WO2018103912A1 - Zündkerzenelektrode, zündkerze und verfahren zur herstellung einer zündkerzenelektrode - Google Patents

Zündkerzenelektrode, zündkerze und verfahren zur herstellung einer zündkerzenelektrode Download PDF

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WO2018103912A1
WO2018103912A1 PCT/EP2017/075173 EP2017075173W WO2018103912A1 WO 2018103912 A1 WO2018103912 A1 WO 2018103912A1 EP 2017075173 W EP2017075173 W EP 2017075173W WO 2018103912 A1 WO2018103912 A1 WO 2018103912A1
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WO
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electrode
spark plug
mass
core
electrode core
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PCT/EP2017/075173
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Mario Fleischhauer
Manfred Roeckelein
Alexander Schramm
Gabriel PETERSEN
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Robert Bosch Gmbh
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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 spark plug electrode having improved connectability with a component of a spark plug and a spark plug having a spark plug electrode permanently stably connected. Moreover, the present invention also relates to a method for producing a
  • a spark plug electrode comprises an electrode core with high thermal conductivity and an electrode jacket surrounding the electrode core, the electrode core being exposed to the electrode base prior to connection to a component of the spark plug.
  • the material of the electrode sheath is selected for high corrosion resistance and erosion resistance.
  • thermally conductive electrode core flows and transmits to surrounding areas of the spark plug electrode or to be connected to the spark plug electrode spark plug.
  • the spark plug electrode according to the invention according to claim 1, on the other hand, is distinguished by the fact that a connecting region is provided at the electrode base, which is a removal or a drainage of material from the Spark plug electrode prevents and thus improves the connectivity with another component of a spark plug, in particular by a thermal bonding method, such as preferably welding conditional.
  • a connecting region is provided at the electrode base, which is a removal or a drainage of material from the Spark plug electrode prevents and thus improves the connectivity with another component of a spark plug, in particular by a thermal bonding method, such as preferably welding conditional.
  • the materials of the connection region and the electrode jacket differ.
  • the connection area can be selectively selected with a view to connecting with a component of the spark plug.
  • a kind of protection region is formed, which helps to keep the electrode core in shape and shape during connection with a component of a spark plug. So connecting the
  • Spark plug electrode with a component of the spark plug uncomplicated, even thermally induced, executed without that leaked or leaked electrode core material for interference in the connection formation of the electrode foot with a component of the spark plug provides.
  • Spark plug electrode according to the invention with an electrode core surrounded by an electrode jacket, in addition to a high corrosion and
  • connection region at least partially covers the electrode core at the electrode base.
  • the electrode core is completely covered by the connection area at the electrode base.
  • connection region extends over as large a region as possible at the electrode base. Preferably covers the
  • Connection area thus not only the electrode core but also the
  • the electrode core is formed in particular of a highly thermally conductive material which is capable of, at the
  • Electrode tip during the intended use of the Spark plug electrode occurring in the spark plasma quickly dissipate high heat from the electrode tip.
  • the metals silver and copper not only have a high thermal conductivity, but are also characterized by good processability and affordability at moderate prices.
  • the material of the electrode jacket is preferably formed of a nickel-based alloy with nickel as a main component in mass%.
  • Electrode material can advantageously be achieved in that the nickel-based alloy of the material of the electrode jacket contains chromium in a proportion of at least 20% by weight, in particular of at least 25% by weight.
  • Connecting portion has a thermal conductivity in a temperature range of 400 to 450 ° C, which is higher than that of the material of
  • Electrode sheath In this way, in particular, a thermally induced connection with a component of a spark plug can be improved.
  • the material of the connection region In order to prevent flow of electrode core material particularly well, it is further advantageous for the material of the connection region to have better weldability than that of the material of the electrode core.
  • An improved "weldability" of the material of the connection region is understood to mean that the material of the connection region is more easily thermally activatable and thus also alloyable than that of the electrode core, so that a homogeneous and stable weld can be formed without causing a substantial change in the electrode core Weldability in the sense of the invention also means that the invention
  • Spark plug electrode and a component of the spark plug in compliance with the required characteristics with respect to geometry, weld strength and prevention Of weld spatter, can be connected reproducibly with the existing joining process.
  • Joining region is a low alloy nickel base alloy or a low alloy iron base alloy. These alloys are characterized by a good weldability and in particular by a good connectivity with conventional cladding materials and spark plug materials, so that the spark plug electrode can be very well permanently connected to a stable component of a spark plug. Particularly advantageous, the material of the
  • spark plug comprising a spark plug electrode as described above. By using the spark plug electrode according to the invention this is permanently connected to a stable component of the spark plug. The connection between the spark plug electrode according to the invention
  • Connection area of the spark plug electrode and the attachment area to the component of the spark plug is uniform and stable and not with
  • the spark plug according to the invention is thus characterized not only by a high corrosion and
  • spark plug according to the invention can be the inventive
  • spark plug electrode as a ground electrode and / or as a center electrode.
