DE9017391U1

DE9017391U1 - Zündkerze mit mindestens einer fließgepreßten Elektrode

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Publication number: DE9017391U1
Application number: DE9017391U
Authority: DE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1990-12-22
Filing date: 1990-12-22
Publication date: 1992-04-16
Anticipated expiration: 2000-12-23

Description

R. 24073
20.12.1990 Zr/Kc

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 10

Zündkerze mit mindestens einer fließaepreßten Elektrode

Die Erfindung geht aus von einer Zündkerze mit mindestens einer fließgepreßten Elektrode nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine solche Zündkerze bekannt (DE 31 13 748 Al), bei der ihre Mittelelektrode einen aus Wärme gut leitendem Material (z. B. Kupfer) bestehenden Kern aufweist, welcher vollständig von einem aus korrosionsfestem Material (z. B. Nickel) bestehendem Mantel umgeben ist; diese Mittelelektrode ist durch Fließpressen eines Verbundkörpers geformt, der aus zwei Ausgangsteilen entsprechenden Materials zusammengesetzt ist. Für die Herstellung des Verbundkörpers dieser Elektrode sind spezielle, teure Werkzeuge erforderlich.

Weiterhin ist es bekannt (JP-PS 22 989/74), bei Zündkerzen eine Mittelelektrode aus einem Verbundkörper fließzupressen, der sich aus drei Ausgangsteilen unterschiedlichen Materials zusammensetzt. Das erste, für den Elektroden-Kern vorgesehene Ausgangsteil besteht wiederum aus einem Wärme gut leitendem Material (z. B. Kupfer) und das zweite, für den Elektroden-Mantel vorgesehene Ausgangsteil ist wieder aus einem korrosionsfestem Material (z. B. Nickel) hergestellt. Ein drittes, für den Zündabschnitt vorgesehenes Ausgangsteil besteht aus besonders abbrandfestern Material wie z. B. Platin oder Gold; dieses dritte Material ist bei der fertiggestellten Elektrode

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brennraumfern mit dem Elektroden-Kern in Kontakt und liegt an der brennraumseitigen Stirnfläche der Elektrode offen.

Aus der DE-GM 70 14 171 ist zum Stand der Technik zu entnehmen, daß auch Masseelektroden von Zündkerzen mit einem Kupfer- bzw. Silber-Kern und einem Mantel aus Nickel oder einer Nickel-Legierung bekannt sind.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Zündkerze zu entwickeln, die bekannterweise einen aus Wärme gut leitendem Material bestehenden Kern hat, der ringsum von einem aus korrosionsfestem Material bestehenden Mantel umgeben ist, zusätzlich jedoch auf üblichen Fertigungseinrichtungen und mit einfachen Werkzeugen herstellbar ist; gegebenenfalls sollen diese Elektroden auch auf einfache Weise zu Masseelektroden weiterverarbeitet und problemlos am Zündkerzen-Metallgehäuse durch Schweißen, Löten o. ä. befestigt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Zündkerze möglich.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt die Figur 1 die Seitenansicht des brennraumseitigen Bereiches einer Zündkerze in vergrößerter Darstellung, Figur 2 einen teilweisen Längsschnitt durch die Mittelelektrode gemäß Figur 1, auch in vergrößerter Darstellung, Figur 3 eine erste Ausführungsform eines sich aus drei Ausgangsteilen zusammensetzenden Verbundkörpers, der in der Aufnahmebohrung eines Fließpreßwerkzeuges im Schnitt dar-

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gestellt ist (vergrößerte Darstellung) und zu einer Mittelelektrode gemäß Figur 2 verformt werden soll, Figuren 4 und 5 mit einer zweiten bzw. dritten Ausführungsform eines Verbundkörpers als Vorformlinge zu Mittelelektroden und Figur 6 eine Draufsicht auf die freie Stirnfläche einer vergrößert dargestellten Masseelektrode, die aus einer Elektrode ähnlich der nach Figur 2 hergestellt und flach geprägt ist.

