DE102005046431A1

DE102005046431A1 - Zündkerze mit einem einen Isolator umgebenden Gehäuse

Info

Publication number: DE102005046431A1
Application number: DE200510046431
Authority: DE
Inventors: Lars Menken; Thomas Kaiser; Jochen Boehm
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-09-28
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2007-03-29

Abstract

Es wird eine Zündkerze (1) mit einem einen Isolator (6) umgebenden Gehäuse (2), mit einem Anschlussbolzen (5) und mit einer über einen elektrisch leitenden Bereich (9) damit verbundenen Mittelelektrode (7), die mit einer Masseelektrode (8) zum Generieren eines Zündfunkens zusammenwirkt, beschrieben. Der Anschlussbolzen (5), der elektrisch leitende Bereich (9) und die Mittelelektrode (7) sind wenigstens bereichsweise innerhalb des Isolators (6) angeordnet. Erfindungsgemäß ist der elektrisch leitende Bereich aus einem keramischen und elektrisch leitenden Material hergestellt, das wenigstens 60 Gew.-% MoSi¶2¶ aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze mit einem einen Isolator umgebenden Gehäuse, mit einem Anschlussbolzen und mit einer über einen elektrisch leitenden Bereich damit verbundene Mittelelektrode gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.

Bei aus der Praxis bekannten fremdgezündeten Verbrennungsmotoren, bei welchen die im Kraftstoff enthaltene Energie in Bewegungsenergie umgewandelt wird, wird ein in einen Brennraum eingespritztes Kraftstoffgemisch über eine zeitlich gesteuerte Fremdzündung entflammt. Die Zündung des Ottomotors erfolgt elektrisch, wobei eine vom Motor gesteuerte Zündanlage periodisch eine Hochspannung erzeugt. Diese Hochspannung bewirkt jeweils einen Funkenüberschlag zwischen den Elektroden der Zündkerzen im Verbrennungsraum. Die in dem Funken enthaltene Energie entzündet das verdichtete Luft-Kraftstoffgemisch, wobei die Zündkerze unter allen Betriebsbedingungen die Zündenergie in dem Brennraum einbringen muss, ohne undicht oder heiß zu werden.

Im Betrieb sind die Elektroden einer Zündkerze hohen Belastungen durch den Zündfunken sowie durch chemisch-thermische Angriffe ausgesetzt, welche Erosion sowie Korrosion an den Elektroden hervor rufen. Um dem im Betrieb durch Funkenerosion sowie Korrosion im Brennraum auftretenden Elektrodenverschleiß entgegentreten zu können, werden die Zündkerzenelektroden aus Werkstoffen hergestellt, die durch eine geringe Oxidations- und Korrosionsneigung sowie eine hohe Verschleißbeständigkeit gegen funkenerosive Angriffe gekennzeichnet sind. Hierbei zeigen Werkstoffe aus reinen Edelmetallen oder auf Edelmetallbasis, wie Platin oder Platin- und Iridiumbasislegierungen, die besten Eigenschaften. Weitere geeignete Elektrodenwerkstoffe sind Nickel und Silber sowie Nickel- und Silberbasislegierungen, wobei Zündkerzenelektroden aus Nickellegierungen gegen Funkenerosion sowie gegen Hochtemperaturkorrosion im Bereich bis 900°C beständig sind. Des Weiteren werden Nickellegierungen auch als Trägermaterialien für Edelmetallstifte eingesetzt, die typischerweise in etwa 0.8 mm Durchmesser aufweisen und mit ca. 1 mm Länge ausgeführt sind.

Aus der Praxis bekannte Zündkerzen sind aus Metall, Keramik und Glas hergestellt. Diese Werkstoffe haben unterschiedliche Eigenschaften, die durch materialgerechte Konstruktion einer Zündkerze genutzt werden. Die wichtigsten Bestandteile der Zündkerze sind ein Anschlussbolzen, ein Isolator, ein Gehäuse, eine Mittelelektrode sowie eine Masseelektrode, wobei ein in dem Isolator angeordneter und elektrisch leitender Bereich, der aus einer an sich bekannten Glasschmelze besteht, die Mittelelektrode im Inneren des Isolators mit dem Anschlussbolzen verbindet. Der Anschlussbolzen besteht meist aus Stahl und ist im Isolator in der leitfähigen Glasschmelze gasdicht eingeschmolzen. Der Isolator ist wiederum von einem Gehäuse umgeben, auf das die Masseelektrode geschweißt ist.

