EP1212818A1 - Zündeinrichtung und verfahren zur herstellung derselben - Google Patents

Zündeinrichtung und verfahren zur herstellung derselben

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Publication number
EP1212818A1
EP1212818A1 EP00965783A EP00965783A EP1212818A1 EP 1212818 A1 EP1212818 A1 EP 1212818A1 EP 00965783 A EP00965783 A EP 00965783A EP 00965783 A EP00965783 A EP 00965783A EP 1212818 A1 EP1212818 A1 EP 1212818A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
spark plug
ignition device
housing
thread
screw
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00965783A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Carsten Venn
Klaus Hrastnik
Thomas Jaeger
Hellmut Schmid
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1212818A1 publication Critical patent/EP1212818A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation

Definitions

  • the invention relates to an ignition device according to the preamble of claim 1 and to a method for producing the same.
  • Spark plugs essentially consist of a metallic housing and an insert which comprises a ceramic insulator, a connecting pin and a center electrode.
  • the steel materials used for the housing for functional, manufacturing and cost reasons corrode primarily due to the hot and corrosive atmosphere that occurs in a vehicle during operation.
  • the steel housing is usually covered with a metal layer.
  • the metal protective layer For example, zinc or nickel is used as the metal protective layer.
  • the anti-corrosion effect of zinc is due to the fact that it corrodes as a base metal instead of iron and forms what is known as white rust. This cathodic protection effectively prevents corrosion of the iron.
  • white rust is undesirable for aesthetic reasons.
  • the metal Nikkei which is more electrochemically nobler than iron, can also be used to create a corrosion protection layer.
  • the problem is that mechanical damage to the protective layer leads to corrosion of the exposed iron and thus to the formation of so-called red rust.
  • DE-PS 38 41 215 C2 it is proposed to apply a chromate layer to prevent the formation of red rust on the nickel protective layer, which layer covers the cracks and pores contained in the protective layer.
  • the chromate treatment is associated with high environmental risks.
  • the ignition device according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that the lacquer layer provides effective corrosion protection that is permanent and easy to achieve, even at higher temperatures.
  • a spark plug that has been coated with a varnish according to the invention shows no signs of corrosion, even after 100 hours of salt spray testing.
  • the painting of the ignition device can be combined with other methods of corrosion protection such as nickel plating or galvanizing.
  • other methods of corrosion protection such as nickel plating or galvanizing.
  • a variety of painting methods are available that allow the painting process to be adapted to the assembly of the ignition device. sen.
  • the individual components are preferably painted after assembly on the finished ignition device.
  • FIG. 1 shows a sectional illustration of an exemplary embodiment of this spark plug
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of the method according to the invention for producing the same.
  • the spark plug according to the present invention comprises a tubular metallic housing 13 in which a ceramic
  • Insulator 24 is arranged.
  • the insulator 24 envelops a central electrode 22 at its end 27 on the combustion chamber side and insulates it electrically from the housing 13. It also contains a contact pin 20, which serves to transmit the voltage to the central electrode 22, and a connecting means 11 at its end 28
  • the connecting means 11 ensures the electrical contacting of the central electrode 22 to an external voltage supply, not shown.
  • It essentially comprises a connection bolt 12, which is additionally provided at its connection-side end is provided with a thread and a connecting nut 19.
  • a burn-up resistor 25 which consists of an electrically conductive glass and which both mechanically anchors the spark plug components arranged in the insulator 24 and also represents a gas-tight seal against the combustion pressure.
  • the electrodes 21, 22 consist of a multi-material alloy based on nickel and contain, for example, a copper core. However, it is also possible to use silver, platinum or platinum alloys as electrode materials.
  • the housing 13 has a hexagon 14 on its outside, which enables the spark plug to be screwed into an engine block. Furthermore, an outer sealing seat 16 is provided, which seals the ambient atmosphere from the combustion chamber. The screw-in thread 18 stamped on the housing 13 serves to anchor the spark plug in the engine block.
  • the housing 13 Adjacent to the hexagon 14, the housing 13 contains a shrink groove 15. During the manufacturing process of the spark plug, the housing 13 briefly becomes high
  • the shrink puncture heats up to temperatures of approximately 1200 ° C.
  • a high mechanical pressure is exerted on the housing 13 along the longitudinal axis of the spark plug, under the effect of which the shrink groove 15 deforms. This The process is called hot pressing and serves to seal the spark plug.
  • the metallic components of the spark plug are protected against corrosion by the application of a
  • Paint coating on the components forming the outer surface of the spark plug Paint coating on the components forming the outer surface of the spark plug.
  • heat-stable, moisture and solvent-resistant varnishes are preferred, which are preferably UV-curing in order to allow the varnish to set quickly.
  • the varnishes are preferably colorless, but they can also be provided with color pigments.
  • a spray method is particularly suitable in which the areas of the spark plug that are not to be painted are covered with a template and the spark plug is rotated about its longitudinal axis during the process.
  • a combined spray-suction method the so-called vacuum technology, can alternatively be used.
  • the paint is sprayed onto the spark plug to be painted in a targeted jet, simultaneously swirled strongly by suction devices arranged next to the spray nozzle, and excess paint is immediately sucked off.
  • an ink-jet technique can be used, in which a targeted jet of fine droplets is sprayed on in such a way that the droplets hit the surface close to one another.
  • painting 1 of the spark plug is particularly advantageous after complete assembly a of spark plug B from components A. This eliminates the need to integrate painting units into production lines. and also allows you to optionally only paint those spark plugs that are intended, for example, for a particularly long service life (long-life type) - If the spark plug is manufactured using a hot-pressing process, painting before assembly a would therefore be disadvantageous, because the high temperatures that occur during hot pressing would damage the lacquer layer in the area of the shrink recess 15. Alternatively, if the spark plug is sealed using a cold press process, the components can also be individually painted before assembly a of spark plug B. In this case, painting can also be done using immersion baths.
  • the assembled spark plug B is first metallized m and the metallized spark plug B ⁇ is then painted 1, the metallized and painted spark plug C being obtained.
  • the direct painting 1 of the non-metallized spark plug B to C is also possible.
  • the combination of metallization m and coating 1 advantageously brings about better protection against mechanical damage to the corrosion protection layer, since two protective layers arranged one above the other are applied; dispensing with the metallization m, on the other hand, leads to improved adhesion of the coating 1 to the components to be protected against corrosion.
  • the coating of the thread 18 can be described as particularly advantageous since not only the corrosion protection of the component can be ensured here, but also an influence is exerted on the sliding properties of the component. This is an important aspect for spark plugs with a long service life, since these can often only be removed from the engine block with great difficulty after a long period of operation.
  • the generation of corrosion protection by means of a paint is not limited to spark plugs.
  • the glow plugs which are similar in their construction and are used, for example, as a starting aid for diesel engines, are also effectively protected against corrosion with the help of a lacquer coating.

