[0001] Die Erfindung geht aus von einem Zündverteiler für Verbrennungskraftmaschinen mit
einem Gehäuse, in welchem drehbar ein Verteilerläufer gelagert ist, der nahe bei
seiner Drehachse eine erste Elektrode und an seinem von der Drehachse entfernten
Ende eine zweite Elektrode und dazwischen eine die zwei Elektroden verbindende elektrische
Leitung hat,
und mit einer das Gehäuse abschließenden Verteilerkappe, welche auf ihrer Innenseite
am Umfang verteilt mehrere mit der zweiten Elektrode des Verteilerläufers zusammenarbeitende
festelektroden sowie eine Mittelelektrode hat, welche unter Bildung einer Funkenstrecke
in geringem Abstand von der ersten Elektrode des Verteilerläufers endet,
wobei in dem aus der ersten Elektrode des Verteilerläufers und der Mittelelektrode
gebildeten Elektrodenpaar eine Elektrode stiftförmig ausgebildet ist.
Stand der Technik
[0002] Ein solcher Zündverteiler ist aus der DE-37 43 940 Al bekannt. Bei dem bekannten
Zündverteiler ist die erste Elektrode des Verteilerläufers, welche zusammen mit der
Mittelelektrode der Verteilerkappe eine Funkenstrecke bildet, als Buchse ausgebildet,
in welche die stiftförmige Mittelelektrode hineinragt. Beide Elektroden bestehen -
wie bei Funkenstrecken üblich - aus Messing. Damit der Funkenüberschlag bei einer
möglichst niedrigen Bogenspannung erfolgt, wird angestrebt, den Wirkabstand zwischen
den beiden Elektroden so gering wie möglich zu halten; er beträgt typisch 0,5 mm und
sollte maximal 1 mm betragen.
[0003] Die Elektroden der Funkenstrecke unterliegen zwar anders als die sonst üblichen Schleifkontakte
zwischen dem Verteilerläufer und der Mittelelektrode der Verteilerkappe keinem mechanischen
Verschleiß, dennoch ist die Lebensdauer der die Funkenstrecke bildenden Elektroden
bislang unbefriedigend.
Darstellung der Erfindung
[0004] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zündverteiler der eingangs
genannten Art mit längerer Lebensdauer des die Mittelelektrode der Verteilerkappe
einschließenden Elektrodenpaares zu schaffen.
[0005] Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Zündverteiler mit den im Anspruch 1 angegebenen
Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
[0006] Bei der Suche nach der erfindungsgemäßen Lösung wurde festgestellt, dass eine Ursache
für den Verschleiß im mittleren Elektrodenpaar darin besteht, dass die beiden Elektroden
nicht genau koaxial zueinander angeordnet sind. Das hat zur Folge, dass die stiftförmige
Mittelelektrode der Verteilerkappe über ihren Umfang ungleichmässig abbrennt, weil
der Funke bevorzugt an der engsten Stelle des Ringspaltes zwischen der Mittelelektrode
und der buchsenförmigen Elektrode des Verteilerläufers überspringt. Der naheliegende
Weg, die Lösung der Aufgabe in Maßnahmen zu suchen, die Abweichungen von einer genau
koaxialen Anordnung zu verringern, führten jedoch nicht zum Erfolg, denn zum einen
zeigt es sich, dass bedingt durch Aufbau und Anordnung des Zündverteilers die beobachteten
Abweichungen von der exakt koaxiale Anordnung praktisch unvermeidbar sind, zum anderen
zeigt es sich, dass selbst bei verbesserter koaxialer Anordnung der beiden Elektroden
noch immer ein zu starker Elektrodenverschleiß auftrat, der zu einer zu niedrigen
Lebensdauer führte Die Erfinder haben dann herausgefunden, dass der Elektrodenverschleiß
nicht nur auf Funkenerosion zurückzuführen ist, sondern dass die Elektrodenfläche
auch chemisch angegriffen wird. Der chemische Angriff hat vermutlich unterschiedliche
Ursachen. Zum einen kommt es durch den Funkenüberschlag und die ihn begleitende Energieumsetzung
zu einer Anregung der umgebenden Gasatmosphäre, wobei sich Ozon und Stickoxide bilden
dürften. Ausserdem unter liegen die Elektroden und der sie umgebende Kunststoff einer
erheblichen thermischen Beanspruchung durch die Funkenentladungen, so dass Bestandteile
des Kunststoffs zersetzt und freigesetzt werden, darunter auch chlorhaltige Bestandteile
aus flammhemmenden Substanzen. Vermutlich kommt es so zur Ausbildung eines aggressiven
Gasgemisches, welches auf die Elektrodenoberflächen einwirkt und wesentlich zu ihrem
Verschleiß beiträgt.
