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Die
vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 19. Dezember 2003
eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2003-422061, deren Offenbarung
hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.
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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Zündkerze, die in Kraftfahrzeugen,
Gaspumpen und Kogenerationssystemen eingesetzt werden kann, und
insbesondere auf eine Zündkerze
mit einer besseren Verbindungsfestigkeit eines aus beispielsweise
einer Ir-Legierung (Ir: Iridium) bestehenden Edelmetallelements
mit einer Masseelektrode.
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Die
Offenlegungsschriften japanischer Patentanmeldungen Nr. 11-354251
und 2002-93547 schlagen eine Zündkerze
der oben genannten Art vor, die im Wesentlichen aus einer Metallhülle, einer in
der Metallhülle
elektrisch isoliert gehaltenen Mittelelektrode und einer aus einer
Legierung auf Ni-Basis bestehenden Masseelektrode besteht. Mit der
Masseelektrode ist ein Edelmetallplättchen verbunden, das aus einer
Ir-Legierung besteht und der Mittelelektrode über den Funkenspalt zugewandt
ist.
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Um
mechanische Verbindungen des Edelmetallplättchens mit der Masseelektrode
zu erzeugen, wird das Edelmetallplättchen mit der Masseelektrode
laserverschweißt,
wodurch keilförmige Schmelzabschnitte
(auch Schweißlinsen
genannt) gebildet werden, in denen die Materialien des Edelmetallplättchens
und der Masseelektrode zusammengeschmolzen sind.
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Verwendet
man das Laserschweißen,
um die Schmelzabschnitte zwischen der Masseelektrode und dem Edelmetallplättchen zu
bilden, führt
dies zu einer Senkung der Wärmespannungen,
die sich aus einer Differenz des linearen Ausdehnungskoeffizienten
zwischen dem Edelmetallplättchen
und der Masseelektrode ergeben.
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Die
japanische Offenlegungsschrift Nr. 11-354251 offenbart ein Verbindungsverfahren,
bei dem das Edelmetallplättchen
auf eine Fläche
der der Mittelelektrode zugewandten Masseelektrode gesetzt wird
und bei dem auf die Oberfläche
des Edelmetallplättchens
Laserstrahlen abgestrahlt werden, um keilförmige Schmelzabschnitte zu
bilden, die sich von der Außenfläche des
Edelmetallplättchens
ins Innere der Masseelektrode hinein verjüngen.
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Die
japanische Offenlegungsschrift Nr. 2002-93547 offenbart ein anderes
Verbindungsverfahren, bei dem in einer Fläche der der Mittelelektrode
zugewandeten Massenelektrode eine Vertiefung gebildet wird, das
Edelmetallplättchen
in die Vertiefung eingepasst wird und Laserstrahlen auf die Außenfläche der
Masseelektrode abgestrahlt werden, um keilförmige Schmelzabschnitte zu
bilden, die sich von der Außenfläche der
Masseelektrode ins Innere der Vertiefung hinein verjüngen. Durch
diesen Aufbau wird wirksam die Zuverlässigkeit der Verbindung des
Edelmetallplättchens
mit der Masseelektrode verbessert.
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In
den letzten Jahren haben sich die Anforderungen bezüglich höherer Motorleistung,
geringerem Kraftstoffverbrauch und geringerer Abgasemission erhöht, was
zu erhöhten
Temperaturen der Verbrennungsatmosphäre in den Motoren geführt hat.
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Der
Erfinder hat die Verbindungsfestigkeit zwischen dem Edelmetallplättchen und
der Masseelektrode der Zünd kerzenbauart
untersucht, die in der Offenlegungsschrift Nr. 2002-93547 offenbart
ist, und festgestellt, dass es, wenn die Masseelektrode, die während der
Verbrennung im Motor gewöhnlich
die höchste
Temperatur der Zündkerze
einnimmt, einer intensiven Hitze ausgesetzt ist, in den Schmelzabschnitten
zu Rissen kommt, die schlimmstenfalls zur Folge haben, dass das
Edelmetallplättchen
von der Masseelektrode fällt,
was zu Fehlzündungen
führt.
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Der
Erfindung liegt daher in erster Linie die Aufgabe zugrunde, die
Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und insbesondere
einen verbesserten Aufbau einer Zündkerze zur Verfügung zu stellen,
der die Festigkeit einer Verbindung zwischen einer Ir-Legierungsspitze
und einer Masseelektrode soweit verbessert, dass sie einer intensiven
Hitze standhält.
