WO2001009998A1 - Zündkerze für eine brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2001009998A1
WO2001009998A1 PCT/DE2000/002409 DE0002409W WO0109998A1 WO 2001009998 A1 WO2001009998 A1 WO 2001009998A1 DE 0002409 W DE0002409 W DE 0002409W WO 0109998 A1 WO0109998 A1 WO 0109998A1
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WO
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contact pin
spark plug
plug according
combustion chamber
noble metal
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PCT/DE2000/002409
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English (en)
French (fr)
Inventor
Lars Menken
Bernd Reinsch
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/39—Selection of materials for electrodes

Definitions

  • the invention relates to a spark plug for an internal combustion engine according to the type of the independent claims.
  • DE-OS 196 23 989 a spark plug is described in which a in the insulator at the combustion chamber end in a cylindrical, central bore
  • Center electrode is inserted. Behind in the direction of the end of the insulator distant from the combustion chamber, a metallic contact pin is arranged in the bore, which is provided with a layer of nickel or a nickel-silver alloy. This contact pin is in electrical contact with the center electrode.
  • the spark plug with the features of the main claim has the advantage that the corrosion resistance of the contact pin is improved effectively and with simple means. The operational safety of the spark plug is thus improved. Furthermore, a local and
  • a tapered tip of the contact pin on the combustion chamber side is advantageous since a higher pressurization of the end of the contact pin on the combustion chamber side can be achieved during manufacture.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through a spark plug according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic longitudinal section through a contact pin according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic longitudinal section through a contact pin according to the invention and a noble metal.
  • FIG. 4 shows a schematic longitudinal section through a further exemplary embodiment of a contact pin according to the invention
  • FIG. 9 shows a tip of a contact pin according to the invention in a schematic longitudinal section
  • FIG. 10 shows a diagram in which the increase in diameter of an uncoated, a nickel-plated and an aluminum-coated contact pin according to the invention is plotted over time when stored at 900 ° C. in air.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through a spark plug 1 according to the invention.
  • a ceramic insulator 10 is arranged in a metallic, tubular housing 5, the end of which on the combustion chamber side forms the so-called insulator base 12 with a reduced outside diameter.
  • the Rotational symmetry axes of candle housing 5 and insulator 10 are congruent.
  • the axis of a connecting pin 15 embedded in the cylindrical opening at the end of the insulator 10 remote from the combustion chamber is also congruent. Also in the cylindrical one
  • one or more panate packs 17, a contact pin 20 and a noble metal electrode 25 are arranged behind the connecting bolt 15 in the direction of the combustion chamber in this order.
  • the noble metal electrode 25 is generally referred to as the center electrode.
  • Rotational symmetry axes of the center electrode 25 and contact pin 20 are congruent with the axis of the insulator base 12.
  • the ground electrode 30 is attached to the candle housing and is bent in the direction of the center electrode.
  • the free space between the center electrode and the ground electrode is referred to as spark gap 35.
  • the noble metal center electrode 25 is located via the contact pin 20 and one or more Panat packages 17 in electrical contact with the connecting bolt 15, a Panat package 17 being a glass material package with thin metal layers, which contains a certain electrical resistance and at the same time fixes the Connection pin 15 and the contact pin 20 ensured in the insulator opening.
  • the insulator 10 consists of a ceramic material which has an electrically insulating effect and shields the interior from environmental and engine compartment influences.
  • the contact pin 20 consists of a metal, preferably an iron-based alloy, for example an iron-nickel-cobalt (Fe-Ni-Co) alloy.
  • Fe-Ni-Co iron-nickel-cobalt
  • the contact pin 20 has the task of ensuring a spatial separation between the central electrode 25 and Panatpers (s) 17, because the Panatvert or Panatvert 17 due to their low temperature resistance (only up to about 600 ° C) not the high temperatures at the top Isolators may be exposed.
  • the spark plug is used to provide electrical energy for igniting the fuel-air mixture in the combustion chamber, not shown, of the internal combustion engine.
  • a high voltage is conducted via the connecting pin 15, the Panat 17, the contact pin 20 to the center electrode 25, which then causes a sparkover between the center electrode 25 and the ground electrode 30.
  • the fuel-air mixture in the combustion chamber is ignited by the energy contained in the spark, which creates highly reactive gases through various reactions.
  • a problem for the operation of the spark plugs is the corrosion of the contact pin 20, which is caused by the highly reactive gases entering along a small gap between the insulator and the center electrode.
  • the gap between the center electrode and the insulator arises because the insulator material and the electrode material have different coefficients of thermal expansion and are exposed to strong temperature fluctuations.
  • a layer of one or more metal aluminides is applied to the surface of the contact pin 20 in order to reduce corrosion.
  • the metal-aluminide layer preferably has a thickness of up to 100 ⁇ m, but a greater thickness of the metal Be an aluminide layer.
  • a contact pin according to the invention is shown separately in a longitudinal section.
