EP1158632B1 - Mittelektrode mit Edelmetallarmierung - Google Patents

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EP1158632B1 EP01102256A EP01102256A EP1158632B1 EP 1158632 B1 EP1158632 B1 EP 1158632B1 EP 01102256 A EP01102256 A EP 01102256A EP 01102256 A EP01102256 A EP 01102256A EP 1158632 B1 EP1158632 B1 EP 1158632B1
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Definitions

  • the invention relates to a center electrode with precious metal reinforcement and a process for their manufacture.
  • Center electrodes with precious metal reinforcement are preferably used for high voltage ignition used, the reinforcement for example by inserting precious metal balls, platelets, pins into the center electrode by welding. manufacturing of the precious metal items and their introduction into the center electrode is very complex in terms of process engineering.
  • center electrodes Another disadvantage of known center electrodes is in that the welding zone between the precious metal and the nickel alloy, which is usually the basis of Center electrodes is hot gas corrosion and spark erosion is exposed, so because of the resulting Damage the life expectancy is limited.
  • the object underlying the invention is therefore in it, a center electrode with precious metal reinforcement, the a long service life, good cold start properties and one low voltage requirement even after long engine runtimes has, as well as a method for producing such To create center electrode.
  • the inventive Center electrode made of a good heat conductor Core 1, for example made of copper, and a jacket 2 hot gas corrosion-resistant material, preferably nickel-based alloy.
  • the center electrode has a tapered ignition tip 2a on, this area having a diameter of about 2 mm or less.
  • the center electrode is on the ignition side a section 3a of a precious metal wire 3, in particular made of platinum, provided as reinforcement.
  • the ignition side Edge area 5 of section 3a is formed with sharp edges.
  • the diameter of the precious metal section 3a corresponds here the diameter of the tapered ignition tip 2a of the center electrode.
  • Precious metal section 3a and tapered ignition tip 2a are flat on their contact surface by butt welding processes, such as resistance welding or friction welding and on the outer circumference by radiation welding such as laser welding welded.
  • the electrode wire first is welded flat to the ignition tip 2a, after cutting the electrode wire by means of radiation welding on the outer circumference in the area of the contact surface an alloy region 6 is formed, in which the materials of the Precious metal section 3a and the tapered firing tip 2a to an alloy of both are fused.
  • the height H of the precious metal section 3a about 0.5 mm.
  • a method for producing the invention The center electrode is shown schematically in FIG. 2.
  • the method according to the invention is extremely advantageous by the fact that instead of making individual Precious metal inserts, as described at the beginning, Precious metal continuous wire can be used which is essential is easier and less manageable.
  • Cutting off the continuous wire allows training sharp edges with appropriate cutting tools; these sharp cut edges are on repeat starts and Cold starts are particularly effective because they require voltage is lowered.
  • the life expectancy of the center electrode according to the invention is over 100,000 kilometers. Through education an alloy between the precious metal and the material of the central electrode jacket are hot gas corrosion attacks, Spark erosion and chemical attacks on the Welding point of the precious metal reinforcement and the central electrode prevented. By tapering the center electrode good mixture accessibility is also achieved.
  • the spark formation at the center electrode according to the invention by the tapered Ignition tip and through the formation of a platinum / nickel alloy in the resistance welding zone the effect is that the spark in the smallest ignition gap during the breakdown phase forms between the center electrode and the ground electrode.
  • the spark changes from Precious metal on the "base” metal, i.e. the spark changes from platinum to the nickel alloy of the central electrode, see above that the actual spark erosion burn in one place the center electrode takes place, which does not meet the voltage requirement the spark gap affected.
  • the ignition gap between Center electrode (which is the spark outlet surface on the ignition side completely made of precious metal) and possibly also Precious metal armored electrode remains relative constant, so that long lifetimes are realized.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Mittelelektrode mit Edelmetallarmierung sowie ein Verfahren zur ihrer Herstellung.
Mittelelektroden mit Edelmetallarmierung, insbesondere Elektroden mit Platinspitze werden vorzugsweise zur Hochspannungszündung verwendet, wobei die Armierung beispielsweise durch Einfügen von Edelmetallkugeln, -plättchen, - stiften in die Mittelelektrode durch Schweißen erfolgt. Herstellung der Edelmetalleinzelstücke und ihre Einbringung in die Mittelelektrode sind verfahrenstechnisch sehr aufwendig.
Aus der US 5197313 das als nächstliegender Stand der Technik augesehen wird, ist es beispielsweise bekannt, eine Mittelektrode für eine Zündkerze dadurch herzustellen, dass auf die Stirnseite eines Mittelelektrodenkörpers ein Draht aus einem verschleißfesten Werkstoff, insbesondere aus Platin aufgeschweißt wird und in einem vorbestimmten Abstand von der Schweißstelle so durchtrennt wird, dass ein Pellet bleibt, das auf den Elektrodenkörper geschweißt ist. Das Pellet wird anschließend durch Prägen auf dem Elektrodenkörper abgeflacht, woraufhin während eines zweiten Schweißvorganges, bei dem Druck auf das Pellet ausgeübt wird, dieses in den Werkstoff des Elektrodenkörpers getrieben wird.
