DE838521C

DE838521C - Method of making spark plugs

Info

Publication number: DE838521C
Application number: DEP49993A
Authority: DE
Inventors: Leonard Bessemer Pfeil
Original assignee: Mond Nickel Co Ltd
Current assignee: Mond Nickel Co Ltd
Priority date: 1942-05-15
Filing date: 1949-07-26
Publication date: 1952-05-08

Description

Verfahren zum Herstellen von Zündkerzen Die 1#.lcktroden lioclibeanspruchter Zündkerzen, 7. B. Ziitidkerzeii für Flugmotoren, bestehen iibliclier«eise aus Metallegierungen der Platingruppe, beispielsweise aus Legierungen mit 96% Platin und 41i/0 Wolfram oder 8o% Platin und 2o0/0 Iridium oder go% Platin und ro% Rliodium. Ztim gleichen Zweck finden auch I.egiertingen aus Platin und :@tolylxlän oder Platin und Zinn -*v"er-N\-cucItiug. Bei höchster Beanspruchung, wie sie in l@ ltir;tnotoreii auftritt, werden solche Elektroden infolge intei-kristalliner Korrosion selinell ttn-1»-auclibar.Process for the manufacture of spark plugs The spark plugs of liocly stressed spark plugs, 7 B. spark plugs for aircraft engines, usually consist of metal alloys of the platinum group, for example of alloys with 96% platinum and 41% tungsten or 80% platinum and 20% Iridium or go% platinum and ro% rliodium. For the same purpose, alloys made of platinum and: @ tolylxlän or platinum and tin - * v "er-N \ -cucItiug. At the highest stress, as occurs in l @ ltir; tnotoreii, such electrodes become more intei-crystalline as a result Corrosion selinell ttn-1 »-auclibar.

l?s w urde nun festäestcllt, daß einer der Hauptgriitide dafür iin :Angriff durch Blei liegt und geftiiidcn, dal# I'latingrul>Iien-@tetall-Legierungen mit faserigem Gefüge besonders widerstandsfähig gegen Angriff dttrcli Blei sind. Um diese Wirkung zu erzielen, ist Gegenstand der Erfindung nun ein Verfahren zum Herstellen von Zündkerzen hoher Bleifestigkeit, gemäß dem Legierungen aus einem oder mehreren Metallen der Platingruppe unter starker Kaltverformung zu Elektroden mit ausgeprägter Faserstruktur verarbeitet werden und das Einsetzen dieser Elektroden in die Zündkerzen bei unterhalb der Rekristallisationstemperatur des faserigen Elektrodengefüges liegenden Temperaturen erfolgt, dergestalt, daß mindestens der freiliegende Teil der Elektrode seine Faserstruktur behält. Unter einem Gefüge mit ausgesprochener Faserstruktur ist dabei ein solches verstanden, dessen Kristalle wesentlich länger sind als üblich, so daß sie Fasern mit im wesentlichen einander parallelen Achsen gleichen. Beim Ziehen eines Drahtes werden die Kristalle des Gefüges stets verzerrt und verlängert, aber eine bloße Achsenverzerrung derart, daß eine Achse länger als die andere ist, genügt für den erfindungsgemäßen Zweck noch nicht. Notwendig ist vielmehr, daß jeder Kristall zu einer sehr viel größeren Länge als Breite gezogen wird, wie es beispielsweise bei einer Querschnittsflächenverringerung von mehr als 75°/o geschieht.It has now been established that one of the main reasons for this is : Attack by lead is due to the fact that # I'latingrul> Iien- @tetall-alloys with a fibrous structure are particularly resistant to attack by lead. In order to achieve this effect, the invention now provides a method for Manufacture of high-lead strength spark plugs, according to the alloys of a or more metals of the platinum group with severe cold working to form electrodes processed with a pronounced fiber structure and the use of these electrodes into the spark plugs at below the recrystallization temperature of the fibrous electrode structure lying temperatures takes place, such that at least the exposed part the electrode retains its fiber structure. Under a structure with pronounced Fiber structure is understood to be one whose crystals are much longer are as usual, so that they have fibers with substantially parallel axes same. When a wire is drawn, the crystals of the structure always become distorted and elongated, but a mere axis distortion such that one axis is longer than the other is not yet sufficient for the purpose according to the invention. Necessary is rather, that each crystal is drawn to a length much greater than its breadth becomes, as is the case, for example, with a reduction in cross-sectional area of more than 75 per cent happens.

