WO2003017443A1 - Verfahren zur anbringung einer edelmetallspitze auf einer elektrode, elektrode und zündkerze - Google Patents

Verfahren zur anbringung einer edelmetallspitze auf einer elektrode, elektrode und zündkerze Download PDF

Info

Publication number
WO2003017443A1
WO2003017443A1 PCT/DE2002/002614 DE0202614W WO03017443A1 WO 2003017443 A1 WO2003017443 A1 WO 2003017443A1 DE 0202614 W DE0202614 W DE 0202614W WO 03017443 A1 WO03017443 A1 WO 03017443A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrode
noble metal
metal tip
region
alloy
Prior art date
Application number
PCT/DE2002/002614
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Oliver Tenschert
Heinz Ulm
Jochen Fischer
Original Assignee
Robert Bosch Gmb
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmb filed Critical Robert Bosch Gmb
Priority to JP2003522237A priority Critical patent/JP2004538617A/ja
Priority to DE50210034T priority patent/DE50210034D1/de
Priority to EP02753022A priority patent/EP1413029B1/de
Publication of WO2003017443A1 publication Critical patent/WO2003017443A1/de

Links

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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T21/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs
    • H01T21/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs of sparking plugs

Definitions

  • the invention is based on a method for attaching a noble metal tip to an electrode, an electrode and a spark plug according to the type of the independent claims.
  • the electrode can be a ground or center electrode of a spark plug.
  • the method according to the invention for attaching a noble metal tip to an electrode, the electrode according to the invention and the spark plug according to the invention with the features of the independent claims have the advantage that the noble metal tip in a first region and the electrode in a second region which is adjacent to the first region , is melted in order to form a mixed alloy in these areas, the first area being selected such that it is completely encased approximately in a ring shape by the material of the noble metal tip.
  • the connection between the Noble metal tip and the electrode durable. Due to the approximately annular complete covering of the first area by the material of the noble metal tip, the noble metal tip and the connection between the noble metal tip and the electrode remain wear-resistant and not susceptible to corrosion and erosion.
  • the two areas are melted by means of laser energy.
  • the two areas for the formation of the mixed alloy can be defined and melted with high local precision, so that melting of the precious metal tip or the electrode outside the two areas can be prevented.
  • the melting process in the two areas for forming the mixed alloy can be implemented particularly quickly by using the laser energy with the appropriate laser power.
  • Another advantage is that the laser energy is applied by a laser element by means of a laser pulse. In this way, the energy required to melt the two areas can be made available precisely and in a defined and predetermined manner by selecting the power and time of the laser pulse.
  • FIG. 1 shows a first step
  • FIG. 2 shows a second step
  • FIG. 3 shows a third step
  • FIG. 4 shows a fourth step of the method according to the invention for forming an electrode according to the invention, for example for a spark plug.
  • Such service life can only be achieved, at least for spark plugs with a ground electrode designed as a roof electrode, by using noble metal alloys on the center electrode and the opposite ground electrode.
  • noble metal alloys can be attached to the respective electrodes of the spark plug, for example by extrusion, plating, resistance welding and laser welding or laser alloying.
  • These electrodes are made of nickel alloys, for example.
  • connection between the noble metal alloy and such an electrode because the Differentiate properties of precious metal alloys compared to nickel alloys in terms of melting and boiling point and thermal expansion coefficient.
  • Resistance welding is an inexpensive connection method. If the noble metal alloy is joined to the nickel alloy by resistance welding, then when this joint is heated, it can be due to the different thermal expansion coefficients and the low diffusion zone thicknesses in the border area between the noble metal alloy and the nickel alloy, i.e. the low mutual mixing of the noble metal alloy and the nickel alloy in the area of their abutting Tear open the connection. Corrosion occurs in the gap formed in this way, especially when the electrode is inserted as a ground or center electrode into the combustion chamber of an internal combustion engine and is surrounded by the gas mixtures there. The life of such connections is thus limited.
  • One method that leads to a more stable connection between the noble metal alloy and the nickel alloy is to make a weld between the noble metal alloy and the nickel alloy using a laser welding process.
  • the attachment of such weld seams is comparatively complex and requires a comparatively high expenditure of material for the noble metal alloy.
  • 5 denotes an electrode, which can be the central electrode of a spark plug, for example.
  • the electrode 5 comprises a tip 20 which according to FIG. 1 can, but does not have to, form a depression.
  • the electrode 5 is made of metal and can, for example, be at least partially made of nickel. In the following, it should be assumed as an example that the electrode 5 is formed from a nickel alloy.
  • FIG. 1 also shows a noble metal tip 1 which can be formed from a pure noble metal or from a noble metal alloy.
  • Gold, platinum or iridium for example, can be used as pure noble metals. When using precious metal alloys, this can also be done using gold, platinum or iridium.
  • Precious metal alloys are understood to mean alloys that only contain precious metals.
  • the noble metal tip 1 should be designed as a noble metal alloy and contain a proportion of platinum.
  • the noble metal tip 1 is shaped on its underside 35 in such a way that it can be picked up by the tip 20 of the electrode 5 as precisely as possible. According to FIG.
  • the noble metal tip 1 has a highlight on its underside 35, which corresponds to the depression at the tip 20 of the electrode 5.
  • the diameter of the precious metal tip is 1 chosen approximately as large as the diameter of the electrode 5 in the area of its tip 20. However, it could also be chosen larger or smaller.
  • the noble metal tip 1 is now placed precisely on the tip 20 of the electrode 5 in a first method step, as indicated by the arrow in FIG. 1.
