DE8910037U1

DE8910037U1 - Zündverteiler für Verbrennungskraftmaschinen

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Publication number: DE8910037U1
Application number: DE8910037U
Authority: DE
Original assignee: Doduco and Co Dr Eugen Duerrwaechter 7530 Pforzheim De GmbH
Current assignee: Doduco and Co Dr Eugen Duerrwaechter 7530 Pforzheim De GmbH
Priority date: 1989-08-22
Filing date: 1989-08-22
Publication date: 1991-01-17
Anticipated expiration: 1999-08-23
Also published as: US5416292A; EP0414217A1; EP0489056B1; EP0489056A1; JPH05503128A; DE59007467D1; WO1991002899A1

Description

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Beschreibung:

Dia Erfindung geht aus von eine.a Zündverteiler mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Ein solcher Zündverteiler ist aus der DE-37 43 94 &Ggr; Al bekannt-Bei dem bekannten Zündverteiler ist die erste Elektrode des Verteilerläufers, welche zusammen mit der Mittelelektro-■ de. der Verteilerkappe eine Funkenstrecke bildet, als Buchse ~ ausgebildet, in v/elche die stiftförmige Mittelelektrode hineinragt. Beide elektroden bestehen - wie bei Funkenstrecken üblich - aus Messing. Dastit &&z Frmkenüberschlag bei einer möglichst niedrigen Bogenspannung erfolgt, wird angestrebt, den Wirkabstand zwischen den beiden Elektroden so gering wie möglich zu halten; er beträgt typisch 0,5 mm und sollte maximal 1 mm betragen.

Die Elektroden der Funkenstrecke unterliegen zwar anders als die sonst üblichen Schleifkontakte zwischen dem Verteilerläufer und der Mittelfcilektrode der Verteilerkappe keinem mechanischen Verschleiß, dennoch ist die Lebensdauer der die Funkenstrecke bildenden Elektroden bislang unbefriedigend.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zündverteiler der eingangs genannten Art mit längerer Lebensdauer des die Mittelelektrode der Verteilerkappe einschließenden Elektrodenpaares zu schaffen.

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D: 3se Aufgabe wird gelöst durch einen Zündverteiler mit den im Anspruch 1 angegebenen .Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind Gegenstand der ünteransprüche.

Bei der Suche nach der erfindungsgemäßen Lösung wurde festgestellt, dass eine Ursache für den Verschleiß im rr:;ttleren Elektrodenpaar darirv beateht, dass die beiden Elektroden nicht genau koaxial zueinander angeordnet sind. Das hat zur Folge, dass die stiftförmige Mittelelektrode der Verteilerkappe über ihren Umfang ungleichmässig abbrennt, weil der Funke bevorzugt an der engsten Stelle des Ringspaltes zwischen der Mittelelektrode und der buchsenförmigen Elektrode des Verteilerläufers überspringt. Der naheliegende Weg, die Lösung der Aufgabe in Maßnahmen zu suchen, die Abweichungen von einer genau koaxialen Anordnung zu verringern, führten jedoch nicht zum Erfolg, denn zum einen zeigt es sich, dass bedingt durch Aufbau und Anordnung des Zündverteilers dia beobachteten Abweichungen von der exakt koaxiale Anordnung praktisch unvermeidbar sind, zum anderen zeigt es sich, dass selbst bei verbesserter koaxialer Anordnung der beiden Elektroden noch immer ein zu starker Elektrodenverschleiß auftrat, der zu einer zu niedrigen Lebensdauer führte Die Erfinder haben dann herausgefunden, dass der Elektrodenverschleiß nicht nur auf Funkenerosion zurückzuführen ist, sondern dass die Elektrodenfläche auch chemisch angegriffen wird. Der chemische Angriff hat vermutlich unterschiedliche Ursachen. Zum einen kommt es durch den Funkenüberschlag und die ihn begleitende Energieumsetzung zu einer Anregung der umgebenden G'asatmosphäre, wobei sich Ozcn und Stickoxide bilden dürften. Ausserdem unter-

