DE8906871U1 - Mittelelektrode für Zündkerzen von Brennkraftmaschinen - Google Patents
Mittelelektrode für Zündkerzen von BrennkraftmaschinenInfo
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
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Description
PATEfJTANWALT
NOWACXANLAQE 15
Mittelelektrode für Zündkerzen von Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Mittelelektrode für Zündkerzen von Brennkraftmaschinen, welche einen Kern aus
einem gut wärmeleitendem unedlen metallischen Werkstoff aufweist, der im Bereich der Zündspitze mit ei-( . ner Edelmetallummantelung versehen ist, welche aus
Silber bzw. aus einer Silberlegierung mit überwiegendem Silberanteil besteht.
An eine Zündkerzenmittelelektrode zur Verwendung in
Brennkraftmaschinen werden folgende wesentliche Forderungen gestellt:
a) gute thermische und elektrische Leitfähigkeit,
b) hohe Korrosionsbeständigkeit,
e) thermische Beständigkeit bei Temperaturen ober-
halb von 8000C,
d) geringer Abbrand im Zündlichtbogen.
d) geringer Abbrand im Zündlichtbogen.
Diese Mehrzahl an Forderungen lassen sich am besten mit massiven Elektroden erfülle!.,, we!ehe im Bereich der Zündspitze
aus Edelmetallen bzw. aeren Legierungen bestehen.
Eine Ausführung, bei der in einen Kupfermantel eine Zündspitze
aus Platin oder einem anderen Edelmetall eingesetzt ist, beschreibt u.a. die US-PS 2 783 409. Wegen des
hohen Preises der Edelmetalle war bisher ein wirtschaftlicher Einsatz in der Massenfertigung von Mittelelektroden
nicht möglich, und die Anwendung wurde auf Sonderfälle beschränkt.
In der Reihe der Edelmetalle erscheint Silber besonders brauchbar, weil es in dem geforderten Temperaturbereich
oxidationsbeständig ist und relativ kostengünstig eingesetzt werden kann. Eine Zündspitze aus Silber konnte bisher
nicht in zufriedenstellender Weise mit einem gut wärmeleitendem
unedlen metallischen Kernwerkstoff insbesondere mit Kupfer kombiniert werden. Die Ursache hierfür liegt darin,
daß Silber bei höheren Temperaturen eine hohe Sauerstofflöslichkeit aufweist. Die hohe Sauerstoff löslichkeit
bewirkt, daß bereits nach kurzen Betriebszeiten der Elektrode der Sauerstoff durch das Silber hindurchdiffundiert und
auf d«dn unter dem Silber liegenden unedlen Kern trifft, wodurch
dieser an der Grenzfläche oxidiert wird. Eine solche Oxidationsschicht zerstört j&bgr; loch die gut wärmeleitende metallische
Verbindung zwischen Silber und Kernwerkstoff und setzt den Wärmeübergang wesentlich herab. Außerdem besteht
· t · &igr;
3 «j
die Gefahr, daß die durch die Oxidation bewirkte Volumenvergrößerung
des KernmaterialB zu einer Ausdehnung des umhüllenden
Silbermantels und zu einer damit verbundenen Rißbildung des keramischen Isolierkörpers führt.
Ein weiterer Grund dafür, die an sich naheliegende Kombi
nation Silbermantel/Kupferkern bisher nicht einzusehen,
liegt darin, daß an der Grenzfläche ein relativ niedrig schmelzendes Ag/Cu-Eutektikiim enteteht. Die Schmelzpunkte
von Silber mit 961*C und Kupfer mit 10830C liegen zwar hoch
genug um eine Zerstörung durch Aufschmelzen auszuschließen.
In der Grenzschicht bildet sich jedoch das Ag/Cu-Eutektikum,
welches aus 72% Silber und 28% Kupfer besteht, und dessen
Schmelzpunkt nur bei 7800C liegt. Damit können bei Betriebstemperaturen
der Mittelelektrode Aulechme1zungen im Bereich
der Grenzschicht auftreten, welche eine baldige Zerstörunq
der Elektrode herbeiführen.
