WO2016026671A1 - Masseelektrode und zündkerze mit masseelektrode sowie verfahren zur herstellung einer masseelektrode - Google Patents

Masseelektrode und zündkerze mit masseelektrode sowie verfahren zur herstellung einer masseelektrode Download PDF

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WO2016026671A1
WO2016026671A1 PCT/EP2015/067574 EP2015067574W WO2016026671A1 WO 2016026671 A1 WO2016026671 A1 WO 2016026671A1 EP 2015067574 W EP2015067574 W EP 2015067574W WO 2016026671 A1 WO2016026671 A1 WO 2016026671A1
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copper core
ground electrode
housing
spark plug
electrode
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Application number
PCT/EP2015/067574
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Inventor
Jan Espenberger
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Robert Bosch Gmbh
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    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
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    • 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 a ground electrode, a method for the production thereof, and a spark plug having such a ground electrode.
  • spark plugs The life of spark plugs is largely determined by the durability of their spark plug electrodes. By applying the temperature during operation of the spark plug, the mechanical load capacity of the electrodes is reduced. Straight earth electrodes are particularly susceptible to this. They are often formed from a copper core, with the actual
  • Electrode material an alloy usually containing nickel, is jacketed.
  • the ground electrode is welded to the surface of a housing.
  • the task of the copper core is to derive the temperature from the electrode tip to the housing.
  • a mechanically highly loaded region and a temperature transition region copper-core housing are spatially close together. This results in increasing temperatures to a decreasing yield point, thereby passing through
  • Material fatigue when using a curved ground electrode can sink or buckling of the ground electrode in the weld can occur.
  • the area of the maximum mechanical load and the temperature transition area are spatially equalized. This is achieved by the fact that the copper core of the ground electrode does not end at the electrode base, but one first section protruding from the electrode foot.
  • an electrode foot is understood to be the region of the ground electrode which is arranged in a spark plug on the housing of the latter and fastened thereto.
  • the copper core unlike the other electrode material is not flush with the electrode base, but protrudes therefrom, so protrudes on the side facing away from the combustion chamber of the ground electrode from this, a temperature transfer can be decentralized when installing the ground electrode on the housing.
  • Temperature transition range is thus not only at the transition electrode base surface of the housing, where usually the ground electrode is welded, but extends into the interior of the housing. As a result, a more effective removal of heat takes place, in particular away from the mechanically highly loaded mounting region of the ground electrode on the housing. A sinking of the ground electrode in the mounting area, by
  • Creep phenomena can be triggered, is significantly reduced. As a result, the mechanical strength and thus the robustness of the
  • inventive ground electrode significantly improved under the influence of temperature.
  • the dependent claims show preferred developments of the invention.
  • a particularly good heat dissipation in the surrounding housing can take place. If the insulator is surrounded by a housing, lengths of 0.7 to 1.6 mm are also preferred for the reason that the contact region of the first section of the copper-core housing should be better protected from temperature exposure.
  • Cross section of the first portion of the copper core and a cross section of a second portion of the copper core at the electrode base of the ground electrode are congruent.
  • the second section of the copper core is the one which extends from the electrode foot into the interior of the ground electrode in the direction of its tip.
  • the first portion and the second portion of the copper core are also advantageously congruent to each other for the same reason. For reasons of good heat dissipation capability from the electrode tip to the electrode foot, one around a second portion of the copper core
  • Nickel-containing materials are also characterized by good oxidation stability.
  • a spark plug which comprises a ground electrode, a center electrode and a housing.
  • the spark plug according to the invention can also comprise a plurality of ground electrodes.
  • the housing is designed for attachment of the spark plug in a cylinder head.
  • the ground electrode is disposed on the housing and has a copper core with a first portion. The first portion of the copper core protrudes at least partially into a portion of the housing.
  • Spark plug a ground electrode attached to the housing of the spark plug, for example, as conventionally welded to the housing.
  • Ground electrode does not end flat on the housing surface: the first section of the copper core of the ground electrode is supported by the on
  • the copper core which has the task of dissipating heat from the electrode tip and prevent overheating and thus deformation of electrode material, can thus distribute the heat to a larger housing surface and bring closer to a usually water-cooled cylinder head.
  • the heat dissipation is thus increased and a heat conduction from the thermally highly stressed electrode tip via the attachment point of the ground electrode on the housing surface across promoted into the interior of the housing.
