DE10354439A1

DE10354439A1 - Zündkerze und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE10354439A1
Application number: DE10354439A
Authority: DE
Inventors: Keiji Kariya Kanao; Tsunetoshi Kariya Goto
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-11-22
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2023-11-22
Also published as: FR2847731A1; US6885137B2; DE10354439B4; FR2847731B1; US20040100178A1; JP4230202B2; JP2004172053A

Abstract

Bei einer Zündkerze wird in einem Gehäuse (10) ein Isolator (20) und in dem Isolator (20) eine Mittelelektrode (30) gehalten, die über einen Funkenspalt (70) einer Masseelektrode (40) gegenüberliegt. Mit den einander gegenüberliegenden, dem Funkenspalt zugewandten Oberflächen der Mittelelektrode (30) und der Masseelektrode (40) sind stabförmige Zündspitzen (50, 60) verbunden, die jeweils aus einer Ir-Legierung bestehen. Die jeweilige Gestaltung der Querschnittsfläche (55) der Zündspitze aus Ir-Legierung ist entlang einer zur Achse der Zündspitze senkrechten Ebene nicht rund. Wenn unterstellt wird, dass in der Querschnittsfläche (55) dieser Zündspitze aus Ir-Legierung ein Umkreis (C1) einen größten Durchmesser A unter fiktiven Kreisen hat, die mindestens drei Abschnitte eines sichtbaren Umrisses der Querschnittsfläche berühren, und ein Inkreis (C2) einen größten Durchmesser B unter Inkreisen hat, die mit dem Umkreis (C1) gleichachsig sind, ist das Verhältnis B/A des Durchmesser B zu dem Durchmesser A größer oder gleich 0,8 und kleiner als 1,0.

Description

Die Erfindung befasst sich mit einer Zündkerze für einen Verbrennungsmotor, die eine aus einer Ir-Legierung (Iridiumlegierung) bestehende Zündspitze hat, die mit mindestens einem der gegenüberliegenden Abschnitte einer Mittelelektrode und einer Masseelektrode verbunden ist, die sich über einen dazwischen liegenden Funkenspalt gegenüberliegen. Außerdem befasst sich die Erfindung mit einem Verfahren zur Herstellung dieser Zündkerze. Die Erfindung ist auf verschiedene Arten von Zündkerzen anwendbar, die in Kraftfahrzeugen, Heizkraftanlagen, Gasdruckpumpen usw. verwendet werden.

Im Allgemeinen hat eine Zündkerze eine Mittelelektrode, einen die Mittelelektrode haltenden Isolator, ein den Isolator haltendes und fixierendes Gehäuse und eine Masseelektrode, von der ein Endabschnitt mit dem Gehäuse verbunden ist und der andere Endabschnitt der Mittelelektrode über einen Funkenspalt gegenüberliegt.

Damit bei dieser Art von Zündkerze eine lange Lebensdauer gewährleistet ist, um die Anforderungen nach hohem Leistungsvermögen und leichter Instandhaltung der Motoren zu erfüllen, befindet sich auf einem Funkenabgabeabschnitt der Mittelelektrode oder der Masseelektrode, der einem der dem Funkenspalt zugewandten, einander gegenüberliegenden Abschnitte der Mittelelektrode bzw. Masseelektrode entspricht, eine Zündspitze aus einer Ir-Legierung.

Der Wärmeausdehnungskoeffizient der Ir-Legierung unterscheidet sich stark von dem des Elektrodenbasismaterials (z.B. Nickellegierung usw.). Deswegen muss verhindert werden, dass sich die Zündspitze aus der Ir-Legierung durch thermische Beanspruchung von der Elektrode löst. Zu diesem Zweck findet eine Laserschweißung Anwendung, um zwischen der Zündspitze aus der Ir-Legierung und dem Elektrodenbasismaterial eine Schmelzschicht zu bilden, die verglichen mit den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Ir-Legierung und des Elektrodenbasismaterials einen mittleren Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, wodurch sich die zwischen der Zündspitze aus der Ir-Legierung und der Elektrode wirkende thermische Belastung verringert und zwischen diesen eine hervorragende Bindungsfähigkeit sichergestellt wird.

Bei dem Laserschweißverfahren wird die Zündspitze aus der Ir-Legierung mit dem Elektrodenbasismaterial zuvor durch Widerstandschweißen oder dergleichen vereint und wird dann auf die gesamte Umfangsfläche der Zündspitze aus der Ir-Legierung ein Laserstrahl aufgebracht, während die vereinte Anordnung um die Achse der Zündspitze gedreht wird.

In diesem Fall wird das Laserschweißvermögen stark durch die Gestaltung der Zündspitze und des Elektrodenbasismaterials an der jeweiligen Laserauftreffposition beeinflusst. Wenn die Gestaltung der Zündspitze und des Elektrodenbasismaterials bezogen auf den Laserstrahl nicht an jeder Laserauftreffposition gleichmäßig ist, ist der Aufschmelzvorgang des Schweißabschnitts an der jeweiligen Laserauftreffposition verschieden und kann die Bindungsfähigkeit zwischen der Zündspitze aus der Ir-Legierung und der Elektrode nicht sichergestellt werden. Daher ist es üblich, dass die Zündspitze aus der Ir-Legierung eine Säulen- oder Zylinderform hat, so dass die Gestaltung der Zündspitze an jeder Laserauftreffposition konstant ist, wenn die Zündspitze während des Schweißvorgangs um ihre Achse gedreht wird.

Die Zündspitze aus der Ir-Legierung in eine Säulen- oder Zylinderform zu bringen, erfordert jedoch im Wesentlichen einen Walzvorgang, einen Drahtziehvorgang und viele andere Vorgänge (siehe z.B. die japanische Patentschrift Nr. 3000955, die dem US-Patent Nr. 5977695 entspricht).

Um die Herstellungskosten zu verringern, wurde auch vorgeschlagen, eine Zündspitze aus einer Ir-Legierung zu verwenden, die in dem entlang der zur Achse der Zündspitze senkrechten Ebene verlaufenden Querschnitt eine viereckige oder sechseckige Gestaltung hat und mit der Elektrode durch Laserschweißen verbunden ist (siehe z.B. die japanische Patentschrift Nr. 3000955, die dem US-Patent Nr. 5 977 695 entspricht).

Laut den von den Erfindern durchgeführten Untersuchungen hat jedoch eine Zündspitze mit viereckigem oder sechseckigem Querschnitt einen so kleinen Spitzen- oder Stirnwinkel, dass sich an dem Schweißabschnitt der Zündspitze und der Elektrode aufgrund der Kantenwirkung eine hohe Spannung konzentriert. Daher kann die viereckige oder sechseckige Zündspitze verglichen mit einer säulenförmigen Zündspitze keine zufrieden stellende Bindungsfähigkeit sicherstellen.

Angesichts dessen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Zündkerze zur Verfügung zu stellen, mit der sich nicht nur die Bearbeitungs- oder Herstellungsvorgänge für die Zündspitze aus der Ir-Legierung vereinfachen lassen, sondern auch die Bindungsfähigkeit der durch Laserschweißen mit dem Elektrodenbasismaterial verbundenen Zündspitze sichern lässt.

Die Erfinder betonen den Nachteil der komplizierten Bearbeitungsvorgänge, die nötig sind, wenn die Zündspitze aus der Ir-Legierung in eine Säulenform gebracht wird, doch erkennen sie auch die hervorragende Bindungsfähigkeit der Zündspitze beim Laserschweißen an, die die kreisförmige Zündspitze mit sich bringt. Die Erfinder untersuchten daher die Möglichkeit, die Bindungsfähigkeit einer nicht säulenförmigen Zündspitze auf ein Niveau zu verbessern, das mit dem einer säulenförmigen Zündspitze vergleichbar ist.

