EP4639694A1 - Elektrode mit länglicher erhebung oder nut und zündkerze mit einer solchen elektrode als masseelektrode - Google Patents

Elektrode mit länglicher erhebung oder nut und zündkerze mit einer solchen elektrode als masseelektrode

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Publication number
EP4639694A1
EP4639694A1 EP23828162.0A EP23828162A EP4639694A1 EP 4639694 A1 EP4639694 A1 EP 4639694A1 EP 23828162 A EP23828162 A EP 23828162A EP 4639694 A1 EP4639694 A1 EP 4639694A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrode
base body
spark plug
elevation
outer end
Prior art date
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Pending
Application number
EP23828162.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Gringer
Stefan Pfeiffer
Detlef Hartmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4639694A1 publication Critical patent/EP4639694A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • 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
    • H01T1/00—Details of spark gaps
    • H01T1/20—Means for starting arc or facilitating ignition of spark gap
    • H01T1/22—Means for starting arc or facilitating ignition of spark gap by the shape or the composition of the electrodes
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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
    • H—ELECTRICITY
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    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
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    • H01T13/54—Sparking plugs having electrodes arranged in a partly-enclosed ignition chamber
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    • 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 an electrode for a spark plug and a spark plug with such an electrode as a ground electrode.
  • the ground electrode is inserted into a hole in the housing wall and protrudes laterally from the housing wall into the interior of the housing.
  • DE 10 2017 221 517 A discloses a prechamber spark plug in which the ground electrode is arranged in a hole in the housing wall and protrudes laterally into the interior.
  • the electrode according to the invention for a spark plug has a base body and a longitudinal axis E which extends from an inner end to an outer end of the base body and the electrode.
  • the ignition surface of the electrode is arranged at the inner end of the electrode and the base body. Accordingly, the inner end faces an ignition gap when the electrode is mounted in a spark plug.
  • the outer end is the end of the electrode opposite the inner end and accordingly faces away from an ignition gap.
  • the base body has a diameter DG.
  • the electrode has at least one elongated elevation and/or a groove on its base body.
  • the at least one elongated elevation or the at least one groove has the advantage that the manufacturing tolerance increases and the requirement for manufacturing accuracy decreases, so that the manufacturing process is simplified.
  • the electrode When the electrode is pressed into a hole on a spark plug, the electrode can deform plastically; more precisely, the elevation on the base body or the base body with the groove can deform plastically, so that the electrode can be pressed sufficiently firmly into the hole even with lower manufacturing accuracy. If too much force is applied to the electrode during the pressing-in process, this can be absorbed in the electrode by the plastic deformation without the electrode itself or the hole being damaged.
  • the groove can also be understood as an elongated depression.
  • the base body is, for example, cylindrical or conical.
  • the electrode can have an element at the inner end of the base body on which an ignition surface is formed.
  • the base body has at least two or three or four or five elongated elevations and/or grooves which are evenly arranged along the circumference of the base body. This means that the plastic deformation on the electrode takes place evenly distributed over the circumference of the base body.
  • the electrode has at least two sections along its circumference. In the first section, the electrode has the diameter DG of the base body. In the second section of the electrode, the base body has an elevation or a groove and a diameter DR which differs accordingly from DG for an elevation and DK for a groove. Measured along the circumference of the base body, the first section is longer than the second section.
  • first sections there are also second sections. There are as many first sections as second sections. As the number of second sections increases, the length of the first sections approaches the length of the second section. With a maximum number of second sections, the first and second sections are the same length.
  • the at least one elevation and/or the at least one groove extend parallel to a longitudinal axis E of the electrode.
  • the at least one elevation and/or the at least one groove extend at an angle of greater than 0° and less than 90°, in particular less than 45° and further in particular less than 30°, to the longitudinal axis E of the electrode.
  • the formation of the elevation or the groove at an angle to the longitudinal axis E of the electrode leads to a slight spiral on the surface of the electrode, which reduces the frictional resistance when the electrode is inserted into the bore.
  • the at least one elevation has a height H in relation to the base body of the electrode.
  • the diameter DG of the base body is smaller at its outer end than the diameter D of a circle around the at least one elevation with the longitudinal axis E of the electrode as the center at the outer end.
  • the ratio of height H and diameter DG of the base body is less than 0.04% and greater than 0.015%, in particular less than 0.036% and greater than 0.02%.
  • the height H has, for example, a value of less than 0.05 mm and greater than 0.02 mm, in particular 0.03 mm.
  • the height H of the elevation can increase from the inner end of the base body towards the outer end of the base body.
  • the at least one elevation also serves as an insertion aid when the electrode is inserted into the hole and the force with which the electrode is inserted into the hole can be continuously increased. The process of inserting the electrode into the hole is therefore easier to control.
  • the at least one groove can have a depth T in relation to the base body of the electrode.
  • the diameter DG of the base body at its outer end is greater than the diameter DK of an inner circle within the at least one groove with the longitudinal axis E of the electrode as the center at the outer end.
  • the base body has elongated elevations and grooves that are arranged alternately along the circumference of the base body.
  • the base body no longer necessarily has a first section.
  • the elevations have a triangular shape and the grooves have a notch shape, then the arrangement and design of the elevations and grooves results in the outer face of the base body being star-shaped. This reduces the frictional resistance of the electrode when inserting the electrode into a hole. Furthermore, the elevations can easily deform plastically and fill the volume of the grooves.