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Liegen die Elektroden und der sie umgebende Kunststoff einer erheblichen thermischen Beanspruchung durch die Funkenentladungen, so dass Bestandteile des Kunststoffs zersetzt und freigesetzt werden, darunter auch chlorhaltige Bestandteile aus flammhemmenden Substanzen. Vermutlich kommt es so zur Ausbildunc eines aggressiven Gasgemisches, welches auf die Elektrodenoberflächen einwirkt und wesentlich zu ihrem Verschleiß beiträgt.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Zündverteilers wird zweierlei erreicht: Dadurch, dass dio Elektrode, welche mit der stiftförmigen Elektrode zusammenarbeitet, nicht wie beim Stand der Technik eine Buchse ist, welche die stiftförmige Elektrode über ihren ganzen Umfang umschließt, sondeiu eine Elektrode, welche die stiftförmige Elektrode nicht oder über weniger als den ganzen Umfang umschließt, kann selbst bei mangelnder koaxialer Anordnung der Funken nicht stets an der selben Stelle auf die stiftförmige Elektrode überschlagen, sondern muss zwangsweise wandern, wobei der Abbrand um so gleichmässiger wird, je geringer der Winkel ist, um den die stiftförmige Elektrode von der anderen Elektrode umschlossen wird. Die stiftförmige Elektrode wird deshalb von der anderen Elektrode vorzugsweise über weniger als den halben Umfang umschlossen. Ausserdem können die aggressiven Gase, deren Erzeugung die Funkenentladung begleitet, aus dem Bereich der beiden Elektroden leichter entweichen, wenn die stiftförmige Elektrode anders als beim Stand der Technik nicht langer von einer geschlossenen Buchse umgeben ist. Besonders günstig ist es, wenn jene andere Elektrode, die zusammen mit der stiftförmigen

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Elektrode die Funkenstrecke bildet, eine der stiftförmigen Elektrode zugewandte, im wesentlichen ebene Oberfläche hat, denn dann erreicht man einen besonders gleichmässigen Abbrand der stiftförmigen Elektrode und das Entweichen der aggressiven Gase aus dem Elektrodenbereich ist besonders leicht und wird dann, wenn die stiftförmige Elektrode die Mittelelektrode der Verteilerkappe ist, noch dadurch begünstigt, dass die andere, sich mit dem Verteilerläufer drehende Elektrode, für eine Luftbewegung sorgt, die das Entweichen der aggressiven Gase aus dem Elektrodenbereich fördert, insbesondere dann, wenn die ebene Oberfläche der sich drehenden Elektrode gegen die Längsachse der stiftförmigen Elektrode geneigt oder windschief angeordnet ist.

Grundsätzlich kann die Erfindung so ausgeführt werden, dass die stiftförmige Elektrode entweder die Mittelelektrode der Verteilerkappe oder die erste Elektrode des Verteilerläufers ist, wobei die erste Möglichkeit bevorzugt wird, weil sie eine bessere Durchlüftung des Elektrodenbereiches ermöglicht, als wenn die stiftförmige Elektrode am Verteilerläufer angebracht wäre. Zur Verbesserung der Durchlüftung ist es von Vorteil, die erste Elektrode des Verteilerläufers nicht wie bisher versenkt im Verteilerläufer anzubringen, sondern sie vom Grundkörper des Verteilerläufers abstehen und in den Raum zwischen dem Verceilerläufer und der Verteilerkappe ragen zu lassen. Vorzugsweise läßt man in diesen Raum weiterhin einen Fortsatz des Verteilerläufers hineinragen, der wie ein Ventilatorflügel für eine zusätzliche

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Luftumwälzung sorgt. Die erste Elektrode des Verteilerläufers kann ein Teil dieses für die Luftumwälzung vorgesehenen Fortsatzes oder von ihm getrennt sein, ihm beispielsweise - bezogen auf die Drehachse - diametral gegenüberliegen.

