EP1005126B1 - Zündkerze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Elektroden für Zündsysteme insbesondere Zündkerzen für Hochspannungszündungen bei verschiedenen Anwendungen insbesondere bei der Zündung von Verbrennungsmotoren sowie Zündkerzen mit derartigen Elektroden.

Aus DE-A-19705372 das als nächstliegender Stand der Technik angesehen wird, ist bereits eine Elektrode für Hochspannungszündvorrichtungen bekannt, die aus einer Nickellegierung mit einem Kern aus Kupfermetall besteht, wobei die Zündflächen mit Edelmetall armiert sind. Die Edelmetallarmierung wird in Form von Buchsen oder Hülsen durch Vorfertigung und Fixierung derselben im zündseitigen Bereich der Elektrode beispielsweise einer Mittelelektrode durchgeführt.

Bekannte Mittelelektroden bestehen z.B. aus einem Mantel aus Nickellegierung und einem Kern aus Kupfermetall. Diese Mittelelektroden sind auf eine Lebensdauer von etwa 60.000 km ausgelegt. Soll diese Lebenszeit verlängert werden, muss die Mittelelektrode an der Zündfläche beispielsweise mit Edelmetall versehen werden; die Mittelelektrode kann aber auch massiv aus beispielsweise Silber, Silber-Nickel-Faserverbund o. ä. ausgeführt sein.

Bei Zündkerzen mit Seitenelektroden muss die Außenfläche der Mittelelektrode aus gleichen Gründen mit Edelmetall versehen werden; diese Edelmetallarmierungen erfordern einen hohen Fertigungsaufwand.

Hinzu kommt, dass bei Mittelelektroden mit Durchmessern von 2 mm und kleiner dieser Aufwand noch wesentlich höher ist, was wiederum einer wirtschaftlichen, insbesondere automatisierten Herstellung äußerst abträglich ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht demgegenüber darin, die Edelmetallarmierung mit einem geringeren Aufwand herzustellen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass zumindest zündseitig die Elektrode aus einem Verbundwerkstoff in doublé-stababschnittförmiger oder doublé-rohrabschnittsförmiger Ausbildung hergestellt sind, wobei der Mantel aus Edelmetall und der Kern bei doublé-stababschnittsförmiger Ausbildung beziehungsweise die innere Schicht bei doublérohrabschnittsförmiger Ausbildung aus unedlem Metall bestehen.

Besonders bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Elektroden sind Gegenstand der Ansprüche 2 und 3.

Eine Zündkerze mit zumindest einer erfindungsgemäßen Elektrode sowie besonders bevorzugte Ausgestaltungen einer derartigen Zündkerze sind Gegenstand der Ansprüche 4 bis 7.

Die erfindungsgemäßen Elektroden und die vorzugsweise daraus gefertigten Zündkerzen weisen bezüglich ihrer Herstellung und Funktion erhebliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf. So werden beispielsweise in einfacher Weise Seitenelektroden-Konzepte realisierbar; die bisher schwierige Edelmetallarmierung der Elektroden entfällt mit der Folge der einfachen Herstellung der erfindungsgemäßen Mittelelektroden; die Schweißbarkeit der erfindungsgemäß verwendeten Werkstoffkombinationen wird durch beispielsweises Auftreffen von Nickel auf Nickel vereinfacht.

Neben der Einsparung von Edelmetallen im Verhältnis zu Massivelektroden tritt eine deutliche Steigerung der Lebensdauer der aus den erfindungsgemäßen Elektroden gefertigten Zündkerzen auf. Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Konzept bei Herstellung und Einsatz von dünnen Mittelelektroden (Quenching) oder die Ausbildung von dicken Mittelektroden durch die Verwendung von Edelmetall-Double-Rohrabschnitten, was der Vergrößerung der Abbrandfläche dient. Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen.

Fig. 1 stellt im Querschnitt eine einstückige, aus einem stabschnittsförmigen oder manteldrahtabschnittsförmigen Verbundwerkstoff gefertigte Mittelelektrode dar;

Fig. 2 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer Mittelelektrode nach dem Stand der Technik; Fig. 2a und 3 zeigen Querschnittsdarstellungen weiterer Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Mittelelektrode;

die Figuren 4, 5, 6 und 7 geben den zündseitigen Bereich verschiedener erfindungsgemäßen Zündkerzen in schematischer Darstellung wieder.