Das anzustrebende Fasergefüge der Elektroden ist in der Zeichnung im Vergleich mit einem normalen Gefüge erläutert.The desired fiber structure of the electrodes is shown in the drawing explained in comparison with a normal structure.

Ein Drahtgefüge aus im wesentlichen gleichachsigen Kernen ist in Zoofacher Vergrößerung in Fig. 1 dargestellt. Es handelt sich hier um eine Legierung mit 96% Platin und 4% Wolfram. Nach Kaltziehen des Drahtes mit einer Querschnittsverminderung um 98,6% war, wie Fig.2 zeigt, das Gefüge einheitlich faserförmig. Bei darauffolgendem, 5 Minuten langem Glühen bei etwa zooo°' C rekristallisierte das Fasergefüge teilweise. Das veranschaulicht Fig. 3.A wire structure consisting of essentially equiaxed cores is in Zoofacher Enlargement shown in Fig. 1. This is an alloy with 96% Platinum and 4% tungsten. After cold drawing the wire with a reduction in cross-section As shown in FIG. 2, the structure was uniformly fibrous by 98.6%. In the following, After annealing for 5 minutes at about zooo ° C, the fiber structure partially recrystallized. This is illustrated in FIG. 3.

Wenn also das Gefüge einer Zündkerzenelektrode durch starke Kaltverformung faserig gestaltet ist, müssen nach der Lehre der Erfindung noch Mittel ergriffen werden, die das Fasergefüge auch nach geschehenem Einbau der Elektrode in die Zündkerze sicher erhalten. Das ist nur möglich, wenn mindestens der freiliegende Teil der Elektrode sowohl bei den Zwischenglühungen des Kaltziehens als auch beim Einbau der Elektrode vor Temperatureinflüssen geschützt wird, die zur Rekristallisation des Gefüges Anlaß geben können. Das kann beim Einsetzen der Elektrode z. B. durch die Verwendung eines Bettungsmetalls geschehen, dessen Schmelzpunkt unterhalb der Rekristallisationstemperatur der Elektrode, z. B. unterhalb des Schmelzpunktes von Silber, liegt.So if the structure of a spark plug electrode is caused by severe cold deformation is designed fibrous, according to the teaching of the invention, means must still be taken the fiber structure even after the electrode has been installed in the spark plug received safely. This is only possible if at least the exposed part of the Electrode both during the intermediate annealing of cold drawing and during installation the electrode is protected from temperature influences that lead to recrystallization of the structure can give rise to. This can occur when inserting the electrode, for. B. by the use of a bedding metal happen whose melting point is below the Recrystallization temperature of the electrode, e.g. B. below the melting point of Silver, lies.