In der Figur 1 ist der brennraumseitige Bereich einer üblichen Zündkerze 10 von der Seite aus dargestellt:

Das rohrförmige Metallgehäuse 11 der Zündkerze 10 ist brennraumseits mit einem Einschraubgewinde 12 für den Einbau der Zündkerze 10 in eine Brennkraftmaschine versehen; ein ebenfalls für diese Befestigung übliches Schlüsselsechskant und ein Dichtungsmittel (Dichtring, Dichtkonus) sind in der Figur nicht mehr mit gezeigt. Die brennraumseitige Stirnfläche des Metallgehäuses 11 ist mit der Bezugszahl 13 gekennzeichnet. Aus der angedeuteten, mit Bezugszahl 14 bezeichneten Längsbohrung des Metallgehäuses 11 ragt bei dieser Ausführungsform einer Zündkerze 10 ein Isolierkörper 15 heraus, welcher in seiner nicht dargestellten Axialbohrung abdichtend eine Mittelelektrode 16 umfaßt; die mit Bezugszahl 17 bezeichnete brennraumseitige Stirnfläche der Mittelelektrode 16 ragt brennraumseits aus dem Isolierkörper 15 hervor und steht mit Abstand dem freien Endabschnitt einer hakenförmig gebogenen Masseelektrode 18 gegenüber. Das dem freien Ende entgegengesetzte Ende der Masseelektrode 18 ist an der Stirnfläche 13 des Metallgehäuses 11 befestigt, bevorzugterweise durch Schweißen. Der zwischen der Stirnfläche 17 der Mittelelektrode 16 und dem freien Endabschnitt der Masseelektrode 18 befindliche Zwischenraum stellt die Funkenstrecke 19 der Zündkerze 10 dar.

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Während die vorstehend beschriebene Zündkerze 10 eine brennraumseits vor dem Metallgehäuse 11 angeordnete Funkenstrecke 19 aufweist, sind aber auch Zündkerzen bekannt, bei denen sich die Funkenstrecke innerhalb der Metallgehäuse-Längsbohrung 14 befindet. Bei derartigen Zündkerzen werden zumeist keine hakenförmigen sondern gerade Masseelektroden verwendet; die geraden Masseelektroden sind auch am Metallgehäuse 11 befestigt und können mit ihrem freien Endabschnitt brennraumseits mit Abstand vor der Stirnfläche 17 der Mittelelektrode 16 liegen, sie können aber auch derart ausgerichtet sein, so daß sie mit ihrer freien Stirnfläche 20 radial auf den brennraumseitigen Endabschnitt der Mittelelektrode 16 weisen. Masseelektroden 18, die mit ihrem freien Endabschnitt der Stirnfläche 17 der Mittelelektrode 16 gegenüberstehen, können die gesamte Stirnfläche 17 überragen, gegebenenfalls - je nach Brennkraftmaschine - aber auch nur einen Teil der Stirnfläche 17 überdecken. Bei einer noch anderen Ausführungsform einer Zündkerze stehen sich die Stirnfläche 17 der Mittelelektrode 16 und die freie Stirnfläche 20 der Masseelektrode 18 mit Abstand parallel gegenüber. Die Lage der Funkenstrecke 19 und die Gestaltung bzw. Anordnung der Masseelektrode 18, gegebenenfalls auch die Anzahl mehrerer Masseelektroden an einer Zündkerze werden von den Anforderungen und Bedingungen der Brennkraftmaschine bestimmt, sind jedoch für die vorliegende Erfindung nicht relevant, denn die erfindungsgemäßen Elektroden sind für alle diese Zündkerzen vorteilhaft einsetzbar.

Fließpreßverfahren zum Herstellen von Zündkerzen-Elektroden, auch von solchen, die sich aus mehreren Materialbereichen zusammensetzen, sind prinzipiell bekannt und in der Beschreibungseinleitung beschrieben worden. Derartige Fließpreßverfahren sind für die Massenfabrikation von Elektroden wirtschaftlich einsetzbar und haben sich für diesen Zweck gut bewährt. Aufgrund von höheren Anforderungen an Zündkerzen in modernen Hochleistungsbrennkraftmaschinen

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und auch wegen schaltungstechnischer Erfordernisse werden Zündkerzen-Elektroden notwendig, die strengen Bedingungen unterliegen.

