WO2014195088A1 - Zündkerzenelektrode mit nickel-beschichtung - Google Patents

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WO2014195088A1
WO2014195088A1 PCT/EP2014/059636 EP2014059636W WO2014195088A1 WO 2014195088 A1 WO2014195088 A1 WO 2014195088A1 EP 2014059636 W EP2014059636 W EP 2014059636W WO 2014195088 A1 WO2014195088 A1 WO 2014195088A1
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WO
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spark plug
electrode
plug electrode
surface coating
total weight
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PCT/EP2014/059636
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Nufer
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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.)
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Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2014195088A1 publication Critical patent/WO2014195088A1/de

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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

Definitions

  • the present invention relates to a spark plug electrode and a spark plug with reduced spark erosion wear and increased life and a method for producing a spark plug electrode.
  • Components for increasing performance and engine power are also placed on the materials of the engine components, and in particular on the spark plugs, which are subjected to particularly high loads, and thus subject to high wear, high demands.
  • the life of a spark plug is today mainly due to the wear of their electrodes, resulting in a
  • Material removal at the spark plug electrodes, in particular in the area in which the spark plasma is generated expresses. To increase the term of a
  • Spark plugs use spark plug electrodes made of precious metals, such as platinum or precious metal-based alloys, which are more resistant to spark erosion, but are not suitable for economical reasons in view of the high cost of the noble metals
  • the spark plug electrode according to the invention with the features of claim 1 is characterized by a low spark erosive wear and a particularly low spark-induced material removal, a good
  • the spark plug electrode comprises an electrode core which at least a first noble metal and rhodium (Rh) in a proportion of 0.5 to 49.5 wt .-%, based on the total weight of the electrode core, and the spark plug further comprises an at least partially, preferably completely, surface coating with a Ni content from 5 to 100% by weight, based on the total weight of the surface coating. It has been found, on the one hand, that the nickel located by the coating on the electrode surface is preferably removed from the spark plasma, thereby minimizing the wear rate on the first noble metal, which is thus completely sufficient for the production of the
  • Nickel ablation and nickel remelting formed from and to the electrode surface, resulting in a quasi-stationary nickel-rich electrode surface and in
  • spark plug electrode according to the invention leads.
  • a proportion of rhodium of from 0.5 to 49.5% by weight, based on the total weight of the spark plug electrode material is required.
  • a content of rhodium of 0.5 wt .-% and preferably from 5 wt .-% or even from 7 wt .-% a sufficient part of it is present at the electrode surface and can the reincorporation of nickel from the
  • Spark plug electrode and also at significantly increased costs of the same. Due to the nickel coating, which covers the surface of the spark plug electrode at least partially, preferably completely, a sufficient amount of nickel is available for the spark-induced material removal, whereby the in
  • Protected electrode core is protected precious metal.
  • the nickel content is at least 5 wt .-%, preferably at least 20 wt .-% and more preferably at most 80 wt .-%, based on the total weight of the surface coating.
  • the surface coating may contain other elements, such as rhodium. Due to the re-attachment process, which is induced by the high affinity of the nickel for the rhodium contained in the electrode core, substantially no removal of material of the spark plug electrode takes place.
  • the nickel coating is retained over a very long service life of the spark plug as a protective layer of the electrode.
  • the precious metal is effectively and permanently protected from spark erosive wear, resulting in a high power density of the spark plug electrode according to the invention, a good
  • the spark plug electrode according to the invention is also inexpensive.
  • the first noble metal is selected from the group consisting of: platinum (Pt), palladium (Pd), iridium (Ir), gold (Au), silver (Ag), osmium (Os ), Rhenium (Re) and ruthenium (Ru). These precious metals are characterized by a high availability and very good power density.
  • first noble metal is less than 95 wt .-% and preferably less than 90 wt .-%, based on the total weight of the electrode core.