  • the contact pin 20 has a cylindrical shape, the diameter of the end of the contact pin 20 remote from the combustion chamber being larger and being conically offset from the region with the smaller diameter.
  • the combustion chamber end of the contact pin 20 has a conically tapering tip which is flattened in a circle, whereby the top surface 37 on the combustion chamber side is formed.
  • metal aluminides are intermetallic compounds that consist of a metal and aluminum.
  • the metal aluminide layer 40 is formed at least on the top surface 37 of the contact pin 20 on the combustion chamber side and measured over a length of 1 mm from the top surface of the contact pin on the combustion chamber side.
  • the metal aluminide layer significantly increases the corrosion resistance of the contact pin 20.
  • the protective effect of the metal -aluminide- formed by the diffusion of the elemental aluminum into the contact pin Layer 40 is based on a closed, firmly adhering, very thin Al2O3 layer formed on the outer surface, which, due to its very slow growth, protects both the underlying aluminide and the base material against corrosive attack.
  • FIG. 3 shows the contact pin 20 according to the invention from FIG. 2 again in a schematic longitudinal section together with the center electrode 25.
  • the contact pin on the combustion chamber side cover surface 37 is coated with the metal aluminide layer 40, it forms under operating conditions, i.e. at temperatures of up to 1000 ° C., upon contact with the noble metal center electrode 25 on this top surface 37 of the contact pin 20 facing the center electrode 25, one or more noble metal-aluminum compounds that are brittle.
  • the center electrode 25 preferably consists of platinum or a platinum alloy, and consequently one or more brittle platinum-aluminum connections form on this contact pin cover surface 37.
  • the formation of brittle connections on the top surface of the contact pin 37 is advantageous, since changes in length caused by different ones are too great
  • FIG. 4 Another embodiment is shown in Figure 4.
  • the schematic longitudinal section of a contact pin 20 with an analog shape is shown, the entire surface of the contact pin 20 now being coated with the metal-aluminide layer 40.
  • the broad line identifies the metal-aluminide layer 40.
  • the reference number 37 in turn denotes the top surface of the contact pin on the combustion chamber side.
  • a contact pin according to the invention can in
  • a contact pin according to the invention can also have a shape other than that shown in FIGS. 2 and 4.
  • the two diameters of the contact pin in FIGS. 2 and 4 can be chosen as desired.
  • the length of the two areas and the length of the conical transition between the two areas is also not specified.
  • the length of the tapered tip of the contact pin on the combustion chamber side can also be chosen as desired.
  • the diameter of the top surface 37 on the combustion chamber side can be selected as desired.
  • the contact pin can therefore be optimally adapted to the dimensions of the spark plug and the conditions of manufacture.
  • FIG. 5 Another exemplary embodiment is shown in FIG. 5.
  • the contact pin 20 shown in a longitudinal section has no conically tapering tip and a top surface 37 which has no reduced diameter compared to the cylindrical region on the combustion chamber side.
  • the top surface 37 on the combustion chamber side thus has the same diameter as the cylindrical region on the combustion chamber side.
  • An exemplary embodiment as shown in FIG. 6 would also be conceivable.
  • the transition between the cylindrical area on the combustion chamber side and the cylindrical area with the larger diameter remote from the combustion chamber is stepped.
  • a frustoconical design of the contact pin which is shown in FIG. 8, could also be possible.
  • the embodiments in FIGS. 6 to 8 can also have a design of the tip on the combustion chamber side, as described in FIG. 2 and again shown separately in a longitudinal section in FIG. 9.
  • the tip of the contact pin 20 on the combustion chamber side can taper in a conical shape and have a cover surface on the combustion chamber side that has a smaller diameter than the region adjoining it.
  • the aluminum required for the aluminum-containing surface coating, the metal-aluminide, of the contact pin 20 can be deposited by means of thermal spraying processes, physical (physical vapor deposition, PVD) or chemical (chemical vapor deposition, CVD) deposition from the gas phase.
  • the aluminum is preferably deposited using a CVD process, in particular by an alitation.
  • Alitation is a process in which the surface layer of a workpiece is enriched with aluminum through a thermochemical treatment.
  • the workpiece is embedded in a powder bed, for example, which is composed of a high proportion of Al2O3, an aluminum-containing donor alloy and a halogen-containing activator.
  • Elemental aluminum is deposited by a chemical reaction consisting of several steps in a hydrogen-containing atmosphere at a pressure between 0.01 and 10 MPa and temperatures of 900 ° C to 1100 ° C over a period of up to 10 hours.
  • a large number of contact pins can be embedded in the powder bed, so the alitation can be designed inexpensively.
  • the alitation can also be carried out without a powder bed by producing a transportable, gaseous aluminum compound, an aluminum halide, at a different location in relation to the location at which the contact pins are coated and by means of a flow containing hydrogen gas is transported to the coating site.