  • the electrode produced according to the invention has an electrode base and an electrode tip and comprises one
  • An electrode core, an electrode sheath surrounding the electrode core and a connecting portion for connecting the spark plug electrode with a another component of a spark plug According to the method of the invention, a material of the electrode sheath is first provided. In the material of the electrode sheath, a recess is then provided. The depression extends from the electrode foot in the direction of the electrode tip. In this recess, a material of the electrode core is introduced, in such a way that the material of the electrode core fills the recess at least partially. Complete filling of the recess with the material of the electrode core is also possible. Subsequently, material of the connection region is introduced into or onto the recess at least partially filled with the material of the electrode core. This results in a stacked arrangement of
  • connection region covers the electrode core at least partially and in particular completely.
  • the electrode core is thus prevented from draining, erosion or carry over to surrounding areas even when exposed to heat. Consequently, the connection region can be very easily connected to a component of a spark plug without causing a substantial geometric change of the electrode core even when exposed to high temperatures.
  • the process is simple, can be implemented without high technical complexity and allows the production of a
  • the method advantageously comprises a step of reshaping the
  • the forming comprises a step of pressing.
  • Electrode core in particular a frictional connection between The pressed materials produced, which ensures a particularly durable connection formation.
  • a very simple and targeted formable connection between adjacent materials, such as the stacked materials to be arranged of the electrode core and the connection area can be advantageously carried out by extrusion.
  • the method also includes a step of reshaping to match the geometry of the spark plug electrode.
  • the spark plug can be curved. This is particularly advantageous in the manufacture of ground electrodes.
  • Figure 1 is a schematic partial sectional view of a spark plug according to an embodiment of the invention
  • Figure 2 is a schematic sectional view of a spark plug electrode according to an embodiment of the invention
  • Figure 3 is a diagram illustrating a method for
  • the spark plug 1 comprises according to FIG. 1
  • Embodiment a ground electrode 2 and a center electrode 3.
  • Reference numeral 6 denotes an electrical connection nut. From the electrical connection nut 6, an electrically conductive connection via a connecting bolt 7 and a made of a conductive glass connecting element 8 to the center electrode 3 is provided.
  • FIG. 2 shows one of the spark plug electrodes, by way of example a
  • the ground electrode 2 has an electrode tip 9 and an electrode foot 10.
  • the electrode base 10 is the region that can be connected to a component of a spark plug, for example to a housing section, so that the ground electrode 2 becomes an integral part of the spark plug.
  • the electrode tip 9 represents the end of the ground electrode 2 opposite the electrode base 10.
  • the electrode tip 9 is the region where a spark plasma is generated when the ground electrode 2 is used as intended.
  • the electrode tip 9 may further comprise a noble metal pin (not shown) which serves to generate the ignition sparks. But this is not mandatory.
  • the ground electrode 2 comprises an electrode core 1 1, a the
  • connection region 13 covers both the electrode core 1 1 on the electrode base 10 and the electrode
  • Electrode jacket 12 completely. Thus, only material of the connection region 13 is present at the region of the electrode base 10 to be connected to a further component of a spark plug. Both the electrode core 1 1 and the electrode sheath 12 are shielded by the connection region 13 and do not protrude from the electrode foot 10. If the ground electrode 2 at the electrode base 10 is now connected to a component of a spark plug, for example by a welding operation, then only the material of the connection region 13 is used for the connection formation, ie for the formation of the weld seam. The electrode core 1 1 and also the electrode jacket 12 remain unaffected. In particular, the material of the electrode core 1 1 is prevented from flowing off or being carried away by the locally high temperatures prevailing during the welding process, and the electrode core 1 1 remains essentially unchanged in the electrode sheath 12, so that it effectively absorbs the heat which is generated in the
  • Spark plasma acts on the electrode tip 9, from the electrode tip
  • Electrode jacket 12 are different from each other. This allows the
  • the jacket material can be selected with regard to high erosion stability and corrosion stability. This is the material of
  • Electrode jacket 12 in particular made of a nickel-based alloy with nickel as the main component.
  • the material of the electrode sheath may contain chromium with at least 20% by weight, in particular with at least 25% by mass.
  • the material of the connecting portion 13 is preferably a low-alloyed nickel-base alloy or a low-alloyed iron-based alloy. These alloys are characterized by a good weldability and at the same time a high thermal conductivity, wherein the thermal conductivity of the material of the connection region 13 in a temperature range of 400 to 450 ° C is higher than the thermal conductivity of the material of the electrode jacket 12.
  • the electrode core 1 1 is due to a Good thermal conductivity in particular of copper, silver, a copper alloy, wherein a copper content in the Copper alloy is at least 90 mass%, or a silver alloy formed, wherein a silver content in the silver alloy is at least 90 mass%.
  • FIG. 3 shows a diagram for illustrating a method for
  • the spark plug electrode to be produced according to the method is exemplified as a ground electrode 2.
  • a material 14 of the electrode jacket 12 is provided, in which a recess 15 is provided in a method step A.