Und zwar ließen sich die Bearbeitungsvorgänge für die Zündspitze stark vereinfachen, wenn die stabförmige Zündspitze aus der Ir-Legierung auch dann eingesetzt werden könnte, wenn ihre Querschnittsfläche entlang einer zu ihrer Achse senkrechten Ebene nicht rund wäre. Die Erfinder untersuchten daher bezogen auf die Bindungsfähigkeit den zulässigen Bereich für die Unrundheit der Querschnittsfläche der Zündkerze.

Zu diesem Zweck unterstellten die Erfinder das Vorhandensein eines Umkreises mit einem größten Durchmesser A unter fiktiven Kreisen, die mindestens drei Abschnitte eines sichtbaren Umrisses der Querschnittsfläche berühren, sowie das Vorhandensein eines Inkreises mit einem größten Durchmesser B unter mit dem obigen Umkreis gleichachsigen Inkreisen (vgl. 3A und 3B).

Darüber hinaus verwendeten die Erfinder bei der Beurteilung der Bindungsfähigkeit der Zündspitze beim Laserschweißen ein Verhältnis B/A, d.h. das Verhältnis des Durchmessers B des oben beschriebenen Inkreises zu dem Durchmesser A des oben beschriebenen Umkreises, als einen Parameter, der den Grad der Unrundheit der Zündspitze aus der Ir-Legierung angibt. Wenn das Verhältnis B/A nahe 1 ist, ist die Querschnittsgestaltung fast vollrund. Wenn das Verhältnis B/A von 1 fern ist, ist die Querschnittsgestaltung überhaupt nicht vollrund.

Aufgrund dessen kamen die Erfinder zu dem Ergebnis, dass die nicht säulenförmige Zündspitze aus Ir-Legierung eine hervorragende Bindungsfähigkeit sicherstellen kann, die der einer säulenförmigen Zündspitze aus Ir-Legierung entspricht, wenn sich das Verhältnis B/A innerhalb eines vorbestimmten Bereichs befindet, der näher am Vollrunden liegt (vgl. 8 und 9). Die Erfindung basiert also auf den von den Erfindern gewonnenen Versuchsdaten und Auswertungen.

Um die obige und andere verwandte Aufgaben zu lösen, sieht die Erfindung eine Zündkerze vor, die eine Mittelelektrode, einen die Mittelelektrode haltenden Isolator, ein den Isolator haltendes und fixierendes Gehäuse und eine Masseelektrode hat, von der ein Endabschnitt mit dem Gehäuse verbunden ist und der andere Endabschnitt der Mittelelektrode über einen dazwischen liegenden Funkenspalt gegenüberliegt. Mit mindestens einem der dem Funkenspalt zugewandten Abschnitte der Mittelelektrode und der Masseelektrode ist eine stabförmige Zündspitze aus einer Ir-Legierung verbunden. Erfindungsgemäß ist bei der Zündkerze eine Querschnittsfläche der Zündspitze aus der Ir-Legierung entlang einer zur Achse der Zündspitze senkrechten Ebene nicht rund. Wenn in der Querschnittsfläche der Zündspitze aus der Ir-Legierung ein Umkreis einen größten Durchmesser A unter fiktiven Kreisen hat, die mindestens drei Abschnitte eines sichtbaren Umrisses der Querschnittsfläche berühren, und ein Inkreis einen größten Durchmesser B unter Inkreisen hat, die mit dem Umkreis gleichachsig sind, ist das Verhältnis B/A des Durchmessers B zu dem Durchmesser A größer oder gleich 0,8 und kleiner als 1,0. Der sichtbare Umriss der Querschnittsfläche wird durch eine fortlaufende Verbindung von mindestens sieben geraden oder gekrümmten Linienelementen gebildet, wobei der Winkel zwischen jedem Linienelement und einem benachbarten Linienelement nicht weniger als 125° und nicht mehr als 235° beträgt.

Bei der erfindungsgemäßen Zündkerze ist die Form der Zündspitze aus der Ir-Legierung in der Querschnittsgestaltung entlang der zur Achse der Zündspitze aus der Ir-Legierung senkrechten Ebene nicht rund. Die Erfindung ermöglicht es daher, gezielt verschiedene Arten von Zündspitzen aus Ir-Legierung zu verwenden, die in der Querschnittsgestaltung mehreckig bzw. nicht säulenförmig sind. Verglichen mit dem Fall, dass die Zündspitze eine Säulenform hat, können die Herstellungskosten stark gesenkt werden. Die Bearbeitungsvorgänge für die Zündspitze aus der Ir-Legierung lassen sich also vereinfachen.

Die Erfinder konnten anhand von Untersuchungen untermauern, dass die mit dieser Zündspitze erzielte Bindungsfähigkeit auch dann, wenn die Zündspitze aus Ir-Legierung eine nicht runde Querschnittsgestaltung hat, der einer säulenförmigen Zündspitze aus Ir-Legierung entspricht, wenn das Verhältnis B/A größer oder gleich 0,8 und kleiner als 1,0 ist.

Darüber hinaus wird bei der erfindungsgemäßen Zündkerze der sichtbare Umriss der Querschnittsfläche durch eine fortlaufende Verbindung von mindestens sieben geraden oder gekrümmten Linienelementen gebildet und ist der Winkel zwischen jedem Linienelement und einem benachbarten Linienelement nicht kleiner als 125° und nicht größer als 235°.

Die Erfindung stellt demnach eine Zündkerze zur Verfügung, mit der sich die Bearbeitungsvorgänge für die Zündspitze aus der Ir-Legierung vereinfachen lassen, und mit der die Bindungsfähigkeit der Zündspitze aus der Ir-Legierung beim Laserschweißen sichergestellt werden kann.

Das Verhältnis B/A ist vorzugsweise nicht größer als 0,96.

Der Durchmesser A des Umkreises ist aus den folgenden Gründen vorzugsweise nicht kleiner als 0,3 mm und nicht größer als 1,5 mm.

Wenn der Durchmesser A des Umkreises weniger als 0,3 mm beträgt, ist die thermische Belastbarkeit der Zündspitze aus der Ir-Legierung auch dann zu gering, wenn die Zündspitze eine hervorragende Abbaubeständigkeit hat.

Aufgrund des Temperaturanstiegs der Spitze wird nämlich der Abbau der Zündspitze so stark gefördert, dass keine zufrieden stellende Lebensdauer gewährleistet werden kann. Wenn der Durchmesser A des Umkreises dagegen größer als 1,5 mm ist, ist die Spitze auch dann, wenn durch das Laserschweißen eine als Entspannungsschicht dienende Schmelzschicht gebildet wird, zu groß, als dass die thermische Belastung so weit verringert werden könnte, dass eine ausreichende Bindungsfähigkeit sichergestellt wird.

Die Zündspitze aus der Ir-Legierung enthält vorzugsweise 50 Gew.-% oder mehr Ir und mindestens einen Zusatzstoff und hat einen Schmelzpunkt von nicht weniger als 2000°C.

Um eine zufrieden stellende Funkenabbaubeständigkeit sicherzustellen, ist ein Schmelzpunkt von nicht weniger als 2000°C wichtig für die Ir-Legierung, um auf die hervorragenden Eigenschaften von Ir vertrauen zu können, dem ein hoher Schmelzpunkt eigen ist. Darüber hinaus würde die Verwendung einer Zündspitze aus reinem Ir ohne Zusatzstoff zu Problemen hinsichtlich Oxidation und Verflüchtigung des Ir führen.