  • the transportable aluminum compound is formed from an aluminum-containing donor alloy and a halogen-containing activator. It is possible to separate the location of the formation of the transportable aluminum connection and the location of the coating of the contact pins so that they are arranged in different containers. However, they can also be in the same container.
  • an additional oxidation step of the coated contact pin can be carried out. This pre-oxidation leads to the formation of the passivating AI2O3 layer described above even before the contact pin is installed.
  • the oxidation takes place at temperatures between 500 ° C and 1200 ° C over a period of up to 100 hours in an oxygen-containing atmosphere.
  • FIG. 10 shows the effect of the metal aluminide layer 40 described above using a diagram.
  • the diagram shows the diameter increase of a contact pin when the contact pin is exposed to a temperature of 900 ° C in air. It is the
  • the round symbols mean the measured values for an uncoated Fe-Ni-Co contact pin, the squares the measured values for an Fe-Ni-Co contact pin provided with a 20-30 ⁇ m thick nickel layer, and the rhombuses for one with a through

Abstract

Es wird eine Zündkerze mit einem keramischen Isolator vorgeschlagen, der am brennraumseitigen Ende in einer zylindrischen, mittigen Öffnung eine Edelmetall-Mittelelektrode enthält. In Richtung des brennraumfernen Endes des Isolators ist nach der Edelmetall-Mittelelektrode in der zylindrischen Öffnung ein Kontaktstift angeordnet. Die Oberfläche des Kontaktstifts ist zur Verringerung der Korrosion mit einer Schicht aus einem oder mehreren Metall-Aluminiden versehen.

Description

Zündkerze für eine Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Zündkerze für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche. In der DE-OS 196 23 989 wird eine Zündkerze beschrieben, bei der in den Isolator am brennraumseitigen Ende in eine zylinderförmige, mittige Bohrung eine
Mittelelektrode eingesetzt ist. Dahinter in Richtung des brennraumfernen Endes des Isolators ist in der Bohrung ein metallischer Kontaktstift angeordnet, der mit einer Schicht aus Nickel oder einer Nickel-Silber-Legierung versehen ist. Dieser Kontaktstift befindet sich in elektrischem Kontakt mit der Mittelelektrode.
Vorteile der Erfindung
Die Zündkerze mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Korrosionsbeständigkeit des Kontaktstifts wirksam und mit einfachen Mitteln verbessert wird. Die Betriebssicherheit der Zündkerze wird somit verbessert. Weiterhin wird eine Orts- und
Formstabilität der Mittelelektrode gewährleistet, so daß ein erhöhter Zündspannungsbedarf vermieden wird. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Zündkerze möglich. So ist es fertigungstechnisch günstig, die gesamte Oberfläche des Kontaktstifts zu beschichten. Es ist weiterhin fertigungstechnisch vorteilhaft, die Beschichtung durch thermisches Spritzen oder durch Abscheidung aus der Gasphase, insbesondere durch Alitieren vorzunehmen, was eine Fertigung der erfindungsgemäßen Zündkerze in großen
Stückzahlen erlaubt. Als vorteilhaft erweist sich weiterhin, daß vor Einbau des Kontaktstifts eine Voroxidation des beschichteten Kontaktstifts durchgeführt wird, da so eine I2O3 -Schutzschicht ausgebildet wird. Vorteilhaft ist eine Ausbildung des Kontaktstifts aus einer Fe-Co-Ni-Legierung, da dieser dem mittleren Wärmeausdehnungskoeffizienten des Isolators angepaßt ist. Es ist außerdem vorteilhaft, die Form des Kontaktstifts zylinderförmig mit einem größeren Durchmesser am brennraumfernen Ende insbesondere stufenförmig oder kegelförmig abgesetzt zu gestalten, da die Kontaktstifte in der Fertigung so vorteilhaft transportiert werden können. Ebenso von Vorteil ist eine Fertigung des Kontaktstifts in einer einfachen zylindrischen oder kegelförmigen Form, da Fertigungsschritte eingespart werden können .
