DE895077C

DE895077C - Spark plug insulator with a two-piece central electrode sealed in a central hole by means of a conductive glass compound

Info

Publication number: DE895077C
Application number: DEG4129A
Authority: DE
Inventors: Taine G Mcdougal; Robert W Smith
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1941-09-29
Filing date: 1950-10-01
Publication date: 1953-10-29

Description

Zündkerzenisolator mit einer mittels einer leitenden Glasmasse in einer Mittelbohrung eingedichteten, zweistöckigen Mittelelektrode Die Erfindung ist eine Weiterentwicklung. der Zündkerzenisolatoren gemäß Patent 682- 783 mit einer mittels einer leitenden Glasmasse und nach einem Verfahren des angezogenen Patents in die Mittelbohrung eingedichteten zweistöckigen Mittelelektrode.Spark plug insulator with a two-tier center electrode sealed in a center bore by means of a conductive glass compound. The invention is a further development. of the spark plug insulators according to patent 682-783 having a two-tier central electrode sealed into the central bore by means of a conductive glass mass and according to a method of the cited patent.

Gemäß der Erfindung ist der eigentliche untere Elektrodenteil der eingedichteten zweistöckigen Mittelelektrode ein zylindrisch, würfelförmig oder andersartig ausgebildeter Körper, der zur Auflage auf einer Schulter in der Mittelbohrung des Isolators mit einem flachen, scheibenförmigen, vorzugsweise geschlitzten Kopf versehen ist. Die Länge der Elektrode, vom Boden der Schlitze aus gemessen, ist aber in jedem Fall etwa genau so groß wie ihre Breite. Diese Elektrode und die stromzuführende Polklemme als zweiter Elektrodenteil sind mittels einer leitenden Masse aus einem Glas und einem elektrisch leitenden Pulver, die sich sowohl mit den metallenen Elektrodenteilen als auch mit dem keramischen Isolator fest und dauerhaft verbindet, druckfest und gasundurchlässig in der Mittelbohrung eingedichtet.According to the invention, the actual lower electrode part is the sealed two-tier center electrode a cylindrical, cube-shaped or differently designed body, which is to rest on a shoulder in the central bore of the insulator with a flat, disk-shaped, preferably slotted head is provided. The length of the electrode measured from the bottom of the slots is but in each case about the same size as its width. This electrode and the current-carrying one Pole terminal as a second electrode part are made up of a conductive mass by means of a Glass and an electrically conductive powder that bond with both the metal electrode parts as well as with the ceramic insulator firmly and permanently, pressure-resistant and sealed in the central bore so that it is impermeable to gas.

Zur besseren Veranschaulichung wird die Erfindung nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen im einzelnen beschrieben.For a better illustration, the invention is described below with Described in detail with reference to the drawings.

Fig. i ist ein Längsschnitt durch den Zündke.rzenisolator vor dem Eindichten der Mittelelektrode; Fig. 2 ist ein entsprechender Schnitt durch die fertige Zündkerze; Flg. 3 ist ein Schnitt durch die Elektrode.Fig. I is a longitudinal section through the Zündke.rzenisolator before Sealing the center electrode; Fig. 2 is a corresponding section through the finished spark plug; Flg. 3 is a section through the electrode.

