-
Elektrodenbefestigung bei Zündkerzen für Brennkraftmaschinen Die Erfindung
bezieht sich auf Zündkerzen für Verbrennungsmotoren. Ihr Ziel ist, eine Zündkerze
zu schaffen, welche ganz besonders für Hochleistungsmotoren, bei welchen die Zündkerze
hohen Betriebstemperaturen ausgesetzt ist, geeignet ist. Der zerstörenden Wirkung
hoher Temperaturen auf die Zündkerze kann in erheblichem :Maße dadurch vorgebeugt
werden, daß man die Mittelelektrode aus einem Metall hoher Wärmeleitfähigkeit macht,
welches in inniger Berührung mit der Innenseite des Isolators steht, so daß die
Wärme vom zündseitigen Ende der Elektrode und von etwaigen daran befestigten Zündstiften
so wirksam als möglich abgeführt wird. Es hat sich als wichtig herausgestellt, daß
ein etwaiger Raum zwischen der Elektrode und dem Isolator auf ein Mindestmaß reduziert
wird. Zu diesem Zweck wurde bisher die Elektrode von einem Metallmantel umgeben,
welcher im Isolator zum Schmelzen gebracht wurde, so .daß das Metall die notwendige
innige Berührung herstellte. Die vorliegende Erfindung sucht das gleiche Ergebnis
durch ein anderes Verfahren zu erreichen.
-
Die Erfindung sieht ein Verfahren vor, um eine Mittelelektrode in
der Bohrung eines keramischen Isolators einer Zündkerze zu befestigen, gekennzeichnet
durch folgende Arbeitsstufen: Einsetzen eines Füllstoffs in die Bohrung, wobei dieser
Füllstoff aus einem feinverteilten, verglasbaren Material besteht, welches mit einer
Flüssigkeit zu einer dicken Paste bzw. zu einem Kitt gemischt wird; Einsetzen .der
Mittelelektrode in die Bohrung, wodurch der Füllstoff in den Raum der Bohrung zwischen
der Elektrode und dem Isolator fließt und denselben ausfüllt; darauf Erhitzen der
ganzen
Anordnung auf eine Temperatur zwischen Soo und io5o° C ohne
Druck, uM den Füllstoff zum Sintern zu bringen.
-
Gemäß einem Merkmal der Erfindung kann der feste Anteil des Füllstoffs
bestehen aus einem Gemisch eines feinverteilten, gepulverten Glases, vorzugsweise
eines solchen mit niedrigem Wärmeausdehnurngskooffi7ienten, wie z. B. Borsilicatglas,
und eines Tones, vorzugsweise Bentonit (Quellton) von hoher Plastizität.
-
Es wird als Beispiel die Ausführungsform einer Zündkerze beschrieben,
und zwar unter Bezugnahme auf die Zeichnung, in welcher Fig. i ein Mittelschnitt
durch die Zündkerze und Fig.2 ein Schnitt eines Einzelteils mit einer wahlweisen
Anordnung der Mittelelektrode der Zündkerze ist.
-
Die Zündkerze besteht aus dem Zündkerzenkörper io (Fig. i), in welchem
ein Isolator i i durch eine rohrförmige Kappe 12, welche in den Zündkerzenkörper
eingeschraubt ist, gehalten wird. Unterlegscheiben 13 und 1q. sorgen für Gasdichtheit
zwischen den Einzelteilen der Kerze.
-
Der Isolator besteht aus einem keramischen Werkstoff, der unter dem
eingetragenen Warenzeichen Corundite bekannt ist. Er besitzt eine zentrale Bohrung
15, welche sich am Zündstiftende zu einer Bohrung 16 verengt. Die Bohrung 15 nimmt
eine Mittelelektrode auf, welche aus einer Silberstange 17 besteht, die einen
geringeren Durchmesser besitzt als die Bohrung 15, so .daß zwischen ihr und der
Bohrung ein Zwischenraum entsteht. An einem Ende der Stange 17 befindet sich ein
Zündstift 18 aus Platin oder einem anderen geeigneten Werkstoff, welcher eng in
die Bohrung 16 hineinpaßt. Der Zündstift 18 steht aus dem Isolator hervor.
Masseelektroden beliebiger Form sind am Zündkerzenkörper io angebracht. Die Mittelelektrode
17 erstreckt sich etwa auf die halbe Länge des Isolators. An ihrem oberen Ende ist
ein Molybdändraht2o befestigt, welcher sie mit einer Klemme 2 1 am anderen Ende
des Isolators verbindet. Dieser Draht ist von erheblich geringerem Durchmesser als
die Mittelelektrode 17, so .daß in .der Bohrung 15 ein veihältnismäßig großer Zwischenraum
entsteht.