  • the invention further relates to a spark plug with a longitudinal axis X.
  • the spark plug has a housing, an insulator arranged inside the housing, a center electrode arranged inside the insulator, an electrode according to the invention as a ground electrode, a bore with a diameter DB into which the ground electrode is inserted, and an ignition gap which is formed between the ground electrode and the center electrode.
  • the spark plug has the advantage that the spark plug can be manufactured easily and inexpensively by using the electrode according to the invention as a ground electrode.
  • the ground electrode is inserted into the bore and the at least one elevation and/or at least one groove are at least partially plastically deformed by the insertion, so that the ground electrode is pressed into the bore.
  • the ground electrode is additionally welded into the bore.
  • the spark plug has a cap which is attached to the combustion chamber end of the housing.
  • the spark plug is a prechamber spark plug, wherein the bore into which the ground electrode is inserted is formed on the cap or on the housing.
  • the spark plug or the pre-chamber spark plugs for example, have an M10 or M12 thread on the outside of the housing, which is designed to screw the spark plug or the pre-chamber spark plug into a cylinder head.
  • the hole is typically a through hole and can be formed on the housing of the spark plug, for example.
  • Figure 1 shows an example of a spark plug and an example of a pre-chamber spark plug, each with an inserted ground electrode
  • Figure 2 shows a first example of the electrode according to the invention
  • Figure 3 shows a second example of the electrode according to the invention
  • Figure 4 shows a third example of the electrode according to the invention
  • Figure 5 shows two steps of a manufacturing process for a spark plug according to the invention.
  • Figure 1a shows a spark plug 1 in a half-section.
  • the spark plug 1 has a longitudinal axis X that extends from the end facing the combustion chamber to the end of the spark plug 1 facing away from the combustion chamber.
  • the spark plug 1 has a housing 2 that has a longitudinal bore parallel to the longitudinal axis X of the spark plug 1.
  • the housing 2 typically has a thread 22 with which the spark plug 1 can be inserted into a Cylinder head can be screwed in.
  • an external seal 10 is arranged on the outside of the housing 2, which seals a transition between the housing 2 and the cylinder head.
  • the insulator 3 is arranged and fastened inside the housing 2.
  • the gap between the housing 2 and the insulator is sealed by an inner seal 11.
  • a connecting bolt 8, a resistance element 7 and a center electrode 4 are arranged in the insulator 3, starting from its end facing away from the combustion chamber, and are electrically contacted with one another.
  • the center electrode 4 typically protrudes from the end of the insulator 3 facing the combustion chamber and, in this example, into the interior of the housing 2.
  • the ground electrode 5 is inserted into a hole 20 formed in the housing wall.
  • the hole 20 is a through hole that extends from the outside to the inside of the housing 2.
  • the ground electrode 5 is rod-shaped and has an inner end 51 and an outer end 52.
  • the inner end 51 of the ground electrode 5 projects into the interior of the housing.
  • the inner end 51 of the ground electrode 5 forms the ignition gap 45 together with the center electrode 4.
  • the two electrodes 4, 5 form a radial ignition gap 45.
  • the ground electrode 5 and the center electrode 4 can also be arranged relative to one another in such a way that they form an axial ignition gap.
  • the center electrode 4 and/or the ground electrode 5 can each have a noble metal-containing ignition element 53 at one of their ends delimiting the ignition gap 45.
  • the noble metal-containing ignition element 53 is then arranged at the inner end 51 of the ground electrode 5.
  • a cap 6 can be arranged on the housing 2 on its combustion chamber-side face.
  • the housing 2 and the cap 6 together form a prechamber with a prechamber volume.
  • the bore 20, in which the ground electrode 5 is inserted, can be formed in a housing wall or in a cap wall.
  • Figure 2 and Figure 3 show embodiments of the electrode according to the invention.
  • Figure 2 a shows a first embodiment of an electrode 5 according to the invention in a 3D view.
  • the electrode 5 has a base body 50 on which at least two elongated elevations 55 are arranged along its circumference.
  • the elongated elevations 55 run parallel to the longitudinal axis E of the electrode 5 and the base body 50.
  • the elongated elevations 55 are made of the same material as the base body 50 and are formed on the base body 50 by appropriately forming a base body blank.
  • the elongated elevations 55 are formed at least over a partial length of the base body 50. They preferably extend over the entire length of the base body 50.
  • an element 53 is arranged at the inner end 51 of the electrode 5, which forms the ignition surface of the electrode 5.
  • the element 53 can be made of the same material as the base body 50 or of a different material, for example of a precious metal or a precious metal alloy.
  • the elongated elevation 55 has a height H in relation to the surface of the base body 50.
  • the height H can be constant over the entire length of the elevation 55.
  • the height H can increase continuously from the inner end 51 of the elevation 55 to the outer end 52 of the elevation 55.
  • the elevation 55 can have a first region at its inner end 51 at which the height H increases and which is followed by a second region with a constant height H. The second region then extends from the first region to the outer end 52 of the elevation 55. If, as in this example, the electrode 5 has more than one elongated elevation 55, all elevations 55 are preferably designed the same.
  • Figure 2 b shows the outer end face 52a of the electrode 55 and two side views of the electrode 5 in section.
  • the two side views show two possible designs for the elongated elevation 55.
  • the elongated elevation 55 extends parallel to the longitudinal axis E.
  • the elongated elevation 55 ends at the outer end 52 of the electrode 5 and the base body 50.
