EP1850432B1 - Zündkerze - Google Patents

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Publication number
EP1850432B1
EP1850432B1 EP07004483.9A EP07004483A EP1850432B1 EP 1850432 B1 EP1850432 B1 EP 1850432B1 EP 07004483 A EP07004483 A EP 07004483A EP 1850432 B1 EP1850432 B1 EP 1850432B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
noble metal
ground electrode
electrode
spark
metal piece
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.)
Ceased
Application number
EP07004483.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1850432A2 (de
EP1850432A3 (de
Inventor
Thomas Alban
Christophe Houllé
Werner Niessner
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.)
Federal Mogul Ignition GmbH
Original Assignee
Federal Mogul Ignition GmbH
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102006019927A external-priority patent/DE102006019927B4/de
Application filed by Federal Mogul Ignition GmbH filed Critical Federal Mogul Ignition GmbH
Publication of EP1850432A2 publication Critical patent/EP1850432A2/de
Publication of EP1850432A3 publication Critical patent/EP1850432A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1850432B1 publication Critical patent/EP1850432B1/de
Ceased legal-status Critical Current
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    • 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
    • H01T13/32—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation characterised by features of the earthed electrode
    • 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

  • the invention relates to a method of making a spark plug having a body, a center electrode and at least one body electrode defining therebetween a spark discharge gap.
  • a spark plug having a body, a center electrode and at least one body electrode forming a discharge gap for the spark therebetween, to provide the center electrode and the body electrode with noble metal reinforcements, respectively.
  • the aim is to achieve a high mileage through the noble metal reinforcements, which may consist of platinum alloys or iridium alloys.
  • the object underlying the invention is in contrast to increase the life and mileage of such a spark plug.
  • noble metal reinforcements of the body electrode and the center electrode have an overlap, i. a measure of opposing arrangement of the noble metal surfaces, which is optionally at least 90%, preferably at least 92% based on the smaller noble metal surface.
  • the noble metal reinforcements on the center electrode and the body electrode are thus arranged relative to one another such that they form the discharge gap for the spark, which is designed such that an electrical spark can form.
  • the two noble metal armatures of the center and body electrodes face each other such that the spark exit surface of the center electrode and the spark surface of the body electrode precisely oppose in the direction of the spark discharge such that the two noble metal surfaces of the center and body electrodes are at least 90% preferably at least 92% overlap
  • US 2002/0038992 A1 describes a spark plug whose discharge gap is reduced so far, until even a reasonable spark discharge is possible. The reduction of the discharge gap minimizes the overall size of the spark plug. Furthermore, in US 2005/0029915 A1 described a variety of differently shaped spark plugs, in which the center electrode and the body electrode are provided with a precious metal reinforcement. In a spark plug referred to in this document as the prior art, the center line of the center electrode is aligned with the center line of the body electrode. Otherwise, all differently configured spark plugs have an offset between the centerlines of the body and center electrodes.
  • the position of the spark plug thread portion is not assigned to the position of the body electrode, i. the position of the body electrode after screwing each different, so that, for example, in the use of the spark plug in spray-guided direct injection systems, the access of the spark gap can be hidden from the injection jet. Furthermore, there is no association of the threaded portion of the spark plug body, i. the bolt thread to the cylinder head bore, i. of the nut thread. There is no targeted position of the body electrode can be reached at the spark plug, so that the position of the body electrode in the combustion chamber is random.
  • the attachment of the body electrode on the spark plug body is carried out after making the screw thread, wherein for the positionally accurate welding of the body electrode, the shape and the position of the thread profile is used as a reference.
  • the body is struck loose at the outer sealing seat and is brought with a rotational movement, the thread profile of the body in a defined measuring window in the desired position.
  • the alignment, adjustment and positioning of the body is monitored by means of an optical measuring system, thereby ensuring a defined distance of the outer sealing seat from the thread profile.
  • the body electrode is welded onto the front of the body, with subsequent further processing Deburred, embossed, nickel-plated and possibly precious metal-reinforced. The body electrode is then bent and the insulator is mounted.
  • the overall tolerance of the distance from the body-exterior sealing seat to the spark gap i.e. the Vorstehnieses large, so that a targeted installation, which is mainly required for use in spray-guided direct injection systems, is not guaranteed.
  • the tolerance of the spark position is narrowed, so that an exact position of the spark gap is ensured in the combustion chamber.
  • the spark plug is formed so that the dimensional and tolerance accuracy between the outer sealing seat and the center electrode tip is minimal.
  • the spark gap of the spark plug must be placed in this narrow zone of the fuel spray.
  • the manufacturing tolerance of the Elektrodenvorstehstedes is large and can be in the range of 1.5 mm, these commercially available spark plugs are hardly suitable for this use.
  • the electrodes may be positioned so that the fuel cloud outside, especially formed below the spark gap, which consequently leads to misfiring.
  • an exact positioning of the body electrode is advantageous so that the body electrode does not obstruct the so-called entrainment flow.
