Zündkerze

Abstract

 Zündkerze mit einem, insbesondere keramischen, Isolatorkörper und einer Mittelelektrode, welche zumindest teilweise in einer Bohrung im Isolatorkörper gelagert ist, wobei die Mittelelektrode - vorzugsweise ausschließlich - durch mindestens einen sie umgreifenden Dichtring gegenüber dem Isolatorkörper abgedichtet ist, wobei der Dichtring durch Verpressen plastisch verformbares Material aufweist.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze mit einem, insbesondere keramischen, Isolatorkörper und einer Mittelelektrode, welche zumindest teilweise in einer Bohrung im Isotatorkörper gelagert ist, wobei die Mittelelektrode - vorzugsweise ausschließlich - durch mindestens einen sie umgreifenden Dichtring gegenüber dem Isolatorkörper abgedichtet ist.

[0002] Zündkerzen weisen beim Stand der Technik unterschiedlichste Konfigurationen von Mittel- und Basiselektrode auf. Die Mittelelektrode ist hierbei in der Regel in einer Bohrung in einem Isolator geführt und ragt über diesen brennkammerseitig hinaus. Die für die Langlebigkeit und Druckfestigkeit der Zündkerze u.a. ebenfalls entscheidende Abdichtung zwischen Mittelelektrode und Isolatorkörper wird in der Regel durch Einbringen von glasähnlichen oder anderen Dichtmassen zwischen Mittelelektrode und Isolatorkörper realisiert. Hierbei ist es wichtig, dass die Dichtmasse eine gasdichte Verbindung herstellt.

[0003] Diese beim Stand der Technik bekannte Abdichtungsmaßnahme hat den Nachteil, dass es vergleichsweise aufwendig ist, die Dichtmasse so zwischen Mittelelektrode und Isolatorkörper einzubringen, dass auch die gewünschte gasdichte Abdichtung sichergestellt ist.

[0004] Aus der US 4,563,158 ist eine Glasabdichtung in Form eines Ringes aus vorgesintertem Glaspulver bekannt. Der Ring wird auf die Mittelelektrode aufgeschoben. Anschließend wird das Glaspulver unter Hitzeeinwirkung verschmolzen und dabei gleichzeitig in seine endgültige Position gedrückt.

[0005] Werden diese heutzutage bekannten Zündkerzen bei Brennkraftmaschinen, wie z.B. Großmotoren mit sehr hohen Innendrücken im Brennraum verwendet, so ergibt sich oft das Problem, dass die Zündkerzen nicht dauerhaft die geforderte Druckfestigkeit aufweisen. Hierdurch kann es dazu kommen, dass entweder Gas entweicht oder die Mittelelektrode aus dem Isolatorkörper während des Betriebs der Brennkraftmaschine ausgedrückt bzw. mit hohem Druck ausgeschossen wird, was wiederum eine Gefahr für Mensch und Maschine darstellen kann.

[0006] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine Zündkerze zur Verfügung zu stellen, bei der die gewünschte Druckfestigkeit gegeben ist.

[0007] Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Dichtring durch Verpressen plastisch verformbares Material aufweist.

[0008] Die erfindungsgemäße Abdichtung hat zunächst den Vorteil, dass die Herstellung der erfindungsgemäßen Zündkerze gegenüber dem Stand der Technik deutlich vereinfacht wird. Darüber hinaus wird durch den oder die vorzugsweise bei Raumtemperatur (ca. 20 °C) plastisch verformbaren Dichtring(e) aber auch eine sehr haltbare und hochdruckfeste Abdichtung zwischen Mittelelektrode und Isolatorkörper erreicht. Vorzugsweise kann hierbei auf die Verwendung weiterer Dichtmittel zur Abdichtung der Mittelelektrode gegenüber dem Isolatorkörper verzichtet werden, wobei der Dichtring oder die Dichtringe alleine für sich eine ausreichende und hochdruckfeste Abdichtung herstellen.