Der mindestens eine in der Zündspitze aus der Ir-Legierung enthaltene Zusatzstoff wird vorzugsweise aus der aus Pt, Rh, Ni, W, Pd, Ru, Os, Al, Y und Y₂O₃ bestehenden Gruppe gewählt. Diese Zusatzstoffe besitzen die Fähigkeit, auf der Oberfläche der Zündspitze einen Film zu bilden, und unterdrücken dementsprechend wirksam die Oxidation und Verflüchtigung von Ir.

Darüber hinaus sieht die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze vor, die eine Mittelelektrode, einen die Mittelelektrode haltenden Isolator, ein den Isolator haltendes und fixierendes Gehäuse und eine Masseelektrode hat, von der ein Endabschnitt mit dem Gehäuse verbunden ist und der andere Endabschnitt der Mittelelektrode über einen dazwischen liegenden Funkenspalt gegenüberliegt, wobei mit mindestens einem der dem Funkenspalt zugewandten Abschnitte der Mittelelektrode und der Masseelektrode eine stabförmige Zündspitze aus einer Ir-Legierung verbunden ist. Des Weiteren ist eine Querschnittsfläche der Zündspitze aus der Ir-Legierung entlang einer zur Achse der Zündspitze senkrechten Ebene nicht rund. Wenn in der Querschnittsfläche der Zündspitze aus der Ir-Legierung ein Umkreis einen größten Durchmesser A unter fiktiven Kreisen hat, die mindestens drei Abschnitte eines sichtbaren Umrisses der Querschnittsfläche berühren, und ein Inkreis einen größten Durchmesser B unter Inkreisen hat, die mit dem Umkreis gleichachsig sind, ist das Verhältnis B/A des Durchmessers B zu dem Durchmesser A größer oder gleich 0,8 und kleiner als 1,0. Das Herstellungsverfahren umfasst erfindungsgemäß den Schritt, die Querschnittsfläche der Zündspitze aus der Ir-Legierung so zu gestalten, dass der sichtbare Umriss durch eine fortlaufende Verbindung von mindestens sieben geraden oder gekrümmten Linienelementen gebildet wird und der Winkel zwischen jedem Linienelement und einem benachbarten Linienelement nicht weniger als 125° und nicht mehr als 235° beträgt, und den Schritt, die gesamte Umfangsfläche der Zündspitze aus der Ir-Legierung durch Laserschweißen mit dem jeweiligen, dem Funkenspalt zugewandten Abschnitt der Mittelelektrode beziehungsweise Masseelektrode zu verschweißen.

Mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren lässt sich also die oben beschriebene Zündkerze zweckmäßig herstellen. In dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren kann jede der oben beschriebenen bevorzugten Zündspitzen aus Ir-Legierung verwendet werden.

Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele deutlicher, die zusammen mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen ist. Es zeigen:

1 im Halbschnitt den Gesamtaufbau einer Zündkerze gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

2 im vergrößerten Schnitt die Umgebung eines Funkenabgabeabschnitts der in 1 gezeigten Zündkerze;

3A und 3B Beispiele einer Spitzenquerschnittsfläche der in 1 gezeigten stabförmigen Zündspitze aus Ir-Legierung entlang einer zur Achse der Zündspitze senkrechten Ebene;

4A und 4B Darstellungen, die das Verfahren zum Verbinden der stabförmigen Zündspitze aus Ir-Legierung mit einem Elektrodenbasismaterial erläutern;

5A bis 5F die Spitzenquerschnittsgestaltung verschiedener Arten von stabförmigen Zündspitzen aus Ir-Legierung, die für Auswertungsversuch der Erfinder angefertigt wurden;

6 eine Darstellung, die eine Definition der Ablöserate erläutert, die als ein Parameter zur Beurteilung der Bindungsfähigkeit verwendet wird;

7 eine grafische Darstellung mit dem Zusammenhang zwischen der Ablöserate und der Querschnittsgestaltung der verschiedenen Arten von stabförmigen Zündspitzen aus Ir-Legierung, die in den Auswertungsversuchen verwendet wurden;

8 eine grafische Darstellung mit dem Zusammenhang zwischen der Ablöserate und dem Verhältnis B/A der verschiedenen Arten von stabförmigen Zündspitzen aus Ir-Legierung, die in den Auswertungsversuchen verwendet wurden;

9 eine grafischen Darstellung mit dem Zusammenhang zwischen der Ablöserate und dem Verhältnis B/A anderer stabförmiger Zündspitzen aus Ir-Legierung mit jeweils achteckiger Querschnittsfläche;

10A bis 10E verschiedene Beispiele von Querschnittsflächen, deren sichtbarer Umriss mindestens ein gekrümmtes Liniensegment enthält;

11A eine Darstellung, die einen Laserschweißvorgang erläutert, bei dem acht im gleichen Winkel beabstandete Laserstrahlen lediglich auf die jeweiligen Kantenflächen einer achteckigen Zündspitze fallen gelassen werden;

11B eine Darstellung, die einen Laserschweißvorgang erläutert, bei dem die acht im gleichen Winkel beabstandeten Laserstrahlen lediglich auf die jeweiligen Eckpunkte der achteckigen Zündspitze fallen gelassen werden; und

12A und 12B Darstellungen, die andere Laserschweißvorgänge veranschaulichen.

Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.

1 zeigt im Halbschnitt den Gesamtaufbau einer Zündkerze S1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 2 zeigt im vergrößerten Schnitt die Umgebung eines Funkenabgabeabschnitts der in 1 gezeigten Zündkerze S1.

Die Zündkerze S1 wird als Anlasszündkerze für einen Kraftfahrzeugverbrennungsmotor verwendet. Die Zündkerze wird in einem Gewindeloch festgeschraubt, das sich in einem (nicht gezeigten) Motorkopf befindet, der eine Verbrennungskammer des Motors definiert.

Die Zündkerze S1 hat ein zylinderförmiges Metallgehäuse 10, das aus einem Stahl mit geringem Kohlenstoffgehalt oder einem vergleichbaren elektrisch leitfähigen Stahl besteht. Das Metallgehäuse 10 ist mit einem Außengewinde 10a versehen. Die Zündkerze S1 wird fest am Motorkopf des Verbrennungsmotors angebracht, indem der Gewindeabschnitt 10a des Metallgehäuses 10 in das Gewindeloch des Motorkopfs eingeschraubt wird, so dass die Mittelelektrode 30 und die Masseelektrode 40 zur Verbrennungskammer des Motors hin frei liegen. Innerhalb des Metallgehäuses 10 ist fest ein zylinderförmiger Isolator 20 angebracht, der aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) usw. mit hervorragenden Isolationseigenschaften besteht. Ein Endabschnitt 21 (d.h. das ferne Ende) des Isolators 20 ragt aus einem axialen Endabschnitt 11 (d.h. dem fernen Ende) des Metallgehäuses 10 heraus.

Die Mittelelektrode 30 wird fest von dem Axialloch 22 des Isolators 20 getragen. Die Mittelelektrode 30 ist also über den Isolator 20 von dem Metallgehäuse 10 isoliert. Die Mittelelektrode 30 ist ein metallisches Stabbauteil, das in eine Zylinderform gebracht wurde und eine Innenschicht aus Cu oder einem vergleichbaren Metall mit hervorragender Wärmleitfähigkeit und eine Außenschicht aus einer Legierung auf Ni-Basis, Fe-Basis oder Co-Basis oder einem vergleichbaren Metall mit hervorragender Wärmebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweist. Wie in 2 gezeigt ist, ragt der eine Endabschnitt 31 der Mittelelektrode 30 aus dem einen Endabschnitt 21 des Isolators 20 heraus.