  • a content of first noble metal of less than 90% by weight is sufficient to oppose a basic stability of the spark plug electrode
  • the first noble metal in wt .-% the main component of the electrode core, which faces the stability of the spark plug electrode
  • the electrode core contains at least one second noble metal selected from the group consisting of: Pt, Ir, Pd, Au, Ag, Os, Re and Ru, the total amount of second noble metal being less than 10% by weight,
  • the second noble metal is not identical with the first noble metal and serves the workability of the material of the spark plug electrode, increasing the corrosion resistance and increasing the performance of the
  • Spark plug electrode Even low contents of less than 5 wt .-%, based on the total weight of the spark plug electrode material are suitable. From higher contents, ie from 8 wt .-% and especially from 10 wt .-%, the alloy structure is destabilized, which is reflected in a reduced power density, and an increased wear rate. According to a further advantageous embodiment, the
  • Front side of the spark plug electrode arranged.
  • the surface coating contains Rh with a proportion of less than 0.5 wt .-%, based on the total weight of
  • Also according to the invention is a method for producing a
  • Spark plug electrode comprising the following steps:
  • Rh with a proportion of 0.5 to 49.5 wt .-%, preferably from 5 to 30 wt .-% and particularly preferably from 7 to 15 wt .-%, based on the total weight of the electrode core and
  • Electrode core with a surface coating the 5 to 100
  • the production of the electrode core can be carried out in a conventional manner
  • Alloy structure is formed.
  • the surface coating may e.g. by CVD or PVD on intended areas of the electrode surface and in one or more layers, are applied. Alternatively, the
  • the inventive method is in a simple and cost-effective manner, without high technical complexity, a highly efficient
  • Spark plug obtained, which is characterized by a very good erosion stability in the spark plasma, high corrosion resistance and thus by a very good power density and high mileage.
  • inventive method for producing a spark plug electrode It should also be noted that the method described herein is suitable for making the spark plug electrode described above.
  • the method according to the invention is preferably characterized
  • the first noble metal is selected from the group consisting of: Pt,
  • the proportion of the first noble metal is less than 95 wt .-%, preferably less than 90 wt .-% and particularly preferably less than 85 wt .-%, based on the total weight of the electrode core, and / or
  • the electrode core furthermore has at least one second noble metal
  • the total content of second noble metal is less than 10 wt%, preferably less than 8 wt%, and most preferably less than 5 wt .-%, based on the
  • Total weight of the electrode core is and / or
  • the surface coating Rh with a content of less than 0.5
  • a spark plug that comprises a first spark plug electrode and a second spark plug electrode, which is characterized in that the first spark plug electrode has a first spark plug electrode
  • Spark plug electrode essentially, that is, except for technically unavoidable amounts, is free of rhodium.
  • a high-performance spark plug is obtained, which is characterized by a particularly high
  • the second spark plug electrode consists essentially of Ni. This provides a spark plug with greatly reduced spark erosive wear, which also has a minimized corrosion rate and is also inexpensive.
  • a spark plug electrode similar to the first spark plug electrode instead of the rhodium-free second spark plug electrode, a spark plug electrode similar to the first spark plug electrode may be used.
  • the respective surface coatings of the first and second spark plug electrodes then have the same shape and
  • Figure 1 is a schematic representation of an inventive
  • Figure 2 is a schematic enlarged view of the spark plug of
  • FIG. 3 is a schematic representation of another
  • the spark plug 1 comprises a ground electrode 2, a center electrode 3 and an insulator 4.
  • a housing 5 at least partially surrounds an insulator 4.
  • a thread 6 is arranged, which is suitable for attachment of the spark plug 1 in a cylinder head 10 is designed.
  • FIG. 2 is a schematic enlarged view of the spark plug 1.
  • the center electrode 3 comprises an electrode core 8 and a
  • the electrode core 8 contains at least a first noble metal and rhodium in a proportion of 0.5 to 49.5 wt .-%, based on the total weight of the electrode core eighth
  • the electrode core 8 may preferably also contain a second noble metal.
  • the surface coating 7 partially covers the electrode surface of the center electrode 3.
  • the surface coating covers a front side of the center electrode 3, which faces the ground electrode 2, completely.
  • the entire surface of the center electrode 3 facing the ground electrode 2 is coated with a nickel-containing surface coating 7.
  • the nickel-containing surface coating may only partially cover the end face of the center electrode and, for example, have a net-like structure.
