Elektrisch leitendes Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung

Abstract

 Elektrisch leitendes Bauelement, insbesondere Elektrodenelement, Zündkerze, elektrische Durchführung oder Widerstandselement mit einem Isolator (1) und wenigstens einem durch den Isolator hindurchführenden Leiter, der aus wenigstens zwei Teilen (2, 4) besteht, die durch eine Glaseinschmelzung (3) miteinander verbunden und im Isolator fest angeordnet sind, wobei die Glaseinschmelzung aus einem vorgepreßten und vorgesinterten Glasgranulatteil gebildet ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein elektrisch leitendes Bauelement, insbesondere ein Elektrodenelement, eine Zündkerze, eine elektrische Durchführung oder ein Widerstandselement und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

[0002] Derartige herkömmliche Bauelemente bestehen aus einem von einer Innenbohrung durchsetzten, keramischen Isolator und einer Mittelelektrode, wobei die Mittelelektrode mit Kitt, Klebstoff, Harz usw. in der Bohrung des Isolators befestigt ist. Das hat den Nachteil, daß die Isolator-Elektroden-Verbindung ungenügende mechanische Festigkeit (Torsion, Ausziehwerte) aufweist. Ferner erfüllen solche Verbindungen nicht die Anforderung bezüglich Temperaturfestigkeit. Die Herstellung ist zudem sehr kostenintensiv, da kittverschmierte Teile gereinigt werden müssen und das Abwasser durch Kittmehl verunreinigt wird, wodurch ein Absatzbecken erforderlich wird.

[0003] Die Herstellung von derartigen Bauelementen ist in dieser Form nicht automatisierbar und weist eine geringe Fertigungssicherheit auf.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges, elektrisch leitendes Bauelement, insbesondere ein Elektrodenelement, eine Zündkerze, eine elektrische Durchführung oder ein Widerstandselement zur Verfügung zu stellen, das die Anforderungen hinsichtlich mechanischer Festigkeit und Einstellbarkeit seiner elektrischen Parameter, insbesondere seines Widerstandes, sowie der Temperaturbeständigkeit erfüllt.

[0005] Durch die Erfindung wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelementes geschaffen.

[0006] Dazu ist das erfindungsgemäße elektrisch leitende Bauelement dadurch gekennzeichnet, daß die Glaseinschmelzung aus einem vorgepressten und vorgesinterten Glasgranulatteil gebildet ist.

[0007] Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 5 angegeben.

[0008] Das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem im Isolator wenigstens eine Bohrung vorgesehen wird und die beiden Leiterteile in der Bohrung über eine Glaseinschmelzung verbunden und fest angeordnet werden, ist dadurch gekennzeichnet, daß für die Glaseinschmelzung ein vorgepreßter und vorgesinterter Glasgranulatteil zwischen den Leiterteilen in der Bohrung angeordnet wird, die dadurch gebildete Anordnung annähernd auf die Schmelztemperatur des Glasgranulatteils erwärmt wird, die Leiterteile gegeneinander gepreßt werden, wodurch ein elektrischer Kontakt zwischen den Leiterteilen hergestellt wird, und danach die in dieser Weise erzeugte Glaseinschmelzung im Isolator erkalten gelassen wird.

[0009] Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Gegenstand des Patentanspruchs 7.

[0010] Der zur Glaseinschmelzung verwendete Glasgranulatteil kann verschiedene elektrische Leitfähigkeiten aufweisen. Für eine Zündelektrodenvorrichtung, z.B. eine Zündkerze, wird im allgemeinen ein elektrisch gut leitendes Glas verwendet.

[0011] Es ist durch die Verwendung von niederohmigem bzw. hochohmigem Widerstandsglas auch möglich, ein elektrisches Widerstandselement zwischen den beiden Leiterteilen vorzusehen, wenn beim mechanischen Gegeneinanderdrücken der beiden Leiterteile ein bestimmter Abstand bleibt, der mit Glasgranulat gefüllt ist.

[0012] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Zündelektrode im eingeschmolzenen Zustand,

Fig. 2 einen Glaswiderstand in einem Keramikrohr,

Fig. 3 eine Zündelektrode mit Absatz in der Bohrung,

Fig. 4 einen Keramikblock mit zwei Bohrungen,

Fig. 5 einen zwischen die Leiterteile eingeschmolzenen Halbleiter,

Fig. 6 eine Widerstandseinrichtung bei einer Stahlmantelzündkerze,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung des Leiters und des Isolators vor der Glaseinschmelzung.