  • the elongated elevation 55 has a first region with an increasing height H and a second region with a constant height H.
  • the elongated elevation 55 only has a first region with an increasing height H.
  • the illustration of the outer end face 52a of the electrode 5 shows the resulting shape of the end face 52a.
  • the electrodes 5 have a diameter DR at the elevations and a diameter DG at the base body.
  • D > DG and in particular D DG+2*H.
  • DG has a value of 1.4 mm and D has a value of 1.48 mm.
  • the electrode 5 has at least two sections along its circumference.
  • the electrode 5 has the diameter DG of the base body 50.
  • the base body 50 has a protrusion 55 and a diameter DR that deviates accordingly from DG, which is the diameter of a circumference 55U around the at least one protrusion 55.
  • the first section with its length BG is longer than the second section.
  • the length of the second section is the width BR of the protrusion 55.
  • the elevations 55 shown here have a rectangular shape. Other shapes, such as triangular shapes, are also possible.
  • Figure 3 also shows the outer end face 52a of the electrode 5 as well as two side views of the electrode 5 in section for an embodiment of the electrode 5 with grooves 56. Two embodiments are shown in the side view.
  • the groove 56 extends from the inner end 51 of the base body 50 to approximately half of the base body 50.
  • the groove 56 has a first region in which the depth T increases, a second region with a constant depth T and a third region in which the depth T decreases.
  • the outer end face 52a has the diameter DG of the base body, or the radius RG of the base body 50 is shown.
  • the groove 56 extends from the inner end 51 of the electrode 5 to the outer end 52 of the electrode 5.
  • the groove 56 has a first region in which the depth T increases and a second region with a constant depth T.
  • the outer end face 52a of the electrode 5 according to this example corresponds to the representation of the outer end face 52a shown here.
  • the first section with its length BG is longer than the second section.
  • the length of the second section is the width BK of the groove 56.
  • the grooves 56 shown here have a rectangular shape. Other shapes, such as triangular shapes, are also possible.
  • Figure 4 shows the combustion chamber-side end region of a spark plug 1 according to the invention in a sectional view.
  • the electrode 5 is partially inserted into a bore 20 formed in the housing 2.
  • the electrode 5 has elongated elevations 55 and grooves 56 in the form of notches, which are arranged alternately along the circumference of the base body 50, so that the outer end face 52a of the electrode 5 has the shape of a multi-pointed star.
  • the elevations 55 deform plastically and reduce the volume of the grooves 56. This results in a secure fastening of the electrode 5 in the bore 20.
  • FIG 5 shows two steps of a manufacturing process for a spark plug 1 according to the invention.
  • a spark plug 1 is provided without a ground electrode.
  • an electrode 5 according to the invention is provided, which is inserted into the bore 20 formed on the housing 2.
  • the bore 20 has a diameter DB at its outer end.
  • the electrode 5 has elevations 55, then the electrode 5 has a diameter DG at the base body 50 and a diameter DR at the elevations 55.
  • D > DG the diameter of the electrode 5
  • the electrode 5 has grooves 56, then the electrode 5 has a diameter DG at the base body 50 and a diameter DK within the grooves 56.
  • the relationship applies that
  • the electrode 5 has elevations 55 and grooves 56, then the electrode 5 has a diameter DR for the elevations 55 and a diameter DK in the grooves 56.
  • the following relationship then applies: DK ⁇ DB ⁇ D .
  • the electrode 5 is mounted in the spark plug 1.
  • the elevations 55 and/or grooves 56 have disappeared at least partially or completely due to the plastic deformation when inserted.
  • the elevations 55 and the grooves 56 are twisted on at least the area of the base body 50 that protrudes from the bore 20 into the interior of the housing 2. If necessary, elevations 55 and/or grooves 56 can still be seen on the outer end face 52a of the electrode 5.

Landscapes

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Abstract

Elektrode (5) für eine Zündkerze mit einem Grundkörper (50) und einer Längsachse E sowie einem inneren Ende (51), an dem eine Zündfläche angeordnet ist, und einem dem inneren Ende entgegengesetztes äußere Ende (52), wobei der Grundkörper (50) ein Durchmesser DG hat, wobei die Elektrode (5) an ihrem Grundkörper (50) mindestens eine längliche Erhebung (55) und/oder mindestens eine Nut (56) aufweist.

Description

Beschreibung
Titel
Elektrode mit länglicher Erhebung oder Nut und Zündkerze mit einer solchen Elektrode als Masseelektrode
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Elektrode für eine Zündkerze sowie eine Zündkerze mit einer solchen Elektrode als Masseelektrode.
Seit einiger Zeit werden zunehmend neue Zündkerzenkonzepte verfolgt, bei denen der Zündspalt innerhalb des Gehäuses ausgebildet ist. Bei einem dieser Konzepte ist die Masseelektrode in einer Bohrung in der Gehäusewand eingesteckt und ragt seitlich von der Gehäusewand in den Innenraum des Gehäuses hinein. Aus der DE 10 2017 221 517 A ist beispielsweise eine Vorkammer-Zündkerze bekannt, bei der die Masseelektrode in einer Bohrung in der Gehäusewand angeordnet ist und seitlich in den Innenraum rein ragt.
