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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Eine derartige Zündkerze ist beispielsweise aus der
EP 0 269 267 B1 bekannt. Die Zündkerze weist ein Gehäuse auf, an dem eine Masseelektrode festgelegt ist. Im Gehäuse befindet sich ein Isolator mit einer Längsbohrung, in der eine Mittelelektrode angeordnet ist. Durch Anlegen einer Hochspannung erstreckt sich zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode eine Funkenstrecke. Aufgrund des steigenden Bedarfs an höherer Motorleistungsfähigkeit in Kombination mit verbrauchsärmeren Motoren wird für Zündkerzen eine Verbesserung der Zündfähigkeit gefordert. Es ist bekannt, dass für diesen Zweck Zündkerzen vorgeschlagen wurden, bei denen ein erster Edelmetallstift an den Bereich einer Stirnfläche einer Masseelektrode und ein zweiter Edelmetallstift, der an die Stirnfläche einer Mittelelektrode angebunden ist. Beide Edelmetallstifte liegen sich direkt gegenüber, d. h. die Symmetrieachsen beider Edelmetallstifte sind auf einer Linie angeordnet.
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Die Schweißnaht befindet sich am Umfang der Grenzfläche zwischen dem Edelmetallstift und der Stirnfläche der Masseelektrode und erstreckt sich im günstigsten Fall über den kompletten Umfang (360°) der Grenzfläche.
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Ein erster Nachteil des üblichen Herstellungsverfahrens ist, dass ein aufwendiger Schweißvorgang an der montierten Zündkerze erforderlich ist, um die genaue Überdeckung beider Edelmetallstifte zu gewährleisten. Ein weiterer Nachteil resultiert aus der Abfolge der bekannten Verfahrensschritte. Da die Masseelektrode bereits mit dem Gehäuse der Zündkerze verbunden ist, bevor der Edelmetallstift an die Stirnfläche der Masseelektrode angebunden wird, kann eine umlaufende Schweißverbindung zwischen Masseelektrode und Edelmetallstift nicht sicher erreicht werden, da der volle Umfang für den Schweißvorgang nicht zur Verfügung steht.
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass die zwei sich gegenüberliegenden Edelmetallabschnitte von Mittelelektrode und Masseelektrode präzise ausgerichtet werden können, so dass deren Symmetrieachsen auf einer Linie angeordnet sind.
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Hierzu ist vorgesehen, dass in einem ersten Schritt der Elektrodengrundkörper mit dem Edelmetallabschnitt zu dem Masseelektrodenabschnitt verbunden wird und in einem zweiten Schritt dieser Masseelektrodenabschnitt mit dem Masseelektrodengrundkörper zur Masseelektrode verbunden wird. Auf diese Weise kann man die präzise Ausrichtung der sich gegenüberliegenden Edelmetallabschnitte von Mittelelektrode und Masseelektrode so gewährleisten, dass deren Symmetrieachsen auf einer Linie angeordnet sind. Durch die resultierende genaue Überdeckung beider Edelmetallabschnitt erhält man optimale Entflammungsbedingungen.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich.
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In einem ersten Ausführungsbeispiel wird der Masseelektrodengrundkörper mit dem Gehäuse der Zündkerze verbunden und im Anschluss daran wird der Masseelektrodenabschnitt mit dem Masseelektrodengrundkörper verbunden. Da der Masseelektrodengrundkörper erst mit dem Gehäuse verbunden wird und danach der Masseelektrodenabschnitt an dem Masseelektrodengrundkörper festgelegt wird, kann die Ausrichtung des Masseelektrodenabschnitts bzgl. der Ausrichtung der Mittelelektrode erfolgen. Dabei wird die Symmetrieachse der Mittelelektrode, die einen Edelmetallabschnitt aufweist, als Referenz herangezogen.
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Eine Bohrung kann vorteilhaft so in den Masseelektrodenkörper eingebracht werden, dass die Längsachse der Bohrung mit der Längsachse der Mittelelektrode übereinstimmt. Die Position, an der die Bohrung in den Masseelektrodenkörper eingebracht wird, kann beispielsweise über bildgebende Verfahren ermittelt werden. Dadurch kann der Masseelektrodenabschnitt so in den Masseelektrodengrundkörper eingepasst werden, dass sich der Edelmetallabschnitt der Mittelelektrode und der Edelmetallabschnitt des Masseelektrodengrundkörpers gegenüberliegen und ihre Symmetrieachsen auf einer Linie angeordnet sind.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Masseelektrodenabschnitt mit dem Masseelektrodengrundkörper verbunden, bevor der Masseelektrodengrundkörper am Gehäuse der Zündkerze festgelegt wird. Dabei wird wiederum eine Bohrung so in den Masseelektrodengrundkörper eingebracht, dass deren Längsachse nach Montage der Masseelektrode am Gehäuse der Zündkerze entlang der Längsachse der Mittelelektrode verläuft.
