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Zündkerze für Brennkraftmaschinen Die Lösung des Problems der einwandfreien
Zündung von Brennkraftmaschinen durch elektrische Zündsysteme, insonderheit solche
mit Hilfe der Zündkerze, gab der ganzen technischen Entwicklung des Motorenbaues
einen gewaltigen Auftrieb.
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Diese Entwicklung führte nach vielfachen Mißerfolgen zu der Überzeugung,
daß, je größer oder länger der Zündfunke ist, desto besser die Zündung des explosiven
Gasgemisches erfolgt. Die Länge des Funkens zwischen zwei Elektroden durch Luft
war aber beschränkt durch .die mit der Erhöhung der Hochspannung des Zündfunkens
sich ganz erheblich steigernden Schwierigkeiten bei der Isolierung.
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An verschiedenen Stellen wurde die Vereinigung einer Gleitfunkenentladung
mit der bekannten Elektrodenentladung durch Luft vorgeschlagen. Es wurden auch Hilfselektroden
verwendet, um die Länge des Zündfunkens zu vergrößern. Dadurch sollte auch eine
erhöhte Sicherheit gegen Verschmutzung gegeben sein; der praktische Betrieb hat
jedoch gezeigt, daß solche Zündkerzenkonstruktionen den Zündfunken durch die Mehrfachteilung
schwächen und den an sie gestellten Erwartungen keineswegs entsprochen
haben,
sondern frühzeitig zu Versagern führten und deshalb unbrauchbar sind.
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Bei bekannten Hochspannungszündkerzen wurde auch versucht, den Überschlag
der Hochspannung zwischen den Elektroden zu erleichtern, indem auf den Isolator
eine radioaktive Substanz aufgebracht wurde, die den Gasraum ionisieren sollte.
Ein Erfolg konnte diesen Bestrebungen allerdings auch nicht beschieden sein, da
die Ionisierungsgeschwindigkeit nicht groß genug und vor allem nicht weitreichend
genug war.
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Es sind ferner Kerzen bekannt, deren Funken durch reine Kondensatorentladung
entstehen. Diese Zündungsart ergibt gegenüber den heutigen allgemein üblichen Hochspannungszündanlagen
den Vorteil, daß mit niedrigeren Spannungen gearbeitet werden kann als es bisher
der Fall war.
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Eine weitere Erniedrigung der Zündspannungen wird durch Verwendung
von sehr kleinen Elektrodenabständen erreicht, wobei gleichzeitig die Vorteile einer
reinen Gleitfunkenentladung ausgenutzt werden. In dem Bestreben, die Zündspannungen
weitmöglichst zu erniedrigen, auch unter 25o Volt, ergaben sich bei Polabständen
von unter o, i mm jedoch fabrikatorische Schwierigkeiten, weil der enge Polabstand
auch bei Herstellung größerer Serien immer genau gleich sein muß. Die Gleichheit
der Produkte verlangt aber ein Übermaß von Präzision, wodurch in der Fabrikation
eine Verteuerung eintritt, die die an sich billige Herstellung von. Niederspannungs-Zündkerzen
wieder aufhebt.
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Dieser Nachteil soll durch die vorliegende Erfindung behoben werden.
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Von den bisher bekanntgewordenen Gleitfunkenzündkerzen, bei denen
auf höchste Isolation an allen Bauteilen der größte Wert gelegt wurde, unterscheidet
sich die Zündkerze nach der Erfindung dadurch, daß sie eine Isolation besitzt, die
an allen Stellen -elektrisch betrachtet - so groß wie möglich ausgeführt ist bis
auf die Isolation zwischen den Polen, an denen die Entladung stattfinden soll. Nur
zwischen den Polen und sonst an keiner Stelle soll die Grenzfläche des isolierenden
Stoffes unter gewissen Voraussetzungen eine gewisse Leitfähigkeit besitzen oder
während des Betriebes bekommen. Hierbei kann die Isolationsschicht - da dieselbe
im Verbrennungsraum elektrisch leitend wird - zwischen den Polen stärker gewählt
werden als bei der oben beschriebenen Gleitfunkenzündkerze, und es fallen daher
die Fabrikationsschwierigkeiten fort.
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Zur Erreichung der von der Erfindung angestrebten Ziele können bestimmte
Materialeigenschaften ausgenutzt werden bzw. den verwendeten Materialien Eigenschaften
übertragen werden, die sie dann für die Erfindung ganz besonders geeignet machen.
Hierzu seien einige Beispiele für die Ausführung von besonders geeigneten Isolationsformen
und Arten angeführt: Als Isolator für die Gleitfunkenstrecke wird ein sehr gut isolierendes
Porzellanröhrchen oder ein ähnlicher Körper verwendet, welcher an der Stirnseite,
mit der er dem Verbrennungsraum zugekehrt ist, mit einem eingebrannten Überzug,
ähnlich wie eine Glasur aus einem Thorium-Präparat oder einem sonstigen radioaktiven
Material versehen ist. Durch den radioaktiven Zerfall in dem Überzug entstehen an
der gewünschten Grenzfläche schwach leitende Schichten, die die Funkenbildung verbessern.