Bei den in Flugmotoren verwendeten Zündkerzen ist die Mittelelektrode gewöhnlich in Silber oder Kupfer gebettet. Fig. 4 der Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch eine solche Zündkerze: Bei dem bekannten Verfahren zum Einsetzen der Elektroden in die Zündkerze wird der die Elektrode bildende kurze Draht 1 aus einer Platingruppen-Metall-Legierung in eine Öffnung im Boden des Isolators 3 eingefügt und dort zeitweilig durch Zement gehalten. Ein Stück Silber- oder Kupferdraht wird dann in den Isolator gelegt, worauf das Ganze einen Glühofen durchläuft, in dem der Silber- oder Kupferdraht schmilzt, den Draht 1 an der Stelle 4 festschweißt und seine Arbeitsstellung festlegt. Das eine Ende eines Metalldrahtes 5 ist in das zum Verschweißen der Elektrode dienende Silber oder Kupfer gebettet. Der Draht stellt die elektrisch leitende Verbindung --um Zündkerzenkopf 6 her. Um (las Innere des Isolators gasdicht zu gestalten, wird eine Dichtung 7 aus geschmolzenem Glas um den Draht 5 gelegt. Soll die Fassung der Elektrode 1 aus Silber bestehen, dann ist eine Erwärmung des entsprechenden Teils auf etwa 96o° C erforderlich. Die Herstellung einer Kupferfassung benötigt eine Temperatur von etwa zo8o° C. Bei diesem Verfahren wird also die Platingruppen-! Metall-Legierung einer Temperatur von über 96o° bzw. 1o83'°' C ausgesetzt. Temperaturen über 95o° C genügen bei den üblicherweise verwendeten Legierungen zur Rekristallisation des Gefüges. Eine Kaltverformung drückt die Rekristallisationstemperatur herab. Je stärker die Legierung kaltverformt und je faseriger daher ihr Gefüge ist, desto niedriger ist die Temperatur, bei der das Fasergefüge durch Rekristallisation verlorengeht. Dabei spielt auch die Dauer der Erhitzung der Legierung auf Temperaturen im Rekristallisationsbereich eine Rolle.In the case of the spark plugs used in aircraft engines, the center electrode is usually embedded in silver or copper. Fig. 4 of the drawing shows a longitudinal section by such a spark plug: In the known method for inserting the electrodes The short wire 1 made of a platinum group metal alloy, which forms the electrode, is inserted into the spark plug inserted into an opening in the bottom of the insulator 3 and temporarily there by cement held. A piece of silver or copper wire is then placed in the insulator, whereupon the whole thing goes through an annealing furnace in which the silver or copper wire melts, welds the wire 1 at point 4 and defines its working position. That one end of a metal wire 5 is used for welding the electrode Embedded in silver or copper. The wire provides the electrically conductive connection - around the spark plug head 6. In order to make the interior of the insulator gas-tight, a gasket 7 made of molten glass is placed around the wire 5. Should the version of the Electrode 1 made of silver, then there is a heating of the corresponding part to about 96o ° C required. Making a copper socket requires one Temperature of about zo8o ° C. In this process, the platinum group! Metal alloy exposed to a temperature of over 96o ° or 1o83 '°' C. Temperatures Over 95o ° C is sufficient for recrystallization with the commonly used alloys of the structure. Cold deformation lowers the recrystallization temperature. The more the alloy is cold-worked and therefore the more fibrous its structure, the more The temperature at which the fiber structure is lost due to recrystallization is lower. The duration of the heating of the alloy to temperatures in the recrystallization range also plays a role a role.

Bei der Herstellung der Zündkerzen nach der Erfindung ist es demgemäß erforderlich, dgn Grad der Kaltverformung auf die Dauer und Stärke der Erhitzung beim Einbetten und Abdichten der Elektrode abzustimmen. Außerdem ist die Zusammensetzung der Legierung auf deren Rekristallisationsanfälligkeit einzustellen.It is accordingly in the manufacture of the spark plugs according to the invention required, dgn degree of cold deformation on the duration and strength of the heating to be coordinated when embedding and sealing the electrode. Besides, the composition is adjust the alloy to its susceptibility to recrystallization.

Die gegenwärtig in Flugmotoren verwendeten Zündkerzen bieten hinsichtlich der Erhaltung des Fasergefüges ihrer Elektroden nicht die gleichen Schwierigkeiten wie die bereits beschriebene Mittelelektrode. Hier sind die Elektroden nämlich durch Punktschweißen am Kerzenboden befestigt.. Fig. 4 zeigt eine solche Masseelektrode 8, die bei 9 mit dem Zündkerzenboden to punktverschweißt ist. Der freiliegende Teil ist dabei der nicht mit dem Boden to in Berührung stehende. Der am Zündkerzenboden anliegende Teil der Masseelektrode wird aber im Betrieb viel stärker gekühlt als der freiliegende Teil, so daß durch das Punktschweißen auftretende örtliche Rekristallisationen die Brauchbarkeit der Elektrode nicht beeinträchtigt.The spark plugs currently used in aircraft engines offer in terms of maintaining the fiber structure of your electrodes does not present the same difficulties like the center electrode already described. The electrodes are through here Spot welding attached to the candle base. Fig. 4 shows such a ground electrode 8, which is spot-welded to the spark plug base at 9. The exposed part is the one not in contact with the ground. The one on the bottom of the spark plug The adjacent part of the ground electrode is cooled much more intensely than during operation the exposed part, so that local recrystallizations caused by the spot welding does not affect the usability of the electrode.