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Vorteilhaft wird bei dem Verfahren zur Verbindung sowohl von Edelmetallabschnitt und Elektrodengrundkörper zum Masseelektrodenabschnitt als auch von Masseelektrodenabschnitt und Masseelektrodengrundkörper ein kontinuierlicher Laserschweiß-Prozess eingesetzt. Dies hat gegenüber einem aus dem Stand der Technik bekannten gepulst arbeitenden Lasers den Vorteil, dass Ungleichmäßigkeiten der Oberfläche verringert und innerhalb der vollständig oder zumindest teilweise aufgeschmolzenen Zone Risse, Poren, Lunker und Schwankungen der jeweiligen Legierungsanteile, welche alle die Verbindung Edelmetall/Elektrodenmaterial schwächen, deutlich reduziert werden. Somit kann mit diesem Laserschweiß-Prozess die Standzeit des Bauteils beim Betrieb erhöht werden.
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Vorteilhaft wird das Verfahren zur Verbindung von Edelmetallabschnitt und Elektrodengrundkörper so ausgeführt, dass die für die Dauerhaltbarkeit der Verbindung zwischen Edelmetallabschnitt und Masseelektrode maßgebliche Schweißung ununterbrochen über den kompletten Umfang (360°) erfolgt. Der Edelmetallabschnitt kann auf diese Weise so mit dem Elektrodenkörper zum Masseelektrodenabschnitt verbunden werden, dass sich die resultierende Schweißnaht am Umfang der Grenzfläche zwischen dem Edelmetallabschnitt und der Stirnfläche des Elektrodengrundkörpers befindet und sich ununterbrochen über den kompletten Umfang erstreckt. Da insbesondere Schweißverbindungen von Ni-Basis-Legierungen und Ir-, Pt-Legierungen aufgrund stark unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten kritisch bezüglich unvollständig ausgeführter Schmelzbereiche sind, wird durch die sich über den gesamten Umfang erstreckende, ununterbrochene Verbindung eine deutliche Verbesserung der Dauerhaltbarkeit erzielt.
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Vorteilhaft sieht die geometrische Ausführung des Elektrodengrundkörpers bereichsweise die Form eines Kegels vor, der unterhalb der Kegelspitze einen kreisförmigen Kegelschnitt dergestalt aufweist, dass der Edelmetallabschnitt die Fläche des Kegelschnitts belegt. Besonders vorteilhaft hat der Kegel einen Öffnungswinkel im Bereich von 60° bis 180°, vorzugsweise 160°. Durch diese spezielle Form findet eine Funkenbildung bevorzugt zwischen den Edelmetallabschnitten der Masse- und Mittelelektrode statt, da die Aufheizung der Elektroden durch den Funken durch die konische Form reduziert wird und somit der größtmögliche Teil der Funkenenergie für den Zündvorgang zur Verfügung steht.
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Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt 1 den brennraumseitigen Abschnitt einer Zündkerze, 2 den Verfahrensschritt der Herstellung des Masseelektrodenabschnitts. 3 zeigt den nach dem Schweißvorgang resultierenden Masseelektrodenabschnitt, 4 zeigt eine Ausführungsform eines Masseelektrodengrundkörpers und 5 zeigt den Verfahrensschritt zur Verbindung von Masseelektrodenabschnitt und Masseelektrodengrundkörper zur Masseelektrode
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Die 1 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung einen durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten brennraumseitigen Abschnitt einer Zündkerze 10 mit einem brennraumseitigen Ende 11. Die Zündkerze 10 umfasst ein metallisches Gehäuse 21, das mit einem Gewinde 22 versehen ist. Die Zündkerze 10 wird in ein Gegengewinde eines Zylinderkopfes eines Verbrennungsmotors eingeschraubt, so dass die Zündkerze 10 mit ihrem brennraumseitigen Ende 11 in einen Brennraum 29 eines Zylinders des Verbrennungsmotors ragt.