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Abstract

Es wird eine Zündeinrichtung vorgeschlagen, insbesondere eine Zündkerze für Ottomotoren, die ein elektrisches Anschlussmittel (11) und ein rohrförmiges metallisches Gehäuse (13) mit einem darauf aufgeprägten Einschraubgewinde (18) beinhaltet. Mindestens eine der metallischen Komponenten der Zündkerze ist mit einem Lacküberzug versehen, der dem Korrosionschutz der Zündkerze dient.

Description

Zündeinrichtung und Verfahren zur Herstellung derselben
Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zündeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf ein Verfahren zur Herstellung derselben.
Zündkerzen bestehen im wesentlichen aus einem metallischen Gehäuse und einem Einsatz, der einen keramischen Isolator, einen Anschlußbolzen und eine Mittelelektrode umfaßt. Die für das Gehäuse aus Funktions-, Herstellungs- und Kostengründen verwendeten Stahlwerkstoffe korrodieren vor allem durch die heiße und korrosive Atmosphäre, wie sie in einem Fahrzeug bei Betrieb auftritt. Zum Schutz gegen Korrosion wird das Stahlgehäuse üblicherweise mit einer Metallschicht überzogen.
Als Metallschutzschicht wird beispielsweise Zink oder Nickel verwendet. Die Korrosionsschutzwirkung des Zinks beruht dar- auf, daß es als unedleres Metall anstelle des Eisens korrodiert und sogenannten Weißrost bildet. Dieser kathodische Schutz verhindert wirksam die Korrosion des Eisens. Die Bildung von Weißrost ist jedoch aus ästhetischen Gründen unerwünscht . Das im Vergleich zu Eisen elektrochemisch edlere Metall Nikkei kann ebenfalls zur Erzeugung einer Korrosionsschutzschicht verwendet werden. Problematisch ist daran, daß mechanische Verletzungen der Schutzschicht zur Korrosion des freigelegten Eisens führen und somit zur Bildung von sogenanntem Rotrost. In der DE-PS 38 41 215 C2 wird vorgeschlagen, zur Verhinderung der Rotrostbildung auf die Nickel - Schutzschicht eine ChromatSchicht aufzubringen, die die in der Schutzschicht enthaltenen Risse und Poren überdeckt. Die Chromatbehandlung ist jedoch mit hohen Umweltrisiken verbunden.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Zündeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß die Lackschicht einen wirksamen, selbst bei höheren Temperaturen dauerhaften und einfach zu erzielenden Korrosionsschutz bewirkt. So zeigt beispielsweise eine Zündkerze, die erfindungsgemäß mit einem Lacküberzug versehen wurde, auch nach 100 Stunden Salznebelprüfung keinerlei Korrsionserscheinun- gen.
Mit den in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Zündeinrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich.
So kann die Lackierung der Zündeinrichtung mit anderen Verfahren des Korrosionsschutzes wie Vernickeln oder Verzinken kombiniert werden. Darüber hinaus steht eine Vielzahl von Lackierungsmethoden zur Verfügung, die es erlauben, den Lak- kierungsvorgang an die Montage der Zündeinrichtung anzupas- sen. Die Lackierung der einzelnen Bauteile erfolgt vorzugsweise nach der Montage an der fertigen Zündeinrichtung.
Als besonders vorteilhaft kann bezeichnet werden, daß sich mit Hilfe eines Lacküberzugs über den Korrosionsschutz hinaus nicht nur die optische Wirkung der Zündeinrichtung verbessern läßt, sondern beispielsweise auch die Gleiteigenschaft eines auf das Gehäuse aufgeprägten Gewindes günstig beeinflußt wird.
Zeichnung
Eine Ausführung der Erfindung ist am Beispiel einer Zündkerze in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Figur 1 eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels dieser Zündkerze und Figur 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung derselben.
