DE885183C

DE885183C - Fixed and tight electrode attachment, especially in spark plug insulating bodies

Info

Publication number: DE885183C
Application number: DEG4135A
Authority: DE
Inventors: Karl Schwartzwalder; Robert W Smith
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1941-07-05
Filing date: 1950-10-01
Publication date: 1953-08-03

Description

Feste und dichte Elektrodenbefestigung, insbesondere in Zündkerzenisolierkörpern Die Erfindung betrifft die Herstellung einer druckfesten und gasundurchlässigen Verbindung eines (keramischen Materialstückes mit einem Metallteil, etwa, um einen Metallstab in -der Bohrung eines keramischen Körpers einzukitten und abzudichten. Ein. Anwendungsgebiet stellt insbesondere die Einkittung und gasuudurchlässi:ge Abdichtung einer Elektrode und ihrer Stromzuführungspolklemme im Isolator einer Zündkerze dar.Fixed and tight electrode fastening, especially in spark plug insulating bodies The invention relates to the production of a pressure-resistant and gas-impermeable Connection of a (ceramic piece of material with a metal part, for example to a Metal rod to be cemented and sealed in the bore of a ceramic body. A. The area of application is in particular cementing and gas-permeable Sealing of an electrode and its power supply pole terminal in the insulator of a Spark plug.

Es ist vorgeschlagen worden, die Elektroden von Zünd'kerizen mittels einer Glasmasse, die sich sowÖhl mit der metallenen Mittelelektrode .als auch mit dem Isoliermaterial fest und dauerhaft verbindet, im Isolator einzukitten und die Zündkerze dadurch gasundurchlässig und druckfest ab-zudich, ten. Dabei ergab sich, daB wirklich befriedigende Ergebnisse nur ,bei Verwendung von Metallen mit kleinem thermischem Ausdehnungskoeffizienten erzielt werden konnten und daB .der Ausdehnungskoeffizient der Glasmasse dem des Metalls möglichst nahe kommen @mu,B. Derartige Metalle mit kleinem die reit einem Glas unter den. gegebenen Bedingungen gut verbünden werden können, sind jedoch gewöhnlich recht kostspielig.It has been proposed to use the electrodes of spark plugs a glass mass, which both with the metal center electrode .as well as with the insulating material firmly and permanently bonds, cement in the insulator and the This makes the spark plug impermeable to gas and pressure-tight. that really satisfactory results only when using metals with small thermal expansion coefficient could be achieved and that .the expansion coefficient the glass mass comes as close as possible to that of the metal @ mu, B. Such metals with little one who rides a glass under the. be allied well under given conditions but are usually quite expensive.

Durch die Erfindung wird nun ermöglicht, ohne ins Gewicht fallende die Verwendung eines :derartigen Metalls beizubehalten und die Vorteile einer gasdichten. Ein!kittung wahrzunehmen. Dazu wird die Mittelelektrode aus zwei oder mehr Stücken gefertigt, wobei nur so viel von dem kostspieligeren und mit der Glasmasse gut bindenden Metall verwendet .wird, .daß. die Herstellung einer haltbaren und sowohl gas- als auch flüssigkeitsundurchlässigen Abdichtung gewährleistet ist. Dieses Metallstück wird mit der eigentlichen Elektrode, die aus. .billigerem und hierfür gut geeignetem Metall gefertigt ist, verbunden.The invention now makes it possible without falling into weight the use of: to maintain such a metal and the advantages of a gas-tight. To perceive Ein! Kittung. To do this, the center electrode is made up of two or more pieces manufactured, with just so much of the more expensive and good with the glass mass binding Metal .is .used, .that. the manufacture of a durable and both gas and a liquid-impermeable seal is also guaranteed. This piece of metal comes with the actual electrode that is made out. Cheaper and suitable for this Metal is made connected.

