EP1230720A1 - Elektrode, verfahren zu deren herstellung und zündkerze mit einer derartigen elektrode - Google Patents

Elektrode, verfahren zu deren herstellung und zündkerze mit einer derartigen elektrode

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Publication number
EP1230720A1
EP1230720A1 EP01931397A EP01931397A EP1230720A1 EP 1230720 A1 EP1230720 A1 EP 1230720A1 EP 01931397 A EP01931397 A EP 01931397A EP 01931397 A EP01931397 A EP 01931397A EP 1230720 A1 EP1230720 A1 EP 1230720A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
alloy
electrode
region
base body
recess
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01931397A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heinz Ulm
Jochen Fischer
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1230720A1 publication Critical patent/EP1230720A1/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • H01T13/39—Selection of materials for electrodes
    • 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
    • H01T21/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs
    • H01T21/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs of sparking plugs

Definitions

  • Electrode method for its production and spark plug with such an electrode
  • the invention relates to an electrode, a spark plug for an internal combustion engine with such an electrode as the central electrode and a method for producing such an electrode according to the preamble of the independent claims.
  • Precious metal alloys such as platinum alloys or iridium alloys can be used in the area of the electrodes, in particular the center electrode, which can then be extruded, patinated, resistance welding, laser welded or laser alloyed on the electrodes or electrode materials made of nickel Alloys are attached or attached.
  • high demands are placed on process engineering, since the Differentiate properties of platinum and especially iridium alloys compared to nickel alloys with regard to melting and boiling point and also with regard to the coefficient of thermal expansion.
  • molded parts such as pins, in particular made of iridium alloys, can only be produced with great effort because of their low ductility.
  • a spark plug for an internal combustion engine is already known from EP 0 785 604 B1, which has a central electrode which consists of an electrode base body and a noble metal plate which is fastened on the end face of the electrode base body facing the combustion chamber.
  • the electrode base body also has a truncated cone shape in its end section on the combustion chamber side.
  • the precious metal plate according to EP 0 785 604 B1 has been further applied to the electrode base body by laser welding or resistance welding and consists of a platinum alloy or an iridium alloy, while the electrode base body is made of a nickel alloy with a core of a thermally conductive Material is formed.
  • EP 0 866 503 AI would suggest an electrode material in the form of a metal alloy which is particularly suitable for use in spark plugs.
  • This material is a metal alloy with iridium as the main component and other precious metals such as rhodium, ruthenium or rhenium as secondary components.
  • iridium alloys and ruthenium alloys are suitable as electrode material in spark plugs due to their extremely high melting point and the associated erosion resistance. It is also known that, due to the low oxidation resistance of iridium, rhodium is preferably added to it.
  • the electrode according to the invention and the method according to the invention for producing such an electrode have the advantage over the prior art that they can be used to produce very long-lasting spark plugs in a process-technically simple manner which have a noble metal alloy at least in the spark gap area of the spark plug.
  • balls made of a platinum-containing or iridium-containing and / or ruthenium-containing material are used as molded parts, which, in contrast to pins or disks, can be produced relatively inexpensively from these materials or alloys to let.
  • ruthenium and in particular iridium or an iridium-rhodium alloy is reduced compared to known electrodes with such noble metal alloys, since only the second region contains iridium or ruthenium, while the The first area, which is connected to this second area and which is in turn connected to the electrode base body, consists of a platinum-containing material.
  • platinum is currently cheaper than iridium or rhodium.
  • the electrode according to the invention and the method according to the invention for the production of such an electrode further have the advantage that it melts at least in each of the melting processes by melting the first molded part to form a first alloy and melting the second molded part to form a second alloy Border areas between the volume occupied by the first molded part and the electrode base body or the volume occupied by the second molded part and the volume occupied by the first molded part lead to intermixing or to the formation of mixed alloy zones, each of which has a continuous transition in the composition between the adjacent ones Effect materials.
  • the thermal expansion coefficients of iridium and nickel are very different on the one hand, direct connections of these materials tend to rupture during temperature changes, as they often occur in internal combustion engines. Since, on the other hand, the thermal expansion coefficient of platinum lies between that of iridium and that of nickel, the two melting processes in the process according to the invention advantageously each result in a continuous transition of the thermal expansion coefficients in the transition areas or the mixed alloy zones, so that the compounds produced are particularly stable in these mixed alloy zones and do not tend to tear.
  • the electrode according to the invention and in the method according to the invention that the boiling point of nickel close to the melting point of iridium can be bypassed. So far, there has been a risk in the case of direct laser welding or laser alloying of iridium with nickel that nickel will evaporate because, due to the high melting point of iridium, a high temperature has to be generated in order to achieve a melt-metallurgical connection of these two materials.
  • the electrode base body is initially integrally connected to a first region made of a platinum-containing material and this first region is then integrally connected to a second region made of an iridium-containing and / or ruthenium-containing material, and at the same time the melting point of platinum between that of Iridium and that of nickel, this problem no longer occurs with the electrode according to the invention or with the method according to the invention.