  • This is to be understood as the intake of air from the environment of the injected spray jet as a result of the negative pressure arising in the spray due to the velocity distribution of the droplets and the Sprühstrahlabkühlung by removing the enthalpy of vaporization.
  • a spark plug with a position-oriented spark gap is required.
  • the electrodes must also be assigned so that in the defined location of the fuel injection cone takes place a safe ignition.
  • Conditions are an exact position, i. an exact protrusion of the spark gap into the combustion chamber and a best possible position of the body electrode in the combustion chamber or in the injection jet such that the body electrode does not hinder the ignition process, for example by shading the fuel particles in the direction of the discharge path or an unfavorable position of the body electrode leads to quenching.
  • the requirement for minimum allocation tolerance of the spark gap and accurate positioning of the body electrode is met.
  • the spark plugs are inventively made so that the natural tolerances of the items in the solvedbetrachtung the distance between the outer sealing seat and center electrode tip do not add in the assembled state.
  • an optical measuring method between the insulator seat and the Center electrode tip this length measured.
  • the Vorstehdroit is matched with different inner gaskets.
  • the body 1 is taken in calibrated height D1
  • the body electrode 3 is aligned, a noble metal piece 5 the ignited surface facing the body electrode 3, the precious metal piece in the middle of Width of the body electrode 3 is positioned, the noble metal piece 5 is resistance welded to the length dimension Z, the noble metal piece 5 is formed flat, the precious metal piece 5 is laser welded to the length dimension Z, the body electrode 3 is cut to the length dimension of the optimal stretched length, optionally contour cutting takes place the body electrode 3, the body electrode 3 is bent to the dimension A, the insulator and the body are mounted by that the dimension B of the insulator is determined by measuring that insulator 7 and body 1 after computation and targeted allocation unte are assigned in pairs so that an inner sealing ring 8 and the insulator 7 are inserted into the body 1 and a crimping and shrinking takes place, the body electrode 3 is calibrated in the X-axis, ie in the width direction of the
  • the assembled spark plug is picked up, the body electrode 3 is aligned in the X-axis direction, the body electrode 3 is aligned in the Y-axis direction, the jig dimension is measured, the positioning becomes When the precious metal piece 5 is resistance-welded to the length dimension Z, the noble metal piece 5 is embossed flat, laser welding is performed, the body electrode 3 is cut after calculation of the protruding amount When the body electrode 3 is bent, the body electrode 3 is calibrated in the X-axis direction, the body electrode 3 is calibrated in the Y-axis direction, and the body electrode 3 is calibrated in the Z-axis direction.
  • the desired coverage may be more than 90% of the area of the noble metal piece of the center electrode be achieved by the noble metal piece 5 on the body electrode 3 in that the center deviation, ie the deviation of the centers of the circular precious metal surfaces is less than 0.18 mm. With a center deviation of less than 0.15 mm, an overlap of 95% is already achieved.
  • the desired coverage can thus be achieved by keeping the center deviation within appropriate limits.
  • the dimension X of the outer sealing seat of the cold-extruded body is in the manufacture of the spark plug to the inner Sealing seat, ie turned to the calibrated height D1
  • the body is positioned to hit the collar of the outer sealing seat, wherein the thread profile is positioned as reference in the measuring window, the body electrode 3 is welded and then nickel-plated, a noble metal piece 5 on the body electrode 3 in Dimension Z is applied, the body electrode 3 is cut to length C, the body electrode 3 is bent to the dimension A, and the insulator 7 and body are assembled by measuring the distance of the sealing seat of the insulator 7 from the firing tip of the center electrode, ie, the dimension B.
  • Fig. 1 and 2 is a particularly preferred embodiment of the method according to the invention in a total of four phases shown in detail.
  • phase 1 in Fig. 1 the production of a spark plug is such that the natural tolerances of the individual parts with respect to the measure of the spark position do not add up.
  • the inner sealing seat D1 of the body 1 is the constructive reference point to which all further construction and manufacturing operations refer. From the inner sealing seat D1, the accuracy of the outer sealing seat 4 is made by revolving the sealing shoulder. The constructively determined distance X is maintained in the range of +/- 0.05 mm. By contrast, the previous tolerance accuracy was +/- 0.28 mm (calibrated height +/- 0.08 mm, body length +/- 0.2 mm).
  • phase 2 thread rolling takes place prior to welding of the body electrode 3.
  • the welding of the body electrode 3 then takes place in such a way that the position of the body electrode 3 to the threaded portion exactly is determined.
  • the body 1 is placed with the sealing shoulder on the outer sealing seat 4 on a stop 2 and the thread profile is visualized using an image processing system. By means of a rotary movement, it can be adjusted to the exact position Y in a given measuring window.
  • a noble metal piece 5 can additionally be welded to the body electrode 3.
  • the length reference is the inner sealing seat D1, wherein the exact position of the noble metal piece 5 is defined by the dimension Z.