  • Compress the material 14 of the electrode sheath 12 are produced. Other methods are also conceivable.
  • a material 16 of the electrode core 1 1 is introduced in a method step B.
  • the recess 15 is thus at least partially filled with the material 16 of the electrode core 1 1.
  • step C material 17 of the connection region 13 is introduced into the recess 15 at least partially filled with the material 16 of the electrode core 1 1.
  • step D pressure is applied from the direction of the material 17 of the connection region 13, which is indicated by the arrow P.
  • the material 16 of the electrode core 1 1 is pressed with the material 14 of the electrode sheath 12, so that between the resulting electrode core 1 1 and the electrode sheath 12 in particular a
  • Electrode jacket 12 is permanently fixed.
  • the material 17 of the connecting portion 13 is pressed with the material 16 of the electrode core 1 1, whereby between the electrode core 1 1 and the connection region 13 is also a particular non-positive connection is made.
  • step B even after step B, that is to say after the at least partial filling of the recess 15 with material 16 of the electrode core 11, a step of pressing can follow.
  • a second pressing step as shown in the illustrated embodiment, is then carried out after arranging material 17 of the joining region 13 as shown in step D.
  • Spark plug electrode is exemplified by a ground electrode 2 with a
  • Ground electrode 2 comprises an electrode core 1 1, an electrode sheath 12 surrounding the electrode core 1 1 and a connecting portion 13 for connecting the ground electrode 2 with another spark plug component.
  • the material 14 of the electrode jacket 12 is different from the material 17 of the connection region 13, as it is embodied, for example, with regard to the ground electrode 2 in FIG.
  • the ground electrode 2 can still be reshaped after the pressing in order to adapt the geometry of the ground electrode 2.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerzenelektrode (2) mit einem Elektrodenfuß (10) und einer Elektrodenspitze (9), die einen Elektrodenkern (11), einen den Elektrodenkern (11) umgebenden Elektrodenmantel(12) und einen Verbindungsbereich (13) zum Verbinden der Zündkerzenelektrode (2) mit einer weiteren Zündkerzenkomponente umfasst, wobei der Verbindungsbereich (13) am Elektrodenfuß (10) vorgesehen ist, und wobei ein Material (17) des Verbindungsbereichs (13) und ein Material (14) des Elektrodenmantels (12) unterschiedlich sind.

Description

Beschreibung Titel
Zündkerzenelektrode, Zündkerze und Verfahren zur Herstellung einer
Zündkerzenelektrode
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerzenelektrode mit verbesserter Verbindbarkeit mit einer Komponente einer Zündkerze sowie eine Zündkerze mit dauerhaft stabil verbundener Zündkerzenelektrode. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung einer
Zündkerzenelektrode.
Zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit einer Zündkerzenelektrode und damit auch der Temperaturbeständigkeit derselben, umfasst eine Zündkerzenelektrode einen Elektrodenkern mit hoher Wärmeleitfähigkeit und einen den Elektrodenkern umgebenden Elektrodenmantel, wobei der Elektrodenkern vor dem Verbinden mit einer Komponente der Zündkerze am Elektrodenfuß freiliegt. Das Material des Elektrodenmantels wird im Hinblick auf eine hohe Korrosionsbeständigkeit und Erosionsbeständigkeit ausgewählt. Nachteilig an diesen herkömmlichen Zündkerzenelektroden ist, dass beim Verbinden der Zündkerzenelektrode mit einer Komponente einer Zündkerze, das in der Regel durch einen
Schweißvorgang ausgeführt wird, Material des freiliegenden, stark
wärmeleitenden Elektrodenkerns abfließt und sich auf umliegende Bereiche der Zündkerzenelektrode oder der mit der Zündkerzenelektrode zu verbindenden Zündkerze überträgt.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Zündkerzenelektrode gemäß Anspruch 1 , zeichnet sich hingegen dadurch aus, dass am Elektrodenfuß ein Verbindungsbereich vorgesehen ist, der einen Abtrag oder ein Abfließen von Material von der Zündkerzenelektrode verhindert und damit eine Verbesserung der Verbindbarkeit mit einer weiteren Komponente einer Zündkerze, insbesondere durch ein thermisches Verbindungsverfahren, wie vorzugsweise Schweißen, bedingt. Hierzu unterscheiden sich die Materialien des Verbindungsbereichs und des Elektrodenmantels. Somit kann der Verbindungsbereich gezielt im Hinblick auf ein Verbinden mit einer Komponente der Zündkerze ausgewählt werden. Durch den Verbindungsbereich wird eine Art Schutzbereich gebildet, der dazu beiträgt, den Elektrodenkern während des Verbindens mit einer Komponente einer Zündkerze in Form und Gestalt zu erhalten. So kann das Verbinden der
Zündkerzenelektrode mit einer Komponente der Zündkerze unkompliziert, auch thermisch induziert, ausgeführt werden, ohne dass ausgetretenes oder abgeflossenes Elektrodenkernmaterial für Störungen bei der Verbindungsbildung des Elektrodenfußes mit einer Komponente der Zündkerze sorgt. Die
erfindungsgemäße Zündkerzenelektrode mit von einem Elektrodenmantel umgebenen Elektrodenkern, zeichnet sich neben einer hohen Korrosions- und
Erosionsstabilität somit auch durch eine sehr gute Verbindbarkeit mit einer Komponente einer Zündkerze aus.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung bedeckt der Verbindungsbereich den Elektrodenkern am Elektrodenfuß mindestens teilweise. Bevorzugt wird der Elektrodenkern am Elektrodenfuß vollständig vom Verbindungsbereich bedeckt. Hierdurch kann besonders effizient einem Abfließen, Abtrag oder Übertrag von Elektrodenkernmaterial vorgebeugt werden.
