DE2263082A1

DE2263082A1 - Zuendkerze

Info

Publication number: DE2263082A1
Application number: DE2263082A
Authority: DE
Inventors: Jun Paul Edward Rempes; Frank A Westenkirchner
Original assignee: Champion Spark Plug Co
Current assignee: Federal Mogul Ignition LLC
Priority date: 1972-02-08
Filing date: 1972-12-22
Publication date: 1973-08-16
Also published as: MY7800157A; FR2171105B1; IT974378B; DK142705B; SE390681B; NL7301758A; FR2171105A1; CA967838A; DK142705C; GB1370761A; BE794668A; US3771204A

Description

Champion Spark Plug Company, 900 Upton Avenue, Toledo, Ohio (TTSA)

Zündkerze

Die Erfindung bezieht sich auf Zündkerzen und richtet sich insbesondere auf ein Verfahren zur Verbesserung der Reißfestigkeit des Kasenteiles der Isolatoren in Zündkerzen mit einer hoch Wärme leitenden.Mittel-. elektrodenanordnung.

Obwohl die besondere Form und die besonderen Betriebscharakteristiken für Zündkerzen für Brennkraftmaschinen sich mit den Anforderungen der jeweiligen Maschine ändern, enthalten Zündkerzen im allgemeinen, einen rohrförmigen hohlen Mantel mit einem Gewindeende zum Ein-

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schrauben in den Maschinenkopf, einen starr im Mantel montierten keramischen Isolator und eine in einer Bohrung durch den Isolator montierte Mittelelektrodenanordnung. Die Mittelelektrodenanordnung enthält ein Anschlußende und ein Zündende. Das Zündende der Elektrodenanordnung bildet einen Funkenspalt mit einer Massenelektrode, die am Mantel befestigt ist. Der Isolator v/eist einen Nasenteil auf, der sich vom Zündende der Elektrodenanordnung zu einem Zwischenisolatorteil vergrößerten Durchmessers erstreckt, der gegen eine Schulter innerhalb des Mantels ansitzt. Gewöhnlich wird auf dem Sitz eine Dichtung verwendet. Der Sitz wirkt als Gasdichtung und als Wärmeleitbahn zur Weiterleitung und Ableitung der Wärme von der Mittelelektrode und vom Nasenteil des Isolators.

Bei der Verwendung keramisch isolierter Zündkerzen in Hochleistungsbrennkraftmaschinen oder dergleichen, insbesondere in Flugzeugtriebwerken, treten erhebliche Schwierigkeiten auf, weil die Isolatornase dazu neigt, zu reißen. Die Rißneigung ist besonders kritisch bei Zündkerzen mit einer hoch wärmeleitenden Mittel elektrodenanordnung. Solche Zündkerzen werden aber häufig in Hochleistungstriebwerken verwendet. Wenn die Elektrodennase reißt, dann führt die Diskontinuität der Wärmeübertragungsbahn zu einem praktischen Temperaturanstieg mit dem Ergebnis, daß die Spitze der Zündkerze bin zu einem Punkt erhitzt wird, wo im zugeordneten Zylinder eine Frühzündung auftritt.Frühzündung ißt aber ein ernsthaftes Problem bei Hochleistungstriebwerken.

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BAO ORIGINAL

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Wenn eine solche Maschine für mehr als wenige Sekunden mit Frühzündung betrieben wird,, zerstört die dabei erzeugte Wärme sowohldie Zündkerze als auch schließlich die Maschine. In schweren Fallen einer Frühzündung können sowohl der Kolben als auch die Zündkerze schmelzen. Wenn die Frühzündung nach der Bildung eines Rißes in der Isolatornase nicht auftritt, dann kann der Riß doch zu einem vollständigen Bruch führen und ein Teil des Isolators abspringen. Der abgesprungene Teil selbst kann zu schweren mechanischen Störungen in der Brennkammer führen.

Man hat im allgemeinen das Reißendes Nasenteiles der Zündkerzenisolatoren auf die Unterschiede in der Wärmedehnung der metallischen Elektrode und des keramischen Isolators .zurückgeführt. Es gibt die Theorie, daß die hohe Ausdehnungsgeschwindigkeit der Elektrode dazu führt, daß sie sich gegen die Innenwandung .des Isolators ausdehnt und darauf eine Zugspannung ausübt. Diese Theorie kann natürlich nicht der Rißbildung in solchen Zündkerzen Rechnung tragen, wo die Mittelelektrode ein Körper aus wärmeleitendem Metall, beispielsweise Silber ist, das unmittelbar in die Isolatorbohrung eingegossen wurde. Wenn das Gußmetall einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Isolator hat, dann ist es offensichtlich, daß es sich niemals bis zu einem Ausmaß ausdehnen kann, das es annehmen würde,· wenn es geschmolzen· wäre und daß das Gießmetall daher immer nicht größer als die Bohrung des Isolators sein kann. Ein Studium der tatsächlichen Temperaturverhältnisse während dieses Vorgangs hat gezeigt, daß das Reißen vermutlich auf thermische Kräfte innerhalb des Isolators zurückgeht, die darauf zurückzuführen sind, daß das Innere des Nasenteiles des Isolators kalter wird als die Außenoberfläche des.Nasenteiles und zwar