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Der
Erfinder führte
Versuche mit einer Zündkerze
durch, die eine aus einer Ni-Legierung bestehende Masseelektrode
und ein mit der Masseelektrode über
keilförmige
Schmelzabschnitte (d.h. Schweißlinsen)
verschweißtes,
aus einer Ir-Legierung bestehendes Edelmetallelement hatte, und stellte
fest, dass sich zwischen dem Edelmetall und der Masseelektrode eine
bessere mechanische Verbindungsfestigkeit ergibt, wenn der Prozentanteil
an Ir in einem Volumen jedes Schmelzabschnittes, das sich vor dem
Verschweißen
mit der Masseelektrode an eine Außenumfangsfläche des
Edelmetallelements anschließt,
in einem bestimmten Bereich liegt (siehe 6). Die
Erfindung fußt
auf diesen Untersuchungen.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung ist eine Zündkerze vorgesehen, die in
Kraftfahrzeugen, Gaspumpen und Kogenerationssystemen eingesetzt
werden kann und die Folgendes umfasst: (a) eine Metallhülle; (b)
eine inner halb der Metallhülle von
der Metallhülle
elektrisch isoliert gehaltene Mittelelektrode; (c) eine Masseelektrode,
die aus einer Legierung auf Ni-Basis besteht und von der Metallhülle gehalten
wird und die eine der Mittelelektrode gegenüberliegende Mittelelektrodenstirnfläche hat; (d)
ein Ir-Legierungselement, das mit der Mittelelektrodenstirnfläche der
Masseelektrode verschweißt
ist und der Mittelelektrode über
einen Funkenspalt gegenüberliegt;
und (e) keilförmige
Schmelzabschnitte, die durch Verschweißen des Ir-Legierungselements mit
der Masseelektrode gebildet wurden, um Verbindungen zwischen der
Masseelektrode und dem Ir-Legierungselement
zu bilden, und die ein Schmelzgemisch aus Materialien der Masseelektrode
und des Ir-Legierungselements enthalten. Jeder Schmelzabschnitt
enthält
in einem Bereich, der sich vor dem Verschweißen mit der Masseelektrode
innerhalb einer mit einer Außenumfangswand
des Ir-Legierungselements zusammenfallenden gedachten Ebene befindet,
weniger als 40 Gew.-% Ir. Dies ergibt eine bessere mechanische Festigkeit
der Verbindungen zwischen der Masseelektrode und des Ir-Legierungselements,
sodass sie während
der Verbrennung einer intensiven Hitze standhält.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung kann jeder Schmelzabschnitt in dem Bereich, der sich
vor dem Verschweißen
mit der Masseelektrode innerhalb der mit der Außenumfangswand des Ir-Legierungselements
zusammenfallenden gedachten Ebene befindet, weniger als 18 Gew.-%
Ir enthalten. Dies führt
zu einer noch besseren mechanischen Festigkeit der Verbindungen
zwischen der Masseelektrode und dem Ir-Legierungselement.
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In
der Mittelelektrodenstirnfläche
der Masseelektrode kann eine Vertiefung ausgebildet sein, in der
das Ir- Legierungselement
eingebettet ist. Die keilförmigen
Schmelzabschnitte verjüngen
sich jeweils von einer Außenwand
der Masseelektrode ins Innere eines innerhalb der Vertiefung befindlichen Abschnitts
des Ir-Legierungselementes hinein. Dieser Aufbau dient dazu, die
Stabilität
der Verbindungen zwischen der Masseelektrode und dem Ir-Legierungselements
zu steigern.
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Das
Ir-Legierungselement kann aus einem Material bestehen, das 50 Gew.-%
oder mehr Ir und mindestens einen der Zusatzstoffe Rh, Pt, Ni, W,
Pd, Ru, Os, Al, Y und Y2O3 enthält.
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Der
Ir-Gehalt in dem Ir-Legierungselement kann in einem Bereich von
70 Gew.-% bis 99 Gew.-% liegen.
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Die
Masseelektrode kann aus einem Material bestehen, das 95 Gew.-% oder
mehr Ni enthält. Dies
steigert die Wärmeabstrahlung
von der Masseelektrode gegenüber
einer aus einer InconelTM-Legierung bestehenden
Masseelektrode, wodurch das Entstehen von Rissen in den Schmelzabschnitten durch
Wärmespannungen
minimiert wird.