Um eine Anbindung der Zündkerzenelektrode an eine Komponente einer Zündkerze zu erleichtern, erstreckt sich der Verbindungsbereich über einen möglichst großen Bereich am Elektrodenfuß. Vorzugsweise bedeckt der
Verbindungsbereich somit nicht nur den Elektrodenkern sondern auch den
Elektrodenmantel am Elektrodenfuß vollständig.
Zur Verbesserung der Korrosions- und Erosionsbeständigkeit der
Zündkerzenelektrode ist der Elektrodenkern insbesondere aus einem hoch wärmeleitenden Material gebildet, das in der Lage ist, die an der
Elektrodenspitze während der bestimmungsgemäßen Verwendung der Zündkerzenelektrode im Funkenplasma auftretende hohe Wärme schnell von der Elektrodenspitze abzuleiten. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist daher vorgesehen, dass der Elektrodenkern aus Kupfer, Silber, einer Kupferlegierung, wobei ein Kupferanteil in der Kupferlegierung mindestens 90 Masse% beträgt, oder einer Silberlegierung, besteht, wobei ein Silberanteil in der Silberlegierung mindestens 90 Masse% beträgt. Die Metalle Silber und Kupfer weisen nicht nur eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, sondern zeichnen sich auch durch eine gute Verarbeitbarkeit und Erschwinglichkeit zu moderaten Preisen aus.
Um eine Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit der Zündkerzenelektrode zu erzielen, ist das Material des Elektrodenmantels vorzugsweise aus einer Nickel- Basislegierung mit Nickel als Hauptbestandteil in Masse% gebildet.
Eine weitere Stabilisierung des in Funkenkontakt gelangenden
Elektrodenmaterials kann vorteilhaft dadurch erreicht werden, dass die Nickel- Basislegierung des Materials des Elektrodenmantels Chrom mit einem Anteil von mindestens 20 Masse%, insbesondere von mindestens 25 Masse%, enthält.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist das Material des
Verbindungsbereichs eine Wärmeleitfähigkeit in einem Temperaturbereich von 400 bis 450 °C auf, die höher ist als diejenige des Materials des
Elektrodenmantels. Hierdurch kann insbesondere eine thermisch induzierte Verbindung mit einer Komponente einer Zündkerze verbessert werden.
Um einem Abfließen von Elektrodenkernmaterial besonders gut vorzubeugen, weist weiter vorteilhaft das Material des Verbindungsbereichs eine bessere Schweißbarkeit als diejenige des Materials des Elektrodenkerns auf. Unter einer verbesserten„Schweißbarkeit" des Materials des Verbindungsbereichs wird verstanden, dass das Material des Verbindungsbereichs gegenüber demjenigen des Elektrodenkerns leichter thermisch aktivierbar und somit auch legierbar ist. So kann eine homogene und stabile Schweißnaht gebildet werden, ohne dass es zu einer wesentlichen Veränderung am Elektrodenkern kommt. Schweißbarkeit im Sinne der Erfindung bedeutet ferner, dass die erfindungsgemäße
Zündkerzenelektrode und eine Komponente der Zündkerze unter Einhaltung der geforderten Merkmale bzgl. Geometrie, Schweißnahtfestigkeit und Vermeidung von Schweißspritzern, mit dem vorhandenen Fügeverfahren reproduzierbar verbunden werden können.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das Material des
Verbindungsbereichs eine niedrig legierte Nickel-Basislegierung oder eine niedrig legierte Eisen-Basislegierung ist. Diese Legierungen sind durch eine gute Schweißbarkeit und insbesondere auch durch eine gute Verbindbarkeit mit üblichen Mantelmaterialien und Zündkerzenmaterialien gekennzeichnet, so dass die Zündkerzenelektrode sehr gut dauerhaft stabil mit einer Komponente einer Zündkerze verbunden werden kann. Besonders vorteilhaft weist das Material des
Verbindungsbereichs nachfolgende Zusammensetzung auf, wobei sich die angegebenen Werte auf Masse% beziehen: Aluminium: 2,0 bis 2,3 Masse%, Silizium: 1 ,8 bis 2,1 Masse%, Yttrium: 0,05 bis 0,1 Masse%, Chrom: maximal 0,1 Masse%, Mangan: maximal 0,1 Masse%, Eisen: maximal 0,2 Masse%, Kupfer: maximal 0,1 Masse%, Magnesium: maximal 0,08 Masse%, Kohlenstoff: maximal
0,045 Masse%, Schwefel: maximal 0,002 Masse%, Stickstoff: maximal 0,008 Masse% und Blei: maximal 0,002 Masse%, mit Nickel zum Ausgleich auf 100 Masse%. Ebenfalls erfindungsgemäß wird auch eine Zündkerze offenbart, die eine wie vorstehend beschriebene Zündkerzenelektrode umfasst. Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Zündkerzenelektrode ist diese dauerhaft stabil mit einer Komponente der Zündkerze verbunden. Die Verbindung zwischen dem
Verbindungsbereich der Zündkerzenelektrode und dem Anbindebereich an der Komponente der Zündkerze ist gleichförmig und stabil ausgebildet und nicht mit
Material des Elektrodenkerns durchsetzt. Die erfindungsgemäße Zündkerze zeichnet sich somit nicht nur durch eine hohe Korrosions- und
Erosionsbeständigkeit sondern auch durch eine sehr gute mechanische Stabilität aus. Die erfindungsgemäße Zündkerze kann die erfindungsgemäße
Zündkerzenelektrode als Masseelektrode und/oder als Mittelelektrode aufweisen.