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wegen der Wärmeübertragung in die vergleichsweise kühlere metallische Mittelelektrode.

Theoretisch lassen sich verschiedene Faktoren aufzählen, die zu der Rißbildung in den Zündkerzenisolatoren führen. Diese Paktoren umfassen (1) den Elastizitätsmodul des keramischen Nasenmaterials; (2) den Wärmeleitungskoeffizienten des keramischen Nasenmaterials; und (3) die Zugfestigkeit des den Nasenteil umfassenden Keramikmaterials. Im allgemeinen sollten die Paktoren (1) und (2) so niedrig wie möglich gehalten werden, um die thermische Beanspruchung des Isolators auf ein Minimum herabzusetzen, während der Paktor (3) so hoch als möglich sein sollte.

Wird eine Zündkerze in einem Hochleistungstriebwerk benutzt und die leistung allmählich gesteigert, dann wird allmählich eine Maschinenleistung erreicht, bei der die besondere Zündkerze zu einer Frühzündung führt. Der "angezeigte mittlere Arbeitsdruck" des Triebwerks, bei dem eine besondere Zündkerze zur Prühzündungführt, wenn sie innerhalb der Maschine verwendet wird, soll im folgenden allgemein als I.M.E.P.Wert für diese Zündkerze bezeichnet werden. Ee hat sich gezei~,gt, daß der I.M.E.P.-Wert einer Zündkerze vergrößert werden kann, indem man die Isolatornase verkürzt und damit die Temperatur der Zündspitze herabsetzt. Jedoch ist eine solche Maßnahme vergleichsweise unerwünscht, weildie Abweichungen von einem Durchschnitts-I.M.E.P.-Wert für eine gegebene Anzahl von Zündkerzen sehr hoch sind und weil die Zündkerzen dieser Art insbesondere dem Verrussen ausgesetzt sind, wenn sie in einem Triebwerk mit niedriger Ausgangsleistung betrieben werden.

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Eine andere Maßnahme, die sich als günstig für die Steigerung des J.M.E,P.-Wertes einer Zündkerze herausgestellt hat, ist die Anordnung eines thermisch leitenden Mittelelektrodenteiles, beispielsweise eines Gußsilberelektrodenteiles in der Bohrung durch den Nasenteil des Zündkerzenisolators. Der thermisch leitende Mittelelektrodenteil senkt die Temperatur der Zündkerze unter Anheben des I.M.E.P,-Wertes ab. Verschiedene Arten von thermisch leitenden Elektrodenteilen wurden beispielsweise bei Plugzeugzündkerzen verwendet. Bei einer* thermisch leitenden Mittelelektrodenausbildung wird eine Niete oder ein Stab aus einem erosions- und korrosionsfesten Material, wie beispielsweise aus einer Platin oder Iridiumlegierung so eingesetzt, daß die Niete oder der Stab aus der.Bohrung durch die Isolatornase vorsteht und eine Zündspitze bildet, worauf dann Silber in die Nahtbohrung eingegossen wird. Bei einer anderen Konstruktion wird ein in Längsrichtung geschlitztes Nickellegierungsrohr in die Isolatornasenbohrung entweder um einen Teil einer vergleichsweise . massiven Elektrode, die sich vom Isolator zur Bildung eines Zündspaltes mit einer Massenelektrode erstreckt, oder dazu eingesetzt, eine Nietenspitze zu halten, welche den Zündspalt mit der Massenelektrode definiert. In den offenen Raum innerhalb des Rohres wird Silber eingegossen. Bei jeder Elektrodenkonstruktion besteht der Zweck des thermisch leitenden Anteiles der Elektrode darin, die Wärmeleitong von der Zündspitze der Elektrode zu verstärken, dabei die Temperatur der Zündspitze zu reduzieren und den I.M.E.P.Wert der Zündkerze zu erhöhen. Auch andere bekannte Einrichtungen für thermisch leitende Elektroden können natürlich in Zündkerzen dieser Art verwendet werden.