Bei einer seitlich in die Zündkerze eingesteckte Masseelektrode ergeben sich neue Herausforderungen in Bezug auf korrekte Ausrichtung der Masseelektrode zur Mittelelektrode und Einstellung des Zündspalts sowie eine zuverlässige Befestigung der Elektrode in der Bohrung. Eine mögliche Befestigung ist das Einpressen der Masseelektrode in der Bohrung. Bei dieser Technik ist eine sehr hohe Fertigungsgenauigkeit der Bauteile erforderlich, damit die Elektrode einerseits ausreichend fest in der Bohrung über die Laufzeit der Zündkerze verpresst ist und sich andererseits bei der Montage kontrolliert einstecken lässt, so dass der Elektrodenabstand möglichst genau eingestellt werden kann. Wenn die notwendige Fertigungsgenauigkeit nicht eingehalten wird, kann es während der Fertigung zu Bauteilausfällen kommen. Diese hohen Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit machen den Herstellungsprozess aufwendig und teuer. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Elektrode und eine Zündkerze bereit zu stellen, bei der ein zuverlässig korrekte Montage der Masseelektrode ermöglicht wird, so dass sich das Herstellungsverfahren vereinfacht.
Vorteil der Erfindung/ Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird von der erfindungsgemäßen Elektrode und Zündkerze gelöst.
Die erfindungsgemäße Elektrode für eine Zündkerze hat einen Grundkörper und einer Längsachse E, die sich von einem inneren Ende bis zu einem äußeren Ende des Grundkörpers und der Elektrode erstreckt. An dem inneren Ende der Elektrode und des Grundkörpers ist die Zündfläche der Elektrode angeordnet. Entsprechend ist das innere Ende einem Zündspalt zugewandt, wenn die Elektrode in einer Zündkerze montiert ist. Das äußere Ende ist das dem inneren Ende entgegengesetztes Ende der Elektrode und entsprechend von einem Zündspalt abgewandt. Der Grundkörper hat einen Durchmesser DG. Des Weiteren weist die Elektrode an ihrem Grundkörper mindestens eine längliche Erhebung und/oder eine Nut auf.
Durch die mindestens eine längliche Erhebung oder durch die mindestens eine Nut ergibt sich der Vorteil, dass die Fertigungstoleranz steigt und die Anforderung an die Fertigungsgenauigkeit abnimmt, so dass sich das Herstellungsverfahren vereinfacht. Beim Einpressen der Elektrode in eine Bohrung an einer Zündkerze kann sich die Elektrode plastisch verformen, genauer gesagt kann die Erhebung auf dem Grundkörper oder der Grundkörper mit der Nut sich plastisch verformen, so dass auch bei geringerer Fertigungsgenauigkeit die Elektrode ausreichend fest in der Bohrung verpresst werden kann. Wenn beim Einpressvorgang auf die Elektrode eine zu große Kraft aufgebracht wird, kann diese in der Elektrode durch die plastische Verformung aufgefangen werden, ohne dass die Elektrode selbst oder die Bohrung beschädigt werden.
Die Nut kann auch als längliche Vertiefung verstanden werden. Der Grundkörper ist beispielsweise zylindrisch oder konisch. Beispielsweise kann die Elektrode am inneren Ende des Grundkörpers ein Element aufweisen, an dem eine Zündfläche ausgebildet ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Bei einer Weiterbildung weist der Grundkörper mindestens zwei oder drei oder vier oder fünf längliche Erhebungen und/oder Nuten auf, die gleichmäßig entlang des Umfangs des Grundkörpers angeordnet sind. Dadurch ergibt sich, dass die plastische Verformung an der Elektrode gleichmäßig über den Umfang des Grundkörpers verteilt stattfindet Beispielsweise hat die Elektrode entlang ihres Umfangs mindestens zwei Abschnitt Im ersten Abschnitt hat die Elektrode den Durchmesser DG des Grundkörpers. Im zweiten Abschnitt der Elektrode hat der Grundkörper eine Erhebung oder eine Nut und einen entsprechend von DG abweichenden Durchmesser DR bei einer Erhebung und DK bei einer Nut. Entlang des Umfangs des Grundkörpers gemessen ist der erste Abschnitt länger als der zweite Abschnitt. Entsprechend der Anzahl von Erhebungen und/oder Nuten gibt auch zweiten Abschnitte. Es gibt gleichviele erste Abschnitte wie zweite Abschnitte. Mit zunehmender Anzahl von zweiten Abschnitten näher sich die Länge der ersten Abschnitte der Länge des zweiten Abschnitts an. Bei einer maximalen Anzahl von zweiten Abschnitten sind der erste und der zweite Abschnitt gleich lang.
Bei einer weiteren Weiterbildung erstrecken sich die mindestens eine Erhebung und/oder die mindestens eine Nut parallel zur einer Längsachse E der Elektrode. Alternative erstrecken sich die mindestens eine Erhebung und/oder die mindestens eine Nut in einem Winkel von größer 0° und kleiner 90°, insbesondere kleiner 45° und weiter insbesondere kleiner 30°, zu der Längsachse E der Elektrode. Die Ausbildung der Erhebung oder der Nut mit einem Winkel zu der Längsachse E der Elektrode für zu einer leichten Spirale auf der Oberfläche der Elektrode, wodurch dies beim Einstecken der Elektrode in die Bohrung den Reibwiderstand reduziert.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung hat die mindestens eine Erhebung eine Höhe H in Bezug auf den Grundkörper der Elektrode. Der Durchmesser DG des Grundkörpers ist an dessen äußeren Ende kleiner als der Durchmesser D eines Umkreises um die mindestens eine Erhebung mit der Längsachse E der Elektrode als Mittelpunkt am äußeren Ende. Insbesondere ist das Verhältnis aus Höhe H und Durchmesser DG des Grundkörpers kleiner als 0,04% und größer als 0,015%, insbesondere kleiner als 0,036% und größer als 0,02%. Die Höhe H hat beispielweise einen Wert von kleiner 0,05 mm und größer als 0,02 mm, insbesondere von 0,03 mm.