  • the noble metal tip 1 is welded to the electrode 5 in the area in which the noble metal tip 1 borders the electrode 5, for example by a resistance welding method.
  • This area is identified in FIG. 2 by reference number 40. It is also referred to below as the welding area.
  • the thickness of the resulting diffusion zone in the welding area 40 is generally a few ⁇ m and is therefore susceptible to thermal stress cracks due to the different thermal expansion coefficients of the noble metal tip 1 and the nickel-containing electrode 5.
  • the precious metal tip 1 is melted in a first area 10 and the electrode 5 in a second area 15, which is adjacent to the first area 10, in order to create a mixed alloy of the material of the noble metal tip 1 and that in these areas 10, 15
  • material of the electrode 5 that is, a mixed alloy of the noble metal alloy of the noble metal tip 1 and the nickel alloy of the electrode 5 according to the example chosen here.
  • the first region 10 is determined in such a way that it is encased approximately completely in a ring shape by the material of the noble metal tip 1, as can be seen in FIG. 3.
  • the same reference numerals designate the same elements in all the figures.
  • the welding area 40 is in the area of a limit area 25 of the first area 10 to second area 15 in Figure 3 highlighted by hatching and identified by reference numeral 45. It is also referred to below as the limit welding area.
  • the boundary welding area 45 is also melted, which after the second method step according to FIG. 2, as part of the welding area 40, gave the described diffusion zone between the noble metal tip 1 and the electrode 5.
  • the material of the noble metal tip 1 and the material of the electrode 5 are mixed as completely as possible in the first area 10, in the second area 15 and in the limit welding area 45. This results after the third process step according to FIG.
  • the mixed alloy in the area of the noble metal tip 1 is completely separated from the atmosphere surrounding the noble metal tip 1, except for its end face on the combustion chamber side, and is therefore protected from environmental influences and is not exposed to erosion and corrosion, particularly in the combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the mixed alloy formed in the first region 10, in the second region 15 and in the boundary welding region 45 is completely separated from the surrounding atmosphere in the region of the electrode 5, since the second region 15, with the exception of its boundary region 50, is also separated from the boundary welding region 45 and first Area 10 is completely surrounded by the material of the electrode 5.
  • the mixed alloy makes the connection between the noble metal tip 1 and the electrode 5 particularly stable and permanent and is no longer subject to the risk of cracking in the area of the diffusion zone between the noble metal tip 1 and the electrode 5
  • the melting of the first area 10, the limit welding area 45 and the second area 15 can be realized for example by means of laser energy.
  • the laser energy can be applied, for example, by a laser element 30 as shown in FIG. 3.
  • reference numeral 55 denotes a laser beam.
  • the laser beam is focused on the first area 10, the limit welding area 45 and the second area 15 and ensures a locally precise melting of these areas and thus the formation of a homogeneous mixed alloy that is as constant as possible in these areas.
  • the laser energy can be applied, for example, by means of a laser pulse to an end face of the noble metal tip 1 on the combustion chamber side in the case of a spark plug.
  • the laser energy is not applied to the entire end face of the noble metal tip 1, but to an approximately circular area which is surrounded by an approximately circular area of the end face.
  • the noble metal tip 1 is thus only melted in the circular area of the end face and below, in order to produce the first area 10, which is completely encased by the material of the noble metal tip 1 in an approximately annular manner.
  • the use of a laser pulse enables a targeted and defined provision of the energy required for melting the first region 10, the second region 15 and the limit welding region 45.
  • the laser pulse can, for example, have a power of approximately 1 kW for a time of approximately 10 ms.
  • the mixed alloy identified by reference numeral 60 results with a coefficient of thermal expansion that lies between that of the noble metal alloy of the noble metal tip 1 and that of the nickel alloy of the electrode 5. Cracks due to thermal stresses are thereby avoided, especially in the area of the mixed alloy 60.
  • the connection between the noble metal tip 1 and the electrode 5 is thus durable.
  • the first region 10 is encased approximately completely in a ring shape by non-melted material of the precious metal tip 1, the mixed alloy 60 according to FIG. 4 is largely shielded from environmental influences in the region of the noble metal tip 1.
  • the very good erosion and corrosion properties of the noble metal alloy used lie on the surface of the noble metal tip 1, particularly in the part of the welding region 40 facing the combustion chamber continue before. This prevents corrosion and erosion, especially in the welding area 40, and increases the durability of the connection between the noble metal tip 1 and the electrode 5.
  • the electrode 5 formed with the noble metal tip 1 is thus durable with minimal use of noble metal under combustion chamber conditions and is erosion and corrosion resistant.
  • the second process step of the weld connection and the third process step of the laser alloy can be carried out in a short cycle time and simultaneously. Thus, the manufacturing time is not increased compared to a pure welded joint or laser alloy.
  • the electrode 5 is designed here, for example, as the center electrode of a spark plug.
  • a noble metal tip can also be attached to a ground electrode, for example a roof electrode or a side electrode.
  • a spark plug can thus be created in which both the central electrode and one or more ground electrodes each have a noble metal tip, the noble metal tip of the central electrode opposite the noble metal tip of a ground electrode for forming the spark gap in order to minimize electrode wear and to extend the life of the spark plug ,
  • the spark plug is referenced in all figures by the reference numeral 65 and is shown for the sake of clarity only with reference to a section of the electrode 5, which in this example functions as the center electrode of the spark plug 65.