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren zur

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Reduzierung des Auftretens thermischer Kräfte vorgeschlagen, die den Nasenteil der Isolatoren in Zündkerzen solcher Art aufreißen, bei denen die Mittelelektrodenanordnung einen stark wärmeleitenden Teil innerhalb der Isolatornasenbohrung aufweist. Es wurde festgestellt, daß ein solches Reißen aufgrund thermischer Spannungen stark reduziert,oder sogar beseitigt werden kann, wenn man eine Glasur auf den Teil der Isolatornasenbohrung aufbringt, der in enger Nachbarschaft zum thermisch leitenden Teil der Mittelelektrodenanordnung liegt. Die Glasur kann auf den Isolator aufgebracht werden, indem man einen geeigneten Glasurschlamm durch den Teil der Bohrung fließen läßt, der glasiert werden soll. Der Isolator wird dann bei festgesetzter Zeit und Temperatur gebrannt, um die Glasur in einen durchlaufenden glasigen Überzug zu verschmelzen. Die Glasurschlämme wird vorzugsweise so aufgebracht, daß die Stärke der gebrannten Glasur wenigstens 0,0127 mm (0,0005 Zoll) beträgt und vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 0,0254 mm (0,0010 Zoll) und 0,0635 mm (0,0025 Zoll) liegt.

Vier Glasurzusammensetzungen haben sich als besonders wirkungsvoll für die Herabsetzung der Einführungvon Rißen in Zündkerzenisolatornasen erwiesen, die durch thermische Kräfte hervorgerufen werden. Diese vier Zusammensetzungen enthalten verschiedene Mengen von K_?0, Na₂O, Ii₂O, CaO, MgO, B O₅, PbO, Al₂O₅ und SiO₃. Nach dem Brennen weist jede Glasurzusammensetzung einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als die Zündkerze, eine merklich geringe Leitfähigkeit als der Isolator und eine Erweichungstemperatur oberhalb der höchsten Betriebstemperatur an der glasierten Oberfläche auf.

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Somit ist es Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Reduktion der Rißbildung der Nasenteile von Isolatoren in Zündkerzen zu schaffen, die in Hochleistungsbrennkraftmaschinen zum Einsatz kommen.

Weiter richtet sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Reduktion der Rißbildung infolge thermischer Kräfte am Nasenteil von Zündkerzenisolatoren.

Die Erfindung soll 'im folgenden im einzelnen, insbesondere unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden.

Die Zeichnungen zeigen in

Pig. 1 einen vergrößerten Vertikalschnitt einer Plugzeugzündkerze, die nach den Prinzipien der Erfindung her-.gestellt ist;

Pig. 2 einen vergrößerten Vertikalschnitt durch den Isolator aus der Zündkerze nach Pig. 1;

Pig. 3 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 der Pig. 2;

Pig. 4 einen vergrößerten Vertikalschnitt einer abgeänderten Ausführungsform einer Zündkerze, die nach den Prinzipien einervorliegenden Erfindung hergestellt ist;

Pig. 5 einen vergrößerten Vertikalschnitt durch den Isolator aus der Zündkerze nach Pig. 4; und in

Pig. 6 einen Querschnitt längs der Linie 6-6 der Pig. 4.

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Wie bereite erwähnt werden Zündkerzen, die in Hochleistungstriebwerken Verwendung finden, beispielsweise in Plugzeugtriebwerken, gewöhnlidi mit einer Mittelelektrodenanordnung versehen, die einen hoch wärmeleitenden Teil innerhalb und in enger Nachbarschaft mit wenigstens einem Teil der Wandung einer Bohrung aufweist, die sich durch den Nasenteil des Zündkerzenisolators erstreckt. Dieser Teil der Elektrodenanordnung kann eine Masse aus Silberguß entweder unmittelbar in Berührung mit der Isolatornasenbohrungswandung oder als Einguß in einem Metallrohr aufweisen, das in die Nasenbohrung eingesetzt ist. Der Ausdruck "enge Nachbarschaft" dient zur Beschreibung der lage des hoch wärmeleitenden Teiles der Mittelelektrode bezüglich der Isolatornasenbohrung für beide Arten von Elektrodenanordnungen. Das eingegossene Silber dient zur Ableitung der Wärme von einer Zündspitze am Ende der Elektrodenanordnung und von der Isolatornase zur Vergrößerung des I.M.E.P.-Wertes für die Zündkerze. Es traten jedoch Probleme hinsichtlich der Rißbildung in der Isolatornase bei Zündkerzen dieser Art auf. Das Reißen der Isolatornase ist offenbar die Folge thermischer Spannungen, die aus einem Temperaturgradienten innerhalb der Isolatorphase resultieren.