  • the length C of the body electrode 3 is cut by cutting, e.g. produced by mechanical cutting. As a result, an optimal bending length of the body electrode 3 is ensured.
  • the body electrode 3 is then bent to the dimension A. Reference is the inner sealing seat D1 of the body. With this precise pre-bend adjustment of the electrode gap is ensured without much bending of the body electrode 3. As a result, a secure overlap of the precious metal parts at the center electrode and body electrode 3 is ensured in the axial direction.
  • phase 4 in Fig. 2 is determined before the introduction of the insulator 7 in the body 1, the length B of the insulator sealing shoulder to the firing tip of the center electrode, which can be done for example by means of a camera measuring system.
  • the installation of the insulator 7 in the body 1 with the thickness s of the inner sealing ring 8 is made.
  • the tolerance for dimension B is +/- 0.17 mm (sealing seat +/- 0.09 mm, center electrode +/- 0.08 mm).
  • Preferred thicknesses s of the inner sealing rings 8 are 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm and 0.8 mm.
  • the assembly by crimping and shrinking is carried out according to the rule of a size dimension of difference insulator to body with a minimum of inner seal and vice versa.
  • the outer sealing ring 6 consists of a solid good heat-conducting metal.
  • the thickness K of the outer sealing ring 6 is matched to the engine requirements and is within the standard specifications. For example, by internal caulking of the outer sealing ring 6, the captivity is ensured.
  • solid sealing rings offer the advantage that they only deform slightly when tightened. A tolerance of the sealing ring thickness of +/- 0.02 mm is certainly achievable.
  • the tolerances of the inner sealing ring with +/- 0.02 mm and the thickness dispersion after pressing the inner sealing ring during assembly are not taken into account and the tolerances of the outer sealing ring with +/- 0.02 mm are not taken into account. If these tolerances are taken into account in the evaluation of the Vorstehstedes V, then an accuracy of the Vorstehnieses V process reliable in the order +/- 0.1 mm can be achieved.
  • the invention thus provides a spark plug in which the body electrode is accurately positioned to the threaded portion, the Elektrodenvorsteh founded by minimizing the tolerances small variations in the range of 0.2 mm, mounting with standard assembly tool is possible, standard high voltage connections can be used and a long term is achieved by optimal use of precious metal reinforcement.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Spark Plugs (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze mit einem Körper, einer Mittelelektrode und wenigstens einer Körperelektrode, die dazwischen einen Entladungsspalt für den Zündfunken bilden.
  • Es ist bekannt, bei einer Zündkerze mit einem Körper, einer Mittelelektrode und wenigstens einer Körperelektrode, die dazwischen einen Entladungsspalt für den Zündfunken bilden, die Mittelelektrode und die Körperelektrode mit Edelmetallarmierungen jeweils zu versehen.
  • Hierbei besteht das Bestreben darin, eine hohe Laufleistung durch die Edelmetallarmierungen zu erreichen, die aus Platinlegierungen oder Iridiumlegierungen bestehen können.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht demgegenüber darin, die Lebensdauer und Laufleistung einer derartigen Zündkerze zu erhöhen.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmalskombination der Patentansprüche 1 und 2 gelöst. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Gegenstand des Patentanspruches 3.
  • Hierbei haben Edelmetallarmierungen der Körperelektrode und der Mittelelektrode eine Überdeckung, d.h. ein Maß an gegenüberstehender Anordnung der Edelmetallflächen, das gegebenenfalls bezogen auf die kleinere Edelmetallfläche wenigstens 90 % vorzugsweise wenigstens 92 % beträgt.
  • Versuche haben ergeben, dass bei einer Edelmetallüberdeckung, die diesem Maß nicht genügt, ein frühzeitiger Ausfall der Zündkerze auftreten kann und die geforderte Lebensdauer nicht erfüllt wird. Erst durch das erfindungsgemäß vorgesehene Maß an Überdeckung wird die Edelmetallarmierung der Elektrode optimal genutzt und ergibt sich eine lange Laufzeit und Lebensdauer der Zündkerze.
  • Bei der erfindungsgemäß hergestellten Zündkerze sind somit die Edelmetallarmierungen an der Mittelelektrode und der Körperelektrode so zueinander angeordnet, dass diese den Entladespalt für den Zündfunken bilden, der so gestaltet ist, dass sich ein elektrischer Funken ausbilden kann. Dabei ist dafür gesorgt, dass die beiden Edelmetallarmierungen der Mittel- und Körperelektroden derart gegenüberstehen, dass sich die Funkenaustrittsfläche der Mittelelektrode und die Funkenauftrittsfläche der Körperelektrode in Richtung der Funkenentladung präzise so gegenüberstehen, dass sich die beiden Edelmetalloberflächen der Mittel- und Körperelektroden um wenigstens 90 % vorzugsweise wenigstens 92 % überdecken
  • US 2002/0038992 A1 beschreibt eine Zündkerze, deren Entladungsspalt soweit verkleinert wird, bis noch eine angemessene Funkenentladung möglich ist. Durch die Verkleinerung des Entladungsspalts wird eine Minimierung der gesamten Baugröße der Zündkerze erreicht. Des Weiteren ist in US 2005/0029915 A1 eine Vielzahl unterschiedlich ausgebildeter Zündkerzen beschrieben, bei denen die Mittelelektrode und die Körperelektrode mit einer Edelmetallarmierung versehen sind. Bei einer in diesem Dokument als Stand der Technik bezeichneten Zündkerze fluchtet die Mittellinie der Mittelelektrode mit der Mittellinie der Körperelektrode. Ansonsten besitzen sämtliche anders ausgestalteten Zündkerzen einen Versatz zwischen den Mittellinien der Körper- und Mittelelektrode.
