EP3771050A1 - Spark plug contact element and spark plug - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zündkerzenkontaktelement (9), das einen Kontaktelementgrundkörper (10), eine mindestens abschnittsweise auf einer Oberfläche (11) des Kontaktelementgrundkörpers (10) angeordnete Korrosionsschutzschicht (12) und mindestens eine zwischen dem Kontaktelementgrundkörper (10) und der Korrosionsschutzschicht (12) angeordnete Barriereschicht (13) umfasst, wobei der Kontaktelementgrundkörper (10) eisenhaltig ist und wobei die Korrosionsschutzschicht (12) nickelhaltig ist.The present invention relates to a spark plug contact element (9) which has a contact element base body (10), a corrosion protection layer (12) arranged at least in sections on a surface (11) of the contact element base body (10) and at least one between the contact element base body (10) and the corrosion protection layer (12) ) comprises arranged barrier layer (13), wherein the contact element base body (10) contains iron and wherein the corrosion protection layer (12) contains nickel.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zündkerzenkontaktelement mit verbesserter Beständigkeit gegenüber einer Bildung von Zunderschichten sowie eine Zündkerze, die dieses Zündkerzenkontaktelement umfasst.The present invention relates to a spark plug contact element with improved resistance to the formation of scale layers and a spark plug which comprises this spark plug contact element.
Um in Zündkerzen eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Zündkerzenelektroden und dem elektrischen Anschluss der Zündkerze herzustellen, wird im Inneren eines Isolators der Zündkerze ein Kontaktelement eingesetzt, das üblicherweise unter Einwirkung hoher Temperaturen mit dem Isolator verbunden wird. Aufgrund der sehr guten elektrischen Leitfähigkeit werden eisenhaltige Legierungen als Grundmaterial der Kontaktelemente eingesetzt, die, um einer Korrosion vorzubeugen, zudem mit einer galvanischen Nickelbeschichtung überzogen werden. Galvanische Nickelbeschichtungen sind kostengünstig herstellbar, jedoch ist die Schichtdicke der gebildeten Nickelbeschichtung aufgrund der unterschiedlich stark einwirkenden Feldstärken nicht homogen und weist gravierende Unterschiede auf. Durch hohe thermische Belastung, wie beispielsweise bei der Verbindung mit einem Isolator bei der Herstellung einer Zündkerze, kommt es im Kontaktelement zu Diffusionsvorgängen. Eisen diffundiert dabei aus dem Grundmaterial durch die galvanische Nickelschicht an die Oberfläche des Kontaktelements und bildet dort Zunderschichten, die spröde sind und sich beim Verbinden des Kontaktelements mit dem Isolator ablösen. Sich ablösende Zunderpartikel können sich in einer auf dem Isolator anzubringenden Glasurschicht ablegen und somit die herzustellende Zündkerze optisch beeinträchtigen und auch deren Durchschlagfestigkeit reduzieren.In order to establish an electrically conductive connection between the spark plug electrodes and the electrical connection of the spark plug in spark plugs, a contact element is used inside an insulator of the spark plug, which is usually connected to the insulator under the action of high temperatures. Due to the very good electrical conductivity, ferrous alloys are used as the basic material of the contact elements, which are also coated with a galvanic nickel coating in order to prevent corrosion. Electroplated nickel coatings can be produced inexpensively, but the layer thickness of the nickel coating that is formed is not homogeneous due to the different strengths of the field and shows significant differences. Diffusion processes occur in the contact element due to high thermal loads, such as when connecting to an insulator when manufacturing a spark plug. Iron diffuses from the base material through the galvanic nickel layer to the surface of the contact element, where it forms layers of scale that are brittle and peel off when the contact element is connected to the insulator. Detaching scale particles can be deposited in a glaze layer to be applied to the insulator and thus visually impair the spark plug to be produced and also reduce its dielectric strength.
Durch das erfindungsgemäße Zündkerzenkontaktelement wird die Bildung von Zunderschichten effektiv verhindert. Das Zündkerzenkontaktelement weist bei hoher elektrischer Leitfähigkeit nicht nur eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit sondern auch eine hohe mechanische und thermische Beständigkeit auf.The spark plug contact element according to the invention effectively prevents the formation of layers of scale. The spark plug contact element has high electrical conductivity not only has very good corrosion resistance but also high mechanical and thermal resistance.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, dass das Zündkerzenkontaktelement einen Kontaktelementgrundkörper, eine mindestens abschnittsweise auf einer Oberfläche des Kontaktelementgrundkörpers angeordnete Korrosionsschutzschicht und mindestens eine zwischen dem Kontaktelementgrundkörper und der Korrosionsschutzschicht angeordnete Barriereschicht umfasst. Hierbei ist der Kontaktelementgrundkörper aufgrund der sehr guten elektrischen Leitfähigkeit eisenhaltig und die Korrosionsschutzschicht ist aufgrund der sehr guten Beständigkeit gegenüber Korrosion nickelhaltig.According to the invention, this is achieved in that the spark plug contact element comprises a contact element base body, a corrosion protection layer arranged at least in sections on a surface of the contact element base body and at least one barrier layer arranged between the contact element base body and the corrosion protection layer. Here, the contact element base body contains iron due to its very good electrical conductivity and the corrosion protection layer contains nickel due to its very good resistance to corrosion.
