DE2314669A1

DE2314669A1 - Zuendkerze

Info

Publication number: DE2314669A1
Application number: DE19732314669
Authority: DE
Inventors: Helmut P Meyer
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1972-03-23
Filing date: 1973-03-23
Publication date: 1973-10-04
Also published as: JPS49136754U; IT981590B; CA962151A; JPS49136925U; FR2177034A1; FR2177034B1; US3745400A; JPS5337152Y2; DE2314669C2; GB1400130A

Description

Zündkerze

Zündkerzen bestehen im allgemeinen aus einem Metallmantel oder -gehäuse mit einem Flansch oder einer anderen Befestigungseinrichtung zum Befestigen der Zündkerze in einem Turbinentriebwerk, wobei der Mantel eine Elektrode der Zündkerze bildet. Eine zentrale Elektrode führt durch den Mantel und wird von einem Isolator j getragen, der die zentrale Elektrode umgibt und der in eine öffnung im Metallmantel eingepaßt ist. Ein Packungsring oder eine Büchse aus Kupfer ist dann zwischen dem Isolator und dem Mantel vorgesehen zur Abdichtung der öffnung im Gehäuse, durch das sich der Isolator erstreckt, gegen den Austritt von Gasen. Sogar wenn

(die Dichtung anfänglich dicht ist, löst sich die Kupferpackung

j nach einer Benützungszeit unter den im Triebwerk angetroffenen ;Drücken und unter der wiederholten Wirkung des Erhitzens und Abkühlens und unter Schwingungen, und läßt den Austritt von Gasen : zu, was ein Austreten des Triebwerksdrucks durch die Zündkerze zuläßt. Von den oben genannten Zuständen ist die Wärmeausdehung i _ . . -2-

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und -Kontraktion das vorherrschende Problem. Unabhängig von der ; Art des verwendeten Dichtungsmechanismus' kann die Ausdehnung und Kontraktion des Mantels und des Isolators unter Umständen ein : Freibrechen des Dichtungsmechanismus¹ bewirken und ein Austreten 'von Gasen zulassen.

j ^:

Bei einer bekannten Zündkerze ist eine zwischen dem Isolator und . dem Mantel angeordnete Met all zwischenwand mit einem Ende am Iso- * lator und mit dsm anderen Ende am Gehäuse angelötet. Im tatsächlichen Betrieb hat sich herausgestellt, daß die Wärmedehnung und -Kontraktion während des Betriebs einen Ausfall der gelöteten Teilje erzeugt, so daß die Gase aus dem Triebwerk austreten. Untersuchungen von Fehlern enthülLten die Tatsache, daß während des Betriebs lie Wärmedehnung des Metallmantels den^ Innendurchmesser des Mantels vergrößerte, während die Wärmedehnung des Durchmessers des Keramik isolators geringer war als die Ausdehnung des Innendurchmessers des Mantels, was eine Zunahme des radialen Abstands zwischen dem Isolator und dem Mantel ergab. Diese Zunahme des radialen Abstands erzeugt Spannungen zwischen der Zwischenwand und dem Gehäuse oder dem Isolator, die einen Ausfall einer der gelöteten Verbindungen verursacht.

Die gegenwärtigen Funkenentladungsgeräte bieten daher keine innere Druckdiehtung zwischen Isolator und Mantel, die über lange Zeit zufriedenstellend arbeitet, während sie häufiger Wärmedehnung und -Kontraktion unterworfen ist.

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vorliegende Erfindung schafft eine Zündkerze für Turbinentriebi werke, die den Gasaustritt aus den Triebwerken besser verhindern j kann als frühere Zündkerzen.

Die Erfindung stellt eine verbesserte Zündkerze dar, die durch
eine Druckdichtungsmetallzwischenwand gekennzeichnet ist, bei der ;

,

die Innenseite eines Endteils am Isolator gelötet ist, der die ! zentrale Elektrode umgibt, und bei dem das andere Ende an das
Ende des Zündkerzenmantels geschweißt ist.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Zündkerze
eine langgestreckte, innere Elektrode auf, einen die Elektrode umgebenden, dazwischen angeordneten Isolator, einen äußeren, langgestreckten Metallmantel, der koaxial um die Elektrode und dem Isolator angeordnet ist und eine Metallzwischenwand, von der ein Teil an den Isolator gelötet ist und ein Ende an den Mantel geschweißt ist, so daß das hintere Teil der Zwischenwand radiale und axiale
Bewegungen des Isolators und des Mantels ausgleichen kann, wobei
eine druckdichte Abdichtung zwischen den Druckgasen innerhalb des Triebwerks und der Atmosphäre aufrecht erhalten wird.