  • Bei Zündkerzen mit einem Körper, einer Mittelelektrode und wenigstens einer Körperelektrode, ist nach dem Einschrauben der Zündkerze über das an der Körperelektrode vorgesehene Gewinde die Position des Zündkerzengewindeanschnittes nicht der Position der Körperelektrode zugeordnet, d.h. ist die Lage der Körperelektrode nach dem Einschrauben jeweils verschieden, so dass beispielsweise bei dem Einsatz der Zündkerze bei strahlgeführten Direkteinspritzsystemen der Zugang der Funkenstrecke zum Einspritzstrahl verdeckt sein kann. Weiterhin besteht keine Zuordnung des Gewindeanschnittes des Zündkerzenkörpers, d.h. des Bolzengewindes zur Zylinderkopfbohrung, d.h. des Muttergewindes. Es ist beim Zündkerzeneinbau keine gezielte Position der Körperelektrode erreichbar, so dass die Stellung der Körperelektrode im Brennraum zufällig ist.
  • Das Anbringen der Körperelektrode am Zündkerzenkörper erfolgt nach dem Anfertigen des Einschraubgewindes, wobei für das positionsgenauer Schweißen der Körperelektrode die Form und die Lage des Gewindeprofils als Bezug genutzt wird.
  • Dabei wird der Körper am äußeren Dichtsitz lose angeschlagen und wird mit einer Drehbewegung das Gewindeprofil des Körpers in einem definierten Messfenster in die gewünschte Position gebracht. Das Ausrichten, Einstellen und die Positionierung des Körpers wird mittels eines optischen Messsystems überwacht, so dass dadurch ein definierter Abstand des äußeren Dichtsitzes zum Gewindeprofil sichergestellt wird.
  • Nach der Positionierung des Körpers wird die Körperelektrode auf die Stirnseite des Körpers aufgeschweißt, mit anschließenden Weiterbearbeitungen entgratet, geprägt, vernickelt und ggf. edelmetallarmiert. Die Körperelektrode wird dann gebogen und der Isolator wird montiert.
  • Durch die positionsgenaue Fertigung des Zylinderkopfgewindes mit definiertem Gewindeanschnitt wird eine exakte Positionierung der Körperelektrode im Brennraum des Motors sichergestellt.
  • Durch eine Veränderung der Position des Gewindeanschnittes des Zylinderkopfmuttergewindes ist darüber hinaus eine bestmögliche individuelle Stellung der Körperelektrode im Brennraum möglich.
  • Bei Zündkerzen mit einem Körper, einer Mittelelektrode und wenigstens einer Körperelektrode, die dazwischen einen Entladspalt für den Zündfunken bilden, ist weiterhin bisher die Gesamttoleranz des Abstandes vom Körperaußendichtsitz zur Funkenstrecke, d.h. des Vorstehmaßes groß, so dass ein gezielter Einbau, der hauptsächlich beim Einsatz bei strahlgeführten Direkteinspritzsystemen erforderlich ist, nicht gewährleistet ist.
  • Es soll weiterhin erreicht werden, dass die Einbautoleranz des Elektrodenmaßes so klein wie möglich ist.
  • Die Toleranz der Funkenlage wird eingeengt, so dass eine exakte Position der Funkenstrecke im Brennraum sichergestellt ist. Dabei wird die Zündkerze so ausgebildet, dass die Maß- und Toleranzgenauigkeit zwischen dem äußeren Dichtsitz und der Mittelelektrodenspitze minimal ist.