Ein aus Porzellan oder aus gesinterten Metalloxyden bzw. Gemischen von Metalloxyden und Silicaten bestehender Isolator 4., der in üblicher Weise in einem metallenen Zündkerzenkörper 2 befestigt ist, ist mit einer Mittelbohrung 6 versehen. Diese Mittelbohrung weist zwei Absätze oder Schultern auf, eine nur kleine: Schulter 8 ungefähr in der :Mitte und eine ausgeprägtere Schulter io am unteren Ende des Isolators. Auf der Schulter io liegt der erweiterte Kopf 14 einer kurzen Elektrode i2, deren Schaft durch die vom letzten Abschnitt der Mittelbohrung 6 gebildete öffnung hervorsteht. Die Elektrode 12 kann aus irgendeiner geeigneten Legierung, etwa einer hochtemperaturbeständigen Nickellegierung, bestehen und nach Wunsch 'zur besseren Wärmeabführung einen Kupferkern auf-«-eisen. Vorzugsweise werden im Kopf i4 -der Elektrode 12 entweder zwei aufeinander senkrecht stehende Schlitze 16 (Fig. 3) oder auch nur ein Schlitz angebracht. Eine :derartige Elektrode mit geschlitztem Kopf läßt sich besser an ihrem Platz im Längskanal einkitten und ist nach dem rasch erfolgenden Eindringen der Abdichtungsmasse eines zylindrischen Abdichtungsstopfens i8 an jeglicher Drehung gehindert. Der Abdichtungsstopfen i 8, der in der fertigen Zündkerze die Abdichtung 18' bildet (Fig. 2), besteht vorzugsweise aus der Mischung eines Hartglases, etwa einem der im Handel erhältlichen Borosilicatgläser, mit einer elektrisch leitenden, pulverförmigen Substanz. Auf Grund seiner guten elektrischen und Wärmeleitfähigkeit hat sich Kupferpulver besonders bewährt, es kann aber auch Graphit Verwendung finden.. Bei Verwendung von Kupferpulver konnten gute Ergebnisse mit einer Mischung von j e 5o '/o erzielt werden, während bei Verwendung von Graphit eine günstige Zusammensetzung bei 70% Glasmasse und 30 % Graphit liegt.An insulator 4 made of porcelain or sintered metal oxides or mixtures of metal oxides and silicates, which is fastened in the usual manner in a metal spark plug body 2, is provided with a central bore 6. This central bore has two shoulders or shoulders, only a small one: shoulder 8 approximately in the middle and a more pronounced shoulder io at the lower end of the insulator. On the shoulder io lies the enlarged head 14 of a short electrode i2, the shaft of which protrudes through the opening formed by the last section of the central bore 6. The electrode 12 can be made of any suitable alloy, for example a high-temperature-resistant nickel alloy, and, if desired, can have a copper core for better heat dissipation. Preferably, either two perpendicular slots 16 (FIG. 3) or only one slot are made in the head i4 of the electrode 12. Such an electrode with a slotted head can be cemented better in its place in the longitudinal channel and is prevented from any rotation after the sealing compound of a cylindrical sealing plug 18 has penetrated quickly. The sealing plug i 8, which forms the seal 18 ' in the finished spark plug (FIG. 2), preferably consists of a mixture of hard glass, such as one of the commercially available borosilicate glasses, with an electrically conductive, powdery substance. Due to its good electrical and thermal conductivity, copper powder has proven particularly useful, but graphite can also be used. When using copper powder, good results could be achieved with a mixture of 50% each, while when using graphite a favorable composition was achieved 70% glass mass and 30% graphite lies.

Der zweite, obere Elektrodenteil der zweistückigen Elektrode, :die Polklemme 2o, wird vorzugsweise aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, z. B. Kupfer, gefertigt und in Form einer Schraube ausgebildet. Wenn es erforderlich ist, daß das obere Ende der Polklemme 2o zum Schutz des daran angeschlossenen Bleikabels aus einem Metall mit geringer Wärmeleitfähigkeit besteht, so macht man die Polklemme 2o aus zwei Teilen verschiedenen Materials, :die miteinander verschweißt oder verlötet werden. Mittels eines zweiten Abdichtungsstopfens z2 (Fig. i) kann die Zündkerze nach Wunsch an einer höher gelegenen Stelle zusätzlich abgedichtet werden. Die Masse dieses Stopfens 22 verkittet dabei gleichzeitig die Polklemmenschraube 2o in der Mittelbohrung. Der Stopfen besteht vorzugsweise aus der Mischung eines leicht schmelzenden Glases mit Kupferpulver im oben für Stopfen 18 angegebenen Verhältnis.The second, upper electrode part of the two-piece electrode,: the Pole terminal 2o, is preferably made of a material with high thermal conductivity, z. B. copper, manufactured and designed in the form of a screw. If necessary is that the upper end of the pole terminal 2o to protect the lead cable connected to it consists of a metal with low thermal conductivity, this is how the pole terminal is made 2o made of two parts of different material: which are welded or soldered together will. By means of a second sealing plug z2 (Fig. I), the spark plug if desired, they can also be sealed at a higher point. The crowd this plug 22 simultaneously cemented the pole terminal screw 2o in the Center hole. The stopper is preferably made from a mixture of an easily melting one Glass with copper powder in the ratio given above for stopper 18.