Ausführungsbeispiel
Die Zündkerze gemäß vorliegender Erfindung umfaßt ein rohr- förmiges metallisches Gehäuse 13, in dem ein keramischer
Isolator 24 angeordnet ist. Der Isolator 24 umhüllt an seinem brennraumseitigen Ende 27 eine Mittelelektrode 22 und isoliert sie elektrisch gegenüber dem Gehäuse 13. Er enthält ebenfalls einen Kontaktstift 20, der der Übertragung der Spannung auf die Mittelelektrode 22 dient, und an seinem an- schlußseitigen Ende 28 ein Anschlußmittel 11. Das Anschlußmittel 11 gewährleistet die elektrische Kontaktierung der Mittelelektrode 22 an eine externe, nicht dargestellte Spannungsversorgung. Es umfaßt im wesentlichen einen Anschluß- bolzen 12, der zusätzlich an seinem anschlußseitigen Ende mit einem Gewinde und einer Anschlußmutter 19 versehen ist. Zwischen dem Anschlußmittel 11 und dem Kontaktstift 20 befindet sich ein Abbrandwiderstand 25, der aus einem elektrisch leitenden Glas besteht und der sowohl eine mechani- sehe Verankerung der im Isolator 24 angeordneten Zündkerzenkomponenten bewirkt als auch einen gasdichten Abschluß gegenüber dem Verbrennungsdruck darstellt. Zwischen dem Isolator 24 und dem Gehäuse 13 befindet sich ein innerer Dicht- sitz 17, der das Innere der Zündkerze 10 gegenüber dem Ver- brennungsraum abdichtet.
Am Gehäuse 13 sind bis zu vier Masseelektroden 21 angeschweißt . Zwischen ihnen und der Mittelelektrode 22 wird der Zündfunke erzeugt. Die Elektroden 21, 22 bestehen aus einer Mehrstofflegierung auf Nickelbasis und enthalten beispielsweise einen Kupferkern. Es ist aber auch möglich, Silber, Platin oder Platinlegierungen als Elektrodenwerkstoffe heranzuziehen.
Das Gehäuse 13 weist an seiner Außenseite einen Sechskant 14 auf, der das Einschrauben der Zündkerze in einen Motorblock ermöglicht. Des weiteren ist ein äußerer Dichtsitz 16 vorgesehen, der die Umgebungsatmosphäre gegenüber dem Verbrennungsraum abdichtet . Das auf dem Gehäuse 13 aufgeprägte Ein- schraubgewinde 18 dient der Verankerung der Zündkerze im Motorblock.
Benachbart zum Sechskant 14 beinhaltet das Gehäuse 13 einen Schrumpfeinstich 15. Während des Herstellungsprozesses der Zündkerze wird das Gehäuse 13 kurzzeitig mit einer hohen
Spannung beaufschlagt. Auf diese Weise erhitzt sich der Schrumpfeinstich auf Temperaturen von ungefähr 1200°C. Gleichzeitig wird auf das Gehäuse 13 entlang der Längsachse der Zündkerze ein hoher mechanischer Druck ausgeübt, unter dessen Wirkung sich der Schrumpfeinstich 15 verformt. Dieser Vorgang wird als Heißverpressen bezeichnet und dient der Abdichtung der Zündkerze.
Erfindungsgemäß erfolgt der Korrosionsschutz der metalli- sehen Komponenten der Zündkerze durch das Aufbringen eines
Lacküberzugs auf die die Außenfläche der Zündkerze bildenden Komponenten. In Frage kommen vor allem hitzestabile, feuch- tigkeits- und lösungsmittelfeste Lacke, die bevorzugt UV- härtend sind, um ein rasches Abbinden des Lackes zu ermögli- chen. Die Lacke sind vorzugsweise farblos, sie können aber auch mit Farbpigmenten versehen sein.
Für die Lackierung 1 der Zündkerze B zur Herstellung der lackierten Zündkerze C (siehe Figur 2) kommen mehrere Lak- kierungsverfahren in Frage. Besonders geeignet ist beispielsweise ein Sprühverfahren, bei dem die Bereiche der Zündkerze, die nicht lackiert werden sollen, mit einer Schablone abgedeckt und die Zündkerze während des Prozesses um ihre Längsachse gedreht wird. Neben diesem, als Schablonie- ren bezeichneten Verfahren kann alternativ auch ein kombiniertes Sprüh-Absaugverfahren, die sogenannte Vakuumattech- nik, angewandt werden. Dabei wird der Lack in einem zielgerichteten Strahl auf die zu lackierende Zündkerze gesprüht, gleichzeitig durch neben der Sprühdüse angeordnete Absaug- Vorrichtungen stark verwirbelt und überschüssiger Lack sofort abgesaugt. Als weiteres besonders geeignetes Verfahren kann eine Ink-Jet Technik angewandt werden, bei der ein zielgerichteter Strahl feiner Tröpfchen so aufgesprüht wird, daß die Tröpfchen dicht nebeneinander auf der Oberfläche auftreffen.
