DE839887C

DE839887C - Spark plug with ceramic insulating body

Info

Publication number: DE839887C
Application number: DEP56048A
Authority: DE
Inventors: Otto Beesch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1949-09-27
Filing date: 1949-09-27
Publication date: 1952-05-26

Description

Zündkerze mit keramischem Isolierkörper Die Erfindung betrifft eine Zündkerze und ein Fertigungsverfähreti für Zündkerzen mit keramischem lsolierl<ürl>er und mindestens einer Elektrode (.Nlittelelektro(te), die von der Kopfseite des Isolierkörpers her iii eine Liitigsbohrung desselben eingesetzt und mindestens auf der Kopfseite gasdicht mit <lein Isolierkürper verbunden ist und die in der Nähe des @solierkürl>erful.les eine konische Schulter aufv,-eist, welche einer Gegenschulter in der Längsbohrung des Isolierk(irpers gegenüberliegt.Spark Plug With Ceramic Insulator The invention relates to a Spark plug and a manufacturing process for spark plugs with ceramic insulator and at least one electrode (.Nlittelelektro (te) from the head side of the insulating body her iii a Liitigsbohrung the same used and at least on the head side gastight is connected to <lein Isolierkürper and the near @ solierkürl> erful.les a conical shoulder on v, which is a counter shoulder in the longitudinal bore of the insulating body is opposite.

],ei einer bekannten Zündkerzenbauart dieser Art besteht die Mittelelektrode aus mehreren Teilen verschiedenen Werkstones. Das aus (lern Fuß des Isolierk<irpers herausragende Ende der Mittelelektrode wird dabei zuerst iit die Längsbohrung des Isolierkörhei-s von der Kopfseite her eingesteckt, bis es finit einer Schulter auf der Gegenschulter der Isoliei-kürl>erl:inksltoltrtiiig aufliegt. Dann wird. ebenfalls von der Kopfseite her, ein schmelzbares Bolzenstück eingeführt und daran anschließend geschmolzen, so daß es sich mit dein fußseitigen Endstück verbindet und einen Abschnitt der Länbsbahrung gut ausfüllt. Nach dem Abkühlen dieses Zschenstiicks wird als zweites Zwischenstück ein Metallbolzen finit Spiel eingesetzt und der Spielspalt mit Graphit ausgefüllt. Schließlich wird der kopfseitige Endteil der Mittelelektrode in die Bohrung eingeschraubt und gleichzeitig darin verkittet.], a known type of spark plug of this type has the center electrode from several parts of different workstones. That from (learn the foot of the insulator The protruding end of the center electrode is first iit the longitudinal bore of the Isolierkörhei-s inserted from the head side until it finitely a shoulder on the opposite shoulder of the Isoliei-kürl> Erl: inksltoltrtiiig rests. Then it will be. Likewise from the head side, a fusible piece of bolt inserted and then melted so that it connects to your foot-side end piece and a section fills the land well. After this piece of cake has cooled down, the second Intermediate piece inserted a metal bolt with finite play and the play gap with graphite filled out. Finally, the head-side end part of the center electrode is inserted into the Bore screwed in and cemented into it at the same time.

Dieser Auf- und Einbau der :Mittelelektrode ist sehr teuer und daher unwirtschaftlich. Außerdem besteht dabei die Gefahr, daß die Schulter des fußseitigen Endstückes der Mittelelektrode bei starker Wärmebeanspruchung der Kerze im Betrieb gegen ihre Gegenschulter drückt und dabei den Isolierstein sprengt.This assembly and installation of the: center electrode is very expensive and therefore uneconomical. There is also the risk that the shoulder of the foot-side End piece of the center electrode when the candle is exposed to high temperatures during operation presses against her opposite shoulder and bursts the insulating stone.