Eine brennraumseitige, kegelförmig zulaufende Spitze des Kontaktstifts ist vorteilhaft, da eine höhere Druckbeaufschlagung des brennraumseitigen Endes des Kontaktstifts bei der Fertigung erreicht werden kann. Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Zündkerze,
Figur 2 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kontaktstift,
Figur 3 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kontaktstift und eine Edelmetall -
Elektrode,
Figur 4 einen schematischen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kontaktstifts,
Figur 5 bis Figur 8 jeweils weitere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Kontaktstift -Formen in schematischen
Längsschnitten,
Figur 9 eine brennraumseitige Spitze eines erfindungsgemäßen Kontaktstifts in einem schematischen Längsschnitt,
Figur 10 ein Diagramm, bei dem die Durchmesserzunahme eines unbeschichteten, eines vernickelten und eines erfindungsgemäßen, alitierten Kontaktstifts bei Auslagerung bei 900°C an Luft über der Zeit aufgetragen ist.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Zündkerze 1. In einem metallischen, rohrförmigen Gehäuse 5 ist ein keramischer Isolator 10 angeordnet, dessen brennraumseitiges Ende mit verringertem Außendurchmesser den sogenannten Isolatorfuß 12 bildet. Die Rotationssymmetrie-Achsen von Kerzengehäuse 5 und Isolator 10 liegen deckungsgleich. Ebenfalls deckungsgleich liegt die Achse eines in die zylinderförmige Öffnung am brennraumfernen Ende des Isolators 10 eingebetteten Anschlußbolzens 15. Ebenfalls in der zylinderförmigen
Öffnung des Isolators sind hinter dem Anschlußbolzen 15 in Richtung Brennraum in dieser Reihenfolge ein oder mehrere Panatpakete 17, ein Kontaktstift 20 und eine Edelmetall- Elektrode 25 angeordnet. Die Edelmetall -Elektrode 25 wird in der Regel als Mittelelektrode bezeichnet. Die
Rotationssymmetrie-Achsen von Mittelelektrode 25 und Kontaktstift 20 sind deckungsgleich mit der Achse des Isolatorfußes 12. Am Kerzengehäuse ist die Masseelektrode 30 angebracht, die in Richtung Mittelelektrode abgebogen ist. Der Freiraum zwischen Mittelelektrode und Masseelektrode wird als Funkenstrecke 35 bezeichnet.
Die Edelmetall-Mittelelektrode 25 befindet sich über den Kontaktstift 20 und ein oder mehrere Panatpakete 17 in elektrischem Kontakt mit dem Anschlußbolzen 15, wobei ein Panatpaket 17 ein von dünnen Metallschichten durchzogenes Glasmaterial-Paket darstellt, das einen bestimmten elektrischen Widerstand beinhaltet und gleichzeitig die Fixierung des Anschlußbolzens 15 und des Kontaktstifts 20 in der Isolatoröffnung gewährleistet. Der Isolator 10 besteht aus einem keramischen Material, welches elektrisch isolierend wirkt und das Innere von Umwelt- und Motorraumeinflüssen abschirmt.
Der Kontaktstift 20 besteht aus einem Metall, vorzugsweise aus einer Eisen-Basis-Legierung, beispielsweise aus einer Eisen-Nickel-Kobalt- (Fe-Ni-Co-) Legierung. Die Korrosionsbeständigkeit dieser Legierung ist jedoch gering. Der Kontaktstift 20 hat die Aufgabe, eine räumliche Trennung zwischen Mittelelektrode 25 und Panatpaket (en) 17 zu gewährleisten, da das Panatpaket oder die Panatpakete 17 wegen ihrer geringen Temperaturbeständigkeit (nur bis ca. 600 °C) nicht den hohen Temperaturen an der Spitze des Isolators ausgesetzt werden dürfen.
Die Zündkerze dient dazu, elektrische Energie zum Zünden des Kraftstoff-Luft-Gemischs im nicht dargestellten Brennraum der Brennkraftmaschine bereitzustellen. Dazu wird eine Hochspannung über den Anschlußbolzen 15, das Panat 17, den Kontaktstift 20 zur Mittelelektrode 25 geleitet, die dann einen Funkenüberschlag zwischen der Mittelelektrode 25 und der Masseelektrode 30 bewirkt. Durch die im Funken enthaltene Energie wird das im Brennraum enthaltene Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet, wodurch durch verschiedene Reaktionen hochreaktive Gase entstehen.
Ein Problem für den Betrieb der Zündkerzen ist die Korrosion des Kontaktstifts 20, die durch die entlang eines kleinen Spalts zwischen Isolator und Mittelelektrode eindringenden hochreaktiven Gase verursacht wird. Der Spalt zwischen Mittelelektrode und Isolator entsteht, da das Isolatormaterial und das Elektrodenmaterial unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten besitzen und starken Temperaturschwankungen ausgesetzt sind. Erfindungsgemäß wird zur Verringerung der Korrosion eine Schicht aus einem oder mehreren Metall-Aluminiden auf der Oberfläche des Kontaktstifts 20 aufgebracht. Vorzugsweise weist die Metall- AIuminid-Schicht eine Dicke von bis zu 100 μm auf, vorteilhaft kann jedoch auch eine größere Dicke der Metall- Aluminid-Schicht sein. Es kann somit ein durch die Korrosion verursachter erhöhter Zündspannungsbedarf wirksam verhindert werden. Der Energiebedarf wird gesenkt und die Zündsicherheit wird verbessert.
