EP3939133B1 - Zündkerzengehäuse mit korrosionsschutz auf der innenseite sowie zündkerze und herstellungsverfahren - Google Patents

Zündkerzengehäuse mit korrosionsschutz auf der innenseite sowie zündkerze und herstellungsverfahren

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EP3939133B1
EP3939133B1 EP20708082.1A EP20708082A EP3939133B1 EP 3939133 B1 EP3939133 B1 EP 3939133B1 EP 20708082 A EP20708082 A EP 20708082A EP 3939133 B1 EP3939133 B1 EP 3939133B1
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spark plug
plug housing
corrosion protection
protection layer
spark
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Roland Kraus
Herbert NOELSCHER
Sabrina RATHGEBER
Gabriel PETERSEN
Tim Bergmann
Martina BUBRIN
Tina HIRTE
Bernhard GRIES
Christoph Roland HOELZL
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    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
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    • 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

Definitions

  • the spark plug housing which has an inner side, an outer side and a longitudinal axis which extends from an end of the spark plug housing facing the combustion chamber to an end of the spark plug housing facing away from the combustion chamber, wherein the spark plug housing has on its inner side a circumferential shoulder which is designed for a spark plug insulator to rest thereon, in that the spark plug housing has on its inner side a corrosion protection layer which is formed on a section of the inner side of the spark plug housing, wherein the section extends from an end of the spark plug housing facing the combustion chamber to at least over the shoulder and along the inner circumference of the spark plug housing.
  • a spark plug housing 2 according to the invention is shown.
  • the spark plug housing 2 has an inner side 24, an outer side 23, an end 21 facing the combustion chamber, and an end 22 facing away from the combustion chamber.
  • a shoulder 25 is formed on the inner side 24 of the spark plug housing 2. This shoulder 25 is designed so that, in the case of a spark plug 1 with a spark plug insulator 3, this spark plug insulator 3 rests on the shoulder 25.
  • a corrosion protection layer 50 is applied to the surface of the spark plug housing inner side 24 in a section 55.
  • the corrosion protection layer 50 extends from the end of the spark plug housing facing the combustion chamber up to at least 1 mm above the shoulder 25 and along the inner circumference of the spark plug housing inner side 24.
  • the corrosion protection layer 50 is formed on a section 55 with a length of at least 4 mm parallel to the longitudinal axis of the spark plug housing 2.
  • the corrosion protection layer 50 has a layer thickness D that is as uniform as possible along its circumference and along its longitudinal extent, averaging at least 2 ⁇ m, whereby the thickest and thinnest points of the corrosion protection layer do not differ by more than 10%.
  • the corrosion protection layer 50 has been applied by means of a galvanic coating process, wherein a coating electrode was arranged within the spark plug housing 2 for coating the spark plug housing inner side 24 with the corrosion protection layer 50.
  • FIG. 2 shows a spark plug 1 in a semi-sectional view.
  • the spark plug 1 comprises a spark plug housing 2, which has an inner side 24, an outer side 23, an end 21 facing the combustion chamber, and an end 22 facing away from the combustion chamber.
  • a spark plug insulator 3 is inserted into the spark plug housing 2.
  • the spark plug housing 2 and the spark plug insulator 3 each have a bore along their longitudinal axis X.
  • the longitudinal axis of the spark plug housing 2, the longitudinal axis of the spark plug insulator 3, and the longitudinal axis of the spark plug 1 coincide.
  • a center electrode 4 is inserted into the spark plug insulator 3.
  • a resistance element is located in the insulator 3 between the center electrode 4 and the connecting bolt 8.
  • the resistance element electrically connects the center electrode 4 to the connecting bolt 8.
  • the insulator 3 rests with a shoulder on a circumferential shoulder 25 formed on the inner side 24 of the spark plug housing 2.
  • an inner seal is arranged between the insulator shoulder and the shoulder 25. This seal is plastically deformed when the spark plug insulator 3 is clamped into the spark plug housing 2, thereby sealing the air gap.
  • An electrically conductive ground electrode 5 is arranged on the spark plug housing 2 at its combustion chamber-side end 21.
  • the ground electrode 5 and the center electrode 4 are arranged relative to one another in such a way that an ignition gap forms between them, where the ignition spark is generated.

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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Spark Plugs (AREA)

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Zündkerzengehäuse gemäß dem Anspruch 1 und eine Zündkerze mit einem solchen Zündkerzengehäuse gemäß dem Anspruch 7, sowie ein Herstellungsverfahren für das Zündkerzengehäuse gemäß Anspruch 8.