[0013] In Fig. 1 ist eine Zündelektrode mit glatter Bohrung dargestellt. Sie umfaßt einen Isolator 1, eine zweiteilige Mittelelektrode 2, 4 und eine Glaseinschmelzung 3. Die Glaseinschmelzung dient dazu, die beiden Elektrodenteile elektrisch miteinander zu verbinden und im Isolator 1 zu befestigen und ist aus einem vorgepreßten und vorgesinterten Glasgranulatteil gebildet. Der Abstand zwischen den beiden Elektrodenteilen 2, 4 ist variierbar. Je nach Größe des Abstandes und Art des verwendeten Glases (positiver oder negativer Temperaturkoeffizient, spezifischer Widerstand) erhält man verschiedene Widerstandswerte zwischen den Elektrodenteilen 2, 4. Insbesondere können sich die Elektrodenteile berühren. In diesem Fall stellt die Glaseinschmelzung keinen Widerstand dar. Man kann ferner durch die Verwendung von hochleitfähigem Glas einen niederohmigen Durchgang (< 100 mΩ) erzeugen. Durch die Verwendung von hochohmigem Glas lassen sich hochbelastbare, hochspannungsfeste Widerstände mit geringer Induktivität und, wegen der genauen Dosierungsmöglichkeit des Glases, geringer Widerstandsstreuung herstellen. Es lassen sich so Zündelektroden mit Entstör- oder Abbrandwiderstand herstellen. Typisch verfügbare Werte wären z.B.
1 oder 5 kΩ für 25 W Dauerlast (φ 2 mm Anschlußteile, φ 6 mm Keramikrohr-Aussendurchmesser, Keramiklänge 50 mm). Sowohl niederohmige als auch mit Entstörwiderstand versehene hochohmige Zündelektroden finden Anwendung bei Öl- und Gasbrennern.

[0014] Fig. 2 stellt gemäß einer der bevorzugten Ausführungen der Erfindung einen Glaswiderstand 6 in einem Isolator (Keramikrohr) dar, der durch die Glaseinschmelzung gebildet ist.

[0015] Fig. 3 und 4 zeigen spezielle Ausführungen des erfindungsgemäßen Bauelements. In Fig. 3 ist die Bohrung mit einer Schulter 7 versehen, an der ein an einem Ende mit einem breiteren Kopf 8 versehenes Leiterteil zur Auflage gebracht ist. Der Isolator in Fig. 4 weist zwei Leiter- bzw. Elektrodenbohrungen 9, 10 mit entsprechenden Leitern auf.

[0016] Fig. 5 zeigt eine weitere besondere Ausführungsart, bei der zwischen die Elektrodenteile 2, 4 ein keramischer Halbleiter 5 (Widerstand, Varistor) eingeschmolzen ist.

[0017] Fig. 6 zeigt eine Widerstandseinschmelzung 6a einer Stahlmantelzündkerze (voll geschirmte Zündkerze).

[0018] Bei sämtlichen Ausführungen ist es vorteilhaft, die (metallischen) Elektrodenteile oberflächlich anzurauhen, zu rändeln, zu kordeln oder auch mit Grat abzuhauen oder hintergriffig unrund zu drücken. Hierdurch werden mechanische Ausziehwerte, z.B. bei φ 2 Metallstiften, von bis zu 1.600 N erreicht. Die Metallteile können vor dem Einschmelzen bereits außerhalb des Isolators bearbeitet, z.B. gebogen oder mit Spitze versehen sein. Ebenso können spezielle Anschlußteile montiert sein, soweit sie der Einschmelztemperatur standhalten. Fertigungsgünstig und kostengünstig sind Drahtbiegeteile mit hintergriffigen Anprägungen verwendbar. Die Elektroden oder Anschlußteile können anschließend weiter bearbeitet werden, z.B. außerhalb des Isolators gebogen, angespitzt oder mit weiteren Teilen verbunden werden.

