DE1576663A1

DE1576663A1 - Zuendkerze fuer Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1576663A1
Application number: DE19671576663
Authority: DE
Inventors: Hallauer William J; Romine Donald J
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1966-08-17
Filing date: 1967-08-01
Publication date: 1970-12-10
Also published as: US3452235A; GB1114000A

Description

fttwU München, den - 1. Aug 1967

DipWng.KariWessel

8 München 13
Hohtnitaufenetr.2,Te!.338111 Mein Zeichen: FK-1848

Po r d— W e r k e - Aktiengesellschaft

K ö 1 η - Ni eh 1
Henry-Ford-Strasse

"Zündkerze für Brennkraftmaschinen"

Für diese Anmeldung wird die Priorität der Patentanmeldung Se.No. 573 017 vom17. August I966 in den Vereinigten Staaten von Nordamerika in Anspruch genommen.

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze für Brennkraftmashhinen, bei der ein Draht benutzt wird, welcher in einer kurzen mittleren Elektrodenhülse sitzt und der von einem Wärme leitenden Mittel umgeben ist, um einen Wärmeabzugsweg aus der Spitze der Zündkerze zu schaffen. Die neue Zündkerze erfordert geringere Mengen teurerer Metalle für die mittlere Elektrode und ist aus* serdem leichter und wirtschaftlicher herstellbar.

Die Zündkerzen nach dem Stande der Technik besitzen mittlere Elektroden aus einem einzigen Stück oder aus einem mittleren Draht, d^r von einem hülsenartigen Teil umgeben ist» welcher in dem Isolator in oder über der Ebene sitzt, in welcher der Isolator in dem Mantel sitzt« Eine so lange Elektrode war not« wendig, um aus der Spitze der Zündkerze einen Wftrmeabzugsweg

^ssma massiven TeAl des Isolators sowie aum Mantel und auf das BAD QHiGlNAL -

·'"'-■■^; - - _'-*■ - 009850/0433

umgebende Medium zu WZmmmn. schaffen.

Bei diesen langen Elektroden werden grosse Mengen an teueren Metallen und Legierungen erforderlich» Zusätzlich sind Produktions-Toleranzen schwer über die Länge der Elektrode aufrecht zu erhalten und bei vielen Zündkerzen wird daher eine im Vakuum auszuführende Verbindung zwischen der Elektrode und dem Isolator erforderlich, um eine gute Wärmeleitfähigkeit hervorzurufen. Bei manchen bekannten Zündkerzen wird die lange mittlere Elektrode eingegossen, wobei Unterschiede in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Elektrode und des Isolators eine se.hr sorgfältige Kontrolle der Materialien und der Gießtemperaturen erfordern und wodurch solche Konstruktionen nicht die beabsichtigten Herstellungs- und Betriebsvorteile aufweisen.

Bei der Zündkerze nach der Erfindung besitzt der Isolator eine \ Spitze, einen massiven Teil über der Spitze und einen Kanal, der durch beide Teile hindurchgeht. Die Elektrode besteht aus einem äusseren Teil, der Widerstandsfähig gegen Anfressungen aus elektrischer Entladung ist und der in der Spitze des Isolators sitzt. Ein innerer Teil befindet sich in inniger wärmelei-^ tender Berührung mit dem äusseren Teil und ist kleiner als der Kanal und erstreckt sich über den äusseren Teil hinaus bis in den massiven Teil des IsolatorsV₀ Eine wärmeleitende Zusammensetzung von Metallpulver und Glas füllt den Kanal, zwischen dem inneren Teil der Elektrode und dem Isolator, so dass ein ausgezeichneter Wärmeabzugsweg von dem ftusseren Teil der Elektrode über den inneren Teil und die Zusammensetzung geschaffen ist.

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Wenn deijäussere Teil der Elektrode die Form einer Hülse hat, so kann der innere Teil aus einem Draht bestehen, der in die öffnung der Hülse hinein passt. Diese Konstruktion erfordert keine Dichtung -zwischen dem äusseren und dem inneren Teil der Elektrode und vergrössert die wärmeleitende ,Berührungsfläche zwis.chen den Teilen. Ein wärmeleitendes Mittel füllt den Raum zwischen dem Draht und dem Isolator aus, .

Der thermische Ausdehnungskoeffizient von Metall-Glas-Zusammen-Setzungen, wie sie als Mittel zur Wärmeleitung angewendet werden, kann leicht gesteuert werden, damit eine übergangszone geschaffen wird, in der ein guter thermischer Kontakt mit dem Isolator und dem Draht aufrechterhalten- wird, Die Zusammensetzung kann auch als Abdichtung für die mittlere Elektrode dienen oder auch als nicht abdichtendes Ende für eine mit ihr aus einem Stück bestehende Widerstandsabdichtung,

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Belohnung näher erläutert« .

