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Zündkerze mit keramischem Isolierkörper Die Erfindung betrifft eine
Zündkerze und ein Fertigungsverfähreti für Zündkerzen mit keramischem lsolierl<ürl>er
und mindestens einer Elektrode (.Nlittelelektro(te), die von der Kopfseite des Isolierkörpers
her iii eine Liitigsbohrung desselben eingesetzt und mindestens auf der Kopfseite
gasdicht mit <lein Isolierkürper verbunden ist und die in der Nähe des @solierkürl>erful.les
eine konische Schulter aufv,-eist, welche einer Gegenschulter in der Längsbohrung
des Isolierk(irpers gegenüberliegt.
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],ei einer bekannten Zündkerzenbauart dieser Art besteht die Mittelelektrode
aus mehreren Teilen verschiedenen Werkstones. Das aus (lern Fuß des Isolierk<irpers
herausragende Ende der Mittelelektrode wird dabei zuerst iit die Längsbohrung des
Isolierkörhei-s von der Kopfseite her eingesteckt, bis es finit einer Schulter auf
der Gegenschulter der Isoliei-kürl>erl:inksltoltrtiiig aufliegt. Dann wird. ebenfalls
von der Kopfseite her, ein schmelzbares Bolzenstück eingeführt und daran anschließend
geschmolzen, so daß es sich mit dein fußseitigen Endstück verbindet und einen Abschnitt
der Länbsbahrung gut ausfüllt. Nach dem Abkühlen dieses Zschenstiicks wird als zweites
Zwischenstück ein Metallbolzen finit Spiel eingesetzt und der Spielspalt mit Graphit
ausgefüllt. Schließlich wird der kopfseitige Endteil der Mittelelektrode in die
Bohrung eingeschraubt und gleichzeitig darin verkittet.
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Dieser Auf- und Einbau der :Mittelelektrode ist sehr teuer und daher
unwirtschaftlich. Außerdem besteht dabei die Gefahr, daß die Schulter des fußseitigen
Endstückes der Mittelelektrode bei starker Wärmebeanspruchung der Kerze im Betrieb
gegen ihre Gegenschulter drückt und dabei den Isolierstein sprengt.
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Ferner sind Zündkerzen bekannt, bei denen die Mittelelektrode von
der Fußseite des Isolierkörper s her in diesen eingesetzt ist und sich mit einer
in der
Nähe ihres unteren Endes vorgesehenen konischen Schulter
gegen eine entsprechende Gegenschulter am Isolierkörper anlegt. Hierdurch soll die
Abdichtung zwischen Elektrode und Isolierkörper bewirkt werden, jedoch ist es dabei
erforderlich, daß am Kopfende der lose im Isolierkörper geführten Elektrode eine
Federkraft angreift, welche die konischen Schultern auch dann fest gegeneinanderpreßt.wenn
sich durch die im Betrieb auftretende Erwärmung die Mittelelektrode stärker ausdehnt
als der Isolierkörper. Die Kerzen dieser Art sind wegen der erforderlichen Anordnung
der Feder nicht nur verhältnismäßig teuer, sondern auch bei den hohen Betriebsbeanspruchungen
praktisch unbrauchbar, da die Federspannung bei den im Betrieb auftretenden hohen
Temperaturen bald nachläßt, wodurch die Kerze undicht wird.
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Wegen ihrer angegebenen 'Mängel haben diese bekannten Kerzenbauarten
keine Verbreitung gefunden.
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In der Praxis werden vielmehr in der Regel Zündkerzen verwendet, bei
denen die aus zwei Metallstiften zusammengesetzte Mittelelektrode von der Kopfseite
des Isoliersteins her als vorgefertigter Teil in die Längsbohrung des Steins eingesetzt,
z. B. eingeschraubt, und dabei gleichzeitig über die ganze Länge dieser Bohrung
eingekittet wird. Der fußseitige Abschnitt der 'Mittelelektrode ist dabei zvlindrisch
und erstreckt sich, ohne eine Schulter oder einen Absatz aufzuweisen, mindestens
über die Hälfte der Steinlänge. Die Herstellung dieser handelsüblichen Zündkerzen
ist verhältnismäßig einfach. Auch die Abdichtung zwischen Mittelelektrode und Isolierkörper
ist hierbei ausreichend. Indessen besteht noch der Nachteil, daß sich bei der Fertigung
dieser Kerzen erhebliche Streuungen der Wärmewerte der einzelnen Kerzen untereinander
ergeben, wenn nicht besondere, die Fertigung verteuerlide Vorkehrungen getroffen
werden, diese Streuungen in vernünftigen Grenzen zu halten.