Ferner sind Zündkerzen bekannt, bei denen die Mittelelektrode von der Fußseite des Isolierkörper s her in diesen eingesetzt ist und sich mit einer in der Nähe ihres unteren Endes vorgesehenen konischen Schulter gegen eine entsprechende Gegenschulter am Isolierkörper anlegt. Hierdurch soll die Abdichtung zwischen Elektrode und Isolierkörper bewirkt werden, jedoch ist es dabei erforderlich, daß am Kopfende der lose im Isolierkörper geführten Elektrode eine Federkraft angreift, welche die konischen Schultern auch dann fest gegeneinanderpreßt.wenn sich durch die im Betrieb auftretende Erwärmung die Mittelelektrode stärker ausdehnt als der Isolierkörper. Die Kerzen dieser Art sind wegen der erforderlichen Anordnung der Feder nicht nur verhältnismäßig teuer, sondern auch bei den hohen Betriebsbeanspruchungen praktisch unbrauchbar, da die Federspannung bei den im Betrieb auftretenden hohen Temperaturen bald nachläßt, wodurch die Kerze undicht wird.Furthermore, spark plugs are known in which the center electrode of the foot side of the insulating body s is used in this and is with a in the Conical shoulder provided near its lower end against a corresponding counter shoulder on the insulator. As a result, the Sealing between electrode and insulating body can be effected, but it is there required that at the head end of the loosely guided electrode in the insulating body a Spring force acts, which also presses the conical shoulders firmly against one another the central electrode expands more strongly due to the heating that occurs during operation than the insulator. The candles of this type are because of the required arrangement the spring is not only relatively expensive, but also with the high operational loads practically unusable, since the spring tension at the high levels that occur during operation Temperatures soon subsides, causing the candle to leak.

Wegen ihrer angegebenen 'Mängel haben diese bekannten Kerzenbauarten keine Verbreitung gefunden.Because of their specified 'shortcomings, these have known candle designs no distribution found.

In der Praxis werden vielmehr in der Regel Zündkerzen verwendet, bei denen die aus zwei Metallstiften zusammengesetzte Mittelelektrode von der Kopfseite des Isoliersteins her als vorgefertigter Teil in die Längsbohrung des Steins eingesetzt, z. B. eingeschraubt, und dabei gleichzeitig über die ganze Länge dieser Bohrung eingekittet wird. Der fußseitige Abschnitt der 'Mittelelektrode ist dabei zvlindrisch und erstreckt sich, ohne eine Schulter oder einen Absatz aufzuweisen, mindestens über die Hälfte der Steinlänge. Die Herstellung dieser handelsüblichen Zündkerzen ist verhältnismäßig einfach. Auch die Abdichtung zwischen Mittelelektrode und Isolierkörper ist hierbei ausreichend. Indessen besteht noch der Nachteil, daß sich bei der Fertigung dieser Kerzen erhebliche Streuungen der Wärmewerte der einzelnen Kerzen untereinander ergeben, wenn nicht besondere, die Fertigung verteuerlide Vorkehrungen getroffen werden, diese Streuungen in vernünftigen Grenzen zu halten.In practice, spark plugs are used as a rule those of the center electrode, which is composed of two metal pins, from the head side of the insulating brick inserted as a prefabricated part into the longitudinal bore of the brick, z. B. screwed in, and at the same time over the entire length of this hole is cemented. The foot-side section of the 'center electrode is cylindrical and extends without having a shoulder or a heel, at least over half the length of the stone. The manufacture of these commercially available spark plugs is relatively easy. Also the seal between the center electrode and the insulating body is sufficient here. However, there is still the disadvantage that during manufacture of these candles, there is considerable variation in the heat values of the individual candles among each other result, if not special, expensive precautions are taken to manufacture to keep these spreads within reasonable limits.