Die Zündkerze nach der Zeichnung besitzt einen üblichen Mantel 10 mit einer grossen Bohrung 12 im oberen Teil und einer kleineren Bohrung 14 im unteren Teil,, Die Bohrung 12 geht durch eine Schulter 16 in die Bohrung l^l\ über. Die äussere Fläche des Mantels 10, die den unteren Teil umgibt, ist mit Gewinde 18 zumEinsetzen in die Maschine versehen, Im unteren Ende der kleineren Bohrung 1*1 sitzen die üblichen Masseelektroden RG.

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Ein Isolator 22 aus dem üblichen Material und mit einem massiven Teil 2M_t der über eine äussere Schulter 25 in einen kleineren Spitzenteil 26 übergeht, sitzt in dem Mantel 10, wobei der massive Teil 24 in der grösseren Bohrung 12 und der Spitzenteil 26 in der kleineren Bohrung IM sitzt. Die Schulter 25 sitzt auf der Schulter 16 des Mantels 10 und 1st hier durch eine Dichtung 28 abgedichtet·

In der Mitte des Isolators 22 befindet sich ein Elektrodenkanal 30, Der Kanal 30 hat oben in dem Isolator 22 einen grossen Durchmesser 32, in dem massiven Tell 2M einen mittleren Durchmesser 33| der bis in den Spitzenteil hineinreicht und am Ende der Spitze 26 einen verringerten Durchmesser J>M_% Zwischen dem grossen Durchmesser.32 und dem mittleren Durchmesser 33 und zwischen dem mittleren Durchmesser 33 und dem verringerten Durch· messer 3M liegen Schultern 35 und 36.

Eine metallische Hülse 38, der äussere Teil der Elektrode, besitzt einen vergrösserten Flansch 39 am offenen Ende, der sich auf die Schulter 36 aussetzt, Das geschlossene Ende der Hülse 38 tritt aus der Spitze 26 des Isolators heraus und endigt neben den Elektroden 20, In der Hülse 38 sitzt ein Metalldraht *IO, der innere Teil der Elektrode, der sich aufwärts in dem Kanal 33 bis über die Schulter 16 erstreckt, Die Hülse 38kann aus

Nickel, Niekel-Leprierunr» Platin oder anderen Materie]ion bees
σ stehen, die einer Anfressune· aus einer elektrischen Ladung Fi-

derstand leinten -sowie widerstandsfähig gegen Korrosionen aus cn " .

^ dem Brenngas -ind, ⁿei der fWndkerjip nach der Erfindung wird

.r- Hickol bevorzugt,- da es--leicht verformbar ist und verhiütnisc*j mftsÄir blllip, Der Draht M-O kann aus Kunfer. .Silber oder anderen

BAD ORIGINAL _w

Materialien mit hoher elektrischer und hoher Wärme-Leitfähigkeit bestehen. Bei Zündkerzen nach der Erfindung wird Kupfer bevorzugt, weil es eine gute Kombination dieser Eigenschaften besitzt.

Der Draht ¹JQ ist von einem wärmeleit fähigen Mittel, wie z.B. einer Zusammensetzung '12 aus Metallpulver und Glas umgeben, um den Kanal 30 zwischen dem Draht 40 und dem Isolator 22 auszufüllen. Das Metallpulvprkann aus Kupfer, Nickel oder anderen Materialien mit guten* Wärme-LeitfähiEkeitseigenschaften bestehen. Eine gute elektrische Leitfähigkeit ist bei den Zündkerzen nach der Erfindung auch zweckmässig, bei denen die Zusammensetzung das Ende des Widerstandes bildet, wie noch beschrieben wird. Das Glas 1st eine elektrische Sorte Bo--r-Silikat-Glas, wie z.B. Corning Mr. 7070, welches durch die Corning Glass Company hergestellt wird. Die Metallpulver aus Kupfer und Nickel werden bevorzugt, da sie eine Zusammensetzung ergeben, die einen guten Ausgleich zwischen der elektrischen Leitfähigkeit und der Wärmeleitfähigkeit besitzt.