Gemäß dervorliegenden Erfindung kann das Auftreten von Rißbildung an der Nase dadurch stark reduziert werden, . daß man auf die Bohrung durch die Isolatornase eine Glasur mit einem niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als dem des Isolators aufbringt, wobei diese Glasur noch eine merkliche niedrigere Wärmeleitfähigkeit als der Isolator und eine Erweichungstemperatur aufweisen soll, die oberhalb der höchsten Betriebstemperatur liegt, der die Glasur aus-

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- 9 gesetzt wird.

Es wurden verschiedene Theorien aufgestellt, um zu erklären, warum die Glasur die Neigung zur thermischen Rißbildung herabsetzt, Gemäßeiner ersten Theorie wirkt die Glasur als thermische Barriere unter Herabsetzung der Geschwindigkeit des Wärmeüberganges zwischen dem Isolator und der Mittelelektrodenanordnung. Gemäß dieser Theorie reduziert die Glasur die Wärmespannungen, die in der Isolatornase an der Zwischenfläche mit der kühleren Mittelelektrodenanordnung auftreten, und reduziert ferner den Temperaturgradienten innerhalb der Isolatornase, Gemäß einer zweiten Theorie wirkt die Glasur als Verfestigungsmechanismus, Die Glasur steht xinter starker Druckbelastung, da die Glasur einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Isolator aufweist. Die Druckbelastung wird auf die Glasur auf der Bohrungsoberfläche aufgebracht, wenn Isolator und Glasur nach dem' Brennen der Glasur abgekühlt werden. Auf der anderen Seite kann die Glasur den Isolator verstärken, indem sie Oberflächenriße und Mikroriße in der Fasenbohrungsoberfläche des keramischen Isolators überdeckt und heilt. Bisher gibt es noch,keine gesicherten Anhaltspunkte dafür, welche diese Theorien richtig ist. Selbstverständlich können auch mehr als eine dieser Theorien zur Anwendung kommen und richtig sein, ·

Es wurde festgestellt, daß nur ganz bestimmte Glasurzusammensetzungen zufriedenstellend im Hinblick auf die Reduzierung des Auftretens von JRißen infolge thermischer Spannungen in Zündkerzenisolatornasen brauchbar sind. Der Grund dafür, daß viele Glasuren nicht zufriedenstellend arbeiten, liegt vermutlich darin, daß die Erweichungs-

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temperatüren solcher Glasuren zu niedrig sind. Wenn die Glasur während des Hochtemperaturbetriebes der Zündkerze erweicht, kann sich die Mittelelektrode in Kontakt mit dem Isolator bewegen und damit die Glasur daran hindern, als thermische Barriere zu wirken. Die erweichte Glasur kann außerdem ihre Funktion als Verfestigungsmechanismus für den Isolator verlieren. Vier Glasuren habensich als zufriedenstellend herausgestellt. Sie setzen sich aus den Elementen zusammen, die in Tabelle I im einzelnen aufgeführt sind. Diese Glasurzusammensetzungen können geringere Mengen an Bestiandteilen enthalten,die nicht wesentlich die Verfestigungs- und Wärmebarriereeigenschaften der Glasur beeinträchtigen und die Schmelztemperatur der Glasur nicht wesentlich erniedrigen.

Um wirksam zu werden müssen die Glasuren mit der Zusammensetzung nach Tabelle I für eine bestimmte Zeit und bei bestimmter Temperatur gebrannt werden. Die Brennzeit und -temperatur werden gesteuert, um eine Glasur mit einem Glasaussehen zu erhalten. Eine bestimmte Glasur ist beispiels weise dann v/irksam, wenn sie bei 1370⁰C (250O⁰P) bis 1510⁰C (275O⁰F) 6 Minuten gebrannt wird. Sie ist aber unwirksam, wennsie bei der gleichen Temperatur 10 Stunden lang gebrannt wird, oder wenn sie bei höherer Temperatur nur 6 Minuten lang gebrannt wird. Wenn die Glasur richtig gebrannt ist, verschmilzt sie in einem kontinuierlichen Überzug, hat aber nicht ausreichend Zeit oder wird nicht so hoch erhitzt, daß sie fließt. Entweder erlaubt eine übermassig hohe Brenntemperatur für eine verhältnismässig kurze Zeit oder eine übermässig lange Brennzeit bei einer niedrigeren Temperatur der Glasur zu fließen, was zu einem dumpfen Aussehen, ähnlich dem eines unglasierten Isolators führt. Eine solche Glasur eignet sich nicht zur Verminderung

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des Auftretens von Rißen an der Isolatornase.