  • the surface coating 7 is shown here by way of example as a flat layer, but may also assume other advantageous forms and thus be formed differently in their layer thickness or comprise multiple layers.
  • Suitable methods for forming a Ni layer having a Ni content of 5 to 100% by weight based on the total weight of the surface coating 7 include CVD and PVD.
  • the ground electrode 2 is shown in Figure 2 as a solid material, e.g. as nickel full or solid precious metal, but can also one
  • Electrode core and a partial or complete surface coating, such. a nickel surface coating This increases the spark erosion stability of the spark plug 1.
  • the gaseous nickel is removed from the spark plasma and re-deposited on the electrode surface.
  • the shape and the volume of the surface coating 7 remain substantially unchanged.
  • a significant material removal of the electrode material does not take place even after long-lasting Befrauchung.
  • the wear rate of the spark plug 1 is thus low and the power density and mileage of the same high.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a further spark plug electrode according to the invention, which in turn is designed as center electrode 3.
  • the surface coating 7 is designed in the form of a cap, which covers the upper region of the electrode core 8 encloses on all sides. This indicates that the surface coating 7 is immersed by immersing the electrode core 8 in a dipping bath containing a solution of the components of the surface coating.
  • the dipping method for applying the surface coating 7 is a technically very easy to implement method.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerzenelektrode, die einen Elektrodenkern(8) umfasst, der mindestens ein erstes Edelmetall und Rh mit einem Anteil von 0,5 bis 49,5 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 30 Gew.-% und besonders bevorzugt 7 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Elektrodenkerns (8),enthält undferner eine mindestens teilweise, vorzugsweise vollständige, Oberflächenbeschichtung (7) mit einem Ni-Anteil von 5 bis 100 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Oberflächenbeschichtung (7), aufweist.

Description

Beschreibung Titel
Zündkerzenelektrode mit Nickel-Beschichtung Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerzenelektrode und eine Zündkerze mit reduziertem funkenerosiven Verschleiß sowie mit erhöhter Laufzeit und ein Verfahren zur Herstellung einer Zündkerzenelektrode.
Aufgrund der steten Weiterentwicklung von Kraftfahrzeugmotoren und deren
Komponenten zur Steigerung der Leistungsfähigkeit und Motorkraft, werden auch an die Materialien der Motorbauteile, und insbesondere an die Zündkerzen, die besonders hohen Belastungen ausgesetzt sind, und damit einem hohen Verschleiß unterliegen, hohe Anforderungen gestellt. Die Lebensdauer einer Zündkerze wird heutzutage überwiegend durch den Verschleiß ihrer Elektroden bedingt, der sich in einem
Materialabtrag an den Zündkerzenelektroden, insbesondere in dem Bereich, in dem das Zündfunkenplasma erzeugt wird, äußert. Zur Erhöhung der Laufzeit einer
Zündkerze werden Zündkerzenelektroden aus Edelmetallen, wie zum Beispiel Platin oder Legierungen auf Edelmetallbasis, verwendet, die zwar eine höhere Resistenz gegenüber Funkenerosion aufweisen, jedoch im Hinblick auf die hohen Kosten der Edelmetalle, aus betriebswirtschaftlichen Gründen keine geeigneten
Zündkerzenelektroden für Standardmotoren darstellen und daher fast ausschließlich in Hochleistungsmotoren eingesetzt werden.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Zündkerzenelektrode mit den Merkmalen des Anspruches 1 zeichnet sich demgegenüber durch einen niedrigen funkenerosiven Verschleiß und einen besonders niedrigen funkeninduzierten Materialabtrag, eine gute