[0009] Die hierfür zu verwendenden Dichtringe können grundsätzlich aus verschiedenartigem Material hergestellt sein. Bevorzugt weist der Dichtring mindestens ein Metall oder eine Legierung von Metallen auf. Eine besonders langlebige und hochdruckfeste Abdichtung wird erzielt, wenn der Dichtring Weicheisen und/oder Kupfer und/oder Nickel und/oder Edelstahl und/oder Aluminiumwerkstoffe und/oder Legierungen dieser Werkstoffe aufweist.

[0010] Es kann hierbei sowohl die Verwendung nur eines Dichtringes als auch die Verwendung von zwei oder mehreren Dichtringen vorgesehen sein. Der oder die Dichtringe können dabei an unterschiedlichen Stellen innerhalb und außerhalb des Isolatorkörpers angeordnet sein. Eine erste Variante sieht vor, dass ein Dichtring am Isolatorkörper an dessen in Einbaustellung der Zündkerze zu einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine weisenden Ende anliegt, wobei wiederum eine besonders hochdruckfeste Abdichtung erreicht wird, wenn ein Dichtring in einer diesen teilweise umfassenden Vertiefung des Isolatorkörpers an diesem anliegt.

[0011] Beim Stand der Technik ist es bereits bekannt, auf das in Einbaustellung zu einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine weisende Ende der Mittelelektrode einen sogenannten Mittelelektrodenträger aufzustecken und/oder aufzupressen und/oder aufzuschweißen und/oder anderweitig daran zu befestigen. Bei solchen Zündkerzen ist es meist günstig, wenn ein Dichtring zwischen dem Mittelelektrodenträger und dem Isolatorkörper angeordnet, vorzugsweise eingeklemmt ist. Alternativ zum vergleichsweise teuren und vorsichtig zu behandelnden Mittelelektrodenträger kann auch vorgesehen sein, dass ein Befestigungsring auf das zu einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine weisende Ende der Mittelelektrode aufgesteckt und/oder aufgepresst und/oder aufgeschweißt und/oder dergleichen ist, wobei wiederum ein Dichtring zwischen dem Befestigungsring und dem Isolatorkörper angeordnet, vorzugsweise eingeklemmt ist. Sollte kein Mittelelektrodenträger und kein Befestigungsring vorgesehen sein, so kann die Mittelelektrode an ihrem in Einbaustellung der Zündkerze zur Brennkammer einer Brennkraftmaschine weisenden Ende außerhalb des Isolatorkörpers alternativ auch einen Bereich vergrößerten Durchmessers aufweisen, wobei dann ein Dichtring zwischen dem Bereich mit vergrößertem Durchmesser und dem Isolatorkörper angeordnet oder vorzugsweise eingeklemmt sein kann.

[0012] Neben diesen Varianten, bei denen ein Dichtring am brennkammerseitigen Ende des Isolatorkörpers angeordnet ist, kann anstelle dessen oder auch ergänzend dazu vorgesehen sein, dass mindestens ein Dichtring innerhalb des Isolatorkörpers liegt. Eine günstige Variante sieht hierbei wiederum vor, dass ein Dichtring innerhalb des Isolatorkörpers zwischen einer die Mittelelektrode umgreifenden Schulter des Isolatorkörpers und einem Bereich vergrößerten Durchmessers der Mittelelektrode angeordnet, vorzugsweise eingeklemmt ist.

[0013] Wie bereits erwähnt, ist es ein wesentlicher Vorteil der verschiedenen Varianten der erfindungsgemäßen Zündkerze, dass sie besonders schnell und einfach hergestellt werden können. Ein hierfür vorgesehenes Verfahren kann folgende Schritte aufweisen:

a) Einbringen der Mittelelektrode in die dafür vorgesehene Bohrung im Isolatorkörper, wobei mindestens ein Dichtring, vorzugsweise alle Dichtringe, an der dafür vorgesehenen Stelle angeordnet wird (werden),

b) Verpressen der Mittelelektrode mit dem Isolatorkörper, wobei der (die) Dichtring(e) die Mittelelektrode gegen den Isolatorkörper abdichtet (abdichten) und plastisch verformt wird (werden).