Tabelle I

	1: 2: 3: 4:	Ii₂O	CaO MgO	B₂O₃	PbO	I	Al 0	!	SiO₂
•		1 fc— 5$ 1$—5$					10^-20$ 4O??-5O^ 5^-15^		70^-805 20^-305 60^-70; 5596-65;
Zusammensetzung Zusammensetzung Zusammensetzung Zusammensetzung
		15^-20?

In den Zeichnungen" sind zwei Ausführungsformen von Zündkerzen für Hochleistungstriebwerke gemäß der. vorliegenden Erfindung wiedergegeben. Die in den Pig. 1 bis 3 dargestellte Zündkerze 10 enthält einen hohlen Rohrmantel 11 mit einem Gewindeende 12 zum Einschrauben in den Kopfeiner Brennkraftmaschine. Ein keramischer Isolator 13 ist innerhalb des Rohrmantels 11 montier" und sitzt gegen eine thermisch leitende Rohrhülse 14 an. Die Hülse 14 liefert eine Dichtung und eine gute Wärmetransportbahn zwischen dem Isolator 13 und dem Rohrmantel 11. Innerhalb der Bohrung 16 durch den Isolator 13 ist^N eine Mittelelektrode 15 montiert. Die Mittelelektrode 15 endet in einer Spitze 17, die mit einer Masselektrode 18 den Zündspalt bildet. Die Masseelektrode 18 ist am Gewindeende 12 des Rohrmantels 11 befestigt. Der Isolator 13 weist am unteren Ende einen Nasenteil-19 auf, der zwischen der freiliegenden Spitze 17 und dem durch die Hülse 14 gebildeten Sitz liegt. Die Spitze 17 besteht aus einem korrosionsbeständigen'Material und

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kann aus einer Kopfniete oder dem Ende eines Stabes 20 bestehen, der sich nach oben durch einen Teil 21 der Isolatorbohrung 16 innerhalb der Nase 19 erstreckt. Ein wärmeleitendes Metall 22 (beispielsweise Silber) wird in'den Ringraum zwischen dem Stab 20 und der Nasenbohrung 21 eingegossen. Im Betrieb wird bei der Zündkerze 10 die Wärme von der Spitze 17 und vom Isolatornasenteil 19 nach oben durch das wärmeleitende Material 22 über den Isolator 13 und die Hülse 14 zum Rohrmantel 11 abgeleitet. Der Rest der Elektrodenanordnung 15 ist von üblicher Bauart und kann eine leitende Glasdichtung 23, einen Widerstand 24 und einen Anschluß 25 aufweisen.

Wie bereits oben erwähnt steht der untere Teil 21 der Isolatorbohrung 16 in Berührung mit dem wärmeleitenden Material 22, das direkt in den Isolator 13 eingegossen ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die untere Isolatorbohrung 21 innerhalb des Nasenteiles 19 mit einer Glasur 26 überzogen, deren Zusammensetzung im wesentlichen der Zusammensetzung einer der vier Glasuren nach Tabelle I entspricht. Die Glasur wird zuerst auf die Isolatornasenbohrung in Form einer flüssigen Glasuraufschlämmung aufgebracht. Die Glasuraufschlä-mmung wird durch ein geeignetes Verfahren aufgebracht, indem man beispielsweise die Schlämme durch die Nasenbohrung 21 fließen läßt, um die Bohrung vollständig und gleichmässig zu Überziehen. Der Isolator wird dann für eine vorbestimmte Zeit und bei einer vorbestimmten Temperatur zum Aufschmelzen der Glasur in einem glasigen Überzug 26 gebrannt. Die Glasurschlämme wird so aufgebracht, daß die fertige Glasur eine Dicke von wenigstens 0,0127 mm (0,0005 Zoll) und vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 0,0254 mm (0,0010 Zoll) und 0,0635 mm (0,0025 Zoll) aufweist. Die Isolatorbohrung 16 kann ferner einen verengten Teil 27 am unteren Ende zum engen Eingriff mit der Zündspitze 17, wenn diese aus dem Isolator 13 vorragt, auf-

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weisen, um die Spitze 17 innerhalb der Isolatorbohrung 16
zu halten. Der eingeschnürte oder verengte Teil 27 kann unglasiert bleiben, so daß ein enger Paßsitz mit der Spitze erreicht wird. Wird die Glasur 26 auf den verengten oder eingeschnürten Teil 27 aufgebracht, dann kann es schwierig werden einen genauen Sitz mit der Spitze 17 herzustellen, um
Erosion und Korrosion des wärmeleitenden Materials 22 durch die heißen Yerbrennungsgase zu verhindern.