Die unzulässig hohen Streuwerte rühren davon her, daß sich die Längsbohrungen in den aus keramischen '-lassen hergestellten Isolierkörpern im Durchmesser nicht ohne erhebliche Toleranzschwankungen Herstellen lassen. Bei der Herstellung der 1littelelektroden können feine Durchmessertoleranzen ohne nennenswerten Aufwand leicht eingehalten werden. Infolge der verhältnismäßig großen Abxveichungen der Durchmesser der Längsbohrung im Isolierkörper fällt der Spalt zwischen der Mittelelektrode und der Wand der Längshohrung bei den Kerzen verschieden breit aus. Dieser Spalt wird zwar beim Einsetzen der Mittelelektrode in den Isolierkörper durch Kitt ausgefüllt. Die unterschiedliche Stärke der Kittschicht verändert aber die Wärmeübergangsverhältnisse zwischen Mittelelektrode und Isolierkörper und damit auch die \\'ärmewerte der einzelnen Kerzen untereinander recht wesentlich. Man hat diesem Mangel abgeholfen, indem man die Isolierkörper nach den Durchmessern ihrer Längsbohrungen in mehrere Gruppen sortierte und der Anzahl dieser Gruppen entsprechend Mittelelektroden mit verschiedenen Außendurchmessern herstellte. Auf diese Weise konnte die Paarung von Isolierkörpern und Mittelelektroden derart durchgeführt werden, daß beim Zusammenbau der Paare die erwähnten Spaltbreiten weitgehend übereinstimmten. Die dabei notwendige Vermessungs- und Sortierarbeit sowie die Herstellung und Lagerhaltung verschiedener, mit dem bloßen Auge ohne zusätzliche Sondermaßnahmen nicht voneinander zu unterscheidender Mittelelektroden sind nicht nur Anlaß von Fehlerquellen und Anständen, sondern verteuern auch die Fertigung.The inadmissibly high scatter values result from the fact that the longitudinal bores are located in the insulating bodies made of ceramic '-lassen in diameter not Can be produced without significant tolerance fluctuations. In making the Medium electrodes can have fine diameter tolerances without significant effort can easily be adhered to. As a result of the relatively large deviations of the The diameter of the longitudinal bore in the insulator is the gap between the center electrode and the wall of the longitudinal hole on the candles of different widths. This gap is filled with putty when the center electrode is inserted into the insulating body. However, the different thickness of the cement layer changes the heat transfer conditions between the center electrode and the insulating body and thus also the heat values of the individual Candles among each other are quite essential. This deficiency has been remedied by the insulators into several groups according to the diameter of their longitudinal bores sorted center electrodes with different ones according to the number of these groups Outside diameters. This enabled the pairing of insulating bodies and center electrodes are carried out so that when the pairs are assembled the gap widths mentioned largely coincided. The necessary surveying and sorting work as well as the manufacture and storage of various, with the The naked eye cannot be distinguished from one another without additional special measures Center electrodes are not only a source of sources of error and inconvenience, they make them more expensive also the manufacturing.

Die Aufgabe, deren Lösung die Erfindung anstrebt, besteht nun vornehmlich darin, Zündkerzen der eingangs erwähnten Art mit praktisch weitgehend gleichen Wärmewerten in Massefertigung mit leicht erreichbaren Abmessungstoleranzen der Einzelteile, jedoch ohne umständlichen zusätzlichen Arbeits-, Zeit- oder Lageraufwand herzustellen.The task, the solution of which the invention seeks, now primarily exists therein, spark plugs of the type mentioned with practically largely the same heat values in mass production with easily achievable dimensional tolerances of the individual parts, but to produce without cumbersome additional work, time or storage.

Gemäß der Erfindung läßt sich dieses Ziel dadurch erreichen, daß der fußseitige Abschnitt der Mittelelektrode, der sich an den im Isolierkörper befestigten Abschnitt anschließt, derart frei durch die Längsbohrung hindurchragt, daß zwischen seiner konischen Schulter und der Gegenschulter am Fußende jener Bohrung bei allen Betriebszuständen der Kerze ein feiner Drosselspalt verbleibt, der das Eindringen heißer Gase in den Raum zwischen Bohrungswand und dem fußseitigen Abschnitt der Mittelelektrode mindestens bei betriebswarmer Kerze verhindert.According to the invention, this object can be achieved in that the section of the center electrode on the foot side, which is attached to the in the insulating body Section connects so freely protrudes through the longitudinal bore that between its conical shoulder and the opposite shoulder at the foot of that hole in all Operating states of the candle a fine throttle gap remains to prevent penetration hot gases in the space between the bore wall and the foot-side section of the Center electrode prevented at least when the candle is at operating temperature.

Zur Herstellung der Zündkerzen gemäß der Erfindung kann nach einem weiteren Erfindungsgedanken in vorteilhafter Weise ein Fertigungsverfahren angewendet werden, welches darin besteht, daß die Mittelelektrode in zwei getrennten, zuvor an ihren späteren Berührungsflächen für eine Verlötung vorbereiteten Teilen in den Isolierkörper eingesetzt und der kopfseitige Mittelelektrodenteil dabei gasdicht im Isolierkörper befestigt wird, worauf der fußseitige Mittelelektrodenteil durch Einwirkung auf sein äußeres Ende mit seiner konischen Schulter fest gegen die Gegenschulter im Isolierkörper gezogen wird, und die beiden Teile der Mittelelektrode zweckmäßig durch Hochfrequenzerwärmung miteinander verlötet werden.To manufacture the spark plugs according to the invention can after a further inventive ideas advantageously applied a manufacturing method be, which consists in that the central electrode in two separate, previously on their subsequent contact surfaces for soldering parts in the Insulating body used and the head-side center electrode part gas-tight is attached in the insulator, whereupon the foot-side center electrode part through Acting on its outer end with its conical shoulder firmly against the opposing shoulder is pulled in the insulator, and the two parts of the center electrode expedient are soldered together by high frequency heating.