Ein weiterer Nachteil bekannter Mittelelektroden besteht darin, dass die Schweißzone zwischen dem Edelmetall und der Nickellegierung, die üblicherweise die Basis von Mittelelektroden ist, Heißgaskorrosionen und Funkenerosionen ausgesetzt ist, so dass wegen der daraus resultierenden Schäden die Lebensdauererwartung begrenzt ist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, eine Mittelelektrode mit Edelmetallarmierung, die eine hohe Lebensdauer, gute Kaltstarteigenschaften und einen niedrigen Spannungsbedarf auch nach hohen Motorlaufzeiten hat, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Mittelelektrode zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren und die im Anspruch 7 angegebene Mittelektrode gelöst. vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Mittelelektrode sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 6 bzw. der Ansprüche 8 bis 11.
Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt
  • Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch den Zündspitzenbereich einer erfindungsgemäßen Mittelelektrode und
  • Fig. 2 schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
    • Bei der dargestellten Ausführungsform besteht die erfindungsgemäße Mittelelektrode aus einem gut wärmeleitenden Kern 1, beispielsweise aus Kupfer, und einem Mantel 2 aus heißgaskorrosionsbeständigem Werkstoff, vorzugsweise Nickelbasislegierung.
    Die Mittelelektrode weist eine verjüngte Zündspitze 2a auf, wobei dieser Bereich einen Durchmesser von etwa 2 mm oder weniger besitzt. Die Mittelelektrode ist zündseitig mit einem Abschnitt 3a eines Edelmetalldrahtes 3, insbesondere aus Platin, als Armierung versehen. Hierbei ist der zündseitige Randbereich 5 des Abschnitts 3a scharfkantig ausgebildet.
    Der Durchmesser des Edelmetallabschnitts 3a entspricht hier dem Durchmesser der verjüngten Zündspitze 2a der Mittelelektrode. Edelmetallabschnitt 3a und verjüngte Zündspitze 2a sind an ihrer Kontaktfläche flächig durch Stumpfschweißverfahren, wie Widerstandsschweißen oder Reibschweißen und am Außenumfang durch Strahlungsschweißen wie Laserschweißen verschweißt. Während der Elektrodendraht zunächst flächig mit der Zündspitze 2a verschweißt wird, wird nach dem Abschneiden des Elektrodendrahtes mittels Strahlungsschweißens am äußeren Umfang im Bereich der Kontaktfläche ein Legierungsbereich 6 gebildet, in der die Werkstoffe des Edelmetallabschnitts 3a und der verjüngten Zündspitze 2a zu einer Legierung aus beiden verschmolzen sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Höhe H des Edelmetallabschnitts 3a etwa 0,5 mm.
    Ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Mittelelektrode wird in Fig. 2 schematisch wiedergegeben.
    Gemäß Fig. 2a wird auf die verjüngte Zündspitze 2a der Mittelelektrode ein Edelmetall-Endlosdraht 3 aufgesetzt und flächig durch ein Stumpfschweißverfahren wie Widerstandsschweißen oder Reibschweißen verschweißt, wobei bevorzugt die Durchmesser des Drahtes 3 und der Zündspitze 2a gleich sind.
    Gemäß Fig. 2b wird der Draht 3 bis auf einen verbleibenden Abschnitt 3a scharfkantig abgeschnitten. Die Legierungsbildung zwischen Edelmetalldraht-Abschnitt 3a und Zündspitze 2a erfolgt gemäß Fig. 2c im Außenbereich 6 ihrer Auflage aufeinander durch Strahlungsschweißen C, bevorzugt Laserschweißen, unter Bildung einer Legierung des Edelmetalles mit dem Mittelelektrodenmantelwerkstoff.
    Das erfindungsgemäße Verfahren ist überaus vorteilhaft durch den Umstand, daß anstelle der Anfertigung einzelner Einsatzstücke aus Edelmetall, wie eingangs beschrieben, Edelmetall-Endlosdraht verwendet werden kann, der wesentlich leichter und unaufwendiger handhabbar ist.
    Das Schweißen des Endlosdrahtes mit herkömmlichen Widerstandsschweißeinrichtungen ist ohne weiteres durchführbar.
    Das Abschneiden des Endlosdrahtes erlaubt die Ausbildung scharfer Kanten bei entsprechenden Schneidwerkzeugen; diese scharfen Schnittkanten sind bei Wiederholstarts und Kaltstarts besonders wirkungsvoll, weil durch sie der Spannungsbedarf abgesenkt wird.
    Die Lebensdauererwartung der erfindungsgemäßen Mittelelektrode liegt bei über 100.000 Kilometer. Durch die Bildung einer Legierung zwischen dem Edelmetall und dem Material des Mittelelektrodenmantels werden Heißgaskorrosionsangriffe, Funkenerosion und chemische Angriffe auf die Schweißstelle der Edelmetallarmierung und der Mittelelektrode verhindert. Durch die Verjüngung der Mittelelektrode wird zusätzlich gute Gemischzugänglichkeit bewirkt.
    Es wurde gefunden, daß bei der Funkenausbildung an der erfindungsgemäßen Mittelelektrode sich durch die verjüngte Zündspitze und durch die Bildung einer Platin/Nickel-Legierung in der Widerstandsschweißzone der Effekt ergibt, daß sich in der Durchbruchsphase der Funke im kleinsten Zündspalt zwischen Mittelelektrode und Masseelektrode bildet. In der Bogenphase und in der Glimmphase wechselt der Funke vom Edelmetall auf das "unedle" Metall, d.h. der Funke wechselt vom Platin auf die Nickellegierung der Mittelelektrode, so daß der eigentliche funkenerosive Abbrand an einer Stelle der Mittelelektrode stattfindet, der nicht den Spannungsbedarf der Funkenstrecke beeinflußt. Der Zündspalt zwischen Mittelelektrode (die zündseitige Funkenaustrittsfläche ist vollständig aus Edelmetall) und der gegebenenfalls ebenfalls mit Edelmetall armierten Masseelelektrode bleibt relativ konstant, so daß hohe Lebensdauern realisiert werden. Ein weiterer Vorteil besteht schließlich darin, daß sich durch den oben beschriebenen Effekt der Funke von der verjüngten, mit Edelmetall armierten Zündspitze in Richtung Mittelelektrode bewegt und dadurch in der Bogen- und Glimmphase (hier fließt der Strom der das Gemisch entflammt) einen längeren Plasmakanal ausbildet, was wiederum zu verbesserter Entflammung des Gemisches führt.

