WO2012167972A1 - Elektrode für eine zündkerze sowie verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Elektrode für eine zündkerze sowie verfahren zu deren herstellung Download PDF

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WO2012167972A1
WO2012167972A1 PCT/EP2012/056643 EP2012056643W WO2012167972A1 WO 2012167972 A1 WO2012167972 A1 WO 2012167972A1 EP 2012056643 W EP2012056643 W EP 2012056643W WO 2012167972 A1 WO2012167972 A1 WO 2012167972A1
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electrode
metal element
noble metal
weld
base material
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PCT/EP2012/056643
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French (fr)
Inventor
Thomas Kretschmar
Andreas Benz
Jochen Fischer
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • 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 present invention relates to an electrode for a spark plug and a method of manufacturing the same, wherein excellent durability of a noble metal element on an electrode base material is provided.
  • an electrode for a spark plug in which a noble metal chip is welded onto a base material of the electrode by means of laser welding. This results in a large melting section of fused together materials of the base electrode and the noble metal platelet of more than 50 vol .-% of the noble metal platelet.
  • the electrode according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that an amount of noble metal for the electrode can be significantly reduced. According to the invention is now a
  • Basic electrode material ensures that the weld is not too large and too much material of the precious metal element is consumed in a fusion section of the welded joint.
  • electrodes for spark plugs can be produced, which nevertheless provide sufficient precious metal at the electrode despite the use of smaller noble metal elements.
  • the durability of the electrode can be significantly improved.
  • the noble metal material is fused to the electrode base material in the weld. This will ensure that the weld does not become excessively thick and sufficient noble metal material is present for a long durability of the spark plug.
  • a particularly good durability of the electrode according to the invention is achieved when the noble metal element is a sphere.
  • the noble metal element is a noble metal chip, preferably with a cylindrical shape having a diameter between 0.4 to 2.6 mm.
  • the diameter is preferably between 0.4 to 0.8 mm, preferably 0.5 to 0.7 mm, and particularly preferably about 0.6 mm.
  • the diameter is preferably between 2.2 to 2.6 mm, and is preferably about 2.4 mm.
  • a thickness of the noble metal chip is preferably in a range between 0.2 to 0.7 mm, preferably 0.25 to 0.6 mm, and more preferably about 0.3 mm.
  • the thickness is preferably about 0.3 mm for stationary gas engines
  • the weld is provided substantially perpendicular to an electrode surface.
  • the weld is in a Wnkel to the electrode surface, preferably at an angle of 0 ° to 60 ° provided (here please preferred angle dimensions, if possible, insert).
  • the weld is without interruption on the outer circumference of the
  • Precious metal elements formed. More preferably, a maximum width of the weld in a range of 0, 1 to 0.3 mm, and particularly preferably about 0.2 mm. A maximum depth is preferably in a range of 0.3 to 0.9 mm, and more preferably 0.6 mm.
  • the invention relates to a spark plug with a
  • Electrode base material is arranged. Subsequently, the
  • Precious metal element welded to the electrode base material such that an aspect ratio of a depth T of the welded joint to an existing on the outside width B of the welded joint> 3.
  • welding is carried out particularly preferably by means of a laser, in particular a fiber laser. More preferably, the precious metal element is a proportion of
  • Precious metal is present on the noble metal element, so that the durability of the electrode is very good, without being too large amount of expensive
  • Precious metal must be used.
  • Figure 1 is a schematic, partially sectioned side view of a combustion chamber end of a spark plug according to a first embodiment of the invention
  • Figure 2 is a schematic partial plan view of the ground electrode of
  • FIG. 1, Figure 3 is a schematic sectional view of the ground electrode of FIG. 1, Figure 3 is a schematic sectional view of the ground electrode of FIG. 1, Figure 3 is a schematic sectional view of the ground electrode of FIG. 1, Figure 3 is a schematic sectional view of the ground electrode of FIG. 1, Figure 3 is a schematic sectional view of the ground electrode of FIG. 1, Figure 3 is a schematic sectional view of the ground electrode of FIG. 1, Figure 3 is a schematic sectional view of the ground electrode of FIG. 1, Figure 3 is a schematic sectional view of the ground electrode of FIG. 1, Figure 3 is a schematic sectional view of the ground electrode of FIG. 1, Figure 3 is a schematic sectional view of the ground electrode of FIG. 1, Figure 3 is a schematic sectional view of the ground electrode of FIG. 1, Figure 3 is a schematic sectional view of the ground electrode of FIG. 1, Figure 3 is a schematic sectional view of the ground electrode of FIG. 1, Figure 3 is a schematic sectional view of the ground electrode of FIG. 1, Figure 3 is a schematic sectional view of the ground electrode
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view of a ground electrode according to a second exemplary embodiment of the invention
  • Figure 5 is a schematic sectional view of a ground electrode according to a third embodiment of the invention.