Es hat sich herausgestellt, daß dasAuftreten von blanken
Stellen in der Glasur 26 die Wirkung der Glasur 26 im Hinblick auf die Reduktion der Rißbildung der Isolatornase 19
beeinträchtigt. Der Ausdruck "blanke Stellen" soll Stellen bezeichnen, wo die Glasur dünn ist bzw. vollständig fehlt. Blanke Stellen sind nicht vorhanden, wenndie Glasur"
"kontinuierlich" ist. Wenn blanke Stellen in der Glasur
26, insbesondere in der Nähe des unteren Endes der Hase 19 ■ an der Zündspitze 17 auftreten, wird die Glasur 26 im Hinblick auf ihre Aufgabe, thermische Spannungen und damit
Riße der Isolatornase 19 zu verhindern oder herabzusetzen, unwirksam. Jedoch reduzieren blanke Stellen in der Glasur
26 im oberen Teil der Nasenbohrung 21 im Bereich der Hülse 14 die Wirksamkeit der Glasur 26 nicht merklich. Man muß
infolgedessen beim Aufbringen der flüssigen Glasuraufschlämmung sehr sorgfältig vorgehen, um blanke Stellen,
oder Blasen in der Glasur 26 in der Nähe des unteren Endes der Nasenbohrung 21 zu vermeiden.

In den Pig* 4 bis 6 ist eine zweite Ausführungsform einer " Zündkerze 30 wiedergegeben, die gemäß der Erfindung konstruiert ist. Die Zündkerze 30 enthält wiederum einen Rohrmantel 31 mit einem unteren Gewindeende 32 zum Einschrauben in die Brenn-

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kraftmaschine. Ein Isolator 33 sitzt innerhalb des Kohrmantels 21 und wird mit Hilfe einer Rohrhülse 34 an seinem Platz gehalten, die eine Gasdichtung und eine gut wärmeleitende Bahn zwischen Isolator 33 und Hülse 31 bildet, Das untere Ende des Isolators 33 ist eine Nase 35, die zwischen einer Zündspitze 36 an einem Ende einer Kittelelektrodenanordnung 37 und der Hülse 34 angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform der Zündkerze 30 ist die Spitze 36 vergleichsweise massiv und von einer Vielzahlvon Masseelektroden 38 umgeben, die am Gewindeende 32 des Mantels 31 befestigt sind.

Der Isolator 33 ist mit einer Mittelbohrung 39 versehen, deren unterer Teil 40 sich durch die Isolatornase 35 erstreckt. Bei der Herstellung des Isolators 33 wird der untere Teil der Bohrung 40 mit einer Glasurschlämme entsprechend einer der Zusammensetzmigen nach Tabelle I überzogen. Die Glasurschlämme wird so aufgebracht, daß die gebrannte Glasur eine Stärke von wenigstens 0,0127 mm (0,0005 Zoll) und vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 0,0254 mm (0,0010 Zoll) und 0,0635 mm (0,0025 Zoll) aufweist. Wiederum darf die gebrannte Glasur 21 keine blanken Stellen in der Fähe des unteren Endes der Nasenbohrung 40 aufweisen, die in der Nachbarschaft der Spitze 36 sitzt. Nachdem die Glasur 41 auf dem Isolator 33 aufgebrannt ist, wird die Mittelelektrodenanordnung hergestellt, indem man zuerst ein geschlitztes Metallrohr 42 in die , Nasenbohrung 40 einsetzt. Dann wirddie Mittelelektrodenspitze 36 so eingesetzt, daß sie aus der Nasenbohrung 40 vorsteht. Die Spitze 36 weist einen mit ihr einstückigen Teil 43 reduzierten Durchmessers auf, welcher sich nach

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oben durch das geschlitzte Rohr 42 unter Bildung eines Ringraums 44 erstreckt. Nunmehr wird ein wärmeleitendes Material 45, beispielsweise Silber oder eine Silberlegierung in den Ringraum 44 eingegossen. Das Gießen des Materials 45 erfolgt wie in üblicher Weise. Die Mittelelektrodenanoränung 37 ist dann fertiggestellt und kann noch eine Glasdichtung 46, einen Zündgeräuschunterbrecherwiderstand 47 und eine Klemme 48 aufweisen. . · ,