Die Lackierung 1 der Zündkerze erfolgt aus fertigungstechnischen Gründen besonders vorteilhaft nach der vollständigen Montage a der Zündkerze B aus den Bauteilen A. Dies erübrigt die Integration von Lackierungseinheiten in Fertigungsstra- ßen und ermöglicht darüber hinaus, optional nur diejenigen Zündkerzen zu lackieren, die beispielsweise für besonders lange Standzeiten gedacht sind (Long-Life Typ) - Wird die Zündkerze über ein Heißpressverfahren hergestellt, so wäre eine Lackierung vor der Montage a schon deshalb nachteil- haft, weil durch die bei der Heißverpressung auftretenden hohen Temperaturen die Lackschicht im Bereich des Schrumpf- einstichs 15 beschädigt würde. Wird die Zündkerze alternativ mit einem Kaltpressverfahren abgedichtet, so können die Bau- teile auch vor der Montage a der Zündkerze B einzeln lak- kiert werden. In diesem Fall kann die Lackierung auch mittels Tauchbädern erfolgen.
Es ist je nach den Erfordernissen möglich, als Korrosions- schütz eine Kombination aus Metallisierung m und Lackierung 1 zu verwenden. Dabei wird, wie in Figur 2 dargestellt, die montierte Zündkerze B zunächst metallisiert m und die metallisierte Zündkerze Bλ anschließend lackiert 1, wobei man die metallisierte und lackierte Zündkerze C erhält. Die direkte Lackierung 1 der nicht metallisierten Zündkerze B zu C ist ebenfalls möglich. Die Kombination von Metallisierung m und Lackierung 1 bewirkt vorteilhaft einen besseren Schutz vor mechanischen Beschädigungen der Korrosionsschutzschicht, da zwei übereinander angeordnete Schutzschichten aufgetragen werden; der Verzicht auf die Metallisierung m führt dagegen zu einer verbesserten Haftung der Lackierung 1 auf den vor Korrosion zu schützenden Bauteilen.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens können prinzipi- eil alle von Korrosion betroffenen Bauteile der Zündkerze geschützt werden, die nicht einer Temperatur von wesentlich mehr als 400°C ausgesetzt sind. Hier steht vor allem das Gehäuse 13 im Vordergrund, das einschließlich oder ausschließlich des Gewindes 18 lackiert wird. Dabei ist zu beachten, daß der verwendete Lack eine für die am Sechskant 14 angrei- fenden mechanischen Kräfte ausreichende Abriebfestigkeit aufweist. Je nach Anforderung wird zusätzlich eine Lackierung des Anschlußmittels 11 durchgeführt. Dies betrifft im wesentlichen den Anschlußbolzen 12 und die Anschlußmutter 19.
Als besonders vorteilhaft kann die Lackierung des Gewindes 18 bezeichnet werden, da hier nicht nur der Korrosionsschutz des Bauteils sichergestellt werden kann, sondern darüber hinaus auch ein Einfluß auf die Gleiteigenschaften des Bauteils genommen wird. Dies stellt vor allen Dingen bei Zündkerzen mit langer Standdauer einen wichtigen Aspekt dar, da diese nach einer langen Betriebszeit oft nur unter großen Schwierigkeiten wieder aus dem Motorblock entfernt werden können.
Die Erzeugung eines Korrosionsschutzes mittels einer Lackierung ist nicht auf Zündkerzen beschränkt. So werden die in ihrem Aufbau ähnlichen und beispielsweise als Starthilfe bei Dieselmotoren eingesetzten Glühstiftkerzen mit Hilfe eines Lacküberzugs ebenso effektiv vor Korrosion geschützt.