Landscapes

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

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Anbringung einer Edelmetallspitze auf einer Elektrode, eine Elektrode und eine Zündkerze beschrieben, die eine besonders dauerhafte Verbindung der Edelmetallspitze mit der Elektrode ermöglichen, ohne im Bereich der Edelmetallspitze (1) Korrosion oder Erosion zuzulassen. Dazu wird in einem Verfahrensschritt die Edelmetallspitze (1) auf die Elektrode (5) geschweisst. In einem weiteren Schritt wird die Edelmetallspitze (1) in einem ersten Bereich (10) und die Elektrode (5) in einen zweiten Bereich (15), der dem ersten Bereich (10) benachbart ist, aufgeschmolzen, um in diesen Bereichen (10, 15) eine Mischlegierung (60) zu bilden, wobei der erste Bereich (10) so gewählt wird, dass er etwa ringförmig vollständig vom Material der Edelmetallspitze (1) ummantelt ist.

Description

Verfahren zur Anbringung einer Edelmetallspitze auf einer Elektrode, Elektrode und Zündkerze
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Anbringung einer Edelmetallspitze auf einer Elektrode, von einer Elektrode und von einer Zündkerze nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche aus .
Aus der WO91/02393 ist es bereits bekannt, eine Edelmetallspitze auf eine Elektrode zu schweißen. Bei der Elektrode kann es sich dabei um eine Masse- oder Mittelelektrode einer Zündkerze handeln.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Anbringung einer Edelmetallspitze auf einer Elektrode, die erfindungsgemäße Elektrode und die erfindungsgemäße Zündkerze mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass die Edelmetallspitze in einem ersten Bereich und die Elektrode in einem zweiten Bereich, der dem ersten Bereich benachbart ist, aufgeschmolzen wird, um in diesen Bereichen eine Mischlegierung zu bilden, wobei der erste Bereich so gewählt wird, das er etwa ringförmig vollständig vom Material der Edelmetallspitze ummantelt ist. Durch die Mischlegierung wird die Verbindung zwischen der Edelmetallspitze und der Elektrode dauerhaltbar. Aufgrund der etwa ringförmigen vollständigen Ummantelung des ersten Bereichs vom Material der Edelmetallspitze bleibt die Edelmetallspitze und die Verbindung zwischen der Edelmetallspitze und der Elektrode verschleißfest und unanfällig gegenüber Korrosion und Erosion.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des Verfahrens und der Elektrode gemäß den unabhängigen Ansprüchen möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, dass die beiden Bereiche mittels Laserenergie aufgeschmolzen werden. Auf diese Weise lassen sich die beiden Bereiche für die Bildung der Mischlegierung definiert vorgeben und mit hoher örtlicher Präzision aufschmelzen, sodass ein Aufschmelzen der Edelmetallspitze oder der Elektrode außerhalb der beiden Bereiche verhindert werden kann. Außerdem läßt sich der Aufschmelzvorgang in den beiden Bereichen zur Bildung der Mischlegierung durch Verwendung der Laserenergie bei entsprechender Laserleistung besonders schnell realisieren.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Laserenergie von einem Laserelement mittels eines Laserpulses aufgebracht wird. Auf diese Weise läßt sich die zum Aufschmelzen der beiden Bereiche erforderliche Energie durch Wahl von Leistung und Zeit des Laserpulses präzise und in definierter und vorgegebener Weise zur Verfügung stellen. Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen ersten Schritt, Figur 2 einen zweiten Schritt, Figur 3 einen dritten Schritt und Figur 4 einen vierten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bildung einer erfindungsgemäßen Elektrode, beispielsweise für eine Zündkerze.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Anforderungen an Zündkerzen hinsichtlich ihrer Dauerhaltbarkeit sind in den vergangenen Jahren stetig gestiegen. Derzeit werden bereits Wechselintervalle für die Zündkerzen von 60.000,00 km bis 100.000,00 km von verschiedenen Automobilherstellern vorgegeben. Der Trend geht somit zu sogenannten Lifetime-Zündkerzen, deren Haltbarkeitsdauer möglichst nahe an die Haltbarkeitsdauer des Fahrzeugs herankommen soll.