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Die unzulässig hohen Streuwerte rühren davon her, daß sich die Längsbohrungen
in den aus keramischen '-lassen hergestellten Isolierkörpern im Durchmesser nicht
ohne erhebliche Toleranzschwankungen Herstellen lassen. Bei der Herstellung der
1littelelektroden können feine Durchmessertoleranzen ohne nennenswerten Aufwand
leicht eingehalten werden. Infolge der verhältnismäßig großen Abxveichungen der
Durchmesser der Längsbohrung im Isolierkörper fällt der Spalt zwischen der Mittelelektrode
und der Wand der Längshohrung bei den Kerzen verschieden breit aus. Dieser Spalt
wird zwar beim Einsetzen der Mittelelektrode in den Isolierkörper durch Kitt ausgefüllt.
Die unterschiedliche Stärke der Kittschicht verändert aber die Wärmeübergangsverhältnisse
zwischen Mittelelektrode und Isolierkörper und damit auch die \\'ärmewerte der einzelnen
Kerzen untereinander recht wesentlich. Man hat diesem Mangel abgeholfen, indem man
die Isolierkörper nach den Durchmessern ihrer Längsbohrungen in mehrere Gruppen
sortierte und der Anzahl dieser Gruppen entsprechend Mittelelektroden mit verschiedenen
Außendurchmessern herstellte. Auf diese Weise konnte die Paarung von Isolierkörpern
und Mittelelektroden derart durchgeführt werden, daß beim Zusammenbau der Paare
die erwähnten Spaltbreiten weitgehend übereinstimmten. Die dabei notwendige Vermessungs-
und Sortierarbeit sowie die Herstellung und Lagerhaltung verschiedener, mit dem
bloßen Auge ohne zusätzliche Sondermaßnahmen nicht voneinander zu unterscheidender
Mittelelektroden sind nicht nur Anlaß von Fehlerquellen und Anständen, sondern verteuern
auch die Fertigung.
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Die Aufgabe, deren Lösung die Erfindung anstrebt, besteht nun vornehmlich
darin, Zündkerzen der eingangs erwähnten Art mit praktisch weitgehend gleichen Wärmewerten
in Massefertigung mit leicht erreichbaren Abmessungstoleranzen der Einzelteile,
jedoch ohne umständlichen zusätzlichen Arbeits-, Zeit- oder Lageraufwand herzustellen.
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Gemäß der Erfindung läßt sich dieses Ziel dadurch erreichen, daß der
fußseitige Abschnitt der Mittelelektrode, der sich an den im Isolierkörper befestigten
Abschnitt anschließt, derart frei durch die Längsbohrung hindurchragt, daß zwischen
seiner konischen Schulter und der Gegenschulter am Fußende jener Bohrung bei allen
Betriebszuständen der Kerze ein feiner Drosselspalt verbleibt, der das Eindringen
heißer Gase in den Raum zwischen Bohrungswand und dem fußseitigen Abschnitt der
Mittelelektrode mindestens bei betriebswarmer Kerze verhindert.
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Zur Herstellung der Zündkerzen gemäß der Erfindung kann nach einem
weiteren Erfindungsgedanken in vorteilhafter Weise ein Fertigungsverfahren angewendet
werden, welches darin besteht, daß die Mittelelektrode in zwei getrennten, zuvor
an ihren späteren Berührungsflächen für eine Verlötung vorbereiteten Teilen in den
Isolierkörper eingesetzt und der kopfseitige Mittelelektrodenteil dabei gasdicht
im Isolierkörper befestigt wird, worauf der fußseitige Mittelelektrodenteil durch
Einwirkung auf sein äußeres Ende mit seiner konischen Schulter fest gegen die Gegenschulter
im Isolierkörper gezogen wird, und die beiden Teile der Mittelelektrode zweckmäßig
durch Hochfrequenzerwärmung miteinander verlötet werden.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung
und den Ansprüchen zu entnehmen.
