EP1110284A1 - Spark plug electrode - Google Patents
Spark plug electrodeInfo
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- EP1110284A1 EP1110284A1 EP99968269A EP99968269A EP1110284A1 EP 1110284 A1 EP1110284 A1 EP 1110284A1 EP 99968269 A EP99968269 A EP 99968269A EP 99968269 A EP99968269 A EP 99968269A EP 1110284 A1 EP1110284 A1 EP 1110284A1
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- H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
- H01T13/39—Selection of materials for electrodes
Definitions
- the present invention relates to a spark plug electrode, on the spark exit or spark entry surface of which an erosion-resistant noble metal is applied.
- Precious metal for example platinum or a platinum alloy
- DE 3 727 526 describes a method for producing a spark plug for internal combustion engines, in which a noble metal plate is connected to the material of the electrode on the end face of the center or ground electrodes by means of laser welding.
- the use of a noble metal particle for welding onto the spark plug electrode which has a smooth surface on the one hand and a profiled surface on the other, has the advantage that the profiled surface has a high contact resistance between the noble metal part and the electrode during the welding process due to the smaller contact area, which means in the welding zone A correspondingly high thermal energy arises between the precious metal part and the spark plug electrode.
- the provision of a smooth surface of the noble metal particle on the side facing the welding electrode in turn has the advantage that here a small one
- the profiling in such a way that the contact surfaces between the noble metal part and the central electrode only exist in the edge region of the noble metal particle at the beginning of the welding process has the advantage that the heating of the Welding precious metal part grows from the edge area towards the center and, due to the star-shaped structure, the air still present between the precious metal part and the electrode can escape via radial channels.
- the welding temperature is relatively uniform over the entire cross-section and can be brought to the desired high values, especially in the critical edge area. This significantly increases the durability of the welded joint, which in turn has a positive effect on the life of the spark plug.
- FIG. 1 shows the spark plug electrode and the noble metal part according to the invention before the welding process
- FIG. 2 shows the top view of the profiled side of the noble metal particle
- FIGS. 3a, 3b, 4a, 4b, 5a and 5b show the individual process steps for producing the profiled noble metal part and its welding on the spark plug electrode.
- Figure 1 shows a cut spark plug electrode 10 and a precious metal part 11 which is placed on the end face of the spark plug electrode 10.
- This precious metal part 11 has a smooth end face 12 and a profiled end face 13.
- the noble metal part 11 is arranged so that it rests with its profiled side 13 on the spark plug electrode 10.
- the welding electrode 14 is shown schematically on the side facing away from the spark plug electrode 10 with a smooth surface 12 of the noble metal 11.
- Figure 2 should be used.
- FIG. 2 components that have already been explained for FIG. 1 are provided with the same reference symbols.
- Profiling of the noble metal particle 11 is designed such that the contact surface 20 is located on the outer edge of the noble metal particle 11 between the spark plug electrode 10 and the noble metal part 11. As can be seen in FIG. 2, a star-shaped profile was selected here, which ensures that only the outer regions initially form a contact surface 20 with the spark plug electrode 10.
- FIGS. 3a and 3b The manufacture of the profiled precious metal part according to the invention and its welding to the central electrode will now be explained with reference to FIGS. 3a and 3b, FIGS. 4a and 4b and FIGS. 5a and 5b. Since all the figures relate to the same object, the same reference numerals are used for the same components, which are then not explained again completely anew for the respective figures.
- a noble metal wire 30, for example a platinum wire is guided through a holding part 31 such that the noble metal wire 30 protrudes from this holder 31 in a controlled manner on the other side.
- the length of the precious metal part can be determined by setting or preselecting the protrusion of the precious metal part.
- the portion of the noble metal wire 30 which projects out of the holding part 31 is now sheared off by means of a shearing tool 32.
- one noble metal cutling 40 has already been sheared off the noble metal wire 30. With this inspection method, a relatively large length of the precious metal collar 40 can be achieved even with a relatively small wire diameter.
- the ratio of The length to diameter of the precious metal hemisphere is advantageously greater than 1.