  • Beim Einsatz von strahlgeführten Verbrennungsverfahren bei direkteinspritzenden Ottomotoren ist somit eine sichere Entflammung im Aufenthaltsbereich des Kraftstoffnebels möglich. Dabei ist die Funkenstrecke der Zündkerze in dieser engen Zone des Kraftstoffnebels zu platzieren. Für eine stabile Entflammung bestehen hohe Anforderungen an die Strahlstabilität sowie die Funkenstreckenpositionierung. Da bei marktüblichen Zündkerzen die Fertigungstoleranz des Elektrodenvorstehmaßes groß ist und im Bereich von 1,5 mm liegen kann, sind diese marktüblichen Zündkerzen für diesen Einsatz kaum geeignet. Durch die großen Fertigungstoleranzen derartiger Zündkerzen können die Elektroden derart positioniert sein, dass sich die Kraftstoffwolke außerhalb, insbesondere unterhalb der Funkenstrecke ausbildet, was folglich zu Verbrennungsaussetzern führt. Des Weiteren ist eine exakte Positionierung der Körperelektrode vorteilhaft, damit die Körperelektrode die so genannte Entrainmentströmung nicht behindert. Hierunter ist das Ansaugen von Luft aus der Umgebung des eingespritzten Sprühstrahls infolge des im Sprühstrahl entstehenden Unterdruckes bedingt durch die Geschwindigkeitsverteilung der Tröpfchen sowie der Sprühstrahlabkühlung durch Entzug der Verdampfungsenthalpie zu verstehen.
  • Bei einem Verbrennungsmotor mit einem Verbrennungsverfahren wie beispielsweise der strahlgeführten Benzindirekteinspritzung wird somit eine Zündkerze mit einer lageorientierten Funkenstrecke benötigt. Das Vorstehmaß der Elektroden muss außerdem so zugeordnet sein, dass im definierten Ort des Kraftstoffeinspritzkegels eine sichere Entflammung stattfindet. Bedingungen sind eine exakte Stellung, d.h. ein exaktes Hineinragen der Funkenstrecke in den Verbrennungsraum sowie eine bestmögliche Position der Körperelektrode im Verbrennungsraum bzw. im Einspritzstrahl derart, dass die Körperelektrode den Entflammungsvorgang nicht behindert, indem sie beispielsweise die Kraftstoffteilchen in Richtung der Entladestrecke abschattet oder eine ungünstige Position der Körperelektrode zu Quentching führt.
  • Bei der erfindungsgemäß hergestellten Zündkerze ist die Forderung nach minimaler Zuordnungstoleranz der Funkenstrecke sowie einer genauen Positionierung der Körperelektrode erfüllt. Die Zündkerzen werden erfindungsgemäß so gefertigt, dass sich die natürlichen Toleranzen der Einzelteile bei der Maßbetrachtung des Abstandes zwischen äußerem Dichtsitz und Mittelelektrodenspitze im montierten Zustand nicht addieren. Vor der Montage des Isolators und des Körpers wird mittels eines optischen Messverfahrens zwischen dem Isolatordichtsitz und der Mittelelektrodespitze diese Länge gemessen. Das Vorstehmaß wird mit unterschiedlichen Innendichtringen abgestimmt.
  • Im Folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnungen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben.
  • Es zeigen
    • Fig. 1 den Fertigungsablauf eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Kerzenkörpers in drei Phasen und
    • Fig. 2 den Fertigungsablauf bei einem Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Zündkerze.
  • Zunächst werden anhand der Darstellungen in der Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ausbildung der Edelmetallarmierungen an einer Zündkerze mit aufgeschweißter nicht gebogener Körperelektrode sowie an einer fertig montierten Zündkerze beschrieben, bei denen ein Edelmetalloberflächenüberdeckung der Edelmetallarmierungen von wenigstens 90 % vorzugsweise wenigstens 92 % vorgesehen wird.
  • Bei dem ersten Verfahren der Edelmetallarmierung bei einer Zündkerze mit aufgeschweißter nicht gebogener Körperelektrode wird der Körper 1 in kalibrierter Höhe D1 aufgenommen, wird die Körperelektrode 3 ausgerichtet, wird ein Edelmetallstück 5 der zündseitig zugewandten Oberfläche der Körperelektrode 3 zugeführt, wird das Edelmetallstück in der Mitte der Breite der Körperelektrode 3 positioniert, wird das Edelmetallstück 5 auf das Längenmaß Z widerstandsgeschweißt, wird das Edelmetallstück 5 flach geprägt, wird das Edelmetallstück 5 auf das Längenmaß Z lasergeschweißt, wird die Körperelektrode 3 auf das Längenmaß der optimalen gestreckten Länge zugeschnitten, erfolgt gegebenenfalls ein Konturschneiden der Körperelektrode 3, wird die Körperelektrode 3 auf das Maß A gebogen, werden der Isolator und der Körper dadurch montiert, dass das Maß B des Isolators durch Messen bestimmt wird, dass Isolator 7 und Körper 1 nach Berechnung und gezielter Zuordnung unterschiedlicher Innendichtringdicken s paarweise zugeordnet werden, dass ein Innendichtring 8 und der Isolator 7 in den Körper 1 eingefügt werden und ein Bördeln und Schrumpfen erfolgt, wird die Körperelektrode 3 in der X-Achse, d.h. in Richtung der Breite der Körperelektrode 3 kalibriert, wird die Körperelektrode 3 in der Y-Achse, d.h. hinsichtlich der Vorderkante der Körperelektrode 3 kalibriert und wird die Körperelektrode 3 in der Z-Achse, d.h. in Richtung des Elektrodenabstandes oder in der Längsachse der Zündkerze kalibriert.