Der Zusammenbau der erwähnten Teile zur gebrauchsfertigen Zündkerze- wird vorzugsweise folgendermaßen durchgeführt: Zuerst wird die Elektrude 12- an ihren Platz in der Mittelbohrung 6 gebracht. Danach wird der Stopfen i8 in die Mittelbohrung eingeführt, so daß er auf dem Kopf 14 der Elektrode 12 aufliegt. Nach Einbringen des zweiten Abdichtungsstopfens 22 in den Raum über dem Stopfen 18 wird die Polklemmenschraube 2o eingesetzt, bis sie mit ihrem unteren Ende den Stopfen 22 berührt. In diesem Zustand (Fig. i) wird die Anordnung erhitzt; da der Stopfen 22 aus leicht schmelzendem Glas besteht, ist er bei gleicher Temperatur weicher und leichter verformbar als der Stopfen 18. Wenn die Stopfen den gewünschten Grad der Plastizität erreicht haben, etwa bei god° C oder einer noch höheren Temperatur, wird die Polklemmenschraube nach unten in die Mittelbohrung eingedrückt. Die Abdichtungsstopfen i8 und 2e werden dadurch nach unten außen gepreßt, so daß sie den gesamten Raum in der Mittelbohrung dicht ausfüllen und etwa die in Fig. 2 mit i8a und 22a bezeichnete Lage einnehmen. Infolge der leichteren Verformbarkeit des Stopfens 22 wird der Schaft der Schraube 2o relativ leicht durch die Glasmasse dieses Stopfens hinidurchdringen und die Masse dabei-in den Raum 22a zwischen der Wand der Mittelbohrung und der Schraube eindrücken (Fig.2). Die Größe des Stopfens 22 ist so bemessen, daß seine Masse ausreicht, diesen Raum bis zu einer Stelle etwas oberhalb der mittleren Schulter 8: zu erfüllen. Obwohl :der Stopfen 18 bei der Temperatur des Einpressens nicht so weich wie der Stopfen 22 wird, ist er jedoch so ausreichend plastisch, da13 er durch die Druckeinwirkung der Polklemmenschraube nach unten und außen in innige Berührung mit der Wand der Mittelbohrung 6 und dem Kopf 14 -der Elektrode 12 gepreßt wird. Die Glasmasse dieses Stopfens 18 verbindet sich gewissermaßen mit dem keramischen Isolator und kann dann als Teil des Isolators aufgefaßt werden, der die Zündkerze druckfest und gasundurchlässig abdichtet. Die Größe des Stopfens i8 und :die Länge der Polklemmenschraube 2o werden vorzugsweise so: aufeinander abgestimmt, daß die Schraube 20 nach erfolgtem Eindichten die breitgedrückte Masse 181 des unteren Glasstopfens i8 berührt (Fig. 2). Aber auch wenn :das Ende der Schraube 2o nach ,dem Eindichten bei Verwendung einer zu kurzen Schraube die Glasmasse 1811 nicht erreicht, so wird die Betriebstüchtigkeit der Zündkerze dadurch nicht beeinträchtigt, da auch die Masse des verkittenden Abdichtungsstopfens 22 elektrisch leitend ist. Die Po:lklemmenschraube 2o kann am Ende mit einem Gewinde 24 versehen sein, in das die umgebende Glasmasse 22a des Stopfens 22 eindringt; dadurch wird die Festigkeit der Verkittung weiter gesteigert.The assembly of the parts mentioned for a ready-to-use spark plug is preferably carried out as follows: First, the electrode 12- is on brought their place in the central bore 6. Then the plug i8 is in the central hole introduced so that it rests on the head 14 of the electrode 12. After bringing in of the second sealing plug 22 in the space above the plug 18 is the pole terminal screw 2o inserted until it touches the stopper 22 with its lower end. In this State (Fig. I) the arrangement is heated; since the plug 22 is made of easily melting Glass, it is softer and easier to deform than at the same temperature the stopper 18. When the stopper has reached the desired degree of plasticity, around god ° C or an even higher temperature, the pole terminal screw pressed down into the central hole. The sealing plugs i8 and 2e will thereby pressed downwards outwards so that they take up the entire space in the central bore Fill in tightly and assume the position indicated by i8a and 22a in FIG. 2. As a result of the easier deformability of the plug 22, the shaft of the screw becomes 2o penetrate relatively easily through the glass mass of this stopper and the mass In doing so, press into the space 22a between the wall of the central bore and the screw (Fig. 2). The size of the plug 22 is such that its mass is sufficient to this Space up to a point slightly above the middle shoulder 8: to be fulfilled. Even though : the plug 18 at the temperature of the pressing-in is not as soft as the plug 22, however, it is sufficiently plastic that it becomes through the action of pressure the pole terminal screw down and out in intimate contact with the wall of the Central bore 6 and the head 14 of the electrode 12 is pressed. The glass mass of this Plug 18 connects to a certain extent with the ceramic insulator and can then be regarded as part of the insulator, which makes the spark plug pressure-resistant and impermeable to gas seals. The size of the plug will be i8 and: the length of the pole terminal screw will be 2o preferably so: coordinated with one another that the screw 20 after sealing has taken place the pressed mass 181 of the lower glass stopper i8 touches (Fig. 2). but even if: the end of the screw 2o after the sealing when using one to short screw does not reach the glass mass 1811, it becomes operational the spark plug is not affected by this, as the mass of the cemented sealing plug is also affected 22 is electrically conductive. The bottom clamp screw 2o can be threaded at the end 24, into which the surrounding glass mass 22a of the plug 22 penetrates; this further increases the strength of the cement.