  • the area of maximum mechanical load, ie the mounting area of the ground electrode on the housing, and the heat transfer area of the copper core housing are spatially separated. As a result, the mechanical load capacity of the spark plug is increased and an electrode spacing between the ground electrode and the center electrode is kept permanently constant.
  • ground electrode according to the invention are also applicable to the spark plug according to the invention.
  • inventive Ground electrode can be used for producing the spark plug according to the invention.
  • a thread is arranged on the housing.
  • a thread includes one
  • Threaded approach and multiple threads are mostly flat and still has no thread.
  • Advantageous is the
  • Spark plug according to the invention, characterized in that the first portion of the copper core and a portion of the thread in the radial direction of the
  • Thread can be a particularly effective heat dissipation from the copper core.
  • first section of the copper core is brought closer to a usually water-cooled cylinder head, which the
  • Heat transfer region overlap at least the first portion of the copper core and a threaded extension of the thread in the radial direction of the spark plug. This also makes the seat of the first section of the
  • Copper core in the housing improved.
  • the first portion of the copper core extends
  • the first portion of the copper core can be introduced into the housing in different ways.
  • this is provided in the housing a recess for receiving the first portion of the copper core.
  • a defined "overlap area first section of the copper core - housing" can be generated.
  • the housing is designed for attachment of the spark plug in a cylinder head.
  • the ground electrode has a copper core a first portion, wherein the first portion of the copper core protrudes from an electrode leg of the ground electrode.
  • the method is characterized by the step of inserting the first portion of the copper core into a portion of the housing.
  • a thread is arranged on the housing.
  • the method is characterized by the step of inserting the first portion of the copper core into a portion of the housing such that the first portion of the copper core and a portion of the thread overlap in the radial direction of the spark plug.
  • the first portion of the copper core is introduced into the portion of the housing so that at least the first
  • the first portion of the copper core extends maximally so far into the housing that it overlaps in the radial direction of the spark plug with the thread to the height of its second thread.
  • Heat transfer area formed which is the area of maximum
  • the method advantageously includes the step of providing a recess in the housing for receiving the first portion of the copper core.
  • the first portion of the copper core is connected to the intended portion of the housing, preferably by material bonding, for example by welding.
  • FIG. 1 is a sectional view of a portion of a spark plug according to the prior art
  • FIG. 2 shows a thermal image of the spark plug from FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a sectional view of a ground electrode according to the invention
  • Figure 4 is a sectional view of a spark plug according to the invention.
  • FIG. 5 shows a thermal image of the spark plug from FIG. 4.
  • FIG. 1 schematically shows a detail of a conventional spark plug 1.
  • the spark plug 1 comprises a ground electrode 2 and a center electrode 3.
  • the ground electrode 2 is a bent ground electrode.
  • An electrode tip of the ground electrode 2 is arranged opposite a center electrode 3.
  • the ground electrode 2 is fixed to a housing 4 of the spark plug 1.
  • An electrode foot 7 is welded on a surface 6 of the housing 4 for this purpose.
  • the ground electrode 2 comprises a copper core 5 inside the electrode, which is encased by electrode material 8. At the electrode foot 7, both the copper core 5 and the electrode material 8 are flush.
  • a weld-on region 9 of the ground electrode 2 on the housing surface 6 the following phenomenon occurs under the influence of temperature: The
  • Welding region 9 which transmits the design-related bending moment, is at the same time the heat transfer region from the copper core 5 to the housing 4. As a result, the material in the welding region 9 is heavily loaded, so that creeping phenomena occur which cause the ground electrode 2 to sink.
  • FIG. 2 shows a thermal image of the spark plug 1 from FIG. 1, more specifically a thermal image of the welding region 9 during operation of the spark plug 1.
  • a temperature maximum of 467 ° C. in the copper core 5 and a maximum temperature of 421 ° C. prevail in the edge region 8b of the electrode material 8.
  • Electrode material with lying between the temperature maxima
  • the copper core 5 radiates its heat on the
  • Welding area 9 from. Mechanical loads in the welding area 9, the ground electrode 2 therefore can no longer withstand a certain temperature.
  • Figure 3 is a schematic representation of a section through a
  • Ground electrode 10 is a curved earth electrode which comprises a copper core 5 with a first section 11 and a second section 12.
  • the first section 1 1 stands out from an electrode foot 7.
  • the second portion 12 is located inside the ground electrode 10 and is surrounded by an electrode material 8 which, in combination with a center electrode, serves to generate a spark.
  • the electrode material 8 is preferably made of a nickel-containing alloy.