Derartige Lebensdauer sind zumindest für Zündkerzen mit einer als Dachelektrode ausgebildeten Masseelektrode nur durch den Einsatz von Edelmetalllegierungen an der Mittelelektrode und der gegenüberliegenden Masseelektrode erreichbar. Diese Edelemetalllegierungen können beispielsweise durch Fliesspressen, Plattieren, Widerstandsschweissen und Laserschweissen oder Laserlegieren auf den jeweiligen Elektroden der Zündkerze befestigt werden. Diese Elektroden bestehen beispielsweise aus Nickel- Legierungen.
An die Verfahrenstechnik zur Herstellung der Verbindung zwischen der Edelmetalllegierung und einer solchen Elektrode werden hohe Anforderungen gestellt, weil sich die Eigenschaften der Edelmetalllegierungen im Vergleich zu Nickellegierungen hinsichtlich Schmelz- und Siedepunkt sowie Wärmeausdehnungskoeffizient stark unterscheiden. Ein kostengünstiges Verbindungsverfahren ist das Widerstandsschweissen. Wird die Edelmetalllegierung mit der Nickellegierung durch Wiederstandsschweissen verbunden, so kann es bei Erwärmung dieser Verbindung aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten und der geringen Diffusionszonendicken im Grenzbereich zwischen der Edelmetalllegierung und der Nickellegierung, also der geringen gegenseitigen Durchmischung der Edelmetalllegierung und der Nickellegierung in dem Bereich ihres Aneinandergrenzens zum Aufreissen der Verbindung kommen. In dem so entstandenen Spalt tritt Korrosion auf, vor allem dann, wenn die Elektrode als Masse- oder Mittelelektrode in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingeführt ist und von den dortigen Gasgemischen umgeben ist. Somit wird die Lebensdauer derartiger Verbindungen begrenzt.
Eine Methode, die zu einer stabileren Verbindung zwischen der Edelmetalllegierung und der Nickellegierung führt, besteht im Anbringen einer Schweißnaht zwischen der Edelmetalllegierung und der Nickellegierung unter Verwendung eines Laserschweissverfahrens . Das Anbringen solcher Schweißnähte ist jedoch vergleichsweise aufwendig und bedingt einen vergleichsweise hohen Materialaufwand für die Edelmetalllegierung .
Eine demgegenüber einfachere Methode stellt das sogenannte Laserlegieren dar, bei dem die Edelmetalllegierung und die Nickellegierung in einander benachbarten Bereichen vollständig aufgeschmolzen und dabei vermischt, das heißt legiert werden. Die dabei entstehende Edelmetall-Nickel- Legierung ist jedoch hinsichtlich Erosion und Korrosion weniger resistent als reine Edelmetalllegierungen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sollen nun die genannten Nachteile, die sich bei der Verbindung der Edelmetalllegierung mit der Nickellegierung durch Widerstandsschweissen, Laserschweissen oder Laserlegieren ergeben, weitgehend vermieden werden. Dabei sollen dauerhaltbare, verschleißfeste Elektroden hergestellt werden, wobei die Verbindung zwischen einem Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung mit der Elektrode mit geringem Aufwand realisierbar sein soll.
In Figur 1 kennzeichnet 5 eine Elektrode, die beispielsweise die Mittelelektrode einer Zündkerze sein kann. Die Elektrode 5 umfaßt eine Spitze 20 die gemäß Figur 1 eine Vertiefung bilden kann, aber nicht muß. Die Elektrode 5 ist metallisch ausgebildet und kann beispielsweise zumindest teilweise aus Nickel gebildet sein. Im folgenden soll beispielhaft angenommen werden, dass die Elektrode 5 aus einer Nickellegierung gebildet ist.
In Figur 1 ist weiterhin eine Edelmetallspitze 1 dargestellt, die aus einem reinen Edelmetall oder aus einer Edelmetalllegierung gebildet sein kann. Als reine Edelmetalle können dabei beispielsweise Gold, Platin oder Iridium Verwendung finden. Bei Verwendung von Edelmetalllegierungen kann dies ebenfalls unter Verwendung von Gold, Platin oder Iridium erfolgen. Unter Edelmetalllegierungen sind dabei Legierungen zu verstehen, die lediglich Edelmetalle enthalten. In diesem Beispiel soll die Edelmetallspitze 1 als Edelmetalllegierung ausgebildet sein und einen Anteil Platin enthalten. Gemäß Figur 1 ist die Edelmetallspitze 1 an ihrer Unterseite 35 derart geformt, dass sie möglichst passgenau von der Spitze 20 der Elektrode 5 aufgenommen werden kann. Gemäß Figur 1 weist die Edelmetallspitze 1 an ihrer Unterseite 35 eine Hervorhebung auf, die mit der Vertiefung an der Spitze 20 der Elektrode 5 korrespondiert. Der Durchmesser der Edelmetallspitze 1 ist dabei etwa genauso groß gewählt wie der Durchmesser der Elektrode 5 im Bereich ihrer Spitze 20. Er könnte aber auch größer oder kleiner gewählt werden.