Aus den genannten Gründen sind bisher ils Mittelelektroden
für Zündkerzen lediglich massive Elektroden aus reinem Silber bzw. aus diepersionsgehärtetem Silber eingesetzt worden,
bei denen die Verbindungazone mit dem Mittelelektrodentoi1
außerhalb des Bereiches hoher Wärmebelastung liegt. Die Vorteile
der Silberelektroden bestehen vor allem in der hervorragenden
Abbrandfestigkeit und Resistenz gegen chemische Angriffe, so daß eine hohe Lebensdauer erzielt werden
kann. Außerdem lassen sich gute Breitbandeigenschaften hinsichtlich
des Wärmewertspektrums und damit des Einsatzbereicbss
der Zündkerze erreichen.
Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine Mittelelektrode
für Zündkerzen von Brennkraftmaschinen zu schaffen, bei der die günstigen Eigenschaften der Silberummantelung
eines Kerns aus einem gut wärmeleitendem unedlen
metallenen Werkstoff voll ausgenutzt werden können, ohne daß im Bereich der Grenzschicht eine Oxidbildung bzw. die
Bildung eines Eutjktikums auftritt.
Das Kennzeichnende der Erfindung ist darin zu sehen, daß an der Grenzfläche zwischen Kernmaterial und Ummantelung
mindestens eine sauerstoffundurchlässige und/oder die Bildung eines Eutektikums zwischen Kernmateriai und dem röaterial
der Ummantelung verhindernde Trennschicht vorgesehen ist.
Obwohl bei manchen Werkstoffkombinationen die Bildung des
Eutektikums gegenüber der Oxidbildung geringere Bedeutung besitzt und umgekehrt, so daß die Wirkung der Trennschicht
auf die Vermeidung der Bildung eines Eutektikums bzw.auf die Unterbindung des Sauerstoffdurchtritts beschränkt werden
kann, erscheint es in den meisten Fällen praktischer Anwendung erforderlich, sowohl die Oxidbildung im Bereich der
Grenzschicht ,als auch die Bildung eines Eutektikums durch eine gemeinsame oder mehrere kombinierte Trennschichten zu
vermeiden. Die Trennschicht bsw.^Schichten, deren Dicke vorzugsweise
unterhalb von 50 um liegen kann, läßt sich dabei sowohl als Überzug des Kernmaterials, als auch als Auflage
an der Innenseite der Ummantelung oder in beiderseitiger Anbringung vorsehen.
Durch diese Ausbildung einer oder mehrerer Trennschichten wird die Herstellung einer Kupfer-Silberverbundelektrode
ermöglicht, wodurch gegenüber der bisher bekannten massiven Silbermittelelektrode eine Reduzierung des Edelmetalleinsatzes
um wenigstens 50 % erreichbar ist.
Bevorzugt wird dabei als Kernmaterial Kupfer und als Material der Ummantelung Silber verwendet. Es sind jedoch gegebe-
nenfalls auch andere Kombinationen zwischen gut wärmeleitenden
unedlen metallischen Werkstoffen bzw. Legierungen als Kernmaterial und Silber oder Silberlegierungen
mit überwiegendem Silberanteil vorteilhaft verwendbar.
Zweckmäßig erscheint eine Ausbildung, bei der eine sauerstoffundurchlässige
Trennschicht mit einer weiteren zweckmäßig unmittelbar auf die Kernoberfläche aufgebrachten
Trennschicht zur Verhinderung der Bildung eines Eutektikums kombiniert ist.