[0007] Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Zündverteilers wird zweierlei erreicht:
Dadurch, dass die Elektrode, welche mit der stiftförmigen Elektrode zusammenarbeitet,
nicht wie beim Stand der Technik eine Buchse ist, welche die stiftförmige Elektrode
über ihren ganzen Umfang umschließt, sondern eine Elektrode, welche die stiftförmige
Elektrode nicht oder über weniger als den ganzen Umfang umschließt, kann selbst bei
mangelnder koaxialer Anordnung der Funken nicht stets an der selben Stelle auf die
stiftförmige Elektrode überschlagen sondern muss zwangsweise wandern, wobei der Abbrand
um so gleichmässiger wird, je geringer der Winkel ist, um den die stiftförmige Elektrode
von der anderen Elektrode umschlossen wird. Die stiftförmige Elektrode wird deshalb
von der anderen Elektrode vorzugsweise über weniger als den halben Umfang umschlossen.
Ausserdem können die aggressiven Gase, deren Erzeugung die Funkenentladung begleitet,
aus dem Bereich der beiden Elektroden leichter entweichen, wenn die stiftförmige
Elektrode anders als beim Stand der Technik nicht länger von einer geschlossenen
Buchse umgeben ist. Besonders günstig ist es, wenn jene andere Elektrode, die zusammen
mit der stiftförmigen Elektrode die Funkenstrecke bildet, eine der stiftförmigen Elektrode
zugewandte, im wesentlichen ebenen Oberfläche hat, denn dann erreicht man einen besonders
gleichmässigen Abbrand der stiftförmigen Elektrode und das Entweichen der aggressiven
Gase aus dem Elektrodenbereich ist besonders leicht und wird dann, wenn die stiftförmige
Elektrode die Mittelelektrode der Verteilerkappe ist, noch dadurch begünstigt, dass
die andere, sich mit dem Verteilerläufer drehende Elektrode, für eine Luftbewegung
sorgt, die das Entweichen der aggressiven Gase aus dem Elektrodenbereich fördert,
insbesondere dann, wenn die ebene Oberfläche der sich drehenden Elektrode gegen die
Längsachse der stiftförmigen Elektrode geneigt oder windschief angeordnet ist.
[0008] Grundsätzlich kann die Erfindung so ausgeführt werden, dass die stiftförmige Elektrode
entweder die Mittelelektrode der Verteilerkappe oder die erste Elektrode des Verteilerläufers
ist, wobei die erste Möglichkeit bevorzugt wird, weil sie eine bessere Durchlüftung
des Elektrodenbereiches ermöglicht, als wenn die stiftförmige Elektrode am Verteilerläufer
angebracht wäre. Zur Verbesserung der Durchlüftung ist es von Vorteil, die erste Elektrode
des Verteilerläufers nicht wie bisher versenkt im Verteilerläufer anzubringen, sondern
sie vom Grundkörper des Verteilerläufers abstehen und in den Raum zwischen dem Verteilerläufer
und der Verteilerkappe ragen zu lassen. Vorzugsweise läßt man in diesen Raum weiterhin
einen Fortsatz des Verteilerläufers hineinragen, der wie ein Ventilatorflügel für
eine zusätzliche Luftumwälzung sorgt. Die erste Elektrode des Verteilerläufers kann
ein Teil dieses für die Luftumwälzung vorgesehenen Fortsatzes oder von ihm getrennt
sein, ihm beispielsweise - bezogen auf die Drehachse - diametral gegenüberliegen.
