WO2008015179A1 - Verfahren zum aufbringen eines stiftes auf einem elektrodengrundkörper - Google Patents

Verfahren zum aufbringen eines stiftes auf einem elektrodengrundkörper Download PDF

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Detlef Hartmann
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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
    • 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
    • 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 is based on a method for applying a pin made of a spark erosion-resistant material to an electrode base body according to the preamble of claim 1.
  • a pin of precious metal e.g. made of platinum, gold iridium, palladium, rhodium ruthenium or an alloy of one or more of these metals, cut from a noble metal wire, laid with the length of the section on the flat face of the electrode body and welded by means of resistance welding to the electrode body.
  • an over the axial length attacking, directed to the electrode main body pressure force is applied to the welded pin and the pin plastically deformed into a coin-like flat disc.
  • the plastically deformed flat disc is again welded in the resistance welding process to set any portion of the coin-like flat disc on the electrode body.
  • the inventive method with the features of claim 1 has the advantage that on the one hand due to the small pin diameter when welding the pin on the electrode body only a small amount of expensive, spark erosion resistant material for fixing the pin is melted on the electrode body and on the other hand by the subsequent upsetting the welded-on pin an increase in the diameter of the pin is achieved, with which a correspondingly large end face of the pin, which is exposed to the spark erosion associated. A large end face of the pin in turn increases the life of the pen. Compared to the welding of a pin, the already has the desired large diameter, a much smaller amount of spark erosion resistant material is needed. The concomitant with the upsetting shortening of the pin is compensated by appropriate provision of the pin output length.
  • FIG. 1 shows a side view of a spark plug for an internal combustion engine with an electrode and a ground electrode
  • FIG. 2 shows an enlarged illustration of an end section of the electrode with electrode base body and compressed noble metal pin
  • FIG. 3 is a same view as in Fig. 2 before upsetting the noble metal pin by means of a compression tool
  • Fig. 4 are each a same view as in Fig. 2 with a modified design to 6 of the compressed noble metal pin.
  • the spark plug shown in Fig. 1 comprises in a known manner a metallic housing 11 with a screw thread 12 and a mounting sleeve 13 and an insulator 14 of, for example, an Al 2 ⁇ 3 ceramic.
  • the electrode 15 has an electrode base body 16 and a protruding from the electrode body 16 pin 17 of electrically conductive material.
  • the end section 161 of the cylindrical electrode base body 16 is designed as a cone or truncated cone, on whose smaller-diameter top surface the pin 17 is welded. Pin 17 and end portion 161 of the electrode base 16 protrude from the insulator 14 at the bottom of the housing 11.
  • a connected to the housing 11 ground electrode 18 is the free end face 172 of the pin 17 while leaving a gap 19 to form a spark gap.
  • the electrode 15 is electrically conductively connected to a remote from the pin 17 end of the insulator 14 from this projecting terminal pin 20.
  • the pin 17 is made of spark erosion resistant material and welded onto the end portion 161 of the electrode base body 16. This material may be a precious metal, ie one or more metals from the group of platinum, iridium, palladium, rhodium ruthenium or alloys thereof.
  • the end face of the pin 17 which is available for wear due to spark erosion, influences the service life of the spark plug. It is therefore trying to perform the pen with the largest possible diameter.
  • a part of the pin length is melted and serves for fixing with the electrode base body 16.
  • the thicker the pin the greater the amount of spark erosion resistant material that is melted when welding the pin 17 for fixing. Since this material is relatively expensive, the diameter size of the pin 17 are set for cost reasons limits.
  • the pin 17 is applied to the electrode body 16 by the following procedure:
  • the pin 17 is placed with an output sounds 1 A (Fig. 3) with its one end face 171 on the flat end face of the end portion 161 of the electrode body 16 and welded thereto.
  • the welding method used is the per se known laser welding method or the electron welding method.
  • a compression tool 21 (FIG. 3) is placed on the free, other end face 172 of the pin 17 welded onto the electrode base body 16 and the pin 17 is dipped by applying a pressing force directed towards the electrode base body 16 such that its initial diameter d A (FIG. FIG. 3) to the desired final diameter d E (FIG. 2).
  • a pen diameter magnification of 5% to 80%, preferably between 20% and 50% is desired.