Weitere Merkmale der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen zu entnehmen.Further features of the invention are the following description and to be taken from the claims.

Die Zeichnung veranschaulicht zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes. Es zeigt Fig. i das erste Beispiel im Längsschnitt durch den Isolierkörper einer Zündkerze mit eingesetzter Mittelelektrode und Fig.2 das zweite Ausführungsbeispiel im vergrößerten Längsschnitt durch (las untere Ende eines Isolierkörpers.The drawing illustrates two exemplary embodiments of the subject matter of the invention. It shows Fig. I the first example in a longitudinal section through the insulating body of a Spark plug with inserted center electrode and Fig. 2 the second embodiment in an enlarged longitudinal section through (read the lower end of an insulating body.

Der Isolierkörper i hat eine Längsbohrung 2, deren unterstes Ende im Fuß des Isolierkörpers durch eine konische Schulter 3 verengt ist. Die in die Längsbohrung 2 eingesetzte Mittelelektrode besteht aus einem Oberteil ,M und einem Unterteil 5. Der Unterteil 5 ruht mit seiner konischen Außenschulter 6 auf der Innenschulter 3 des Isolierkörpers auf. Der Oberteil 4 ist in ein Gewinde 7 des Isolierkörpers eingeschraubt, nachdem ein erhärtbarer Kitt auf <las Gewinde aufgestrichen worden ist. Beim Einschrauben des Oberteils 4 greift eine Längsbohrung 8 über einen abgesetzten Zapfen 9 am oberen Ende des Elektrodenunterteils 5. In die Bohrung 8 ist ein Lötmittel für die spätere Verbindung der Elektrodenteile 4, 5 eingebracht.The insulating body i has a longitudinal bore 2, the lowermost end of which is narrowed by a conical shoulder 3 in the foot of the insulator. The in the Longitudinal hole 2 inserted center electrode consists of an upper part, M and a Lower part 5. The lower part 5 rests with its conical outer shoulder 6th on the inner shoulder 3 of the insulator. The upper part 4 is in a thread 7 of the insulator screwed in after a hardenable putty on <las thread has been painted on. When the upper part 4 is screwed in, a longitudinal bore engages 8 via a stepped pin 9 at the upper end of the lower electrode part 5. In the hole 8 is a solder for the later connection of the electrode parts 4, 5 introduced.

Vor (lern Verlöten der Teile 4, 5 wird zunächst der Elektrodenteil 5 durch eine an seinem aus dem Isolierkörper vorstehenden Ende angreifende Kraft nach unten gezogen, so daß die konischen Schultern 3 und 6 fest aufeinanderliegen. Hierauf wird das Lot an der Verbindungsstelle 8, 9 beispielsweise durch Hochfrequenzerwärmung geschmolzen, worauf der Strom ausgeschaltet wird. Durch diese Erwärmung der Mittelelektrode wird gleichzeitig der Dichtungskitt am Gewinde 7 getrocknet. Die Zugbelastung des Elektrodenteiles 5 wird so lange aufrechterhalten, bis die Lötverbindung fest, das Lot al§o erstarrt ist. Durch die Schrumpfung der Mittelelektrode beim Abkühlen entsteht zwischen den konischen Schultern 3 und 6 ein feiner Drosselspalt, der sich beim Betrieb der Kerze mit zunehmender Erwärmung der Teile zunehmend verengt, aber nicht satt schließt, so (laß ein Sprengen des Isolierkörpers verhindert wird.Before (learning to solder the parts 4, 5, the electrode part is first 5 by a force acting on its end protruding from the insulating body pulled down so that the conical shoulders 3 and 6 lie firmly on top of one another. The solder is then applied at the connection point 8, 9, for example by high-frequency heating melted, whereupon the current is switched off. This heating of the center electrode the sealing putty on the thread 7 is dried at the same time. The tensile load of the Electrode part 5 is maintained until the soldered connection is tight, the Lot al§o has solidified. The center electrode shrinks when it cools down between the conical shoulders 3 and 6 there is a fine throttle gap, which is located at the Operation of the candle increasingly constricts, but not as the parts heat up closes fully, so (let the insulating body be prevented from exploding.