Werden Kupfer oder Nickel als Metallpulver benutzt, so enthält die Zusammensetzung vorzugsweiseetwa 30 bis 100 % Glas, weil diese Zusammensetzungen auch eine Dichtung des Kanales 30 ergeben« Der Bereich kann etwas verändert werden, abhängig von der gewünschten elektrischen und dor gewünschten Wärme-Leitfähigkeit

und der Abdichtung. Kupfer- oder Hickel-Zuaammensetzungen von ο -

° etwa 50 bia 70 Gewichtnprozent an Glass ergeben einen guten (Ji Ausgleich der Eigenschaften. Ein Kupferpulver mit einer Partlkel-

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■^ grösfie, bei welcher maximal 5% auf einem Sieb von 200 Maschen

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*"Vgehalten werden, bei welchem 15 bis 25^ auf einem Sieb von ^w 325 Maschen gehalten werden und 70 bis 9055 durch das Sieb

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von 325 Maschen hindurchgehen, ergibt eine verwendungsfähige Zusammensetzung, wenn es mit Bor-Silikat-Glas vermischt wird, um eine Zusammensetzung in diesem Bereich zu erzeugen.

In dem Kanal 30 über der Zusammensetzung 42 ist eine aus einem Stück bestehende Widerstandsabdichtung 44 angeordnet. Die Widerstandsabdichtung HH kann aus Mischungen von Bor-Silikat-Glas Titan-Oxyd und Bor-Karbid hergestellt werden, wie in der amerikanischen Patentschrift 3 088 921 beschrieben, die zum Bestandteil dieser Beschreibung gemacht wird. Die ^T'^rirterstandsabdichtung 4*1 kann den Draht 40 unmittelbar berühren, wie in der amerikanischen Patentschrift beschrieben oder die Zusammensetzung 42 kann zwischen der Widerstandsabdichtung HH und dem Draht 40 niedriger endigen, xtfie es in der Zeichnung dargestellt ist. Gegebenenfalls können gewöhnliche, nicht abdichtende Widerstände aus Glas- und Graf-itmischungen anstelle von einer aus einem Stück bestehenden Widerstandsabdichtung benutzt wer·· den, indessen erfordern derartige Konstruktionen, dass die Zusammensetzung 42 den mittleren Teil des Drahtes abdichtet.

In dem Kanal 30 sitzt über der Widerstandsabdichtung HH ein Abschlussteil 46, .Dieser besteht aus einer Zusammensetzung aus Metallpulver und Glas ähnlich der Zusammensetzung '12 mit der Ausnahme, dass ein breiterer Materialbereich und breitere Verhältnisse benutzt werden können, da der Abschluss H6 nicht die thermische Leitfähigkeit und die AbrUchtungafählpkelt der Zusammensetzung 42 aufzuweisen braucht,. Im" Allgemeinen werden Mischungen von 30 Gewichtsprozent Kupfer-Pulver und 70 Gewichtsprozent Bor-Sllikat-Glas für den AJ^hJ^s^ljsgil benutzt,

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Ein' Zapfen 48 sitzt in dem Abschlussteil und steht in elektrisch leitendem Kontakt mit ihm an der Schulter 35. Der' untere Teil des Bapfens 48 kann mit Gewinde versehen sein, gerändelt oder gerippt um mit dem Abschlussteil 46 den gewünschten elektrischen und mechanischen Kontakt zu erhalten.

Oben an dem Mantel 10 sitzt eine Hülse 50, die durch Umbördelung der Kante des Mantels 10 über Worsprünge der Hülse 50 festgehalten ist. Am unteren Ende der Hülse SO befindet sich eine Dichtung 52, die ihrerseits sich auf den Isolator 22 aufsetzt j um diesen in dem Mantel 10 festzuhalten.

Zum Zusammensetzen der Zündkerze nach der Erfindung wird der mittlere Draht 40 in die Hülse 38 eingedrückt und das Ganze auf eine Temperatur eben unter dem Schmelzpunkt des Drahtes erhitzt, um einen innigen wärmeleitenden Kontakt zwischen der Hülse 38 und dem Draht zu erzielen. Eine Mischung zur Bildung der Zusammensetzung 42 wird zubereitet, indem die Einzeltelle mit einer geringen Menge eines geeigneten 3indemittels gemischt werden.

Die Hülse 38 wird in -den Kanal 30 eingesteckt, bis der Flansch 39 auf der Schulter 36 aufsitzt. Auf den Plansch 39 wird rund um den Draht '10 herum die Mischung für die Zusammensetzung 42

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_o * in den Kanal 30 eingebracht, Sofern die Zusammensetzung 42 als AbnchlusR -THr (He Widerstandsabdichtunc. 44 wirken soll, wird

eine zusätzliche Mischung bei pegeben, die ausreicht, um die £_ -obere· Stir>n^eite den Drahte« abzudecken, Oben auf die Mischung W der ZuRammensetKunp· 42 wird .odne MinohuiV aufgebracht_ft welche

die Widerstandsabdichtung 44, die aus einem Stück besteht, bildet. Alsdann wird eine Mischung auf die Oberseite der Mir schung der Widerstandsabdichtung 44 aufgebracht, die den oberen Abschluss.46 bildet.

