der Schweißnaht (7), R der Radius der Zündspitze (6), und B die Breite der Schweißnaht (7), gemessen an der Außenseite des vorderen Endes (4A) und der Zündspitze (6), und bei der zwischen den Abmessungen D, T, L, A, R und B der folgende Zusammenhang besteht.

0,5 mm ≤ D ≤ 1,5 mm,

0,3 mm ≤ T ≤ 0,6 mm,

0,2 mm ≤ L ≤ 0,5 mm,

R/3 ≤ A < R.

0,3 mm ≤ B ≤ 0,8 mm.

6. Zündkerze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Schweißnaht eine Vielzahl von einander überlappenden, benachbarten Schweißpunkten (71) umfaßt, so daß sich die Schweißnaht über den gesamten Umfang erstreckt.

7. Zündkerze (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zwischen der Vorderseite der Zündspitze (6) und der Schweißnaht ein Abstand von mindestens 0,1 mm besteht.

8. Zündkerze (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Mittelelektrode ein hitzebeständiges Mantelmetall (41) und einen in das Mantelmetall (41) eingebetteten wärmeleitenden Kern (42) umfaßt, und bei der das vordere Ende des wärmeleitenden Kerns (42) entweder in wärmeleitendem Kontakt mit der rückwärtigen Stirnfläche der Zündspitze (6) oder im Abstand von 1,5 mm zur rückwärtigen Stirnfläche der Zündspitze (6) angeordnet ist.

9. Zündkerze (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Zündspitze (6) aus einem Edelmetall besteht und/oder die Schweißnaht mittels Laserstrahlschweißen, Argonschweißen oder Elektronenstrahlschweißen hergestellt wird.

10. Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze mit einer Masseelektrode (1) und einer Mittelelektrode (4), die ein vorderes Ende (4A) mit einer daran befestigten Zündspitze (6) besitzt und mit der Masseelektrode (1) eine Funkenstrecke bildet, wobei das Verfahren den Schritt des Laserschweißens der Zündspitze (6) an das vordere Ende (4A) umfaßt und dadurch gekennzeichnet ist, daß das Schweißen dadurch erfolgt, daß ein Laserstrahl auf den Umfang der äußeren Grenzfläche zwischen dem vorderen Ende (4A) und der Zündspitze (6) gerichtet wird, so daß sich die Schweißnaht teilweise in die Mittelelektrode (4) an der äußeren Grenzfläche erstreckt, so daß eine ringförmige Schweißnaht entsteht.