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Die Zeichnung veranschaulicht zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.
Es zeigt Fig. i das erste Beispiel im Längsschnitt durch den Isolierkörper einer
Zündkerze mit eingesetzter Mittelelektrode und Fig.2 das zweite Ausführungsbeispiel
im vergrößerten Längsschnitt durch (las untere Ende eines Isolierkörpers.
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Der Isolierkörper i hat eine Längsbohrung 2, deren unterstes Ende
im Fuß des Isolierkörpers durch eine konische Schulter 3 verengt ist. Die in die
Längsbohrung 2 eingesetzte Mittelelektrode besteht aus einem Oberteil ,M und einem
Unterteil 5. Der Unterteil 5 ruht mit seiner konischen Außenschulter
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auf der Innenschulter 3 des Isolierkörpers auf. Der Oberteil 4 ist in ein Gewinde
7 des Isolierkörpers eingeschraubt, nachdem ein erhärtbarer Kitt auf <las Gewinde
aufgestrichen worden ist. Beim Einschrauben des Oberteils 4 greift eine Längsbohrung
8 über einen abgesetzten Zapfen 9 am oberen Ende des Elektrodenunterteils 5. In
die Bohrung 8 ist ein Lötmittel für die spätere Verbindung der Elektrodenteile 4,
5 eingebracht.
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Vor (lern Verlöten der Teile 4, 5 wird zunächst der Elektrodenteil
5 durch eine an seinem aus dem Isolierkörper vorstehenden Ende angreifende Kraft
nach unten gezogen, so daß die konischen Schultern 3 und 6 fest aufeinanderliegen.
Hierauf wird das Lot an der Verbindungsstelle 8, 9 beispielsweise durch Hochfrequenzerwärmung
geschmolzen, worauf der Strom ausgeschaltet wird. Durch diese Erwärmung der Mittelelektrode
wird gleichzeitig der Dichtungskitt am Gewinde 7 getrocknet. Die Zugbelastung des
Elektrodenteiles 5 wird so lange aufrechterhalten, bis die Lötverbindung fest, das
Lot al§o erstarrt ist. Durch die Schrumpfung der Mittelelektrode beim Abkühlen entsteht
zwischen den konischen Schultern 3 und 6 ein feiner Drosselspalt, der sich beim
Betrieb der Kerze mit zunehmender Erwärmung der Teile zunehmend verengt, aber nicht
satt schließt, so (laß ein Sprengen des Isolierkörpers verhindert wird.
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Die konischen Schultern 3 und 6 haben einen spitzen Kegelwinkel, der
vorteilhaft kleiner als 6o° ist. Hierdurch werden zwei Vorteile erreicht: Der beim
Abkühlen der Mittelelektrode entstehende Spalt zwischen den Schultern 3 und 6 bleibt
wesentlich kleiner, als wenn der Kegelwinkel stumpf wäre. Überdies wird die Herstellung
der Längsbohrung 2 im Isolierkörper insofern erleichtert, als diese Bohrung durch
eine Formnadel beim Herstellen des Isolierkörpers gebildet wird, die sich leichter
aus dem rohen Formling herausziehen läßt, wenn der Kegelwinkel möglichst spitz ist.
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Bei dem Beispiel nach Fig.2 ist der Spitzenwinkel des Kegels 6'etw-as
kleiner als der des Kegels 3. Hierdurch wird erreicht, daß sich die das Eindringen
heißer Gase in den Spalt zw ischen Mittelelektrode und Steinbohrung verhindernde
Drosselstelle mit Sicherheit möglichst nahe an Steinfußende befindet, so daß die
von den heißen Gasen beaufschlagten Flächen des Steins und der Mittelelektrode möglichst
klein sind.