Die konischen Schultern 3 und 6 haben einen spitzen Kegelwinkel, der vorteilhaft kleiner als 6o° ist. Hierdurch werden zwei Vorteile erreicht: Der beim Abkühlen der Mittelelektrode entstehende Spalt zwischen den Schultern 3 und 6 bleibt wesentlich kleiner, als wenn der Kegelwinkel stumpf wäre. Überdies wird die Herstellung der Längsbohrung 2 im Isolierkörper insofern erleichtert, als diese Bohrung durch eine Formnadel beim Herstellen des Isolierkörpers gebildet wird, die sich leichter aus dem rohen Formling herausziehen läßt, wenn der Kegelwinkel möglichst spitz ist.The conical shoulders 3 and 6 have an acute cone angle that is advantageously less than 6o °. This achieves two advantages: The at The gap between the shoulders 3 and 6 remains when the center electrode cools down much smaller than if the cone angle were obtuse. Moreover, the manufacture the longitudinal bore 2 in the insulator facilitated as this bore through a shaped needle is formed in the manufacture of the insulating body, which is easier can be pulled out of the raw molding when the cone angle is as acute as possible.

Bei dem Beispiel nach Fig.2 ist der Spitzenwinkel des Kegels 6'etw-as kleiner als der des Kegels 3. Hierdurch wird erreicht, daß sich die das Eindringen heißer Gase in den Spalt zw ischen Mittelelektrode und Steinbohrung verhindernde Drosselstelle mit Sicherheit möglichst nahe an Steinfußende befindet, so daß die von den heißen Gasen beaufschlagten Flächen des Steins und der Mittelelektrode möglichst klein sind.In the example according to FIG. 2, the apex angle of the cone is 6'etw-as smaller than that of the cone 3. This ensures that the penetration hot gases in the gap between the center electrode and the stone drilling Throttle point is with security as close as possible to the stone foot end, so that the If possible, surfaces of the stone and the center electrode exposed to the hot gases are small.

Claims

PATENT CLAIM: i. Spark plug with ceramic insulator and at least an electrode (center electrode) extending from the head side of the insulator inserted into a longitudinal bore of the same and gas-tight at least on the head side is connected to the insulating body and in the vicinity of the insulating body a has conical shoulder, which is a counter shoulder in the longitudinal bore of the insulating body opposite, characterized in that the foot-side section of the center electrode, which adjoins the section fastened in the insulating body, so freely through the longitudinal bore protrudes that between - its conical shoulder and the Counter shoulder at the foot of that hole in all operating states of the candle fine throttle gap remains, which prevents the penetration of hot gases into the space between Bore wall and the foot-side section of the center electrode at least when it is at operating temperature Candle prevented.

2. A method for manufacturing spark plugs according to claim i, characterized characterized in that the center electrode in two separate, previously at their later Contact surfaces for parts (4, 5) prepared for soldering in the insulating body (i) is used and the head-side center electrode part (4) is gas-tight in the insulating body is attached, whereupon the foot-side center electrode part (5) by acting on its outer end with its conical shoulder (6) firmly against the opposite shoulder (3) is pulled in the insulator and the two parts (4, 5) of the center electrode suitably be soldered together by high frequency heating.

3. Procedure according to claim 2, characterized in that the pulling action on the foot-side center electrode end is only released after the soldering has been securely attached.

4. Spark plug according to claim i, characterized in that both the conical shoulder (6) on the foot-side part (5) of the center electrode and the opposite shoulder (3) in the longitudinal bore (2) of the Insulator (i) have an acute cone angle.

5. Spark plug according to claim 4, characterized in that the cone angle of the two conical shoulder surfaces (3, 6) is less than 60 °.

6. Spark plug according to any one of claims 4 or 5, characterized characterized in that the conical shoulders (3, 6) have different cone angles.

7. Spark plug according to claim 6, characterized in that the cone angle fier shoulder surface (6) on the foot-side center electrode part (5) is slightly more acute than the cone angle the opposite shoulder surface (3). B.

Formation of the two-part center electrode for Spark plugs which are produced according to the method according to Claim 2, characterized in that that one of the two electrode parts fits into a longitudinal bore of the other.

9. Spark plug according to claim 8, characterized in that the longitudinal bore is located in the head-side part of the center electrode.