In Figur 2 ist ein erfindungsgemäßer Kontaktstift separat in einem Längsschnitt dargestellt. Der Kontaktstift 20 besitzt eine zylindrische Form, wobei der Durchmesser des brennraumfernen Endes des Kontaktstifts 20 größer ist und kegelförmig von dem Bereich mit dem kleineren Durchmesser abgesetzt ist. Das brennraumseitige Ende des Kontaktstifts 20 besitzt eine kegelförmig zulaufende Spitze, die kreisförmig abgeplattet ist, wodurch die brennraumseitige Deckfläche 37 gebildet wird. Durch Abscheidung von Aluminium aus der Gasphase wird an der Oberfläche des Kontaktstifts 20 eine Schicht aus einem oder mehreren Metall -Alumiden gebildet, die in der Figur 2 durch eine breite Linie veranschaulicht wurde. Metall -Aluminide sind intermetallische Verbindungen, die aus einem Metall und Aluminium bestehen. Bei der vorzugsweisen Verwendung eines Kontaktstifts 20 aus einer Fe-Ni-Co-Legierung bildet sich entsprechend ein oder mehrere Fe-Ni-Co-Aluminide .
Vorzugsweise werden Schichtdicken zwischen 20 und 70 μm angestrebt. Die Metall-Aluminid-Schicht 40 wird mindestens an der brennraumseitigen Deckfläche 37 des Kontaktstifts 20 und mindestens über eine Länge von 1 mm gemessen von der brennraumseitigen Deckfläche des Kontaktstifts gebildet.
Die Metall-Aluminid-Schicht erhöht die Korrosionsbeständigkeit des Kontaktstifts 20 deutlich. Die Schutzwirkung der durch die Diffusion des elementaren Aluminiums in den Kontaktstift gebildeten Metall -Aluminid- Schicht 40 beruht auf einer an der äußeren Oberfläche gebildeten, geschlossenen, fest haftenden, sehr dünnen AI2O3 -Schicht , die aufgrund ihres sehr langsamen Wachstums sowohl das darunterliegende Aluminid als auch das Grundmaterial vor einem korrosiven Angriff schützt. Bei
Auftreten einer lokalen Zerstörung der Al2θ3-Schicht , z.B. durch Abplatzen, bildet sich aufgrund des im Aluminid vorhandenen Aluminiums eine neue Al2θ3~Schicht aus. Somit ist eine selbstausheilende Passivierung der beschichteten Oberfläche des Kontaktstifts 20 gewährleistet.
In Figur 3 ist der erfindungsgemäße Kontaktstift 20 aus Figur 2 noch einmal in einem schematischen Längsschnitt zusammen mit der Mittelelektrode 25 dargestellt. Da der Kontaktstift an der brennraumseitigen Deckfläche 37 mit der Metall-Aluminid-Schicht 40 überzogen ist, bildet sich unter Betriebsbedingungen, d.h. bei Temperaturen von bis zu 1000°C, beim Kontakt mit der Edelmetall-Mittelelektrode 25 an dieser der Mittelelektrode 25 zugewandten Deckfläche 37 des Kontaktstifts 20 eine oder mehrere Edelmetall-Aluminium- Verbindungen, die spröde sind. Vorzugsweise besteht die Mittelelektrode 25 aus Platin bzw. einer Platin-Legierung, demzufolge bildet sich an dieser Kontaktstift-Deckfläche 37 eine oder mehrere spröde Platin-Aluminium-Verbindungen aus. Die Bildung von spröden Verbindungen an der Deckfläche des Kontaktstifts 37 ist vorteilhaft, da bei zu starken Längenänderungen durch unterschiedliche
Wärmeausdehnungskoeffizienten von Mittelelektrode 25 und Kontaktstift 20, die bei thermischer Zyklierung auftreten, im Übergangsbereich zwischen Mittelelektrode 25 und
Kontaktstift 20 eine Spaltbildung ermöglicht wird. Ein derartiger Spalt ist in Figur 3 mit dem Bezugszeichen 42 versehen. Ein Kraftschluß zwischen Mittelelektrode 25 und Kontaktstift 20 wird durch den Spalt 42 verhindert. Es kann so eine Orts- und Formstabilität der Mittelelektrode gewährleistet werden, wodurch ein erhöhter Zündspannungsbedarf vermieden wird. Besonders ausgeprägt ist die Spaltbildung dann, wenn die Dicke der Metall-Aluminid- Schicht, von der ausgehend sich die Edelmetall-Aluminium- Verbindung bildet, eine Dicke von mehr als 100 μm aufweist. Ein elektrischer Kontakt zwischen der Mittelelektrode 25 und dem Kontaktstift 20 ist bei bestimmungsgemäß in der Zündkerze auftretenden Spannungen stets vorhanden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Figur 4 dargestellt. Es ist analog zu Figur 2 der schematische Längsschnitt eines Kontaktstifts 20 mit analoger Form gezeigt, wobei nun die gesamte Oberfläche des Kontaktstifts 20 mit der Metall- Aluminid-Schicht 40 überzogen ist. Analog zu Figur 2 kennzeichnet die breite Linie die Metall-Aluminid-Schicht 40. Mit der Bezugszahl 37 ist wiederum die brennraumseitige Deckfläche des Kontaktstifts bezeichnet.