[0014] Bei Zündkerzen, welche einen Mittelelektrodenträger und/oder mindestens einen Befestigungsring aufweisen, ist es hierbei wiederum günstig, wenn während oder nach Verfahrensschritt b) ein Mittelelektrodenträger und/oder mindestens ein Befestigungsring auf das in Einbaustellung der Zündkerze zur Brennkammer einer Brennkraftmaschine weisende Ende der Mittelelektrode aufgesteckt und/oder aufgepresst und/oder aufgeschweißt wird, wobei der Dichtring zwischen dem Mittelelektrodenträger und/oder dem Befestigungsring einerseits und dem Isolatorkörper andererseits abdichtet, und plastisch verformt wird.

[0015] Weitere Einzelheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung. Dabei zeigt:

Fig. 1

eine erste Variante einer erfindungsgemäßen Zündkerze mit einem Mittelelektrodenträger, und

Fig. 2

eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsvariante ohne Mittelelektrodenträger.

[0016] Die in Fig. 1 in einem Längsschnitt dargestellte Zündkerze weist, wie beim Stand der Technik bekannt, einen Isolatorkörper 1 mit einer Bohrung auf, in die eine Mittelelektrode 2 eingesetzt ist. Der Isolatorkörper 1 wird vom Zündkerzengehäuse 3 umfasst und ist gegen dieses mittels der Dichtungen 11 gasdicht und druckfest abgedichtet. Das Zündkerzengehäuse 3 weist ein Gewinde 4 zum Einschrauben der Zündkerze in den Zylinderkopf auf. Des weiteren ist am hinteren Ende der Mittelelektrode 2 ein Zündkerzensteckeranschluss 12 vorgesehen. Am brennkammerseitigen Ende der Zündkerze ist ein Masseelektrodenträger 5 elektrisch leitend auf das Zündkerzengehäuse 3 aufgesetzt und ein Mittelelektrodenträger 7 elektrisch leitend mit der Mittelelektrode 2 verbunden. Die Verbindung zwischen der Mittelelektrode 2 und dem Mittelelektrodenträger 7 erfolgt wie beim Stand der Technik bekannt günstigerweise durch Aufsetzen des Mittelelektrodenträgers 7 auf die Mittelelektrode 2 und anschließendes Verpressen und Verschweißen der beiden Bauteile. Die Zündfunken entstehen beim Betrieb der Zündkerze zwischen den Elektroden 8 des Mittelelektrodenträgers 7 und den Masseelektroden 6, welche elektrisch leitend auf den Masseelektrodenträger 5 aufgesetzt sind.

[0017] Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die Mittelelektrode 2 gegen den Isolatorkörper 1 vorzugsweise ausschließlich mittels der Dichtringe 10 abgedichtet ist. Ein solcher Dichtring 10 befindet sich in der Vertiefung 9 des Isolatorkörpers 1 und ist zwischen dem Mittelelektrodenträger 7 und dem Isolatorkörper 1 eingeklemmt. Ein zweiter Dichtring ist zwischen einer Schulter 15 innerhalb des lsolatorkörpers 1 und einem Bereich 14 der Mittelelektrode 2 mit vergrößertem Durchmesser eingeklemmt. Beim Einklemmen der Dichtringe werden diese plastisch verformt, wodurch sich eine besonders gute Abdichtung ergibt. Durch die an diesem Ausführungsbeispiel gezeigte Anordnung der erfindungsgemäßen Dichtringe 10 kann die beim Stand der Technik bekannte Verwendung von verschiedenen z.B. glasartigen Dichtmassen zur Abdichtung zwischen Mittelelektrode und Isolatorkörper 1 vorzugsweise vollständig entfallen.

[0018] Bei der Anordnung der erfindungsgemäßen Dichtringe 10 zwischen Mittelelektrode 2 und Isolatorkörper 1 gibt es verschiedene erfindungsgemäße Alternativen zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform. So zeigt Fig. 2 eine Zündkerze, bei der kein gesonderter Mittelelektrodenträger 7 zum Einsatz kommt. Bei diesem Beispiel wird auf die Mittelelektrode 2 ein Befestigungsring 13 aufgesteckt und/oder aufgepresst und/oder aufgeschweißt. Zwischen diesem Befestigungsring 13 und dem Isalatorkörper 1 kann wiederum die Dichtung 10 in der Vertiefung 9 angeordnet bzw. eingeklemmt werden.