Die Silberummantelung der Elektrode kann gegebenenfalls
vorteilhaft Legierungszusätze, z.B. aus Zinn oder Aluminium, enthalten, welche die Sauerstoffdurchlässigkeit des Silbers
herabsetzen. Bei genügender Wirksamkeit kann gegebenenfalls
auf die Ausbildung einer speziellen Trennschicht, welche den Sauerstoffdurchtritt verhindert, verzichtet werden. Allerdings
ergeben die meisten Silberlegierungen mit verminderter Sauerstoff löslichkeit auch eine verminderte Wärmeleitfähigkeit, wodurch
der Einsatzbereich für den angegebenen Zweck eingeschränkt wird. Besonders vorteilhaft erscheint der Einsatz
sauerstoffundurchlässiger Silberlegierungen mit hoher Wärmeleitfähigkeit,
vorzugsweise von AgSi-Legierungen mit einem Siliziumgehalt von 0,05 bis 0,3 Gew.%. Die Trennschicht zur
Verhinderung der Bildung eines Eutektikums kann vorteilhaft aus Tantal, Eisen, Nickel bzw. Legierungen dieser Werkstoffe
oder aus einer AgSn-Legierung bestehen.
Eine zweckmäßige Ausführung kann vorsehen, daß an der Grenzflache
zwischen Kernmaterial und Ummantelung nur eine einzige sauerstoffundurchlässige und die Interdiffusion von Kernmaterial
und Material der Ummantelung verhindernde Schicht angeordnet ist. Hierfür eignet sich vorzugsweise Platin.
überraschend hat es sich gezeigt, daß auch AuNi- Legierungen
als einzige Trennschicht zur Verhinderung des Sauerstoffdurchtritts und der Interdiffusion zwischen
Kernmaterial und Ummantelung vorteilhaft eingesetzt werden können.
Durch die Anwendung der Merkmale der Erfinrtunq wird eine
Mitte !.elektrode für Zündkerzen geschaffen, in der eine
die Zündspitze bildende Edelmetal1 ummantelung aus Silber oder einer Legierung mit überwiegendem Silberanteil dauerhaft,
mit einem Kern aus unedlem Metall verbunden werden kann, ohne daß die Gefahr der Zerstörung im Bereich der
Grenzschicht eintritt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, aus denen sich weitere Erfindungsmerkmale
ergeben; es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht einer
Zündkerze,
Fig. 2 einen vergrößerten Längsschnitt durch die
Fig. 2 einen vergrößerten Längsschnitt durch die
Zündspitze bei der Zündkerze nach Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt vie in Fig. 2 bei einer al.er-
nativen Ausführungsform.
In der Darstellung von Fig. 1 erkennt man eine Zündkerze, bei der in einen Isolierkörper 1 eine Mittelelektrode 2 eingesetzt
ist. Der Isolierkörper 1 steht mit einem metallischen Einschraubteil 3 in Verbindung, welcher am vorderer Ende
eines Gewindeabschnitts 4 eine Masseelektrode 5 auf&ngr; list.
Im Bereich der Zündspitze 6 der Mittelelektrode ist ein Kern 7 aus Kupfer, wie in Fig. 2 erkennbar,mit einer Edel-
metal *ummantelung 8 aus Silber, umkleidet. An der Grenzfläche
zwischen dem Kupferkern 7 und der Silberummantelung
8 befindet sich als Trennschicht eine Platinschicht 9 von etwa 20 um Dicke, die sowohl den Sauerstoffdurchtritt
von der Silberummantelung nach dem Kernmaterial, als auch
die Bildung eines Eutektikums zwischen dem Kernmaterial und dem Material der Ummantelung verhindert.
Die Ummantelung des Kernmaterials kann in verschiedenen bekannten Bearbeitungsverfahren, beispielsweise durch Tiefziehen
und gemeinsame ?ließpreßumformung durchgeführt werden.
Dabei können sich verschiedene Formgestaltungen an der Grenzfläche zwischen Kern und der Silberummantelung ergeber
Eine vorteilhafte Ausbildung, bei der sich die Silberummantelung
von der Zündspitze aufwärts verjüngt, ist in Fig. 3 dargestellt. Diese Formgestaltung ergibt eine zusätzliche
Einsparung des Edelmetalle.
Anstelle der gezeigten einen Trennschicht 9 können auch mehrere Trennschichten unterschiedlicher Zusammensetzung
angewendet werden.