Ein erfindungsgemäßer Kontaktstift kann in
Gleitfunkenzündkerzen, in Luftfunkenzündkerzen und in Luft- Gleitfunkenzündkerzen verwendet werden. Dabei kann ein erfindungsgemäßer Kontaktstift auch eine andere als die in Figur 2 und 4 dargestellte Form aufweisen. Beispielsweise können die beiden Durchmesser des Kontaktstifts in Figur 2 und 4 beliebig gewählt werden. Auch die Länge der beiden Bereiche und die Länge des kegelförmigen Übergangs zwischen beiden Bereichen ist nicht festgelegt. Auch die Länge der kegelförmig zulaufenden brennraumseitigen Spitze des Kontaktstifts kann beliebig gewählt werden. Ebenso ist der Durchmesser der brennraumseitigen Deckfläche 37 beliebig wählbar. Der Kontaktstift läßt sich demnach optimal der Dimensionierung der Zündkerze und den Gegebenheiten der Fertigung anpassen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiele ist in Figur 5 dargestellt. Der in einem Längsschnitt dargestellte Kontaktstift 20 weist gegenüber dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 keine kegelförmig zulaufende Spitze und eine Deckfläche 37 auf, die keinen verringerten Durchmesser gegenüber dem brennraumseitigen zylinderförmigen Bereich besitzt. Somit weist die brennraumseitige Deckfläche 37 den gleichen Durchmesser wie der zylinderförmige brennraumseitige Bereich auf. Denkbar wäre auch ein Ausfuhrungsbeispiel, wie es in Figur 6 dargestellt ist. Hier ist der Übergang zwischen dem brennraumseitigen zylinderförmigen Bereich und dem brennraumfernen zylinderförmigen Bereich mit dem größeren Durchmesser stufenförmig gestaltet. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel tritt, wie in Figur 7 dargestellt, eine Durchmesseränderung entlang des Kontaktstifts nicht auf.
Ebenso könnte eine kegelstumpfförmige Ausführung des Kontaktstifts möglich sein, die in Figur 8 gezeigt wird. Die Ausführungsformen in den Figuren 6 bis 8 können auch eine Gestaltung der brennraumseitigen Spitze aufweisen, wie sie in Figur 2 beschrieben und in Figur 9 noch einmal separat in einem Längsschnitt dargestellt wurde. Entsprechend der Figur 9 kann die brennraumseitige Spitze des Kontaktstifts 20 kegelförmig zulaufen und eine brennraumseitige Deckfläche aufweisen, die einen geringeren Durchmesser aufweist, als der sich daran anschließende Bereich. Die Abscheidung des für die Aluminium-haltige OberflächenbeSchichtung, das Metall -Aluminid, des Kontaktstifts 20 notwendigen Aluminiums kann mittels thermischer Spritzverfahren, einer physikalischen (Physical Vapor Deposition, PVD) oder einer chemischen (Chemical Vapor Deposition, CVD) Abscheidung aus der Gasphase erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Aluminium-Abscheidung über ein CVD- Verfahren, insbesondere durch eine Alitierung.
Als Alitieren wird ein Verfahren bezeichnet, bei dem die Randschicht eines Werkstücks mit Aluminium durch eine thermochemische Behandlung angereichert wird. Dabei wird das Werkstück beispielsweise in ein Pulverbett eingebettet, das aus einem hohen Anteil von AI2O3, einer Aluminium-haltigen Donorlegierung und einem halogenhaltigen Aktivator zusammengesetzt ist. Die Abscheidung von elementarem Aluminium erfolgt über eine chemische Reaktion aus mehreren Schritten in einer Wasserstoff-haltigen Atmosphäre bei einem Druck zwischen 0,01 und 10 MPa und Temperaturen von 900°C bis 1100°C über eine Zeit von bis zu 10 Stunden. In das Pulverbett kann eine große Anzahl von Kontaktstiften eingebettet werden, deshalb läßt sich die Alitierung kostengünstig gestalten. Das Alitieren kann jedoch auch ohne Pulverbett durchgeführt werden, indem eine transportfähige, gasförmige Aluminium-Verbindung, ein Aluminium-Halogenid, an einem anderen Ort bezogen auf den Ort, an dem die Beschichtung der Kontaktstifte erfolgt, erzeugt wird und mittels einer Wasserstoffgas-haltigen Strömung an den Beschichtungsort transportiert wird. Die transportfähige Aluminium-Verbindung wird aus einer Aluminium-haltigen Donorlegierung und einem halogenhaltigen Aktivator gebildet. Dabei ist es möglich, den Ort der Entstehung der transportfähigen Aluminium-Verbindung und den Ort der Beschichtung der Kontaktstifte so zu trennen, daß sie in unterschiedlichen Behältern angeordnet sind. Sie können sich jedoch auch in dem gleichen Behälter befinden.