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Ein
besseres Verständnis
der Erfindung ergibt sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den
beigefügten
Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Erfindung, die jedoch nicht als Beschränkung der Erfindung auf diese bestimmten
Ausführungsbeispiele
verstanden werden sollten, sondern lediglich der Erläuterung
und dem Verständnis
dienen. Es zeigen:
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1 im
Teilschnitt eine erfindungsgemäße Zündkerze
mit einem Ir-Legierungselement auf einer Masseelektrode;
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2(a) in einem vergrößerten Teilschnitt entlang
der Linie B-B in 2(b) Verbindungen zwischen einem
Ir-Legierungselement
und einer Masseelektrode;
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2(b) einen Schnitt entlang der Linie A-A in 2(a);
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3 im
Schnitt einen spezifischen Ir-haltigen Bereich von Laserschmelzabschnitten,
die Verbindungen zwischen einem Edelmetallelement und einer Masseelektrode
bilden;
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4(a) im horizontalen Teilschnitt ein Vergleichsbeispiel,
bei dem Spitzen von Laserschmelzabschnitten teilweise außerhalb
eines Ir-Legierungselements verlaufen;
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4(b) einen vertikalen Teilschnitt von 4(a);
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4(c) im horizontalen Teilschnitt ein weiteres
Vergleichsbeispiel, bei dem Spitzen von Laserschmelzabschnitten
ein Ir-Legierungselement nicht erreichen;
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4(d) einen vertikalen Teilschnitt von 4(c);
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5 einen
vertikalen Schnitt, der zeigt, wie bei Zündkerzenmessproben jeweils
die Festigkeit einer Verbindung zwischen einer Masseelektrode und einem
Ir-Legierungselement
gemessen wurde;
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6 grafisch
den Zusammenhang zwischen dem Prozentanteil an Ir in Laserschmelzabschnitten
und der Verbindungsfestigkeit eines Ir-Legierungselements bei Zündkerzenmessproben
vor und nach einer Haltbarkeitsprüfung;
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7(a) im horizontalen Teilschnitt in Laserschmelzabschnitten
auftretende Risse;
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7(b) einen vertikalen Teilschnitt von 7(a);
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8(a) im horizontalen Teilschnitt Risse in Grenzflächen zwischen
Laserschmelzabschnitten und einem Ir-Legierungselement; und
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8(b) einen vertikalen Teilschnitt von 8(a).
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In
den Zeichnungen, in denen sich in den verschiedenen Ansichten gleiche
Bezugszahlen auf gleiche Teile beziehen, zeigt 1 eine
Zündkerze 100,
die bei einem Kogenerationssystem in einem Gasmotor eines Generators
verwendet werden kann.
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Die
Zündkerze 100 enthält eine
hohlzylinderförmige
Metallhülle 10,
einen Porzellanisolator 20, eine Mittelelektrode 30 und
eine Masseelektrode 40. In die Metallhülle 10 ist ein Gewinde 11 geschnitten, um
die Zündkerze 100 in
einen (nicht gezeigten) Motorblock einbauen zu können. Der aus einer Aluminiumoxidkeramik
(Al2O3) bestehende
Porzellanisolator 20 wird innerhalb der Metallhülle 10 gehalten
und hat eine Spitze 21, die an einem Ende 12 der
Metallhülle 10 nach
außen
hin frei liegt.
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Die
Mittelelektrode 30 ist in einer Axialkammer 22 des
Porzellanisolators 20 befestigt und elektrisch von der
Metallhülle 10 isoliert.
Die Mittelelektrode 30 hat eine Spitze 31, die
außerhalb
des Endes 12 der Metallhülle 10 von der Spitze 21 des
Porzellanisolators 20 vorragt.
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Die
Mittelelektrode 30 ist aus einem Zylinder hergestellt,
der aus einem Kernabschnitt, der aus einem Metallmaterial wie Cu
mit hoher Wärmeleitfähigkeit
besteht, und einem Außenabschnitt
besteht, der aus einem Metallmaterial wie einer Legierung auf Ni-Basis
mit höherer
Wärme-
und Korrosionsbeständigkeit
besteht. Die Mittelelektrode 30 hat außerdem ein Edelmetallelement 30a,
das aus einer Legierung auf Ir-Basis besteht und mit der Spitze 31 verschweißt ist.