Zusätzlich kann die Höhe H der Erhebung vom inneren Ende des Grundkörpers in Richtung des äußeren Endes des Grundkörpers zunehmen. Dadurch dient die mindestens eine Erhebung zusätzlich noch als Einführhilfe, wenn die Elektrode in die Bohrung eingesteckt wird und die Kraft, mit der die Elektrode in die Bohrung eingesteckt wird, kann kontinuierlich gesteigert werden. Der Prozess des Einsteckens der Elektrode in die Bohrung ist somit besser kontrollierbar.
Zusätzlich oder alternativ kann die mindestens eine Nut eine Tiefe T in Bezug den Grundkörper der Elektrode haben. Der Durchmesser DG des Grundkörpers an dessen äußeren Ende größer ist als der Durchmesser DK eines Innenkreises innerhalb der mindestens einen Nut mit der Längsachse E der Elektrode als Mittelpunkt am äußeren Ende.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Grundkörper längliche Erhebungen und Nuten auf, die entlang des Umfangs des Grundkörpers sich abwechselnd auf dem Grundkörper angeordnet sind. In diesem Beispiel hat der Grundkörper nicht mehr unbedingt einen ersten Abschnitt.
Wenn die Erhebungen eine dreieckige Form und die Nuten eine Kerb-Form haben, dann ergibt sich durch die Anordnung und Ausgestaltung der Erhebungen und der Nuten die äußere Stirnfläche des Grundkörpers sternenförmig ist. Dadurch reduziert sich einerseits der Reibwiderstand der Elektrode beim Einführen der Elektrode in eine Bohrung. Des Weiteren können die Erhebungen sich leicht plastisch Verformen und das Volumen der Nuten ausfüllen.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Zündkerze mit einer Längsachse X. Die Zündkerze weist ein Gehäuse, einen innerhalb des Gehäuses angeordneten Isolator, eine innerhalb des Isolators angeordnete Mittelelektrode, eine erfindungsgemäße Elektrode als Masseelektrode, eine Bohrung mit einem Durchmesser DB, in der die Masseelektrode eingesteckt ist, und einen Zündspalt, der zwischen der Masseelektrode und der Mittelelektrode ausgebildet ist. Die Zündkerze hat den Vorteil, dass durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Elektrode als Masseelektrode die Zündkerze sich leicht und kostengünstig herstellen lässt.
Bei einer Weiterentwicklung der Zündkerze ist vorgesehen, dass die Masseelektrode in die Bohrung eingesteckt ist und die mindestens eine Erhebung und/oder mindestens eine Nut durch das Einstecken mindestens teilweise plastisch verformt sind, so dass die Masseelektrode in der Bohrung eingepresst ist.
Bei einer Weiterbildung ist die Masseelektrode in der Bohrung zusätzlich noch verschweißt.
Dadurch wird ein unbeabsichtigtes Lockern der Masseelektrode verhindert. Bei einer alternativen Ausführungsform hat die Zündkerze eine Kappe, die am brennraumseitigen Ende des Gehäuses befestigt ist. Die Zündkerze ist eine Vorkammer-Zündkerze ist, wobei die Bohrung, in der die Masseelektrode eingesteckt ist, an der Kappe oder am Gehäuse ausgebildet ist.
Die Zündkerze oder die Vorkammerzündkerzen haben beispielsweise ein M10- oder M12- Gewinde auf der Außenseite des Gehäuses, das dazu eingerichtet ist, die Zündkerze oder die Vorkammerzündkerze in einen Zylinderkopf einzuschrauben.
Die Bohrung ist typischerweise eine Durchgangsbohrung und kann bei der Zündkerze beispielsweise am Gehäuse ausgebildet sein.
Zeichnung
Figur 1 zeigt ein Beispiel für eine Zündkerze und ein Beispiel für eine Vorkammerzündkerze mit jeweils einer eingesteckten Masseelektrode
Figur 2 zeigt ein erstes Beispiel für die erfindungsgemäße Elektrode
Figur 3 zeigt ein zweites Beispiel für die erfindungsgemäße Elektrode
Figur 4 zeigt ein drittes Beispiel für die erfindungsgemäße Elektrode
Figur 5 zeigt zwei Schritte eines Herstellungsverfahrens für eine erfindungsgemäße Zündkerze.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Figur 1a) zeigt eine Zündkerze 1 in einer halbgeschnittenen Darstellung. Die Zündkerze 1 hat einen Längsachse X, die sich vom brennraumseitigen Ende bis zum brennraumabgewandten Ende der Zündkerze 1 erstreckt. Die Zündkerze 1 hat ein Gehäuse 2, das eine Längsbohrung parallel zur Längsachse X der Zündkerze 1 aufweist. An seiner Außenseite weist das Gehäuse 2 typischerweise ein Gewinde 22 auf, mit dem die Zündkerze 1 in einen Zylinderkopf einschraubbar ist Typischerweise ist an der Außenseite des Gehäuses 2 eine Außendichtung 10 angeordnet, die einen Übergang zwischen Gehäuse 2 und Zylinderkopf abdichtet.