Die erfindungsgemäß eingesetzte Barriereschicht zeichnet sich durch eine Struktur mit hoher Dichte aus, ist zudem reaktionsträge und thermisch beständig. Dadurch kann eine Diffusion von Eisen aus dem Kontaktelementgrundkörper an die in die Umgebung gerichtete Oberfläche der Korrosionsschutzschicht verhindert werden. Die Bildung einer Zunderschicht wird somit unterdrückt und das Kontaktelement zeichnet sich durch eine hohe chemische und mechanische Beständigkeit selbst bei hohen Temperaturen aus.The barrier layer used according to the invention is distinguished by a structure with high density, is also inert and thermally stable. As a result, a diffusion of iron from the contact element base body to the surface of the corrosion protection layer facing into the environment can be prevented. The formation of a scale layer is thus suppressed and the contact element is characterized by high chemical and mechanical resistance even at high temperatures.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.The subclaims contain advantageous developments of the invention.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst der Kontaktelementgrundkörper im Lichte einer besonders hohen thermischen und mechanischen Beständigkeit bei sehr guter elektrischer Leitfähigkeit eisenhaltigen Stahl.According to an advantageous development, the contact element base body comprises ferrous steel in the light of a particularly high thermal and mechanical resistance with very good electrical conductivity.
Zur weiteren Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit umfasst der Kontaktelementgrundkörper neben Eisen auch Kohlenstoff und ist insbesondere ein eisenhaltiger und kohlenstoffhaltiger Stahl.In order to further improve the electrical conductivity, the contact element base body comprises iron as well as carbon and is in particular an iron-containing and carbon-containing steel.
Aufgrund der sehr hohen Dichte und der damit verbundenen sehr guten Diffusionsbarriereeigenschaften umfasst die Barriereschicht chemisch abgeschiedenes Nickel. Zudem ist chemisch abgeschiedenes Nickel mit konstanter Schichtdicke auf dem Kontaktelementgrundkörper abscheidbar. Schichtdickeninhomogenitäten werden vermieden. Der Nachweis, dass die Barriereschicht chemisch abgeschiedenes Nickel umfasst, kann mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) erfolgen, wobei ein EDX-Detektor verwendet wird. Durch dieses Nachweisverfahren kann auch eine chemisch abgeschiedene Nickelschicht als Barriereschicht von einer chemisch abgeschiedenen Nickelschicht als Korrosionsschutzschicht unterschieden werden.Due to the very high density and the very good diffusion barrier properties associated with it, the barrier layer comprises chemically deposited nickel. In addition, chemically deposited nickel can be deposited with a constant layer thickness on the contact element base body. Layer thickness inhomogeneities are avoided. Evidence that the Barrier layer comprising chemically deposited nickel can be carried out by means of scanning electron microscopy (SEM), an EDX detector being used. This detection method can also be used to distinguish a chemically deposited nickel layer as a barrier layer from a chemically deposited nickel layer as a corrosion protection layer.
Die Dichte der Barriereschicht und zudem auch die thermische Beständigkeit lassen sich weiter vorteilhaft dadurch verbessern, dass das chemisch abgeschiedene Nickel Wolfram umfasst.The density of the barrier layer and also the thermal resistance can be further advantageously improved in that the chemically deposited nickel comprises tungsten.
Gemäß einer alternativen vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Barriereschicht galvanisch abgeschiedenes Palladium, das sich ebenfalls durch eine hohe Dichte und sehr gute thermische und mechanische Beständigkeit auszeichnet.According to an alternative advantageous development, the barrier layer comprises electrodeposited palladium, which is also characterized by a high density and very good thermal and mechanical resistance.
Besonders gut diffusionshemmende bzw. diffusionsunterbindende Eigenschaften werden durch die vorteilhafte Weiterbildung erhalten, in der die Barriereschicht eine Schichtdicke in einem Bereich von 1 bis 1000 nm aufweist. Hierbei handelt es sich um die durchschnittliche Schichtdicke, die gemäß DIN EN ISO 3497:2000 bestimmt wird.Particularly good diffusion-inhibiting or diffusion-preventing properties are obtained through the advantageous development in which the barrier layer has a layer thickness in a range from 1 to 1000 nm. This is the average layer thickness, which is determined in accordance with DIN EN ISO 3497: 2000.