  • FIG. 6 shows a schematic sectional view of a ground electrode according to a fourth exemplary embodiment of the invention
  • the spark plug 1 comprises a ground electrode 2 and a center electrode 3 which is arranged in a center axis X-X of the spark plug.
  • the electrode according to the invention is the ground electrode 2. It should be noted, however, that the electrode according to the invention may also be the center electrode 3 or both electrodes may be embodied in accordance with the invention.
  • the ground electrode 2 has a surface 20 which is directed to the other electrode and is arranged perpendicular to the central axis X-X.
  • the center electrode 3 has a surface 30 which is directed towards the ground electrode and is also aligned perpendicular to the central axis X-X.
  • the ground electrode 2 comprises an electrode base material 4 made of one
  • the ground electrode 2 comprises a noble metal element 5, which by means of a welded joint 6 is fixed to the electrode base material 4.
  • the noble metal element 5 is a ball in this embodiment, and the welded joint 6 is annularly formed around the ball, as shown in FIG.
  • the welded joint 6 is formed such that the welded joint 6 in the axial direction X-X has a maximum depth T, i. maximum extent of the weld parallel to the central axis X-X. Parallel to the surface 20, the welded joint 6 also has a maximum width B at the surface (see also Figure 2).
  • the width B of the welded joint 6 is defined as the maximum length of the weld in a radial direction from the center axis XX of the spark plug to the surface of the welded joint 6.
  • the welded joint 6 of this embodiment is made by means of a fiber laser so that high beam quality is ensured to make the weld 6 as homogeneous as possible.
  • both material of the noble metal element 5 and of the electrode base material 4 is melted, and the material fused together forms the welded joint 6.
  • T / B> 3 As is clear from Figure 3, while less than 50% of the volume of the precious metal element 50 in the
  • Precious metal volume (more than 80% in this embodiment), whereby a very high durability of the spark plug is obtained with minimal use of precious metal.
  • Electron base material 4 is made in one step before the ground electrode 2 is bent by 90 °.
  • An original diameter of the spherical precious metal element was 0.5 mm.
  • the method according to the invention thus makes it possible, in particular, to use a fiber laser that obtains a very exact weld seam with a very constant width and a very constant extent in the axial direction XX of the spark plug can be.
  • a fiber laser instead of a fiber laser, another laser can be used for welding.
  • the present invention surprisingly demonstrates a way in which precious metal can be saved in spark plugs without thereby reducing the durability of the spark plug.
  • FIGS 4 to 6 show alternative embodiments of the invention, wherein identical or functionally identical parts are denoted by the same reference numerals as in the first embodiment.
  • Figure 4 shows the use of a platelet of precious metal as
  • the noble metal chip is formed as a smaller cylinder and welded to the electrode base material 4 by means of a welded joint 6. While in the first embodiment in Figures 1 to 3 approximately a depth of the weld in the axial direction X-X axial
  • Embodiment as a noble metal element 50 uses a noble metal plate. However, the main welding direction is at the third
  • Embodiment no longer as in the second embodiment substantially parallel to the central axis XX, but at an angle ⁇ of about 40 ° selected.
  • a funnel-shaped welded joint 6 is obtained, which lies partially below the noble metal element 50.
  • an aspect ratio T / B> 3 wherein the width B of the welded joint 6 is given by a projection of the maximum radial to the central axis XX directed propagation of the weld 6 at the surface.
  • Figure 6 shows a fourth embodiment of the invention, wherein the
  • the weld joint 60 is made such that it does not leak out of the noble metal element 5 on the surface 20 facing the center electrode. This results in a particularly large area of the noble metal element 5, which is directed to the center electrode.