Ausführungsbeispiel

Es wurden eine Anzahl von Zündkerzen nach der Äusführungsform nach den Pig·. .1 bis 3 hergestellt. Während der Herstellung der Zündkerzen wurden die Nasenbohrungen der keramischen Isolatoren für fünfzehn Zündkerzen mit einer Glasurschlämme aus folgender Zusammensetzung überzogen: 1,29 f K₂O, 0,7■$ Na₂O, 4,22 <fo CaO, 0,03 # MgO, 14,96 j£ Al₂O- und 78,72 $ SiOp. Die mit der Glasurschlämme überzogenen Isolatoren wurden dann für die Dauer von 10 Minuten bei einer Temperatur von 1500⁰C (2700⁰P) gebrannt. Ein Versuch mit einer Glasur dieser Zusammensetzung zeigte, daß die Glasur einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 2,87 x 10" /⁰C aufwies. Der Isolator hatte andererseits einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 5,8 χ 10 / C. Wurden die zusammengebauten Zündkerzen in einer Brennkraftmaschine geprüft und Prühzündung-en ausgesetzt, dann fiel keine der fünfzehn Zündkerzen, bei denen die Isolatorbohrung glasiert worden war, nach einem Versuch mit fünfundzwanzig Frühzündungen aus, während 100^· unglasierter Zündkerzen durch Riße in der Isolatornase ausgefallen sind.

Es ist erkennbar, daß das Reißen der Isolatornase auch bei

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Zündkerzenausführungsformen reduziert werden kann, die nicht denjenigen nach der Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen. Man kann erkennbar auch verschiedene Änderungen und Modifizierungen vornehmen, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

- Patentansprüche -17 -

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Claims

Patentanspruch e

1.) Verfahren zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit ms Nasenteils eines Zündkerzenisolators gegen Rißbildung infolge thermischer Kräfte an Zündkerzen mit einem hohlen Rohrmantel, in dem ein Isolator angeordnet ist, der eine Bohrung aufweist in welchem die Elektrodenanordnung sitzt und dessen Isolatornasenteil in der Nähe des Zündendes der Elektrodenanordnung angeordnet ist, die einen wärmeleitenden T.eil in enger Nachbarschaft mit wenigstens einem Teil der Bohrung durch den Isolatornasenteil enthält, g e kennzeichnet durch folgende Stufen:

a) Aufbringen einer Glasurschlämme auf wenigstens einem Teil der Oberfläche der Bohrung in enger Nachbarschaft mit dem wärmeleitenden Teil der Elektrode bestehend im wesentlichen aus einer Zusammensetzung aus einer der folgenden Gruppen:

(1) 1 bis 5 fo eines Materials aus der Gruppe K₂ ⁰, ₂ Li₂O oder einer Mischung aus KpO, Na₂O und Li-O; 2 $ bis 7 $> eines Materials aus der Gruppe CaO, MgO oder einer Mischung aus CaO und MgO; 10 # bis 20 <fo AlgO,; und 70$ bis 80 % SiO₂;

(2) 1 bis 5yf" eines Materials aus der Gruppe K₂O, Na_?0, LirjO oder einer Mischung aus K₉O, Ή&_ο0 und Li₉O; 20 bis 30 $ eines Materials aus der Gruppe CaO, MgO oder einer Mischung aus CaO und MgO; 40 bis 50 % Al₂O, und 20 bis 30 % SiO₂;

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(3) 1 bis 5 % eines Materials aus der Gruppe KpO, Ii₂O oder einer Mischung aus K₂O, Na 0 und Ii₂O; 2 bis 7 f* eines Materials aus der Gruppe CaO, MgO oder einer Mischung aus CaO und MgO; 5 bis 15 $> Al₂O₅; 60 bis 70 $ SiO₂; 15 bis 20 % B₂O₅; und 1 bis 5 f- PbO; oder

(4) 1 bis 5 $ eines Materials aus der Gruppe KpO, ₂ lipO oder einem Gemisch aus K₂O, Na₂O und Ii₂O; 30 bis 40 f Al₂O₃; und 55 bis 65 % SiO₂;

b) Brennen des Isolators zum Aufschmelzen der Glasurschlemme; und

c) Kontrolle der Dicke der aufgebrachten Glasurschlemrae und der Zeit- und Temperaturbedingungen des Brennvorganges zur Schaffung eines kontinuierlichen glasigen Überzugs auf der Bohrung, der einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Isolator, eine merklich niedrigere Wärmeleitfähigkeit als der Isolator und eine Erweichungstemperatur oberhalb der höchsten Betriebstemperatur, der der glasige Überzug ausgesetzt wird, aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasurschlämme auf den entsprechenden Teil der Isolatorbohrung bis auf eine solche Dicke aufgebracht wird, daß die gebrannte Glasur eine Dicke von wenigstens 0,0127 mm (0,0005 Zoll) aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e ic h η e t , daß die Glasurschlämme in einer Stärke aufgebracht wird, daß die geschmolzene Glasur eine Dicke

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von 0,0254 mm (0,0010 Zoll) bis 0,0635 mm (0,0025 Zoll) erhält.