  • the first section 11 of the copper core advantageously has a length of 0.5 to 4.6 mm, preferably 0.7 to 1.6 mm.
  • Figure 4 is a sectional view through a spark plug 100 according to the invention. This comprises a ground electrode 10, such as that of Figure 4 and a center electrode 3.
  • the spark plug 100 further includes a housing 4, which is suitable for mounting the spark plug in a cylinder head with a
  • Thread 13 is provided.
  • the ground electrode 10 is arranged on the housing 4 such that a first section 1 1 of its copper core 5 projects into the housing 4.
  • the first portion 1 1 of the copper core 5 and a portion of the thread 13 in the radial direction R of the spark plug 100 overlap and form an overlapping area 17.
  • the first portion 11 of the copper core extends so far into the housing 4 that the first portion 11 of the copper core and at least one threaded projection 16 of the thread 13 overlap in the radial direction R of the spark plug 100.
  • the first section 1 1 of the copper core extends in the housing also advantageous over the first thread 14 away to a maximum of the second thread 15. This results in an overlap region 17, in particular from the threaded extension 16 to a maximum of the second
  • Thread 15 extends.
  • the first portion 1 1 of the copper core with the corresponding portion of the housing 4 cohesively, for example by means of a welded joint, so that no air gap between the first portion 1 1 of the copper core and the
  • a heat transfer area of the welding area 9 is increased to the housing 4 and a heat transfer area decentralized.
  • a mounting area e.g. a welding area 9 of the
  • Ground electrode 10 on the surface of the housing 4 thus occurs at a lower temperature at the inner copper core 5 and the
  • Electrode material 8 at this point.
  • the weld-on region 9 is therefore better protected against mechanical stresses under the influence of temperature, and a region of high mechanical stress is separated from a region of high heat differences.
  • FIG. 5 shows a thermal image of the spark plug 100 from FIG. 4, more specifically a thermal image of the welding region 9 during the FIG Operation of the spark plug 100.
  • Copper core 5 does not only radiate its heat exclusively to the

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Masseelektrode mit einem Kupferkern. Die Masseelektrode umfasst einen Elektrodenfuß (7) und ist dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Abschnitt des Kupferkerns (11) vom Elektrodenfuß (7) hervorsteht.

Description

Beschreibung Titel
Masseelektrode und Zündkerze mit Masseelektrode sowie Verfahren zur Herstellung einer Masseelektrode
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Masseelektrode, ein Verfahren zu deren Herstellung sowie eine Zündkerze mit einer solchen Masseelektrode.
Die Lebensdauer von Zündkerzen wird maßgeblich durch die Beständigkeit ihrer Zündkerzenelektroden bestimmt. Durch die Temperaturbeaufschlagung während des Betriebs der Zündkerze wird die mechanische Belastbarkeit der Elektroden reduziert. Gerade Masseelektroden sind hierfür besonders anfällig. Sie werden oftmals aus einem Kupferkern gebildet, der mit dem eigentlichen
Elektrodenmaterial, einer meist Nickel enthaltenden Legierung, ummantelt ist. Die Masseelektrode ist dabei mit der Oberfläche eines Gehäuses verschweißt. Der Kupferkern hat die Aufgabe die Temperatur von der Elektrodenspitze auf das Gehäuse abzuleiten. Im Anschweißbereich der Masseelektrode liegen damit ein mechanisch hoch belasteter Bereich und ein Temperaturübergangsbereich Kupferkern-Gehäuse räumlich dicht beisammen. Dies führt bei steigenden Temperaturen zu einer sinkenden Dehngrenze, wodurch es durch
Materialermüdung bei Verwendung einer gebogenen Masseelektrode zu einem Einsinken bzw. Abknicken der Masseelektrode im Anschweißbereich kommen kann.