  • the welded joint 60 of this embodiment is formed in the center axis X-X of the spark plug and is slightly tapered toward the
  • a width B of the fourth embodiment corresponds to a diameter of the welded joint 60 at the
  • An extension of the welded connection 60 running in the direction of the central axis X-X corresponds to the depth T of the welded connection in the ground electrode 2.
  • the fourth embodiment further has the advantage that a punctiform
  • an improved electrode for spark plugs can be provided, which has a very high durability despite lower precious metal use. It can also be ensured according to the invention that a weld seam is kept relatively small.
  • noble metal elements with a volume in the range of 0.015 to 0.2 mm 3 are weldable, wherein 50% or less of
  • Precious metal volume are merged with the electrode base material.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für eine Zündkerze, umfassend ein Elektrodengrundmaterial (4) und ein Edelmetallelement (5; 50), wobei das Edelmetallelement (5; 50) mittels einer Schweißverbindung (6; 60) am Elektrodengrundmaterial (4) befestigt ist, wobei die Schweißverbindung eine maximale Ausdehnung (T) senkrecht zu einer Fläche (20) der Elektrode, an der das Edelmetallelement befestigt ist, aufweist und die Schweißverbindung eine maximale Breite (B) an der Fläche (20) aufweist, und wobei ein Verhältnis der maximalen Ausdehnung (T) zur maximalen Breite (B) größer oder gleich 3 ist.

Description

Beschreibung Titel
Elektrode für eine Zündkerze sowie Verfahren zu deren Herstellung Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrode für eine Zündkerze sowie ein Verfahren zu deren Herstellung, wobei eine hervorragende Dauerhaltbarkeit eines Edelmetallelements auf einem Elektrodengrundmatenal bereitgestellt wird.
Aus der DE 102 05 078 A1 ist eine Elektrode für eine Zündkerze bekannt, bei welcher ein Edelmetallplättchen auf ein Grundmaterial der Elektrode mittels Laserschweißen aufgeschweißt ist. Hierbei entsteht ein großer Schmelzabschnitt aus miteinander verschmolzenen Materialien der Grundelektrode und des Edelmetallplättchens von mehr als 50 Vol.-% des Edelmetallplättchens.
Hierdurch ist es notwendig, eine große Menge an teurem Edelmetall zur
Herstellung der Elektrode zu verwenden. Dies führt jedoch zu hohen
Herstellkosten der Elektrode.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Elektrode mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine Menge an Edelmetall für die Elektrode signifikant reduziert werden kann. Erfindungsgemäß wird nun eine
Schweißverbindung zwischen dem Edelmetallelement und einem
Elektrodengrundmatenal erzeugt, welche ein Verhältnis einer maximalen Tiefe T der Schweißverbindung senkrecht zu einer Oberfläche der Elektrode zu einer maximalen Breite B der Schweißverbindung an der Elektrodenoberfläche aufweist, welches größer oder gleich 3 ist (T/B > 3). Durch Einhalten dieses Verhältnisses bei der Schweißnaht zwischen Edelmetallelement und
Elektrodengrundmatenal wird sichergestellt, dass die Schweißnaht nicht zu groß wird und zu viel Material des Edelmetallelements in einem Schmelzabschnitt der Schweißverbindung verbraucht wird. Dadurch können Elektroden für Zündkerzen hergestellt werden, welche trotz Verwendung kleinerer Edelmetallelemente trotzdem ausreichend Edelmetall an der Elektrode bereitstellen. Hierdurch kann die Dauerhaltbarkeit der Elektrode signifikant verbessert werden.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorzugsweise sind 50 Vol.-% oder weniger des Edelmetallmaterials mit dem Elektrodengrundmaterial in der Schweißnaht verschmolzen. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Schweißnaht nicht übermäßig dick wird und ausreichend Edelmetallmaterial für eine lange Dauerhaltbarkeit der Zündkerze vorhanden ist.
Besonders bevorzugt ist ein Volumen des Edelmetallelements vor dem
Verschweißen in einem Bereich von 0,015 bis 0,2 mm3, vorzugsweise zwischen
0,075 bis 0, 15 mm3 und weiter bevorzugt ungefähr 0,1 mm3.