[0019] Anhand von Fig. 7 wird das Verfahren zur Herstellung eines Bauelements, insbesondere einer Zündelektrode gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung erläutert. Das Verfahren besteht aus den folgenden Schritten:

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Im Isolator 1 wird eine Bohrung vorgesehen,

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in die Bohrung wird ein Leiterteil 2 eingefügt,

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in die Bohrung wird ein vorgesintertes und vorgepreßtes Glasgranulatteil 11 eingefügt,

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dann wird von der anderen Seite der Bohrung das zweite Leiterteil 4 eingefügt,

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die Anordnung wird nun annähernd auf die Schmelztemperatur des Glases gebracht und die Leiter- bzw. Elektrodenteile 2 und 4 werden mechanisch gegeneinander gepreßt, wodurch das Glas 11 verformt wird und in den Spalt zwischen dem Isolator 1 und den Leiter- bzw. Elektrodenteilen 2 und 4 fließt und den elektrischen Kontakt zwischen den Leiterteilen 2, 4 herstellt. Nach Erkalten sind die Leiter- bzw. Elektrodenteile durch das Glas elektrisch miteinander verbunden und im Isolator festgehalten. Bei der Ausbildung einer Bohrung mit Schulter im Isolator kann der Glasgranulatteil für die Glaseinschmelzung von der Seite des Bohrungsteils mit großem Durchmesser eingeführt werden.

[0020] Durch den Einsatz des Sinterformglases 3 ersetzt man aufwendige Dosiereinrichtungen für pulverförmiges Glasgranulat. Damit bietet das Verfahren auch Vorteile bei der Herstellung von Zündkerzen, deren Mittelelektrode aus zwei Teilen besteht (siehe Fig. 6). Das herkömmliche Verfahren zur Verbindung dieser Teile beinhaltet die Einschmelzung von pulverförmigen Glasgranulat. Beim Einfüllen dieses Glasgranulats müssen besondere Maßnahmen zum Schutz der Isolierstrecke getroffen werden, da das Glasgranulat leitfähige Spuren hinterlassen kann. Auf diese Schutzmaßnahmen kann bei der Verwendung eines vorgesinterten, vorgepreßten Glasgranulatteils verzichtet werden, da dieses kaum leitfähige Spuren an der Isolator-Isolierstrecke hinterläßt.

[0021] Durch eine entsprechende Abstimmung der verwendeten Werkstoffe (in der Wärmeausdehnung dem Glas angepaßtes Metall für die Leiter- bzw. Elektrodenteile) lassen sich in dieser Weise auch elektrische Durchführungen herstellen, die bis 450°C vakuum- und druckdicht sind.

Ansprüche

1. Elektrisch leitendes Bauelement, insbesondere Elektrodenelement, Zündkerze, elektrische Durchführung oder Widerstandselement mit einem Isolator und wenigstens einem durch den Isolator hindurchführenden Leiter, der aus wenigstens zwei Teilen besteht, die durch eine Glaseinschmelzung miteinander verbunden und im Isolator fest angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Glaseinschmelzung (3) aus einem vorgepreßten und vorgesinterten Glasgranulatteil gebildet ist.

2. Elektrisch leitendes Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator eine glatte Bohrung (12) aufweist, durch die der Leiter (2, 3, 4) führt.

3. Elektronisch leitendes Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator eine Bohrung mit Schulter (7) aufweist, an der ein an einem Ende mit einem breiteren Kopf (8) versehenes Leiterteil zur Auflage gebracht ist.

4. Elektrisch leitendes Bauelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator zwei Bohrungen (9, 10) mit entsprechenden Leitern aufweist.

5. Elektrisch leitendes Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Leiterteilen (2, 4) ein keramischer Halbleiter (5) oder Varistor eingeschmolzen ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines Bauelements nach Anspruch 1, bei dem
   im Isolator wenigstens eine Bohrung vorgesehen wird und die beiden Leiterteile in der Bohrung über eine Glaseinschmelzung verbunden und fest angeordnet werden,
   dadurch gekennzeichnet, daß für die Glaseinschmelzung ein vorgepreßter und vorgesinterter Glasgranulatteil zwischen den Leiterteilen in der Bohrung angeordnet wird, die dadurch gebildete Anordnung annähernd auf die Schmelztemperatur des Glasgranulatteils erwärmt wird, die Leiterteile gegeneinander gepreßt werden, wodurch ein elektrischer Kontakt zwischen den Leiterteilen hergestellt wird, und danach die in dieser Weise erzeugte Glaseinschmelzung im Isolator erkalten gelassen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Isolator eine Bohrung mit Schulter vorgesehen wird und zur Bildung der Glaseinschmelzung der Glasgranulatteil von der Seite des Bohrungsteils mit großem Durchmesser eingeführt wird.

Zeichnung