  • Heutige Zündkerzengehäuse weisen häufig auf ihrer Außenseite eine Beschichtung auf, die das Zündkerzengehäuse vor Korrosion schützen sollen. Typischerweise wird eine solche Korrosionsschutzschicht durch ein elektro-chemisches oder galvanisches oder sonstiges Beschichtungsverfahren erzeugt. Jedes Beschichtungsverfahren hat dabei seine Vor- und Nachteile.
  • Solche Zündkerzengehäuse sind beispielsweise aus der US 2012/146483 A1 , der DE 10 2004 046895 A1 oder der EP2 546 938 A1 bekannt.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Für die galvanische Beschichtung wird das Zündkerzengehäuse in eine Trommel gegeben oder auf einem Gestell für die Beschichtung gehaltert. Dabei entsteht die Schwierigkeit, dass die Innenseite des Zündkerzengehäuses nicht oder nur zu einem kleinen Teil beschichtet werden kann, da das für die Schichtbildung nötige elektrische Feld im inneren Bereich vom Gehäuse selbst abgeschirmt wird. Insbesondere Zündkerzengehäuse mit einem tiefen Atmungsraum erhalten bei dieser Methode auf ihrer Innenseite kein oder zu mindestens keine ausreichende und keine gleichmäßige Beschichtung. Dadurch ergibt sich bei ungünstigen Lagerbedingungen oder Transportbedingungen, dass das Zündkerzengehäuse auf seiner Innenseite bereits korrodiert. Das Zündkerzengehäuse kann nicht mehr verwendet werden. Wenn die Korrosion des Atmungsraums unbemerkt bleibt und das Zündkerzengehäuse für eine Zündkerze verwendet wird, dann hat diese Zündkerze eine wesentlich kürzere Lebensdauer, als eine Zündkerze mit einem nicht korrodierten Zündkerzengehäuse.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Zündkerzengehäuse und eine Zündkerze bereit zu stellen, bei denen es möglichst zu keiner Korrosion im Atmungsraum des Zündkerzengehäuses kommt.
  • Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Zündkerzengehäuse, das eine Innenseite, eine Außenseite und eine Längsachse hat, die sich von einem brennraumzugewandten Ende des Zündkerzengehäuses bis zu einem brennraumabgewandten Ende des Zündkerzengehäuses erstreckt, wobei das Zündkerzengehäuse auf seiner Innenseite einen umlaufenden Absatz aufweist, der dazu eingerichtet ist, dass ein Zündkerzenisolator darauf aufliegt, dadurch gelöst, dass das Zündkerzengehäuse auf seiner Innenseite eine Korrosionsschutzschicht aufweist, die auf einem Abschnitt der Innenseite des Zündkerzengehäuses ausgebildet ist, wobei der Abschnitt sich von einem zu dem brennraumzugewandten Ende des Zündkerzengehäuses bis mindestens über den Absatz und entlang des Innenumfangs des Zündkerzengehäuses erstreckt.
  • Dadurch gibt sich der Vorteil, dass der mit der Korrosionsschutzschicht bedeckte Abschnitt auf der Innenseite des Zündkerzengehäuses, der bei einer Zündkerze zusammen mit dem Zündkerzenisolator den Atmungsraum begrenzt und somit diesen bildet, durch die Korrosionsschicht vor unerwünschter Korrosion sowohl bei der Lagerung, beim Transport als auch beim Gebrauch der Zündkerze geschützt ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass die Korrosionsschutzschicht sich vom brennraumzugewandten Ende des Zündkerzengehäuses bis mindestens über den Absatz erstreckt. Bei einer Zündkerze liegt der Zündkerzenisolator auf dem Absatz der Innenseite des Zündkerzengehäuses auf. Häufig zusammen mit einer Innendichtung, aber auch in einigen Fällen ohne eine Innendichtung, wird der Spalt zwischen Zündkerzengehäuse und Zündkerzenisolator am Absatz luftdicht abgedichtet, so dass die im Verbrennungsraum entstehenden Gasgemische nicht weiter als bis zu dieser inneren Dichtstelle am Absatz in das Zündkerzengehäuse eindringen können. Der Atmungsraum erstreckt sich somit vom brennraumzugewandten Ende des Zündkerzengehäuses bis zum Absatz, auf dem der Zündkerzenisolator aufliegt und häufig zusammen mit einer Innendichtung den Spalt abdichtet.
  • Erfindungsgemäß ist die Korrosionsschutzschicht eine galvanisch aufgetragene Schicht.