Offenbarung der Erfindung
In der erfindungsgemäßen Masseelektrode mit den Merkmalen des Anspruches 1 werden hingegen der Bereich der maximalen mechanischen Belastung und der Temperaturübergangsbereich räumlich entzerrt. Dies wird dadurch erzielt, dass der Kupferkern der Masseelektrode nicht am Elektrodenfuß endet, sondern einen ersten Abschnitt umfasst, der vom Elektrodenfuß hervorsteht. Erfindungsgemäß wird dabei unter einem Elektrodenfuß der Bereich der Masseelektrode verstanden, der in einer Zündkerze auf dem Gehäuse derselben angeordnet und daran befestigt wird. Dadurch dass der Kupferkern im Gegensatz zum übrigen Elektrodenmaterial nicht plan mit dem Elektrodenfuß abschließt, sondern von diesem hervorsteht, also an der vom Brennraum abgewandten Seite der Masseelektrode aus dieser herausragt, kann beim Verbau der Masseelektrode am Gehäuse eine Temperaturübertragung dezentralisiert werden. Der
Temperaturübergangsbereich liegt damit nicht nur am Übergang Elektrodenfuß- Oberfläche des Gehäuses, wo üblicherweise die Masseelektrode angeschweißt ist, sondern erstreckt sich in das Innere des Gehäuses hinein. Hierdurch findet ein effektiverer Wärmeabtransport statt, insbesondere weg vom mechanisch hoch belasteten Befestigungsbereich der Masseelektrode am Gehäuse. Ein Einsinken der Masseelektrode im Befestigungsbereich, das durch
Kriechphänomene ausgelöst werden kann, wird deutlich reduziert. Dadurch werden die mechanische Belastbarkeit und damit die Robustheit der
erfindungsgemäßen Masseelektrode unter Temperatureinfluss signifikant verbessert. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Durch eine Länge des ersten Abschnitts des Kupferkerns von 0,5 bis 4,6 mm, vorzugsweise von 0,7 bis 1 ,6 mm, kann eine besonders gute Wärmeableitung in das umgebende Gehäuse erfolgen. Sofern der Isolator von einem Gehäuse umgeben ist, sind Längen von 0,7 bis 1 ,6 mm aus dem weiteren Grund bevorzugt, dass der Kontaktbereich erster Abschnitt des Kupferkerns-Gehäuse vor Temperaturbeaufschlagung besser geschützt werden soll.
Für eine besonders gute Wärmeleitung und damit eine besonders starke Dezentralisierung des Wärmeübergangsbereiches ist es von Vorteil, wenn ein
Querschnitt des ersten Abschnitts des Kupferkerns und ein Querschnitt eines zweiten Abschnitts des Kupferkerns am Elektrodenfuß der Masseelektrode deckungsgleich sind. Der zweite Abschnitt des Kupferkerns ist dabei derjenige, der sich vom Elektrodenfuß in das Innere der Masseelektrode in Richtung deren Spitze erstreckt. Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt des Kupferkerns liegen aus demselben Grund ferner vorteilhaft deckungsgleich aufeinander. Aus Gründen des guten Wärmeableitvermögens von der Elektrodenspitze zum Elektrodenfuß wird ein um einen zweiten Abschnitt des Kupferkerns
angeordneter Mantel aus Nickel oder einer Nickellegierung gebildet. Nickelhaltige Materialien zeichnen sich zudem durch eine gute Oxidationsstabilität aus.
Ferner erfindungsgemäß wird auch eine Zündkerze beschrieben, die eine Masseelektrode, eine Mittelelektrode und ein Gehäuse umfasst. Der
Vollständigkeit halber sei angeführt, dass die erfindungsgemäße Zündkerze auch mehrere Masseelektroden umfassen kann. Das Gehäuse ist für eine Befestigung der Zündkerze in einem Zylinderkopf ausgelegt. Die Masseelektrode ist am Gehäuse angeordnet und weist einen Kupferkern mit einem ersten Abschnitt auf. Der erste Abschnitt des Kupferkerns ragt mindestens teilweise in einen Abschnitt des Gehäuses hinein. Mit anderen Worten ist in der erfindungsgemäßen
Zündkerze eine Masseelektrode am Gehäuse der Zündkerze befestigt, beispielsweise wie herkömmlich mit dem Gehäuse verschweißt. Die
Masseelektrode endet aber nicht plan auf der Gehäuseoberfläche: der erste Abschnitt des Kupferkerns der Masseelektrode steht vom auf der
Gehäuseoberfläche befestigten Elektrodenfuß hervor und ist in das
Gehäuseinnere eingeführt. Der Kupferkern, der die Aufgabe hat, Wärme von der Elektrodenspitze abzuleiten und einer Überhitzung und damit einer Verformung von Elektrodenmaterial vorzubeugen, kann somit die Wärme auf eine größere Gehäusefläche verteilen und näher an einen üblicherweise wassergekühlten Zylinderkopf heranführen. Der Wärmeabtransport wird damit gesteigert und eine Wärmeleitung von der thermisch hoch beanspruchten Elektrodenspitze über die Befestigungsstelle der Masseelektrode auf der Gehäuseoberfläche hinweg in das Innere des Gehäuses gefördert. Der Bereich der maximalen mechanischen Belastung, also der Befestigungsbereich der Masseelektrode am Gehäuse, und der Wärmeübergangsbereich Kupferkern-Gehäuse werden räumlich getrennt. Dadurch wird die mechanische Belastbarkeit der Zündkerze gesteigert und ein Elektrodenabstand zwischen der Masseelektrode und der Mittelelektrode dauerhaft konstant gehalten. Die Lebensdauer der erfindungsgemäßen
Zündkerze wird somit erhöht.