  • Bei dem zweiten Verfahren der Edelmetallarmierung an einer fertig montierten Zündkerze wird die fertig montierte Zündkerze aufgenommen, wird die Körperelektrode 3 in Richtung der X-Achse ausgerichtet, wird die Körperelektrode 3 in Richtung der Y-Achse ausgerichtet, wird das Vorstehmaß gemessen, wird die Positionierung des Edelmetallstückes 5 berechnet, wird das Edelmetallstück 5 der zündseitig zugewandten Oberfläche der Körperelektrode 3 zugeführt, wird das Edelmetallstück 5 auf das Längenmaß Z widerstandsgeschweißt, wird das Edelmetallstück 5 flach geprägt, erfolgt ein Laserschweißen, wird die Körperelektrode 3 nach Berechnung des Vorstehmaßes abgeschnitten, wird die Körperelektrode 3 gebogen, wird die Körperelektrode 3 in Richtung der X-Achse kalibriert, wird die Körperelektrode 3 in Richtung der Y-Achse kalibriert, und wird die Körperelektrode 3 in Richtung der Z-Achse kalibriert.
  • Wenn beispielsweise das Edelmetallstück 5 an der Körperelektrode 3 kreisförmig ist und einen Durchmesser von 1 mm hat und das Edelmetallstück der Mittelelektrode kreisförmig ist und einen Durchmesser von 0,8 mm hat, kann die gewünschte Überdeckung von mehr als 90 % der Fläche des Edelmetallstückes der Mittelelektrode durch das Edelmetallstück 5 an der Körperelektrode 3 dadurch erreicht werden, dass die Mittenabweichung, d.h. die Abweichung der Mittelpunkte der kreisförmigen Edelmetallflächen unter 0,18 mm liegt. Bei einer Mittenabweichung von weniger als 0,15 mm wird bereits eine Überdeckung von 95 % erreicht.
  • Die gewünschte Überdeckung lässt sich somit dadurch erzielen, dass die Mittenabweichung in entsprechenden Grenzen gehalten wird.
  • Um weiterhin eine möglichst genaue Position der Funkenstrecke, d.h. ein genaues Vorstehmaß und eine genaue Körperelektrodenstellung im Brennraum zu erzielen, wird bei der Herstellung der Zündkerze das Maß X des äußeren Dichtsitzes des kaltfließgepressten Körpers zum inneren Dichtsitz, d.h. zur kalibrierten Höhe D1 nachgedreht, wird der Körper positioniert bis zum Anschlagen am Bund des äußeres Dichtsitzes, wobei das Gewindeprofil als Bezug ins Messfenster positioniert wird, wird die Körperelektrode 3 geschweißt und anschließend vernickelt, wird ein Edelmetallstück 5 an der Körperelektrode 3 im Maß Z angebracht, wird die Körperelektrode 3 auf die Länge C geschnitten, wird die Körperelektrode 3 auf das Maß A gebogen und werden Isolator 7 und Körper dadurch montiert, dass der Abstand des Dichtsitzes des Isolators 7 zur Zündspitze der Mittelelektrode, d.h. das Maß B gemessen wird, dass die kalibrierte Höhe zum Außendichtsitz, d.h. das Maß X gemessen wird, dass ein Innendichtring 8 nach Berechnung des Maßes B zum Maß C gewählt wird, dass ein Bördeln und Schrumpfen erfolgt und dass ein massiver Außendichtring 6 montiert und verstemmt wird, damit er unverlierbar wird.
  • In den Fig. 1 und 2 ist ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in insgesamt vier Phasen im Einzelnen dargestellt.
  • In Phase 1 in Fig. 1 erfolgt die Herstellung einer Zündkerze derart, dass sich die natürlichen Toleranzen der Einzelteile in Bezug auf das Maß der Funkenlage nicht addieren. Dabei ist der innere Dichtsitz D1 des Körpers 1 der konstruktive Bezugspunkt, auf den sich alle weiteren Konstruktions- und Fertigungsoperationen beziehen. Vom inneren Dichtsitz D1 wird die Genauigkeit zum äußeren Dichtsitz 4 durch Nachdrehen der Dichtschulter hergestellt. Der konstruktiv zu bestimmende Abstand X wird im Bereich von +/- 0,05 mm eingehalten. Die bisherige Toleranzgenauigkeit betrug demgegenüber +/- 0,28 mm (kalibrierte Höhe +/- 0,08 mm, Gewindelänge Körper +/- 0,2 mm).
  • In der Phase 2 erfolgt ein Gewinderollen vor dem Schweißen der Körperelektrode 3. Das Schweißen der Körperelektrode 3 erfolgt dann derart, dass die Lage der Körperelektrode 3 zum Gewindeanschnitt genau bestimmt ist. Dabei wird der Körper 1 mit der Dichtschulter am äußeren Dichtsitz 4 auf einen Anschlag 2 aufgesetzt und wird mit Hilfe eines Bildverarbeitungssystems das Gewindeprofil visualisiert. Durch eine Drehbewegung kann es positionsgenau ins Maß Y in ein vorgegebenes Messfenster justiert werden.