Vor dem Einbau des Kontaktstifts kann zusätzliche ein Oxidationsschritt des beschichteten Kontaktstifts vorgenommen werden. Diese Voroxidation führt schon vor Einbau des Kontaktstifts zu einer Bildung der oben beschriebenen passivierenden AI2O3 -Schicht . Die Oxidation erfolgt bei Temperaturen zwischen 500°C und 1200°C über einen Zeitraum von bis zu 100 Stunden in Sauerstoff-haltiger Atmosphäre .
In der Figur 10 wird anhand eines Diagramms die oben beschriebene Wirkung der Metall-Aluminid-Schicht 40 gezeigt. In dem Diagramm ist die Durchmesserzunahme eines Kontaktstifts gezeigt, wenn der Kontaktstift einer Temperatur von 900°C an Luft ausgesetzt ist. Es ist die
Durchmesserzunahme der untersuchten Kontaktstifte in μm über der Auslagerungsdauer in Stunden aufgetragen. Dabei bedeuten die runden Symbole die Meßwerte für einen unbeschichteten Fe-Ni-Co-Kontaktstift , die Quadrate die Meßwerte für einen mit einer 20-30 μm dicken Nickel-Schicht versehenen Fe-Ni- Co-Kontaktstift und die Rhomben für einen mit einer durch
Alitierung erzeugten und 25-60 μm dicken Fe-Ni-Co-Aluminid- Schicht versehenen Fe-Ni-Co-Kontaktstift . Die Beschichtung ist jeweils auf der gesamten Oberfläche des Kontaktstifts aufgetragen. Deutlich zu erkennen ist eine beträchtliche Durchmesserzunähme für den unbeschichteten und den vernickelten Kontaktschicht, während die Durchmesserzunähme des alitierten Kontaktstifts gering ist. Desweiteren ist beim alitierten Kontaktstift nach einer Zeit von etwa 300 Stunden keine weitere Durchmesserzunahme zu beobachten. Die Durchmesserzunähme wird jeweils durch Korrosion des Kontaktstifts verursacht. Bei dem alitierten Kontaktstift erfolgt die geringfügige Durchmesserzunahme durch die Bildung der AI2O3 -Schicht .
In Zündkerzen mit einem erfindungsgemäßen Kontaktstift konnte eine Verringerung der Korrosion und eine Orts- und Formstabilität der Mittelelektrode beobachtet werden.

Claims

Ansprüche
1. Zündkerze mit einem Isolator (10) mit einer zylinderförmigen Öffnung, in der eine Edelmetall-Elektrode (25) und ein metallischer Kontaktstift (20) angeordnet sind, wobei die Edelmetall-Elektrode (25) bei bestimmungsgemäßem Betrieb in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine hineinragt, wobei der Kontaktstift (20) an das brennraumferne Ende der Edelmetall -Elektrode anschließend angeordnet ist und einen elektrischen Kontakt ausbildet, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der Oberfläche des Kontaktstiftes (20) eine Schicht aus einem oder mehreren Metall -Aluminiden (40) befindet.
2. Zündkerze nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß sich bei thermischer Zyklierung ein Spalt (42) zwischen Kontaktstift (20) und Edelmetall -Elektrode (25) ausbildet.
3. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktstift (20) auf seiner gesamten Oberfläche die Metall-Aluminid-Schicht (40) aufweist .
4. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktstift (20) aus einer Fe-Ni- Co-Legierung und die Metall-Aluminid-Schicht aus einem oder mehreren (Fe, Ni , Co) -Aluminiden besteht.
5. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß sich im Übergangsbereich zwischen
Kontaktstift (20) und Edelmetall -Elektrode (25) eine oder mehrere Edelmetall -Aluminium-Verbindungen ausbilden.
6. Zündkerze nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß sich im Übergangsbereich zwischen Kontaktstift (20) und
Edelmetall-Elektrode (25) eine oder mehrere Platin- Aluminium-Verbindungen ausbilden .
7. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminium-Beschichtung des
Kontaktstifts (20) durch thermisches Spritzen oder durch physikalische oder chemische Abscheidung aus der Gasphase erfolgt .
8. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminium-Beschichtung eine Aluminium-Anreicherung in der Randschicht des Kontaktstifts (20) mittels einer thermochemischen Behandlung (Alitieren) darstellt .
9. Zündkerze nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß das Alitieren im Pulverbett erfolgt.
10. Zündkerze nach einem der Ansprüche 7 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß der beschichtete Kontaktstift (20) vor
Einbau in die Zündkerze einem öxidationsschritt unterzogen wird.
11. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktstift (20) eine zylindrische Form besitzt .
12. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktstift 20 eine zylindrische Form besitzt, die zwei kegelförmig ineinander übergehende Bereiche mit unterschiedlichem Durchmesser aufweist, wobei der Bereich mit dem kleineren Durchmesser das brennraumseitige Ende des Kontaktstifts bildet.
13. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktstift 20 eine zylindrische Form besitzt, die zwei Bereiche mit unterschiedlichem
Durchmesser aufweist, die stufenförmig voneinander abgesetzt sind, wobei der Bereich mit dem kleineren Durchmesser das brennraumseitige Ende des Kontaktstifts bildet.