- the precious metal cutling 40 is arranged in a stamping tool (not explained in more detail) between two stamping dies 41 and 42 and is compressed in order to increase the diameter or reduce the length.
- a first stamp 41 with a smooth surface and a second stamp 42 with a profiled surface are provided. Due to this arrangement, the noble metal cutling 40 is embossed into the shape already explained in relation to FIG. 1 during the setting process shown in FIG. one surface has a smooth or planar shape and the opposite surface of the noble metal part 11 has a profiled surface.
- the noble metal part 11 shaped in this way is now, as shown in FIG. 5a, placed on the spark plug electrode 10, for example a central electrode in such a way that the side with the smooth surface 12 is opposite the welding electrode 14.
- This provides a good contact surface with a low contact resistance between the noble metal part 11 to be welded and the welding electrode 14.
- the profiled end face 13 of the noble metal part 11 is arranged opposite the spark plug electrode, so that there is a high contact resistance which is advantageous for the welding process between the spark plug electrode and the noble metal part 11.
- the welding process itself is preferably carried out in two stages, with the profile tips on the contact surfaces 20 being welded with a relatively low current in a first stage. This creates uniform starting conditions for the second welding stage. In the second welding stage, the precious metal is coated with a higher current strength until the full-surface connection to the electrode is welded.
- FIG. 5b shows the connection between spark plug electrode 10 and precious metal part 11 after the welding process.
- This welded composite can now be fed to further processing stages. For example, when used as a center electrode, it is conceivable to chamfer this composite in its edge region in order to ensure that the noble metal particle reaches the furthest to the opposite electrode of the spark plug.
- the described method enables a largely free design of the precious metal part on the spark plug electrode.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
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Abstract
The invention relates to a spark plug electrode onto which a noble-metal part has been welded to prolong the useful life of the spark plug. In the case of the spark plug electrode provided for in the invention, the noble-metal part is profiled on the side facing the spark plug electrode before being welded onto same.
Description
ZündkerzenelektrodeSpark plug electrode
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerzenelektrode, an deren Funkenaustritts- bzw. Funkeneintrittsfläche ein abbrandfestes Edelmetall aufgebracht ist. Der Einsatz vonThe present invention relates to a spark plug electrode, on the spark exit or spark entry surface of which an erosion-resistant noble metal is applied. The use of
Edelmetall beispielsweise Platin oder einer Platinlegierung bewirkt eine wesentlich längere Standzeit der Elektroden, die im Brennraum aufgrund der dort herrschenden Verhältnisse sehr starken Korrosions- und Erosionsbelastungen ausgesetzt sind. Aus Kostengründen ist es bisher nicht vorgesehen, die Elektrode einer Zündkerze ganz aus Edelmetall herzustellen. Aber man hat bereits vielfältige Möglichkeiten gefunden, eine Zündkerzenelektrode zu veredeln. Die DE 3 727 526 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze für Brennkraftmaschinen, bei welchem ein Edelmetallplättchen auf die Stirnseite der Mittel- bzw. Masseelektroden mittels Laserschweißen mit dem Material der Elektrode verbunden wird.Precious metal, for example platinum or a platinum alloy, results in a considerably longer service life for the electrodes, which are exposed to very strong corrosion and erosion loads in the combustion chamber due to the prevailing conditions there. For reasons of cost, it has not previously been provided to manufacture the electrode of a spark plug entirely from precious metal. But a variety of ways have already been found to refine a spark plug electrode. DE 3 727 526 describes a method for producing a spark plug for internal combustion engines, in which a noble metal plate is connected to the material of the electrode on the end face of the center or ground electrodes by means of laser welding.