Eine besonders gute Dauerhaltbarkeit der erfindungsgemäßen Elektrode wird erreicht, wenn das Edelmetallelement eine Kugel ist. Die Kugel weist
vorzugsweise einen Durchmesser von 0,3 bis 0,75 mm, vorzugsweise 0,4 bis 0,6 mm, und weiter bevorzugt ungefähr 0,5 mm auf.
Alternativ ist das Edelmetallelement ein Edelmetallplättchen, vorzugsweise mit einer zylindrischen Form mit einem Durchmesser zwischen 0,4 bis 2,6 mm. Für Fahrzeugmotoren liegt der Durchmesser vorzugsweise zwischen 0,4 bis 0,8 mm, vorzugsweise 0,5 bis 0,7 mm und besonders bevorzugt ungefähr 0,6 mm. Für stationäre Gasmotoren liegt der Durchmesser vorzugsweise zwischen 2,2 bis 2,6 mm und ist bevorzugt ungefähr 2,4 mm. Eine Dicke des Edelmetallplättchens ist vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,2 bis 0,7 mm, vorzugsweise 0,25 bis 0,6 mm, und besonders bevorzugt ungefähr 0,3 mm. Für Fahrzeugmotoren ist die Dicke vorzugsweise ungefähr 0,3 mm, für stationäre Gasmotoren
vorzugsweise ungefähr 0,6 mm.
Besonders bevorzugt ist die Schweißnaht im Wesentlichen senkrecht zu einer Elektrodenoberfläche vorgesehen. Alternativ ist die Schweißnaht in einem Wnkel zur Elektrodenoberfläche, vorzugsweise in einem Winkel von 0° bis 60° vorgesehen (hier bitte bevorzugte Winkelmaße, wenn möglich, einfügen).
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Schweißnaht ohne Unterbrechung am äußeren Umfang des
Edelmetallelements gebildet. Weiter bevorzugt ist eine maximalen Breite der Schweißnaht in einem Bereich von 0, 1 bis 0,3 mm, und besonders bevorzugt ca. 0,2 mm. Eine maximale Tiefe ist vorzugsweise in einem Bereich von 0,3 bis 0,9 mm und besonders bevorzugt 0,6 mm.
Weiter bevorzugt betrifft die Erfindung eine Zündkerze mit einer
erfindungsgemäßen Elektrode sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode, wobei in einem ersten Schritt ein Elektrodengrundmaterial
bereitgestellt wird und ein Edelmetallelement auf einer Oberfläche des
Elektrodengrundmaterials angeordnet wird. Anschließend wird das
Edelmetallelement auf das Elektrodengrundmaterial derart aufgeschweißt, dass ein Aspektverhältnis einer Tiefe T der Schweißverbindung zu einer an der Außenseite vorhandenen Breite B der Schweißverbindung > 3 ist. Das
Schweißen erfolgt dabei besonders bevorzugt mittels eines Lasers, insbesondere eines Faserlasers. Weiter bevorzugt wird vom Edelmetallelement ein Anteil von
50 Vol.-% oder weniger verschweißt, so dass noch ausreichend reines
Edelmetall am Edelmetallelement vorhanden ist, so dass die Dauerhaltbarkeit der Elektrode sehr gut ist, ohne dass eine zu große Menge von teuerem
Edelmetall verwendet werden muss.
Zeichnung
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht eines brennraumseitigen Endes einer Zündkerze gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Figur 2 eine schematische Teildraufsicht auf die Masseelektrode von
Figur 1 , Figur 3 eine schematische Schnittansicht der Masseelektrode von Figur
1 ,
Figur 4 eine schematische Schnittansicht einer Masseelektrode gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 5 eine schematische Schnittansicht einer Masseelektrode gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Figur 6 eine schematische Schnittansicht einer Masseelektrode gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 3 eine Elektrode für eine Zündkerze 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Wie aus der schematischen Ansicht von Figur 1 ersichtlich ist, umfasst die Zündkerze 1 eine Masseelektrode 2 und eine Mittelelektrode 3, welche in einer Mittelachse X-X der Zündkerze angeordnet ist. In diesem beschriebenen
Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Elektrode die Masseelektrode 2. Es sei jedoch angemerkt, dass die erfindungsgemäße Elektrode auch die Mittelelektrode 3 sein kann oder beide Elektroden in erfindungsgemäßer Weise ausgeführt sein können.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, weist die Masseelektrode 2 eine Fläche 20 auf, welche zur anderen Elektrode gerichtet ist und dabei senkrecht zur Mittelachse X-X angeordnet ist. Die Mittelelektrode 3 weist eine Fläche 30 auf, welche zur Masseelektrode gerichtet ist und ebenfalls senkrecht zur Mittelachse X-X ausgerichtet ist.