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Die
Masseelektrode 40 ist aus einem Stab hergestellt und an
einem Ende mit dem Ende 12 der Metallhülle 10 verschweißt. Die
Masseelektrode 40 ist L-förmig gebogen, sodass ihr anderes
Ende über einen
Funkenspalt 50 der Spitze 31 der Mittelelektrode 30 zugewandt
ist. In der folgenden Diskussion wird die der Mittelelektrode 30 zugewandete
innere Seitenfläche
der Masseelektrode 40 als Mittelelektrodenstirnfläche 41 bezeichnet.
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Mit
der Mittelelektrodenstirnfläche 41 ist
ein Edelmetallelement 40a verbunden, das aus einer Legierung
auf Ir-Basis besteht und dazu dient, zwischen sich und dem Edelmetallelement 30a der
Mittelelektrode 30 eine Funkenabfolge zu erzeugen.
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Wie
in den 2(a) und 2(b) zu
erkennen ist, ist das Edelmetallelement 40a so mit der Masseelektrode 40 laserverschweißt, dass
sich keilförmige
Schmelzabschnitte 40b (auch Schweißlinsen genannt) ergeben, in
denen die Materialien der Masseelektrode 40 und des Edelmetallelements 40a zusammengeschmolzen
sind, wodurch zwischen der Masseelektrode 40 und dem Edelmetallelement 40a mechanische
Verbindungen geschaffen werden. Und zwar bestehen die Schmelzabschnitte 40a jeweils aus
einer Legierung, die die Materialien der Masseelektrode 40 und
des Edelmetallelements 40a enthält.
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In
der Mittelelektrodenstirnfläche 41 der Masseelektrode 40 ist
eine Vertiefung 41a ausgebildet, in der das Edelmetallelement 40a eingepasst
ist.
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Die
Schmelzabschnitte 40b haben jeweils eine Keilform, die
sich von der Außenfläche der
Masseelektrode 40 in das Edelmetallelement 40a hinein verjüngt.
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Das
Edelmetallelement 40a kann aus einem Material bestehen,
das 50 Gew.-% oder mehr Ir und mindestens einen der Zusatzstoffe
Rh, Pt, Ni, W, Pd, Ru, Os, Al, Y und Y2O3 enthält.
Das Edelmetallelement 40a enthält vorzugsweise 70 Gew.-% bis
99 Gew.-% Ir.
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Das
Edelmetallelement 40a ist zylinderförmig, kann aber auch eine andere
Form haben. Das Edelmetallelement 40a hat eine Achse, die
an der des Edelmetallelements 30a der Mittelelektrode 30 ausgerichtet
ist.
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Die
Masseelektrode 40 besteht vorzugsweise aus einem Material,
das 95 Gew.-% oder mehr Ni enthält.
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Die
Masseelektrode 40 dieses Ausführungsbeispiels ist so gestaltet,
dass die Schmelzabschnitte 40b in einem Bereich, der sich
vor dem Verschweißen
mit der Masseelektrode 40 nahe einer mit einer Außenumfangsseitenwand
des Edelmetallelements 40a zusammenfallenden gedachten
Zylinderebene befindet, weniger als 40 Gew.-%, vorzugsweise weniger
als 18 Gew.-% Ir enthalten.
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Dieser
Bereich wird im Folgenden auch als spezifischer Ir-haltiger Bereich
bezeichnet.
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3 zeigt
eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in 2(b).
Die durchgezogene Kreislinie 900 stellt die Grenzfläche zwischen
der Außenumfangsseitenwand
des Edelmetallelements 40a und einer Innenumfangsseitenwand
der Vertiefung 41a der Masseelektrode 40 dar,
bevor diese verschweißt werden
bzw. bevor die Schmelzabschnitte 40b gebildet werden. Die
durchgezogene Linie 900 wird im Folgenden auch als erster
Kreis bezeichnet. Der Durchmesser des ersten Kreises 900 entspricht
dem des Edelmetallelements 40a der Masseelektrode 40 selbst.
Der spezifische Ir-haltige Bereich besetzt Volumina der Schmelzabschnitte 40b innerhalb
des ersten Kreises 900.
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Wenn
zum Beispiel wie in 3 dargestellt innerhalb des
ersten Kreises 900 ein zweiter Kreis 910 definiert
wird, der einen um 5% kleineren Durchmesser als der erste Kreis 900 hat,
liegt der spezifische Ir-haltige Bereich zwischen dem ersten und dem
zweiten Kreis 900 und 910.