Korrosionsbeständigkeit und reduzierte Materialkosten aus. Erfindungswesentlich ist hierbei, dass die Zündkerzenelektrode einen Elektrodenkern umfasst, der mindestens ein erstes Edelmetall und Rhodium (Rh) mit einem Anteil von 0,5 bis 49,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Elektrodenkerns, enthält und die Zündkerzenelektrode ferner eine mindestens teilweise, vorzugsweise vollständige, Oberflächenbeschichtung mit einem Ni-Anteil von 5 bis 100 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Oberflächenbeschichtung, aufweist. Es wurde zum einen gefunden, dass das durch die Beschichtung auf der Elektrodenoberfläche befindliche Nickel bevorzugt vom Funkenplasma abgetragen wird, wodurch die Verschleißrate an erstem Edelmetall minimiert wird, das somit vollständig für die Erzeugung des
Zündfunkens zur Verfügung steht und eine hohe Leistung der Zündkerzenelektrode bedingt. Zum anderen zeigte sich ein weiteres Phänomen, nämlich eine
Wiederanlagerung von bereits abgetragenem Nickel aus der Gasphase bzw. aus dem Funkenplasma zurück auf der Elektrodenoberfläche und damit eine erneute
Anreicherung von Nickel auf der Elektrodenoberfläche unter Ausbildung einer quasistationären nickelreichen Oberflächenschicht. Ohne an die Theorie gebunden zu sein wird angenommen, dass diese erneute Anlagerung und Anreicherung von durch
Befunkung der Elektrodenoberfläche bereits erodiertem Nickel, auf die Anwesenheit von Rhodium zurückzuführen ist, das mit dem Nickel Verbindungen, wie beispielsweise Rhodium-Nickel-Spinelle, wie NiRh204, formt. Hierdurch wird ein Kreislauf der
Nickelabtragung und Nickelwiederanlagerung von und an die Elektrodenoberfläche ausgebildet, was zu einer quasi-stationären nickelreichen Elektrodenoberfläche und in
Summe damit zu einem deutlich reduzierten Gesamtabtrag an Material der
erfindungsgemäßen Zündkerzenelektrode führt. Zur Ausbildung dieses Kreislaufs aus Nickelabtrag und Nickelwiederanlagerung, ist ein Anteil an Rhodium von 0,5 bis 49,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Zündkerzenelektrodenmaterials, erforderlich. Bereits ab einem Gehalt an Rhodium von 0,5 Gew.-% und vorzugsweise ab 5 Gew.-% oder sogar ab 7 Gew.-%, liegt ein ausreichender Teil davon an der Elektrodenoberfläche vor und kann die Wiederanlagerung von Nickel aus dem
Funkenplasma fördern. Sehr hohe Gehalte an Rhodium von mehr als 15 Gew.-%, insbesondere von mehr als 30 Gew.-% oder sogar von mehr als 49,5 Gew.-%, führen hingegen zu einer Verminderung der Stabilität der Gefügestruktur der
Zündkerzenelektrode und zudem zu deutlich erhöhten Kosten derselben. Durch die Nickel-Beschichtung, die die Oberfläche der Zündkerzenelektrode mindestens teilweise, vorzugsweise vollständig, bedeckt, steht eine ausreichende Menge an Nickel für den funkeninduzierten Materialabtrag zur Verfügung, wodurch das im
Elektrodenkern befindliche Edelmetall geschützt wird. Der Nickelanteil beträgt mindestens 5 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 20 Gew.-% und weiter vorzugsweise maximal 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Oberflächenbeschichtung. Daneben kann die Oberflächenbeschichtung weitere Elemente, wie beispielsweise Rhodium enthalten. Aufgrund des Wiederanlagerungsprozesses, der durch die hohe Affinität des Nickels zu dem im Elektrodenkern enthaltenen Rhodium induziert wird, findet im Wesentlichen kein Abtrag von Material der Zündkerzenelektrode statt.
Dadurch bleibt die Nickelbeschichtung über eine sehr lange Einsatzzeit der Zündkerze als Schutzschicht der Elektrode erhalten. Somit wird wiederum das Edelmetall effektiv und dauerhaft vor funkenerosivem Verschleiß geschützt, was sich in einer hohen Leistungsdichte der erfindungsgemäßen Zündkerzenelektrode, einer guten
Korrosionsstabilität und einer hohen Laufleistung derselben äußert. Aufgrund des gegenüber herkömmlichen Edelmetall-basierten Zündkerzenelektroden reduzierten
Gehaltes an Edelmetall, ist die erfindungsgemäße Zündkerzenelektrode zudem kostengünstig.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Zündkerzenelektrode sieht vor, dass das erstes Edelmetall, ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Platin (Pt), Palladium (Pd), Iridium (Ir), Gold (Au), Silber (Ag), Osmium (Os), Rhenium (Re) und Ruthenium (Ru). Diese Edelmetalle zeichnen sich durch eine hohe Verfügbarkeit und sehr gute Leistungsdichte aus.