Die Aufgabe der Erfindung liegt also in der Schaffung einer festen, haltbaren, gasundurchlässigen Verkittung und Abdichtung von Metall und keramischem Material unter Verwendung einer Abdichtungsmasse aus Glas unter weitgehender Kostenersparnis. Als vorzugsweises Anwendun!gsge!biet sei -die Einkittung und Abdichtung einer Zündkerzenmittelelektroide im Isofa.tor mittels einer Glasmasse, die sich sowohl mit der metallenen Elektrode als auch mit 'dem keramischen Isolator fest und haltbar verbindet und durch die die Leistungsfähigkeit ;der Zündkerze in keiner Weise (beeinträchtigt wird, nachfolgend beschrieben.The object of the invention is therefore to create a solid, durable, gas-impermeable cementing and sealing of metal and ceramic Material using a sealing compound made of glass with substantial cost savings. A preferred field of application is the puttying and sealing of a spark plug center electrode in the Isofa.tor by means of a glass mass, which is connected to both the metal electrode as well as with 'the ceramic insulator firmly and durable connects and through the the performance; the spark plug is not affected in any way (hereinafter described.

Fig. i .zeigt den Isolator einer Zündkerze mit eingese-üzter Elektrode und eingebrachtem Material der Abdichtungsmasse vor .der zur Abdichtung notwendigen Erhitzung und der Drück'behandlung; Fig. 2 zeigt die fertig montierte, gebrauchsfertige Zündkerze.Fig. I. Shows the insulator of a spark plug with inserted electrode and introduced material of the sealing compound before .the necessary for sealing Heating and pressure treatment; Fig. 2 shows the fully assembled, ready-to-use Spark plug.

Ein Zündkerzenisolator io, der aus irgendeinem geeigneten, keramischen Material, wie dem seit langem benutzten Porizellan oder aus den immer mehr verwendeten gesinterten Metalloxyden bzw. Metalloxydgemischen, bestehen kann, weist eine Mittelbohrung 12 auf, die je nach den Erfordernissen mit einem Innengewinde versehen sein kann. An diese Mittelbohrung 12 schließt sich im unteren Teil- des Isolators eine ebenfalls -zentral gelegene, engere :Bohrung 13 an, -die eine Mittelelektrode 14 aufnimmt. Diese Elektrode kann mit einem Kopf oder einem Flansch 16 versehen sein, der auf einer Schulter aufliegt, die durch die unterschiedliche Bohrungsweite am unteren Ende der weiteren Bohrung 12 entsteht. .Die obere, stromzuführende Pol-'klemme, r8 ist vorzugsweise als Schraube ausgelbOdet, deren Durchmesser etwas kleiner als der der Bohrung 12 ist. In diese Schraube ist nun von unten ein verlhältnismäßig enges Loch 2o eingehoihrt, das ibßi zusammengebauter Zündkerze einen dünnen Verlängerungsstift 22 der Mittelelektrode 14 aufnimmt. Für :diesen Stift 22 wird nun möglichst ein Material mit 'kleinem Ausdehnungskoeffizienten, etwa Molybdän, Wolfram., Invarstahl od. ä. verwendet. ,Er wird an den Kopf 16 der Elektrode 14 angeschweißt. Die Elektrode 14 wird vorzugsweise-aus . einer geeigneten, hit2ebeständigen Legierung gefertigt, z. B. aus. einer Nickellegierung. Die stromzuführende Polklemmenschraube 18 besteht:-aus -einem gut leitenden- Material; Stahl hat sich hierfür gut bewährt.A spark plug insulator io, which can consist of any suitable ceramic material, such as the long-used Porizellan or the increasingly used sintered metal oxides or metal oxide mixtures, has a central bore 12 which, depending on the requirements, can be provided with an internal thread . This central bore 12 is adjoined in the lower part of the insulator by a likewise -centrally located, narrower bore 13, -that receives a central electrode 14. This electrode can be provided with a head or a flange 16 which rests on a shoulder that is created by the different bore widths at the lower end of the further bore 12. The upper, current-carrying pole terminal, r8, is preferably designed as a screw, the diameter of which is slightly smaller than that of the bore 12. A relatively narrow hole 2o is now inserted into this screw from below, which hole accommodates a thin extension pin 22 of the center electrode 14 in the assembled spark plug. For this pin 22, a material with a low coefficient of expansion, such as molybdenum, tungsten, Invar steel or the like, is now used, if possible. It is welded to the head 16 of the electrode 14. The electrode 14 is preferably - off. made of a suitable, hit2-resistant alloy, e.g. B. off. a nickel alloy. The current-supplying pole terminal screw 18 consists: -of -a highly conductive material; Steel has proven itself well for this.