Ebenfalls erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zur Herstellung einer Zündkerzenelektrode beschrieben. Die erfindungsgemäß hergestellte Elektrode hat einen Elektrodenfuß und eine Elektrodenspitze und umfasst einen
Elektrodenkern, einen den Elektrodenkern umgebenden Elektrodenmantel und einen Verbindungsbereich zum Verbinden der Zündkerzenelektrode mit einer weiteren Komponente einer Zündkerze. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst ein Material des Elektrodenmantels bereitgestellt. Im Material des Elektrodenmantels wird sodann eine Vertiefung vorgesehen. Die Vertiefung erstreckt sich vom Elektrodenfuß in Richtung der Elektrodenspitze. In diese Vertiefung wird ein Material des Elektrodenkerns eingebracht, und zwar so, dass das Material des Elektrodenkerns die Vertiefung mindestens teilweise füllt. Ein vollständiges Füllen der Vertiefung mit dem Material des Elektrodenkerns ist ebenfalls möglich. Anschließend wird Material des Verbindungsbereichs in bzw. an die mit dem Material des Elektrodenkerns mindestens teilweise gefüllte Vertiefung eingebracht. Hieraus ergibt sich eine gestapelte Anordnung des
Materials des Elektrodenkerns und des Materials des Verbindungsbereichs. Vielmehr deckt der Verbindungsbereich den Elektrodenkern mindestens teilweise und insbesondere vollständig ab. Der Elektrodenkern wird somit selbst bei thermischer Einwirkung an einem Abfließen, Abtrag oder Übertrag auf umliegende Bereiche gehindert. Der Verbindungsbereich kann folglich sehr leicht mit einer Komponente einer Zündkerze verbunden werden, ohne dass es selbst bei Einwirkung von hohen Temperaturen zu einer wesentlichen geometrischen Änderung des Elektrodenkerns kommt. Das Verfahren ist einfach, ohne hohen technischen Aufwand umsetzbar und ermöglicht die Herstellung einer
Zündkerzenelektrode mit funktionalem Verbindungsbereich.
Die für die erfindungsgemäße Zündkerzenelektrode beschriebenen Vorteile, vorteilhaften Effekte und Weiterbildungen finden auch Anwendung auf die erfindungsgemäße Zündkerze und das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Zündkerzenelektrode.
Zur besseren Stabilisierung des Elektrodenkerns und des Verbindungsbereichs umfasst das Verfahren vorteilhaft einen Schritt des Umformens des
Mantelmaterials mit dem Material des Elektrodenkerns in der Vertiefung und/oder einen Schritt des Umformens des Materials des Verbindungsbereichs mit dem
Material des Elektrodenkerns.
Weiter vorteilhaft umfasst das Umformen einen Schritt des Verpressens. Durch Verpressen des Mantelmaterials mit dem Material des Elektrodenkerns und/oder durch Verpressen des Materials des Verbindungbereichs mit dem Material des
Elektrodenkerns, wird insbesondere eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den verpressten Materialien hergestellt, was für eine besonders dauerhafte Verbindungsbildung sorgt. Eine sehr einfach und gezielt ausbildbare Verbindung zwischen angrenzenden Materialien, wie beispielsweise den gestapelt anzuordnenden Materialien des Elektrodenkerns und des Verbindungsbereichs kann vorteilhaft durch Fließpressen ausgeführt werden.