[0009] Wird die stiftförmige Elektrode von der anderen Elektrode teilweise umgeben, so kann
es der Belüftung des Elektrodenbereiches förderlich sein, die umgebende Elektrode
perforiert auszubilden. Eine weitere Möglichkeit, die Belüftung des Elektrodenbereiches
zu verbessern, besteht darin, im Verteilerläufer im Bereich der stiftförmigen Elektrode
ein durchgehendes Loch vorzusehen, welches zweckmässigerweise der stiftförmigen Mittelelektrode
der Verteilerkappe gegenüberliegt, aber nicht in Richtung der Drehachse verlaufen
muss, sondern vorzugsweise schräg zur Drehachse verläuft, wodurch eine Pumpwirkung
erzielt wird.
[0010] Eine andere Möglichkeit, den Elektrodenbereich gut zu be-. lüften, besteht darin,
die stiftförmige Elektrode und die andere Elektrode nicht nebeneinander, sondern einander
gegenüberliegend anzuordnen, so dass der Funkenüberschlag von der Spitze der stiftförmigen
Elektrode zur gegenüberliegenden Elektrode erfolgt, welche der stiftförmigen Elektrode
vorzugsweise eine ebene Oberfläche zukehrt, welche größer ist als die Querschnittsfläche
der stiftförmigen Elektrode, so dass Abweichungen von einer genau koaxialen Anordnung
für das Betreiben der Funkenstrecke unschädlich sind.
[0011] Eine weitere Möglichkeit, die Belüftung der Funkenstrecke zu verbessern, besteht
darin, das man die erste Elektrode des Verteilerläufers auf ihrer der stiftförmigen
Mittelelektrode der Verteilerkappe zugewandten Seite mit einem Vorsprung, insbesondere
mit einer zur stiftförmigen Elektrode parallelen Rippe versieht, welche die Wirkung
eines Ventilatorflügels hat. Eine nochmals erhöhte Lebensdauer erreicht man, wenn
man diesen Vorsprung aus einem Werkstoff mit höherer Verschleißfestigkeit bildet,
als ihm die Elektrode im Bereich ausserhalb des Vorsprungs aufweist; ausserhalb des
Bereichs des Vorsprungs, wo die Elektrode keiner Funkenentladung ausgesetzt ist,
kann sie aus einem leicht verarbeitbaren, elektrisch gut leitenden Werkstoff wie
Kupfer oder Messing bestehen, auf welchen der verschleißfestere Vorsprung aufgeschweißt
ist. Durch geeignete Werkstoffauswahl kann man auf unterschiedliche Weise zu verschleißfesteren
Elektroden gelangen. Eine Möglichkeit besteht darin, die Elektrode aus einem Werkstoff
herzustellen oder mit einem Werkstoff zu bestücken, der edler ist als Kupfer. Besonders
eignen sich Werkstoffe, die wenigstens 20 Gew.-% Silber oder wenigstens 10 Gew.-%
Palladium enthalten, insbesondere Silber-Nickel-Verbundwerkstoffe oder Palladium-Kupfer-Legierungen.
Besonders geeignet sind Werkstoffe aus Silber mit 10 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 30
Gew.-% Nickel oder aus Palladium mit 10 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 15 Gew.-% Kupfer.
Derartige Werkstoffe sind zwar zu Verwendung als elektrische Kontakte an sich bekannt,
als Werkstoffe für Elektroden in Funkenstrecken jedoch unüblich. Durch ihren Edelmetallgehalt
zeigen sie eine erhöhte chemische Beständigkeit gegenüber den aggressiven Gasen, die
durch die Funkenentladung entstehen.
