Mittelektrode mit Edelmetallarmierung

Abstract

 Verfahren zur Herstellung einer Mittelelektrode mit Edelmetallarmierung, wobei man eine Mittelektrode verwendet, deren Zündspitze (2a) gegenüber dem Mittelelektrodenkörper (1/2) verjüngt ist, daß man auf die verjüngte Zündspitze (2a) einen Edelmetalldraht, dessen Querschnitt dem Querschnitt der verjüngten Zündspitze entspricht, flächig aufschweißt, und daß man diesen Edelmetalldraht in gewünschter Höhe (H) scharfkantig abschneidet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Mittelelektrode mit Edelmetallarmierung, insbesondere eine Zündkerzenelektrode mit Platinspitze sowie Verfahren zur Herstellung derselben.

[0002] Mittelelektroden mit Edelmetallarmierung werden vorzugsweise für Zündkerzen zur Hochspannungszündung verwendet, wobei die Armierung beispielsweise durch Einfügen von Edelmetallkugeln, -plättchen, -stifte in die Mittelelektrode durch Schweißen erfolgt. Herstellung der Edelmetalleinzelstücke und ihre Einbringung in die Mittelelektrode sind verfahrenstechnisch sehr aufwendig.

[0003] Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Schweißzone Edelmetall/Nickellegierung, die üblicherweise die Basis der gattungsgemäßen Mittelelektroden ist, Heißgaskorrosion und Funkenerosion ausgesetzt ist, so daß wegen der daraus resultierenden Schäden die Lebensdauererwartung begrenzt ist.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, Mittelelektroden und Verfahren zu deren Herstellung zur Verfügung zu stellen, mit denen die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden. Insbesondere sollen die erfindungsgemäßen Mittelelektroden eine hohe Lebensdauererwartung, gute Kaltstarteigenschaften und niedrigen Spannungsbedarf auch nach hohen Motorlaufzeiten aufweisen.

[0005] Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und die Mittelelektrode gemäß Anspruch 6 gelöst; weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den nachfolgenden Ansprüchen 2 bis 5 bzw. 7 bis 11.

[0006] Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt

[0007] Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch den Zündspitzenbereich einer erfindungsgemäßen Mittelelektrode und

[0008] Fig. 2 schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

[0009] Bei der dargestellten Ausführungsform besteht die erfindungsgemäße Mittelelektrode aus einem gut wärmeleitenden Kern 1, beispielsweise aus Kupfer, und einem Mantel 2 aus heißgaskorrosionsbeständigem Werkstoff, vorzugsweise Nickelbasislegierung.

[0010] Die Mittelelektrode weist eine verjüngte Zündspitze 2a auf, wobei dieser Bereich einen Durchmesser von etwa 2 mm oder weniger besitzt. Die Mittelelektrode ist zündseitig mit einem Abschnitt 3a eines Edelmetalldrahtes 3, insbesondere aus Platin, als Armierung versehen. Hierbei ist der zündseitige Randbereich 5 des Abschnitts 3a scharfkantig ausgebildet.

[0011] Der Durchmesser des Edelmetallabschnitts 3a entspricht hier dem Durchmesser der verjüngten Zündspitze 2a der Mittelelektrode. Edelmetallabschnitt 3a und verjüngte Zündspitze 2a sind an ihrer Kontaktfläche flächig durch Stumpfschweißverfahren, wie Widerstandsschweißen oder Reibschweißen und am Außenumfang durch Strahlungsschweißen wie Laserschweißen verschweißt. Während der Elektrodendraht zunächst flächig mit der Zündspitze 2a verschweißt wird, wird nach dem Abschneiden des Elektrodendrahtes mittels Strahlungsschweißens am äußeren Umfang im Bereich der Kontaktfläche ein Legierungsbereich 6 gebildet, in der die Werkstoffe des Edelmetallabschnitts 3a und der verjüngten Zündspitze 2a zu einer Legierung aus beiden verschmolzen sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Höhe H des Edelmetallabschnitts 3a etwa 0,5 mm.

[0012] Ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Mittelelektrode wird in Fig. 2 schematisch wiedergegeben.

[0013] Gemäß Fig. 2a wird auf die verjüngte Zündspitze 2a der Mittelelektrode ein Edelmetall-Endlosdraht 3 aufgesetzt und flächig durch ein Stumpfschweißverfahren wie Widerstandsschweißen oder Reibschweißen verschweißt, wobei bevorzugt die Durchmesser des Drahtes 3 und der Zündspitze 2a gleich sind.

[0014] Gemäß Fig. 2b wird der Draht 3 bis auf einen verbleibenden Abschnitt 3a scharfkantig abgeschnitten. Die Legierungsbildung zwischen Edelmetalldraht-Abschnitt 3a und Zündspitze 2a erfolgt gemäß Fig. 2c im Außenbereich 6 ihrer Auflage aufeinander durch Strahlungsschweißen C, bevorzugt Laserschweißen, unter Bildung einer Legierung des Edelmetalles mit dem Mittelelektrodenmantelwerkstoff.

[0015] Das erfindungsgemäße Verfahren ist überaus vorteilhaft durch den Umstand, daß anstelle der Anfertigung einzelner Einsatzstücke aus Edelmetall, wie eingangs beschrieben, Edelmetall-Endlosdraht verwendet werden kann, der wesentlich leichter und unaufwendiger handhabbar ist.