- Über den Stift 22 wird nun ein kurzer, zylindrischer, durchbohrter Stopfen 23 aus der zur Einkittuni dienenden Abdichtungsmasse geschoben, dessen Außendurchmesser so beimessen ist, daß er in die Bohrung 12 paß.t; er besteht vorzugsweise aus Harnglas, etwa einem der im Handel befindlichen- Borosi'icatglüser. Ein derartiges Glas ver-(bindet sich fest und haltbar unter -den Bedingungen :des nachfolgenden Einschmelzens sowohl. mit dem metallenen Stilft 22 als auch mit dem akeramischen Isolator. Ein ,zweiter Stopfen 2q., in den gleichen Abmessungen, der nach Einbringen des Stopfens 23 über den Stift 2@2 geschoben wird, dient dazu, die Stromzuführungsschraube i8 in der oberen Bdthrung 12 zu verkitten. Er besteht vorzugsweise aus einem Material, das bei gleicher Temperatur stärker erweicht als das Glas, aus dem der Stopfen 23 gefertigt ist. Hierfür bat sich die Mischung eines Blei-Bor-Kieselsäureglases mit Graphit oder einem Metallpulver als brauchbar erwiesen. Die analytische Zusammensetzung der eigentlichen Glasmasse kann etwa bei 5(o% B20., 20% PbO, 30'/o 'S'02 liegen; als Füllstoff wird vorzugsweise Kupferpulver oder Graphit verwendet. Bei Verwendung von Graphit als Füllstoff konnten gute Ergebnisse mit einer Mischung von 70% Glas und 30% Graphit erzielt werden, während die günstigste Zusammensetzung bei Verwendung eines Metallpulvers etwa bei je 5o0/0 liegt. Das Glas wird zu einer Korngröße zermabden, daß es durch ein Sieb mit etwa 6o Maschen je Zentimeter Kantenhänge getrieben werden kann, und dann gründlich mit dem Füllstoff und einem geeigneten Bindemittel vermischt. Die resultierende Masse kann nachfolgend unter Druckanwendung zu Stopfen mit den gewünschten Abmessungen geformt werden. (Die Herstellu'ngsverfa'hren und Zusammensetzungen derartiger Stopfen sind bekannt und in etlichen Staaten durch Patente geschützt.- A short, cylindrical, pierced plug 23 is now pushed over the pin 22 from the sealing compound used for the Einkittuni, the outer diameter of which is so attached that it fits into the bore 12; it is preferably made of urine glass, for example one of the commercially available Borosi'icatglüser. Such a glass bonds firmly and durably under the following conditions: the subsequent melting with both the metal stem 22 and the ceramic insulator. One, second stopper 2q., With the same dimensions as that after the stopper has been inserted 23 is pushed over the pin 2 @ 2, serves to cement the power supply screw i8 in the upper bdthrung 12. It is preferably made of a material that softens more than the glass from which the plug 23 is made at the same temperature The mixture of a lead-boron-silica glass with graphite or a metal powder has proven to be useful.The analytical composition of the actual glass mass can be around 5 (o% B20., 20% PbO, 30% S'02; than Preferably copper powder or graphite is used as filler.When using graphite as filler, good results have been achieved with a mixture of 70% glass and 30% graphite, while the most favorable combination When a metal powder is used, the ratio is around 50/0 each. The glass is crushed to a grain size that it can be driven through a sieve with about 60 meshes per centimeter of edge slopes, and then mixed thoroughly with the filler and a suitable binder. The resulting mass can subsequently be formed into stoppers with the desired dimensions under the application of pressure. (The manufacturing processes and compositions of such stoppers are known and are protected by patents in a number of countries.