Der Einsatz veredelter Elektroden für eine Zündkerze wird immer dann in Erwägung gezogen, wenn man sehr lange Standzeiten und längere Wartungsintervalle für eine Zündkerze erreichen möchte . Bekannt ist es hierbei diese Edelmetallteile durch Laserschweißen und Widerstandsschweißen an den Zündkerzenelektroden zu
befestigen. Es ist weiterhin bekannt, zwischen der Elektrode und dem Edelmetallteilchen zum Ausgleich unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten eine ausgleichende Schicht vorzusehen, um so eine bessere und dauerhaftere Verbindung herzustellen.The use of refined electrodes for a spark plug is always considered if you want to achieve very long service lives and longer maintenance intervals for a spark plug. It is known that these precious metal parts are laser welded and resistance welded to the spark plug electrodes fasten. It is also known to provide a compensating layer between the electrode and the noble metal particle in order to compensate for different expansion coefficients, in order in this way to produce a better and more permanent connection.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Verwendung eines Edelmetallteilchens zum Aufschweißen auf die Zündkerzenelektrode, welches einerseits eine glatte Oberfläche und dem gegenüberliegend eine profilierte Oberfläche aufweist, hat den Vorteil, daß die profilierte Oberfläche beim Schweißvorgang aufgrund der kleineren Kontaktfläche einen hohen Übergangswiderstand zwischen Edelmetallteil und Elektrode aufweist, wodurch in der Schweißzone zwischen dem Edelmetallteil und der Zündkerzenelektrode eine entsprechend hohe Wärmeenergie entsteht. Das Vorsehen einer glatten Oberfläche des Edelmetallteilchens auf der der Schweißelektrode zugewandten Seite hat wiederum den Vorteil, daß hier ein kleinerThe use of a noble metal particle for welding onto the spark plug electrode, which has a smooth surface on the one hand and a profiled surface on the other, has the advantage that the profiled surface has a high contact resistance between the noble metal part and the electrode during the welding process due to the smaller contact area, which means in the welding zone A correspondingly high thermal energy arises between the precious metal part and the spark plug electrode. The provision of a smooth surface of the noble metal particle on the side facing the welding electrode in turn has the advantage that here a small one
Übergangswiderstand gegeben ist und weniger an dierser Stelle weniger Wärme als an der Schweißstelle entsteht. Mit der vorliegenden Gestaltung der Schweißverbindung wird ein Aufklaffen und die damit verbundene Korrosion der Schweißverbindung zwischen Edelmetallteil und Elektrode weitgehend vermieden.There is contact resistance and less heat is generated at this point than at the welding point. With the present design of the welded connection, gaping and the associated corrosion of the welded connection between the precious metal part and the electrode is largely avoided.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind weitere vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen veredelten Zündkerzenelektrode gegeben.The measures listed in the subclaims provide further advantageous designs and developments of the refined spark plug electrode according to the invention.
Die Profilierung in der Art, daß die Kontaktflächen zwischen Edelmetallteil und Mittelelektrode zu Beginn des Schweißvorgangs nur im Randbereich des Edelmetallteilchens bestehen, hat den Vorteil, daß die Erwärmung des zu
verschweißenden Ξdelmetallteiles vom Randbereich ausgehend zur Mitte hin anwächst und aufgrund der sternförmigen Struktur die noch vorhandene Luft zwischen Edelmetallteil und Elektrode über radiale Kanäle entweichen kann. Die Schweißtemperatur weist einen relativ gleichmäßigen Verlauf über den gesamten Querschnitt auf und kann besonders in kritischen Randbereich auf die gewünschten hohen Werte gebracht werden. Die Dauerhaltbarkeit der Schweißverbindung wird dadurch wesentlich erhöht, was wiederum die Lebensdauer der Zündkerze positiv beeinflußt.The profiling in such a way that the contact surfaces between the noble metal part and the central electrode only exist in the edge region of the noble metal particle at the beginning of the welding process has the advantage that the heating of the Welding precious metal part grows from the edge area towards the center and, due to the star-shaped structure, the air still present between the precious metal part and the electrode can escape via radial channels. The welding temperature is relatively uniform over the entire cross-section and can be brought to the desired high values, especially in the critical edge area. This significantly increases the durability of the welded joint, which in turn has a positive effect on the life of the spark plug.