Claims

Ansprüche :
1. Zündeinrichtung, insbesondere Zündkerze für Ottomotoren, mit einem elektrischen Anschlußmittel und einem rohrformigen metal- lischen Gehäuse mit einem darauf aufgeprägten Einschraubgewinde, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der metallischen Komponenten zumindest zum Teil mit einem Lackuberzug versehen ist.
2. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußmittel (11) und/oder das Gehäuse (13) und/oder das Einschraubgewinde (18) mit einem Lackuberzug versehen sind.
3. Zündeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich- net daß das Anschlußmittel (11) und/oder das Gehäuse (13) und/oder das Einschraubgewinde (18) eine Metallisierungsschicht aufweisen, auf der der Lacküberzug aufbringbar ist.
4. Zündeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Metallisierungsschicht Zink beinhaltet.
5. Zündeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Metallisierungsschicht Nickel beinhaltet.
6. Zündeinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lackuberzug farblos ist.
7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lacküberzug mittels Aufsprühen unter Verwendung einer Schablone oder einer Absaugvorrichtung aufgebracht wird.
8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerze B vor dem Lackie- rungsprozeß 1 einem Metallisierungsprozeß m unterzogen wird.
9. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußmittel (11) und/oder das Gehäuse (13) und/oder das Einschraubgewinde (18) nach dem Zusammenbau a der Zündkerze B lackiert werden.
EP00965783A 1999-08-25 2000-08-23 Zündeinrichtung und verfahren zur herstellung derselben Withdrawn EP1212818A1 (de)

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