    Claims (11)

    1. Verfahren zur Herstellung einer Mittelelektrode mit Edelmetallarmierung, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Mittelektrode verwendet, deren Zündspitze (2a) gegenüber dem Mittelelektrodenkörper (1/2) verjüngt ist, dass man auf die verjüngte Zündspitze (2a) einen Edelmetalldraht(3), dessen Querschnitt dem Querschnitt der verjüngten Zündspitze entspricht, flächig aufschweißt, und dass man diesen Edelmetalldraht (3) in gewünschter Höhe (H) scharfkantig abschneidet.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man den Kontaktbereich von verbleibendem Abschnitt (3a) des Edelmetalldrahtes (3) und der verjüngten Zündspitze (2a) von außen durch Strahlungsschweißen, vorzugsweise Laserschweißen unter Legierungsbildung verschweißt.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Mittelektrode verwendet, deren Zündspitze auf einen Durchmesser von 2 mm, vorzugsweise 1 mm oder weniger verjüngt ist.
    4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Edelmetallendlosdraht (3) verwendet, dessen Durchmesser 2 mm, vorzugsweise 1 mm oder weniger beträgt.
    5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man den Edelmetalldraht (3) auf einen verbleibenden Abschnitt (3a) der Höhe (H) von 0,3 bis 1,0 mm scharfkantig abschneidet.
    6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verbindung von verjüngter Zündspitze (2a) der Mittelelektrode mit dem Edelmetalldraht (3) durch Widerstandsschweißen bewirkt.
    7. Mittelelektrode mit Edelmetallarmierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine verjüngte Zündspitze (2a) aufweist, auf die stirnseitig ein Abschnitt (3a) eines Edelmetalldrahtes (3), der stirnseitig von scharfen Kanten (5) begrenzt wird, flächig aufgeschweißt ist, und wobei sich um den Bereich der Anlage von Edelmetalldrahtabschnitt (3a) an der verjüngten Zündspitze (2a) ein Legierungsbereich (6) zwischen dem Edelmetall und dem Material der Zündspitze der Mittelelektrode ringförmig erstreckt.
    8. Mittelelektrode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der verjüngten Zündspitze der Mittelelektrode 2 mm, vorzugsweise 1 mm oder weniger beträgt.
    9. Mittelelektrode nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des verbleibenden Edelmetalldrahtabschnittes (3a) 2 mm, vorzugsweise 1 mm, insbesondere weniger als 1 mm beträgt.
    10. Mittelelektrode nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (H) des verbleibenden Abschnitts (3a) des Edelmetalldrahtes 0,3 bis 1,0 mm beträgt.
    11. Mittelelektrode nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungsbereich (6) durch Laserschweißen ausgebildet ist.
    EP01102256A 2000-05-23 2001-01-31 Mittelektrode mit Edelmetallarmierung Expired - Lifetime EP1158632B1 (de)

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    EP1158632A1 EP1158632A1 (de) 2001-11-28
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    EP (1) EP1158632B1 (de)
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