  • Dies bedeutet, dass die Korrosionsschicht mittels eines galvanischen Beschichtungsverfahrens auf die Oberfläche des Zündkerzengehäuses aufgetragen wurde. Insbesondere bei dem galvanischen Beschichtungsverfahren ergibt sich eine sehr gleichmäßige Korrosionsschutzschicht, die auch ausreichend weit auf der Innenseite des Zündkerzengehäuses ausgebildet ist, wenn bei dem galvanischen Beschichtungsverfahren eine Beschichtungselektrode im Inneren des Zündkerzengehäuses platziert wird, so dass sich ein sehr gleichmäßiges elektrisches Feld entlang der Längsachse des Zündkerzengehäuses für den zu beschichtenden Abschnitt ergibt.
  • Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Korrosionsschutzschicht Nickel und/oder Zink enthält. Korrosionsschichten mit oder aus diesen Elementen sind sehr stabil. Insbesondere ist die Korrosionsschutzschicht phosphorfrei.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Korrosionsschutzschicht sich vom Absatz aus mindestens noch 1 mm in Richtung des brennraumabgewandten Endes des Zündkerzengehäuses erstreckt. Damit wird sichergestellt, dass die Korrosionsschutzschicht ausreichend weit auf der Innenseite des Zündkerzengehäuses ausgebildet ist, damit es keine Korrosion direkt an der inneren Dichtstelle am Absatz gibt.
  • Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Korrosionsschutzschicht im Mittel eine Dicke D von mindestens 2 µm hat, insbesondere entlang des Umfangs des Abschnitts und/oder entlang der Längserstreckung des Abschnitts. Dabei wird die Dicke D senkrecht zur Innenseite des Zündkerzengehäuses gemessen. Es hat sich gezeigt, dass bei einer Schichtdicke von weniger als 2 µm mögliche Defekte in der Korrosionsschutzschicht von der Oberfläche der Korrosionsschutzschicht durch die Schicht bis zum Zündkerzengehäuse reichen können und somit mögliche Korrosionspfade zur Zündkerzengehäuse-Oberfläche bilden. Mit einer Schichtdicke von mindestens 2 µm ist, die Wahrscheinlichkeit für solche Korrosionspfade ausreichend niedrig, damit die Korrosionsschutzschicht eine ausreichende Schutzfunktion hat.
  • Des Weiteren ist es ebenfalls erfindungsgemäß, dass die Korrosionsschutzschicht eine gleichmäßige Dicke hat, die nicht mehr als 10% Unterschied zwischen der dicksten und dünnsten Stelle aufweist. Dadurch wird verhindert, dass eine Stelle entsteht, die deutlich dünner ist als die restliche Korrosionsschutzschicht. Bei einer dünneren Stelle ist gegenüber der restlichen Korrosionsschutzschicht die Wahrscheinlichkeit höher, dass Korrosionspfade von der Oberfläche der Korrosionsschutzschicht bis zum Gehäuse existieren. Die dünnere Stelle ist somit eine Schwachstelle und kann dazu führen, dass der beabsichtigte technische Effekt der Erfindung nicht eintritt.
  • Bei einer Ausgestaltung des Zündkerzengehäuses weist das Zündkerzengehäuse auf seiner Innenseite nur die Korrosionsschicht auf. Dadurch vereinfacht sich die Produktion und die Produktionskosten für ein Zündkerzengehäuse mit einem guten Korrosionsschutz.
  • Bei einer alternativen Ausgestaltung des Zündkerzengehäuses weist das Zündkerzengehäuse zusätzlich zur Korrosionsschutzschicht noch weitere Schichten auf, insbesondere eine oder mehrere Zwischenschichten und/oder eine Versiegelungsschicht. Dabei bilden die Korrosionsschutzschicht, die Zwischenschichten und die Versiegelungsschicht ein Schichtsystem, d.h. die verschiedenen Schichten liegen aufeinander. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, ein besonders robustes Schichtsystem zum Korrosionsschutz des Zündkerzengehäuses bereitzustellen, welches gerade für Anwendungen für Zündkerzen bei extremen Verbrennungsbedingungen benötigt wird.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Zündkerze, die ein erfindungsgemäßes Zündkerzengehäuse, einen im Zündkerzengehäuse angeordneten Zündkerzenisolator, eine im Zündkerzenisolator angeordnete Mittelelektrode und eine Masseelektrode, die am brennraumzugewandten Ende des Zündkerzengehäuses angeordnet ist, wobei die Masseelektrode und die Mittelelektrode dazu eingerichtet sind gemeinsam einen Zündspalt zu bilden.