14. Zündkerze nach einem der Ansprüche 11 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktstift 20 eine kegelförmig zulaufende Spitze besitzt, wobei das brennraumseitige Ende eine kreisförmige Deckfläche bildet, die einen geringeren Durchmesser als der brennraumseitige zylindrische Bereich aufweist.
15. Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktstift (20) eine kegelstumpfartige Form besitzt.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103229372A (zh) 2010-07-29 2013-07-31 美国辉门（菲德尔莫古）点火系统有限公司 用于与火花塞一起使用的电极材料
US8471451B2 (en) 2011-01-05 2013-06-25 Federal-Mogul Ignition Company Ruthenium-based electrode material for a spark plug
DE112012000600B4 (de) 2011-01-27 2018-12-13 Federal-Mogul Ignition Company Zündkerzenelektrode für eine Zündkerze, Zündkerze und Verfahren zum Herstellen einer Zündkerzenelektrode
WO2012116062A2 (en) 2011-02-22 2012-08-30 Federal-Mogul Ignition Company Electrode material for a spark plug
WO2013003325A2 (en) 2011-06-28 2013-01-03 Federal-Mogul Ignition Company Electrode material for a spark plug
US10044172B2 (en) 2012-04-27 2018-08-07 Federal-Mogul Ignition Company Electrode for spark plug comprising ruthenium-based material
WO2013177031A1 (en) 2012-05-22 2013-11-28 Federal-Mogul Ignition Company Method of making ruthenium-based material for spark plug electrode
US8979606B2 (en) 2012-06-26 2015-03-17 Federal-Mogul Ignition Company Method of manufacturing a ruthenium-based spark plug electrode material into a desired form and a ruthenium-based material for use in a spark plug
US9231380B2 (en) 2012-07-16 2016-01-05 Federal-Mogul Ignition Company Electrode material for a spark plug
JP6035177B2 (ja) 2012-08-20 2016-11-30 株式会社デンソー 内燃機関用のスパークプラグ
DE102015115746B4 (de) 2015-09-17 2017-04-27 Federal-Mogul Ignition Gmbh Verfahren zum Herstellen einer Zündelektrode für Zündkerzen und damit hergestellte Zündkerze

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4431143A1 (de) * 1994-09-01 1996-03-07 Bosch Gmbh Robert Zündkerze für eine Brennkraftmaschine
WO1997049153A1 (de) * 1996-06-15 1997-12-24 Robert Bosch Gmbh Zündkerze für eine brennkraftmaschine

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3192429A (en) * 1960-11-08 1965-06-29 Gen Motors Corp Center electrode for spark plug
US3171052A (en) * 1961-10-10 1965-02-23 Gen Motors Corp Ceramic-to-metal bond for spark plugs and the like
JPS4312186Y1 (de) * 1967-11-07 1968-05-25
US3922396A (en) * 1974-04-23 1975-11-25 Chromalloy American Corp Corrosion resistant coating system for ferrous metal articles having brazed joints
JPS54158539A (en) * 1978-06-03 1979-12-14 Mazda Motor Corp Method of making ignition plug electrode having corrosion-proof property at hight temperature
JPS6035992B2 (ja) * 1980-05-02 1985-08-17 株式会社日立製作所 Ｎｉ合金のＡｌコ−テイング方法
DE3038720A1 (de) * 1980-10-14 1982-06-03 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Zuendkerze fuer brennkraftmaschine
DE3144253A1 (de) * 1981-11-07 1983-05-19 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Zuendkerze fuer brennkraftmaschinen
DE3230362A1 (de) * 1982-08-14 1984-02-16 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Hochspannungszuendkerze
US4659960A (en) * 1984-05-09 1987-04-21 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Electrode structure for a spark plug
JPS61277184A (ja) * 1985-05-31 1986-12-08 日本特殊陶業株式会社 点火プラグ
JPS6258586A (ja) * 1985-09-07 1987-03-14 日本特殊陶業株式会社 点火プラグ
JPS62208583A (ja) * 1986-03-07 1987-09-12 日本特殊陶業株式会社 点火プラグ
US5503874A (en) * 1994-09-30 1996-04-02 General Electric Company Method for low temperature chemical vapor deposition of aluminides containing easily oxidized metals
US5807428A (en) * 1997-05-22 1998-09-15 United Technologies Corporation Slurry coating system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4431143A1 (de) * 1994-09-01 1996-03-07 Bosch Gmbh Robert Zündkerze für eine Brennkraftmaschine
WO1997049153A1 (de) * 1996-06-15 1997-12-24 Robert Bosch Gmbh Zündkerze für eine brennkraftmaschine
US5952770A (en) * 1996-06-15 1999-09-14 Robert Bosch Gmbh Spark plug for internal combustion engine

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US6628051B1 (en) 2003-09-30

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