Aufgrund der sehr guten Beständigkeit gegenüber Oxidation, umfasst die Korrosionsschutzschicht vorteilhafterweise chemisch oder galvanisch abgeschiedenes Nickel. Da die Diffusion von Eisen effizient durch das Vorsehen der Barriereschicht verhindert wird, kann die Korrosionsschutzschicht auch durch ein kostengünstiges galvanisches Verfahren abgeschieden werden.Due to the very good resistance to oxidation, the corrosion protection layer advantageously comprises chemically or galvanically deposited nickel. Since the diffusion of iron is efficiently prevented by the provision of the barrier layer, the corrosion protection layer can also be deposited by an inexpensive galvanic process.
Um eine besonders hohe Korrosionsbeständigkeit bereitzustellen, beträgt eine Schichtdicke der Korrosionsschutzschicht 1 bis 30 µm. Hierbei wird die Schichtdicke wie vorstehend für die Schichtdicke der Barriereschicht angegeben bestimmt.In order to provide a particularly high level of corrosion resistance, the corrosion protection layer has a thickness of 1 to 30 μm. Here, the layer thickness is determined as indicated above for the layer thickness of the barrier layer.
Des Weiteren erfindungsgemäß wird auch eine Zündkerze beschrieben, die ein wie vorstehend offenbartes Zündkerzenkontaktelement umfasst. Aufgrund der Verwendung des erfindungsgemäßen Zündkerzenkontaktelements zeichnet sich die erfindungsgemäße Zündkerze durch eine ansprechende Optik, eine hohe thermische und mechanische Beständigkeit sowie eine sehr hohe Durchschlagfestigkeit aus. Die erfindungsgemäße Zündkerze hat hierdurch eine besonders hohe Lebensdauer.Furthermore, according to the invention, a spark plug is also described which comprises a spark plug contact element as disclosed above. Due to the use of the spark plug contact element according to the invention, the spark plug according to the invention is distinguished by an attractive appearance, high thermal and mechanical resistance and very high Dielectric strength. The spark plug according to the invention therefore has a particularly long service life.
Die für das erfindungsgemäße Zündkerzenkontaktelement beschriebenen Vorteile, vorteilhaften Effekte und Weiterbildungen finden auch Anwendung auf die erfindungsgemäße Zündkerze.The advantages, advantageous effects and developments described for the spark plug contact element according to the invention are also applied to the spark plug according to the invention.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1- eine teilgeschnittene Ansicht einer Zündkerze gemäß einer ersten Ausführungsform und
Figur 2- eine geschnittene Ansicht eines Zündkerzenkontaktelements gemäß einer zweiten Ausführungsform.
- Figure 1
- a partially sectional view of a spark plug according to a first embodiment and
- Figure 2
- a sectional view of a spark plug contact element according to a second embodiment.
In den Figuren sind nur die erfindungswesentlichen Details dargestellt. Alle übrigen Details sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Zudem beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Bauteile.Only the details essential to the invention are shown in the figures. All other details are omitted for the sake of clarity. In addition, the same reference symbols relate to the same components.
Wie aus
In der Zündkerze 1 aus
Der Kontaktelementgrundkörper 10 ist eisenhaltig und besteht insbesondere aus einem eisenhaltigen und kohlenstoffhaltigen Stahl. Die Korrosionsschutzschicht 12 ist nickelhaltig und besteht insbesondere aus chemisch oder galvanisch abgeschiedenem Nickel.The contact
Einzelheiten des Zündkerzenkontaktelements 9 sind in
Die Barriereschicht 13 weist dabei eine Schichtdicke S1 in einem Bereich von 1 bis 1000 nm auf.The
Die Korrosionsschutzschicht 11, die vorteilhafterweise galvanisch abgeschiedenes Nickel umfasst bzw. aus galvanisch abgeschiedenem Nickel besteht, weist insbesondere eine Schichtdicke S2 in einem Bereich von 1 bis 30 µm auf.The
Aufgrund der vorgesehenen Barriereschicht 13 zeichnet sich das Zündkerzenkontaktelement 9 durch eine hohe thermische und mechanische Beständigkeit aus. Zunderschichtbildungen, die aus Diffusionsvorgängen von Eisen aus dem Zündkerzenelementgrundkörper 10 an die Oberfläche der Korrosionsschutzschicht 11 resultieren, werden vermieden. Damit kann eine auf dem Isolator angeordnete Glasurschicht partikelfrei ausgebildet werden, so dass sich die Zündkerze aus
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