Wird die stiftförmige Elektrode von der anderen Elektrode teilweise umgeben, so kann es der Belüftung des Elektrodenbereiches förderlich sein, die umgebende Elektrode perforiert auszubilden. Eine weitere Möglichkeit, die Belüftung des Elektrodenbereiches zu verbessern, besteht darin, im Verteilerläufer im Bereich der stiftförmigen Elektrode ein durchgehendes Loch vorzusehen, welches zweckmässigerweise der stiftförmigen Mittelelektrode der Verteilerkappe gegen überliegt, aber nicht in Richtung der Drehachse verlaufen muss, sondern vorzugsweise schräg zur Drehachse verläuft, wodurch eine Pumpwirkung erzielt wird.

Eine andere Möglichkeit, den Elektrodenbereich gut zu belüften, besteht darin, die stiftförmige Elektrode und die andere Elektrode nicht nebeneinander, sondern einander gegenüberliegend anzuordnen, so dass der Funkenüberschlag von der Spitze der stiftförmigen Elektrode zur gegenüberliegenden Elektrode erfolgt, welche der stiftförmigen Elektrode Vorzugsweise eine ebene Oberfläche zukehrt, welche größer ist als die Querschnittsfläche der stiftförmigen Elektrode, so dass Abweichungen von einer genau koaxialen Anordnung für das Betreiben der Funkenstrecke unschädlich sind.

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Eine weitere Möglichkeit, die Belüftung der Funkenstrecke zu verbessern, besteht darin, das man die erste Elektrode des Verteilerläufers auf ihrer der stiftförmigen Mittelelektrode der Verteilelkappe zugewandten Seite mit einem Vorsprung, insbesondere mit einer zur stiftförmigen Elektrode parallelen Rippe versieht, welche die Wirkung eines Ventilatorflügels hat. Eine nochmals erhöhte Lebensdauer errsicht man, wenn man diesen Vorsprung aus einem Werkstoff mit höherer Verschleißfestigkeit bildet, als ihm die Elektrode im Bereich ausserhalb des Vorsprungs aufweist; ausserhalb des Bereichs des Vorsprungs, wo die Elektrode keiner Funkenentladung ausgesetzt ist, kann sie aus einem leicht verarbeitbaren, elektrisch gut leitenden Werkstoff wie Kupfer oder Messing bestehen, auf welchen der verschleißfestere Vorsprung aufgeschweißt ist. Durch geeignete Werkstoffauswahl kann man auf unterschiedliche Weise zu verschleißfesteren Elektroden gelangen. Eine Möglichkeit besteht darin, die Elektrode aus einem Werkstoff herzustellen oder mit einem Werkstoff zu bestücken, der edler ist als Kupfer. Besonders eignen sie.

Werkstoffe, die wenigstens 20 Gew.-% Silber oder wenigstens 10 Gew.-% Palladium enthalten, insbesondere Silber-Nickel-Verbundwerkstoffe oder Palladium-Kupfer-Legierungen. Besonders geeignet sind Werkstoffe aus Silber mit 10 Ols 40 Gew.-%, vorzugsweise 30 Gew.-% Nickel oder aus Palladium mit 10 bis 30 Gew,-%, vorzugsweise 15 Gew.-% Kupfer. Derartige Werkstoffe sind zwar zu Verwendung als elektrische Kontakte an sich bekannt, als Werkstoffe für Elektroden in Funkenstrecken

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jedoch unüblich. Durch ihren Edelmetallgehalt zeigen sie eine erhöhte chemische Beständigkeit gegenüber den aggressiven Gasen, die durch die Funkenentladung entstehen.