Im Allgemeinen emitieren Zündkerzen eine sogenannte elektromagnetische Störstrahlung, welche durch die ein Widerstandspaket dar stellende elektrisch leitfähige Glasschmelze begrenzt ist. Die elektromagnetische Störstrahlung einer Zündkerze ist umso geringer, je weiter sich das Widerstandspaket einer Zündkerze ausgehend vom Anschlussbolzen in Richtung der Mittelelektrodenspitze erstreckt. Das bedeutet, dass zur Erzielung optimaler Entstöreigenschaften ein langes, möglichst weit in Richtung der Mittelelektrodenspitze vorgezogenes Widerstandspaket erforderlich ist.

Nachteilhafterweise sind die Abmessungen des Widerstandspaketes einer Zündkerze durch die Mittelelektrode und auch den Anschlussbolzen in derartigem Umfang begrenzt, dass die von in einer Brennkraftmaschine angeordneten Zündkerzen ausgehenden elektromagnetischen Störstrahlungen nur durch aufwändige und kostenintensive motorseitige konstruktive Maßnahmen auf ein angestrebtes Maß einstellbar sind, da der aus elektrisch leitfähiger Glasschmelze hergestellte elektrisch leitende Bereich im Betrieb einer Zündkerze gegenüber den Funkenüberschlägen zwischen der Masseelektrode und der Mittelelektrode abgeschirmt sein muss, um ein Abbrennen der Glasschmelze und damit einen Funktionsausfall der Zündkerze wirkungsvoll zu vermeiden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zündkerze mit geringer elektromagnetischer Störstrahlung zur Verfügung zu stellen, die einfach und kostengünstig herzustellen ist und die eine hohe Lebensdauer aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Zündkerze mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Zündkerze ist mit einem einen Isolator umgebenden Gehäuse, mit einem Anschlussbolzen und mit einer über einen elektrisch leitenden Bereich damit verbundenen Mittelelektrode ausgeführt, die mit einer Masseelektrode zum Generieren eines Zündfunkens zusammenwirkt. Der Anschlussbolzen, der elektrisch leitende Bereich und die Mittelelektrode sind wenigstens bereichsweise innerhalb des Isolators angeordnet.

Erfindungsgemäß ist der elektrisch leitende Bereich aus einem keramischen und elektrisch leitenden Material hergestellt, das wenigstens 60 Gew.-% MoSi₂ aufweist.

Damit ist die Zündkerze im elektrisch leitenden Bereich aus einer elektrisch leitfähigen Keramik hergestellt, die auch in dem funkenaktiven Bereich der Mittelelektrode nahen Zündkerzenbereichen vorgesehen werden kann, da eine MoSi₂ aufweisende Keramik eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber funken-erosiven Verschleiß aufweist. Dadurch ist eine erfindungsgemäß ausgeführte Zündkerze im Vergleich zu herkömmlichen Zündkerzen auch in einem funkenaktiven Abschnitt der Mittelelektrode nahen Bereichen mit einem derartigen Entstörwiderstand ausbildbar, dass die elektromagnetische Störstrahlung gegenüber aus der Praxis bekannten Zündkerzen erheblich reduziert ist.

MoSi₂ wird in der Praxis unter anderem als Heizleiterbasismaterial für Ofenapparate verwendet, bei welchen Betriebstemperaturen über 1600°C auftreten, und findet zudem bei keramischen Glühstiftkerzen bei Dieselbrennkraftmaschinen Verwendung.