[0016] Das Schweißen des Endlosdrahtes mit herkömmlichen Widerstandsschweißeinrichtungen ist ohne weiteres durchführbar.

[0017] Das Abschneiden des Endlosdrahtes erlaubt die Ausbildung scharfer Kanten bei entsprechenden Schneidwerkzeugen; diese scharfen Schnittkanten sind bei Wiederholstarts und Kaltstarts besonders wirkungsvoll, weil durch sie der Spannungsbedarf abgesenkt wird.

[0018] Die Lebensdauererwartung der erfindungsgemäßen Mittelelektrode liegt bei über 100.000 Kilometer. Durch die Bildung einer Legierung zwischen dem Edelmetall und dem Material des Mittelelektrodenmantels werden Heißgaskorrosionsangriffe, Funkenerosion und chemische Angriffe auf die Schweißstelle der Edelmetallarmierung und der Mittelelektrode verhindert. Durch die Verjüngung der Mittelelektrode wird zusätzlich gute Gemischzugänglichkeit bewirkt.

[0019] Es wurde gefunden, daß bei der Funkenausbildung an der erfindungsgemäßen Mittelelektrode sich durch die verjüngte Zündspitze und durch die Bildung einer Platin/Nickel-Legierung in der Widerstandsschweißzone der Effekt ergibt, daß sich in der Durchbruchsphase der Funke im kleinsten Zündspalt zwischen Mittelelektrode und Masseelektrode bildet. In der Bogenphase und in der Glimmphase wechselt der Funke vom Edelmetall auf das "unedle" Metall, d.h. der Funke wechselt vom Platin auf die Nickellegierung der Mittelelektrode, so daß der eigentliche funkenerosive Abbrand an einer Stelle der Mittelelektrode stattfindet, der nicht den Spannungsbedarf der Funkenstrecke beeinflußt. Der Zündspalt zwischen Mittelelektrode (die zündseitige Funkenaustrittsfläche ist vollständig aus Edelmetall) und der gegebenenfalls ebenfalls mit Edelmetall armierten Masseelelektrode bleibt relativ konstant, so daß hohe Lebensdauern realisiert werden. Ein weiterer Vorteil besteht schließlich darin, daß sich durch den oben beschriebenen Effekt der Funke von der verjüngten, mit Edelmetall armierten Zündspitze in Richtung Mittelelektrode bewegt und dadurch in der Bogen- und Glimmphase (hier fließt der Strom der das Gemisch entflammt) einen längeren Plasmakanal ausbildet, was wiederum zu verbesserter Entflammung des Gemisches führt.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Mittelelektrode mit Edelmetallarmierung, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mittelektrode verwendet, deren Zündspitze (2a) gegenüber dem Mittelelektrodenkörper (1/2) verjüngt ist, daß man auf die verjüngte Zündspitze (2a) einen Edelmetalldraht(3), dessen Querschnitt dem Querschnitt der verjüngten Zündspitze entspricht, flächig aufschweißt, und daß man diesen Edelmetalldraht (3) in gewünschter Höhe (H) scharfkantig abschneidet.

2. Verfahren zur Herstellung einer Mittelelektrode mit Edelmetallarmierung, dadurch gekennzeichnet, daß man den Kontaktbereich von verbleibendem Abschnitt (3a) des Edelmetalldrahtes (3) und der verjüngten Zündspitze (2a) von außen durch Strahlungsschweißen, vorzugsweise Laserschweißen unter Legierungsbildung verschweißt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mittelektrode verwendet, deren Zündspitze auf einen Durchmesser von 2 mm, vorzugsweise 1 mm oder weniger verjüngt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Edelmetallendlosdraht (3) verwendet, dessen Durchmesser 2 mm, vorzugsweise 1 mm oder weniger beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Edelmetalldraht (3) auf einen verbleibenden Abschnitt (3a) der Höhe (H) von 0,3 bis 1,0 mm scharfkantig abschneidet.

6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verbindung von verjüngter Zündspitze (2a) der Mittelelektrode mit dem Edelmetalldraht (3) durch Widerstandsschweißen bewirkt.

7. Mittelelektrode mit Edelmetallarmierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine verjüngte Zündspitze (2a) aufweist, auf die stirnseitig ein Abschnitt (3a) eines Edelmetalldrahtes (3), der stirnseitig von scharfen Kanten (5) begrenzt wird, flächig aufgeschweißt ist, und wobei sich um den Bereich der Anlage von Edelmetalldrahtabschnitt (3a) an der verjüngten Zündspitze (2a) ein Legierungsbereich (6) zwischen dem Edelmetall und dem Material der Zündspitze der Mittelelektrode ringförmig erstreckt.

8. Mittelelektrode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der verjüngten Zündspitze der Mittelelektrode 2 mm, vorzugsweise 1 mm oder weniger beträgt.

9. Mittelelektrode nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des verbleibenden Edelmetalldrahtabschnittes (3a) 2 mm, vorzugsweise 1 mm, insbesondere weniger als 1 mm beträgt.

10. Mittelelektrode nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (H) des verbleibenden Abschnitts (3a) des Edelmetalldrahtes 0,3 bis 1,0 mm beträgt.

11. Mittelelektrode nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierungsbereich (6) durch Laserschweißen ausgebildet ist.

Zeichnung