Gemäß Figur 1 wird nun in einem ersten Verfahrensschritt die Edelmetallspitze 1 passgenau auf die Spitze 20 der Elektrode 5 gesetzt, wie durch den Pfeil in Figur 1 angedeutet ist.
Anschließend wird in einem zweiten Verfahrensschritt gemäß Figur 2 die Edelmetallspitze 1 mit der Elektrode 5 in dem Bereich, in dem die Edelmetallspitze 1 an die Elektrode 5 grenzt, miteinander verschweißt, beispielsweise durch ein Widerstandsschweißverfahren. Dieser Bereich ist in Figur 2 mit dem Bezugszeichen 40 gekennzeichnet. Er wird im folgenden auch als Schweißbereich bezeichnet.
Die Dicke der sich dabei ergebenden Diffusionszone im Schweißbereich 40 beträgt in der Regel wenige um und ist damit anfällig hinsichtlich von Wärmespannungsrissen aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Edelmetallspitze 1 und der nickelhaltigen Elektrode 5.
In einem dritten Verfahrensschritt wird die Edelmetallspitze 1 in einem ersten Bereich 10 und die Elektrode 5 in einem zweiten Bereich 15, der dem ersten Bereich 10 benachbart ist, aufgeschmolzen, um in diesen Bereichen 10, 15 eine Mischlegierung aus dem Material der Edelmetallspitze 1 und dem Material der Elektrode 5 zu bilden, also eine Mischlegierung aus der Edelmetalllegierung der Edelmetallspitze 1 und der Nickellegierung der Elektrode 5 gemäß dem hier gewählten Beispiel. Dabei wird der erste Bereich 10 so bestimmt, dass er etwa ringförmig vollständig vom Material der Edelmetallspitze 1 ummantelt ist, wie in Figur 3 erkennbar ist. In sämtlichen Figuren kennzeichnen dabei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente. Der Schweißbereich 40 ist im Bereich eines Grenzbereichs 25 des ersten Bereichs 10 zum zweiten Bereich 15 in Figur 3 zur Veranschaulichung durch Schraffur hervorgehoben und durch das Bezugszeichen 45 gekennzeichnet. Er wird im folgenden auch als Grenzschweißbereich bezeichnet. Beim Aufschmelzen des ersten Bereichs 10 und des zweiten Bereichs 15 wird auch der Grenzschweißbereich 45 aufgeschmolzen, der nach dem zweiten Verfahrensschritt gemäß Figur 2 als Teil des Schweißbereichs 40 die beschriebene Diffusionszone zwischen der Edelmetallspitze 1 und der Elektrode 5 ergab. Im ersten Bereich 10, im zweiten Bereich 15 und im Grenzschweißbereich 45 ergibt sich beim dritten Verfahrensschritt gemäß Figur 3 eine möglichst vollständige Durchmischung des Materials der Edelmetallspitze 1 und des Materials der Elektrode 5. Es ergibt sich somit nach dem dritten Verfahrensschritt gemäß Figur 3 im ersten Bereich 10, im zweiten Bereich 15 und im Grenzschweißbereich 45 eine annähernd homogene Edelmetall- Nickel-Legierung, die gemäß Figur 3 im Bereich der Edelmetallspitze 1 etwa ringförmig vollständig vom Material der Edelmetallspitze 1, im Bereich der Elektrode 5 vollständig vom Material der Elektrode 5 und im Bereich des Schweißbereichs 40 vollständig von der Diffusionszone umgeben ist. Entscheidend ist dabei vor allem, dass der erste Bereich 10 etwa ringförmig vollständig vom Material der Edelmetallspitze 1 ummantelt ist.
Auf diese Weise ist die Mischlegierung im Bereich der Edelmetallspitze 1 bis auf ihre brennraumseitige Stirnfläche vollständig von der die Edelmetallspitze 1 umgebenden Atmosphäre getrennt und somit vor Umwelteinflüssen geschützt und nicht der Erosion und Korrosion besonders im Brennraum einer Brennkraftmaschine ausgesetzt. Gemäß Figur 3 ist die sich im ersten Bereich 10, im zweiten Bereich 15 und im Grenzschweißbereich 45 bildende Mischlegierung vollständig im Bereich der Elektrode 5 von der umgebenden Atmosphäre getrennt, da auch der zweite Bereich 15 mit Ausnahme seines Grenzbereichs 50 zum Grenzschweißbereich 45 bzw. zum ersten Bereich 10 vollständig vom Material der Elektrode 5 umgeben ist .
Durch die Mischlegierung wird die Verbindung zwischen der Edelmetallspitze 1 und der Elektrode 5 besonders stabil und dauerhaft gemacht und unterliegt nicht mehr der Gefahr einer Rissbildung im Bereich der Diffusionszone zwischen Edelmetallspitze 1 und Elektrode 5. Durch die im Bereich der Edelmetallspitze 1 etwa ringförmige Abschirmung der sich ergebenden Mischlegierung aus Edelmetallanteilen und Nickelanteilen vor der umgebenden Atmosphäre wird besonders im Bereich der Verbindung zwischen der Edelmetallspitze 1 und der Elektrode 5 verhindert, dass die erosions- und korrosionsanfällige Mischlegierung schädlichen Umwelteinflüssen ausgesetzt wird, sodass die Verbindung zwischen der Edelmetallspitze 1 und der Elektrode 5 besonders dauerhaltbar wird.