Ferner vorteilhaft umfasst das Verfahren auch einen Schritt des Umformens zur Anpassung der Geometrie der Zündkerzenelektrode. Beispielsweise kann die Zündkerze gekrümmt werden. Dies ist besonders vorteilhaft bei der Herstellung von Masseelektroden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische Teilschnittansicht einer Zündkerze gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, Figur 2 eine schematische Schnittansicht einer Zündkerzenelektrode gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
Figur 3 ein Schema zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur
Herstellung einer Zündkerzenelektrode gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird anhand von Ausführungsformen im Detail beschrieben. In den Figuren sind nur die wesentlichen Aspekte der Erfindung gezeigt. Alle übrigen Aspekte sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Ferner beziffern gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst die Zündkerze 1 gemäß einer
Ausführungsform eine Masseelektrode 2 und eine Mittelelektrode 3. Ein Isolator
4 ist derart vorgesehen, dass die Mittelelektrode 3 in bekannter Weise etwas vom Isolator 4 vorsteht. Der Isolator 4 selbst ist teilweise von einem Gehäuse 5 umgeben. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet eine elektrische Anschlussmutter. Von der elektrischen Anschlussmutter 6 ist eine elektrisch leitfähige Verbindung über einen Anschlussbolzen 7 und ein aus einem leitfähigen Glas hergestelltes Verbindungselement 8 zur Mittelelektrode 3 vorgesehen.
Erfindungsgemäß ist nun mindestens eine der Elektroden spezifisch ausgebildet. Figur 2 zeigt hierzu eine der Zündkerzenelektroden, beispielhaft eine
Masseelektrode 2, in Schnittansicht.
Die Masseelektrode 2 weist eine Elektrodenspitze 9 und einen Elektrodenfuß 10 auf. Der Elektrodenfuß 10 ist dabei der Bereich, der mit einer Komponente einer Zündkerze, beispielsweise mit einem Gehäuseabschnitt, verbunden werden kann, so dass die Masseelektrode 2 integraler Bestandteil der Zündkerze wird. Die Elektrodenspitze 9 stellt das dem Elektrodenfuß 10 entgegengesetzte Ende der Masseelektrode 2 dar. Die Elektrodenspitze 9 ist der Bereich, an dem bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Masseelektrode 2 ein Zündfunkenplasma erzeugt wird. Die Elektrodenspitze 9 kann ferner einen Edelmetallstift (nicht gezeigt) aufweisen, der der Erzeugung der Zündfunken dient. Dies ist aber nicht zwingend erforderlich.
Die Masseelektrode 2 umfasst einen Elektrodenkern 1 1 , einen den
Elektrodenkern 1 1 umgebenden Elektrodenmantel 12 und einen
Verbindungsbereich 13 zum Verbinden der Masseelektrode 2 mit einer weiteren Zündkerzenkomponente, wobei der Verbindungsbereich 13 am Elektrodenfuß 10 vorgesehen ist.
In der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform bedeckt der Verbindungsbereich 13 sowohl den Elektrodenkern 1 1 am Elektrodenfuß 10 als auch den
Elektrodenmantel 12 vollständig. An dem mit einer weiteren Komponente einer Zündkerze zu verbindenden Bereich des Elektrodenfußes 10 ist somit lediglich Material des Verbindungsbereichs 13 vorhanden. Sowohl der Elektrodenkern 1 1 als auch der Elektrodenmantel 12 werden durch den Verbindungsbereich 13 abgeschirmt und treten nicht vom Elektrodenfuß 10 hervor. Wird nun die Masseelektrode 2 am Elektrodenfuß 10 mit einer Komponente einer Zündkerze, beispielsweise durch einen Schweißvorgang, verbunden, so wird für die Verbindungsbildung, also zur Ausbildung der Schweißnaht, lediglich das Material des Verbindungsbereichs 13 eingesetzt. Der Elektrodenkern 1 1 und auch der Elektrodenmantel 12 bleiben davon unbeeinflusst. Insbesondere wird das Material des Elektrodenkerns 1 1 an einem Abfließen oder Ab- bzw. Übertrag durch die beim Schweißvorgang vorherrschenden lokal hohen Temperaturen gehindert und der Elektrodenkern 1 1 verbleibt im Wesentlichen unverändert im Elektrodenmantel 12 erhalten, so dass er effektiv die Wärme, die im
Zündfunkenplasma auf die Elektrodenspitze 9 einwirkt, von der Elektrodenspitze
9 ableiten kann. Somit wird eine hohe Korrosionsbeständigkeit und
Erosionsbeständigkeit der Masseelektrode 2 erzielt.
Das Material des Verbindungsbereichs 13 und das Material des
Elektrodenmantels 12 sind voneinander unterschiedlich. Hierdurch kann der
Verbindungsbereich 13 gezielt für seine Funktion, also ein Abfließen bzw. einen Abtrag oder Übertrag von Material des Elektrodenkerns 1 1 zu verhindern und eine gute Verbindung zu einer Komponente einer Zündkerze auszubilden, ausgewählt und ausgebildet werden.
Das Mantelmaterial hingegen kann im Hinblick auf eine hohe Erosionsstabilität und Korrosionsstabilität ausgewählt werden. Hierzu ist das Material des
Elektrodenmantels 12 insbesondere aus einer Nickel-Basislegierung mit Nickel als Hauptbestandteil, gebildet. Als weiteren Bestandteil kann das Material des Elektrodenmantels Chrom mit mindestens 20 Masse%, insbesondere mit mindestens 25 Masse%, enthalten.