Fig. 1 zeigt eine Mittelelektrode, die einstückig aus einem Stababschnitt bzw. Manteldraht mit einem Mantel (2) aus Edelmetall wie Platin, einer Platinlegierung, Silber- Palladium u. ä.und einem gut wärmeleitenden Kern (1) aus oxydationsbeständigen Werkstoff, beispielsweise Nickel oder Nickellegierung, besteht. Der Durchmesser A der Elektrode beträgt vorzugsweise < 2 mm vorzugsweise < 1,5 mm. Ein Vorteil besteht darin, daß die Mittelelektrode aus einem Manteldraht einfach durch Umformen herstellbar ist und sich mit bekannter Keramik-Metallverbindunastechnik mittels Glaseinschmelzverfahren montieren läßt.

Bei der in Fig. 2 dargestellen Mittelelektrode nach dem Stand der Technik besteht der Mittelelektrodenkörper aus einen serienmäßigen Mittelelektrodenkörper mit einem Durchmesser von 2,0 bis 3 mm mit Nickelmantel (3) und Kupferkern (4). An diesen Körper ist zündseitig der stababschnittsförmige Verbundwerkstoff aus Nickelmantel (5) und Platinkern (6) angeschweißt. Hierbei besitzt der Manteldrahtabschnitt einen wesentlich kleineren Durchmesser (etwa 1,0 mm) als der herkömmliche Mittelelektrodenkörper mit dem Durchmesser von 2,0 bis 3 mm.

Eine weitere Ausführungsform ist in der Figur 2a wiedergegeben; hier ist an dem gleichen an sich bekannten Mittelelektrodenkörper im stirnseitigen Zündspitzenbereich der Manteldrahtabschnitt aus dem Verbundwerkstoff mit der gleichen Durchmesserdimensionierung angebracht. Hierbei besteht der Manteldraht aus dem Edelmetallmantel (7), beispielsweise aus Platin oder Silber-Palladium, während der Kern (8) aus einem oxydationsbeständigen, gut wärmeleitenden Werkstoff gebildet ist.

Eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform stellt Fig. 3 dar. Hier ist der zündseitige Bereich eines üblichen Nickelmantel/Kuperkern-Mittelelektrodenkörpers mit einem vergrößerten Durchmesser ausgebildet, wobei hier der an sich bekannte Mittelelektrodenkörper im zündseitigen Bereich zumindest teilweise ringförmig von dem Verbundwerkstoff in Form eines Doublé-Rohrabschnitts umfaßt ist; der Mantel (9) dieses Doublé-Rohrabschnitts besteht aus Edelmetall und die Innenseite (10) aus oxydationsbeständigem Material. Auf diese Weise ist es möglich. Mittelelektroden im zündseitigen Bereich mit größeren Durchmessern, beispielsweise > 3 mm, in einfacher Weise herzustellen.

Fig. 4 gibt im teilweisen Querschnitt den zündseitigen Bereich einer Zündkerze mit Seitenelektroden wieder. Hierbei ist die Mittelelektrode gemäß Fig. 2a ausgebildet; der Mantel (13) des stababschnittsförmig ausgebildeten Verbundwerkstoffs besteht hier wiederum aus Edelmetall. Die Verschweißung auf dem üblichen Mittelelektrodenkörper bereitet keinerlei Schwierigkeiten, insbesondere wenn der Kern (13a) des Aufsatzes aus dem gleichen Material, beispielsweise Nickel, wie das anliegende Material des Mittelelektrodenkörpers besteht.

Fig. 5 gibt eine Funkenstrecke mit einer Ringelektrode aus Double-Rohrabschnitt mit Edelmetall (14) als innerem Bereich und oxydationsbeständigem Werkstoff (15) als äußerem Bereich. Die gegenüberliegende Mittelelektrode ist zündseitig ebenfalls mit einem Doublé-Rohrabschnitt gemäß Fig. 3 versehen; die Mantelfläche (16) besteht hierbei aus Edelmetall.

Schließlich wird in Fig. 6 eine besonders bevorzugte Ausführungsform einer Zündkerze mit einer besonders dünnen Mittelelektrode aus dem stababschnittsförmigen Verbundwerkstoff mit einem Durchmesser A von < 1,2 mm wiedergegeben, die einstückig ausgebildet in dem Isolatorglas eingeschmolzen ist.