Die Form der Pole ist zweckentsprechend auszubilden.
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Es gibt ferner gesinterte, keramische Körper, die an sich die Eigenschaft
besitzen, bei normaler Temperatur völlige Nichtleiter zu sein, also gute Isolatoren,
die jedoch bei Temperaturen von einigen hundert Grad Celsius bereits über eine erhebliche
elektrische Leitfähigkeit verfügen. Es sei in diesem Zusammenhang auf den Nernststift
hingewiesen, bei welchem diese typische 'Materialeigenschaft technisch ausgenutzt
wird. Im übrigen besitzen die Erdalkalioxyde alle mehr oder weniger diese Eigenschaften,
z. B. das Magnesiumoxyd und ähnliche keramische Körper. Isolatoren mit derartigen
Eigenschaften, in den besagten Zündkerzen angebracht, ergeben große Vorteile, da
auch sie in der Lage sind, den Gleitwiderstand zwischen den Polen an der Verbrennungsseite
zu verringern und damit die elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen, wodurch die Funkenentladung
wesentlich verbessert wird.
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Auch durch Verwendung von sehr hochschmelzenden, organischen Substanzen
als Isolierschicht kann ein ähnlicher Effekt erzeugt werden. Wenn eine solche organische
- den elektrischen Strom isolierende -Substanz an ihrer Grenzfläche, die dem Verbrennungsraum
zugekehrt ist, der hohen Temperatur der Verbrennung ausgesetzt wird, so erleidet
dieselbe eine sehr langsame Zersetzung unter Bildung von mehr oder weniger grafitischer
Kohle, wodurch diese Grenzfläche eine gewisse elektrische Leitfähigkeit erlangt
und damit andererseits die Funkenbildung stark verbessert.
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Ein ähnliches Ergebnis wird erreicht, wenn poröse, keramische oder
sonstige isolierende Substanzen, wie z. B. Asbest, verwendet werden, und zwar dann,
wenn diese Körper mit hochschmelzenden schwer zersetzlichen organischen Substanzen
infiltriert «-erden. Es wurden z. B. sehr gute Ergebnisse erzielt bei Verwendung
von Asbest als Isolator und a1 Infiltrationssubstanz eine Lösung von Benzin
mit
Kopal-Harz, welche von der Explosionsseite aus einseitig infiltriert wurde.
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Leichtschmelzende Silikate, entweder verwendet als Glasurschicht auf
einem besonderen Porzellanisolator, welcher als Hauptisolation dient, oder aber
in Form einer Emaille, -die auf den Eisenkörper der Zündkerze, welcher auch aus
einem anderen Material bestehen kann, als Isolation eingebrannt ist, können ebenfalls
bei entsprechend niedrigen Schmelzpunkten an der dem Verbrennungsraum ausgesetzten
Grenzfläche erweichen und in dem Zustand, infolge ihrer beginnenden, elektrolytischen
Leitfähigkeit, die Funkenbildung zwischen den Polen erheblich verstärken. Es handelt
sich stets nur um eine Vergrößerung der Leitfähigkeit der Grenzflächen zwischen
den beiden Polen. Dazu kommt, daß Glasuren oder Emaille in dem erweichten Zustand
bei einer bestimmten Temperatur die Eigenschaft haben, winzige Kohleteilchen aufzunehmen,
die durch die Verbrennungen entstehen. Diese aufgenommenen Kdhleteilchen können
in der verhältnismäßig -weichen Silikatmasse nur äußerst schwierig verbrennen und
geben aber andererseits den zusätzlichen Vorteil, daß die Grenzflächenleitfähigkeit
für den elektrischen Strom heraufgesetzt wird.
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Auch gut isolierende Porzellanteilchen können an bestimmten Grenzflächen
die elektrische Leitfähigkeit dadurch bedeutend heraufsetzen, daß diese Stellen
mit feinverteilten Metallen nach an sich bekannten Brennverfahren überzogen werden.
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Es sei in diesem Zusammenhang z. B. auf das bekannte Verfahren zum
Einbrennen von Platin erinnert, unter Zuhilfenahme von einer Lösung von Platin-Chlorid
in Lavendelöl.
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Durch alle diese Ausführungsmöglichkeiten wird die Leitfähigkeit der
Isolationsmasse in der Grenzfläche zwischen den eigentlichen Polen wesentlich vergrößert
und dadurch die Funkenbildung verbessert.
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Jede Erleichterung der Funkenentladung bringt aber die Möglichkeit,
die Zündspannung selbst zu erniedrigen, und es war auf diesem Wege unter Ausnutzung
aller bisher gegebenen Möglichkeiten schon möglich, Zündkerzen zu bauen, die mit
einer Zündspannung von nur 48 Volt für eine bestimmte Zeit völlig regelmäßig arbeiten,
und zwar mit festen Elektrodenabständen von solchen Abmessungen, die fabrikatonisch
leicht serienmäßig herstellbar sind.