Die für die erfindungsgemäße Masseelektrode beschriebenen Vorteile, vorteilhaften Effekte und Weiterbildungen finden auch Anwendung auf die erfindungsgemäße Zündkerze. Ferner kann die erfindungsgemäße Masseelektrode zur Herstellung der erfindungsgemäßen Zündkerze verwendet werden.
Zur Vereinfachung der Befestigung der Zündkerze in einem Zylinderkopf ist am Gehäuse ein Gewinde angeordnet. Ein Gewinde umfasst dabei einen
Gewindeansatz und mehrere Gewindegänge. Der Gewindeansatz ist zumeist plan und weist noch keinen Gewindegang auf. Vorteilhaft ist die
erfindungsgemäße Zündkerze dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt des Kupferkerns und ein Abschnitt des Gewindes in Radialrichtung der
Zündkerze mindestens teilweise überlappen. Durch die große Oberfläche des
Gewindes kann eine besonders effektive Wärmeableitung vom Kupferkern erfolgen. Zudem wird so der erste Abschnitt des Kupferkerns näher an einen üblicherweise wassergekühlten Zylinderkopf herangeführt, was den
Wärmeabtransport verbessert.
Für eine besonders gute Wärmeableitung und Dezentralisierung des
Wärmeübergangsbereichs überlappen mindestens der erste Abschnitt des Kupferkerns und ein Gewindeansatz des Gewindes in Radialrichtung der Zündkerze. Hierdurch wird zudem der Sitz des ersten Abschnitts des
Kupferkerns im Gehäuse verbessert.
Weiter vorteilhaft erstreckt sich der erste Abschnitt des Kupferkerns
vorzugsweise maximal bis zum zweiten Gewindegang des Gewindes, so dass der erste Abschnitt des Kupferkerns und der Bereich des Gewindes, der sich bis zu dessen zweitem Gewindegang erstreckt in Radialrichtung der Zündkerze überlappen.
Der erste Abschnitt des Kupferkerns kann auf unterschiedliche Art und Weise in das Gehäuse eingebracht sein. Vorteilhaft ist hierzu im Gehäuse eine Vertiefung zur Aufnahme des ersten Abschnitts des Kupferkerns vorgesehen. Somit kann ein definierter„Überlappungsbereich erster Abschnitt des Kupferkerns - Gehäuse" erzeugt werden.
Weiter erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zur Herstellung einer
Zündkerze mit einer Mittelelektrode, einer Masseelektrode und einem Gehäuse beschrieben. Das Gehäuse ist hierbei für eine Befestigung der Zündkerze in einem Zylinderkopf ausgelegt. Die Masseelektrode weist einen Kupferkern mit einem ersten Abschnitt auf, wobei der erste Abschnitt des Kupferkerns von einem Elektrodenfuß der Masseelektrode hervorsteht. Das Verfahren ist durch den Schritt des Einbringens des ersten Abschnitts des Kupferkerns in einen Abschnitt des Gehäuses gekennzeichnet. Durch das erfindungsgemäße
Verfahren wird auf einfache und damit auch kostengünstige Weise eine hoch stabile, mechanisch stark belastbare Zündkerze mit hoher Wärmeableitfähigkeit bereitgestellt. Das Herstellen einer Masseelektrode mit einem am Elektrodenfuß überstehenden ersten Abschnitt ihres Kupferkerns und Anordnen des ersten Abschnitts in einem vorgesehenen Bereich des Gehäuses ist zudem ohne hohen technischen Aufwand durch Kombination von Standardprozessen ausführbar.
Die für die erfindungsgemäße Masseelektrode und die erfindungsgemäße Zündkerze beschriebenen Vorteile, vorteilhaften Effekte und Weiterbildungen finden auch Anwendung auf das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze. Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren auch zur
Herstellung der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Zündkerze verwendet werden.