Weiter vorteilhaft beträgt der Anteil an erstem Edelmetall weniger als 95 Gew.-% und vorzugsweise weniger als 90 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Elektrodenkerns. Ein Anteil an erstem Edelmetall von weniger als 90 Gew.-% ist ausreichend um eine Grundstabilität der Zündkerzenelektrode gegenüber
funkenerosivem Verschleiß und damit eine Zündkerzenelektrode mit hoher
Leistungsdichte, bereitzustellen. Je geringer der Gehalt an erstem Edelmetall, desto niedriger liegen zudem die Materialkosten für die Zündkerzenelektrode.
Vorteilhafterweise bildet das erste Edelmetall in Gew.-% den Hauptbestandteil des Elektrodenkerns, was die Stabilität der Zündkerzenelektrode gegenüber
Funkenerosion fördert und somit deren Leistungsdichte dauerhaft erhöht.
Ferner vorteilhaft enthält der Elektrodenkern mindestens ein zweites Edelmetall, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Pt, Ir, Pd, Au, Ag, Os, Re und Ru, wobei der Gesamtanteil an zweitem Edelmetall weniger als 10 Gew.-%,
vorzugsweise weniger als 8 Gew.-% und besonders bevorzugt weniger als 5
Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Elektrodenkerns, beträgt. Das zweite Edelmetall ist nicht mit dem ersten Edelmetall identisch und dient der Verarbeitbarkeit des Materials der Zündkerzenelektrode, der Erhöhung der Korrosionsresistenz und Steigerung der Leistungsfähigkeit der
Zündkerzenelektrode. Hierzu sind bereits geringe Gehalte von weniger als 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Zündkerzenelektrodenmaterials geeignet. Ab höheren Gehalten, also ab 8 Gew.-% und insbesondere ab 10 Gew.-%, wird das Legierungsgefüge destabilisiert, was sich in einer verminderten Leistungsdichte, sowie einer erhöhten Verschleißrate widerspiegelt. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die
Oberflächenbeschichtung an einer zu einer Gegenelektrode gerichteten
Stirnseite der Zündkerzenelektrode angeordnet. Bevorzugt ist die gesamte, einer Gegenelektrode zugewandte Fläche der ersten Zündkerzenelektrode, mit der nickelhaltigen Oberflächenbeschichtung beschichtet. Durch diese Anordnung ist gewährleistet, dass im Funkenplasma nahezu ausschließlich das Nickel der
Oberflächenbeschichtung erodiert wird. Dadurch wird das Edelmetall besser vor Verschleiß geschützt, das somit hauptsächlich zur Erzeugung des Zündfunkens bereitsteht. Hierdurch werden die Leistungsdichte und Laufleistung der
Zündkerzenelektrode erhöht.
Weiter vorteilhaft enthält die Oberflächenbeschichtung Rh mit einem Anteil von weniger als 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der
Oberflächenbeschichtung. Dies fördert die Wiederanreicherung des durch Funkenerosion abgetragenen Nickels und trägt ebenfalls zur Erhöhung der Leistungsdichte der Zündkerzenelektrode und deren Laufleistung bei und fördert zudem die Korrosionsstabilität der erfindungsgemäßen Zündkerzenelektrode.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die
Oberflächenbeschichtung eine durchschnittliche Schichtdicke von 0,5 μηη bis 15 μηη, vorzugsweise von 1 μηη bis 10 μηη, auf. Diese Schichtdicke hat sich als besonders geeignet im Hinblick auf eine Reduzierung des funkenerosiven Verschleißes und funkenerosiven Materialabtrags erwiesen.