Die Masseelektrode 40 ist ein metallisches Stabbauteil, das als gekrümmter Vierkant oder dergleichen gestaltet ist und aus einer Legierung auf Ni-Basis oder dergleichen besteht. Die Masseelektrode 40 hat einen Beinabschnitt 41, der im Wesentlichen parallel zur Achse der Mittelelektrode 30 verläuft, und einen ihr gegenüberliegenden Abschnitt 42, der im Wesentlichen senkrecht zur Achse der Mittelelektrode 30 verläuft. Das eine Ende (nahe Endseite) des Beinabschnitts 41 ist mit dem axialen Endabschnitt 11 des Metallgehäuses 10 verschweißt. Das andere Ende des Beinabschnitts 41 ist in seinem mittleren Bereich gebogen und geht kontinuierlich in den gegenüberliegenden Abschnitt 42 über, der sich an der fernen Endseite der Masseelektrode 40 befindet. Der gegenüberliegende Abschnitt 42 liegt in der Axialrichtung der Mittelelektrode 30 dem fernen Ende (d.h. der Oberseite) der Mittelelektrode 30 gegenüber.

Mit dem einen Endabschnitt 31 der Mittelelektrode 30 ist eine stabförmige Edelmetallzündspitze 50 aus einer Ir-Legierung (Iridiumlegierung) verbunden, die als Mittelelektrodenzündspitze dienen soll. Mit dem ihr gegenüberliegenden Abschnitt 42 der Masseelektrode 40 ist eine weitere stabförmige Edelmetallzündspitze 60 aus einer Ir-Legierung (Iridiumlegierung) verbunden, die als Masseelektrodenzündspitze dienen soll. Zwischen der Mittelelektrodenzündspitze 50 und der Masseelektrodenzündspitze 60 befindet sich ein Funkenspalt 70. Wie in 2 gezeigt ist, ist die Mittelelektrodenzündspitze 50 mit der als das eine Elektrodenbasismaterial dienenden Mittelelektrode 30 verschweißt, und zwar durch Laserschweißen der gesamten Umfangsfläche der Mittelelektrodenzündspitze 50. Auf vergleichbare Weise ist die Masseelektrodenzündspitze 60 mit der als das andere Elektrodenbasismaterial dienenden Masseelektrode 40 verschweißt, und zwar ebenfalls durch Laserschweißen der gesamten Umfangsfläche der Masseelektrodenzündspitze 60. Das Laserschweißen lässt zwischen der Mittelelektrodenzündspitze 50 und dem Elektrodenbasismaterial 30 eine Schmelzschicht 35 und zwischen der Masseelektrodenzündspitze 60 und dem Elektrodenbasismaterial 40 eine Schmelzschicht 45 zurück. Die stabförmigen Elektrodenzündspitzen 50 und 60 sind also über die Schmelzschichten 35 und 45 mit den Elektrodenbasismaterialien 30 und 40 verbunden.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Zündspitze 50 und 60 aus der Ir-Legierung mit den Oberflächen der Mittelelektrode 30 und der Masseelektrode 40 verbunden, die einander über den Funkenspalt 70 gegenüberliegen. Allerdings ist die Erfindung auch bei einer Zündkerze anwendbar, die mit nur einer Zündspitze aus Ir-Legierung auf der Mittelelektrode 30 oder der Masseelektrode 40 versehen ist.

Darüber hinaus enthalten die Zündspitzen 50 und 60 aus der Ir-Legierung jeweils 50 Gew.-% oder mehr Ir und . mindestens einen Zusatzstoff. Die Zündspitzen 50 und 60 aus Ir-Legierung haben jeweils einen Schmelzpunkt von nicht weniger als 2000°C. Der Zusatzstoff für die Zündspitzen 50 und 60 aus Ir-Legierung ist aus der aus Pt, Rh, Ni, W, Pd, Ru, Os, Al, Y und Y₂O₃ bestehenden Gruppe gewählt.

Damit eine zufrieden stellende Funkenabbaubeständigkeit sichergestellt wird, ist ein Schmelzpunkt von nicht weniger als 2000°C für die Ir-Legierung wichtig, die auf die hervorragenden Eigenschaften von Ir vertraut, dem ein hoher Schmelzpunkt eigen ist.

Die Verwendung einer Zündspitze aus reinem Ir ohne Zusatzstoff würde außerdem zu dem Problem einer Oxidation und Verflüchtigung von Ir führen. Um dieses Problem zu lösen, wird das oben beschriebene Zusatzmaterial eingesetzt, das während des Motorbetriebs auf der Spitzenoberfläche die Bildung eines Films ermöglicht, wodurch wirksam die Oxidation und Verflüchtigung von Ir unterdrückt wird.

Darüber hinaus nutzen die stabförmigen Zündspitzen 50 und 60 aus Ir-Legierung bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel einen besonderen Aufbau, wonach die Gestaltung der Querschnittsfläche (im Folgenden als Spitzenquerschnittsfläche bezeichnet) entlang einer zur Achse der Zündspitze senkrechten Ebene nicht rund ist. Die 3A und 3B zeigen für die Zündspitze 50 bzw. 60 aus der Ir-Legierung Beispiele der Spitzenquerschnittsfläche 55. Die in 3A gezeigte Spitzenquerschnittsfläche 55 ist ein regelmäßiges oder gleichseitiges Achteck, während die in 3B gezeigte Querschnittsfläche 55 ein unregelmäßiges oder asymmetrisches Achteck ist.

Wie in den 3A und 3B dargestellt ist, wird unterstellt, dass in der Spitzenquerschnittsfläche 55 ein Umkreis Cl einen größten Durchmesser A unter fiktiven Kreisen hat, die jeweils mindestens drei Abschnitte eines sichtbaren Umrisses der Spitzenquerschnittfläche 55 berühren, und ein Inkreis C2 einen größten Durchmesser B unter Inkreisen hat, die jeweils mit dem Umkreis C1 gleichachsig sind.

In dem in 3A gezeigten Beispiel berührt der Umkreis C1 alle acht Eckpunkte des regelmäßigen Achtecks, während der Inkreis C2 alle acht Liniensegmente des regelmäßigen Achtecks berührt. In dem in 3B gezeigten Beispiel berührt der Umkreis Cl dagegen lediglich die vier in der oberen Hälfte gelegenen Eckpunkte der acht Eckpunkte des unregelmäßigen Achtecks, während der Inkreis C2 zwei, an dem oberen und unteren Abschnitt gelegene Liniensegmente der acht Liniensegmente des unregelmäßigen Achtecks berührt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Verhältnis B/A (d.h. das Verhältnis des Durchmessers B zu dem Durchmesser A) größer oder gleich 0,8 und kleiner als 1,0.

Zur Herstellung der Zündkerze S1 kann ein herkömmliches, allgemein bekanntes Herstellungsverfahren verwendet werden. Das Verfahren zum Verbinden der Zündspitzen 50 und 60 aus Ir-Legierung mit den jeweiligen Elektrodenbasismaterialien 30 und 40 wird unter Bezugnahme auf die 4A und 4B erläutert. Die Darstellungen der 4A und 4B dienen dazu, das Verbinden der Mittelelektrodenzündspitze 50 mit dem Elektrodenbasismaterial 30 zu erläutern. Die gleiche Darstellung lässt sich jedoch auch hernehmen, um das Verbinden der Masseelektrodenzündspitze 60 mit dem Elektrodenbasismaterial 40 zu erläutern.

Zunächst werden die Zündspitzen aus Ir-Legierung 50 und 60 angefertigt, indem, wie oben im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschrieben wurde, bei einem Block aus einer Ir-Legierung Walz-, Drahtzieh- und Schneidevorgänge zur Anwendung kommen.