Zeichnungdrawing
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert . Es zeigen Figur 1 die Zündkerzenelektrode und das erfindungsgemäße Edelmetallteil vor dem Schweißvorgang, Figur 2 die Draufsicht auf die profilierte Seite des Edelmetallteilchens und die Figuren 3a, 3b, 4a, 4b, 5a und 5b die einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung des profilierten Edelmetallteiles und dessen Aufschweißen auf die Zündkerzenelektrode .Embodiments of the invention are shown in the drawings and explained in more detail in the following description. 1 shows the spark plug electrode and the noble metal part according to the invention before the welding process, FIG. 2 shows the top view of the profiled side of the noble metal particle and FIGS. 3a, 3b, 4a, 4b, 5a and 5b show the individual process steps for producing the profiled noble metal part and its welding on the spark plug electrode.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Figur 1 zeigt eine in geschnittener Zündkerzenelektrode 10 und ein Edelmetallteil 11, welches auf die Stirnseite der Zündkerzeelektrode 10 aufgesetzt ist. Dieses Edelmetallteil 11 weist eine glatte Stirnseite 12 und eine profilierte Stirnseite 13 auf. Das Edelmetallteil 11 ist hierbei so angeordnet, daß es mit seiner profilierten Seite 13 auf der Zündkerzenelektrode 10 aufliegt. Auf der der Zündkerzenelektrode 10 abgewandten Seite mit glatter Oberfläche 12 des Edelmetalls 11 ist schematisch die Schweißelektrode 14 dargestellt.
Zur Verdeutlichung der Gestaltung der profilierten Fläche 13 des Edelmetalls 11 soll Figur 2 herangezogen werden. In der Figur 2 sind Bauteile, die bereits zu Figur 1 erläutert wurden, mit gleichen Bezugszeichen versehen. DieFigure 1 shows a cut spark plug electrode 10 and a precious metal part 11 which is placed on the end face of the spark plug electrode 10. This precious metal part 11 has a smooth end face 12 and a profiled end face 13. The noble metal part 11 is arranged so that it rests with its profiled side 13 on the spark plug electrode 10. The welding electrode 14 is shown schematically on the side facing away from the spark plug electrode 10 with a smooth surface 12 of the noble metal 11. To clarify the design of the profiled surface 13 of the precious metal 11, Figure 2 should be used. In FIG. 2, components that have already been explained for FIG. 1 are provided with the same reference symbols. The
Profilierung des Edelmetallteilchens 11 ist so gestaltet, daß sich zwischen der Zündkerzenelektrode 10 und dem Edelmetallteil 11 die Kontaktfläche 20 am äußeren Rand des Edelmetallteilchens 11 befinden. Wie in Figur 2 zu sehen, wurde hier eine sternförmige Profilierung gewählt, die sicherstellt, daß nur die äußeren Bereiche zunächst mit der Zündkerzenelektrode 10 eine Kontaktfläche 20 bilden.Profiling of the noble metal particle 11 is designed such that the contact surface 20 is located on the outer edge of the noble metal particle 11 between the spark plug electrode 10 and the noble metal part 11. As can be seen in FIG. 2, a star-shaped profile was selected here, which ensures that only the outer regions initially form a contact surface 20 with the spark plug electrode 10.
Anhand der Figuren 3a und 3b, der Figuren 4a und 4b, sowie der Figuren 5a und 5b soll nun die Herstellung des erfindungsgemäßen profilierten Edelmetallteiles und dessen Verschweißen mit der Mittelelektrode erläutert werden. Da sich alle Figuren auf den gleichen Gegenstand beziehen, wird für gleiche Bauteile jeweils gleiche Bezugszeichen verwendet, die dann zu den jeweiligen Figuren nicht nochmals komplett neu erläutert werden.The manufacture of the profiled precious metal part according to the invention and its welding to the central electrode will now be explained with reference to FIGS. 3a and 3b, FIGS. 4a and 4b and FIGS. 5a and 5b. Since all the figures relate to the same object, the same reference numerals are used for the same components, which are then not explained again completely anew for the respective figures.