Innerhalb des Gehäuses 2 ist der Isolator 3 angeordnet und befestigt Der Spalt zwischen dem Gehäuse 2 und dem Isolator s wird durch eine Innendichtung 11 abgedichtet Im Isolator 3 ist ausgehend von seinem brennraumabgewandten Ende ein Anschlussbolzen 8, ein Widerstandselement 7 und eine Mittelelektrode 4 angeordnet, die miteinander elektrisch kontaktiert sind. Die Mittelelektrode 4 ragt typischerweise am brennraumseitigen Ende des Isolators 3 aus diesem heraus und in diesem Beispiel in den Innenraum des Gehäuses 2 hinein.
In diesem Beispiel ist die Masseelektrode 5 in einer in der Gehäusewand ausgebildeten Bohrung 20 eingesteckt. Die Bohrung 20 ist eine Durchgangsbohrung, die von der Außenseite bis zur Innenseite des Gehäuses 2 reicht. Die Masseelektrode 5 ist stabförmig und hat ein inneres Ende 51 und ein äußeres Ende 52. Das innere Ende 51 der Masseelektrode 5 ragt in den Innenraum des Gehäuses herein. Das innere Ende 51 der Masseelektrode 5 bildet zusammen mit der Mittelelektrode 4 den Zündspalt 45 aus. In diesem Beispiel bilden die beiden Elektroden 4, 5 einen radialen Zündspalt 45 aus. Die Masseelektrode 5 und die Mittelelektrode 4 können auch so zueinander angeordnet sein, dass diese einen axialen Zündspalt ausbilden.
Die Mittelelektrode 4 und/oder die Masseelektrode 5 können einen ihren den Zündspalt 45 begrenzenden Enden jeweils ein Edelmetall-haltiges Zündelement 53 aufweisen. Bei der Masseelektrode 5 ist das Edelmetall-haltige Zündelement 53 dann am inneren Ende 51 der Masseelektrode 5 angeordnet.
Bei einer alternativen Ausgestaltung, die in Figur 1 b) dargestellt ist, kann am Gehäuse 2 auf dessen brennraumseitigen Stirnfläche eine Kappe 6 angeordnet sein. Das Gehäuse 2 und die Kappe 6 bilden zusammen eine Vorkammer mit einem Vorkammervolumen. Die Bohrung 20, in der die Masseelektrode 5 eingesteckt ist, kann ist in einer Gehäusewand oder in einer Kappenwand ausgebildet sein.
Figur 2 und Figur 3 zeigen Ausführungsbeispiele für die erfindungsgemäße Elektrode. In Figur 2 a) ist in einer 3D-Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Elektrode 5 dargestellt. Die Elektrode 5 hat einen Grundkörper 50, auf dem entlang seines Umfangs mindestens zwei längliche Erhebungen 55 angeordnet sind. Die länglichen Erhebungen 55 verlaufen parallel zu der Längsachse E der Elektrode 5 und des Grundkörpers 50. Die länglichen Erhebungen 55 sind aus dem gleichen Material wie der Grundkörper 50 und werden durch entsprechendes Umformen eines Grundkörperrohling auf dem Grundkörper 50 ausgebildet. Die länglichen Erhebungen 55 sind mindestens auf einer Teillänge des Grundkörpers 50 ausgebildet. Vorzugsweise erstrecken sie sich über die gesamte Länge des Grundkörpers 50.
Am inneren Ende 51 der Elektrode 5 ist in diesem Beispiel ein Element 53 angeordnet, das die Zündfläche der Elektrode 5 bildet. Das Element 53 kann aus dem gleichen Material wie der Grundkörper 50 oder aus einem anderen Material sein, beispielsweise aus einem Edelmetall oder einer Edelmetall-Legierung.
Am äußeren Ende 52 der Elektrode 5 hat die längliche Erhebung 55 eine Höhe H in Bezug auf die Oberfläche vom Grundkörper 50. Die Höhe H kann konstant sein über die gesamte Länge der Erhebung 55. Alternative kann die Höhe H vom inneren Ende 51 der Erhebung 55 bis zum äußeren Ende 52 der Erhebung 55 kontinuierlich zunehmen. Bei einer anderen Alternative kann die Erhebung 55 an ihrem inneren Ende 51 einen ersten Bereich aufweisen, an dem die Höhe H zu nimmt und an dem sich ein zweiter Bereich mit einer konstanten Höhe H anschließt. Der zweite Bereich erstreckt sich dann vom ersten Bereich bis zum äußeren Ende 52 der Erhebung 55. Wenn wie in diesem Beispiel die Elektrode 5 mehr als eine längliche Erhebung 55 aufweist, sind bevorzugt alle Erhebung 55 gleich ausgestaltet.
In Figur 2 b) ist die äußere Stirnfläche 52a der Elektrode 55 sowie zwei Seitenansichten der Elektrode 5 im Schnitt dargestellt. Die beiden Seitenansichten zeigen zwei mögliche Ausgestaltungen für die längliche Erhebung 55. In beiden Beispielen erstreckt sich die längliche Erhebung 55 parallel zur Längsachse E. Die längliche Erhebung 55 endet am äußeren Ende 52 der Elektrode 5 und des Grundkörpers 50. Im ersten Beispiel hat die längliche Erhebung 55 einen ersten Bereich mit einer zunehmenden Höhe H und einen zweiten Bereich mit einer konstanten Höhe H. Im zweiten Beispiel hat die längliche Erhebung 55 nur einen ersten Bereich mit einer zunehmenden Höhe H.