  • the initial length 1 A of the pin 17 (FIG. 3) is dimensioned such that when the desired end diameter d E of the pin 17 is reached, the desired end length 1 E of the pin 17 is also established.
  • a diameter d A between 0.3 to 2.5 mm and a length 1 A between 0.5 to 2.5 mm is selected.
  • the pin 17 with its administratabmesssitch has in the illustrated embodiment
  • the free, flat end face 172 of the pin 17 can additionally be contoured during upsetting. Examples of deformation of the flat output face 172 of the pin 17 ( Figure 3) are shown in Figures 4-6. By deformation during upsetting of the pin 17, the end face 172 can receive a convex (FIG. 4), a concave (FIG. 5) or a notched (FIG. 6) contour.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Aufbringen eines Stiftes (17) aus einem funkenerosionsbeständigen Material, insbesondere aus Edelmetall, auf einen Elektrodengrundkörper (16) angegeben. Zur Erzielung einer der Funkenerosion ausgesetzten großen Stiftoberfläche ohne erhöhten Materialaufwand für den Stift (17) wird der Stift (17) mit einer Stirnfläche (171) auf den Elektrodengrundkörper (16) aufgesetzt und mit diesem verschweißt. Nachfolgend wird der aufgeschweißte Stift (17) durch Aufbringen einer an der freien Stirnfläche (172) des Stiftes (17) angreifenden, zum Elektrodengrundkörper (16) hin gerichteten Presskraft auf einen größeren Durchmesser gestaucht.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Aufbringen eines Stiftes auf einen Elektrodengrundkörper
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Aufbringen eines Stiftes aus einem funkenerosionsbeständigen Material auf einen Elektrodengrundkörper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (US 6 132 277 A) wird ein Stift aus Edelmetall, z.B. aus Platin, Gold Iridium, Palladium, Rhodium Ruthenium oder aus einer Legierung von einem oder mehreren dieser Metalle, von einem Edelmetalldraht abgeschnitten, mit der Abschnittlänge auf die ebene Stirnfläche des Elektrodengrundkörpers gelegt und mittels Widerstandsschweißens auf den Elektrodengrundkörper aufgeschweißt. Anschließend wird auf den aufgeschweißten Stift eine über dessen Axiallänge angreifende, zum Elektrodengrundkörper gerichtete Druckkraft aufgebracht und der Stift zu einer münzenartigen Flachscheibe plastisch verformt. Die plastisch verformte Flachscheibe wird erneut im Widerstandsschweißverfahren verschweißt um jedweden Abschnitt der münzartigen Flachscheibe an dem Elektrodengrundkörper festzulegen.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass einerseits infolge des kleinen Stiftdurchmessers beim Aufschweißen des Stiftes auf den Elektrodengrundkörper nur eine geringe Menge des teuren, funkenerosionsbeständigen Materials zur Fixierung des Stiftes auf dem Elektrodengrundkörper aufgeschmolzen wird und andererseits durch das nachfolgende Stauchen des aufgeschweißten Stiftes eine Vergrößerung des Durchmessers des Stiftes erzielt wird, mit der eine entsprechend große Stirnfläche des Stiftes, die der Funkenerosion ausgesetzt ist, einhergeht. Eine große Stirnfläche des Stiftes erhöht wiederum die Standzeit des Stiftes. Gegenüber dem Aufschweißen eines Stiftes, der bereits den gewünschten großen Durchmesser besitzt, wird eine deutlich geringere Menge an funkenerosionsbeständigem Material benötigt. Die mit dem Stauchen einhergehende Verkürzung des Stiftes wird durch entsprechendes Vorhalten der Stiftausgangslänge kompensiert.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens möglich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Das erfindungsgemäße Verfahren ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen einer Zündkerze in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Zündkerze für einen Verbrennungsmotor mit einer Elektrode und einer Masseelektrode, Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Endabschnitts der Elektrode mit Elektrodengrund- körper und gestauchtem Edelmetallstift,
Fig. 3 eine gleiche Darstellung wie in Fig. 2 vor Stauchen des Edelmetallstiftes mittels eines Stauchwerkzeugs,
Fig. 4 jeweils eine gleiche Darstellung wie in Fig. 2 mit einer modifizierten Gestaltung bis 6 des gestauchten Edelmetallstiftes.