[0019] Ein besonders günstiges Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze gemäß Fig. 1 oder Fig. 2 sieht vor, dass zunächst die Mittelelektrode 2 unter Beilage einer Dichtung 10 in den Isolatorkörper 1 eingeschoben wird. Schließlich wird auf die Mittelelektrode 2 auf ihre der Brennkammer zugewandte Seite ein zweiter Dichtungsring 10 aufgeschoben, sodass dieser in der Vertiefung 9 des Isolatorkörpers 1 zu liegen kommt. Als nächster Schritt wird nun der Mittelelektrodenträger 7 mit den bereits zuvor aufgeschweißten Elektroden 8 (vorzugsweise Edelmetallelektroden) oder der Befestigungsring 13 in Richtung des Dichtringes 10 durch eine hier nicht weiter dargestellte Anpressvorrichtung gedrückt. Während dieses Anpressvorganges wird die Mittelelektrode 2 auf der von der Brennkammer abgewandten Seite abgestützt. Durch diesen Anpressvorgang kommt es zu einer plastischen Verformung der beiden Dichtringe 10. In diesem vorgespannten Zustand wird der Mittelelektrodenträger 7 und/oder der Befestigungsring 13 mit der Mittelelektrode 2 z.B. mittels Laser-(kontinuierlicher oder gepulster Laser), WIG-, Plasma-, Widerstands- oder Elektronenstrahlschweißverfahren verschweißt. Hierdurch wird zum einen eine Abdichtung erzeugt und zum zweiten der Mittelelektrodenträger 7 fixiert und abgestützt, sodass diese Anordnung hochdruckbeständig ist und es zu keinem Herausdrücken der Mittelelektrode 2 durch den Druck im Brennraum kommen kann. Besonders günstig ist die Verwendung des Laserschweißverfahrens, da hier die Bauteile im vorgespannten Presszustand verschweißt werden, und die Wärmeeinbringung auf einen sehr kleinen, lokalen Bereich beschränkt wird. Zur Ferüigstellung der Zündkerze wird nun der so hergestellte Verbund aus Isolatorkörper 1, Mittelelektrode 2 und Mittelelektrodenträger 7 unter Beilage der Dichtungen 11 in das Zündkerzengehäuse 3 eingebaut. Das Zündkerzengehäuse 3 kann hierbei aus zwei Teilen aufgebaut sein, die nach Einbringen des Isolatorkörpers im Bereich 16 miteinander verpresst und verschweißt werden. Anschließend wird noch in an sich bekannter Weise der Masseelektrodenträger 5 am Gehäuse 3 angeschweißt, wobei vorab wiederum die Masseelektroden 6 (vorzugsweise ebenfalls aus Edelmetall) am Masseelektrodenträger 5 angeschweißt werden. Die Verwendung eines Befestigungsringes 13 anstatt oder ergänzend zu einem Mittelelektrodenträger 7 hat den Vorteil, dass der Befestigungsring 13 beim Aufpressen weniger leicht beschädigt wird. So kann abweichend von Fig. 1 und Fig. 2 auch vorgesehen sein, dass die Mittelelektrode 2 zunächst mit einem Befestigungsring 13 verpresst wird und erst anschließend der vergleichsweise empfindliche Mittelelektrodenträger 7 zusätzlich an dem zur Brennkammer weisenden Ende der Mittelelektrode 2 befestigt wird.

[0020] Wie anhand der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiele demonstriert ist, gibt es zahlreiche verschiedene Varianten, die Mittelelektrode 2 gegen den Isolatorkörper 1 unter der erfindungsgemäßen Verwendung der Dichtringe 10 abzudichten, sodass die Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt ist.

[0021] Alternativ zu den in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen kann die Mittelelektrode auch vom brennkammerseitigen Ende in den Isolatorkörper 1 eingeschoben und durch entsprechende Ringe od. dgl. am von der Brennkammer abgewandten Ende des Isolatorkörpers 1 befestigt werden. In diesem Fall ist es unter anderem günstig, wenn an der Stelle der Mittelelektrode 2, an der in dem gezeigten Ausführungsbeispielen der Dichtring 13 oder der Mittelelektrodenträger 7 aufsitzen, die Mittelelektrode selbst einen größeren Durchmesser aufweist, sodass wiederum ein Dichtring 10 eingeklemmt werden kann. Das weiter oben geschilderte Verfahren zur Herstellung von Zündkerzen kann hierbei von einem Fachmann im Sinne der Erfindung angepasst werden.