Ebenfalls erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung einer
Zündkerzenelektrode beschrieben, das die nachfolgenden Schritte umfasst:
Herstellen eines Elektrodenkerns, enthaltend: • mindestens ein erstes Edelmetall und
• Rh mit einem Anteil von 0,5 bis 49,5 Gew.-%, vorzugsweise von 5 bis 30 Gew.-% und besonders bevorzugt von 7 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Elektrodenkerns und
- mindestens teilweises, vorzugsweise vollständiges, Beschichten des
Elektrodenkerns mit einer Oberflächenbeschichtung, die 5 bis 100
Gew.-% Ni, bezogen auf das Gesamtgewicht der
Oberflächenbeschichtung, enthält
Die Herstellung des Elektrodenkerns kann auf herkömmliche Weise,
beispielsweise durch Vermengen und Erschmelzen der vorgesehenen Elemente oder Verbindungen daraus, erfolgen, so dass ein stabiles und homogenes
Legierungsgefüge gebildet wird. Die Oberflächenbeschichtung kann z.B. mittels CVD oder PVD auf vorgesehene Bereiche der Elektrodenoberfläche und in einer oder mehreren Lagen, aufgebracht werden. Alternativ dazu kann die
Oberflächenbeschichtung auch durch Tauchen des Elektrodenkerns in ein
Tauchbad erfolgen, wobei das Tauchbad beispielsweise eine Lösung der
Komponenten der Oberflächenbeschichtung enthält.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird auf einfache und kostengünstige Weise, ohne hohen technischen Aufwand eine hoch effiziente
Zündkerzenelektrode erhalten, die sich durch eine sehr gute Erosionsstabilität im Funkenplasma, eine hohe Korrosionsstabilität und damit durch eine sehr gute Leistungsdichte und hohe Laufleistung auszeichnet.
Die vorstehend für die erfindungsgemäße Zündkerzenelektrode beschriebenen Weiterbildungen, Vorteile und Effekte, finden auch Anwendung auf das
erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Zündkerzenelektrode. Ferner sei ausgeführt, dass sich das hierin beschriebene Verfahren zur Herstellung der oben beschriebenen Zündkerzenelektrode eignet.
Aus den vorstehend für die erfindungsgemäße Zündkerzenelektrode beschrieben Gründen, ist das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise dadurch
gekennzeichnet, dass:
- das erste Edelmetall ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Pt,
Pd, Ir, Au, Ag, Os, Re und Ru und/oder - der Anteil an erstem Edelmetall weniger als 95 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 90 Gew.-% und besonders bevorzugt weniger als 85 Gew.- %, bezogen auf das Gesamtgewicht des Elektrodenkerns, beträgt und/oder
- der Elektrodenkern ferner mindestens ein zweites Edelmetall,
ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Pt, Ir, Pd, Au, Ag, Os, Re und Ru, enthält, wobei der Gesamtanteil an zweitem Edelmetall weniger als 10 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 8 Gew.-% und besonders bevorzugt weniger als 5 Gew.-%, bezogen auf das
Gesamtgewicht des Elektrodenkerns, beträgt und/oder
- die Oberflächenbeschichtung an einer zu einer Gegenelektrode
gerichteten Stirnseite der Zündkerzenelektrode angeordnet ist;
und/oder dass
- die Oberflächenbeschichtung Rh mit einem Anteil von weniger als 0,5
Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der
Oberflächenbeschichtung, enthält.
Ferner erfindungsgemäß wird auch eine Zündkerze beschrieben, die eine erste Zündkerzenelektrode und eine zweite Zündkerzenelektrode umfasst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die erste Zündkerzenelektrode eine
Zündkerzenelektrode wie vorstehend beschrieben ist und die zweite
Zündkerzenelektrode im Wesentlichen, also bis auf technisch unvermeidbare Mengen, frei ist von Rhodium. Durch diese Ausgestaltung wird eine hoch leistungsfähige Zündkerze erhalten, die sich durch eine besonders hohe
Funkenerosionsstabilität, sehr gute Korrosionsstabilität und damit durch eine hohe Laufleistung auszeichnet. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die zweite Zündkerzenelektrode im Wesentlichen aus Ni besteht. Hierdurch wird eine Zündkerze mit stark reduziertem funkenerosivem Verschleiß bereitgestellt, die ferner eine minimierte Korrosionsrate aufweist und zudem kostengünstig ist.