Aufgrund einer sehr guten Oxidationsbeständigkeit, die auf der Bildung einer dünnen, festhaftenden Quarzglasschicht beruht, sowie einer guten elektrischen Leitfähigkeit eignet sich ein MoSi₂ aufweisender Basiswerkstoff zum Verbinden der Mittelelektrode und des Anschlussbolzens innerhalb des Isolators und bietet die Möglichkeit, Zündkerzen fremdgezündeter Verbrennungsmotoren mit einer ausreichenden Lebensdauer kostengünstig herzustellen.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Zündkerze schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgeführten Zündkerze im Halblängsschnitt; und
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Zündkerze nach der Erfindung in einer 1 entsprechenden Darstellung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Bezug nehmend auf 1 ist eine Teilschnittansicht einer an einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine anordenbaren Zündkerze 1, die mit einem an einem Gehäuse 2 ausgebildeten Außengewinde 3 in ein Innengewinde des Zylinderkopfes einschraubbar ist, dargestellt.
Die Zündkerze 1 besteht vorliegend aus Metall und Keramik. Die Wirkstoffe haben unterschiedliche Eigenschaften, die durch materialgerechte Konstruktion der Zündkerze 1 genutzt werden. Die wichtigsten Bestandteile der Zündkerze 1 sind ein Anschlussbolzen 5, ein Isolator 6 und das Gehäuse 2, eine Mittelelektrode 7 sowie eine Masseelektrode 8, wobei ein in dem Isolator 6 angeordneter und elektrisch leitender Bereich 9 die Mittelelektrode 7 mit dem Anschlussbolzen 5 verbindet.
Der Anschlussbolzen 5 besteht aus Stahl und ist im Isolator 6 gasdicht mit dem elektrisch leitenden Bereich 9 verbunden. Des Weiteren wird am Anschlussbolzen 5 an dem aus dem Isolator 6 herausragenden Ende ein Anschlussstecker bzw. ein Kerzenstecker der Zündleitung angebracht.
Der Isolator 6 besteht aus einer Spezialkeramik und hat die Aufgabe, die Mittelelektrode 7 und den Anschlussbolzen 5 vom Gehäuse zu isolieren. Das dichte Gefüge der Spezialkeramik sorgt für eine hohe Sicherheit gegen elektrische Durchschläge. Die Oberfläche der Isolator-Anschlussseite ist glasiert. Auf der glatten Glasur haftet Feuchtigkeit und Schmutz weniger gut, wodurch Kriechströme weitgehend vermieden werden.
Die Forderungen nach guter Wärmeleitfähigkeit bei hohem elektrischem Isoliervermögen stehen in starkem Gegensatz zu den Eigenschaften der meisten Isolierstoffe. Der vorliegend für den Isolator 6 verwendete Werkstoff besteht aus Aluminiumoxid, dem in geringem Anteil andere Stoffe zugemischt sind. Nachdem diese Spezialkeramik gebrannt und glasiert ist, erfüllt sie die an den Zündkerzenisolator gestellten Forderungen nach hoher Isolierfähigkeit und guter Wärmeleitfähigkeit sowie nach mechanischer und chemischer Festigkeit.
Das Gehäuse ist aus Stahl gefertigt und dient zur Befestigung der Zündkerze 1 im Zylinderkopf. Am oberen Teil des Gehäuses 2 befindet sich ein Sechskant 10, zum Ansetzen des Zündkerzenschlüssels und im unteren Teil ist das Außengewinde 3 vorgesehen. Auf der Oberfläche des Gehäuses 2 ist galvanisch eine Nickelschicht aufgebracht, um Korrosion zu vermeiden, das Außengewinde leitfähig zu halten und um ein Festfressen, besonders in Aluminiumzylinderköpfen, zu verhindern. Die Zündkerze 1 kann je nach Ausführungsform des Gehäuses 2 mit einem Dichtring bzw. einem Bördelring versehen sein. Nach dem Einsetzen des Isolators 6 in das Gehäuse 2 der Zündkerze 1 erfolgt ein Einbördeln und anschließendes Einschrumpfen durch resistive Erwärmung unter hohem Druck in einem Arbeitsgang.
Die Mittelelektrode 7 und die Masseelektrode 8 sind während des Betriebs der Brennkraftmaschine einem hohen Verschleiß ausgesetzt, der aufgrund von Erosion und Korrosion hervorgerufen wird. Beide Faktoren können in ihrer Auswirkung auf den Verschleiß nicht getrennt behandelt werden. Der Verschleiß bewirkt eine Erhöhung der Zündspannung. Weiter wird ein gutes Wärmeableitvermögen von den Elektroden verlangt. Die Anforderungen können je nach Betriebsbedingungen und Anwendungsfall unterschiedliche Elektrodenformen und Elektrodenwerkstoffe erforderlich machen.
Die Masseelektrode ist vorliegend über eine Verschweißung mit dem Gehäuse 2 der Zündkerze 1 verbunden, während die Mittelelektrode 7 mit einem der Masseelektrode 8 abgewandten Ende gasdicht mit dem elektrisch leitfähigen Bereich 9 der Zündkerze 1 verbunden ist.