Eine andere vorteilhafte Möglichkeit, die chemische Beständigkeit der Elektroden zu erhöhen, besteht darin, sie aus Werkstoffen herzustellen oder mit Werkstoffen zu bestücken, die sich mit einer passivierenden Deckschicht überziehen. In diesem Zusammenhang eignen sich besonders Werkstoffe aus der Gruppe der Legierungen von Kupfer mit Nickel, wobei der Nickelgehalt zweckmässigerweise zwischen 10 und 40 Gew.-%, vorzugsweise ungefähr 30 Gew.-% beträgt; durch Zulegieren von wenig Eisen (1 bis 2 Gew.-%) kann die chemische Beständigkeit noch weiter verbessert werden. Ausserdem eignen sich für die Elektroden Werkstoffe aus mit Chrom legierten Stählen, weil diese sich mit einer passivierenden Deckschicht aus Chromoxid vor dem Angriff der aggressiven Gase schützen. Auch diese sich mit einer passivierenden Deckschicht überziehenden Werkstoffe sind für Elektroden in Funkenstrecken nicht üblich.

Günstig auf die Elektrodenlebensdauer wirkt es sich auch aus, wenn man dem Elektrodenwerkstoff geringe Mengen einer Substanz hinzufügt, welches die Elektronenaustrittsarbeit erniedrigt, z.B. Thoriumoxid. Elektroden mit niedrigerer Elektronenaustrittsarbeit erfordern für den Funkenüberschlag eine geringere Bogenspannung und das Bedeutet, dass der Funkenüberschlag von einem geringeren Energieumsatz begleitet ist. Dadurch werden im Zündverteiler nicht nur die elektrischen Verluste verringert, sondern es entstehen auch weniger reaktive Gase.

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Ein Äusführungsbeispiel der Erfindung ist schematise'« in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.

Figur 1 seigt einen Zündverteiler im Querschnitt; der Schnitt ist rechtwinklig zur Drehachse

des Verteilerläufer durch den Verteilerläufer gelegt, gemäß Schnittlinie A-B in Figur 2;

Figur 2 zeigt die relative Anordnung von Verteilerkappe und Verteilerläufer in einem durch die Drehachse des Verteilerläufers gelegten Längsschnitt gemäß Schnittlinie E-F in Figur 1, und

Figur 3 zeigt einen weiteren Längsschnitt durch die Anordnung aus Verteilerkappe und Verteilerläufer, und zwar im Vergleich zur Figur 2 um 90° versetzt, gemäß der Schnittlinie C-D in Figur 1.

Vom Gehäuse des Zündverteilers ist lediglich die Verteilerkappe 1 dargestellt, welche eine stiftförmige Mittelelektrode 2 und an ihrem Umfang verteilt mehrere zur Mittelelektrode 2 parallele Festelektroden 3 aufweist, die auf der Innenseite der Verteilerkappe der Mittelelektrode 2 zugewandte Elektrodenflächen 3a haben.

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Im Zündverteiler befindet sich ein Verteilerläufer 4, welcher um eine Achse 5 drehbar ist,- die koaxial zur Mittelelektrode 2 verläuft. Der flache Grundkörper des Verteilsrläufers hat drei Bohrungen 6, 7 und 8 zur Befestigung des Verteiierläufers am Ende der Nockenwelle eine· Verbrennungskraftmaschine, deren Gehäuse (Motorblock) zugleich die eine Hälfte des Gehäuses des Zündverteilers bildet, dessen andere Hälfte öle Verteilerkappe 1 ist. Der Verteilerläufer trägt zwei Elektroden, Eine erste, längliche Elektrode 9 ist auf der Oberseite des Grundkörpers des Verteilerläufer 4 angeordnet, erstreckt sich in radialer Rich.i-.una und endet dicht, nämlich in einem Abstand von ungefähr 0,5 mm, vor der Mantelfläche der zylindrischen Mittelelektrode 2 der Verteilerkappe. An einer radial aussen liegenden Stelle trägt der Verteilerläufer eine zweite Elektrode 10, welche eine radial nach aussen weisende Oberfläche hat, welche bei Drehung des Verteilerläufers in geringem Abstand vor den Oberflächen 3a der Festelektroden 3 vorbeiläuft. Die Elektroden 9 und 10 sind durch eine in den Verteilerläufer eingebettete elektrische Leitung 11 miteinander verbunden.