[0012] Eine andere vorteilhafte Möglichkeit, die chemische Beständigkeit der Elektroden
zu erhöhen, besteht darin, sie aus Werkstoffen herzustellen oder mit Werkstoffen
zu bestücken, die sich mit einer passivierenden Deckschicht überziehen. In diesem
Zusammenhang eignen sich besonders Werkstoffe aus der Gruppe der Legierungen von Kupfer
mit Nickel, wobei der Nickelgehalt zweckmässigerweise zwischen 10 und 40 Gew.-%, vorzugsweise
ungefähr 30 Gew.-% beträgt; durch Zulegieren von wenig Eisen (1 bis 2 Gew.-%) kann
die chemische Beständigkeit noch weiter verbessert werden. Ausserdem eignen sich für
die Elektroden Werkstoffe aus mit Chrom legierten Stählen, weil diese sich mit einer
passivierenden Deckschicht aus Chromoxid vor dem Angriff der aggressiven Gase schützen.
Auch diese sich mit einer passivierenden Deckschicht überziehenden Werkstoffe sind
für Elektroden in Funkenstrecken nicht üblich.
[0013] Günstig auf die Elektrodenlebensdauer wirkt es sich auch aus, wenn man dem Elektrodenwerkstoff
geringe Mengen einer Substanz hinzufügt, welches die Elektronenaustrittsarbeit erniedrigt,
z.B. Thoriumoxid. Elektroden mit niedrigerer Elektronenaustrittsarbeit erfordern
für den Funkenüberschlag eine geringere Bogenspannung und das Bedeutet, dass der
Funkenüberschlag von einem geringeren Energieumsatz begleitet ist. Dadurch werden
im Zündverteiler nicht nur die elektrischen Verluste verringert, sondern es entstehen
auch weniger reaktive Gase.
Weg zur Ausführung der Erfindung
[0014] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in den beigefügten Zeichnungen
dargestellt.
Figur 1 zeigt einen Zündverteiler im Querschnitt; der Schnitt ist rechtwinklig zur
Drehachse des Verteilerläufers durch den Verteilerläufer gelegt, gemäß Schnittlinie
A-B in Figur 2;
Figur 2 zeigt die relative Anordnung von Verteilerkappe und Verteilerläufer in einem
durch die Drehachse des Verteilerläufers gelegten Längsschnitt gemäß Schnittlinie
E-F in Figur 1, und
Figur 3 zeigt einen weiteren Längsschnitt durch die Anordnung aus Verteilerkappe und
Verteilerläufer, und zwar im Vergleich zur Figur 2 um 90° versetzt, gemäß der Schnittlinie
C-D in Figur 1.
[0015] Vom Gehäuse des Zündverteilers ist lediglich die Verteilerkappe 1 dargestellt, welche
eine stiftförmige Mittelelektrode 2 und an ihrem Umfang verteilt mehrere zur Mittelelektrode
2 parallele Festelektroden 3 aufweist, die auf der Innenseite der Verteilerkappe
der Mittelelektrode 2 zugewandte Elektrodenflächen 3a haben.
[0016] Im Zündverteiler befindet sich ein Verteilerläufer 4, welcher um eine Achse 5 drehbar
ist, die koaxial zur Mittelelektrode 2 verläuft. Der flache Grundkörper des Verteilerläufers
hat drei Bohrungen 6, 7 und 8 zur Befestigung des Verteilerläufers am Ende der Nockenwelle
einer Verbrennungskraftmaschine, deren Gehäuse (Motorblock) zugleich die eine Hälfte
des Gehäuses des Zündverteilers bildet, dessen andere Hälfte die Verteilerkappe 1
ist. Der Verteilerläufer trägt zwei Elektroden. Eine erste, längliche Elektrode 9
ist auf der Oberseite des Grundkörpers des Verteilerläufers 4 angeordnet, erstreckt
sich in radialer Richtung und endet dicht, nämlich in einem Abstand von ungefähr 0,5
mm, vor der Mantelfläche der zylindrischen Mittelelektrode 2 der Verteilerkappe. An
einer radial aussen liegenden Stelle trägt der Verteilerläufer eine zweite Elektrode
10, welche eine radial nach aussen weisende Oberfläche hat, welche bei Drehung des
Verteilerläufers in geringem Abstand vor den Oberflächen 3a der Festelektroden 3 vorbeiläuft.