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Das
Edelmetallelement 40a der Masseelektrode 40 kann
wahlweise auch aus einem mehreckigen Stab (z.B. einem viereckigen
Stab) hergestellt sein. In diesem Fall kann der spezifische Ir-haltige Bereich
zwischen der Grenzfläche
zwischen der Außenumfangsseitenwand
des Edelmetallelements 40a und der Innenumfangsseitenwand
der Vertiefung 41a der Masseelektrode 40 und einer
Linie definiert werden, die sich innerhalb der Grenzfläche bei
5% des Abstandes zwischen zwei zueinander entgegengesetzten Seiten
des Stabquerschnittes befindet.
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Das
Verbinden zwischen der Masseelektrode 40 und dem Edelmetallelement 40a erfolgt
auf die folgende Weise.
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Zunächst wird
das Edelmetallelement 40a auf die Mittelelektrodenstirnfläche 41 der
Masseelektrode 40 gesetzt und dann in die Vertiefung 41a gezwungen,
um in der Vertiefung 41a eine Presspassung zu bilden.
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Als
nächstes
werden in Richtung von der Außenseitenwand
der Masseelektrode 40 ins Innere der Vertiefung 41 Laserstrahlen
abgestrahlt, um die Schmelzabschnitte 40b zu bilden, die
ein Gemisch der Materialien der Masseelektrode 40 und des
Edelmetallelements 40a enthalten.
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Die
Vertiefung 41a kann in der Masseelektrode 40 durch
Kaltschmieden oder Ausschneiden gebildet werden. Die Verbindung
des Edelmetallelements 40a mit der Masseelektrode 40 kann
dadurch erreicht werden, dass das Edelmetallelement 40a innerhalb
der Vertiefung 41a platziert wird und diese dann auf die
gleiche Weise wie oben beschrieben laserverschweißt werden.
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Das
Edelmetallelement 40a ragt teilweise von der Mittelelektrodenstirnfläche 41 der
Masseelektrode 40 zur Mittelelektrode 30 vor,
um, wie in 1 dargestellt ist, zwischen
sich und dem Edelmetallelement 30a der Mittelelektrode 30 den
Funkenspalt 50 zu bilden.
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Die 4(a) und 4(b) stellen
ein Beispiel dar, bei dem die Schmelzabschnitte 40b jeweils teilweise
außerhalb
des Bodens des Edelmetallelements 40a der Masseelektrode 40 ausgebildet
sind. Die 4(c) und 4(d) stellen
ein anderes Beispiel dar, bei dem die Schmelzabschnitte 40b das Edelmetallelement 40a nicht
erreichen, bei dem die Schmelzabschnitte 40b also kein
Schmelzgemisch der Materialien der Masseelektrode 40 und
des Edelmetallelements 40a enthalten. In beiden Fällen ist das
Einschmelzen der Masseelektrode 40 in das Edelmetallelement 40a unzureichend,
was dazu führen
kann, dass sich das Edelmetallelement 40a ungewünscht löst.
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Der
Grund dafür,
dass jeder Schmelzabschnitt 40a in dem spezifischen Ir-haltigen
Bereich weniger als 40 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 18 Gew.-%
Ir enthält,
wird im Folgenden ausführlich
erläutert.
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Der
Erfinder untersuchte als ein Beispiel den Zusammenhang zwischen
dem Prozentanteil an Ir in dem spezifischen Ir-haltigen Bereich
und der mechanischen Festigkeit einer Verbindung zwischen der Masseelektrode 40 und
dem Edelmetallelement 40a der in den 1, 2(a) und 2(b) dargestellten
Zündkerze 100.
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Der
Erfinder fertigte Muster der Zündkerze 100 an,
bei denen das Edelmetallelement 40a als ein zylinderförmiger Stab
ausgeführt
war, der aus einer Legierung auf Ir-Basis bestand, die 90 Gew.-%
Ir und 10 Gew.-% Rh enthielt und einen Durchmesser von 2,4 mm und
eine Länge
von 0,9 mm hatte.
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Der
Erfinder maß in
einem Teil jedes Schmelzabschnittes 40b, der in 3 zwischen
dem ersten und zweiten Kreis 900 und 910 mit "x" angegeben ist, den Prozentanteil an
Ir. Die Messung erfolgte per EPMA (Elektronenmikrosonde).