  • In der Phase 3 kann auf die Körperelektrode 3 zusätzlich ein Edelmetallstück 5 geschweißt werden. Als Längenreferenz dient der innere Dichtsitz D1, wobei die genaue Position des Edelmetallstücks 5 mit dem Maß Z definiert wird.
  • Nach dem Schweißen des Edelmetallstücks 5 beispielsweise durch Widerstandsschweißen oder Laserschweißen, wird die Länge C der Körperelektrode 3 durch Ablängen, z.B. durch mechanisches Schneiden hergestellt. Dadurch ist eine optimale Biegelänge der Körperelektrode 3 sichergestellt.
  • Die Körperelektrode 3 wird anschließend auf das Maß A gebogen. Referenz ist dabei der innere Dichtsitz D1 des Körpers. Mit dieser präzisen Vorbiegung ist das Einstellen des Elektrodenabstandes ohne großes Nachbiegen der Körperelektrode 3 sichergestellt. Dadurch ist eine sichere Überdeckung der Edelmetallteile an Mittelelektrode und Körperelektrode 3 in axialer Richtung gewährleistet.
  • In der Phase 4 in Fig. 2 wird vor dem Einbringen des Isolators 7 in den Körper 1 die Länge B von der Isolatordichtschulter zur Zündspitze der Mittelelektrode bestimmt, was beispielsweise mittels eines Kameramesssystems erfolgen kann. Referenz ist die Dichtschulter D2 des Isolators 7, die mit gleichem Prüfmaß dem inneren Dichtsitz D1 des Körpers 1 entspricht.
  • In Abhängigkeit von der Länge B wird der Einbau des Isolators 7 in den Körper 1 mit der Dicke s des Innendichtringes 8 vorgenommen. Die Toleranz beträgt beim Maß B +/- 0,17 mm (Dichtsitz +/- 0,09 mm, Mittelelektrode +/- 0,08 mm).
  • Zur Abstimmung auf ein genaues Vorstehmaß steht ein Sortiment von verschiedenen Dichtungsringdicken s in Abstufungen von 0,1 mm zur Verfügung. Vorzugsdicken s der Innendichtringe 8 sind 0,4 mm, 0,5 mm, 0,6 mm, 0,7 mm und 0,8 mm.
  • Die Montage durch Bördeln und Schrumpfen erfolgt nach der Regel eines Größenmaßes aus Differenz Isolator zu Körper mit einem Kleinstmaß an Innendichtring und umgekehrt. Der Außendichtring 6 besteht aus einem massiven gut Wärme leitenden Metall. Die Dicke K des Außendichtringes 6 ist auf die Motoranforderungen abgestimmt und liegt innerhalb der Normvorgaben. Durch beispielsweise innenseitiges Verstemmen des Außendichtringes 6 wird die Unverlierbarkeit sichergestellt. Gegenüber Standardaußendichtringen aus Blechformteilen bieten massive Dichtringe den Vorteil, dass sich diese beim Anziehen nur gering verformen. Eine Toleranz der Dichtringdicke von +/- 0,02 mm ist sicher erzielbar.
  • Mit dem oben beschriebenen Verfahren ist eine Zündkerze prozesssicher mit einer Genauigkeit des Vorstehmaßes V von +/- 0,1 mm herstellbar.
  • Im Folgenden wird ein spezielles Beispiel gegeben:
    Gefordertes Vorstehmaß V: 31,5 mm
    Gewindelänge: 26,5 mm
    Funkenlage E: 5,0 mm
    Nennmaß:
    Atmungsraum/Außendichtsitzkörper (X): 17,1 mm
    Isolatorfuß/Mittelelektrode (B): 15 mm
    Innendichtring Stärke s: 0,6 mm
    Vorstehmaß V: 31,5 mm
    Größtmaß:
    Atmungsraum/Außendichtsitzkörper (X): 17,15 mm
    Isolatorfuß/Mittelelektrode (B): 14,83 mm
    Innendichtring Stärke s: 0,8 mm
    Vorstehmaß V: 31,52 mm
    Kleinstmaß:
    Atmungsraum/Außendichtsitzkörper (X): 17,05 mm
    Isolatorfuß/Mittelelektrode (B): 15,17 mm
    Innendichtring Stärke s: 0,4 mm
    Vorstehmaß V: 31,48 mm
    Größte Paarungsdifferenz:
    Atmungsraum/Außendichtsitzkörper (X): 17,10 mm
    Isolatorfuß/Mittelelektrode (B): 15,05 mm
    Innendichtring Stärke s: 0,5 mm
    Vorstehmaß V: 31,45 mm
    oder
    Innendichtring Stärke s: 0,6 mm
    Vorstehmaß V: 31,55 mm
  • Dabei sind die Toleranzen des Innendichtringes mit +/- 0,02 mm sowie die Dickenstreuung nach dem Andrücken des Innendichtringes bei der Montage nicht berücksichtigt und sind auch die Toleranzen des Außendichtringes mit +/- 0,02 mm nicht berücksichtigt. Werden diese Toleranzen bei der Bewertung des Vorstehmaßes V berücksichtigt, so lässt sich eine Genauigkeit des Vorstehmaßes V prozesssicher in der Größenordnung +/- 0,1 mm erzielen.