Die Elektroden 9 und 10 sind durch eine in den Verteilerläufer eingebettete elektrische
Leitung 11 miteinander verbunden.
[0017] Wie am besten die Figur 3 zeigt, handelt es sich bei der ersten, mit der Mittelelektrode
2 zusammenarbeitenden Elektrode 9 des Verteilerläufers um eine quaderförmige Elektrode,
die eine ebene Endfläche 9a der Mittelelektrode 2 zugewandt hat. Die Normalen der
radial verlaufenden Oberflächen der Elektrode 9 schließen mit der Drehachse 5 des
Verteilerläufers 4 einen Winkel von ungefähr 45° ein.
[0018] Durch diese Orientierung wirkt die Elektrode 9 wie ein Ventilatorflügel, der im Raum
zwischen dem Verteilerläufer 4 und der Verteilerkappe 1 für eine Luftumwälzung sorgt.
Die Luftumwälzung wird durch einen der Elektrode 9 diametral gegenüberliegenden Fortsatz
12 des Verteilerläufers verstärkt. Durch die Luftumwälzung findet im Bereich der Funkenstrecke,
die zwischen der Mittelelektrode 2 und der ersten Elektrode 9 des Verteilerläufers
gebildet ist, ein ständiger Luftaustausch statt, der die den Funkenüberschlag begleitenden
aggressiven Gase abführt, wodurch die Elektroden 9 und 2 ihrem chemischen Angriff
entzogen werden. Ausserdem wird die Mittelelektrode 2 nicht einseitig beansprucht,
sondern brennt gleichmässig ab, weil die erste Elektrode 9 des Verteilerläufers einseitig
neben der Mittelelektrode 2 angeordnet ist und um diese herumgeführt wird.
Gewerbliche Anwendbarkeit
[0019] Die Erfindung ist im Bereich des Automobilgewerbes (Hersteller, Zulieferer, Ersatzteilgeschäft)
anwendbar.
1. Zündverteiler für Verbrennungskraftmaschinen mit einem Gehäuse, in welchem drehbar
ein Verteilerläufer gelagert ist, der nahe bei seiner Drehachse eine erste Elektrode
und an seinem von der Drehachse entfernten Ende eine zweite Elektrode und dazwischen
eine die zwei Elektroden verbindende elektrische Leitung hat,
und mit einer das Gehäuse abschließenden Verteilerkappe, welche auf ihrer Innenseite
am Umfang verteilt mehrere mit der zweiten Elektrode des Verteilerläufers zusammenarbeitende
Festelektroden sowie eine Mittelelektrode hat, welche unter Bildung einer Funkenstrecke
in geringem Abstand von der ersten Elektrode des Verteilerläufers endet,
wobei in dem aus der ersten Elektrode des Verteilerläufers und der Mittelelektrode
gebildeten Elektrodenpaar eine Elektrode stiftförmig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die andere Elektrode (9) des Elektrodenpaares (2, 9) die stiftförmige Elektrode
(2) nicht oder über weniger als den ganzen Umfang umschließt.
2. Zündverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Elektrode
(9) des Elektrodenpaares (2, 9) die stiftförmige Elektrode (2) über weniger als den
halben Umfang umschließt.
3. Zündverteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Elektrode
der Spitze der stiftförmigen Elektrode (2) gegenüberliegt.