  • Die oben beschriebenen vorteilhaften technischen Effekte kommen auch bei dieser Zündkerze entsprechend zur Wirkung.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Zündkerzengehäuses, bei dem mindestens ein Abschnitt auf der Innenseite des Zündkerzengehäuses mit einer Korrosionsschutzschicht galvanisch beschichtet wird, in dem eine Beschichtungselektrode innerhalb des Zündkerzengehäuses platziert wird.
  • Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass bei diesem galvanischen Beschichtungsverfahren sich eine sehr gleichmäßige Korrosionsschutzschicht auf der Innenseite des Zündkerzengehäuses ausbildet, die auch ausreichend weit auf der Innenseite des Zündkerzengehäuses ausgebildet ist. Durch die Platzierung der Beschichtungselektrode im Inneren des Zündkerzengehäuses bei dem galvanischen Beschichtungsverfahren eine ergibt sich ein sehr gleichmäßiges elektrisches Feld entlang der Längsachse des Zündkerzengehäuses für den zu beschichtenden Abschnitt ergibt. Dadurch kann eine sehr gleichmäßige Korrosionsschutzschicht auf die Innenseite des Zündkerzengehäuses aufgetragen werden.
  • Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind.
  • Zeichnung
    • Figur 1 zeigt ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes Zündkerzengehäuse
    • Figur 2 zeigt eine Zündkerze
    Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Zündkerzengehäuse 2 dargestellt. Das Zündkerzengehäuse 2 hat eine Innenseite 24, eine Außenseite 23, ein brennraumzugewandtes Ende 21 und ein brennraumabgewandtes Ende 22. Auf der Innenseite 24 des Zündkerzengehäuses 2 ist ein auf der Innenseite 24 umlaufener Absatz 25 ausgebildet. Dieser Absatz 25 ist dazu eingerichtet, dass bei einer Zündkerze 1 mit einem Zündkerzenisolator 3, dieser Zündkerzenisolator 3 auf dem Absatz 25 aufliegt.
  • Auf der Oberfläche der Zündkerzengehäuse-Innenseite 24 ist in einem Abschnitt 55 eine Korrosionsschutzschicht 50 aufgebracht. Die Korrosionsschutzschicht 50 erstreckt sich vom brennraumzugewandten Ende des Zündkerzengehäuses bis zu mindestens 1 mm über den Absatz 25 und entlang des Innenumfangs der Zündkerzengehäuse-Innenseite 24. In diesem Beispiel ist die Korrosionsschutzschicht 50 auf einem Abschnitt 55 mit einer Länge von mindestens 4 mm parallel zur Längsachse des Zündkerzengehäuses 2 ausgebildet. Dabei hat die Korrosionsschutzschicht 50 entlang ihres Umfangs und entlang ihrer Längserstreckung eine möglichst gleichmäßige Schichtdicke D von im Mittel mindestens 2 µm, wobei die dickste und die dünnste Stelle der Korrosionsschutzschicht sich nicht mehr als um 10% unterscheiden.
  • Bevorzugt ist die Korrosionsschutzschicht 50 mittels eines galvanischen Beschichtungsverfahrens aufgetragen worden, wobei für die Beschichtung der Zündkerzengehäuse-Innenseite 24 mit der Korrosionsschutzschicht 50 eine Beschichtungselektrode innerhalb des Zündkerzengehäuses 2 angeordnet wurde.
  • Das Zündkerzengehäuse besteht typischerweise aus einem Kohlenstoffstahl, wie C10 oder C22.
  • Figur 2 zeigt in einer halb-geschnittenen Ansicht eine Zündkerze 1. Die Zündkerze 1 umfasst ein Zündkerzengehäuse 2, das eine Innenseite 24, eine Außenseite 23, ein brennraumzugewandtes Ende 21 und ein brennraumabgewandtes Ende 22 hat. In das Zündkerzengehäuse 2 ist ein Zündkerzenisolator 3 eingesetzt. Das Zündkerzengehäuse 2 und der Zündkerzenisolator 3 weisen jeweils entlang ihrer Längsachse X eine Bohrung auf. Die Längsachse des Zündkerzengehäuses 2, die Längsachse des Zündkerzenisolators 3 und die Längsachse der Zündkerze 1 fallen zusammen. In den Zündkerzenisolator 3 ist eine Mittelelektrode 4 eingesetzt. Des Weiteren erstreckt sich in den Zündkerzenisolator 3 ein Anschlussbolzen 8 mit einer Anschlußmutter, über den die Zündkerze 1 mit einer hier nicht dargestellten Spannungsquelle elektrisch kontaktierbar ist. Der Anschlussbolzen 8 mit der Anschlußmutter bilden das brennraumabgewandte Ende der Zündkerze 1.