  • Durch die Erfindung ergibt sich somit eine Zündkerze, bei der die Körperelektrode zum Gewindeanschnitt exakt positioniert ist, das Elektrodenvorstehmaß durch Minimierung der Toleranzen geringe Schwankungen im Bereich von 0,2 mm aufweist, die Montage mit serienüblichen Montagewerkzeug möglich ist, serienübliche Hochspannungsanschlüsse verwandt werden können und eine lange Laufzeit durch optimale Nutzung der Edelmetallarmierung erreicht ist.

Claims (3)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze mit einem Körper (1), einer Mittelelektrode und wenigstens einer Körperelektrode (3), die dazwischen einen Entladungsspalt für den Zündfunken bilden, wobei die Mittelelektrode und die Körperelektrode (3) Edelmetallarmierungen (5), die an den Einzelteilen der Zündkerze vorgenommen und anschließend montiert werden, jeweils aufweisen, wobei der Körper (1) in kalibrierter Höhe aufgenommen wird, die Körperelektrode (3) ausgerichtet wird, ein Edelmetallstück (5) der zündseitig zugewandten Oberfläche der Körperelektrode (3) zugeführt wird, das Edelmetallstück (5) in der Mitte der Breite der Körperelektrode (3) positioniert wird, das Edelmetallstück (5) auf ein bestimmtes Längenmaß widerstandsgeschweißt wird, das Edelmetallstück (5) flach geprägt wird, das Edelmetallstück (5) auf das bestimmte Längenmaß lasergeschweißt wird, die Körperelektrode (3) auf ihr Längenmaß zugeschnitten wird, die Länge der Isolatordichtschulter zur Mittelelektrodenspitze gemessen wird, der Isolator (7) dem Körper (1) nach Berechnung und gezielter Zuordnung unterschiedlicher Innendichtringdicken zugeordnet wird, ein Innendichtring (8) und Isolator (7) in den Körper (1) eingefügt werden und ein Bördeln und Schrumpfen erfolgt, die Körperelektrode (3) in Richtung ihrer Breite kalibriert wird, die Körperelektrode (3) in Richtung ihrer Vorderkante kalibriert wird und die Körperelektrode (3) in Richtung des Elektrodenabstandes kalibriert wird, derart, dass die Edelmetallarmierungen (5) der Körperelektrode (3) und der Mittelelektrode eine Überdeckung der Edelmetallflächen von wenigstens 90 % bezogen auf die ggf. kleinere Edelmetallfläche aufweisen.
  2. Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze mit einem Körper (1), einer Mittelelektrode und wenigstens einer Körperelektrode (3), die dazwischen einen Entladungsspalt für den Zündfunken bilden, wobei die Mittelelektrode und die Körperelektrode (3) Edelmetallarmierungen (5) jeweils aufweisen, wobei die Zündkerze aus ihren Einzelteilen fertig vormontiert und anschließend mit den Edelmetallarmierungen (5) versehen wird, und wobei die fertig vormontierte Zündkerze aufgenommen wird, die Körperelektrode (3) in ihrer Breite ausgerichtet wird, die Körperelektrode (3) in der Richtung ihrer Vorderkante ausgerichtet wird, das Vorstehmaß gemessen wird, die Positionierung eines Edelmetallstückes (5) berechnet wird, das Edelmetallstück (5) der zündseitig zugewandten Oberfläche der Körperelektrode (3) zugeführt wird, das Edelmetallstück (5) auf ein bestimmtes Längenmaß widerstandsgeschweißt wird, das Edelmetallstück (5) flachgeprägt wird, das Edelmetallstück (5) lasergeschweißt wird, die Körperelektrode (3) nach Berechnung des Vorstehmaßes abgeschnitten wird, die Körperelektrode (3) gebogen wird, die Körperelektrode (3) in Richtung der Breite kalibriert wird, die Körperelektrode (3) in Richtung der Vorderkante kalibriert wird, und die Körperelektrode (3) in Richtung des Elektrodenabstands kalibriert wird, derart, dass die Edelmetallarmierungen (5) der Körperelektrode (3) und der Mittelelektrode eine Überdeckung der Edelmetallflächen von wenigstens 90 % bezogen auf die ggf. kleinere Edelmetallfläche aufweisen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Überdeckung der Edelmetallflächen wenigstens 92 % beträgt.
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