Die durch die beschriebenen Arbeitsgänge entstehende Anordnung (Fis. i) wird nun auf eine Temperatur von rund goo° C oder darüber erhitzt, um :das Glas der (beiden Stopfen zu erweichen. Wird jetzt au-f den ,Kopf der Schraube i8 ein Druck ausgeübt, so. kann er in die in Fi:g" 2 gezeigte .Stellung herabgepreßt werden. Währenddessen wird der erweichte °Stop1fen 23 .den ihm zur Verfügung stehenden Hohlraum vollständig ausfüllen und die Glasmasse sich sowohl mit dem Stift 22 als auch mit dem Isolator i4 fest verbinden. Der Raum, den der Stopyfen 23 nach dem Erhitzen und Einpressen der Schraube 18 erfüllt, ist in Fig. 2 durch .die schraffierte Fläche 234 angedeutet. Das. Material des Stopfens 24 wird während des Einpressens der Schraube r8 in den Raum 2q.4 zwischen. dieser Schraube und dem Isolator einsgedrückt und hochgequetscht. Nach: Abkühlung der Anordnung ist ,die Elektroide 14. im Isolator io druckfest bzw. vakuumsicher abgedichtet, und infolge der festen und dauerhaften Verbindung von Metall, Glas und Isolator und dem daraus res.udtierenden stabilen Zusammenhalt wind auch nach härtesten Belastungen (keine Druckundichte festzustellen sein.The arrangement (Fis. i) is now heated to a temperature of around goo ° C or above in order to: the glass the (to soften both stoppers. Will now be applied to the head of the screw i8 Pressure applied so. it can be pressed down into the position shown in FIG. In the meantime, the softened plug 23 becomes the cavity available to it fill in completely and the glass mass can be found with both the pin 22 and the firmly connect the isolator i4. The space that the plug 23 will occupy after heating and pressing in the screw 18 is met in Fig. 2 by .the hatched area 234 indicated. That. Material of the plug 24 becomes during the pressing in of the screw r8 in the room 2q.4 between. this screw and the insulator pressed in and squashed up. After: the assembly has cooled down, the electrids 14. in the insulator io pressure-proof or vacuum-proof sealed, and as a result of the firm and permanent Connection of metal, glass and insulator and the resulting stable Cohesion winds up even after the toughest loads (no pressure leaks detected be.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Ceramic insulating body with a means of a Glass mass pressure-resistant, gas-impermeable, i @ g and durable in a longitudinal channel in the insulating body cemented and sealed, two-piece. Head, characterized in that the one piece of ladder (14), which has a: head (16) on a shoulder in the longitudinal channel (12, 13) of the ceramic Insulating body (io) rests, made of two metal parts firmly connected to one another (14, 22) of different thermal expansion coefficients is made, of which one is relative -, ki: one part (22), which the other ladder section (i8) @ zu.r direct contact with the conductive connection, made of a metal with a low coefficient of thermal expansion exists, so that serving for sealing hard glass mass (23) except with the Insulating body (io) also pressure-resistant with this metal piece (22). and connect durably, can:.

2. Ceramic insulator with a putty-in-one, two-piece conductor Claim i, characterized in that the relatively small part (22) is made of the metal with a small thermal expansion coefficient in the form of a thin pin (22) is formed on a head (16) of the larger: part (14) of the same conductor section: is attached and the other ladder piece (18) on the ground: a narrow bore conductively so that the sealing glass mass, which is in the form of a through-hole, cylindrical: plug (23) is pushed onto this pin (22) after melting in the space (23a) above the head (16) through the fixed connection with the insulator (io) and pin (22) seals the arrangement pressure-tight.

3. Ceramic insulator with cemented, two-piece conductor according to claims i and 2, characterized in that that for further sealing and fastening of the other, whose conductor section (18) a second glass seal (24) is used, which as a result of their at the same temperature greater plasticity when melting into the room. (24a) between an internal thread of the insulator and an external thread of the conductor piece (18) penetrates and this Conductor piece firmly cemented in the insulator.

4. Spark plug using a ceramic Insulating body with cemented, two-piece center electrode according to the claims 1 to 3, characterized in that the resting on a shoulder of the longitudinal channel Head (16) of one of the usual, high-temperature-resistant metal alloys with a high coefficient of thermal expansion produced electrode (14) with to the. Pin (2,2) made of a metal with a low coefficient of thermal expansion, is connected so: that .the hard glass mass, which as a result of its. small thermal expansion coefficient a firm and permanent connection only with a metal with approximately the same coefficient of expansion received, after melting the spark plug around this pin and above of the head (116) seals pressure-resistant and durable.