Wie am besten die Figur 3 zeigt, handelt es sich bei der ersten, mit der Mittelelektrode 2 zusammenarbeitenden Elektrode 9 des Verteilerläufers um eine quaderförmige Elektrode, die eine ebene Endfläche 9a der Mittelelektrode 2 zugewandt hat. Dis Normalen der radial verlaufenden Oberflächen der Elektrode 9 schließen mit der Drehachse 5 des Verteilerläufers 4 einen Winkel von ungefähr 45° ein.

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Durch diese Orientierung wirkt die Elektrode 9 wie ein Ventila-iorflügel, der im Raum zwischen dem Verteilerläufer &lgr; und der Verteilerkappe 1 für eine Luftumwälzung sorgt. Die Luftumwälzung wird durch einen der Elektrode 9 diametral gegenüberliegenden Fortsatz 12 des Verteilerläufer verstärkt. Durch die Luftumwälzung findet im Bereicli der Funkenstrecke, die zwischen der Mittelelektrode 2 und der ersten Elektrode 9 des Verteilerläufer gebildet ist, ein ständiger Luftaustausch statt, der die den Funkenüberschlag begleitenden aggressiven Gase abführt, wodurch die Elektroden 9 und 2 ihrem chemischen Angriff entzogen werden. Ausserdem wird die Mittelelektrode 2 nicht einseitig beansprucht, sondern brennt gleichmässig ab, weil die erste Elektrode 9 des Verteilerläufers einseitig neben der Mittelelektrode 2 angeordnet ist und um diese herumgeführt wird.

Claims

DR. RUDOLF BAUERi'.OJ^^iH^MUT HUBBUCH DIPL.-PHYS. ULRICH TWELMEIER

WESTLICHE 29 - 31 IAM LEOPOLDPLATZI

7530 PFORZHEIM iwestoehmanvi

((072.11) 1O229O'7O*fcPATMAHK TELEX 783 929 p«tma d

23.08.1989 TW/Be

DODUCO GMBH + Co. Dr. Eueren Dürrwächter. D-7530 Pforzheim

Zündverteiler für Verbrennungskraftmaschinen

1. Zündverteiler für Verbrennungskraftmaschinen mit einem

Gehäuse, in welchem drehbar ein Verteilerläufer gelagert ist, der nahe bei seiner Drehachse eine erste Elektrode und an seinem von der Drehachse entfernten Ende eine zweite Elektrode und dazwischen eine die zwei Elektroden verbindende elektrische Leitung hat,

und mit einer das Gehäuse abschließenden Verteilerkappe, welche auf ihrer Innenseite am Umfang verteilt mehrere mit der zweiten Elektrode des Verteilerläufers zusammenarbeitende Festelektroden sowie eine Mittelelektrode hat, welche unter Bildung einer Funkenstrecke in geringem Abstand von der ersten Elektrode des Verteilerläufers endet,

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wobei in dem aus dnr ersten Elektrode des Verteilerläufers und der Mittelelektrode gebildeten Elektrodenpaar eine Elektrode stiftförmig ausgebildet ist, dadurch gekennzeich net, dass die andere Elektrode (9) des Elektrodenpaares (2, 9) die stiftförmige Elektrode (2) nicht oder über weniger als den ganzen Umfang umschließt.

2. Zündverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Elektrode (9) des Elektrodenpaares (2, 9) die stiftförmige Elektrode (2) über weniger als den halben Umfang umschließt.

3. Zündverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Elektrode der Spitze der stiftförmigen

Elektrode (2) gegenüberliegt.
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4. Zündverteiler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, dass jene andere Elektrode (9) eine der

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ebene Oberfläche (9a) hat.
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5. Zündverteiler nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekenn zeichnet, dass die Normale auf der ebenen Oberfläche (9a) gegen die Längsachse (5) der stiftförmigen Elektrode (2) geneigt ist.