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Außerdem wurde
bei jedem Zündkerzenmuster
die Festigkeit der Verbindung zwischen der Masseelektrode 40 und
dem Edelmetallelement 40a vor und nach einer Haltbarkeitsprüfung beurteilt.
Die Haltbarkeitsprüfung
erfolgte, indem die Zündkerzenmuster,
die sich bezüglich
des Prozentanteils an Ir unterschieden, in einen 6-zylindrigen Gaskogenerationsmotor
eingebaut wurden und der Motor 500 Stunden lang mit gesteuerter
Motorleistung betrieben wurde.
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5 stellt
dar, wie bei den Zündkerzenmustern
jeweils die Verbindungsfestigkeit zwischen der Masseelektrode 40 und
dem Edelmetallelement 40a gemessen wurde. Zunächst wurde
die zur Mittelelektrodenstirnfläche 41 entgegengesetzte
Oberfläche der
Masseelektrode 40 angebohrt, um das Edelmetallelement 40a freizulegen.
Als nächstes
wurde die abgeschliffene Elektrode 40 auf den Fuß 800 gesetzt, wobei
die Mittelelektrodenstirnfläche 41 dem
Fuß 800 zugewandt
war. Das Edelmetallelement 40a wurde wie in 5 gezeigt
mit Hilfe eines Stifts 810 nach unten gepresst. Mit Hilfe
eines Spannungsprüfers wurde
dann die Verbindungsfestigkeit zwischen dem Edelmetallelement 40a und
der Masseelektrode 40 gemessen.
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Aus
anderen, früheren
Untersuchungen war bekannt, dass der mit Hilfe des Spannungsprüfers gemessene
Wert der mechanischen Verbindungsfestigkeit zwischen der Masseelektrode 40 und
dem Edelmetall 40a entspricht und dass die Wahrscheinlichkeit,
dass sich das Edelmetallelement 40a von der Masseelektrode 40 löst, erst
dann höher
ist, wenn die Verbindungsfestigkeit kleiner oder gleich 10 N (Newton)
ist. Und zwar ließ sich
feststellen, dass eine Verbindungsfestigkeit von mehr als 10 N eine
vom praktischen Standpunkt her ausreichende Verbindungsfestigkeit
des Edelmetallelements 40a gewährleistet.
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6 zeigt
grafisch den Zusammenhang zwischen dem Prozentanteil an Ir in den
Schmelzabschnitten 40b und der Verbindungsfestigkeit des Edelmetallelements 40a der
Zündkerzenmuster
vor und nach der oben beschriebenen Haltbarkeitsprüfung. Schwarze
Punkte geben die Verbindungsfestigkeiten vor der Haltbarkeitsprüfung und
weiße
Punkte die Verbindungsfestigkeiten nach der Haltbarkeitsprüfung an.
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Der
grafische Darstellung zeigt, dass sich die Verbindungsfestigkeit
vor der Haltbarkeitsprüfung trotz
wechselnden Ir-Gehalts in den Schmelzabschnitten 40b nicht
besonders ändert,
während
sie nach der Haltbarkeitsprüfung
stark abfällt,
wenn der Ir-Gehalt mehr als 40 Gew.-% beträgt.
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Der
Erfinder nahm an den Zündkerzenmustern
weitere eingehende Untersuchungen vor und stellte fest, dass ein
Prozentanteil an Ir von 40 Gew.-% oder mehr zu einer starken Oxidation
der Schmelzabschnitte 40b führt, was, wie durch die durchgezogene
Linien 700 in den 7(a) und 7(b) angegeben ist, in den Schmelzabschnitten 40b zu
Rissen an den Grenzflächen
zwischen der Innenumfangsseitenwand der Vertiefung 41a der
Masseelektrode 40 und der Außenumfangsseitenwand des Edelmetallelements 40a vor
dem Laserschweißen
führt,
was einen Abfall der Verbindungsfestigkeit zur Folge hat.
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Die
grafische Darstellung von 6 zeigt, dass
ein Prozentanteil an Ir von weniger als 40 Gew.-% zu einer stark
verbesserten Verbindungsfestigkeit der Schmelzabschnitte 40b führt.