4. Zündverteiler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß jene andere Elektrode (9) eine der stiftförmigen Elektrode (2) zugewandte, im
wesentlichen ebene Oberfläche (9a) hat.
5. Zündverteiler nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Normale auf der ebenen Oberfläche (9a) gegen die Längsachse (5) der stiftförmigen
Elektrode (2) geneigt ist.
6. Zündverteiler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Elektrode (9) des Verteilerläufers (2) vom Grundkörper des Verteilerläufers
(4) absteht und in den Raum zwischen dem Verteilerläufer (4) und der Verteilerkappe
(1) ragt.
7. Zündverteiler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Verteilerläufer (4) einen bezüglich seiner Drehachse (5) exzentrisch angeordneten,von
seinem Grundkörper in den Raum zwischen dem Verteilerläufer (4) und der Verteilerkappe
(1) ragenden Fortsatz (12) hat, welcher von der ersten Elektrode (9) elektrisch isoliert
ist.
8. Zündverteiler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichent,
daß die stiftförmige Elektrode (2) die Mittelelektrode ist.
9. Zündverteiler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilerläufer
(4) ein der stiftförmigen Elektrode (2) gegenüberliegendes, durchgehendes Loch hat.
10. Zündverteiler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die andere Elektrode perforiert ist.
11. Zündverteiler nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß auch die andere Elektrode stiftförmig ist.
12. Zündverteiler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden stiftförmigen Elektroden im Durchmesser unterschiedlich sind.
13. Zündverteiler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Elektrode
auf ihrer der stiftförmigen Elektrode zugewandten Seite einen Vorsprung hat.
14. Zündverteiler nach Anspruch 2 und 13, dadurch gekennzeichnet,
daß der Vorsprung eine Rippe ist, welche parallel zur stiftförmigen Elektrode (2)
verläuft.
15. Zündverteiler nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet,
daß der Vorsprung aus einem Werkstoff mit höherer Verschleißfestigkeit besteht als
ihn die Elektrode im Bereich außerhalb des Vorsprungs aufweist.
16. Zündverteiler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens eine Elektrode des Elektrodenpaares (2,9) aus einem Werkstoff besteht
oder mit einem Werkstoff bestückt ist, welcher edler ist als Kupfer.
17. Zündverteiler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff aus
der Gruppe der Verbundwerkstoffe bzw. Legierungen mit wenigstens 20 Gew.-% Silber
oder mit wenigstens 10 Gew.-% Palladium ausgewählt ist.
18. Zündverteiler nach Anspruch 17,dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff aus Silber
mit Nickel oder aus Palladium mit Kupfer besteht.
19. Zündverteiler nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff aus
Silber mit 10 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 30 Gew.-% Nickel,oder aus Palladium mit
10 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 15 Gew.-% Kupfer besteht.
20. Zündverteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens eine Elektrode des Elektrodenpaares (2,9) aus einem Werkstoff besteht
oder mit einem Werkstoff bestückt ist, welcher sich mit einer passivierenden Deckschicht
überzieht.
21. Zündverteiler nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff aus
der Gruppe der Legierungen von Kupfer mit Nickel und der mit Chrom legierten Stähle
ausgewählt ist.
22. Zündverteiler nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,
daß der Werkstoff eine Legierung von Kupfer mit 10 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 30
Gew.-% Nickel ist.
23. Zündverteiler nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,
daß der Werkstoff bis zu 2 Gew.-% Eisen enthält.
24. Zündverteiler nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Werkstoff
eine für die chemische Trägheit bestimmende Komponente und eine die Verschleißfestigkeit
gegenüber Funkenerosion steigernde Komponente miteinander kombiniert sind.
25. Zündverteiler nach Anspruch 16 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff
bis zu 5 Gew.-% einer die Elektronenaustrittsarbeit herabsetzenden Substanz enthält.