In Figur 3a wird ein Edelmetalldraht 30 beispielsweise ein Platindraht so durch ein Halteteil 31 geführt, daß der Edelmetalldraht 30 auf der anderen Seite kontrolliert aus diesem Halter 31 herausragt. Über eine Einstellung oder auch Vorwahl des Überstandes des Edelmetallteiles kann die Länge des Edelmetallteiles bestimmt werden. Mittels eines abscherenden Werkzeuges 32 wird nun der Abschnitt des Edelmetalldrahtes 30 abgeschert, der aus dem Halteteil 31 herausragt. In Figur 3b ist von dem Edelmetalldraht 30 bereits der ein Edelmetallscherling 40 abgeschert worden. Mit diesem Abseherverfahren läßt sich auch bei relativ kleinem Drahtdurchmesser eine recht große Länge des Edelmetallscherlings 40 realisieren. Das Verhältnis von
Länge zu Durchmesser des Edelmetallscherlings ist vorteilhafterweise größer als 1.In FIG. 3a, a noble metal wire 30, for example a platinum wire, is guided through a holding part 31 such that the noble metal wire 30 protrudes from this holder 31 in a controlled manner on the other side. The length of the precious metal part can be determined by setting or preselecting the protrusion of the precious metal part. The portion of the noble metal wire 30 which projects out of the holding part 31 is now sheared off by means of a shearing tool 32. In FIG. 3b, one noble metal cutling 40 has already been sheared off the noble metal wire 30. With this inspection method, a relatively large length of the precious metal collar 40 can be achieved even with a relatively small wire diameter. The ratio of The length to diameter of the precious metal hemisphere is advantageously greater than 1.
In Figur 4 ist der Edelmetallscherling 40 in einem nicht näher erläuterten Prägewerkzeug zwischen zwei Prägestempeln 41 und 42 angeordnet und wird zur Durchmesservergrößerung bzw. Längenverringerung gestaucht. Bei diesem Setzvorgang ist ein erster Prägestempel 41 mit einer glatten Oberfläche und ein zweiter Prägestempel 42 mit einer profilierten Oberfläche vorgesehen. Der Edelmetallscherling 40 wird aufgrund dieser Anordnung während des in Figur 4b dargestellten Setzvorganges in die bereits zu Figur 1 erläuterte Form geprägt, d.h. eine Oberfläche hat eine glatte oder auch plane Gestalt und die gegenüberliegende Oberfläche des Edelmetallteiles 11 hat eine profilierte Oberfläche.In FIG. 4, the precious metal cutling 40 is arranged in a stamping tool (not explained in more detail) between two stamping dies 41 and 42 and is compressed in order to increase the diameter or reduce the length. In this setting process, a first stamp 41 with a smooth surface and a second stamp 42 with a profiled surface are provided. Due to this arrangement, the noble metal cutling 40 is embossed into the shape already explained in relation to FIG. 1 during the setting process shown in FIG. one surface has a smooth or planar shape and the opposite surface of the noble metal part 11 has a profiled surface.
Das so geformte Edelmetallteil 11 wird nun, wie in Figur 5a dargestellt, auf die Zündkerzenelektrode 10 beispielsweise eine Mittelelektrode in der Art aufgesetzt, daß die Seite mit der glatten Oberfläche 12 der Schweißelektrode 14 gegenüberliegt. Damit ist zwischen dem zu verschweißenden Edelmetallteil 11 und der Schweißelektrode 14 eine gute Kontaktfläche mit geringem Übergangswiderstand gegeben. Die profilierte Stirnseite 13 des Edelmetallteiles 11 ist der Zündkerzenelektrode gegenüber angeordnet, so daß zwischen der Zündkerzenelektrode und dem Edelmetallteil 11 ein für den Schweißvorgang vorteilhafter hoher Übergangswiderstand gegeben ist . Der Schweißvorgang selbst erfolgt vorzugsweise zweistufig, wobei in einer ersten Stufe die Profilspitzen an den Kontaktflächen 20 mit einer relativ geringen Stromstärke geschweißt werden. Dadurch werden gleichmäßige Ausgangsbedingungen für die zweite Schweißstufe geschaffen. In der zweiten Schweißstufe wird das Edelmetall mit einer
höheren Stromstärke bis zur vollflächigen Verbindung mit der Elektrode geschweißt .The noble metal part 11 shaped in this way is now, as shown in FIG. 5a, placed on the spark plug electrode 10, for example a central electrode in such a way that the side with the smooth surface 12 is opposite the welding electrode 14. This provides a good contact surface with a low contact resistance between the noble metal part 11 to be welded and the welding electrode 14. The profiled end face 13 of the noble metal part 11 is arranged opposite the spark plug electrode, so that there is a high contact resistance which is advantageous for the welding process between the spark plug electrode and the noble metal part 11. The welding process itself is preferably carried out in two stages, with the profile tips on the contact surfaces 20 being welded with a relatively low current in a first stage. This creates uniform starting conditions for the second welding stage. In the second welding stage, the precious metal is coated with a higher current strength until the full-surface connection to the electrode is welded.