Die Masseelektrode 2 umfasst ein Elektrodengrundmaterial 4 aus einem
Material, welches kein Edelmetall enthält, beispielsweise eine Nickellegierung. Ferner umfasst die Masseelektrode 2 ein Edelmetallelement 5, welches mittels einer Schweißverbindung 6 am Elektrodengrundmaterial 4 befestigt ist. Das Edelmetallelement 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Kugel und die Schweißverbindung 6 ist ringförmig um die Kugel herum ausgebildet, wie in Figur 2 gezeigt.
Wie in der Vergrößerung von Figur 3 ersichtlich ist, ist die Schweißverbindung 6 derart ausgebildet, dass die Schweißverbindung 6 in axialer Richtung X-X eine maximale Tiefe T, d.h. maximale Ausdehnung der Schweißnaht parallel zur Mittelachse X-X, aufweist. Parallel zur Fläche 20 weist die Schweißverbindung 6 ferner eine maximale Breite B an der Oberfläche auf (vergleiche auch Figur 2).
Die Breite B der Schweißverbindung 6 ist definiert als maximale Länge der Schweißnaht in einer radialen Richtung von der Mittelachse X-X der Zündkerze an der Oberfläche der Schweißverbindung 6. Die Schweißverbindung 6 dieses Ausführungsbeispiels ist mittels eines Faserlasers hergestellt, so dass eine hohe Strahlqualität sichergestellt ist, um die Schweißverbindung 6 möglichst homogen herzustellen. Für die Schweißverbindung 6 wird dabei sowohl Material des Edelmetallelements 5 als auch des Elektrodengrundmaterials 4 aufgeschmolzen und das miteinander verschmolzene Material bildet dann die Schweißverbindung 6. Ein Aspektverhältnis einer maximalen Ausdehnung der Schweißverbindung 6 in axialer Richtung X-X zu einer maximalen Breite B parallel zur Fläche 20 ist dabei größer oder gleich 3 (T/B > 3). Wie aus Figur 3 deutlich wird, wird dabei weniger als 50% des Volumens des Edelmetallelements 50 in die
Schweißverbindung 6 eingebunden. Hierdurch bleibt ein großes
Edelmetallvolumen (in diesem Ausführungsbeispiel mehr als 80%) vorhanden, wodurch eine sehr hohe Dauerhaltbarkeit der Zündkerze bei minimalem Einsatz von Edelmetall erhalten wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine maximale Breite B 0,2 mm und eine maximale Ausdehnung in Axialrichtung X-X 0,7 mm, so dass ein Aspektverhältnis von 3,5 erhalten wird (0,7 / 0,2 = 3,5). Der Schweißvorgang zur Befestigung des Edelmetallelements 5 am
Elektronengrundmaterial 4 wird dabei in einem Schritt vorgenommen, bevor die Masseelektrode 2 um 90° umgebogen wird. Ein ursprünglicher Durchmesser des kugelförmigen Edelmetallelements war dabei 0,5 mm. Für das
erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit insbesondere die Verwendung eines Faserlasers, dass eine sehr exakte Schweißnaht mit sehr konstanter Breite und sehr konstanter Ausdehnung in axialer Richtung X-X der Zündkerze erhalten werden kann. Alternativ kann statt eines Faserlasers auch ein anderer Laser zum Schweißen verwendet werden.