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6. Zündverteiler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (9) des Verteilerläufers (2) vom Grundkörper des Verteilerläufers (4) absteht und in den Raum zwischen dem Verteiler-5 läufer (4) und der Verteilerkappe (1) ragt.

- 7- Zündverteiler nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilerläufer (4) einen bezüglich seiner Drehachse (5) exzentrisch angeordneten, von seinem Grundkörper in den Raum zwischen dem Verteilerläufer (4) und der Verteilerkappe (1) ragenden Fortsatz (12) hat, welcher von der ersten Elektrode (9) elektrisch isoliert ist.

8. Zündverteiler nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die stiftförmige Elektrode (2) die Mittelelektrode ist.

&igr; 9. Zündverteiler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet:,

dass der Verteilerläufer (4) ein der stiftförmigen Elektrode (2) gegenüberliegendes,durchgehendes Loch hat.

10. Zündverteiler nach einem der verstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Elektrode perforiert ist.

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I]. Zündverteiler nach einem der Ansprüche 3 bis 7, da durch gekennzeichnet:, dass auch die andere Elektrode stiftförmig ist.

12. Zündverteiler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich net:, dass die beiden stiftförmigen Elektroden im Durchmesser unterschiedlich sind.

13. Zündverteiler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dir; andere Elektrode auf ihrer der stiftförmigen Elektrode zugewandten Seite einen Vorsprung hat.

14. Zündverteiler nach Anspruch 2 und 13, dadurch gekenn zeichnet, dass der Vorsprung eine Rippe ist, welehe parallel zur stiftförmigen Elektrode (2) verläuft.

15. Zündverteiler nach Anspruch 13 und 14. dadurch gekenn zeichnet:, dass der Vorsprung aus einem Werkstoff mit

höherer Verschleißfestigkeit besteht als ihn die Elektrode im Bereich außerhalb des Vorsprungs aufweist.

16. Zündverteiler nach einem der vorsteheivis- Ansprüche, dadurch gekennzeichnet., dass wenigstens eine Elektrode des Elektrodenpaares (2, 9) aus einem Werkstoff besteht oder mit einem Werkstoff bestückt ist, welcher edler ist als Kupfer.

17. Zündverteiler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,

dass der Werkstoff aus der Gruppe der Verbundwerkstoffe bzw. Legierungen mit wenigstens 20 Gew.-% Silber oder mit wenigstens 10 Gew.-% Palladium ausgewählt ist. 5

18. Zündverteiler nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff aus Silber mit Nickel oder aus

Palladium mit Kupfer besteht.

19. Zündverteiler nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet:,

dass der Werkstoff aus Silber mit 10 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 30 Gew.-% Nickel oder aus Palladium mit 10 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 15 Gew.-% Kupfer besteht.

20. Zündverteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch

gekennzeichnet, dass wenigstens eine Elektrode des Elektrodenpaares (2, 9) aus einem Werkstoff besteht oder mit einem Werkstoff bestückt ist, welcher sich mit einer passivierenden Deckschicht überzieht.

21. Zündverteiler nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff aus der Gruppe der Legierungen von

Kupfer mit Nickel und der mit Chrom legierten Stähle ausgewählt ist.
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22. Zündverteiler nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff eine Legierung von Kupfer mit 10 bis

40 Gew.-%, vorzugsweise 30 Gew.-% Nickel ist.

23.> Zündverteiler nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff bis zu 2 Gew.-% Eisen enthält,.

24. Zündverteiler nach Anspruch 16 oder 17_t dadurch gekesti- zeichnet, dass in dem Werkstoff eine für die chemische Trägheit bestimmende Komponente und eine die Verschleißfestigkeit gegenüber Funkenerosion steigernde Komponente miteinander kombiniert sind.

25. Zündverteiler nach Anspruch 16 oder 20, dadurch gekenn zeichnet:, dass der Werkstoff bis zu 5 Gew.-% einer die Elektronenaustrittsarbeit herabsetzenden Substanz enthält.