Es wird nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeich nung beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Zündkerze, die die Grundsätze
der vorliegenden Erfindung verwendet;

ΐFig. 2 eine geschnittene Ansicht der Zwischenwand, die zum Ver- ^; -4-

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wirklichen der Ziele der Ziele der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Fig. 1 zeigt eine Zündkerze mit einer stromungsmitteldichten Abdich- !tung zwischen einer zentralen Elektrode 30 und einem äußeren Manjtel 20. Der hier verwendete Ausdruck strömungsmitteldicht oder j druckdicht bedeutet eine Dichtung zwischen zwei Gliedern, die die Strömung eines Strömungsmittels, etwa Gas, sogar unter Druck zwischen den beiden Gliedern verhindert.

Die Zündkerze hat eine langgestreckte, zentrale Elektrode 30, i einen Keramikisolator 40, eine erste Metallzwischenwand 50, einen äußeren Metallmantel 20, der die zweite Elektrode bildet, eine zweite Zwischenwand 1, die konzentrisch zwischen dem Isolator 40 und Mantel 20 angeordnet ist, einen vorderen Isolator 80 und eine Büchse 60.

Die zentrale Elektrode 30 bsteht im allgemeinen aus elektrisch leitendem Material, so daß sich eine Bogenentladung zwischen der Spitze 32 der Elektrode 30 und dem umgebenden Teil 20 der Mantelelektrode 23 bildet, wenn die zentrale Elektrode 30 in einem elek-i irischen Kreis mit dem Vorderteil 23 der äußeren Mantelelektrode 20 liegt. Das Endteil der Elektrode 30, auf der die Funkenentladung auftritt, hat ein zylindrisches Endteil mit einem viel größeren Durchmesser als die übrige Elektrode, die hierin einen oder : mehrere Kanäle 31 für einen Gasdurchtritt enthält, um die Spitze der Elektrode 30 im Betrieb zu kühlen.

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Der größte Teil der zentralen Elektrode wird von einem Keramikisolator umgeben, der die zentrale Elektrode 30 gegenüber der äußeren Mantelelektrode 20 elektrisch isoliert. Um jedes Entweichen von Gasen durch eine Bohrung 41 des Isolators 40 zu verhindern, verbindet (gelötet) und dichtet eine erste Zwischenwand

strömungsmitteldicht den Isolator 40 und die zentrale Elektrode 30,

Die erste Membran 50 besteht im allgemeinen aus einem metallischen Material, das zur Bildung einer um 360 umlaufenden, ununterbroche,-•nen Verbindung 51 zwischen der ersten Zwischenwand 50 und einem iTeil der Innenseite des Isolators 40 verlötet ist. Zur Sicherstel-

'lung einer Strömungsmitteldichten Abdichtung zwischen der ersten * Zwischenwand 50 und der zentralen Elektrode 30 ist die erste Zwischenwand 50 zur Bildung einer um 360 umlaufenden Verbindung 52

j an die zentrale Elektrode gelötet.

j Entsprechend der üblichen Zündkerzenherstellung ist eine zylindri-' sehe Kupferkeildichtung 60 zwischen dem äußeren Mantel 20 und dem . dazwischenliegenden Isolator 40 angeordnet.

Ein zweiter, vorderer, keramischer Isolator 80 mit einer Schulter 81 ist innerhalb des Mantels 20 angeordnet, um eine radiale und axiale Bewegung der zentralen Elektrode 30 zu verhindern, die

eine Berührung zwischen der zentralen Elektrode 30 und der Mantel-! elektrode 20 ergeben könnte. Es warden somit elektrische Kurzschlüs se verhindert.

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Der äußere Mantel 20 weist einen Befestigungsflansch 21 auf zur ' i Befestigung der Zündkerze in einem Turbinentriebwerk. Der Mantel 20 hat ferner Einlaß- und Auslaßöffnungen 24, 25, 26 für einen Ein- und Austritt von Triebwerksgasen in die Zündkerze zum Kühlen der Elektrode 30, und einen vorderen Mantelteil oder eine Kappe 23, die an einer Stelle 29 an den Mantel 20 geschweißt ist. Der vordere Teil der Mantelkappe 23 hat eine öffnung 22, die die Entladungsfläche der Mantelelektrode bildet, die mit der Entladungsfläche 32 der Steuerelektrode 30 die Funkenstrecke bildet. Beim Zusammenbau der Zündkerze sind der vordere, keranische Isolator und dann die Mantelkappe 23 die letzten beiden der Anordnung hin-j zugefügten Teile, wobei die Mantelkappe 23 den vorderen Isolator 80 zurückhält, wenn sie an den Mantel 20 geschweißt wurde.