In der Figur 2 ist eine solche Zündkerzen-Elektrode am Beispiel der Mittelelektrode 16 dargestellt. Diese Mittelelektrode 16 setzt sich in Längsrichtung aus drei Abschnitten zusammen, und zwar dem Elektroden-Schaft 21 mit seiner brennraumseitigen Stirnfläche 17, einem den Schaft 21 brennraumfern begrenzenden, angestauchten Bund 22 und einem sich brennraumfern dem Bund 22 anschließenden Kopf 23, der vorzugsweise mit senkrechten und waagrechten, angeprägten Verankerungsrippen 24 versehen ist. Diese Mittelelektrode 16 hat einen Kern 25 aus Wärme gut leitendem Material (z. B. aus Kupfer oder Silber), der sich in Längsrichtung aus dem Schaft 21 bis in den Kopf 23 der Mittelelektrode 16 erstreckt und von einem Mantel 26 vollständig umgeben ist, der aus korrosions- und abbrandfestem Material wie z. B. Nickel oder einer Nickel-Legierung besteht. Der zwischen der Stirnfläche 17 und dem brennraumseitigen Ende des Kernes 22 befindliche Bereich ist der Boden 27 des Mantels 26. - Der Bund 22 dient der Längsfixierung der Elektrode 16 innerhalb der nicht dargestellten Axialbohrung im Isolierkörper 15 und gemeinsam mit dem Kopf 23 und dessen Verankerungsrippen 24 zur Festlegung und elektrischen Verbindung mittels eines elektrisch leitfähigen (nicht dargestellten) Glasschmelzflusses, in den anschlußseits ein nicht dargestellter Anschlußbolzen mit eingeschmolzen ist.

In der Figur 3 ist eine erste Ausführungsform eines Verbundkörpers 28 zur Herstellung einer Mittelelektrode 16 gezeigt, der in der Aufnahmebohrung 29 eines Gesenkes 30 eines Fließpreßwerkzeuges 31 angeordnet ist. Das prinzipiell dargestellte Fließpreßwerkzeug 31 setzt sich unterhalb des Verbundkörpers 28 in einer konisch nach innen verlaufenden Schulter 32 fort, der sich dann nachfolgend die eigentliche Fließpreßöffnung 33, eine sich erweiternde Schulter 34

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und dann eine Bohrung 35 anschließen. Von oben taucht in die Aufnahmebohrung 29 des Fließpreßwerkzeug-Gesenkes 30 ein Fließpreßstempel 36.

Der Verbundkörper 28 setzt sich aus drei Teilen zusammen, und zwar aus einem Ausgangsteil 37 für den brennraumseitigen Abschnitt des Elektroden-Mantels 26, einem Ausgangsteil 38 für den Elektroden-Kern 25 und einem dritten Ausgangsteil 39 für den anschlußseitigen Bereich des Elektroden-Mantels 26. Das für den brennraumseitigen Abschnitt des Elektroden-Mantels 26 vorgesehene Ausgangsteil 37 besteht aus einem korrosions- und abbrandfestern Material wie z. B. Nickel oder einer Nickel-Legierung, ist napfförmig ausgebildet, hat einen runden Umfang und weist ein koaxiales Sackloch 40 auf; die äußere Bodenfläche dieses Mantel-Ausgangsteils 37 ist mit dem Bezugszeichen 41 und der zum dritten Ausgangsteil 39 weisende Randbereich mit dem Bezugszeichen 42 versehen. Dieses Mantel-Ausgangsteil 37 hat einen Außendurchmesser, der dem Durchmesser der Aufnahmebohrung 29 des Fließpreßwerkzeug-Gesenkes 30 entspricht und steht vor dem Fließpreßvorgang mit seiner äußeren Bodenfläche 41 oberhalb der Schulter 32 der genannten Gesenk-Aufnahmebohrung 29.