Fig. 3 zeigt die Elektrode in starker Vergrößerung. Es ist festgestellt worden, daß bei Zündkerzen gemäß der Erfindung die besten Ergebnisse bei Verwendung einer F-leletrode erhalten werden konnten, deren Länge b nicht größer ist als ihre Breite a. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist als Länge der Abstand vom Boden :des Schlitzes 16 bis zum unteren Zündende der Elektrode gemeint. Der Grund, warum der Boden des Schlitzes als Bezugspunkt gewählt wurde, liegt darin, daß die effektive Länge der Elektrode als wärmetransportierendes Metallstück in beträchtlichem Grad von der Schlitztiefe abhängig ist. Das gilt insbesondere bei Elektroden mit weitem Schlitz oder mit zwei senkrecht aufeinander stehenden Schlitzen, da vom Material des Elektrodenkopfes in diesen Fällen nur ein ziemlich kleiner Rest stehenbleib:t. Bei einer Elektrode ohne Schlitze muß als Länge natürlich der Abstand von der Oberfläche .des Kopfes 14 bis zum unteren Zündende bezeichnet werden.Fig. 3 shows the electrode in a strong enlargement. It is established it has been found that spark plugs according to the invention give the best results when used a F-leletrode whose length b is not greater than theirs Width a. As can be seen from Fig. 3, the length is the distance from the floor: the slot 16 meant up to the lower ignition end of the electrode. The reason, why the bottom of the slot was chosen as the reference point is that the effective Length of the electrode as a heat-transporting piece of metal to a considerable degree depends on the slot depth. This is especially true for electrodes with a long distance Slot or with two perpendicular slots, because of the material of the electrode head in these cases only a fairly small residue remains: t. In the case of an electrode without slots, the length must of course be the distance from the surface .Des head 14 to the lower end of the ignition.

Da die Wärmeabfuhr durch die Elektrode und damit ihre Temperatur während des Betriebes außer von den Materialeigenschaften des verwendeten Elektrodenmetalls auch von den räumlichen Abmessungen abhängig ist, wird die Elektrodenlänge b zum Zweck guter Wärmeableitung möglichst klein gehalten. Die Verwendung einer kurzen Elektrode, deren effektive Länge durch Anbringung von Schlitzen weiter verkleinert wird, . ist also vorzuziehen. In gleicher Weise ist es günstig, wenn der Abstand zwischen Polklemmenschraube 2o und Elektrodenkopf 1.1. bei zusammengebauter Zündkerze so klein wie möglich ist.Because the heat dissipation through the electrode and thus its temperature during of the operation except for the material properties of the electrode metal used also depends on the spatial dimensions, the electrode length b is for Purpose of good heat dissipation kept as small as possible. The use of a short Electrode, the effective length of which is further reduced by making slots will, . so is preferable. In the same way it is favorable if the distance between pole terminal screw 2o and electrode head 1.1. with the spark plug assembled is as small as possible.

Claims

PATENT APPLICATION: HF :: 1. Spark plug insulator according to patent 682 783 with one by means of a conductive glass mass and by a method of the attracted Patent puttied into the center hole of the isolator pressure-proof and impermeable to gas sealed two-story center electrode, characterized in that @ the lower Elektro, the part (`12), the one on one shoulder (1o) on the lower EncledesIsolators (4) resting head (14) is provided, approximately exactly the same length (b) as width (a) has.

2. Spark plug insulator with sealed center electrode according to claim 1, characterized in that in the head (14) of the electrode (12) from above cut a slot or two perpendicular slots (16) are.

3. Spark plug insulator with sealed center electrode according to claim 1 and 2, characterized in that the slotted short lower electrode (12) consists of one high temperature resistant metal, such as nickel or a nickel alloy, while the upper, current-supplying electrode part (2o) made of a metal with good Thermal conductivity, such as copper, is made, and that both electrode parts in the central bore of the insulator by means of a blend with both the ceramic insulating material as well as with the metal parts firmly connecting., conductive material made of a borosilicate glass and copper powder are gas-tight and permanently cemented and conductively connected.