  • Zwischen der Mittelelektrode 4 und dem Anschlussbolzen 8 befindet sich im Isolator 3 ein Widerstandselement. Das Widerstandselement verbindet die Mittelelektrode 4 elektrisch leitend mit dem Anschlussbolzen 8.
  • Der Isolator 3 liegt mit einer Schulter auf einem an der Innenseite 24 des Zündkerzengehäuses 2 ausgebildeten umlaufenden Absatzes 25 auf. Zur Abdichtung des Luftspalts zwischen Zündkerzengehäuse-Innenseite 24 und Isolator 3 ist zwischen der Isolator-Schulter und dem Absatz 25 eine Innendichtung angeordnet, die beim Einspannen des Zündkerzenisolators 3 im Zündkerzengehäuse 2 plastisch verformt wird und dadurch den Luftspalt abdichtet.
  • Am Zündkerzengehäuse 2 ist an dessen brennraumseitigen Ende 21 eine Masseelektrode 5 elektrisch leitend angeordnet. Die Masseelektrode 5 und die Mittelelektrode 4 sind so zueinander angeordnet, dass sich zwischen ihnen ein Zündspalt ausbildet, bei dem der Zündfunke erzeugt wird.

Claims (8)

  1. Zündkerzengehäuse (2), mit einer Innenseite (24), einer Außenseite (23) und einer Längsachse, die sich von einem brennraumzugewandten Ende (21) des Zündkerzengehäuses (2) bis zu einem brennraumabgewandten Ende (22) des Zündkerzengehäuses (2) erstreckt, wobei das Zündkerzengehäuse (2) auf seiner Innenseite (24) einen umlaufenden Absatz (25) aufweist, der dazu eingerichtet, dass ein Zündkerzenisolator (3) darauf aufliegt, wobei das Zündkerzengehäuse (2) auf seiner Innenseite (24) eine Korrosionsschutzschicht (50) aufweist, die auf einem Abschnitt (55) der Innenseite (24) des Zündkerzengehäuses (2) ausgebildet ist, wobei der Abschnitt (55) sich von dem brennraumzugewandten Ende (21) des Zündkerzengehäuses (2) bis mindestens über den Absatz (25) und entlang des Innenumfangs des Zündkerzengehäuses (2) erstreckt, wobei die Korrosionsschutzschicht (50) eine gleichmäßige Dicke hat, die nicht mehr als 10% Unterschied zwischen der dicksten und dünnsten Stelle aufweist, und wobei die Korrosionsschutzschicht (50) eine galvanisch aufgetragene Schicht ist.
  2. Zündkerzengehäuse (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrosionsschutzschicht (50) Nickel und/oder Zink enthält.
  3. Zündkerzengehäuse (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrosionsschutzschicht (50) sich vom Absatz (25) aus mindestens noch 1 mm in Richtung des brennraumabgewandten Endes (22) des Zündkerzengehäuses (2) erstreckt.
  4. Zündkerzengehäuse (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrosionsschutzschicht (50) im Mittel eine Dicke D von mindestens 2 µm hat, insbesondere entlang des Umfangs des Abschnitts (55) und/oder entlang der Längserstreckung des Abschnitts (55).
  5. Zündkerzengehäuse (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zündkerzengehäuse (2) auf seiner Innenseite (24) nur die Korrosionsschicht (50) aufweist
  6. Zündkerzengehäuse (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zündkerzengehäuse (2) zusätzlich zur Korrosionsschutzschicht (50) noch weitere Schichten aufweist, insbesondere eine oder mehrere Zwischenschichten und/oder eine Versiegelungsschicht.
  7. Zündkerze (1), aufweisend ein Zündkerzengehäuse (2) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 6, einen im Zündkerzengehäuse (2) angeordneten Zündkerzenisolator (3), eine im Zündkerzenisolator (3) angeordnete Mittelelektrode (4) und einer Masseelektrode (5), die am brennraumzugewandten Ende (21) des Zündkerzengehäuses (2) angeordnet ist, wobei die Masseelektrode (5) und die Mittelelektrode (4) dazu eingerichtet sind gemeinsam einen Zündspalt zu bilden.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Zündkerzengehäuses (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Abschnitt (55) auf der Innenseite (24) des Zündkerzengehäuses (2) mit einer Korrosionsschutzschicht (50) galvanisch beschichtet wird, in dem eine Beschichtungselektrode innerhalb des Zündkerzengehäuses (2) platziert wird.
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