Das Sackloch 40 des Mantel-Ausgangsteils 37 wird von dem stabförmigen Kern-Ausgangsteil 3 8 vollständig ausgefüllt und schließt bündig mit dem Randbereich 42 des Mantel-Ausgangsteils 37 ab; dieses Kern-Ausgangsteil 38 besteht aus einem Wärme gut leitendem Material wie z. B. Kupfer oder Silber. Die nicht vom Mantel-Ausgangsteil bedeckte Fläche 43 ist bündig mit dem Randbereich 42 des Mantel-Ausgangsteils 37.

Das dritte Ausgangsteil 39 des Verbundkörpers 28, das zur Bildung des anschlußseitigen Abschnittes des Elektroden-Mantels 26 dient, besteht bevorzugterweise aus dem gleichen Material wie das Mantel-Ausgangsteil 37, liegt mit seiner Unterseite 44 flächig und

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deckelartig auf der Fläche 43 des Kern-Ausgangsteils 38 und auf dem Randbereich 42 des Mantel-Ausgangsteils 37; dieses dritte Ausgangsteil 39 hat einen runden Umfang mit einem Durchmesser, der dem Durchmesser des Mantel-Ausgangsteils 37 bzw. dem Durchmesser der Gesenk-Aufnahmebohrung 29 entspricht. Die Wanddicken des Mantel-Ausgangsteils 37 und die Dicke des dritten Ausgangsteils sind so gewählt, daß bei der fließgepreßten Mittelelektrode 16 ein für den jeweiligen Elektrodentyp erforderliches Verhältnis von Mantel- und Kern-Material erzielt wird.

Zur Erleichterung der Serienproduktion von Elektroden durch Fließpressen ist es zweckmäßig, daß das Mantel-Ausgangsteil 37, das Kern-Ausgangsteil 38 und das dritte Ausgangsteil 39 zu einem Verbundkörper 28 miteinander verbunden sind; als Verbindungsverfahren eignen sich hierfür besonders das Löten, und das Schweißen. Als Lötmittel zum Verbinden der Ausgangsteile 37, 38 und 39 eignen sich beispielsweise Nickel, Silber, Platin. Bekannt ist auch, daß das Material für den Kern 38 in das Sackloch 40 des Mantel-Ausgangsteils 37 eingeschmolzen ist.

Der vorstehend beschriebene Verbundkörper 28, der in der Gesenk-Aufnahmebohrung 29 des Fließpreßwerkzeuges 31 eingelegt ist, wird in unerwärmtem Zustand mittels des Fließpreßstempels 36 nach unten durch die Fließpreß-Öffnung 33 derart durchgepreßt, so daß von dem Verbundkörper 28 lediglich ein kopfartiges Stück innerhalb des kegelstumpfförmigen Bereiches der Schulter 32 in der Gesenk-Aufnahmebohrung 29 verbleibt; der sich ergebende (nicht dargestellte) Fließpreßrohling der Mittelelektrode 16 wird mittels eines nicht dargestellten, von unten durch die Bohrung 35 des Gesenkes 30 führenden Auswerferstempels nach oben durch die Aufnahmebohrung 29 ausgestoßen, nachdem der Fließpreßstempel 36 genügend weit aus der Aufnahmebohrung 29 des Gesenkes 30 herausgefahren worden ist. Bei der weiteren Verarbeitung der Mittelelektrode 16 wird der vorstehend

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genannte kopfartige Abschnitt entfernt, anschließend noch der in der Figur 2 dargestellte Bund 22 der Mittelelektrode 16 angestaucht und die Verankerungsrippen 24 am Kopf 23 der Mittelelektrode 16 angeprägt.

Bei der auf diese Weise gefertigten Mittelelektrode 16 ist der aus Wärme gut leitendem Material bestehende Kern 25 vollständig von dem korrosions- und abbrandfestem Material des Mantels 26 eingeschlossen.