Das Aufschmelzen des ersten Bereichs 10, des Grenzschweißbereichs 45 und des zweiten Bereichs 15 kann beispielsweise mittels Laserenergie realisiert werden. Dazu kann beispielsweise von einem Laserelement 30 wie in Figur 3 dargestellt die Laserenergie aufgebracht werden. In Figur 3 kennzeichnet das Bezugszeichen 55 einen Laserstrahl. Der Laserstrahl ist dabei auf den ersten Bereich 10, den Grenzschweißbereich 45 und den zweiten Bereich 15 fokussiert und sorgt für eine örtlich präzise AufSchmelzung dieser Bereiche und damit zur Bildung einer möglichst konstanten homogenen Mischlegierung in diesen Bereichen. Die Laserenergie kann dabei beispielsweise mittels eines Laserpulses auf eine, im Falle einer Zündkerze brennraumseitige, Stirnfläche der Edelmetallspitze 1 aufgebracht werden. Dabei wird die Laserenergie nicht auf die gesamte Stirnfläche der Edelmetallspitze 1 aufgebracht, sondern auf einen etwa kreisförmigen Bereich, der von einem etwa kreisringförmigen Bereich der Stirnfläche umgeben ist. Nur im kreisförmigen Bereich der Stirnfläche und darunter wird die Edelmetallspitze 1 somit aufgeschmolzen, um den ersten Bereich 10 zu ergeben, der etwa ringförmig vollständig vom Material der Edelmetallspitze 1 ummantelt ist. Die Verwendung eines Laserpulses ermöglicht eine gezielte und definierte Zurverfügungstellung der für das Aufschmelzen des ersten Bereiches 10, des zweiten Bereichs 15 und des Grenzschweißbereichs 45 erforderlichen Energie. Der Laserpuls kann beispielsweise eine Leistung von etwa 1 kW für eine Zeit von etwa 10 ms aufweisen.
Somit ergibt sich gemäß Figur 4 nach dem dritten Verfahrensschritt zwischen der Edelmetallspitze 1 und der Elektrode 5 die mit dem Bezugszeichen 60 gekennzeichnete Mischlegierung mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der zwischen dem der Edelmetalllegierung der Edelmetallspitze 1 und dem der Nickellegierung der Elektrode 5 liegt. Risse aufgrund von WärmeSpannungen werden dadurch vor allem im Bereich der Mischlegierung 60 vermieden. Die Verbindung zwischen der Edelmetallspitze 1 und der Elektrode 5 ist somit dauerhaltbar. Dies um so mehr, je größer der Querschnitt der Mischlegierung 60 im Bereich des Schweißbereichs 40, also der Diffusionszone, ist. Lediglich eine brennraumseitige Stirnfläche 100 der Mischlegierung 60 ist nicht vom nicht aufgeschmolzenenen Material der Edelmetallspitze 1 umgeben und somit direkt dem Brennraum ausgesetzt. Da gemäß Figur 3 der erste Bereich 10 etwa ringförmig vollständig von nicht aufgeschmolzenem Material der Edelmetallspitze 1 ummantelt ist, ist die Mischlegierung 60 gemäß Figur 4 im Bereich der Edelmetallspitze 1 weitgehend von Umwelteinflüssen abgeschirmt. Somit liegen mit Ausnahme der brennraumseitigen Stirnfläche 100 der Mischlegierung 60 an der Oberfläche der Edelmetallspitze 1 vor allem in dem dem Brennraum zugewandten Teil des Schweißbereichs 40 die sehr guten Erosions- und Korrosionseigenschaften der verwendeten Edelmetalllegierung weiterhin vor. Somit wird vor allem im Schweißbereich 40 eine Korrosion und Erosion verhindert und die Dauerhaltbarkeit der Verbindung zwischen der Edelmetallspitze 1 und der Elektrode 5 erhöht.
Die gebildete Elektrode 5 mit der Edelmetallspitze 1 ist somit bei minimalem Edelmetalleinsatz unter Brennraumbedingungen dauerhaltbar sowie erosions- und korrosionsfest. Der zweite Verfahrensschritt der Schweißverbindung und der dritte Verfahrensschritt der Laserlegierung lassen sich in kurzer Taktzeit und gleichzeitig durchführen. Somit wird die Herstellungszeit im Vergleich zu einer reinen Schweißverbindung oder Laserlegierung nicht erhöht.
Die Elektrode 5 ist hier beispielhaft als Mittelelektrode einer Zündkerze ausgebildet. In entsprechender Weise kann eine Edelmetallspitze auch an einer Masseelektrode, beispielsweise einer Dachelektrode oder einer Seitenelektrode angebracht werden. Somit kann eine Zündkerze geschaffen werden, bei der sowohl die Mittelelektrode als auch eine oder mehrere Masseelektroden jeweils eine Edelmetallspitze aufweisen, wobei die Edelmetallspitze der Mittelelektrode der Edelmetallspitze einer Masseelektrode zur Ausbildung der Funkenstrecke gegenüberliegt, um den Elektrodenverschleiß zu minimieren und die Lebensdauer der Zündkerze zu verlängern. Die Zündkerze wird in sämtlichen Figuren durch das Bezugszeichen 65 referenziert und ist übersichtlichkeitshalber nur anhand eines Ausschnitts der Elektrode 5, die in diesem Beispiel als Mittelelektrode der Zündkerze 65 fungiert, dargestellt.