  • the melting point of the platinum-containing material in the first region lies between the melting point of the first material of the electrode base body and the iridium-containing or ruthenium-containing material of the second region.
  • both the basic electrode body and the end section with the first region and the second region, which is integrally connected to it can be subjected to a shaping, in particular a machining shaping, in which a variable and at the same time without any technical difficulties exact machining, in particular of the end section of the electrode, is possible.
  • a shaping in particular a machining shaping, in which a variable and at the same time without any technical difficulties exact machining, in particular of the end section of the electrode, is possible.
  • This can thus be produced in a simple manner in largely any shape and preferably also in the form of a truncated cone.
  • Such a shape of the end section is particularly advantageous. partial with regard to service life, ignition behavior and heat dissipation of the electrode according to the invention or the spark plug produced therewith.
  • the electrode base body is made of a nickel alloy, at least in the vicinity of the end section, the first area is made of an alloy with nickel and platinum, and the second area is made of an alloy with nickel, platinum and iridium. It is also advantageous if the electrode base body already has a tip which tapers in particular in the shape of a cone or truncated cone, on the end face of which the end section is attached such that the end face is integrally connected to the first region of the end section.
  • the method for producing an electrode is particularly advantageous if the first recess and / or the second recess is a dome-shaped recess, which can be produced, for example, by means of an embossing using a ball or a hemisphere.
  • the molded part which is preferably inserted in this first recess or in this second recess is in each case a ball, the volume of which is selected in each case such that the volume of the ball is at least approximately equal to the volume of the first recess or the second recess.
  • a laser beam which is used in a known manner and is directed frontally onto the end face of the electrode base body is particularly suitable.
  • this laser beam achieves laser alloying, i.e. when the first molded part is melted in the first recess with the laser beam, a first alloy is formed from the material of the first molded part and the material of the electrode base body or when the second molded part is melted in the second Recess with the laser beam a second alloy from the first alloy and the material of the second molded part.
  • Figures la to lh explain the various process steps in the manufacture of an electrode in the form of a center electrode for a spark plug
  • Figure 2 shows in cross section a section of a spark plug with such a center electrode in the area of the spark gap.
  • FIG. 1 a first shows a known electrode base body 20 made of a nickel alloy, as is often used in spark plugs as the material for the center electrode.
  • the electrode base body 20 according to FIG. 1 a is designed in a manner known per se at least in the area which is in the area of the spark gap in a spark plug subsequently produced therewith, in the form of a pin with a cylindrical cross section.
  • FIG. 1b explains the next method step, in which in a
  • a dome-shaped first recess 21 is produced with the aid of a suitable embossing tool on the end face of the electrode base body 20.
  • This dome-shaped first recess 21 has a depth of approximately 1 mm and in Top view of a circular cross section with a diameter of approximately 1.5 mm.
  • FIG. 1c then explains how a ball, which consists of a platinum alloy, is inserted as the first molded part 22 into the first recess 21 produced.
  • a laser beam is then directed frontally onto the front side of the electrode base body 20, so that the first molded part 22 including an edge region of the first recess 21 is melted, a first region 23 being formed, which consists of a first alloy that contains both platinum and nickel.
  • the volume of the first molded part 22 is at least approximately equal to the volume occupied by the first recess 21.
  • the material of the electrode base body 20 is mixed with the platinum alloy from which the first molded part 22 is made, so that there forms a mixed alloy zone.
  • the laser beam used thus causes the formation of an alloy from the material of the electrode base body 20 and the platinum alloy of the first molded part 22, at least in the region of the mixed alloy zone.
  • FIG. 1e explains the method step following FIG. 1d, in which a dome-shaped second recess 24 is now produced, particularly in the center in the region of the end face of the electrode base body 20, which is occupied by the first region 23.
  • This second recess 24 is produced analogously to the first recess 21 by stamping with a suitable stamping tool.
  • the depth of the second recess 24 is, for example, approximately 0.5 mm, its diameter in a plan view of the end face of the electrode base body 20 is approximately 0.8 mm, for example.
  • a second molded part 25 in the form of a ball made of an iridium alloy is inserted into this second recess 24.
  • a laser beam is then again directed frontally onto the end face of the electrode base body 20, so that the inserted second molded part 25 and an edge region of the second recess 24 are melted and a second region 26 is formed.
  • the volume of the second molded part 25 is preferably selected at least approximately so that it is equal to the volume of the second recess 24, so that the second recess 24 is at least almost completely filled by the melted second molded part 25 after melting.
  • the formed second region 26 now often also contains alloyed nickel, which originates from the first material of the electrode base body 20.
  • the second molded part 25 or the associated laser alloying is preferably carried out in such a way that in the second region 26 there is an alloy of the iridium alloy from which the second molded part 25 was made and the platinum-nickel alloy from which the first area 23 consisted, forms.
  • This alloy which contains both iridium and platinum and also nickel, more preferably has a ratio of iridium to the platinum-nickel alloy from the first region 23 of 80 to 20.