Zur Vereinfachung der Befestigung der Zündkerze in einem Zylinderkopf ist am Gehäuse ein Gewinde angeordnet. Vorteilhaft ist das Verfahren sodann durch den Schritt des Einbringens des ersten Abschnitts des Kupferkerns in einen Abschnitt des Gehäuses gekennzeichnet, so dass sich der erste Abschnitt des Kupferkerns und ein Abschnitt des Gewindes in Radialrichtung der Zündkerze überlappen. Besonders vorteilhaft wird der erste Abschnitt des Kupferkerns so in den Abschnitt des Gehäuses eingebracht, dass sich mindestens der erste
Abschnitt des Kupferkerns und ein Gewindeansatz des Gewindes in
Radialrichtung der Zündkerze überlappen. Weiter vorteilhaft erstreckt sich der erste Abschnitt des Kupferkerns maximal soweit in das Gehäuse, dass er in Radialrichtung der Zündkerze mit dem Gewinde bis zur Höhe seines zweiten Gewindegangs überlappt. Hierdurch wird unter Erhalt einer größtmöglichen mechanischen Stabilität der Zündkerze ein maximal großer
Wärmeübergangsbereich gebildet, der den Bereich der maximalen
mechanischen Belastung, also den Bereich in dem die Masseelektrode mit der Gehäuseoberfläche verbunden ist, vom Wärmeübergangsbereich trennt. Zur Vereinfachung des Einbringens des ersten Abschnitts des Kupferkerns in das Gehäuse umfasst das Verfahren vorteilhaft den Schritt des Vorsehens einer Vertiefung im Gehäuse zum Aufnehmen des ersten Abschnitts des Kupferkerns.
Zur Verhinderung der Bildung von Luftspalten, die eine Wärmeleitung reduzieren, wird der ersten Abschnitt des Kupferkerns mit dem vorgesehenen Abschnitt des Gehäuses vorzugsweise stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, verbunden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Hierbei beziffern gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine Schnittansicht eines Ausschnitts einer Zündkerze gemäß dem Stand der Technik,
Figur 2 eine Wärmebildaufnahme der Zündkerze aus Figur 1 ,
Figur 3 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Masseelektrode,
Figur 4 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Zündkerze, und
Figur 5 eine Wärmebildaufnahme der Zündkerze aus Figur 4.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer herkömmlichen Zündkerze 1 . Die Zündkerze 1 umfasst eine Masseelektrode 2 und eine Mittelelektrode 3. Bei der Masseelektrode 2 handelt es sich um eine gebogene Masseelektrode. Eine Elektrodenspitze der Masseelektrode 2 ist dabei einer Mittelelektrode 3 gegenüberliegend angeordnet. Die Masseelektrode 2 ist an einem Gehäuse 4 der Zündkerze 1 befestigt. Ein Elektrodenfuß 7 ist hierzu auf einer Oberfläche 6 des Gehäuses 4 angeschweißt. Die Masseelektrode 2 umfasst einen Kupferkern 5 im Inneren der Elektrode, der von Elektrodenmaterial 8 ummantelt ist. Am Elektrodenfuß 7 schließen sowohl der Kupferkern 5 als auch das Elektrodenmaterial 8 bündig ab. In einem Anschweißbereich 9 der Masseelektrode 2 an der Gehäuseoberfläche 6 tritt unter Temperatureinwirkung folgendes Phänomen auf: Der
Anschweißbereich 9, der das konstruktiv bedingte Biegemoment überträgt, ist gleichzeitig der Wärmeübertragungsbereich vom Kupferkern 5 auf das Gehäuse 4. Hierdurch wird das Material im Anschweißbereich 9 stark belastet, so dass es zu Kriechphänomenen kommt, die ein Einsinken der Masseelektrode 2 bewirken.
Hierdurch wird der Elektrodenabstand zwischen der Masseelektrode 2 und der Mittelelektrode 3 verringert. Die Robustheit der Zündkerze 1 unter hohen
Temperaturbelastungen ist somit gering. Figur 2 zeigt eine Wärmebildaufnahme der Zündkerze 1 aus Figur 1 , genauer gesagt eine Wärmebildaufnahme des Anschweißbereichs 9 bei Betrieb der Zündkerze 1 . Hier ist zu sehen, dass bei einer angenommenen Wärmeaufnahme im Anschweißbereich 9 ein Temperaturmaximum von 467°C im Kupferkern 5 und ein Temperaturmaximum von 421 °C im Randbereich 8b des Elektrodenmaterials 8 herrschen. Zwischen den beiden Extrembereichen sind Bereiche 8a des
Elektrodenmaterials mit zwischen den Temperaturmaxima liegenden
Temperaturen. Der Kupferkern 5 strahlt seine Wärme damit auf den
Anschweißbereich 9 ab. Mechanischen Belastungen im Anschweißbereich 9 kann die Masseelektrode 2 daher ab einer bestimmten Temperatur nicht mehr standhalten.