Die Darstellung der äußeren Stirnfläche 52a der Elektrode 5 zeigt die sich ergebene Form der Stirnfläche 52a. In diesem Beispiel sind vier längliche Erhebungen 55 mit einer Breite BR und einer Höhe H gleichmäßig entlang des Umfangs des Grundkörpers 50 angeordnet In diesem Beispiel hat die Elektroden 5 einen Durchmesser DR bei den Erhebungen und einen Durchmesser DG beim Grundkörper. Es gilt D > DG und insbesondere gilt D = DG+2*H. Beispielsweise hat DG einen Wert von 1 ,4 mm und D einen Wert von 1 ,48 mm.
Wie bei der Darstellung der äußeren Stirnseite 52a der Elektrode 5 zu sehen ist, hat die Elektrode 5 entlang ihres Umfangs mindestens zwei Abschnitt. Im ersten Abschnitt hat die Elektrode 5 den Durchmesser DG des Grundkörpers 50. Im zweiten Abschnitt der Elektrode 5 hat der Grundkörper 50 eine Erhebung 55 und einen entsprechend von DG abweichenden Durchmesser DR, der der Durchmesser von einem Umkreis 55U um die mindestens eine Erhebung 55 ist. Entlang des Umfangs des Grundkörpers 55 gemessen ist der erste Abschnitt mit seiner Länge BG länger als der zweite Abschnitt. Die Länge des zweiten Abschnitts ist die Breite BR der Erhebung 55.
Die hier gezeigten Erhebungen 55 haben eine rechteckige Form. Es sind auch andere Formen wie beispielsweise dreieckige Formen möglich.
In Figur 3 ist ebenfalls die äußere Stirnfläche 52a der Elektrode 5 sowie zwei Seitenansichten der Elektrode 5 im Schnitt für eine Ausführung der Elektrode 5 mit Nuten 56 dargestellt. In der Seitenansicht sind zwei Ausführungsbeispiele dargestellt.
Beim ersten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Nut 56 vom inneren Ende 51 des Grundkörpers 50 bis ungefähr zu Hälfte des Grundkörpers 50. Die Nut 56 hat einen ersten Bereich, in dem die Tiefe T zunimmt, einen zweiten Bereich mit einer konstanten Tiefe T und einen dritten Bereich, in dem die Tiefe T abnimmt. In diesem Beispiel hat die äußere Stirnfläche 52a den Durchmesser DG des Grundkörpers, bzw. der Radius RG des Grundkörpers 50 ist eingezeichnet.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Nut 56 vom inneren Ende 51 der Elektrode 5 bis zum äußeren Ende 52 der Elektrode 5. Die Nut 56 hat einen ersten Bereich, in dem die Tiefe T zu nimmt, und einen zweiten Bereich mit einer konstanten Tiefe T. Die äußere Stirnseite 52a der Elektrode 5 gemäß diesem Beispiel entspricht der hier gezeigten Darstellung der äußeren Stirnseite 52a.
Wie bei der Darstellung der äußeren Stirnseite 52a der Elektrode 5 zu sehen ist, hat die
Elektrode 5 entlang ihres Umfangs mindestens zwei Abschnitt. Im ersten Abschnitt hat die Elektrode 5 den Durchmesser DG des Grundkörpers. Im zweiten Abschnitt der Elektrode 5 hat der Grundkörper 50 eine Nut und einen entsprechend von DG abweichenden Durchmesser DK, der der Durchmesser eines Innenkreis 561 innerhalb der Nut 56 ist. Der Durchmesser DK ist kleiner als der Durchmesser DG, insbesondere gilt DG= DK+2*T.
Entlang des Umfangs des Grundkörpers 50 gemessen ist der erste Abschnitt mit seiner Länge BG länger als der zweite Abschnitt. Die Länge des zweiten Abschnitts ist die Breite BK der Nut 56.
Die hier gezeigten Nuten 56 haben eine rechteckige Form. Es sind auch andere Formen wie beispielsweise dreieckige Formen möglich.
Figur 4 zeigt den brennraumseitigen Endbereich einer erfindungsgemäßen Zündkerze 1 in einer geschnittenen Darstellung. Die Elektrode 5 ist teilweise in eine im Gehäuse 2 ausgebildete Bohrung 20 eingesteckt. Die Elektrode 5 hat gemäß einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit längliche Erhebungen 55 und Nuten 56 in Form von Kerben, die sich abwechselnd entlang des Umfangs des Grundkörpers 50 angeordnet sind, so dass die äußere Stirnfläche 52a der Elektrode 5 die Form von einem vielzackigen Stern hat. Während des Einstreckens und des Einpressens der Elektrode 5 in die Bohrung 20 verformen sich die Erhebungen 55 plastisch und verkleinern das Volumen der Nuten 56. Dadurch ergibt sich eine sichere Befestigung der Elektrode 5 in der Bohrung 20.
Figur 5 zeigt zwei Schritte eines Herstellungsverfahrens für eine erfindungsgemäße Zündkerze 1. In Figur 5 a) wird eine Zündkerze 1 ohne Masseelektrode bereitgestellt. Des Weiteren wird eine erfindungsgemäße Elektrode 5 bereitgestellt, die in die am Gehäuse 2 ausgebildete Bohrung 20 eingesteckt wird. Die Bohrung 20 hat an ihrem äußeren Ende einen Durchmesser DB.