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Im Gehäuse 21 ist ein keramischer Isolator 31 gasdicht festgelegt. Der Isolator 31 weist eine Längsbohrung 32 mit einer Symmetrieachse auf, die die Längsachse 33 des Isolators 31 und damit der Zündkerze 10 bildet. In der Längsbohrung 32 des Isolators 31 ist brennraumseitig eine Mittelelektrode 41 eingebracht, die auf ihrer Stirnseite ein Edelmetallabschnitt 42 aufweist. Der Isolator 31 ragt am brennraumseitigen Ende 11 der Zündkerze 10 aus dem Gehäuse 21 heraus. Die Mittelelektrode 41 erstreckt sich über die Stirnseite des Isolators 31 hinaus in den Brennraum 29.
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Am Gehäuse 21 ist eine Masseelektrode 67 festgelegt. Die Masseelektrode 67 ist als sogenannte Dachelektrode ausgebildet, die sich ausgehend vom Gehäuse 21 zunächst in eine Richtung parallel zur Längsachse 33 der Zündkerze 10 erstreckt und die eine Biegung um 90 Grad hin zur Mittelelektrode 41 aufweist, so dass sich die Masseelektrode 67 bis über die Mittelelektrode 41, also bis in den Bereich der Längsachse 33 der Zündkerze 10 erstreckt (Luftfunkenkerze). Die Masseelektrode 67 weist einen Masseelektrodengrundkörper 61 auf, in den eine Bohrung 68 eingebracht ist. In der Bohrung ist ein Masseelektrodenabschnitt 62 eingelassen, der aus einem Elektrodengrundkörper 63 und einem Edelmetallabschnitt 64 besteht und die über eine Schweißnaht 66 miteinander verbunden sind.
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Die 2 zeigt einen ersten Verfahrensschritt zur Herstellung der in 1 gezeigten Zündkerze 10. Mittels eines Lasers 51 und einer Optik 52 wird ein Laserstrahl 53 auf den Umfang der Grenzfläche 65 zwischen Edelmetallabschnitt 64 und Elektrodengrundkörper 63 gerichtet. Der Laser 51 arbeitet kontinuierlich, wird also im continous-wave Modus (cw) betrieben. Der Laserstrahl 53 trifft im Bereich eines Laserflecks 70 auf den Umfang der Grenzfläche 65 zwischen Edelmetallabschnitt 64 und Elektrodengrundkörper 63 auf und bewirkt so einen Wärmeeintrag, der zum Aufschmelzen des Edelmetallabschnitts 64 und des Elektrodengrundkörpers 63 im Bereich ihrer Grenzfläche 65 führt.
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Die 3 zeigt den Masseelektrodenabschnitt 62, der durch Verschweißung von Elektrodengrundkörper 63 und Edelmetallabschnitt 64 entstanden ist. Die resultierende erste Schweißverbindung 66 befindet sich am Umfang der Grenzfläche zwischen dem Edelmetallabschnitt 64 und der Stirnfläche des Elektrodengrundkörpers 63 und erstreckt sich über den kompletten Umfang.
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Die 4 zeigt den Masseelektrodengrundkörper 61, der eine Bohrung 68 mit einer Längsachse 69 aufweist.
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5 zeigt einen zweiten Verfahrensschritt, bei dem der Masseelektrodenabschnitt 62 in die Bohrung 68 des Masseelektrodengrundkörpers eingebracht und mit diesem verbunden wird. Mittels eines Lasers 51 und einer Optik 52 trifft ein Laserstrahl 53 auf die dem Brennraum 29 zugewandte Fläche des Masseelektrodengrundkörpers 61, insbesondere auf den Rand der Bohrung 68 des Masseelektrodengrundkörper 61. Durch den Laserstrahl 53 wird ein Wärmeeintrag im Bereich des Laserflecks 71 sowohl im Masseelektrodengrundkörper 61 als auch im Masseelektrodenabschnitt 62 bewirkt, der zum Aufschmelzen des Masseelektrodengrundkörpers 61 und des Masseelektrodenabschnitts 62 im Bereich der gesamten Grenzfläche zwischen beiden führt, woraus eine zweite Schweißverbindung 72 resultiert. Aus der Verschmelzung der beiden entsteht die Masseelektrode 67.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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