Die in Fig. 1 dargestellte Zündkerze weist in bekannter Weise ein metallisches Gehäuse 11 mit einem Einschraubgewinde 12 und einem Montagesechskant 13 sowie einen Isolator 14 aus z.B. einer Al2θ3-Keramik auf. Die Elektrode 15 weist einen Elektrodengrundkörper 16 und einen vom Elektrodengrundkörper 16 abstehenden Stift 17 aus elektrisch leitendem Material auf. Wie in der in Fig. 2 gezeigten, vergrößerten Darstellung der Elektrode 15 zu erkennen ist, ist bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der Endabschnitt 161 des zylinderförmigen Elektrodengrundkörpers 16 als Konus oder Kegelstumpf ausgeführt, auf dessen durchmesserkleineren Deckfläche der Stift 17 aufgeschweißt ist. Stift 17 und Endabschnitt 161 des Elektrodengrundkörpers 16 ragen an der Unterseite des Gehäuses 11 aus dem Isolator 14 heraus. Eine mit dem Gehäuse 11 verbundene Masseelektrode 18 liegt der freien Stirnfläche 172 des Stiftes 17 unter Belassung eines Spaltes 19 zur Ausbildung einer Funkenstrecke gegenüber. Die Elektrode 15 ist mit einem an dem vom Stift 17 abgekehrten Ende des Isolators 14 aus diesem vorstehenden Anschlussbolzen 20 elektrisch leitend verbunden. Um die Standzeit der Zündkerze zu erhöhen, wird der Stift 17 aus funkenerosionsbeständigem Material hergestellt und auf den Endabschnitt 161 des Elektrodengrundkörpers 16 aufgeschweißt. Dieses Material kann ein Edelmetall, also ein Metall oder mehrere Metalle aus der Gruppe Platin, Iridium, Palladium, Rhodium Ruthenium oder Legierungen damit, sein.
Primär beeinflusst die zum Verschleiß durch Funkenerosion zur Verfügung stehende Stirnfläche des Stiftes 17 die Standzeit der Zündkerze. Man ist daher bemüht, den Stift mit einem möglichst großen Durchmesser auszuführen. Beim Schweißen wird jedoch ein Teil der Stiftlänge aufgeschmolzen und dient zur Fixierung mit dem Elektrodengrundkörper 16. Je dicker der Stift ist, desto größer ist die Menge an funkenerosionsbeständigem Material, die beim Aufschweißen des Stiftes 17 zur Fixierung aufgeschmolzen wird. Da dieses Material relativ teuer ist, sind der Durchmessergröße des Stiftes 17 aus Kostengründen Grenzen gesetzt.
Um die Standzeit der Zündkerze ohne Steigerung des Kostenaufwands für das funkenerosionsbeständige Material zu verlängern, wird der Stift 17 nach folgendem Verfahren auf den Elektrodengrundkörper 16 aufgebracht:
Der Stift 17 wird mit einer Ausgangsklänge 1A (Fig. 3) mit seiner einen Stirnfläche 171 auf die ebene Stirnfläche des Endabschnitts 161 des Elektrodengrundkörpers 16 aufgesetzt und mit diesem verschweißt. Als Schweißverfahren wird das an sich bekannte Laserschweißverfahren oder das Elektronenschweißverfahren eingesetzt. Anschließend wird auf die freie, andere Stirnfläche 172 des auf den Elektrodengrundkörper 16 aufgeschweißten Stiftes 17 ein Stauch Werkzeug 21 (Fig. 3) aufgesetzt und durch Aufbringen einer zum Elektrodengrundkörper 16 hin gerichteten Presskraft der Stift 17 so getaucht, dass sich sein Ausgangsdurchmesser dA (Fig. 3) auf den gewünschten Enddurchmesser dE (Fig. 2) vergrößert. Dabei wird eine Stiftdurchmesservergrößerung von 5% bis 80%, vorzugsweise zwischen 20% und 50% angestrebt. Die Ausgangslänge 1A des Stiftes 17 (Fig. 3) wird so bemessen, dass mit Erreichen des gewünschten Enddurchmessers dE des Stiftes 17 sich auch die gewünschte Endlänge 1E des Stiftes 17 einstellt. Als Ausgangsabmessungen für den aufzuschweißenden Stift 17 wird ein Durchmesser dA zwischen 0,3 bis 2,5mm und eine Länge 1A zwischen 0,5 bis 2,5mm gewählt. Durch das Stauchen des Stiftes 17 mit der angestrebten Durchmesservergrößerung wird ein Stiftenddurchmesser dE zwischen 0,4 bis 3mm und eine Stiftendlänge 1E zwischen 0,1 bis 2mm erreicht.