Figur 3 ist eine schematische Darstellung eines Schnitts durch eine
erfindungsgemäße Masseelektrode 10. Die Masseelektrode 10 ist eine gebogene Masseelektrode, die einen Kupferkern 5 mit einem ersten Abschnitt 1 1 und einem zweiten Abschnitt 12 umfasst. Der erste Abschnitt 1 1 steht dabei von einem Elektrodenfuß 7 hervor. Der zweite Abschnitt 12 befindet sich im Inneren der Masseelektrode 10 und ist von einem Elektrodenmaterial 8 umgeben, das in Kombination mit einer Mittelelektrode der Erzeugung eines Zündfunkens dient. Das Elektrodenmaterial 8 ist vorzugsweise aus einer Nickel haltigen Legierung.
Der erste Abschnitt 1 1 des Kupferkerns hat vorteilhafterweise eine Länge von 0,5 bis 4,6 mm, vorzugsweise von 0,7 bis 1 ,6 mm. Figur 4 ist eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Zündkerze 100. Diese umfasst eine Masseelektrode 10, beispielsweise wie diejenige aus Figur 4 und eine Mittelelektrode 3. Die Zündkerze 100 umfasst ferner ein Gehäuse 4, das für eine Befestigung der Zündkerze in einem Zylinderkopf mit einem
Gewinde 13 versehen ist. Die Masseelektrode 10 ist so am Gehäuse 4 angeordnet dass ein erster Abschnitt 1 1 ihres Kupferkerns 5 in das Gehäuse 4, hineinragt. Somit überlappen der erste Abschnitt 1 1 des Kupferkerns 5 und ein Abschnitt des Gewindes 13 in Radialrichtung R der Zündkerze 100 und bilden einen Überlappungsbereich 17.
Vorteilhafterweise erstreckt sich der erste Abschnitt 1 1 des Kupferkerns soweit in das Gehäuse 4, dass der erste Abschnitt 1 1 des Kupferkerns und mindestens ein Gewindeansatz 16 des Gewindes 13 in Radialrichtung R der Zündkerze 100 überlappen. Der erste Abschnitt 1 1 des Kupferkerns erstreckt sich im Gehäuse ferner vorteilhaft über den ersten Gewindegang 14 hinweg bis maximal zum zweiten Gewindegang 15. Damit ergibt sich ein Überlappungsbereich 17, der sich insbesondere vom Gewindeansatz 16 bis maximal zum zweiten
Gewindegang 15 erstreckt. Vorteilhafterweise ist der erste Abschnitt 1 1 des Kupferkerns mit dem entsprechenden Abschnitt des Gehäuses 4 stoffschlüssig, beispielsweise mittels einer Schweißverbindung, verbunden, so dass kein Luftspalt zwischen dem ersten Abschnitt 1 1 des Kupferkerns und dem
umliegenden Abschnitt des Gehäuses 4 vorhanden ist. Durch das Vorsehen und Einbringen des ersten Abschnitts 1 1 des Kupferkerns in das Gehäuse 4 wird ein Wärmeübergangsbereich vom Anschweißbereich 9 auf das Gehäuse 4 vergrößert und ein Wärmeübertragungsbereich dezentralisiert. In einem Befestigungsbereich, also z.B. einem Anschweißbereich 9 der
Masseelektrode 10 auf der Oberfläche des Gehäuses 4, tritt damit eine niedrigere Temperatur am innen liegenden Kupferkern 5 und dem
Elektrodenmaterial 8 an dieser Stelle auf. Der Anschweißbereich 9 ist damit besser vor mechanischen Belastungen unter Temperatureinfluss geschützt und ein Bereich hoher mechanischer Beanspruchung ist von einem Bereich hoher Wärmedifferenzen getrennt.