Somit zeigt die vorliegende Erfindung auf überraschend einfache Weise einen Weg, wie Edelmetall bei Zündkerzen eingespart werden kann, ohne dass dadurch eine Dauerhaltbarkeit der Zündkerze reduziert wird. Durch die
Einsparung von Edelmetall kann dabei insbesondere eine Herstellung der Zündkerze signifikant verbilligt werden. Da es sich bei Zündkerzen um
Massenbauteile handelt, ergeben sich hierdurch große Einsparpotentiale. Es sei weiter angemerkt, dass die Dauerhaltbarkeit der Zündkerze weiter verbessert werden kann, wenn sowohl die Masseelektrode 2 als auch die Mittelelektrode 3 ein gemäß der erfindungsgemäßen Definition des Aspektverhältnisses von > 3 angeschweißtes Edelmetallelement aufweist.
Die Figuren 4 bis 6 zeigen alternative Ausgestaltungen der Erfindung, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet sind.
Figur 4 zeigt die Verwendung eines Plättchens aus Edelmetall als
Edelmetallelement 50. Das Edelmetallplättchen ist als kleinerer Zylinder gebildet und mittels einer Schweißverbindung 6 an das Elektrodengrundmaterial 4 angeschweißt. Während beim ersten Ausführungsbeispiel in den Figuren 1 bis 3 ungefähr eine Tiefe der Schweißnaht in axialer Richtung X-X die axiale
Ausdehnung der Schweißverbindung definierte, ist beim zweiten
Ausführungsbeispiel die axiale Ausbreitung der Schweißnaht 6 zum großen Teil am seitlichen Umfangsrand des Edelmetallelements 50 gebildet. Auch dieses Aspektverhältnis der maximalen Tiefe T zur maximalen Breite B an der
Oberfläche der Elektrode ist größer oder gleich 3.
Im dritten Ausführungsbeispiel von Figur 5 wird wie beim zweiten
Ausführungsbeispiel als Edelmetallelement 50 ein Edelmetallplättchen verwendet. Allerdings ist die Hauptschweißrichtung beim dritten
Ausführungsbeispiel nicht mehr wie beim zweiten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen parallel zur Mittelachse X-X, sondern in einem Winkel α von ca. 40° gewählt. Hierdurch wird eine trichterförmige Schweißverbindung 6 erhalten, welche teilweise unterhalb des Edelmetallelements 50 liegt. Auch bei dieser Schweißverbindung 6 ist ein Aspektverhältnis T/B > 3, wobei die Breite B der Schweißverbindung 6 durch eine Projektion der maximalen radial zur Mittelachse X-X gerichteten Ausbreitung der Schweißnaht 6 an der Oberfläche gegeben ist. Figur 6 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei das
Edelmetallelement 5, welches ursprünglich auch eine Kugel war, von einer entgegengesetzten Gegenseite 21 an der Masseelektrode 2 her geschweißt ist. Hierdurch ergibt sich einerseits keine ringförmige Schweißnaht, wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, sondern eine im Wesentlichen zylindrische Schweißnaht, welche von der Gegenseite 21 bis zu einem
Fußbereich des Edelmetallelements 5 reicht. Dabei ist die Schweißverbindung 60 derart ausgeführt, dass sie nicht aus dem Edelmetallelement 5 an der zur Mittelelektrode gerichteten Fläche 20 austritt. Somit ergibt sich eine besonders große Fläche des Edelmetallelements 5, welche zur Mittelelektrode gerichtet ist.
Die Schweißverbindung 60 dieses Ausführungsbeispiels ist in der Mittelachse X- X der Zündkerze ausgebildet und läuft leicht konisch in Richtung zum
Edelmetallelement 5 zu. Eine Breite B des vierten Ausführungsbeispiels entspricht dabei einem Durchmesser der Schweißverbindung 60 an der
Gegenseite 21. Eine in Richtung der Mittelachse X-X verlaufende Ausdehnung der Schweißverbindung 60 entspricht dabei der Tiefe T der Schweißverbindung in der Masseelektrode 2. Neben dem vorher erwähnten Vorteil, dass die gesamte zur anderen Elektrode gerichtete Fläche des Edelmetallelements 5 am
Funkenerzeugungsbereich der Zündkerze zur Verfügung steht, weist das vierte Ausführungsbeispiel ferner den Vorteil auf, dass eine punktförmige
Verschweißung möglich ist, so dass ein Anlagenaufwand für die Schweißanlage deutlich reduziert werden kann, da keine Relativbewegungen zwischen der Elektrode und der Schweißvorrichtung notwendig sind. Somit kann erfindungsgemäß eine verbesserte Elektrode für Zündkerzen bereitgestellt werden, welche trotz geringerem Edelmetalleinsatz eine sehr hohe Dauerhaltbarkeit aufweist. Auch kann erfindungsgemäß sichergestellt werden, dass eine Schweißnaht relativ klein gehalten wird. Insbesondere ist es erfindungsgemäß möglich, dass Edelmetallelemente mit einem Volumen im Bereich von 0,015 bis 0,2 mm3 aufschweißbar sind, wobei 50% oder weniger des
Edelmetallvolumens mit dem Elektrodengrundmaterial verschmolzen werden.