Das Material des Verbindungsbereichs 13 ist vorzugsweise eine niedrig legierte Nickel-Basislegierung oder eine niedrig legierte Eisen-Basislegierung. Diese Legierungen zeichnen sich durch eine gute Schweißbarkeit und gleichzeitig eine hohe Wärmeleitfähigkeit aus, wobei die Wärmeleitfähigkeit des Materials des Verbindungsbereichs 13 in einem Temperaturbereich von 400 bis 450 °C höher ist als die Wärmeleitfähigkeit des Materials des Elektrodenmantels 12. Der Elektrodenkern 1 1 ist aufgrund einer guten Wärmeleitfähigkeit insbesondere aus Kupfer, Silber, einer Kupferlegierung, wobei ein Kupferanteil in der Kupferlegierung mindestens 90 Masse% beträgt, oder einer Silberlegierung gebildet, wobei ein Silberanteil in der Silberlegierung mindestens 90 Masse% beträgt.
Figur 3 zeigt ein Schema zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur
Herstellung einer Zündkerzenelektrode gemäß einer Ausführungsform. Die gemäß dem Verfahren herzustellende Zündkerzenelektrode ist beispielhaft eine Masseelektrode 2.
Zunächst wird ein Material 14 des Elektrodenmantels 12 bereitgestellt, in dem in einem Verfahrensschritt A eine Vertiefung 15 vorgesehen wird. Die Vertiefung 15 kann beispielsweise durch Ausnehmen von Material oder durch
Zusammenpressen des Materials 14 des Elektrodenmantels 12 hergestellt werden. Andere Verfahren sind hierzu ebenfalls vorstellbar.
In die Vertiefung 15 wird in einem Verfahrensschritt B ein Material 16 des Elektrodenkerns 1 1 eingebracht. Die Vertiefung 15 wird somit mindestens teilweise mit dem Material 16 des Elektrodenkerns 1 1 gefüllt.
In einem weiteren Verfahrensschritt C wird Material 17 des Verbindungsbereichs 13 in die mit dem Material 16 des Elektrodenkerns 1 1 mindestens teilweise gefüllte Vertiefung 15 eingebracht. Somit werden das Material 17 des
Verbindungsbereichs 13 und das Material 16 des Elektrodenkerns 1 1 in der Vertiefung 15 gestapelt.
In einem weiteren Verfahrensschritt D wird aus Richtung des Materials 17 des Verbindungsbereichs 13 Druck aufgebracht, was durch den Pfeil P angedeutet wird. Hierdurch wird das Material 16 des Elektrodenkerns 1 1 mit dem Material 14 des Elektrodenmantels 12 verpresst, so dass zwischen dem entstehenden Elektrodenkern 1 1 und dem Elektrodenmantel 12 insbesondere eine
kraftschlüssige Verbindung entsteht, so dass der Elektrodenkern 1 1 im
Elektrodenmantel 12 dauerhaft fixiert wird.
Ebenfalls wird das Material 17 des Verbindungsbereichs 13 mit dem Material 16 des Elektrodenkerns 1 1 verpresst, wodurch zwischen dem Elektrodenkern 1 1 und dem Verbindungsbereich 13 ebenfalls eine insbesondere kraftschlüssige Verbindung hergestellt wird.
Die Vorgänge des Verpressens werden vorteilhafterweise durch Fließpressen, insbesondere durch Voll-Vorwärts-Fließpressen, ausgeführt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird lediglich ein Schritt des Verpressens ausgeführt und somit zugleich das Material 16 des Elektrodenkerns 1 1 mit dem Material 14 des Elektrodenmantels 12 und dem Material 17 des
Verbindungsbereichs 13 verbunden.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann sich auch bereits nach dem Schritt B, also nach dem mindestens teilweisen Füllen der Vertiefung 15 mit Material 16 des Elektrodenkerns 1 1 ein Schritt des Verpressens anschließen. Ein zweiter Schritt des Verpressens wird, wie in der dargestellten Ausführungsform gezeigt, dann nach dem Anordnen von Material 17 des Verbindungsbereichs 13 ausgeführt, wie in Schritt D dargestellt.
Durch das in Figur 3 veranschaulichte Verfahren zur Herstellung einer
Zündkerzenelektrode wird beispielhaft eine Masseelektrode 2 mit einem
Elektrodenfuß 10 und einer Elektrodenspitze 9 erhalten, wobei die
Masseelektrode 2 einen Elektrodenkern 1 1 , einen den Elektrodenkern 1 1 umgebenden Elektrodenmantel 12 und einen Verbindungsbereich 13 zum Verbinden der Masseelektrode 2 mit einer weiteren Zündkerzenkomponente umfasst.
Hierbei ist das Material 14 des Elektrodenmantels 12 vom Material 17 des Verbindungsbereichs 13 unterschiedlich, wie es beispielsweise im Hinblick auf die Masseelektrode 2 in Figur 2 ausgeführt ist.