Alternativ kann anstelle der Rhodium-freien zweiten Zündkerzenelektrode auch eine Zündkerzenelektrode analog zur ersten Zündkerzenelektrode verwendet werden. Vorzugsweise weisen die jeweiligen Oberflächenbeschichtungen der ersten und zweiten Zündkerzenelektrode sodann die gleiche Form und
Schichtdicke auf, so dass die jeweiligen entgegengesetzten Elektrodenflächen gleich sind. Hierdurch werden die vorteilhaften Effekte der erfindungsgemäßen Zündkerzenelektrode in der Zündkerze potenziert. Die vorstehend für die erfindungsgemäße Zündkerzenelektrode sowie das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Zündkerzenelektrode beschriebenen Weiterbildungen, Vorteile und Effekte, finden auch Anwendung auf die erfindungsgemäßen Zündkerzen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Zündkerze,
Figur 2 eine schematische vergrößerte Darstellung der Zündkerze von
Figur 1 und
Figur 3 eine schematische Darstellung einer weiteren
erfindungsgemäßen Zündkerzenelektrode.
Ausführungsform der Erfindung
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst die Zündkerze 1 eine Masseelektrode 2, eine Mittelelektrode 3 und einen Isolator 4. Ein Gehäuse 5 umgibt zumindest teilweise einen Isolator 4. Am Gehäuse 5 ist ein Gewinde 6 angeordnet, welches für eine Befestigung der Zündkerze 1 in einem Zylinderkopf 10 ausgelegt ist.
Figur 2 ist eine schematische vergrößerte Darstellung der Zündkerze 1 . Die Mittelelektrode 3 umfasst einen Elektrodenkern 8 und eine
Oberflächenbeschichtung 7 aus Nickel. Der Elektrodenkern 8 enthält mindestens ein erstes Edelmetall sowie Rhodium mit einem Anteil von 0,5 bis 49,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Elektrodenkerns 8.
Der Elektrodenkern 8 kann vorzugsweise noch ein zweites Edelmetall enthalten.
Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, bedeckt die Oberflächenbeschichtung 7 die Elektrodenoberfläche der Mittelelektrode 3, teilweise. In diesem Ausführungsbeispiel bedeckt die Oberflächenbeschichtung eine Stirnseite der Mittelelektrode 3, die der Masseelektrode 2 zugewandt ist, vollständig. Mit anderen Worten ist die gesamte, zur Masseelektrode 2 gerichtete Fläche der Mittelelektrode 3 mit einer nickelhaltigen Oberflächenbeschichtung 7 beschichtet. Alternativ dazu kann die nickelhaltige Oberflächenbeschichtung die Stirnseite der Mittelelektrode auch nur teilweise bedecken und beispielsweise eine netzartige Struktur aufweisen.
Die Oberflächenbeschichtung 7 ist hier beispielhaft als flache Schicht dargestellt, kann aber auch andere vorteilhafte Formen annehmen und damit in ihrer Schichtdicke unterschiedlich ausgebildet sein oder mehrere Lagen umfassen.
Geeignete Verfahren zur Ausbildung einer Ni-Schicht mit einem Ni-Anteil von 5 bis 100 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Oberflächenbeschichtung 7, umfassen CVD und PVD.
Die Masseelektrode 2 ist in Figur 2 als Vollmaterial, z.B. als Nickelvollmaterial oder Edelmetallvollmaterial, dargestellt, kann aber ebenfalls einen
Elektrodenkern und eine teilweise oder vollständige Oberflächenbeschichtung, wie z.B. eine Nickel-Oberflächenbeschichtung, aufweisen. Dies erhöht die Funkenerosionsstabilität der Zündkerze 1.
