DE2314669C2 - Zündkerze - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Zündkerze nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Zündkerzen bestehen im allgemeinen aus einem Metallmantel 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 ist durch den Mantel gefährt und wird von einem Isolator getragen, der die zentral«. Elektrode umgibt und der in eine öffnung im Metallmantel eingepaßt ist. Zwischen dem Isolator und dem Mantel ist eine Dichtung vorgesehen, um den Austritt von Triebwerksgasen durch die Zündkerze zu verhindern. Sogar wenn die Dichtung anfänglich dicht ist, löst sie sich nach einer entsprechenden Benutzungszeit unter den im Triebwerk angetroffenen Drücken und unter wiederholtem Abkühlen und Erhitzen sowie unter der Einwirkung von Schwingungen und läßt den Austritt von Gasen zu. Hierbei ist die Wärmeausdehnung und -kontraktion das vorherrschende Problem. Unabhängig von der Art des verwendeten Dichtungsmechanismus kann die Ausdehnung und Kontraktion des Mantels und des Isolators unter Umständen die Dichtung derart in Mitleidenschaft ziehen, daß Gase austreten.

Aus der US-PS 32 29 144 ist eine Zündkerze der im Oberbegriff des Anspruchs angegebenen Art bekannt, bei der eine kegelförmige Dichthülse mit einem Ende am Isolator und mit dem anderen Ende am Metallmantel angelötet ist. Beim Einsatz dieser bekannten Dichthülse hat sich gezeigt, daß durch die Wärmedehnung und -kontraktion während des Betriebs die Lötstellen derart in Mitleidenschaft gezogen werden, daß Gase aus dem Triebwerk austreten. Untersuchungen haben ergeben, M daß während des Betriebs die Wärmedehnung des Metallmantels den Innendurchmesser des Mantels vergrößerte, während die Wärmedehnung des Durchmessers des Keramikisolators 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 erzeugte Spannungen zwischen der Dichthülse und dem Mantel oder dem Isolator, die zu entsprechenden Beschädigungen der Lötstellen führten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündkerze der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art zu schaffen, bei der die Dichthülse auch bei häufigen Wärmedehnungen und -kontraktionen über längere Zeit zufriedenstellend arbeitet

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs gelöst

Mit der erfindungsgemäßen Lösung läßt sich die Dichthülse besser und sicherer befestigen als dies bei dem eingangs diskutierten Stand der Technik der Fall ist Dies ist nicht nur darauf zurückzuführen, daß eine Schweißnaht höheren Beanspruchungen ausgesetzt werden kann als eine Lötstelle, sondern auch darauf, daß die Schweißnaht beim Erfindungsgegenstand infolge der Form der Dichthülse als abgesetzter Zylinder ein Gelenk bildet, das die von den unterschiedlichen Wärmeausdehnungen hervorgerufenen Kräfte besser aufnehmen kann. Dadurch kann das dem an den Isolator angelöteten Ende der zylindrischen Dichthülse abgekehrte Ende radiale und axiale Bewegungen des Isolators und des Mantels ausgleichen, wobei eine druckdichte Abdichtung zwischen den Druckgasen innerhalb des Triebwerks und der Atmosphäre aufrechterhalten wird.

Ergänzend zuir? Stand der Technik sei noch auf die GB-PS 6 10 154 verwiesen, in der eine Zündkerze beschrieben ist, die Ringe aufweist, die auf die Enden eines Isolatorrohrs aufgeschoben werden und den Zweck haben, stirnseitige Ringe festzuhalten, damit diese nicht herunterfallen. Hierbei handelt es sich somit nicht um Dichtringe, die in irgendeiner Weise gelötet oder verschweißt sind. Dies trifft auch auf den aus der DE-PS 8 39 746 bekannten Abstandsring zu, der nicht näher bezeichnet ist und der weder verlötet noch verschraubt ist. Er hält vielmehr nur den ebenfalls nicht bezeichneten Dichtring am Isolator. Schließlich ist gerade aus der CH-PS 2 35 Wi erkennbar, daß man einen Dichtring entweder mit dem Gehäuse verschweißt oder verlötet hat. Dies nimmt nicht die erfindungsgemäße Lehre vorweg, wonach das eine Ende des Dichtringes verlötet und das andere verschweißt sein muß.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nunmehr anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Zündkerze; und

F i g. 2 einen Längsschnitt durch eine Dichthülse.