Wenn die Elektrode 5 Erhebungen 55 hat, dann hat die Elektrode 5 einen Durchmesser DG am Grundkörper 50 und einen Durchmesser DR bei den Erhebungen 55. Beispielsweise gilt die Beziehung, dass D > DG,
DG < DB und/oder DR > DB ist. Wenn die Elektrode 5 Nuten 56 hat, dann hat die Elektrode 5 einen Durchmesser DG am Grundkörper 50 und einen Durchmesser DK innerhalb der Nuten 56. Beispielsweise gilt die Beziehung, dass
DK < DG, DG > DB und/oder
DK < DB ist.
Wenn die Elektrode 5 Erhebungen 55 und Nuten 56 hat, dann hat die Elektrode 5 einen Durchmesser DR für die Erhebungen 55 und einen Durchmesser DK in den Nuten 56. Hier gilt dann die Beziehung: DK < DB < D .
In Figur 5 b) ist die Elektrode 5 in der Zündkerze 1 montiert. Die Erhebungen 55 und/oder Nuten 56 sind durch die plastische Verformung beim Einstecken mindestens teilweise oder komplett verschwunden. Insbesondere sind die Erhebungen 55 und die Nuten 56 auf mindestens dem Bereich des Grundkörpers 50 verwunden, der aus der Bohrung 20 heraus in den Innenraum des Gehäuses 2 ragt. Gegebenenfalls können an der äußeren Stirnseite 52a der Elektrode 5 noch Erhebungen 55 und/oder Nuten 56 erkennbar sein.

Claims

Ansprüche
1 . Elektrode (5) für eine Zündkerze mit einem Grundkörper (50) und einer Längsachse E sowie einem inneren Ende (51), an dem eine Zündfläche angeordnet ist, und einem dem inneren Ende entgegengesetztes äußere Ende (52), wobei der Grundkörper (50) ein Durchmesser DG hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (5) an ihrem Grundkörper (50) mindestens eine längliche Erhebung (55) und/oder mindestens eine Nut (56) aufweist.
2. Elektrode (5) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (50) mindestens zwei oder drei oder vier oder fünf längliche Erhebungen (55) und/oder Nuten (56) aufweist, die gleichmäßig entlang des Umfangs des Grundkörpers (50) angeordnet sind.
3. Elektrode (5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, -dass die mindestens eine Erhebung (55) und/oder die mindestens eine Nut (56) sich parallel oder in einem Winkel von größer 0° und kleiner 90°, insbesondere kleiner 45°, zu einer Längsachse E der Elektrode (5) erstreckt.
4. Elektrode (5) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Erhebung (56) eine Höhe H in Bezug auf den Grundkörper (50) der Elektrode (5) hat, und dass der Durchmesser DG des Grundkörpers (50) an dessen äußeren Ende (52) kleiner ist als der Durchmesser DR eines Umkreises (55U) um die mindestens eine Erhebung (55) mit der Längsachse E der Elektrode (5) als Mittelpunkt am äußeren Ende (52).
5. Elektrode (5) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe H der Erhebung (55) vom inneren Ende (51) des Grundkörpers (50) in Richtung des äußeren Endes (52) des Grundkörpers (50) zunimmt.
6. Elektrode (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Nut (56) eine Tiefe T in Bezug den Grundkörper (50) der Elektrode (5) hat, und dass der Durchmesser DG des Grundkörpers (50) an dessen äußeren Ende (52) größer ist als der Durchmesser DK eines Innenkreises (56I) innerhalb der mindestens einen Nut (56) mit der Längsachse E der Elektrode (5) als Mittelpunkt am äußeren Ende (52).
7. Elektrode (5) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen Erhebungen (55) und Nuten (56) entlang des Umfangs des Grundkörpers (50) sich abwechselnd auf dem Grundkörper (50) angeordnet sind.
8. Elektrode (5) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Anordnung und Ausgestaltung der Erhebungen (55) und der Nuten (56) die äußere Stirnfläche (52a) des Grundkörpers (50) sternenförmig ist.
9. Zündkerze (1) mit einer Längsachse X, aufweisend
• ein Gehäuse (2),
• einen innerhalb des Gehäuses (2) angeordneten Isolator (3)
• eine innerhalb des Isolators (3) angeordnete Mittelelektrode (4),
• eine Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 7 als Masseelektrode (5),
• eine Bohrung (20) mit einem Durchmesser DB, in der die Masseelektrode (5) eingesteckt ist, und
• einen Zündspalt (45), der zwischen der Masseelektrode (5) und der Mittelelektrode (4) ausgebildet ist,
10. Zündkerze (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseelektrode (5) in die Bohrung (20) eingesteckt ist und die mindestens eine Erhebung (55) und/oder mindestens eine Nut (56) durch das Einstecken mindestens teilweise plastisch verformt sind, so dass die Masseelektrode (5) in der Bohrung (20) eingepresst ist.
11. Zündkerze (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseelektrode (5) in der Bohrung (20) verschweißt ist.
12. Zündkerze (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkerze (1) eine Kappe (6) hat, die am brennraumseitigen Ende des Gehäuses (2) befestigt ist und die Zündkerze (1) eine Vorkammer-Zündkerze ist, wobei die Bohrung (20), in der die Masseelektrode (5) eingesteckt ist, an der Kappe (6) oder am Gehäuse (2) ausgebildet ist.
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