Die zweite Zwischenwand 1 besteht vorzugsweise aus einem metallischen Material, etwa einer Nickel-Eisenlegierung, die wegen ihrer elastischen Eigenschaften über einen weiten Temperaturbereich (0 bis 372 C) gewählt wird, und wird konzentrisch um den zwischenliegenden Isolator 40 angeordnet. Das vordere Teil der Zwischenwand 1 ist an den Isolator 40 gelötet und bildet eine um 360 umlaufende "Verbindung 11 zwischen dem Isolator 40 und der zweiten Zwischenwand. Das gegenüberliegende Ende der Zwischenwand 1 ist an den Mantel 20 geschweißt und bildet eine ununterbrochene, um 360 umlaufende Verbindung zwischen der Zwischenwand 1 und dem Mantel 20. Es ist wichtig an dieser besonderen Stelle darauf hinzuweisen, daß die zweite Zwischenwand 1 zwischen dem Isolator 40 und dem Mantel 20 in einer Stellung angeordnet ist,

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: die im Gegensatz zu derjenigen irgendwelcher bisherigen Zündkerzen liegt. Diese Lösung gestattet ein Be fes tigungs verfahren, das von ■■ 'allen übrigen Zündkerzen abweicht, bei denen in der umgekehrten ; Stellung sowohl die inneren als auch die äußeren, zylindrischen !

! Flächen der Zwischenwand an den Isolator bzw. die Wand gelötet ι wurden. Diese frühere Lösung des Anlötens jedes Endes begrenzt die Fähigkeit früherer Zündkerzen im Hinblick auf das Ausgleichen von radialer und axialer Ausdehnung ohne Ausfallen der Verbindung. Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung wirkt die die Zwischenwand 1 mit dem Mantel 20 verbindende Schweißnaht 21 als Gelenk zum Aus-j gleichen der Zunahme des radialen Abstands zusammen mit dem hinteren Teil 2 der Zwischenwand 1 zwischen der Außenseite des Isolators 40 und der Innenseite des Mantels 20.

Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht der zweiten Zwischenwand 1, die an den Mantel 20 geschweißt und an den Isolator 40 gelötet ist. Die Zwischenwand hat ein mit einem zylindrischen Vorderteil 4 verbundenes, zylindrisches Hinterteil, wobei das Vorderteil 4 einen kleineren Durchmesser als das Hinterteil hat, das von einem konischen Teil 3 zusammengehalten wird,dessen erzeugende Linie B einen Winkel von 45 mit der Achse A des zylindrischen Teils einschließt. Das Verbindungsglied 3 zwischen den beiden zylindrischen Teilen steht vorzugsweise unter einem Winkel, der kleiner

*

j als 90° ist, um eine gewisse Federung zwischen den beiden zylin-

j drischen Teilen vorzusehen, und hat vorzugsweise 33 bis 55 . Diej ses konische Teil 3 und das größere, zylindrische Teil 2 gleichen den größten Teil der axialen und radialen Ausdehnung zwischen dem j Isolator 40 und dem Mantel 20 aus. Dieses Teil gestattet durch

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Biegung dem Mantel 20 und dem Isolator 40 sich auszudehnen und zusammenzuziehen, ohne die Unversehrtheit der dazwischen angeordneten, druckdichten Abdichtung zu durchbrechen. Ein weiterer Vorteil die Zwischenwand mit dem Mantel 20 durch eine Schweißnaht zu !verbinden ist der, daß eine Schweißnaht bei höheren Temperaturen ¹ unter größeren Spannungen und Verformungen ohne Ausfall arbeiten kann als eine Lötverbindung.