Claims (14)
1. Mittelelektrode für Zündkerzen von Brennkraftmaschinen*
velche eln^n Kerrs aus einem gut wärmeleitendem
unedlen metallischen Werkstoff aufweist, der im Bereich der Zündspitze mit einer Edelmetallummanteiunf
»/sfsehen ist, weiche aus Silfosr bzwaus
einer Silberlegierung mit überwiegendem Silberanteil besteht, dadurch gekennzeichnet,
daß an der Grenzfläche zwischen Kernmaterial (7) und Ummantelung (8) mindestens eine äaueretoffundurchlässige und/oder die Bildung
eines Eutektikums zwischen Kernmaterial und dem Material der Ummantelung verhindernde Trennschicht
(9) vorgesehen ist.
2. Mittelelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine sauerstoffundurchläesige
Trennschicht mit mindestens einer weiteren Trennschicht zur Verhinderung der Bildung eines
Eutektikums kombiniert ist.
3. Mittelelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung
Legierungszueätze enthält, welche die Sauerstoftlöslichkeit
des Silbers aufheben bzw. herabsetzen.
4. Mittelelektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung
aus einer AgSi-Legierung mit einem Silizium-Gehalt von 0,05 - 0,3 Gev/.% besteht.
■ &igr; · ·
• · 6
5. Mittelelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Trennschicht zur Verhinderung der Bildung eines Eutektikums aus
Tantal besteht.
6. Mittelelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Trennschicht zur
Verhinderung der Eildung eir.es Sutsktikutss aus Eisen
besteht.
7. Mittel^Jektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Trennschicht zur
Verhinderung der BiId-^q eines Eutektikums aus Nickel
besteht.
8. Mittelelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschicht zur
Verhinderung der Bildung eines Eutektikums aus einer AgSn-Legierung besteht.
9. Mittelelektrode nach Anspruch 1,dadurch g e kennzeic
tf &eegr; e t, daß als Trennschicht (9) eine
einzige sauerstoffundujchlässige und die Interdiffusion
von Kernmaterial (7) und Material der Ummantelung (8) verhindernde Schicht (9) vorgesehen ist.
10. Mittelelektrode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Trennschicht (9) aus Platin besteht.
11. Mittelelektrode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Trennschicht (9) aus
einer AuNi-Legierung besteht.
12. Mitteielektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dicke der einzelnen
Trennschicht (9) unterhalb von 50 um liegt.
Trennschicht (9) unterhalb von 50 um liegt.
13. Mittelelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sich der Querschnitt der
Silberummantelung mit zunehmendem Abstand von der Zündspitze verringert.
Silberummantelung mit zunehmendem Abstand von der Zündspitze verringert.
14. Mittelelektrode nach Anspruch 1, dadurch g ekennzeichnet,
daß das Kernmaterial aus Kupfer besteht.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE8906871U DE8906871U1 (de) | 1989-06-05 | 1989-06-05 | Mittelelektrode für Zündkerzen von Brennkraftmaschinen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE8906871U DE8906871U1 (de) | 1989-06-05 | 1989-06-05 | Mittelelektrode für Zündkerzen von Brennkraftmaschinen |
Publications (1)
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|---|---|
| DE8906871U1 true DE8906871U1 (de) | 1989-07-20 |
Family
ID=6839821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE8906871U Expired DE8906871U1 (de) | 1989-06-05 | 1989-06-05 | Mittelelektrode für Zündkerzen von Brennkraftmaschinen |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE8906871U1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19705372C2 (de) * | 1997-02-12 | 2002-06-27 | Beru Werk Ruprecht Gmbh Co A | Zündkerze für eine Brennkraftmaschine |
-
1989
- 1989-06-05 DE DE8906871U patent/DE8906871U1/de not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19705372C2 (de) * | 1997-02-12 | 2002-06-27 | Beru Werk Ruprecht Gmbh Co A | Zündkerze für eine Brennkraftmaschine |
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