-
Die zusammengesetzte Mittelelektrode wird im Isolator in einen Füllstoff
22 eingepackt, welcher den gesamten Raum innerhalb der Bohrung 15, welcher nicht
von der Elektrode eingenommen wird, ausfüllt. Der Füllstoff ist ein Gemisch von
feinverteiltem Glas und Bentonit (Duellton) und wird durch Mischen mit Wasser in
Form einer plastischen Masse aufbereitet, deren Konsistenz zwischen der einer dicken
Paste und eines weichen Kitts schwankt. Zuerst wird der Füllstoff in die Bohrung
15 eingebracht und dann die zusammengesetzte Elektrode vom oberen Ende .der Bohrung
aus hineingeschoben. Dabei wird überschüssiger Füllstoff an beiden Enden der Bohrung
herausgedrückt, wodurch gewährleistet ist, daß der Raum um die Elektrode vollständig
von dem Füllstoff eingenommen wird. Im besonderen wird der Zwischen= raum zwischen
dem Zündstift i8 und der Bohrung 16 völlig mit dem herausgepreßten Füllstoff angefüllt.
Der Füllstoff benetzt die Innenfläche der Bohrungen, welche unglasiert sind, und
haftet an denselben. Die ganze Anordnung wird dann auf eine Temperatur von etwa
95o° C erhitzt. Diese Temperatur liegt etwas unter dem Schmelzpunkt des Silbers.
Bei dieser Temperatur sintert der Füllstoff zusammen und dichtet die Mittelelektrode
im Isolator ab. Der gesinterte Füllstoff besitzt die Eigenschaft, daß er seine Starrheit
verliert, wenn er auf eine Temperatur von etwa 5oo° C erhitzt wird. Er wird allmählich
weicher, wenn seine Temperatur über 500° C hinaus erhöht wird, so daß damit der
Widerstand bzw. die Festigkeit der Zündkerze gegenüber Stößen verbessert wird, wenn
diese in Hochleistungsmotoren hohen Betriebstemperaturen ausgesetzt wird. Diese
Wirkung wird noch erhöht durch Luftblasen, welche im Füllstoff vorhanden sein sollten,
weil sie dem gesinterten Füllstoff eine gewisse Elastizität verleihen.
-
Das für den Füllstoff verwendete Glaspulver wird so gewählt, @ daß
es einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, um sich jenem des Isolators
anzupassen, und zwar ist Borsilicatglas am geeignetsten. Wenn die Zündkerze sich
abkühlt, ist der einzige Zwischenraum jener, der auf das verschiedene Schrumpfen
der Silberelektrode 17 bzw. des Füllstoffs und des Isolators beim Abkühlen von Sintertemperatur
zurückzuführen ist. Dieser Zwischenraum ist sehr gering und verschwindet zum Teil
wieder bei den hohen Betriebstemperaturen. Da der Molybdändraht 2o einen niedrigen
Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt und einen geringen Durchmesser hat, findet
keine Trennung zwischen Füllstoff und Draht statt, so daß dieser im oberen Teil
der Bohrung 15 auf der ganzen Länge dicht und fest im Isolator sitzt. Der Draht
2o kann teilweise durch einen in Reihe geschalteten Wäderstand zwischen der Mittelelektrode
und dem oberen Teil des Drahtes ersetzt werden, wobei die Dichtung um jenen Teil
des Drahtes gebildet wird, welcher zwischen dem Widerstand und der Klemme 21 liegt.
Dieser Widerstand ist im Füllstoff eingebettet, wodurch ein überschlag des Stroms
von einem Ende zum anderen bei Hochspannung oder in großer Höhe vermieden wird.
Der Widerstand kann daher kürzer ausfallen, als es normalerweise der Fall sein würde.
Die Elektrode 17 kann aus Kupfer anstatt aus Silber bestehen.
-
Man hat es für wünschenswert befunden, .daß der Zündstift 18 so eng
als möglich in die Bohrung 16 hineinpaßt, so daß ein Mindestmaß an Füllstoff um
denselben herum gebraucht wird. Dies erreicht man durch die besondere Anordnung
der Mittelelektroden und der Isolatoren.
-
Der Zündstift 18 und -der Draht 2o können an der Elektrode
17 in irgendeiner zweckmäßigen Weise befestigt werden, so z. B. durch Einschnüren
oder Anklemmen der Elektrode 17 an ihnen oder durch Anschweißen. Der Zündstift 18
braucht nicht aus dem Ende des Isolators i i hervorzustehen,
sondern
kann sich auch seitlich erstrecken, wie es in Fig. 2 gezeigt wird, aus welcher zu
ersehen ist, daß die Bohrung 16 durch zwei seitliche Löcher 23 ersetzt ist, durch
welche zwei Zündstifte 18 hindurchgehen. Bei dieser Konstruktion ist es zweckmäßig,
die Zündstifte an Ort und Stelle an die Elektrode 17 anzuschweißen. In sonstiger
Hinsicht ist die Anordnung genau so wie die oben beschriebene.