Es kann z.B. zusätzlich zur zweiten Zwischenwand 1 am Ende der Zündkerze weiter unterhalb des Isolators eine dritte Zwischenwand eingeführt werden. In einem solchen Fall könnte das hintere Teil des Mantels 20 aus mehr als einem Stück hergestellt werden, so daß eine innere Schulter unterhalb des äußeren Befestigungsflansches 21 zum Anschweißen der dritten Zwischenwand vorhanden wäre. Die Zwischenwand 1 kann so gestaltet werden, daß sie sich dort an den Innendurchmesser des Mantels 20 und den Außendurchmesser des Isolators 40 anpaßt, wo die Schweißnaht bzw. die Lötung hergestellt sind. Offensichtlich sind koaxiale, zylindrische Rohre die am einfachsten zu verwendenden Formen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf solche Formen beschränkt. . j

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Claims

Dr. Ing. H. Nonendank Dipl. Ing.H. Hau :k ■ 7-l·/ :>.ys. V'· Schmitz Dipl. Ing. E. Gra&lis - Dipl. Ing. VV. Wehnert

8 München 2, Mozartstraße 23 The Bendix Corporation Telefon 5380586

Executive Offices

Bendix Center 23. März 1973

Southfield.Mich.48075,USA Anwaltsakte M-2581

Patentansprüche

Zündkerze, bestehend aus einer inneren, langgestreckten Elektrode mit einem Vorderteil und einem Hinterteil, aus einem zwischenliegenden, langgestreckten Isolator, der wenigstens um ein Teil der inneren Elektrode herum angeordnet ist, aus einer zweiten Elektrode in Form eines äußeren, langgestreckten Metallmantels, der um die innere Elektrode angeordnet und demgegenüber durch den Isolator elektrisch isoliert ist, wobei der Metallmantel ein vorderes Endteil hat, das so angeordnet ist, daß es mit den Enden des Vorderteils der inneren Elektrode

eine Funkenstrecke bildet, gekennzeichnet durch eine Metallhülse (1) mit einem zylindrischen, vorderen Endteil (4), dessen Innenseite mit der Außenseite des Hinterteils des Isolators (40) in Eingriff steht und mit diesem ringförmig verlötet ist, und durch ein zylindrisches Endteil (2), dessen Außenseite in das innere, hinlere Ende des Metallmantels paßt und hiermit vei schweißt ist, wodirch der Isolator und der Mantel durch die Hülse miteinander verbunden werden.

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"10 2. Zündkerze nach Anspruch"!, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung im vorderen Endteil (4) der Metallhülse (1) kleiner als ' die Öffnung in dessen hinteren Endteil (2) ist,

! 3. Zündkerze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß innere (30) und äußere (20) Elektroden, der Isolator (40) und die Metallhülse (1) im allgemeinen zylindrisch und konzentrisch angeordnet sind.

4. Zündkerze nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallhülse (1) aus einem einzigen Metallstück besteht mit zwei zylindrischen Teilen von unterschiedlichem Durchmesser, die durch ein drittes, konisches Teil (3) verbunden sind, dessen '■ Erzeugungslinie einen Winkel mit der Achse der zylindrischen Teile zwischen etwa 35 bis 55° einschließt.

5. Verfahren zum Herstellen einer strömungsmitteldichten Zündkerze mit einer zentralen Elektrode, einem koaxialen, zwishen- _s liegenden, rohrförmigen, keramischen Isolator, einer ersten Metallzwischem\rand zwischen der Eleltrode und dem Isolator, einem koaxialen, äußeren, rohrförmigen Metallmantel und einer zweiten Zwischenwand zwischen dem Isolator und dem Mantel, gekennzeichnet durch Löten eines Teils der ersten Zwischenwand an ein Teil der Innenseite des rohrförmigen Isolators zur Bildung einer ununterbrochenen, um 360 umlaufenden Verbindung zwischen der ersten Zwischenwand und dem Isolator, Löten eines weiteren Teils der ersten Zwischenwand an ein Teil der Außen-

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seite der Elektrode zur Bildung einer ununterbrochenen, um 360 umlaufenden Verbindung zwischen der ersten Zwischenwand und der Elektrode, Löten eines Teils der zweiten Zwischenwand an ein Teil der Außenseite des rohrförmigen Isolators zur Bildung einer ununterbrochenen, um 360 umlaufenden Verbindung zwischen der zweiten Zwischenwand und dem Isolator, und durch Schweißen eines weiteren Teils der zweiten Zwischenwand an ein Teil der Innenseite des rohrförmigen Metallmantels zur Bildung einer ununterbrochenen, um 360 umlaufenden Verbindung zwischen der zweiten Zwischenwand und dem Mantel, wodurch die zentrale Elek-j

i trode und der äußere Mantel strömungsmitteldicht miteinander

verbunden werden.

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