Bei Befunkung wird Nickel aus der Oberflächenbeschichtung 7 erodiert und geht in die Gasphase über. Durch den Rhodiumanteil im Elektrodenkern 8 der Mittelelektrode 3 und/oder auch durch einen Rhodiumanteil in der
Oberflächenbeschichtung 7, wird das gasförmige Nickel aus dem Funkenplasma abgezogen und erneut auf der Elektrodenoberfläche angelagert. Dadurch bleiben die Form und das Volumen der Oberflächenbeschichtung 7 im Wesentlichen unverändert. Ein deutlicher Materialabtrag des Elektrodenmaterials findet selbst nach lang andauernder Befunkung nicht statt. Die Verschleißrate der Zündkerze 1 ist damit gering und die Leistungsdichte und Laufleistung derselben hoch.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Zündkerzenelektrode, die wiederum als Mittelelektrode 3 ausgebildet ist. Im Unterschied zu der Mittelelektrode 3 aus Figur 2 ist die Oberflächenbeschichtung 7 in Form einer Kappe ausgebildet, die den oberen Bereich des Elektrodenkerns 8 allseitig umschließt. Dies zeigt an, dass die Oberflächenbeschichtung 7 durch Tauchen des Elektrodenkerns 8 in ein Tauchbad, das eine Lösung der Komponenten der Oberflächenbeschichtung enthält. Das Tauchverfahren zum Applizieren der Oberflächenbeschichtung 7 ist ein technisch sehr einfach umsetzbares Verfahren.

Claims

Ansprüche
1 . Zündkerzenelektrode umfassend
- einen Elektrodenkern (8), enthaltend:
• mindestens ein erstes Edelmetall und
• Rh mit einem Anteil von 0,5 bis 49,5 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 30 Gew.-% und besonders bevorzugt 7 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Elektrodenkerns (8) und
- eine mindestens teilweise, vorzugsweise vollständige,
Oberflächenbeschichtung (7) mit einem Ni-Anteil von 5 bis 100 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Oberflächenbeschichtung (7).
2. Zündkerzenelektrode nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Edelmetall ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Pt, Pd, Ir, Au, Ag, Os, Re und Ru.
3. Zündkerzenelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an erstem Edelmetall weniger als 95
Gew.-% und vorzugsweise weniger als 90 Gew.-%, bezogen auf das
Gesamtgewicht des Elektrodenkerns (8), beträgt.
4. Zündkerzenelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenkern (8) ferner mindestens ein zweites Edelmetall, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Pt, Ir, Pd, Au, Ag, Os, Re und Ru, enthält, wobei der Gesamtanteil an zweitem Edelmetall weniger als 10 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 8 Gew.-% und
besonders bevorzugt weniger als 5 Gew.-%, bezogen auf das
Gesamtgewicht des Elektrodenkerns (8), beträgt.
5. Zündkerzenelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung (7) an einer zu einer Gegenelektrode (2, 3) gerichteten Stirnseite der Zündkerzenelektrode (2, 3) angeordnet ist.
6. Zündkerzenelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung (7) Rh mit einem Anteil von weniger als 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der
Oberflächenbeschichtung (7), enthält.
7. Zündkerzenelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung (7) eine
durchschnittliche Schichtdicke von 0,5 μηη bis 15 μηη, vorzugsweise von 1 μηη bis 10 μηη, aufweist.
8. Verfahren zur Herstellung einer Zündkerzenelektrode (2, 3) umfassend die Schritte:
- Herstellen eines Elektrodenkerns (8), enthaltend:
• mindestens ein erstes Edelmetall und
• Rh mit einem Anteil von 0,5 bis 49,5 Gew.-%, vorzugsweise von 5 bis 30 Gew.-% und besonders bevorzugt von 7 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Elektrodenkerns (8) und
- mindestens teilweises, vorzugsweise vollständiges, Beschichten des
Elektrodenkerns (8) mit einer Oberflächenbeschichtung (7), die 5 bis 100 Gew.-% Ni, bezogen auf das Gesamtgewicht der
Oberflächenbeschichtung (7), enthält.
9. Zündkerze umfassend eine erste Zündkerzenelektrode (3) und eine zweite Zündkerzenelektrode (2), wobei die erste Zündkerzenelektrode (3) eine Zündkerzenelektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und die zweite Zündkerzenelektrode (2) im Wesentlichen frei ist von Rh.
10. Zündkerze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite
Zündkerzenelektrode (2) im Wesentlichen aus Ni besteht.
1 1 . Zündkerze umfassend eine erste Zündkerzenelektrode (3) und eine zweite Zündkerzenelektrode (2), wobei die erste Zündkerzenelektrode (3) und die zweite Zündkerzenelektrode (2) Zündkerzenelektroden nach einem der Ansprüche 1 bis 7 sind.
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