In Figur 5b ist die Verbindung Zündkerzenelektrode 10 und Edelmetallteil 11 nach dem Schweißvorgang dargestellt. Dieser verschweißte Verbund kann nun weiteren Bearbeitungsstufen zugeführt werden. So ist es beispielsweise denkbar, bei einer Verwendung als Mittelelektrode diesen Verbund in seinem Randbereich abzuschrägen, um sicherzustellen, daß das Edelmetallteilchen am weitesten an die gegenüberliegende Elektrode der Zündkerze heranreicht .FIG. 5b shows the connection between spark plug electrode 10 and precious metal part 11 after the welding process. This welded composite can now be fed to further processing stages. For example, when used as a center electrode, it is conceivable to chamfer this composite in its edge region in order to ensure that the noble metal particle reaches the furthest to the opposite electrode of the spark plug.
Das beschriebene Verfahren ermöglicht eine weitgehende freie Gestaltung des Edelmetallteiles an der Zündkerzenelektrode.The described method enables a largely free design of the precious metal part on the spark plug electrode.
Es sind prinzipiell die verschiedensten Profilierungen des Edelmetallteiles denkbar. Wichtig ist jedoch in jedem Fall, daß die Kontaktpunkte zwischen Edelmetallteil und Elektrode jeweils am Randbereich des Edelmetallteiles liegen. Bei einer Erwärmung wird so an dieser Stelle im kritischen Randbereich zuerst die notwendige Schweißtemperatur erreicht werden, die sich dann zur Mitte des Edelmetallteiles hin ausbreitet und so für eine flächige gute Schweißverbindung und einen sauber verschweißten Randbereich sorgt.
In principle, a wide variety of profiles of the precious metal part are conceivable. However, it is important in any case that the contact points between the noble metal part and the electrode are in each case on the edge region of the noble metal part. When heated, the necessary welding temperature will be reached at this point in the critical edge area, which will then spread to the center of the precious metal part, thus ensuring a good welded area and a cleanly welded edge area.
Claims
1. Zündkerzenelektrode mit an der Funkenaustritts- bzw. Funkeneintrittsfläche aufgeschweißten Edelmetallteil dadurch gekennzeichnet, daß das Edelmetallteil (11) vor dem Schweißen auf der der Zündkerzenelektrode (10) zugewandten Seite eine profilierte Oberfläche (13) und auf der der Zündkerzenelektrode (10) abgewandten Seite eine glatte Oberfläche (12) aufweist.1. Spark plug electrode with welded on the spark outlet or spark entry surface noble metal part, characterized in that the noble metal part (11) prior to welding on the spark plug electrode (10) side facing a profiled surface (13) and on the side facing away from the spark plug electrode (10) has a smooth surface (12).
2. Zündkerzenelektrode nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die profilierte Oberfläche (13) des Edelmetallteiles (11) so gestaltet ist, daß zu Beginn des Schweißvorganges nur am äußeren Randbereich des2. Spark plug electrode according to claim 1, characterized in that the profiled surface (13) of the noble metal part (11) is designed such that at the beginning of the welding process only on the outer edge region of the
Edelmetallteiles Kontaktflächen (20) zwischen Edelmetallteil (11) und Zündkerzenelektrode (10) gegeben sind.
Precious metal part contact surfaces (20) between the noble metal part (11) and spark plug electrode (10) are given.
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