In sämtlichen Figuren kennzeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente und ist die Elektrode 5 und die Edelmetallspitze 1 in einem Längsschnitt dargestellt.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Anbringung einer Edelmetallspitze (1) auf einer Elektrode (5) , insbesondere einer Zündkerzenelektrode, wobei in einem Schritt die Edelmetallspitze (1) auf die Elektrode (5) geschweißt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt die Edelmetallspitze (1) in einem ersten Bereich (10) und die Elektrode (5) in einem zweiten Bereich (15) , der dem ersten Bereich (10) benachbart ist, aufgeschmolzen werden, um in diesen Bereichen (10, 15) eine Mischlegierung (60) zu bilden, wobei der erste Bereich (10) so gewählt wird, dass er etwa ringförmig vollständig vom Material der Edelmetallspitze (1) ummantelt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Schweißverfahren für den ersten Schritt ein Widerstandsschweißverfahren gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bereiche mittels Laserenergie aufgeschmolzen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserenergie von einem Laserelement (30) mittels eines Laserpulses auf eine Stirnfläche der Edelmetallspitze (1) aufgebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserpuls eine Leistung von etwa 1kW für eine Zeit von etwa 10ms aufbringt.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für die Elektrode (5) ein Nichtedelmetall, vorzugsweise Nickel oder eine Nickellegierung, gewählt wird.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für die Edelmetallspitze (1) eine Edelmetallegierung, insbesondere mit einem Gold-, Iridium- oder Platinanteil, gewählt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für die Edelmetallspitze (1) ein reines Edelmetall, insbesondere Gold, Iridium oder Platin, gewählt wird.
9. Elektrode (5), insbesondere für eine Zündkerze (65), mit einer Edelmetallspitze (1), wobei die Edelmetallspitze (1) mit der Elektrode (5) verschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Edelmetallspitze (1) in einem ersten Bereich (10) und die Elektrode (5) in einem zweiten Bereich (15), der dem ersten Bereich (10) benachbart ist, eine Mischlegierung (60) bilden, wobei der erste Bereich (10) etwa ringförmig vollständig vom Material der Edelmetallspitze (1) ummantelt ist.
10. Elektrode (5) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (5) aus einem Nichtedelmetall, vorzugsweise Nickel oder eine Nickellegierung, gebildet ist .
11. Elektrode (5) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Edelmetallspitze (1) aus einer Edelmetallegierung, insbesondere mit einem Gold-, Iridium- oder Platinanteil, gebildet ist.
12. Elektrode (5) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Edelmetallspitze (1) aus einem reinen Edelmetall, insbesondere Gold, Iridium oder Platin, gebildet ist.
13. Zündkerze (65) mit einer Elektrode (5), insbesondere einer Mittel- oder Masseelektrode, wobei die Elektrode
(5) eine Edelmetallspitze (1) umfaßt und wobei die Edelmetallspitze (1) mit der Elektrode (5) verschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Edelmetallspitze
(1) in einem ersten Bereich (10) und die Elektrode (5) in einem zweiten Bereich (15), der dem ersten Bereich (10) benachbart ist, eine Mischlegierung bilden, wobei der erste Bereich (10) etwa ringförmig vollständig vom Material der Edelmetallspitze (1) ummantelt ist.
PCT/DE2002/002614 2001-07-20 2002-07-17 Verfahren zur anbringung einer edelmetallspitze auf einer elektrode, elektrode und zündkerze WO2003017443A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003522237A JP2004538617A (ja) 2001-07-20 2002-07-17 電極に貴金属チップを装着する方法並びに電極及び点火プラグ
DE50210034T DE50210034D1 (de) 2001-07-20 2002-07-17 Verfahren zur anbringung einer edelmetallspitze auf einer elektrode, elektrode und zündkerze
EP02753022A EP1413029B1 (de) 2001-07-20 2002-07-17 Verfahren zur anbringung einer edelmetallspitze auf einer elektrode, elektrode und zündkerze