Das Ganze wird alsdann in einem Ofen auf-etwa 700 bis 900 ° C erhitzt, um die verschiedenen Mischungen in dem Kanal 30 zu schmelzen. Der Zapfen 48 wird mit einem Preßstempel in den Kanal 30 eingedrückt. Alsdann wird das Ganze auf Raumtemperatur abgekühlt, während der Druck auf den Zapfen 48 aufreöhterhalten wird,· ■

Der fertige Isolator wird alsdann zusammen mit der Dichtung 28 in den vorgeformten Mantel 10 eingesetzt. Die Hülse 50 wird oben in den Mantel zusammen mit der Dichtung 52 eingebracht und alsdann der obere Rand des Mantels 10 umgebördelti um die Hülse 50 an dem Mantel 10 zu befestigen.

Die Herstellung der Zündkerze nach der Erfindung ist vereinfacht da ein guter Wärme-Abzugsweg über den Draht 40 und die Zusammensetzung 42 erreicht wird, ohne dass enge Toleranzen der Hülse 38 und des Drahtes 40 über grttsseren Abstand eingehalten wenden müssen. Die Zusammensetzung 42 gleicht Abweichungen des Drahtes

40 in Länge und Durchmesser aus. Ein Bindemittel ist zwischen σ
° der Hülse 38 und dem Isolator 22 nicht erforderlich, da der

^ Hauptweg der Wärmeleitung von der Spitze der Hülse 38 durch den -^ Draht 'IO und die Zusammensetzung 42 des Isolators 22 geht.

Die Erfindung schaf^t also einra Zilnrtkernn mit einem .kurzen-Teil ,· der .in der .Γ13?tte rif?« Isolators

einem inneren Teil, der hiermit in Wärmeleitendem Kontakt steht und der in den massiven Teil des Isolators hineinreicht· Die Zündkerze besitzt eine Leistung, die ebenso ist, wie die Leistung von Zündkerzen, die eine kompliziertere Herstellung erfordern sowie grSssere Mengen an teuren Metallen.

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Claims

Ansprüche

1, Zündkerze für Brennkraftmaschinen mit einem Isolator mit einem massiven Teil, einer Spitze und einem mittleren Kanal, in dem die Mittelelektrode sitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelelektrode aus einem äusseren,. nur in der Spitze (26) des Isolators (22) sitzenden Teil (38) aus gegen elektrische Anfressung widerstandsfähigem Material und einem inneren, bis in den massiven Teil (24) des Isolators (22) reichenden Teil (40) besteht, der in guter wärmeleitender Verbindung mit dem äusseren Elektrodenteil (3B) steht, und dass der Kanal (33) zwischen dem inneren Elektrodenteil (40) und dem Isolator (22) durch eine wärmeleitende Zusammensetzung (42) aus Metallpulver und Glas ausgefüllt ist,

2, Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der äussere Elektrodenteil (38) als den inneren Teil (40) umschlies· sende Hülse ausgebildet ist,

3, Zündkerze nach Ansnruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Netallpulver in der Zusammensetzung ('12) für die Ausfüllung des Kanälen (33) aus Micke! oder Kupfer besteht.

Ί, Zündkerze nach Amipruth J Μ.ί 3, ι"1.^;ι·Ίπρ«Μ '^'''riirr:'.*;! tihnet; _} unnf, MI« Su.MHiMiUfrtiJiit-.Kimß: "M) -ifcwa ¹IO 11.:; 70 Oewfi, r. ;nrn-ont; ■ii it onbh/l.Lfc. ',ΟΊ,Γί.ϋ/Ο^η BAD ORIGINAL

- ii -

5. Zündkerze nach Anspruch 1 bis ¹I, bei der der Isolator auf einer Schulter des Zündkerzenmantels aufsitzt und seine Spitze bis unter diese Schulter reicht, dadurch gekennzeichnet, dass" die Hülse (38) der mittleren Elektrode in dem Kanal (33) des Isolators unterhalb der Schulter (28) festsitzt und dass in der Hülse (38) ein Metalldraht (40) sitzt, der bis über die Schulter (28) reicht.

6. Zündkerze nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kanal (33) des Isolators (22) eine aus einem Stück bestehende Widerstandsabdichtung (3*0 sitzt,

7. Zündkerzenach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung (42) aus Metallpulver, und Glas das untere Ende der Widerstandsabdichtung (¹I¹I) bildet.

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