Ansprüche

1. Zündkerze mit einem Isolatorkörper und einer Mittelelektrode, welche zumindest teilweise in einer Bohrung im Isolatorkörper gelagert ist, wobei die Mittelelektrode durch mindestens einen sie umgreifenden Dichtring gegenüber dem Isolatorkörper abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring durch Verpressen plastisch verformbares Material aufweist.

2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring mindestens ein Metall oder eine Legierung von Metallen aufweist.

3. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring mindestens ein Metall aus der Gruppe, gebildet aus Weicheisen und Kupfer und Nickel und Edelstahl, oder Aluminiumwerkstoffe oder Legierungen dieser Werkstoffe aufweist.

4. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring am Isolatorkörper an dessen in Einbaustellung der Zündkerze zu einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine weisenden Ende anliegt.

5. Zündkerze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring in einer diesen teilweise umfassenden Vertiefung des Isolatorkörpers an diesem anliegt.

6. Zündkerze nach Anspruch 1, wobei auf das in Einbaustellung zu einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine weisende Ende der Mittelelektrode ein Mittelelektrodenträger aufgesteckt oder aufgepresst oder aufgeschweißt oder dergleichen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring zwischen dem Mittelelektrodenträger und dem Isolatorkörper angeordnet oder eingeklemmt ist.

7. Zündkerze nach Anspruch 1, wobei auf das in Einbaustellung zu einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine weisende Ende der Mittelelektrode ein Befestigungsring aufgesteckt oder aufgepresst oder aufgeschweißt oder dergleichen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring zwischen dem Befestigungsring und dem Isolatorkörper angeordnet oder eingeklemmt ist.

8. Zündkerze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelelektrodenträger oder der Befestigungsring an der Mittelelektrode mit einem kontinuierlichen oder gepulsten Laserschweißverfahren oder einem WIG-Schweißverfahren oder einem Plasmaschweißverfahren oder einem Elektronenstrahlschweißverfahren oder einem Widerstandschweißverfahren angeschweißt ist.

9. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelelektrode an ihrem in Einbaustellung der Zündkerze zur Brennkammer einer Brennkraftmaschine weisenden Ende außerhalb des Isolatorkörpers einen Bereich vergrößerten Durchmessers aufweist und der Dichtring zwischen dem Bereich mit vergrößertem Durchmesser und dem Isolatorkörper angeordnet oder eingeklemmt ist.

10. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring innerhalb des Isolatorkörpers zwischen einer die Mittelelektrode umgreifenden Schulter des Isolatorkörpers und einem Bereich vergrößerten Durchmessers der Mittelelektrode angeordnet oder eingeklemmt ist.

11. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolatorkörper ein keramischer Isolatorkörper ist.

12. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelelektrode ausschließlich durch mindestens einen sie umgreifenden Dichtring gegenüber dem Isolatorkörper abgedichtet ist.

13. Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte aufweist:

a) Einbringen der Mittelelektrode in die dafür vorgesehene Bohrung im Isolatorkörper, wobei mindestens ein Dichtring oder alle Dichtringe an der dafür vorgesehenen Stelle angeordnet wird (werden).

b) Verpressen der Mittelelektrode mit dem (solatorkörper, wobei der (die) Dichtring(e) die Mittelelektrode gegen den Isolatorkörper abdichtet (abdichten) und plastisch verformt wird (werden).

14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass während oder nach Verfahrensschritt b) ein Mittelelektrodenträger oder mindestens ein Befestigungsring auf das in Einbaustellung der Zündkerze zur Brennkammer einer Brennkraftmaschine weisende Ende der Mittelelektrode aufgesteckt oder aufgepresst und/oder aufgeschweißt wird, wobei der Dichtring zwischen dem Mittelelektrodenträger oder dem Befestigungsring einerseits und dem Isolatorkörper andererseits abdichtet, und plastisch verformt wird.

Zeichnung