Die gemäß der Erfindung für die Herstellung der Elektroden vorzugsweise zu verwendende Legierung besteht aus, 96% Platin und 4% Wolfram. Diese Legierung kann beispielsweise zunächst heiß zu einer Stange verformt werden, die danach 15 Minuten bei zo5o° C geglüht wird. Das Gefüge ist dabei im wesentlichen gleich dem in Abb. 1 dargestellten. Die weitere Verlormung geschieht auf kaltem Wege. Ergehen sich bei dieser Verformung Schwierigkeiten, dann wird in mehreren Verformungsstufen unter Einschaltung von Zwischenglühungen bei Temperaturen von etwa 8oo°' C gearbeitet. Die gesamte Verringerung der Querschnittsfläche kann etwa 96% betragen. Das Gefüge entspricht dann demjenigen nach Fig. 2.Those according to the invention for the manufacture of the electrodes are preferred The alloy to be used consists of 96% platinum and 4% tungsten. This alloy can, for example, first be hot-formed into a rod, which is then 15 Minutes at zo5o ° C is annealed. The structure is essentially the same as that shown in Fig. 1. The further loss of standardization happens in a cold way. Go down If there are difficulties with this deformation, then there are several deformation stages worked with the inclusion of intermediate annealing at temperatures of about 8oo ° C. The total reduction in cross-sectional area can be about 96%. The structure then corresponds to that according to FIG. 2.

Die Beständigkeit des Fasergefüges läßt sich, wie schon beschrieben, durch die Legierungszusammensetzung mit dem Ziel, die Rekristallisationstemperatur zu erhöhen, wesentlich verbessern. Beispielsweise kann in der üblichen Platin-Wolfram-Legierung der Wolframgehalt von 4 auf 5% erhöht oder der Legierung Ruthenium beigegeben werden. Weiter kann man den freiliegenden Teil der Elektrode während des Einbaus durch einen Werkstoff hoher Warmbeständigkeit oder geringer Wärmeleitfähigkeit schützen. Das bisher als BettuMgsmetall verwendete Silber oder Kupfer kann durch ein Metall oder eine Legierung von niedrigerem Schmelzpunkt ersetzt werden, z. 11. durch (las bei 778` C schmelzende Silber-Kupfer-Eutektikum. Dieses Eutektikum kann beispielsweise in Verbindung mit Elektrodenlegierungen verwendet werden, die vorwiegend aus Platin bestehen und Molybdän enthalten, z. B. in Verbindung mit Legierungen aus 98% Platin und 2% @olyhdän, die unterhalb 96o° C rekristallisieren.As already described, the resistance of the fiber structure can be through the alloy composition with the aim of the recrystallization temperature to increase, improve significantly. For example, in the usual platinum-tungsten alloy the tungsten content can be increased from 4 to 5% or ruthenium can be added to the alloy. You can also remove the exposed part of the electrode during installation Protect material with high heat resistance or low thermal conductivity. That Silver or copper previously used as bedding metal can be replaced by a metal or an alloy with a lower melting point is replaced, z. 11th through (read at 778` C melting silver-copper eutectic. This eutectic can for example, used in conjunction with electrode alloys that are predominantly consist of platinum and contain molybdenum, e.g. B. in connection with alloys from 98% platinum and 2% @ olyhdän, which recrystallize below 96o ° C.

Claims

PATENT CLAIMS: r. Method for producing spark plugs with off electrodes made of one or more platinum group metals with high lead strength, characterized in that alloys of one or more metals of the platinum group processed under severe cold deformation into electrodes with a pronounced fiber structure and the insertion of these electrodes into the insulator of the spark plugs lying below the recrystallization temperature of the fibrous electrode structure Temperatures takes place such that at least the exposed part of the electrodes retains its fiber structure. Method according to claim i, characterized in that class from an alloy of vain or more platinum group metals by cold drawing Electrode wire made with a pronounced fiber structure and made from such wire existing electrodes by solidifying one below the recrystallization temperature of the electrodes of melting metal connected to the insulating body of the spark plug will. 3. The method according to claims i and 2, characterized in that for Attaching the electrodes having the fiber structure to the insulating body of the spark plug a metal is used whose melting point does not match the melting point of silver exceeds. Process according to claims i to 3, characterized in that in The insulating body of the spark plug electrodes are used, which are made of a platinum alloy with 96% platinum and 4% tungsten with a reduction in cross-section of more than 75% have been cold-drawn. 5. Manufactured by the method according to claims i to 4 Spark plugs, characterized in that the structure of at least the exposed Has parts of their electrodes fiber structure.