In der Figur 4 der Zeichnung ist eine zweite Ausführungsform eines Verbundkörpers 28/1 im Längsschnitt dargestellt, bei dem die daraus fließgepreßte Mittelelektrode ein geringeres Kern-Volumen haben soll als bei dem Verbundkörper 28 gemäß Figur 3. Auch dieser Verbundkörper 28/1 hat ein Mantel-Ausgangsteil 37/1, ein Kern-Ausgangsteil 38/1 und ein drittes Ausgangsteil 39/1, die aus entsprechenden Materialien wie bei dem Verbundkörper 28 nach Figur 3 bestehen. Der Unterschied dieses Verbundkörpers 28/1 gegenüber dem Verbundkörper 28 in Figur 3 besteht darin, daß das im Sackloch 40/1 befindliche Kern-Ausgangsteil 38/1 mit seiner zum offenen Ende des Mantel-Ausgangsteils 37/1 weisenden Fläche 43/1 bereits unterhalb des Randbereiches 42/1 des Mantel-Ausgangsteils 37/1 endet und demzufolge weniger Wärme gut leitendes Material enthält. Der nicht vom Kern-Ausgangsteil 38/1 ausgefüllte Bereich des Sacklochs 40/1 des Mantel-Ausgangsteils 37/1 wird deshalb bei diesem Verbundkörper 28/1 durch einen zapfenartigen Ansatz 45 ausgefüllt, der an der Unterseite 44/1 des dritten Ausgangsteils 39/1 mit angeformt ist.

In der Figur 5 ist eine dritte Ausführungsform eines Verbundkörpers 28/2 gezeigt, aus dem eine Elektrode fließgepreßt werden soll, die ein größeres Kern-Volumen hat; auch dieser Verbundkörper 28/2 setzt sich aus einem Mantel-Ausgangsteil 37/2, einem Kern-Ausgangsteil 38/2 und einem dritten Ausgangsteil 39/2 aus den bereits in den

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Ausführungsbeispielen 1 und 2 beschriebenen Materialien zusammen. Bei diesem Verbundkörper 28/2 ragt das Kern-Ausgangsteil 28/2 mit seiner Fläche 43/2 aus dem Sackloch 40/2 des Mantel-Ausgangsteils 37/2 heraus und wird mit seinem überstehenden Abschnitt in einer Vertiefung 46 auf der Unterseite 44/2 des dritten Ausgangsteils 39/2 aufgenommen.

Im übrigen gilt für die Ausführungsbeispiele 2 und 3 von Verbundkörpern 28/1 und 28/2 die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel 1 des Verbundkörpers 28/1 in der Figur 3. Die Darstellungen der Verbundkörper 28, 28/1 und 28/2 in den Figuren 3 bis 5 sind aus zeichnerischen Gründen mit geraden Linien dargestellt, können jedoch auch mit Abrundungen und Fasen versehen sein, die aus fertigungstechnischen Gründen zweckmäßig sind.

Aus den Verbundkörpern 28, 28/1 und 28/2 können aber auch anstelle von Mittelelektroden 16 Masseelektroden 18 gefertigt werden, die dann mit ihrem zum Metallgehäuse 11 der Zündkerze 10 weisenden Endabschnitt auf der Stirnfläche 13 des Metallgehäuses 11 verschweißt werden können; in diesem Falle wird der fließgepreßte Elektroden-Rohling (nicht dargestellt) auch anschließend von seinem beim Fließpreßvorgang verbliebenen kopfartigen Abschnitt (nicht dargestellt) befreit, aber auf das nachträgliche Anformen eines bei der Mittelelektrode 16 vorhandenen Bundes 22 und der Verankerungsrippen 24 verzichtet. Da auch der zum Metallgehäuse 11 weisende Endabschnitt (Kopf 23) aus einer gut schweißbaren Mantel-Legierung (z. B. Nickel oder Nickel-Legierung) besteht, bereitet das Verschweißen mit dem Metallgehäuse 11 keine besonderen Schwierigkeiten. Sofern es für den Zündvorgang bei Betrieb der Zündkerze 10 in einer Brennkraftmaschine zweckmäßig ist, kann anstelle einer Masseelektrode 18 von rundem Querschnitt auch eine Masseelektrode 18/1 (siehe Figur 6) mit flachem Querschnitt durch Flachprägen hergestellt werden; zumindest der freie Endabschnitt einer solchen Masse-