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10134671.9 2001-07-20
DE2001134671 DE10134671A1 (de) 2001-07-20 2001-07-20 Verfahren zur Anbringung einer Edelmetallspitze auf einer Elektrode, Elektrode und Zündkerze

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2003017443A1 true WO2003017443A1 (de) 2003-02-27

Family

ID=7692045

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2002/002614 WO2003017443A1 (de) 2001-07-20 2002-07-17 Verfahren zur anbringung einer edelmetallspitze auf einer elektrode, elektrode und zündkerze

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP1413029B1 (de)
JP (1) JP2004538617A (de)
DE (2) DE10134671A1 (de)
WO (1) WO2003017443A1 (de)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7049733B2 (en) * 2003-11-05 2006-05-23 Federal-Mogul Worldwide, Inc. Spark plug center electrode assembly
JP5022465B2 (ja) * 2009-04-09 2012-09-12 日本特殊陶業株式会社 内燃機関用スパークプラグ及びその製造方法
US9673593B2 (en) 2012-08-09 2017-06-06 Federal-Mogul Ignition Company Spark plug having firing pad
US9318879B2 (en) 2012-10-19 2016-04-19 Federal-Mogul Ignition Company Spark plug having firing pad
WO2014097983A1 (ja) * 2012-12-17 2014-06-26 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグ
US9041274B2 (en) 2013-01-31 2015-05-26 Federal-Mogul Ignition Company Spark plug having firing pad
JP5995912B2 (ja) 2014-06-04 2016-09-21 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグおよびスパークプラグの製造方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1991002393A1 (en) * 1989-08-11 1991-02-21 Ford Motor Company Limited Forming an erosion resistant tip on an electrode

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0549368B1 (de) * 1991-12-27 1998-05-27 Ngk Spark Plug Co., Ltd Zündkerzenelektrode und Herstellungsverfahren
JP3121309B2 (ja) * 1998-02-16 2000-12-25 株式会社デンソー 内燃機関用のスパークプラグ
US6337533B1 (en) * 1998-06-05 2002-01-08 Denso Corporation Spark plug for internal combustion engine and method for manufacturing same
US6373172B1 (en) * 1998-12-21 2002-04-16 Denso Corporation Spark plug for internal combustion engine having a straight pillar ground electrode
JP3361479B2 (ja) * 1999-04-30 2003-01-07 日本特殊陶業株式会社 スパークプラグの製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1991002393A1 (en) * 1989-08-11 1991-02-21 Ford Motor Company Limited Forming an erosion resistant tip on an electrode

Also Published As

Publication number Publication date
DE10134671A1 (de) 2003-02-06
JP2004538617A (ja) 2004-12-24
EP1413029B1 (de) 2007-04-25
EP1413029A1 (de) 2004-04-28
DE50210034D1 (de) 2007-06-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19925672B4 (de) Zündkerze
DE69813661T2 (de) Zündkerze für Verbrennungsmotor
DE102010027463B4 (de) Zündkerze und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE10131391B4 (de) Zündkerze für Kogenerationssystem
DE10137523B4 (de) Zündkerze
DE102004036738B4 (de) Zündkerze mit laserverschweißtem Edelmetallplättchen und Herstellungsverfahren dafür
DE102009008673B3 (de) Gestanztes Durchführungselement mit eingelötetem Kontaktstift
DE10239075B4 (de) Zündkerze und Verfahren zum Verbinden eines Edelmetallelements mit einer Zündkerze
DE60204378T2 (de) Zündkerze und ihr Herstellungsverfahren
DE10205078A1 (de) Zündkerzenaufbau mit höherer Haltbarkeit und höherem Kraftstoffzündvermögen
WO2001095447A1 (de) Elektrode, verfahren zu deren herstellung und zündkerze mit einer derartigen elektrode
EP3694684B1 (de) Zündkerze und verfahren zur herstellung einer zündkerze
DE112021003566T5 (de) Zündkerzenelektrode und verfahren zum herstellen derselben
EP3221937B1 (de) Zündkerzenelektrode, verfahren zu deren herstellung und zündkerze
DE602004009769T2 (de) Zündkerze und verfahren zu ihrer herstellung
DE102005052425A1 (de) Zündkerzenelektrode und Verfahren zum Herstellen einer Zündkerzenelektrode
EP1356555B2 (de) Verfahren zur herstellung einer zündkerzenelektrode
DE10354439A1 (de) Zündkerze und Herstellungsverfahren dafür
EP1413029B1 (de) Verfahren zur anbringung einer edelmetallspitze auf einer elektrode, elektrode und zündkerze
DE102007052266A1 (de) Zündkerze und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE102014103308B4 (de) Zündkerze sowie Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze
DE102009047001A1 (de) Zündkerzenmasseelektrode mit mehrschichtigem Aufbau sowie Verfahren zu deren Herstellung
DE102004050164A1 (de) Schweißverfahren
DE10255187A1 (de) Verfahren zum Verbinden einer Elektrode mit einem Edelmetallabschnitt
DE102015207042A1 (de) Zündkerzenelektrode sowie Verfahren zu deren Herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2002753022

Country of ref document: EP

AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BR CN JP RU US

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BR CN JP RU

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE SK TR

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE SK TR

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2003522237

Country of ref document: JP

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2002753022

Country of ref document: EP

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 2002753022

Country of ref document: EP