Die Masseelektrode 2 kann nach dem Verpressen noch umgeformt werden, um die Geometrie der Masseelektrode 2 anzupassen.

Claims

Ansprüche
Zündkerzenelektrode mit einem Elektrodenfuß (10) und einer
Elektrodenspitze (9), umfassend einen Elektrodenkern (1 1 ), einen den Elektrodenkern (1 1 ) umgebenden Elektrodenmantel (12) und einen
Verbindungsbereich (13) zum Verbinden der Zündkerzenelektrode (2) mit einer weiteren Zündkerzenkomponente, wobei der Verbindungsbereich (13) am Elektrodenfuß (10) vorgesehen ist, und wobei ein Material (17) des Verbindungsbereichs (13) und ein Material (14) des Elektrodenmantels (12) unterschiedlich sind.
Zündkerzenelektrode nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (13) den Elektrodenkern (1 1 ) am Elektrodenfuß (10) mindestens teilweise, insbesondere vollständig, bedeckt.
Zündkerzenelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (13) den Elektrodenkern (1 1 ) und den
Elektrodenmantel (12) am Elektrodenfuß (10) vollständig bedeckt.
Zündkerzenelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenkern (1 1 ) aus Kupfer, Silber, einer Kupferlegierung, wobei ein Kupferanteil in der Kupferlegierung mindestens 90 Masse% beträgt, oder einer Silberlegierung besteht, wobei ein Silberanteil in der Silberlegierung mindestens 90 Masse% beträgt.
Zündkerzenelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (14) des Elektrodenmantels (12) aus einer Nickel-Basislegierung mit Nickel als Hauptbestandteil gebildet ist.
Zündkerzenelektrode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nickel-Basislegierung Chrom mit einem Anteil von mindestens 20 Masse%, insbesondere von mindestens 25 Masse%, enthält.
Zündkerzenelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (17) des Verbindungsbereichs (13) in einem Temperaturbereich von 400 bis 450 °C eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die höher ist als diejenige des Materials (14) des Elektrodenmantels (12).
8. Zündkerzenelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (17) des Verbindungsbereichs (13) eine bessere Schweißbarkeit als diejenige des Materials (16) des Elektrodenkerns (1 1 ) aufweist.
9. Zündkerzenelektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (17) des Verbindungsbereichs (13) eine niedrig legierte Nickel-Basislegierung oder eine niedrig legierte Eisen- Basislegierung ist, insbesondere eine Legierung mit der Zusammensetzung: Aluminium: 2,0 bis 2,3 Masse%, Silizium: 1 ,8 bis 2,1 Masse%, Yttrium: 0,05 bis 0,1 Masse%, Chrom: maximal 0,1 Masse%, Mangan: maximal 0,1 Masse%, Eisen: maximal 0,2 Masse%, Kupfer: maximal 0,1 Masse%,
Magnesium: maximal 0,08 Masse%, Kohlenstoff: maximal 0,045 Masse%, Schwefel: maximal 0,002 Masse%, Stickstoff: maximal 0,008 Masse% und Blei: maximal 0,002 Masse%, mit Nickel zum Ausgleich auf 100 Masse%. 10. Zündkerze umfassend eine Zündkerzenelektrode (2) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche.
1 1 . Verfahren zur Herstellung einer Zündkerzenelektrode (2) mit einem
Elektrodenfuß (10) und einer Elektrodenspitze (9), umfassend einen
Elektrodenkern (1 1 ), einen den Elektrodenkern (1 1 ) umgebenden
Elektrodenmantel (12) und einen Verbindungsbereich (13) zum Verbinden der Zündkerzenelektrode (2) mit einer weiteren Zündkerzenkomponente, wobei das Verfahren die Schritte:
Bereitstellen eines Materials (14) des Elektrodenmantels (12),
- Vorsehen einer Vertiefung (15) im Material (14) des Elektrodenmantels
(12),
Einbringen eines Materials (16) des Elektrodenkerns (1 1 ) in die
Vertiefung (15) und mindestens teilweise Füllen der Vertiefung (15) mit dem Material (16) des Elektrodenkerns (1 1 ) und
- Einbringen von Material (17) des Verbindungsbereichs (13) in die mit dem
Material (16) des Elektrodenkerns (1 1 ) mindestens teilweise gefüllte Vertiefung (15)
umfasst.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , ferner umfassend einen Schritt des Umformens des Materials (14) des Elektrodenmantels (12) mit dem Material (16) des Elektrodenkerns (1 1 ) in der Vertiefung (15) und/oder einen Schritt des Umformens des Materials (17) des Verbindungsbereichs (13) mit dem Material (16) des Elektrodenkerns (1 1 ).
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Umformens einen Schritt des Verpressens, insbesondere ein Fließpressen, umfasst.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, ferner umfassend einen Schritt des Umformens zur Anpassung der Geometrie der
Zündkerzenelektrode (2).
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