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elektrode 18/1 hat dann die Form eines Langrunds, wie es bei der freien Stirnfläche 20/1 aus der Figur 6 der Zeichnung ersichtlich ist. - Der Querschnitt einer Masseelektrode kann jedoch auch von anderer Form sein, z. B. halbrund oder dreieckig.

Claims

R. 24073 20.12.1990 Zr/Kc ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 10 Ansprüche

1. Zündkerze (10) mit mindestens einer fließgepreßten Elektrode (16, 18), die einen im wesentlichen rohrförmigen Mantel (26) aus korrosionsbeständigem Material hat, einen von dem Mantel (26) vollständig umfaßten Kern (25) aus einem Wärme gut leitendem Material aufweist und durch Fließpressen eines Verbundkörpers (28) geformt ist, wobei das Kern-Ausgangsteil (38) stabförmig ist, einen runden Umfang hat und mindestens einen Höhenabschnitt eines axial verlaufenden Sacklochs (40) in einem Mantel-Ausgangsteil (37) ausfüllt, welches ebenfalls einen runden Umfang besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundkörper (28) ein drittes, deckelartiges Ausgangsteil (39) hat, das die nicht von dem Mantel-Ausgangsteil (37) bedeckte Fläche (43) des Kern-Ausgangsteils (38) flächig berührt, mit seinem das Sackloch (40) umgebenden Randbereich (42) flächig auf dem Mantel-Ausgangsteil (37) aufliegt und aus einem korrosionsfestem Material besteht.

2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht vom Mantel-Ausgangsmaterial (37) bedeckte Fläche (43) des für den Verbundkörper (48) vorgesehenen Kern-Ausgangsteils (38) bündig mit dem Randbereich (42) des zugehörigen Mantel-Ausgangsteils (37) abschließt und daß das dritte Ausgangsteil (39) des Verbundkörpers (28) flächig auf der Fläche (43) des Kern-Ausgangsteils (38) aufliegt.

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3. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das für den Verbundkörper (28/1) vorgesehene Kern-Ausgangsteil (38/1) das Sackloch (40/1) des Mantel-Ausgangsteils (37/1) in der Höhe nicht vollständig ausfüllt und daß das dritte Ausgangsteil (39/1) einen zapfenartigen Ansatz (45) hat, der den vom Kern-Ausgangsteil (38/1) nicht eingenommenen Abschnitt des Sackloches (40/1) des Mantel-Ausgangsteils (37/1) ausfüllt.

4. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (43/2) des für den Verbundkörper (28/2) vorgesehenen Kern-Ausgangsteils (38/2) aus dem Sackloch (40/2) des Mantel-Ausgangsteils (37/2) herausragt und daß das dritte Ausgangsteil (39/2) des Verbundkörpers (28/2) eine dem Kern-Ausgangsteil (38/2) zugekehrte Vertiefung (46) hat, die von dem nicht vom Mantel-Ausgangsteil (37/2) bedeckten Abschnitt des Kern-Ausgangsteils (38/2) ausgefüllt ist.

5. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsteile (37,..; 38,..; 39,..) des Verbundkörpers (28, 28/1, 28/2) mittels bekannter Verfahren wie Löten, Schweißen, Anschmelzen o. ä. miteinander verbunden sind.

6. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Verbundkörper (28, 28/1, 28/2) eine Masseelektrode (18, 18/1) fließgepreßt ist, die am brennraumseitigen Endabschnitt des Metallgehäuses (11) der Zündkerze (10) befestigt, bevorzugt angeschweißt ist.