4. Verfahren zur Verbesserung der Festigkeit des. Hasenteils eines Zündkerzenisolators gegen durch thermische Kräfte verursachtes Reißen bei einer Zündkerze mit einem hohlen Rohrmantel, innerhalb dessen der Isolator angeordnet ist, der eine Bohrung aufweist, in dem die Elektrodenanordnung untergebracht ist. wobei der Isolatornasenteil in der Mähe eines Zündendes der Elektrodenanordnung sitzt und die Elektrodenanordnung einen wärmeleitenden Teil aus einem Material aus der Gruppe Silber, einer Silberlegierung, Kupfer oder einer Kupferlegierung in enger Nachbarschaft mit wenigstens einem Teil der Bohrung durch den Isolatornasenteil enthält, g e kennzeichnet durch die Stufens

a) Aufbringen einer Glasurschlämme auf wenigstens einem Teil der Oberfläche der Bohrung in enger Nachbarschaft mit dem wärmeleitenden Teil der Elektrode unter Verwendung einer Zusammensetzung aus einer der folgenden Gruppen:

(1) 1 io bis 5$ eines Materials aus der Gruppe KpO, Na₂O, Li~0 oder einer Mischung KO, Na₂O und Li₂O; 2$ bis 7 $> eines Materials aus der Gruppe CaO, MgO oder einer Mischung aus CaO und MgO; 10 $> bis 20 % Al₉O,,; und 70 bis 80 #

C.

(2) 1 io bis 5 % eines Materials aus der Gruppe K₂O, Na_?0, Li₂O ode.r einer Mischung aus K₂O, Na₂O und Li₂O; 20 bis 30 io eines Materials aus. der Gruppe CaO, MgO oder eines Gemisches von CaO und Mgo; 40 bis 50 f Al₂O-; und 20 bis 30 io SiO₂; .

(3) 1 /^ bis 5 i° eines Materials aus der Gruppe

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O, I.ipO oder eines Gemisches aus K₉O, Na₉O und LipO, 2 bis 7 $' eines Materials aus der Gruppe CaO, MgO oder eines Gemisches aus CaO und MgO; 5 # bis 15 % Al₂O^; 60 i° bis 70 ic. SiO₂; 15 bis 20 % B₂O,; und 1 bis 5$ PbO; oder

1 bis 5 f<> eines Materials aus der Gruppe K₂O, LipO oder eines Gemisches aus K₂O, Na₂O und Li₂O; 30 bis 40 io Al₂O^; und 55 bis 65 # SiO₂; und

b) Brennen des Isolators zum Schmelzen der Glasurschlämine; und

c) Kontrollieren der Dicke der aufgebrachten Glasurschmelze und der Zeit- und Temperaturbedingungen des Brennvorganges zur Schaffung eines kontinuierlichen glasigen Überzugs auf der Bohrung mit einem niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als demjenigen des Isolators, einer merklich niedrigeren Wärmeleitfähigkeit als derjenigen des Isolators und einer Erweichungstemperatur oberhalb der höchsten Betriebstemperatur, welcher der glasige Überzug ausgesetzt wird.

5. Zündkerze mit einem Rohrmantel mit Gewindeende zum Einsetzen in einem Brennkraftmaschinenkopf, einem langgestreckten Isolator innerhalb des Rohrmantels mit einem Nasenteil in der Nähe des Gewindeendes des Rohrmantels, mit einem Anschlußende und einer Bohrung durch den Isolatorzwischennasenteil und Anschlußende zur Befestigung einer Elektrodenanordnung, gekennzeichnet durch eine Glasur zur Bildung eines glasigen Überzuges auf wenigstens der Wandung der Bohrung innerhalb und in der Nähe des äußeren Endes des Isolator— nasenteils mit einer Dicke innerhalb des Bereiches von

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0,0127 mm (0,0005 Zoll) bis 0,0635 mm (0,0025 Zoll) und mit einer Erweichungstemperatur oberhalb der höchsten Arbeitstemperatur, der die Glasur ausgesetzt wird, wobei eine Elektrodenanordnung innerhalb der Isolatorbohrung angeordnet ist, die einen hoch wärmeleitenden unmittelbar in die Isolatornasenbohrung gegossenen Teil aufweist.

'S. Zündkerze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der hoch wärmeleitende Teil der Mittelelektrodenanordnung Silberguß ist.

7. Zündkerze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Silbergußteil der Mittelelektrodenanordnung in Berührung mit der Glasur auf der Wandung der Isolatornasenbohrung steht.

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