F i g. 1 zeigt eine Zündkerze mit einer strömungsmitteldichten Abdichtung zwischen einer zentralen Elektrode 30 und einem äußeren Metallmantel 20. Der hier verwendete Ausdruck »strömungsrnitteldicht« oaer »druckdicht« bedeutet eine Dichtung zwischen zwei Gliedern, die das Hindurchströmen eines Strömungsmittels, etwa Gas, sogar unter Druck zwischen den beiden Gliedern verhindert.

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

Die zentrale Elektrode 30 besteht im allgemeinen aus elektrisch leitendem Material, so daß sich eine Funkenentladung zwischen der Spitze 32 der Elektrode 30 und dem umgebenden Teil 23 des Metallmantels 20

bildet, wenn die zep.trsla Elektrode 30 in einem Stromkreis mit dem Teil 23 des Metaljmantels 20 liegt. Der Endabschnitt der Elektrode 30, auf dem die Funkenentladung auftritt, weist einen viel größeren Durchmesser als die übrige Elektrode auf. In dem Endabschnitt sind ein oder mehrere Kanäle 31 für den Durchtritt eines Gases vorgesehen, um die Spitze der Elektrode 30 im Betrieb zu kühlen.

Der größte Teil der zentralen Elektrode wird von einem Keramikisnlator umgeben, der die zentrale ι ο Elektrode 30 gegenüber dem äußeren Metallmantel 20 elektrisch isoliert Um jedes Entweichen von Gasen durch eine Bohrung 41 des Isolators 40 zu verhindern, dichtet ein Dichtring 50 den Isolator 40 und die zentrale Elektrode 30 strömungsmitteldicht ab, wobei der Dichtring zwischen Elektrode und Isolator gelötet ist

Der Dichtring 50 besteht aus einem metallischen Material, das zur Bildung einer um 360° laufenden, ununterbrochenen Verbindung 51 zwischen dem Dichtring 50 und einem Teil der Innenseite des Isolators 40 verlötet ist. Zur Sicherstellung einer strömungsmitteldichten Abdichtung zwischen dem Dichiring 50 und der zentralen Elektrode 30 ist der Dichtring 50 zur 8ildung einer um 360° laufenden Verbindung 52 auch an die zentrale Elektrode gelötet

In üblicher Weise ist eine zylindrische Kupferkeildichtung 60 zwischen dem äußeren Mantel 20 und dem dazwischenliegenden Isolator 40 angeordnet

Der vordere keramische Isolator 80 mit einer Schulter 81 ist innerhalb des Mantels 20 angeordnet, um 3ü eine radiale und axiale Bewegung der zentralen Elektrode 30 zu verhindern, die eine Berührung zwischen der zentralen Elektrode 30 und dem Metallmantel 20 ergeben könnte. Es werden somit elektrische Kurzschlüsse verhindert

Der äußere Mantel 20 weist einen Befestigungsflansch 21 zur Befestigung der Zündkerze in einem Turbinentriebwerk auf. Der Mantel 20 umfaßt ferner Einlaß- und Auslaßöffnungen 24,25,26 für den 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 des Metallmantels bildet, die mit der Spitze 32 der Elektrode 30 die Funkenstrecke bildet. Beim Zusammenbau der Zündkerze sind der vordere, keramisch? Isolator 80 und die Mantelkappe 23 die letzten beiden der Anordnung zugefügten Teile, wobei die Mantelkappe 23 den vorderen Isolator 80 zurückhält, wenn sie an den Mantel so 20 geschweißt wurde.

Die Dichthülse 1 besteht vorzugsweise aus einem metallischen Material, etwa einer Nickel-Eisenlegierung, die wegen ihrer elastischen Eigenschaften über einen weiten Temperaturbereich (0 bis 372°C) bevorzugt wird, und ist konzentrisch um den Isolator 40 angeordnet. Der vordere Teil der Dichthülse 1 ist an den Isolator 40 gelötet, so daß eine um 360° laufende Verbindung 11 zwischen dem Isolator 40 und der Dichthülse gebildet ist Das gegenüberliegende Ende der Dichthülse 1 ist an den Mantel 20 geschweißt, so daß ebenfalls eine ununterbrochene, um 360° laufende Verbindung zwischen der Dichthülse 1 und dem Mantel