Wie in 4A gezeigt ist, wird die Zündspitze 50 aus der Ir-Legierung zuvor durch Widerstandschweißen mit dem einen Endabschnitt 31 des Elektrodenbasismaterials (d.h. der Mittelelektrode) 30 vereint. Ein Laserstrahl R wird auf die gesamte Umfangsfläche der Zündspitze 50 aus der Ir-Legierung fallen gelassen, während die vereinte Anordnung um die Achse der Zündspitze 50 aus der Ir-Legierung gedreht wird. Bei dem dargestellten Beispiel hat die Mittelelektrode 30 einen Abschnitt kleinen Durchmessers, der sich von dem einen Endabschnitt 31 aus erhebt. Der Abschnitt kleinen Durchmessers der Mittelelektrode 30 schmilzt auf, wenn der Laserstrahl R von der Seite her auftrifft.

Wie in 4B gezeigt ist, lässt also das Auftreffen des Laserstrahls R eine Schmelzschicht 35 zurück, in der das Elektrodenbasismaterial und die Ir-Legierung aufgeschmolzen und miteinander vermischt sind. Der eine Endabschnitt der stabförmigen Zündspitze 50 wird also über die Schmelzschicht 35 mit der Mittelelektrode 30 verbunden. Die Schmelzschicht 35 hat verglichen mit den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Ir-Legierung und des Elektrodenbasismaterials einen mittleren Wärmeausdehnungskoeffizienten und verringert dementsprechend die zwischen der Zündspitze aus der Ir-Legierung und der Elektrode wirkende thermische Belastung und stellt zwischen diesen eine hervorragende Bindungsfähigkeit sicher.

Als nächstes wird der Grund erläutert, warum das Verhältnis B/A bei der Anordnung des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels auf einen Bereich von größer oder gleich 0,8 und kleiner als 1,0 eingestellt werden sollte. Diese Optimierung basiert auf dem Ergebnis der folgenden Auswertungen bezüglich des Zusammenhangs zwischen der Spitzenquerschnittsgestaltung und der Bindungsfähigkeit.

Die 5A bis 5E zeigen verschiedene Arten stabförmiger Zündspitzen aus Ir-Legierung, die für die Auswertungsversuche angefertigt wurden. Die Spitzenquerschnittsfläche 55 der angefertigten stabförmigen Zündspitzen aus Ir-Legierung hat jeweils eine regelmäßige mehreckige Querschnittsgestaltung. Und zwar ist die in 5A gezeigte Spitzenquerschnittsfläche 55 ein regelmäßiges oder gleichseitiges Viereck (d.h. Quadrat). Die in 5B gezeigte Spitzenquerschnittsfläche 55 ist ein regelmäßiges Sechseck. Die in 5C gezeigte Querschnittsfläche 55 ist ein regelmäßiges Siebeneck. Die in 5D gezeigte Spitzenquerschnittsfläche 55 ist ein regelmäßiges Achteck. Die in 5E gezeigte Spitzenquerschnittsfläche 55 ist ein Zwölfeck. In 5F ist zum Vergleich eine stabförmige Zündspitze aus Ir-Legierung mit einer vollrunden Querschnittsgestaltung gezeigt. Die in 5F gezeigte Spitzenquerschnittsfläche 55 entspricht also einem Kreis. Die in 5A bis 5F gezeigten stabförmigen Zündspitzen aus Ir-Legierung werden als "Auswahl 1" bezeichnet.

In den 5A bis 5E beträgt der Durchmesser A des Umkreises C1, der die jeweiligen Eckpunkte jeder mehreckigen Querschnittsfläche 55 verbindet, 0,7 mm. Der Durchmesser des in 5F gezeigten Kreises beträgt ebenfalls 0,7 mm.

Um die Grenzen hinsichtlich der Symmetrie der mehreckigen Querschnittsfläche 55 der Zündspitze aus Ir-Legierung zu beurteilen, wurden gleichzeitig mehrere Arten stabförmiger Zündspitzen aus Ir-Legierung angefertigt, die alle achteckig waren, aber ein unterschiedliches Verhältnis B/A zwischen 0,7 und 0,92 (entspricht einem regelmäßigen Achteck) aufwiesen. Diese achteckigen stabförmigen Zündspitzen aus Ir-Legierung werden als "Auswahl 2" bezeichnet.

Die bei den oben angegebenen Auswertungen als Auswahl 1 und 2 verwendeten Zündspitzen aus Ir-Legierung hatten die Zusammensetzung Ir-10Rh (d.h. die Zusammensetzung einer 90 Gew.-% Ir und 10 Gew.-% Rh enthaltenden Legierung). Für das Elektrodenbasismaterial, mit der die Zündspitze aus der Ir-Legierung verschweißt wurde, wurde eine wärmebeständige Ni-Legierung verwendet. Das Laserschweißen, mit dem die Zündspitzen der Auswahl 1 und 2 jeweils mit dem Elektrodenbasismaterial verbunden wurden, erfolgte gemäß dem unter Bezugnahme auf die 4A und 4B erläuterten Verfahren. Es wurden also auf die gesamte Umfangsverbindungsfläche acht Laserstrahlen fallen gelassen.

Die Auswertungen für die Bindungsfähigkeit erfolgten auf die folgende Weise. Die Zündspitzenkörper aus der Ir-Legierung wurden jeweils in einem Motor mit 2000 ccm Hubraum einem aus 3000 Temperaturzyklen bestehenden Thermoschocktest unterzogen. Jeder Temperaturzyklus beinhaltete eine Minute Vollgasbetrieb bei einer Motorgeschwindigkeit von 6000 U/min und anschließend eine Minute Leelauf. Der durchgeführte Thermoschockversuch entsprach im Großen im Ganzen einer Reisestrecke von 10 × 10⁹ km eines herkömmlichen Kraftfahrzeugs. Die Bindungsfähigkeit in dem oben beschriebenen Thermoschockversuch wurde anhand der in der Darstellung von 6 definierten Ablöserate beurteilt.

Wie aus der Darstellung von 6 hervorgeht, ist die Ablöserate durch die Gleichung [(Y1 + Y2)/X] × 100 (%) definiert, wobei X für die Länge der ursprünglichen Verbindungsgrenzfläche zwischen dem Elektrodenbasismaterial 30 und der Zündspitze 50 aus der Ir-Legierung steht und Y1 und Y2 für die Länge eines infolge des durchgeführten Thermoschockversuchs teilweise von dem Elektrodenbasismaterial 30 abgelösten Abschnitts der Zündspitze 50 aus der Ir-Legierung stehen. Wenn die Ablöserate nicht größer als 25% ist, lässt sich feststellen, dass die Bindungsfähigkeit sichergestellt ist.

Die 7 bis 9 zeigen das Auswertungsergebnis für die Thermoschockversuche und die Ablöserate bei der Auswahl 1 und 2 der mit dem Elektrodenbasismaterial verbundenen Zündspitzen aus Ir-Legierung.

7 zeigt ein grafische Darstellung mit der Ablöserate der untersuchten Zündspitzen aus Ir-Legierung (Auswahl 1), die eine unterschiedliche Spitzenquerschnittsfläche 55 hatten. 8 zeigt eine grafische Darstellung mit der Ablöserate der untersuchten Zündspitzen aus Ir-Legierung (Auswahl 1) bezogen auf das Verhältnis B/A. Das Verhältnis B/A ändert sich entsprechend der Änderung der Spitzenquerschnittsfläche 55. 9 zeigt eine grafische Darstellung mit der Ablöserate der anderen untersuchten Zündspitzen aus Ir-Legierung (Auswahl 2) bezogen auf das Verhältnis B/A. Das Verhältnis B/A ändert sich entsprechend der Änderung der Symmetrie der achteckigen Spitzenquerschnittsform.