  • a tip 31 of the electrode base body 20 which is tapered in the shape of a truncated cone is first produced according to FIG. 1h and then merges into an end section 30 which is formed by the first area 23 and the second area 26.
  • This end section 30 is also preferably at least approximately likewise frustoconical and is integrally connected to the electrode base body 20, in particular the tip 31, in the region of an end face 32. In this way, it is achieved that the electrode base body 20 in the area of the end face 32 is initially cohesively connected only to the first area 23, which in turn is cohesively connected to the second area 26.
  • FIG. 2 explains the use of a center electrode 10 prepared according to FIG. 1h in a spark plug 5.
  • the center electrode 10 is integrated in the spark plug 5 in such a way that the second region 26 is opposite a ground electrode 11 and from it in a manner known per se is separated by a spark gap. Furthermore, the second area 26 according to FIG. 2 is only cohesively connected to the first area 23, while the first area 23 is cohesively connected to the tip 31 of the main electrode body 20 of the center electrode 10.
  • a spark plug 5 with a pointed center electrode 10 has been produced, which has a frustoconical end from the end section 30.
  • this end section 30 consists of an iridium alloy, into which a platinum-nickel alloy is alloyed.
  • the first region 23, which consists of a platinum-nickel alloy, is then located between the second region 26 and the electrode base body 20.
  • the electrode base body 20 itself consists of a nickel alloy.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Spark Plugs (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Es wird eine Elektrode und eine Zündkerze (5) für eine Brennkraftmaschine mit einer derartigen Elektrode als Mittelelektrode (10) vorgeschlagen. Die Elektrode besteht dabei aus einem Elektrodengrundkörper (20) aus einem ersten Werkstoff und einem mit dem Elektrodengrundkörper (20) stoffschlüssig verbundenen Endabschnitt (30), der einen mit dem ersten Werkstoff stoffschlüssig verbundenen ersten Bereich (23) aus einem platinhaltigen Werkstoff und einen mit dem ersten Bereich (23) stoffschlüssig verbundenen zweiten Bereich (26) aus einem iridiumhaltigen und/oder rutheniumhaltigen Werkstoff aufweist. Weiter wird ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Elektrode vorgeschlagen, bei dem eine Einprägung einer ersten Ausnehmung (21) in den Elektrodengrundkörper (20), ein Einlegen eines ersten Formteils (22) in die erste Ausnehmung (21), ein Aufschmelzen des ersten Formteils (22) unter Bildung einer ersten Legierung, eine Einprägung einer zweiten Ausnehmung (24) in einem Bereich der ersten Legierung, ein Einlegen eines zweiten Formteils (25) in die zweite Ausnehmung (24) und ein Aufschmelzen des zweiten Formteils (25) unter Bildung einer zweiten Legierung vorgenommen wird.

Description

Elektrode, Verfahren zu deren Herstellung und Zündkerze mit einer derartigen Elektrode
Die Erfindung betrifft eine Elektrode, eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine mit einer derartigen Elektrode als Mittelelektrode und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Elektrode nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche .
Stand der Technik
Die Anforderungen an Zündkerzen für Brennkraftmaschinen hinsichtlich Dauerhaltbarkeit wachsen stetig, da in Kraftfahrzeugen vielfach Wechselintervalle von 60000 km bis 100000 km angestrebt werden. Derartige Wechselintervalle sind zumin- dest bei üblichen Dachelektrodenzündkerzen nur durch den
Einsatz von Edelmetall-Legierungen wie beispielsweise Platin-Legierungen oder Iridium-Legierungen im Bereich der Elektroden, insbesondere der Mittelelektrode, erreichbar, die dort dann beispielsweise durch Fließpressen, Piatieren, Widerstandsschweißen, Laserschweißen oder Laserlegieren auf den bisher üblichen Elektroden bzw. Elektrodenwerkstoffen aus Nickel-Legierungen angebracht oder befestigt werden. Bei diesen Verfahren zur Herstellung der Verbindung der Edelmetall-Legierung mit der Nickel-Legierung werden jedoch ver- fahrenstechnisch hohe Anforderungen gestellt, da sich die Eigenschaften von Platin- und vor allem Iridium-Legierungen im Vergleich zur Nickel-Legierungen hinsichtlich Schmelz- und Siedepunkt sowie auch hinsichtlich des Wärmeausdehnungskoeffizienten stark unterscheiden. Darüber hinaus sind Form- teile wie beispielsweise Stifte insbesondere aus Iridium- Legierungen auf Grund von deren geringer Duktilität nur mit hohem Aufwand herstellbar.