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Der
Erfinder stellte außerdem
fest, dass es, wie durch die durchgezogenen Linien 710 in
den 8(a) und 8(b) dargestellt
ist, trotz eines Prozentanteils an Ir von weniger als 40 Gew.-%
an den Grenzflächen
zwischen den Schmelzabschnitten 40b und dem Edelmetallelement 40a zu
Rissen kommen kann, dass jedoch die Keilform der Schmelzabschnitte 40b den
gewünschten
Festigkeitsgrad der Verbindung zwischen der Masseelektrode 40 und
den Edelmetallelementen 40a sicherstellt.
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Die
grafische Darstellung von 6 zeigt
außerdem,
dass die Verbindungsfestigkeit bei einem Prozentanteil an Ir in
den Schmelzabschnitten 40b von weniger als 18 Gew.-% ein
Maximalniveau erreicht. Das kann daran liegen, dass ein Ir-Gehalt
von weniger als 18 Gew.-% dazu beiträgt, das Risswachstum zu unterminieren.
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Anhand
der obigen Untersuchungen gelangte der Erfinder zu der Feststellung,
dass der Prozentanteil an Ir der Schmelzabschnitte 40b in
dem spezifischen Ir-haltigen Bereich im Hinblick auf die Verbindungsfestigkeit
zwischen der Masseelektrode 40 und dem Edelmetallelement 40a weniger
als 40 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 18 Gew.-% betragen sollte.
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Wie
aus der obigen Diskussion hervorgeht, ist die Zündkerze 100 dieses
Ausführungsbeispiels so
gestaltet, dass das Edelmetallelement 40a mit der in der
Masseelektrode 40 gebildeten Vertiefung 41 über keilförmige Schmelzabschnitte 40b verbunden ist,
die sich vom Außenumfang
der Masseelektrode 40 ins Innere des Edelmetallelements 40a hinein
verjüngen
und wie oben beschrieben in dem spezifischen Bereich weniger als
40 Gew.-% Ir enthalten, wodurch die Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen
der Masseelektrode 40 und dem Edelmetallelement 40a verbessert
wird.
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Wie
bereits beschrieben wurde, ist es vorzuziehen, dass die Masseelektrode 40 95
Gew.-% oder mehr Ni enthält.
Dies steigert die Wärmeabstrahlung von
der Masseelektrode 40 gegenüber einer aus einer InconelTM-Legierung bestehenden Masseelektrode 40,
was das Entstehen von Rissen in den Schmelzabschnitten 40b durch
die Wärmespannungen
minimiert. Und zwar führt
die Verwendung eines solchen Materials während der Motorverbrennung
zu einem raschen Temperaturabbau in den Schmelzabschnitten 40b,
was die Wärmespannungen
senkt, die durch die Differenz der linearen Ausdehnung zwischen
den Schmelzabschnitten 40b und der Masseelektrode 40 hervorgerufen
werden, und Risse in der Masseelektrode 40 minimiert. Der
rasche Temperaturabbau in den Schmelzabschnitten 40b verringert außerdem eine
durch Oxidation verursachte Verflüchtigung von Ir und die oben
angesprochenen, durch Oxidation verursachten Risse.
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Die
Erfindung wurde zwar anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben,
um das Verständnis
zu erleichtern, doch versteht sich, dass die Erfindung auf verschiedene
andere Weise abgewandelt werden kann, ohne vom Erfindungsprinzip abzuweichen.
Die Erfindung sollte daher so verstanden werden, dass sie alle möglichen
Ausführungsbeispiele
und Abwandlungen der gezeigten Ausführungsbeispiele beinhaltet,
in die sie umgesetzt werden kann, ohne von dem in den beigefügten Patentansprüchen dargelegten
Erfindungsprinzip abzuweichen.
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Es
wird ein verbesserter Aufbau einer Zündkerze zur Verfügung gestellt,
um die mechanische Festigkeit von Verbindungen zwischen einem aus
einer Ir-Legierung bestehenden Edelmetallelement und einer Masseelektrode
zu verbessern, die intensiver Hitze Stand hält. Das Edelmetallelement ist
mit der Masseelektrode über
Laserschmelzabschnitte verschweißt. Jeder Schmelzabschnitt
enthält
in einem Bereich, der sich vor dem Verschweißen mit der Masseelektrode
innerhalb einer mit einer Außenumfangswand
des Edelmetallelements zusammenfallenden gedachten Ebene befindet,
weniger als 40 Gew.-% Ir, wodurch die Verbindungsfestigkeit zwischen
dem Edelmetallelement und der Masseelektrode gesteigert wird.