20 gebildet ist Die Dichthülse 1 ist zwischen dem Isolator 40 und dem Mantel 20 in einer Stellung angeordnet, die von den bisher bekannten Lösungen abweicht und ein Befestigungsverfahren gestattet, das sich von den bekannten Methoden abhebt, bei denen in der umgekehrten Stellung sowohl die inneren als auch die äußeren, zylindrischen Flächen der Dichthülse an den Isolator bzw. den Metallmantel gelötet wurden. Diese frühere Lösung des Anlötens jedes Endes begrenzte die Fähigkeit bekannter Zündkerzen in bezug auf das Ausgleichen von radialen und axialen Ausdehnungen durch Ausfallen der Verbindung. Bei der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform wirkt die die Dichthülse 1 mit dem Mantel 20 verbindende Schweißnaht S zusammen mit dem Ende 2 der Dichthülse 1 als Gelenk zwischen der Außenseite des Isolators 40 und der Innenseite des Mantels 20 zum Ausgleich der Zunahme des radialen Abstands zwischen beiden Teilen.

F i g. 2 zeigt eine Schnittansicht der Dichthülse 1, die an den Mantel 20 geschweißt und an den Isolator 40 gelötet ist Die Dichthülse hat ein mit einem zylindrischen vorderen Ende 4 verbundenes, zylindrisches hinteres Ende 2, wobei das vordere Ende 4 einen kleineren Durchmesser als das hintere Ende 2 hat Beide Enden sind durch einen konischen Abschnitt 3 miteinander verbunden, dessen Erzeugende B einen Winkel von 45° mit der Achse A der Dichthülse einschließt Der konische Abschnitt 3 zwischen den beiden zylindrischen Enden erstreckt sich unter einem Winkel von etwa 35° bis 55°, um eine gewisse Federung zwischen den beiden zylindrischen Enden vorzusehen. Dieser konische Abschnitt 3 und das größere, zylindrische Ende 2 gleichen den größten Teil der axialen und radialen Ausdehnung zwischen dem Isolator 40 und dem Mantel 20 aus. Dieser Abschnitt 3 gestattet durch Biegung eine Expansion und Kontraktion des Mantels 20 und Isolators 40, ohne dabei die druckdichte Abdichtung in Mitleidenschaft zu ziehen. Ein weiterer Vorteil in bezug auf die Verbindung der Dichthülse mit dem Mantel 20 durch eine Schweißnaht besteht darin, daß eine Schweißnaht bei höheren Temperaturen unter größeren Spannungen und Verformungen ohne Ausfall arbeiten kann als eine Lötverbindung.

Es kann z. B. zusätzlich zur Dichthülse 1 am Ende der Zündkerze weiter unterhalb des Isolators ein drittes Dichtelement 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 des dritten Dichtelementes vorhanden wäre. Die Dichthülse 1 kann so gestaltet sein, daß sie sich dort an den Innendurchmesser des Manteis 20 und den Außendurchmesser des Isolators 40 anpaßt, wo die Schweißnaht bzw. die Lötung hergestellt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   ZündlceiAe mit einer langgestreckten Elektrode, einem Metallmantel, die zwischen sich endseitig eine Funkenstrecke bilden, und einem Isolator, der die Elektrode der Länge nach wenigstens teilweise umgibt, sowie mit einem zwischen Elektrode und Isolator gelöteten Dichtring und einer weiteren ringförmigen, an den Isolator angelöteten Dichthülse zwischen dem Isolator und dem Innenumfang des Metallmantels im Bereich des der Funkenstrecke abgewandten Endes der Zündkerze, dadurch gekennzeichnet, daß das dem an den Isolator (40) angelöteten Ende (4) der zylindrischen Dichthülse (1) abgekehrte Ende (2) mit dem endseitigen Rand des Metallmantel (20) verschweißt ist und daß die Dichthülse (1) zwei zylindrische Teile von unterschiedlichem Durchmesser aufweist, die durch einen konischen Abschnitt (3) miteinander verbunden sind, der unter einem Winkel von etwa 35° bis 55° gegenül>fc\· der Achse der zylindrischen Teile zum benachbarten Zündkerzenende hin divergierend verläuft.