Claims

Elektrode für eine Zündkerze, umfassend
- ein Elektrodengrundmaterial (4) und
- ein Edelmetallelement (5; 50),
- wobei das Edelmetallelement (5; 50) mittels einer Schweißverbindung (6; 60) am Elektrodengrundmaterial (4) befestigt ist,
- wobei die Schweißverbindung eine maximale Ausdehnung (T) senkrecht zu einer Fläche (20) der Elektrode, an der das Edelmetallelement befestigt ist, aufweist und die Schweißverbindung eine maximale Breite (B) an der Fläche (20) aufweist, und
- wobei ein Verhältnis der maximalen Ausdehnung (T) zur maximalen Breite (B) größer oder gleich 3 ist.
Elektrode nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass 50 Vol.-% oder weniger des Materials des Edelmetallelements (5; 50) mit dem
Elektrodengrundmaterial (4) in der Schweißverbindung (6; 60)
verschmolzen ist.
Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Volumen des Edelmetallelements (50) zwischen 0,015 bis 0,2 mm3 liegt und insbesondere ca. 0, 1 mm3 ist.
Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Edelmetallelement (5) eine Kugel ist.
Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das
Edelmetallelement (5) einen Durchmesser zwischen 0,3 bis 0,75 mm, insbesondere 0,4 bis 0,6 mm und weiter insbesondere ungefähr 0,5 mm aufweist.
Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Edelmetallelement (50) ein Edelmetallplättchen mit einem
Durchmesser von 0,4 bis 0,8 mm, insbesondere 0,5 bis 0,7 mm, und weiter insbesondere ungefähr 0,6 mm ist und/oder eine Dicke in einem Bereich von 0,2 bis 0,4 mm, insbesondere ungefähr 0,3 mm, aufweist.
Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Schweißnaht (6; 60) im Wesentlichen senkrecht zu einer Elektrodenoberfläche (20) ist.
Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißnaht in einem Winkel (a) zur Elektrodenoberfläche (20) gebildet ist.
Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass
- die Schweißverbindung (6) ohne Unterbrechung am äußeren Umfang des Edelmetallelements (5; 50) gebildet ist oder
- dass die Schweißverbindung (60) von einer zur Fläche (20)
entgegengerichteten Gegenseite (21) der Elektrode eingebracht ist und das Edelmetallelement (5) an einer zum Elektrodengrundmaterial (4) gerichteten Seite des Edelmetallelements (5) fixiert.
10. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Breite der Schweißverbindung zwischen 0, 1 bis 0,3 mm liegt und/oder eine Tiefe der Schweißverbindung zwischen 0,3 bis 0,9 mm liegt.
1 1. Zündkerze, umfassend wenigstens eine Elektrode, insbesondere zwei Elektroden (2, 3), nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
12. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode (2), umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines Elektrodengrundmaterials (4),
- Anordnen eines Edelmetallelements (5; 50) auf dem
Elektrodengrundmaterial (4) und
- Anschweißen des Edelmetallelements (5; 50) auf das
Elektrodengrundmaterial (4) derart, dass eine Schweißnaht mit einem Verhältnis einer maximalen Ausdehnung (T) der Schweißnaht senkrecht zu einer Elektrodenoberfläche (20) zu einer maximalen Breite (B) der Schweißnaht an der Oberfläche (20) der Elektrode die Gleichung T/B 3 erfüllt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass 50 Vol.-% oder weniger des Materials des Edelmetallelements (5; 50) mit dem Elektrodengrundmaterial (4) zur Schweißnaht (6) verschmolzen werden.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißen mittels eines Lasers, insbesondere eines Faserlasers, erfolgt.
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