Aus EP 0 785 604 Bl ist bereits eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine bekannt, die eine Mittelelektrode aufweist, die aus einem Elektrodengrundkorper und einem Edelme- tallplättchen besteht, das auf der brennraumzugewandten Stirnfläche des Elektrodengrundkörpers befestigt ist. Der Elektrodengrundkorper weist zudem in seinem brennraumseiti- gen Endabschnitt eine Kegelstumpfform auf. Das Edelmetall- plättchen gemäß EP 0 785 604 Bl ist weiter durch Laserschweißen oder Widerstandsschweißen auf den Elektrodengrundkorper aufgebracht worden und besteht aus einer Platin- Legierung oder einer Iridium-Legierung, während der Elektro- dengrundkörper von einer Nickel-Legierung mit einem Kern aus einem wärmeleitfähigen Material gebildet ist.
In der Anmeldung DE 100 11 705.8 ist weiter bereits vorgeschlagen worden, auch das Edelmetallplättchen kegelstumpf- förmig auszubilden. Zudem wurde darin vorgeschlagen, als funkenerosionsbeständigen Elektrodenwerkstoff für Zündkerzen eine Metall-Legierung einzusetzen, die Ruthenium als Hauptbestandteil enthält.
Schließlich würde in EP 0 866 503 AI ein Elektrodenwerkstoff in Form einer Metall-Legierung vorgeschlagen, der sich besonders zur Verwendung in Zündkerzen eignet. Dieser Werkstoff ist eine Metall-Legierung mit Iridium als Hauptbestandteil und weiteren Edelmetallen wie Rhodium, Ruthenium oder Rhenium als Nebenbestandteile. Insgesamt ist somit bekannt, dass sich Iridium-Legierungen und Ruthenium-Legierungen aufgrund ihres extrem hohen Schmelzpunktes und der damit verbundenen Erosionsfestigkeit als Elektrodenmaterial in Zündkerzen eignen. Weiter ist bekannt, aufgrund der geringen Oxidationsbeständigkeit von Iridium diesem vorzugsweise Rhodium zuzulegieren. Andererseits sind derartige Legierungen sehr spröde und daher nur mit hohem Aufwand umformbar, so dass die Herstellung von Formteilen wie Stiften oder Scheiben, die dann mit bekannten Elektrodengrundkörpern, beispielsweise aus Nickel, verbunden, insbesondere verschweißt, werden sollen, sehr kostenintensiv ist.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Elektrode und das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer solchen Elektrode hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass damit sehr langlebi- ge Zündkerzen in verfahrenstechnisch einfacher Weise herstellbar sind, die zumindest im Bereich der Funkenstrecke der Zündkerze eine Edelmetall-Legierung aufweisen.
Darüber hinaus ist vorteilhaft, dass bei dem erfindungsgemä- ßen Verfahren als Formteile insbesondere Kugeln aus einem platinhaltigen bzw. einem iridiumhaltigen und/oder rutheni- umhaltigen Werkstoff eingesetzt werden, die sich aus diesen Werkstoffen bzw. Legierungen im Gegensatz zu Stiften oder Scheiben relativ kostengünstig herstellen lassen.
Daneben ist auch der Materialeinsatz von Ruthenium und insbesondere Iridium oder einer Iridium-Rhodium-Legierung gegenüber bekannten Elektroden mit derartigen Edelmetall- Legierungen reduziert, da lediglich der zweite Bereich iri- diumhaltig bzw. rutheniumhaltig ist, während der stoff- schlüssig mit diesem zweiten Bereich verbundene erste Bereich, der wiederum mit dem Elektrodengrundkorper verbunden ist, aus einem platinhaltigen Werkstoff besteht. Insbesondere ist Platin derzeit billiger als Iridium oder Rhodium.
Die erfindungsgemäße Elektrode und das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer derartigen Elektrode hat weiter den Vorteil, dass es durch das Aufschmelzen des ersten Formteils unter Bildung einer ersten Legierung und das Auf- schmelzen des zweiten Formteils unter Bildung einer zweiten Legierung bei den AufSchmelzvorgängen jeweils zumindest in den Grenzbereichen zwischen dem von dem ersten Formteil eingenommenen Volumen und dem Elektrodengrundkorper bzw. dem von dem zweiten Formteil eingenommenen Volumen und dem von dem ersten Formteil eingenommenen Volumen zu Durchmischungen oder zur Ausbildung von durchmischten Legierungszonen kommt, die jeweils einen kontinuierlichen Übergang in der Zusammensetzung zwischen den benachbarten Materialien bewirken.
Da einerseits die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Iridium und Nickel stark unterschiedlich sind, neigen direkte Verbindungen dieser Materialien bei Temperaturwechseln, wie sie vielfach in Brennkraftmaschinen auftreten, zum Aufreißen. Da der Wärmeausdehnungskoeffizient von Platin andererseits zwi- sehen dem von Iridium und dem von Nickel liegt, wird durch die beiden AufSchmelzvorgänge bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in den Übergangsbereichen bzw. den durchmischten Legierungszonen jeweils vorteilhaft auch ein kontinuierlicher Übergang der Wärmeausdehnungskoeffizienten erreicht, so dass die erzeugten Verbindungen insbesondere in diesen durchmischten Legierungszonen sehr stabil sind und nicht zum Aufreißen neigen.