Aus dem in den 7 und 8 gezeigten Auswertungsergebnis lässt sich entnehmen, dass die sechseckige Spitzenquerschnittsgestaltung das angestrebte Niveau der Ablöserate erreichen kann, auch wenn das erreichte Niveau verglichen mit dem Ergebnis einer vollrunden Spitzenquerschnittsgestaltung nicht ganz zufrieden stellt. Dagegen kann die siebeneckige, die achteckige und die zwölfeckige Spitzenquerschnittsgestaltung eine zuverlässige Bindungsfähigkeit sicherstellen, die der der vollrunden Spitzenquerschnittsgestaltung entspricht.

Eine mikroskopische Untersuchung untermauerte, dass die sechseckige Zündspitze und die anderen mehreckigen Zündspitzen mit weniger Kantenflächen als die sechseckige Zündspitze insofern unterlegen waren, als der Aufschmelzvorgang und -grad der Zündspitze sehr unterschiedlich war. So ist die Tiefe des aufgeschmolzenen Abschnitts an jedem Eckpunkt und seiner Umgebung, wo der Laserstrahl auftrifft, gering und kommt es aufgrund der Kantenwirkung zu einer Spannungskonzentration. Es wird davon ausgegangen, dass die Bindungsfähigkeit aufgrund dieser Ursachen abnimmt.

Darüber hinaus lässt sich dem in 9 gezeigten Auswertungsergebnis entnehmen, dass das Einstellen des Verhältnisses B/A auf größer oder gleich 0,8 eine zuverlässige Bindungsfähigkeit sicherstellt, die der der vollrunden Spitzenquerschnittsgestaltung entspricht. Es wird davon ausgegangen, dass während des Laserschweißens bei einem Verhältnis B/A von größer oder gleich 0,8 die Unterschiede beim Aufschmelzvorgang oder -grad ausreichend verringert werden können.

Darüber hinaus ist die Spannungskonzentration groß, wenn der Spitzenwinkel der mehreckigen Spitzenquerschnittsfläche gering ist. Dies hat einen nachteiligen Einfluss auf die Bindungsfähigkeit. Angesichts der oben beschriebenen Auswertungsergebnisse sollte der Spitzenwinkel vorzugsweise größer oder gleich 125° sein. Wie unter Bezugnahme auf das in den 7 und 8 gezeigte Auswertungsergebnis erläutert wurde, liegt dies daran, dass mehreckige Zündspitzen, deren Zahl an Kantenflächen größer oder gleich der der siebeneckigen Zündspitze ist, eine zuverlässige Bindungsfähigkeit sicherstellen können, die der der vollrunden Zündspitze entspricht.

Außerdem müssen nicht alle Liniensegmente, die die Spitzenquerschnittsfläche definieren, gerade sein. So können einige oder alle der die Spitzenquerschnittsfläche definierenden Liniensegmente durch gekrümmte Linien gebildet werden. Solange der Spitzenwinkel (d.h. der Winkel zwischen zwei benachbarten Liniensegmenten) der Zündspitze den oben beschriebenen Zusammenhang erfüllt, lässt sich die Bindungsfähigkeit der Zündspitze aus der Ir-Legierung sicherstellen.

Schließlich können auch einige der Eckpunkte der mehreckigen Spitzenquerschnittsfläche konkav sein. In diesem Fall ist es vorzuziehen, dass der Spitzenwinkel des konkaven Eckpunkts nicht größer als 235° ist, damit die durch den Kanteneffekt hervorgerufene Spannungskonzentration um das gleiche Maß wie bei dem konvexen Eckpunkt verringert werden kann.

Ausgehend von dem Ergebnis der oben beschriebenen Auswertungen kommt bei diesem Ausführungsbeispiel der charakteristische Aufbau zum Einsatz, wonach die Spitzenquerschnittsfläche 55 (d.h. die Querschnittsfläche entlang einer zu der Zündspitzenachse senkrechten Ebene) der jeweiligen Zündspitzen 50 und 60 aus Ir-Legierung eine nicht runde Gestaltung hat und in der Spitzenquerschnittsfläche 55 das Verhältnis B/A (d.h. das Verhältnis des Durchmessers B des Inkreises C2 zu dem Durchmesser A des Umkreises C1) auf größer oder gleich 0,8 und kleiner als 1,0 eingestellt ist.

Bei diesem Aufbau können die Zündspitzen 50 und 60 aus Ir-Legierung bei der Gestaltung der Spitzenquerschnittsfläche 55 aus einem Material mit nicht runder Form, etwa einem mehreckigen Stab, hergestellt werden. Verglichen mit den Kosten für eine säulenförmige Zündspitze lassen sich die Bearbeitungs- oder Herstellungskosten der Zündspitzen 50 und 60 aus Ir-Legierung stark reduzieren und die Bearbeitungs- oder Herstellungsvorgänge vereinfachen.

Die Versuchsergebnisse untermauern, dass das Einstellen des Verhältnisses B/A auf größer oder gleich 0,8 und kleiner als 1,0 es selbst dann, wenn die Spitzenquerschnittsgestaltung nicht rund ist, ermöglicht, eine hervorragende Bindungsfähigkeit sicherzustellen, die der der säulenförmigen Zündspitze aus der Ir-Legierung entspricht.

Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel stellt demnach eine Zündkerze zur Verfügung, mit der sich nicht nur die Bearbeitungs- oder Herstellungsvorgänge für die Zündspitze aus Ir-Legierung vereinfachen lassen, sondern sich auch die Bindungsfähigkeit der Zündspitze sicherstellen lässt, die durch das Laserschweißen mit dem Elektrodenbasismaterial verschweißt wird.

Die Obergrenze des Verhältnisses B/A beträgt vorzugsweise 0,96. In dem Versuchsergebnis von 8 entspricht das Verhältnis B/A = 0,96 im Wesentlichen dem Verhältnis B/A der Zündspitze mit zwölfeckiger Spitzenquerschnittsfläche. Dies entspricht also der experimentell untermauerten Obergrenze zur Sicherstellung der Bindungsfähigkeit.

Um den oben beschriebenen optimalen Bereich des Verhältnisses B/A für die Spitzenquerschnittsfläche 55 zu realisieren, wird der sichtbare Umriss der Querschnittsfläche 55 außerdem durch eine fortlaufende Verbindung von mindestens sieben geraden oder gekrümmten Linienelementen bzw. Liniensegmenten gebildet und beträgt der Winkel zwischen jedem Linienelement und einem benachbarten Linienelement nicht weniger als 125° und nicht mehr als 235°. Die Gründe dafür, warum dieser Aufbau eingesetzt wird, sind die folgenden: Die 10A bis 10E zeigen verschiedene Beispiele für eine Spitzenquerschnittsfläche 55, deren sichtbarer Umriss mindestens ein gekrümmtes Liniensegment als einen der Linienelementbestandteile enthält. Die Zündspitzen 50 und 60 aus Ir-Legierung des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels können so abgewandelt werden, dass sie die in den 10A bis 10E gezeigte Spitzenquerschnittsfläche 55 haben. Die 10C und 10D zeigen Beispiele für eine Spitzenquerschnittsfläche 55 mit einem konkaven Abschnitt zwischen zwei benachbarten Linienelementen. 10E zeigt eine ellipsenförmige Spitzenquerschnittsfläche 55, bei der das Verhältnis von kleiner Halbachse zu großer Halbachse größer oder gleich 0,8 und kleiner als 1,0 ist.