Figur 5 zeigt eine Wärmebildaufnahme der Zündkerze 100 aus Figur 4, genauer gesagt eine Wärmebildaufnahme des Anschweißbereichs 9 während des Betriebs der Zündkerze 100. Hier ist zu sehen, dass bei gleichen
Randbedingungen wie in Figur 3 die maximale Temperatur im ersten Abschnitt 1 1 des Kupferkerns 5 auf 381 °C (-18%) und die maximale Temperatur im Randbereich 8b des Elektrodenmaterials auf 372°C (-1 1 %) sinken. Der
Kupferkern 5 strahlt seine Wärme damit nicht nur ausschließlich auf den
Anschweißbereich 9 sondern insbesondere in das Innere des Gehäuses 4 und das Gewinde 13 ab. Der Wärmeübertragungsbereich ist dezentralisiert und räumlich vom Anschweißbereich 9 getrennt. Mechanischen Belastungen im Anschweißbereich 9 führen damit kaum zu Beeinträchtigungen der Stabilität der Zündkerze 100.

Claims

Masseelektrode mit einem Kupferkern, umfassend einen Elektrodenfuß (7), dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Abschnitt (1 1 ) des Kupferkerns vom Elektrodenfuß (7) hervorsteht.
Masseelektrode nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (1 1 ) des Kupferkerns eine Länge von 0,5 bis 4,6 mm,
vorzugsweise von 0,7 bis 1 ,6 mm, aufweist.
Masseelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnitt des ersten Abschnitts (1 1 ) des Kupferkerns und ein Querschnitt eines zweiten Abschnitts (12) des Kupferkerns am
Elektrodenfuß (7) der Masseelektrode (10) deckungsgleich sind.
Masseelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch einen um den zweiten Abschnitt (12) des
Kupferkerns angeordneten Mantel, der aus Nickel oder einer
Nickellegierung gebildet ist.
Zündkerze umfassend eine Masseelektrode (10), eine Mittelelektrode (3) und ein Gehäuse (4), wobei das Gehäuse (4) für eine Befestigung der Zündkerze (100) in einem Zylinderkopf ausgelegt ist, wobei die
Masseelektrode (10) am Gehäuse (4) angeordnet ist, dadurch
gekennzeichnet, dass die Masseelektrode (10) einen Kupferkern (5) mit einem ersten Abschnitt (1 1 ) umfasst und der erste Abschnitt (1 1 ) des Kupferkerns mindestens teilweise in einen Abschnitt des Gehäuses (4) hineinragt.
Zündkerze nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein am Gehäuse (4) angeordnetes Gewinde (13), das für eine Befestigung der Zündkerze (100) in einem Zylinderkopf ausgelegt ist, wobei sich der erste Abschnitt (1 1 ) des Kupferkerns und ein Abschnitt des Gewindes (13) in Radialrichtung (R) der Zündkerze (100) mindestens teilweise überlappen.
7. Zündkerze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich
mindestens der erste Abschnitt (1 1 ) des Kupferkerns und ein
Gewindeansatz (16) des Gewindes (13) in Radialrichtung (R) der
Zündkerze überlappen.
8. Zündkerze nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Abschnitt (1 1 ) des Kupferkerns maximal bis zum zweiten
Gewindegang des Gewindes (15) erstreckt.
9. Zündkerze nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (4) eine Vertiefung zur Aufnahme des ersten Abschnitts (1 1 ) des Kupferkerns vorgesehen ist.
10. Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze (100) mit einer Mittelelektrode (3), einer Masseelektrode (10) und einem Gehäuse (4), wobei das
Gehäuse (4) für eine Befestigung der Zündkerze (100) in einem
Zylinderkopf ausgelegt ist, wobei die Masseelektrode (10) einen Kupferkern
(5) mit einem ersten Abschnitt (1 1 ) aufweist, wobei der erste Abschnitt (1 1 ) des Kupferkerns von einem Elektrodenfuß (7) der Masseelektrode (10) hervorsteht, umfassend den Schritt des Einbringens des ersten Abschnitts (1 1 ) des Kupferkerns in einen Abschnitt des Gehäuses (4).
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse (4) ein Gewinde (13) angeordnet ist und das Verfahren den Schritt des Einbringens des ersten Abschnitts (1 1 ) des Kupferkerns in einen Abschnitt des Gehäuses (4) umfasst, so dass sich der erste Abschnitt (1 1 ) des Kupferkerns und ein Abschnitt des Gewindes (13) in Radialrichtung (R) der Zündkerze (100) überlappen.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 1 1 , ferner umfassend den Schritt des Vorsehens einer Vertiefung im Gehäuse (4), zum Aufnehmen des ersten Abschnitts (1 1 ) des Kupferkerns. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch den Schritt des stoffschlüssigen Verbindens des ersten Abschnitts (1 1 ) des Kupferkerns mit dem Abschnitt des Gehäuses (4).
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