Fig. 7 zeigt eine Zündkerze mit einer Funkenstreckenanordnung als Gleit/-Luftfunkenstrecke. In dieser Anordnung ist vorzugsweise die Mittelelektrode wie in Figur 2a beschrieben eingesetzt. Die Mittelelektrode besteht am zündseitigen Ende aus einem Manteldrahtabschnitt mit Edelmetallmantel, z.B. Platin und hat einen Kern aus oxidationsbeständigen, gut wärmeleitenden Kern, z.B. Nickel. Der Manteldrahtabschnitt ist auf eine konventionelle Mittelelektrode, bestehend aus einem Mantel aus einer Nickellegierung und einem Kupferkern aufgebracht. Die Mittelelektrode wird am zündseitigen Ende durch den abbrandfesten Edelmetallmantel vor Verschleiß geschützt, so daß mit dieser Zündkerze hohe Motorlaufzeiten sicher erreicht werden. Die Körperelektrode kann wie in Position 17 dargestellt unterhalb der Isolatorfußspitze positioniert sein, oder wie in Position 18 dargestellt mit der Unterkante der Körperelektrode und der Isolatorfußspitze auf gleicher Ebene liegen, um Verschleiß der Keramik entgegenzuwirken. Es sind mehrere 2, 3 oder 4 Seitenelektroden denkbar, auch eine Kombination zweier Elektrodenpaare unterschiedlicher Höhe ist realisierbar.

Claims (7)

1. Elektroden für Zündsysteme, insbesondere für Zündkerzen, die zumindest zündseitig aus einem Verbundwerkstoff in doublé-stababschnittsförmiger oder double-rohrabschnittsförmiger Ausbildung hergestellt sind, wobei der Mantel aus Edelmetall und der Kern bei doublé-stababschnittsförmiger Ausbildung bzw. die innere Schicht bei doublé-rohrabschnittsförmiger Ausbildung aus unedlem Metall bestehen.
2. Elektrode nach Anspruch 1, ausgebildet als Mittelelektrode mit Durchmessern von 0,5 mm bis 2 mm, wobei die Mittelelektrode einstückig aus dem stababschnittsförmigen Verbundwerkstoff ausgebildet ist, oder wobei der stababschnittsförmige Verbundwerkstoff stirnseitig an einer Kupferkernmittelelektrode angeordnet.
3. Elektrode nach Anspruch 1, ausgebildet als Mittelelektrode, deren zündseitiger Elektrodendurchmesser größer als der Durchmesser des Mittelelektrodenkörpers ist, wobei der Verbundwerkstoff in Form eines Doublé-Rohrabschnitts den zündseitigen Endbereich des Mittelelektrodenkörpers zumindest teilweise ringförmig umfaßt.
4. Zündkerze mit zumindest einer der Elektroden nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
5. Zündkerze nach Anspruch 4 mit einer Mittelelektrode, deren zündseitiger Elektrodendurchmesser größer als der des Mittelelektrodenkörpers ist, bei der der Verbundstoff in Form eines Doublé-Rohrabschnitts den zündseitigen Endbereich des Mittelelektrodenkörpers zumindest teilweise ringförmig umfaßt, wobei der Mantel (16) aus Edelmetall besteht, wobei diese Mittelelektrode von einer Ringelektrode umgeben ist, die aus einem Doublé-Rohrabschnitt ausgebildet ist, dessen innerer Bereich (14) aus Edelmetall, dessen äußerer Bereich (15) aus oxydationsbeständigem Werkstoff gebildet ist.
6. Zündkerze nach Anspruch 4 mit Seitenelektroden, wobei der Mittelelektrodenkörper aus an sich bekanntem Nickelmantel und Kupferkern besteht, wobei an den Körper zündseitig ein Stababschnitt des Verbundwerkstoffs durch Schweißen aufgebracht ist, und wobei der Mantel (13) aus Edelmetall und der Kern (13a) aus dem gleichen Material, beispielsweise Nickel, wie das anliegende Material des Mittelelektrodenkörpers besteht.
7. Zündkerze nach Anspruch 4, bei der die Mittelelektrode einen Mittelelektrodendurchmesser von = oder < 1,2 mm aufweist, wobei der Verbundwerkstoff in Form eines Stababschnitts dieses Durchmessers ausgebildet und in dem Isolatorglas eingeschmolzen ist.

Images