Darüber hinaus ist bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Durchmesser A des Umkreises C1 aus den folgenden Gründen nicht kleiner als 0,3 mm und nicht größer als 1,5 mm.

Wenn der Durchmesser A des Umkreises C1 kleiner als 0,3 mm ist, ist die thermische Belastbarkeit der Zündspitze aus der Ir-Legierung auch dann zu gering, wenn diese Zündspitze eine hervorragende Abbaubeständigkeit hat. Aufgrund des Temperaturanstiegs der Spitze wird nämlich der Abbau der Zündspitze so stark gefördert, dass keine zufrieden stellende Lebensdauer gewährleistet werden kann. Wenn der Durchmesser A des Umkreises C1 dagegen größer als 1,5 mm ist, ist die Spitze auch dann, wenn durch Laserschweißen eine als Entspannungsschicht dienende Schmelzschicht gebildet wird, zu groß, als dass die thermische Belastung soweit verringert werden könnte, dass eine ausreichende Bindungsfähigkeit sichergestellt wird.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Zündspitzen 50 und 60 aus Ir-Legierung außerdem durch Laserschweißen entlang ihrer gesamten Umfangsflächen mit den dem Funkenspalt 70 zugewandten, einander gegenüberliegenden Abschnitten der Mittelelektrode 30 und der Masseelektrode 40 bzw. des Elektrodenbasismaterials verbunden.

Wenn das Laserschweißen unter den gleichen Bedingungen durchgeführt wird, lässt sich die Verbindungszuverlässigkeit auch dann sicherstellen, wenn der Laserstrahl auf beliebige Abschnitte in der Verbindungsgrenzfläche fallen gelassen wird. So zeigen die 11A und 11B zum Beispiel einen Laserschweißvorgang mit acht im gleichen Winkel beabstandeten Laserstrahlen, die jeweils unter den gleichen Bedingungen auf eine Zündspitze 30 aus Ir-Legierung mit regelmäßiger achteckiger Querschnittsgestaltung fallen gelassen werden, die zuvor mit dem Elektrodenbasismaterial 30 vereint wurde. 11A zeigt den Laserschweißvorgang, bei dem die acht im gleichen Winkel beabstandeten Laserstrahlen lediglich auf die jeweiligen Kantenflächen der achteckigen Zündspitze fallen gelassen werden, während 11B den Laserschweißvorgang zeigt, bei dem die acht im gleichen Winkel beabstandeten Laserstrahlen lediglich auf die jeweiligen Eckpunkte der achteckigen Zündspitze fallen gelassen werden.

Für die in den 11A und 11B gezeigten Laserschweißvorgängen konnte experimentell bestätigt werden, dass sich die Bindungszuverlässigkeit ungeachtet der Positionierung der acht im gleichen Winkel beabstandeten Laserstrahlen sicherstellen lässt. Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel können die Laserstrahlen also lediglich auf die jeweiligen Kantenflächen der achteckigen Zündspitze, lediglich auf die jeweiligen Eckpunkte der achteckigen Zündspitze oder auf die Kantenflächen und die Eckpunkte fallen gelassen werden. Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel bringt also den Vorteil mit sich, dass die Schweißbedingungen nicht entsprechend der Gestaltung der Zündspitze geändert werden müssen und nicht die Auftreffpositionen der Laserstrahlen festgelegt werden müssen.

Darüber hinaus weist die Mittelelektrode 30 bei dem in 4A und 4B gezeigten veranschaulichenden Beispiel den Abschnitt kleinen Durchmessers auf, der sich von dem einen Endabschnitt 31 aus erhebt. Der Abschnitt kleinen Durchmessers der Mittelelektrode 30 schmilzt auf, wenn der Laserstrahl R von der Seite her auftrifft. Allerdings ist es auch möglich, den Abschnitt kleinen Durchmessers wegzulassen.

Wie in 12A gezeigt ist, ist es zum Beispiel möglich, die Zündspitze 50 aus Ir-Legierung auf eine flache Endfläche des Elektrodenbasismaterials 30 zu setzen und mit ihr zu vereinen, die keinen Abschnitt kleinen Durchmessers hat, und den Laserstrahl R von schräg oben auftreffen zu lassen. Wie in 12B gezeigt ist, ist es anstelle dessen auch möglich, die Zündspitze 50 aus Ir-Legierung in eine auf der Endfläche des Elektrodenbasismaterials 30 ausgebildete Vertiefung zu setzen und mit ihr zu vereinen und den Laserstrahl R von schräg oben auftreffen zu lassen. Mit anderen Worten unterliegt das oben beschriebene Ausführungsbeispiel weder bezüglich des Zusammenhangs zwischen der Zündspitze und dem mit ihr durch Laserschweißen zu verbindenden Elektrodenbasismaterial noch bezüglich des Auftreffwinkels der Laserstrahlen ernsthaften Einschränkungen.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, stellen die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung eine Zündkerze zur Verfügung, die eine Mittelelektrode (30), einen die Mittelelektrode haltenden Isolator (20), ein den Isolator haltendes und fixierendes Gehäuse (10) und eine Masseelektrode (40) hat, von der ein Endabschnitt mit dem Gehäuse verbunden ist und der andere Endabschnitt der Mittelelektrode über einen dazwischen liegenden Funkenspalt (70) gegenüberliegt. Mit mindestens einem der dem Funkenspalt zugewandten Abschnitte der Mittelelektrode und der Masseelektrode ist eine stabförmige Zündspitze (50, 60) aus einer Ir-Legierung verbunden. Eine Querschnittsfläche (55) der Zündspitze aus der Ir-Legierung ist entlang einer zur Achse der Zündspitze senkrechten Ebene nicht rund. Wenn in der Querschnittsfläche der Zündspitze aus der Ir-Legierung ein Umkreis (C1) einen größten Durchmesser A unter fiktiven Kreisen hat, die mindestens drei Abschnitte eines sichtbaren Umrisses der Querschnittsfläche berühren, und ein Inkreis (C2) einen größten Durchmesser B unter Inkreisen hat, die mit dem Umkreis (C1) gleichachsig sind, ist das Verhältnis B/A des Durchmessers B zu dem Durchmesser A größer oder gleich 0,8 und kleiner als 1,0. Der sichtbare Umriss der Querschnittsfläche (55) wird durch eine fortlaufende Verbindung von mindestens sieben geraden oder gekrümmten Linienelementen gebildet, wobei der Winkel zwischen jedem Linienelement und einem benachbarten Linienelement nicht weniger als 125° und nicht mehr als 235° beträgt.

Die oben angegebenen, in Klammern stehenden Bezugszeichen geben den Zusammenhang beziehungsweise die Übereinstimmung mit den oben beschriebenen Bestandteilen oder Abschnitten in den bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung wieder.

Bei der erfindungsgemäßen Zündkerze ist die Form der Zündspitze aus Ir-Legierung in der Querschnittsgestaltung entlang einer zur Achse der Zündspitze senkrechten Ebene nicht rund. Es ist daher möglich, viele verschiedene Arten von Zündspitzen aus Ir-Legierung zu verwenden, deren Querschnittsgestaltung mehreckig bzw. säulenförmig ist. Verglichen mit dem Fall, dass die Zündspitze säulenförmig ist, können die Bearbeitungs- oder Herstellungskosten stark reduziert werden. Es lassen sich also die Bearbeitungs- oder Herstellungsvorgänge für die Zündspitze aus der Ir-Legierung vereinfachen.

Die Erfindung stellt demnach eine Zündkerze zur Verfügung, mit der sich die Bearbeitungsvorgänge für die Zündspitze aus Ir-Legierung vereinfachen lassen und sich beim Laserschweißen die Bindungsfähigkeit der Zündspitze aus Ir-Legierung sicherstellen lässt.