Der Stift 17 mit seinen Ausgangsabmesssungen hat im dargestellten Ausführungsbeispiel
Zylinderform. Beim Stauchen kann durch entsprechende Ausbildung des Stauchwerkzeugs 21 die Gestalt des Stiftes 17 beeinflusst oder geändert werden, so dass der endgefertigte Stift 17 z.B. die Form eines Prismas mit ovaler oder mehrkantiger Grundfläche erhält.
Durch entsprechende Ausbildung des Stauchwerkzeugs 21 kann beim Stauchen zusätzlich die freie, ebene Stirnfläche 172 des Stiftes 17 konturiert werden. Beispiele für eine Verformung der ebenen Ausgangstirnfläche 172 des Stiftes 17 (Fig. 3) sind in Fig. 4 bis 6 dargestellt. Durch Umformung beim Stauchen des Stiftes 17 kann die Stirnfläche 172 eine konvexe (Fig. 4), einen konkave (Fig. 5) oder eine gekerbte (Fig. 6) Kontur erhalten.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Aufbringen eines Stiftes (17) aus einem funkenerosionsbeständigen Material auf einen Elektrodengrundkörper (16), bei dem der Stift (17) in einem ersten Schritt auf den Elektrodengrundkörper (16) aufgeschweißt und in einem zweiten Schritt durch Aufbringen einer zum Elektrodengrundkörper (16) gerichteten Verformungskraft plastisch verformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (17) mit einer seiner beiden Stirnflächen (171) auf den Elektrodengrundkörper (16) aufgesetzt und mit diesem verschweißt wird und dass die anschließende Verformungskraft auf die andere Stirnfläche (172) des Stiftes (17) so aufgebracht wird, dass durch axiales Stauchen des Stiftes (17) der Durchmesser des Stiftes (17) vergrößert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschweißen des Stiftes (17) auf den Elektrodengrundkörper (16) mittels eines Laser- oder eines Elektronenschweiß- verfahrens durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stauchung des Stiftes (17) so durchgeführt wird, dass sich der Stiftdurchmesser um 5% bis 80%, vorzugsweise um 20% bis 50%, vergrößert.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Ausgangslänge 1A des auf den Elektrodengrundkörper (16) aufzuschweißenden Stiftes (17) so bemessen wird, dass bei Erreichen des gewünschten Enddurchmesser dE des gestauchten Stiftes (17) der gestauchte Stift (17) eine gewünschte Stiftendlänge 1E aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsabmessungen für den aufzuschweißenden Stift (17) ein Durchmesser dA zwischen 0,3 bis 2,5mm und eine Länge 1A zwischen 0,5 bis 2,5mm gewählt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch Stauchen des Stiftes (17) ein Stiftenddurchmesser dE zwischen 0,4 bis 3mm und eine Stiftendlänge 1E zwischen 0,1 bis 2mm angestrebt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Stauchen des Stiftes (17) dessen freie Stirnfläche (172) konturiert wird, z.B. gekerbt oder konkav oder konvex verformt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Stauchen des Stiftes (17) die Stiftform verändert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsstiftform zylinderförmig gewählt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der den Stift (17) aufnehmende Endabschnitt (161) des Elektrodengrundkörpers (16) kegelstumpfförmig geformt und die durchmesserkleinere Deckfläche des Kegelstumpfs an die Stirnfläche (172) des Stiftes (17) angepasst wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als funkenerosionsbeständiges Material ein Metall oder mehre Metalle aus der Gruppe Platin, Iridium, Rhodium Ruthenium Palladium oder Legierungen davon verwendet werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Herstellung einer Zündkerze eingesetzt wird.
13. Zündkerze mit einer Elektrode, die einen Elektrodengrundkörper (16) und einen auf den Elektrodengrundkörper (16) aufgeschweißten Stift (17) aus einem funkenerosionsbeständigen
Material aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (17) mit einer Stirnfläche (171) auf den Elektrodengrundkörper (16) verschweißt ist und dass der Stiftdurchmesser nach dem Schweißvorgang durch Stauchen des Stiftes (17) plastisch vergrößert worden ist.
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