Weiterhin ist bei der erfindungsgemäßen Elektrode und bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch vorteilhaft, dass der nahe am Schmelzpunkt von Iridium liegende Siedepunkt von Nickel umgangen werden kann. So besteht bisher bei einem direkten Laserverschweißen oder Laserlegieren von Iridium mit Nickel die Gefahr, dass eine Verdampfung von Nickel ein- tritt, da aufgrund des hohen Schmelzpunktes von Iridium eine hohe Temperatur erzeugt werden muss, um eine schmelzmetallurgische Verbindung dieser beiden Materialien zu erreichen. Da in der erfindungsgemäßen Elektrode der Elektrodengrundkorper jedoch zunächst stoffschlüssig mit einem ersten Be- reich aus einem platinhaltigen Werkstoff und dieser erste Bereich dann stoffschlüssig mit einem zweiten Bereich aus einem iridiumhaltigen und/oder rutheniumhaltigen Werkstoff verbunden ist, und gleichzeitig der Schmelzpunkt von Platin zwischen dem von Iridium und dem von Nickel liegt, tritt dieses Problem bei der erfindungsgemäßen Elektrode bzw. bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht mehr auf. Insbesondere liegt der Schmelzpunkt des platinhaltigen Werkstoffs in dem ersten Bereich zwischen dem Schmelzpunkt des ersten Werkstoffes des Elektrodengrundkörpers und des iridiumhaltigen bzw. rutheniumhaltigen Werkstoffes des zweiten Bereiches.
Schließlich ist auch vorteilhaft, dass zwar Iridium- Legierungen bekanntermaßen schwierig zu bearbeiten sind, dass jedoch Platin-Legierungen diesen Nachteil nicht aufwei- sen. Somit ist im Fall der erfindungsgemäßen Elektrode gewährleistet, dass sowohl der Elektrodengrundkorper als auch der mit diesem stoffschlüssig verbundene Endabschnitt mit dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich ohne verfahrenstechnische Schwierigkeiten einer Formgebung, insbesondere einer zerspanenden Formgebung, unterzogen werden kann, bei der eine variable und gleichzeitig exakte Bearbeitung insbesondere des Endabschnittes der Elektrode möglich ist. Dieser ist somit in einfacher Weise in weitgehend beliebigen Formen und bevorzugt auch in Form eines Kegelstumpfes herstellbar. Eine derartige Form des Endabschnittes ist besonders vor- teilhaft hinsichtlich Standzeit, Entflammungsverhalten und Wärmeableitung der erfindungsgemäßen Elektrode bzw. der damit hergestellten Zündkerze.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.
So ist besonders vorteilhaft, wenn der Elektrodengrundkorper zumindest in einer Umgebung des Endabschnittes aus einer Nickel-Legierung, der erste Bereich aus einer Legierung mit Nickel und Platin, und der zweite Bereich aus einer Legierung mit Nickel, Platin und Iridium besteht. Weiter ist vorteilhaft, wenn auch bereits der Elektrodengrundkorper eine sich insbesondere kegelförmig bzw. kegelstumpfförmig verjün- gende Spitze aufweist, an deren Stirnfläche der Endabschnitt derart angebracht ist, dass die Stirnfläche stoffschlüssig mit dem ersten Bereich des Endabschnittes verbunden ist.
Bei dem Verfahren zur Herstellung einer Elektrode ist beson- ders, wenn die erste Ausnehmung und/oder die zweite Ausnehmung eine kalottenförmige Ausnehmung ist, die beispielsweise durch eine Prägung mit Hilfe Kugel bzw. einer Halbkugel erzeugt werden kann.
Weiter ist das in dieser ersten Ausnehmung bzw. in dieser zweiten Ausnehmung bevorzugt eingelegte Formteil jeweils eine Kugel, deren Volumen jeweils derart gewählt ist, dass das Volumen der Kugel zumindest näherungsweise gleich dem Volumen der ersten Ausnehmung bzw. der zweiten Ausnehmung ist.
Zum Aufschmelzen des in die erste Ausnehmung eingelegten ersten Formteils bzw. des in die zweite Ausnehmung eingelegten zweiten Formteils eignet sich besonders ein in an sich bekannter Weise eingesetzter, frontal auf die Stirnseite des Elektrodengrundkörpers gerichteter Laserstrahl. Durch den Einsatz dieses Laserstrahles wird ein Laserlegieren erreicht, d. h. es bildet sich bei dem Aufschmelzen des ersten Formteils in der ersten Ausnehmung mit dem Laserstrahl eine erste Legierung aus dem Werkstoff des ersten Formteils und dem Werkstoff des Elektrodengrundkörpers bzw. bei dem Aufschmelzen des zweiten Formteils in der zweiten Ausnehmung mit dem Laserstrahl eine zweite Legierung aus der ersten Legierung und dem Werkstoff des zweiten Formteils.
Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Figuren la bis lh erläutern die verschiedenen Verfahrensschritte bei der Her- Stellung einer Elektrode in Form einer Mittelelektrode für eine Zündkerze, die Figur 2 zeigt im Querschnitt einen Ausschnitt aus einer Zündkerze mit einer derartigen Mittelelektrode im Bereich der Funkenstrecke.
Ausführungsbeispiele
Die Figur la zeigt zunächst einen bekannten Elektrodengrundkorper 20 aus einer Nickel-Legierung, wie diese vielfach bei Zündkerzen als Material für die Mittelelektrode eingesetzt wird. Insbesondere ist der Elektrodengrundkorper 20 gemäß Figur la in an sich bekannter Weise zumindest in dem Bereich, der sich bei einer nachfolgend damit hergestellten Zündkerze im Bereich der Funkenstrecke befindet, stiftförmig mit zylindrischem Querschnitt ausgebildet. Die Figur 1b er- läutert den nächsten Verfahrensschritt, in dem in einer
Stirnfläche des Elektrodengrundkörpers 20 mit Hilfe eines geeigneten Prägewerkzeuges eine kalottenförmige erste Ausnehmung 21 erzeugt wird. Diese kalottenförmige erste Ausnehmung 21 hat beispielsweise eine Tiefe von ca. 1 mm und in Draufsicht einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von ca. 1,5 mm.
Die Figur lc erläutert dann, wie in diese erzeugte erste Ausnehmung 21 eine Kugel als erstes Formteil 22 eingelegt wird, die aus einer Platin-Legierung besteht. Nach dem Einlegen dieses ersten Formteiles 22 wird dann ein Laserstrahl frontal auf die Stirnseite des Elektrodengrundkörpers 20 gerichtet, so dass das erste Formteil 22 einschließlich einem Randbereich der ersten Ausnehmung 21 aufgeschmolzen wird, wobei sich ein erster Bereich 23 ausbildet, der aus einer ersten Legierung besteht, die sowohl Platin als auch Nickel enthält. Insbesondere sei dabei betont, dass das Volumen des ersten Formteils 22 zumindest näherungsweise gleich dem von der ersten Ausnehmung 21 eingenommenen Volumen ist. Weiter findet bei dem Aufschmelzen des ersten Formteiles 22 in dem Bereich der Grenzfläche zwischen dem erstem Bereich 23 und dem Elektrodengrundkorper 20 eine Durchmischung des Werkstoffes des Elektrodengrundkörpers 20 mit der Platin- Legierung, aus der das erste Formteil 22 besteht, statt, so dass sich dort eine durchmischte Legierungszone ausbildet.
Insgesamt bewirkt der eingesetzte Laserstrahl somit mittels Laserlegieren zumindest im Bereich der durchmischten Legie- rungszone die Ausbildung einer Legierung aus dem Werkstoff des Elektrodengrundkörpers 20 und der Platin-Legierung des ersten Formteils 22.
Bevorzugt wird dieses Laserlegieren weiter derart durchge- führt, und die Platin-Legierung aus der das erste Formteil 22 besteht, derart ausgewählt, dass sich nach dem Laserlegieren in dem ersten Bereich 23 eine erste Legierung befindet, die Platin und Nickel im Verhältnis 70 zu 30 enthält. Die Figur le erläutert den der Figur ld nachfolgenden Verfahrensschritt, in dem nunmehr insbesondere mittig in dem Bereich der Stirnseite des Elektrodengrundkörpers 20, der von dem ersten Bereich 23 eingenommen wird, eine kalotten- förmige zweite Ausnehmung 24 erzeugt wird. Diese zweite Aus- nehmung 24 wird analog der ersten Ausnehmung 21 durch Prägen mit einem geeigneten Prägewerkzeug erzeugt. Die Tiefe der zweiten Ausnehmung 24 liegt beispielsweise bei ca. 0,5 mm, ihr Durchmesser in Draufsicht auf die Stirnseite des Elek- trodengrundkörpers 20 beträgt beispielsweise ca. 0,8 mm.
Anschließend wird dann gemäß Figur lf in diese zweite Ausnehmung 24 ein zweites Formteil 25 in Form einer Kugel aus einer Iridium-Legierung eingelegt. Danach wird erneut ein Laserstrahl frontal auf die Stirnseite des Elektrodengrundkörpers 20 gerichtet, so dass das eingelegte zweite Formteil 25 und ein Randbereich der zweiten Ausnehmung 24 aufgeschmolzen wird und sich ein zweiter Bereich 26 ausbildet. Auch in diesem Fall wird das Volumen des zweiten Formteils 25 bevorzugt zumindest näherungsweise so gewählt, dass es gleich dem Volumen der zweiten Ausnehmung 24 ist, so dass die zweite Ausnehmung 24 nach Aufschmelzen von dem aufgeschmolzenden zweiten Formteil 25 zumindest nahezu vollständig ausgefüllt wird. Daneben tritt auch beim Aufschmelzen des zweiten Formteils 25 mittels des eingesetzten Lasers zumindest in dem Grenzbereich von erstem Bereich 23 und zweitem Formteil 25 eine Materialdurchmischung bzw. ein Laserlegieren auf, so dass sich erneut zumindest dort eine durchmischte Legierungszone ausbildet. Auf diese Weise wird ge- währleistet, dass die in dem ersten Bereich 23 vorliegende erste Legierung mindestens im Randbereich der Ausnehmung 24 mit der Iridium-Legierung des zweiten Formteils 25 durchmischt bzw. legiert wird, so dass nach dem Aufschmelzen des zweiten Formteils 25 das zuvor von der zweiten Ausnehmung 24 eingenommene Volumen zumindest bereichsweise aus einer Legierung besteht, die sowohl Platin als auch Iridium enthält.