Das Verhältnis B/A ist vorzugsweise nicht größer als 0, 96.

Der Durchmesser A des Umkreises (C1) ist vorzugsweise nicht kleiner als 0,3 mm und nicht größer als 1,5 mm.

Die Zündspitze (50, 60) aus der Ir-Legierung enthält vorzugsweise 50 Gew.-% Ir und mindestens einen Zusatzstoff und hat einen Schmelzpunkt von nicht weniger als 2000°C.

Der mindestens eine in der Zündspitze (50, 60) aus der Ir-Legierung enthaltene Zusatzstoff ist vorzugsweise aus der aus Pt, Rh, Ni, W, Pd, Ru, Os, Al, Y und Y₂O₃ bestehenden Gruppe gewählt. Diese Zusatzstoffe besitzen die Fähigkeit, auf der Oberfläche der Zündspitze einen Film zu bilden, und unterdrücken demnach wirksam eine Oxidation und Verflüchtigung von Ir.

Darüber hinaus sieht die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze vor, die eine Mittelelektrode (30), einen die Mittelelektrode haltenden Isolator (20), ein den Isolator haltendes und fixierendes Gehäuse (10) und eine Masseelektrode (40) hat, von der ein Endabschnitt mit dem Gehäuse verbunden ist und der andere Endabschnitt der Mittelelektrode über einen dazwischen liegenden Funkenspalt (70) gegenüberliegt, wobei mit mindestens einem der dem Funkenspalt zugewandten Abschnitte der Mittelelektrode und der Masseelektrode eine stabförmige Zündspitze (50, 60) aus einer Ir-Legierung verbunden ist. Des Weiteren ist eine Querschnittsfläche (55) der Zündspitze aus der Ir-Legierung entlang einer zur Achse der Zündspitze senkrechten Ebene nicht rund. Wenn in der Querschnittsfläche der Zündspitze aus der Ir-Legierung ein Umkreis (C1) einen größten Durchmesser A unter fiktiven Kreisen hat, die mindestens drei Abschnitte eines sichtbaren Umrisses der Querschnittsfläche berühren, und ein Inkreis (C2) einen größten Durchmesser B unter Inkreisen hat, die mit dem Umkreis (C1) gleichachsig sind, ist das Verhältnis B/A des Durchmessers B zu dem Durchmesser A größer oder gleich 0,8 und kleiner als 1,0. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren enthält den Schritt, die Querschnittsfläche (55) der Zündspitze aus der Ir-Legierung so zu gestalten, dass der sichtbare Umriss durch eine fortlaufende Verbindung von mindestens sieben geraden oder gekrümmten Linienelementen gebildet wird und der Winkel zwischen jedem Linienelement und einem angrenzenden Linienelement nicht weniger als 125° und nicht mehr als 235° beträgt, und den Schritt, die gesamte Umfangsfläche der Zündspitze aus der Ir-Legierung durch Laserschweißen mit dem entsprechenden, dem Funkenspalt zugewandten Abschnitt der Mittelelektrode beziehungsweise der Masseelektrode zu verschweißen.

Claims

Zündkerze, mit: einer Mittelelektrode (30); einem die Mittelelektrode haltenden Isolator (20); einem den Isolator haltenden und fixierenden Gehäuse (10); und einer Masseelektrode (40), von der ein Endabschnitt mit dem Gehäuse verbunden ist und der andere Endabschnitt der Mittelelektrode über einen dazwischen liegenden Funkenspalt (70) gegenüberliegt, wobei mit mindestens einem der dem Funkenspalt zugewandten Abschnitte der Mittelelektrode und der Masseelektrode eine stabförmige Zündspitze (50, 60) aus einer Ir-Legierung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querschnittsfläche (55) der Zündspitze aus der Ir-Legierung entlang einer zur Achse der Zündspitze senkrechten Ebene nicht rund ist, wenn unterstellt wird, dass in der Querschnittsfläche der Zündspitze aus der Ir-Legierung ein Umkreis (C1) einen größten Durchmesser A unter fiktiven Kreisen hat, die jeweils mindestens drei Abschnitte eines sichtbaren Umrisses der Querschnittsfläche berühren, und ein Inkreis (C2) einen größten Durchmesser B unter Inkreisen hat, die mit dem Umkreis (C1) gleichachsig sind, das Verhältnis B/A des Durchmessers B zu dem Durchmesser A größer oder gleich 0,8 und kleiner als 1,0 ist, der sichtbare Umriss der Querschnittsfläche (55) durch eine fortlaufende Verbindung von mindestens sieben geraden oder gekrümmten Linienelementen gebildet wird und der Winkel zwischen jedem Linienelement und einem benachbarten Linienelement nicht weniger als 125° und nicht mehr als 235° beträgt.
Zündkerze nach Anspruch 1, bei der das Verhältnis B/A nicht größer als 0,96 ist.
Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Durchmesser A des Umkreises (C1) nicht kleiner als 0,3 mm und nicht größer als 1,5 mm ist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Zündspitze (50, 60) aus der Ir-Legierung 50 Gew.-% oder mehr Ir und mindestens einen Zusatzstoff enthält und einen Schmelzpunkt von nicht weniger als 2000°C hat.
Zündkerze nach Anspruch 4, bei der der mindestens eine in der Zündspitze (50, 60) aus der Ir-Legierung enthaltene Zusatzstoff aus der aus Pt, Rh, Ni, W, Pd, Ru, Os, Al, Y und Y₂O₃ bestehenden Gruppe gewählt ist.
Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze, die eine Mittelelektrode (30), einen die Mittelelektrode haltenden Isolator (10), ein den Isolator haltendes und fixierendes Gehäuse (10) und eine Masseelektrode (40) hat, von der ein Endabschnitt mit dem Gehäuse verbunden ist und der andere Endabschnitt der Mittelelektrode über einen dazwischen liegenden Funkenspalt (70) gegenüberliegt, wobei mit mindestens einem der dem Funkenspalt zugewandten Abschnitte der Mittelelektrode und der Masseelektrode eine stabförmige Zündspitze (50, 60) aus einer Ir-Legierung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querschnittsfläche (55) der Zündspitze aus der Ir-Legierung entlang einer zur Achse der Zündspitze senkrechten Ebene nicht rund ist, wenn unterstellt wird, dass in der Querschnittsfläche der Zündspitze aus der Ir-Legierung ein Umkreis (Cl) einen größten Durchmesser A unter fiktiven Kreisen hat, die jeweils mindestens drei Abschnitte eines sichtbaren Umrisses der Querschnittsfläche berühren, und ein Inkreis (C2) einen größten Durchmesser B unter Inkreisen hat, die mit dem Umkreis (Cl) gleichachsig sind, das Verhältnis B/A des Durchmessers B zu dem Durchmesser A größer oder gleich 0,8 und kleiner als 1,0 ist und das Herstellungsverfahren die Schritte umfasst: die Querschnittsfläche (55) der Zündspitze aus der Ir-Legierung so zu gestalten, dass der sichtbare Umriss durch eine fortlaufende Verbindung von mindestens sieben geraden oder gekrümmten Linienelementen gebildet wird und der Winkel zwischen jedem Linienelement und einem benachbarten Linienelement nicht weniger als 125° und nicht mehr als 235° beträgt, und die gesamte Umfangsfläche der Zündspitze aus der Ir-Legierung durch Laserschweißen mit dem jeweiligen, dem Funkenspalt zugewandten Abschnitt der Mittelelektrode beziehungsweise Masseelektrode zu verschweißen.