Weiter enthält der gebildete zweite Bereich 26 neben Platin und Iridium nun vielfach auch einlegiertes Nickel, das aus dem ersten Werkstoff des Elektrodengrundkörpers 20 stammt.
Bevorzugt erfolgt das Aufschmelzen des zweiten Formteils 25 bzw. das damit einhergehende Laserlegieren derart, dass sich in dem zweiten Bereich 26 eine Legierung aus der Iridium- Legierung, aus der das zweite Formteil 25 bestand, und der Platin-Nickel-Legierung, aus der der erste Bereich 23 bestand, bildet. Diese Legierung, die sowohl Iridium als auch Platin als auch Nickel enthält, weist weiter bevorzugt ein Verhältnis von Iridium zu der Platin-Nickel-Legierung aus dem ersten Bereich 23 von 80 zu 20 auf.
Nachdem nun gemäß Figur lg in dem Elektrodengrundkorper 20 sowohl der erste Bereich 23 als auch zweite Bereich 26 er- zeugt worden sind, wobei der zweite Bereich 26 vollkommen innerhalb des ersten Bereiches 23 liegt, erfolgt anschließend eine zerspanende Formgebung des Elektrodengrundkörpers 20, des ersten Bereiches 23 und des zweiten Bereiches 26.
Bei dieser zerspanenden Formgebung wird zunächst gemäß Figur lh eine sich kegelstumpfförmig verjüngende Spitze 31 des Elektrodengrundkörpers 20 erzeugt, die dann in einen Endabschnitt 30 übergeht, der von dem ersten Bereich 23 und dem zweiten Bereich 26 gebildet wird. Dieser Endabschnitt 30 ist weiter bevorzugt zumindest näherungsweise ebenfalls kegelstumpfförmig ausgebildet und im Bereich einer Stirnfläche 32 stoffschlüssig mit dem Elektrodengrundkorper 20, insbesondere der Spitze 31, verbunden. Auf diese Weise wird erreicht, dass der Elektrodengrundkorper 20 im Bereich der Stirnflache 32 zunächst stoffschlussig nur mit dem ersten Bereich 23 verbunden ist, der selbst wiederum stoffschlussig mit dem zweiten Bereich 26 in Verbin- düng steht.
Die Figur 2 erläutert den Einsatz einer gemäß Figur lh vorbereiteten Mittelelektrode 10 in einer Zündkerze 5. Die Mittelelektrode 10 ist dabei derart in die Zündkerze 5 inte- griert, dass der zweite Bereich 26 einer Massenelektrode 11 gegenüber steht und von dieser in an sich bekannter Weise über eine Funkenstrecke getrennt ist. Weiter ist der zweite Bereich 26 gemäß Figur 2 nur mit dem ersten Bereich 23 stoffschlussig in Verbindung, wahrend der erste Bereich 23 stoffschlussig mit der Spitze 31 des Elektrodengrundkörpers 20 der Mittelelektrode 10 verbunden ist.
Auf die Erläuterung weiterer, an sich bekannter Details der Zündkerze 5 sei hier verzichtet.
Insgesamt ist somit gemäß Figur 2 eine Zündkerze 5 mit einer angespitzten Mittelelektrode 10 entstanden, die ein kegelstumpfformiges Ende aus dem Endabschnitt 30 aufweist. Dieser Endabschnitt 30 besteht in dem zweiten Bereich 26 aus einer Iridium-Legierung, in die eine Platin-Nickel-Legierung einlegiert ist. Zwischen dem zweiten Bereich 26 und dem Elektrodengrundkorper 20 befindet sich dann der erste Bereich 23, der aus einer Platin-Nickel-Legierung besteht. Der Elektrodengrundkorper 20 selbst besteht schließlich aus einer Nickel-Legierung.

Claims

Ansprüche
1. Elektrode, insbesondere Mittelelektrode in einer Zündkerze, mit einem Elektrodengrundkorper (20) aus einem ersten Werk- stoff und einem mit dem Elektrodengrundkorper (20) stoffschlüssig verbundenen Endabschnitt (30) , dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (30) einen mit dem ersten Werkstoff stoffschlüssig verbundenen ersten Bereich (23) aus einem platinhaltigen Werkstoff und einen mit dem ersten Bereich (23) stoffschlüs- sig verbundenen zweiten Bereich (26) aus einem von dem platinhaltigen Werkstoff verschiedenen, iridiumhaltigen und/oder rutheniumhaltigen Werkstoff aufweist.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Werkstoff Nickel oder eine Nickel-Legierung ist.
3. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der platinhaltige Werkstoff eine Legierung des ersten Werkstoffes mit Platin oder einer Platin-Legierung ist.
4. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der iridiumhaltige Werkstoff eine Legierung ist, die Iridium, Platin und den ersten Werkstoff enthält, und/oder dass der rut- heniumhaltige Werkstoff eine Legierung ist, die Ruthenium, Pla- tin und den ersten Werkstoff enthält.
5. Elektrode nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Werkstoff Nickel oder eine Nickel-Legierung ist, der erste Bereich (23) aus einer Legierung von Nickel mit Platin oder einer Legierung von Nickel mit einer Platin-Legierung besteht, und der zweite Bereich (26) aus einer Legierung mit Nickel, Platin und Iridium oder einer Legierung mit Nickel, Platin und Ruthenium besteht.
6. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodengrundkorper (20) eine sich insbesondere kegelförmig oder kegelstumpfförmig verjüngende Spitze (31) mit einer Stirnfläche (32) aufweist, die stoffschlüssig mit dem ersten Bereich (23) des Endabschnittes (30) verbunden ist.
7. Elektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (30) zumindest näherungsweise die Form eines Kegelstumpfes, eines Kegels oder eines Zylinders aufweist, wobei der zweite Bereich (26) über den ersten Bereich (23) von der Spitze (31) des Elektrodengrundkörpers (20) getrennt ist.
8. Zündkerze für eine Brennkraftmaschine mit einer Elektrode nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche als Mittelelektrode (10) .
9. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode, insbesondere einer Mittelelektrode (10) für eine Zündkerze (5) nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, mit den Verfahrensschritten: a.) Vorbereiten eines Elektrodengrundkörpers (20) aus einem ersten Werkstoff, b.) Einpragung einer ersten Ausnehmung (21), insbesondere einer kalottenförmigen ersten Ausnehmung, in eine Stirnfläche des Elektrodengrundkörpers (20) , c.) Einlegen eines ersten Formteils (22), insbesondere einer ersten Kugel, in die erste Ausnehmung (21) , d.) Aufschmelzen des ersten Formteils (22) in der ersten Ausnehmung (21) unter Bildung einer ersten Legierung aus dem Werk- stoff des ersten Formteils (22) und dem Werkstoff des Elektrodengrundkörpers (20) , e.) Einpragung einer zweiten Ausnehmung (24), insbesondere einer kalottenförmigen zweiten Ausnehmung, in einem Bereich der Stirnfläche des Elektrodengrundkörpers (20) , der von der ersten Legierung aus dem Material des ersten Formteils (22) und dem Material des Elektrodengrundkörpers (20) eingenommen wird, f.) Einlegen eines zweiten Formteils (25), insbesondere einer zweiten Kugel, in die zweite Ausnehmung (24) , g.) Aufschmelzen des zweiten Formteils (25) in der zweiten Ausnehmung (24) unter Bildung einer zweiten Legierung aus der ersten Legierung und dem Werkstoff des zweiten Formteils (25) .
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das von der ersten Ausnehmung (21) eingenommene Volumen zumindest näherungsweise gleich dem Volumen des eingelegten ersten Formteils (22) und/oder das von der zweiten Ausnehmung (24) eingenommene Volumen zumindest näherungsweise gleich dem Volumen des eingelegten zweiten Formteils (25) ist.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschmelzen des ersten und/oder des zweiten Formteils (22, 25) mittels eines auf die Stirnseite des Elektrodengrundkörpers (20) gerichteten Laserstrahls erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bilden der ersten Legierung und/oder der zweiten Legierung mittels Laserlegieren erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einpragung der zweiten Ausnehmung (24) derart erfolgt, dass diese vollständig innerhalb des von der ersten Legierung eingenommenen Volumens liegt.
14. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verfahrensschritt g.) eine insbesondere zerspanende Formgebung derart vorgenommen wird, dass eine sich insbesondere kegelförmig oder kegelstumpf- förmig verjüngende Spitze (31) des Elektrodengrundkörpers (20) ausgebildet wird, die eine Stirnfläche (32) aufweist, die stoffschlüssig mit einem ersten Bereich (23) aus der ersten Legierung verbunden ist, der wiederum stoffschlüssig mit einem zweiten Bereich (26) aus der zweiten Legierung verbunden ist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgebung derart erfolgt, dass der erste Bereich (23) und der stoffschlüsssig damit verbundene zweite Bereich (26) zusammen zumindest näherungsweise die Form eines Kegelstumpfes, eines Kegels oder eines Zylinders aufweisen, wobei der zweite Bereich (26) durch den ersten Bereich (23) von der Spitze (31) des Elektrodengrundkörpers (20) getrennt ist.
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