Des Weiteren überragt die Mittelelektrode 7 den Isolator 6 mit ihrem der Masseelektrode 8 zugewandten Ende axial um eine vordefi nierte Länge, wobei eine der Masseelektrode 8 zugewandte Stirnfläche der Mittelelektrode 7 im Betrieb der Zündkerze durch Funkenüberschläge zwischen der Masseelektrode 8 und der Mittelelektrode 7 befunkt wird und somit die sogenannte Funkenstrecke der Zündkerze 1 begrenzt. Die Mittelelektrode ist bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Zündkerze 1 im funkenaktiven Bereich aus einem später näher beschriebenen Material hergestellt.
Der elektrisch leitende Bereich 9 ist aus einem keramischen und elektrisch leitenden Material hergestellt, das wenigstens 60 Gew.-MoSi₂ aufweist. Zusätzlich weist der elektrisch leitende Bereich 9 der Zündkerze 1 wenigstens ein Element aus der Gruppe Al₂O₃, AlN oder Si₃N₄ mit Anteilen bis zu 40 Gew.-% auf, die sogenannte Füllstoffe darstellen und zum Einstellen eines für die Funktionsweise der Zündkerze 1 erforderlichen Widerstandes des elektrisch leitenden Bereiches 9 vorgesehen werden.
Der aus leitendem keramischen Material bestehende elektrisch leitende Bereich 9 erstreckt sich entlang der Längsachse der Zündkerze 1 bezogen auf die Längserstreckung eines Innenleiters der Zündkerze 1, unter dem vorliegend nur der innerhalb des Isolators 6 angeordnete Bereich der Zündkerze verstanden wird, über mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 70 %, womit eine von der Zündkerze 1 ausgehende elektromagnetische Störstrahlung im Vergleich zu herkömmlich ausgeführten Zündkerzen auf einfache und kostengünstige Art und Weise reduziert wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die Zündkerze 1 mit einem weit in Richtung der Spitze der Mittelelektrode 7 vorgezogenen Entstörwiderstand ausgebildet ist, der aus der vorgenannten elektrisch leitenden Keramik besteht, die im Vergleich zu bei herkömmlichen Zündkerzen verwendeten Glasschmelzen durch eine höhere Verschleißbeständigkeit gekennzeichnet ist.
Die mit dem elektrisch leitenden Bereich 9 elektrisch leitend und gasdicht verbundene Mittelelektrode 7 kann auf an sich bekannte Art und Weise ausgeführt sein oder in der nachfolgend näher beschriebenen Art und Weise zumindest bereichsweise einstückig mit dem elektrisch leitenden Bereich 9 ausgeführt und ebenfalls aus einem MoSi₂ aufweisenden Elektrodenbasismaterial hergestellt sein.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Zündkerze 1 weist das Elektrodenmaterial der Mittelelektrode 7 im funkenaktiven Bereich wenigstens 90 Gew.-% MoSi₂ und wenigstens ein eine Funkenerosionsbeständigkeit der Mittelelektrode 7 erhöhendes Edelmetall, wie beispielsweise Pt, Ir, Rh, Pd und/oder eine Legierung aus wenigstens zwei dieser Elemente auf, wobei der Anteil eines oder mehrerer Edelmetalle im Elektrodenmaterial bis zu 10 Gew.-% sein kann.
Alternativ hierzu kann die Mittelelektrode im funkenaktiven Bereich, d. h. im Bereich der Stirnfläche 7A aus einem Elektrodenmaterial hergestellt sein, das 60 Gew.-% bis 80 Gew.-% MoSi₂ und 20 Gew.-% bis 40 Gew.-% der vorgenannten Edelmetalle und/oder eine Legierung aus wenigstens zwei dieser Elemente aufweist.
Zusätzlich ist es bei einer weiteren Ausführungsform der in 1 dargestellten Zündkerze 1 vorgesehen, dass die Mittelelektrode 7 zumindest in einem der Funkenstrecke nahen Mittelelektrodenbereich aus einem Elektrodenmaterial hergestellt ist, das mindestens 60 Gew.-% MoSi₂ und mindestens ein Element aus der Gruppe Al₂O₃, AlN oder Si₃N₄ aufweist, wobei der Anteil des mindestens einen Elementes aus der vorgenannten Gruppe bis zu 40 Gew.-% betragen kann.
Zusätzlich weist das Elektrodenmaterial der Mittelelektrode 7 im Bereich zwischen der Glasschmelze 9 und dem funkenaktiven Bereich zur Erhöhung der Oxidationsbeständigkeit vorzugsweise Y₂O₃ und/oder SiC auf, wobei der Anteil am gesamten Elektrodenmaterial der Mittelelektrode 7 bis zu 20 Gew.-% betragen kann und mit zunehmendem Abstand vom funkenaktiven Bereich einem vordefinierten Konzentrationsprofil entsprechend ansteigend vorgesehen sein kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Zündkerze 1 gemäß 1 ist die Mittelelektrode 7 als Nickel-Basis-Elektrode ausgeführt, die im funkenaktiven Bereich mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet ist, welches mindestens 90 Gew.-% MoSi₂ aufweist, das wiederum wenigstens ein Element aus der Gruppe Pt, Ir, Rh, Pd und/oder einer Legierung aus wenigstens zwei dieser Elemente aufweist.
Dabei kann es weiter vorgesehen sein, dass der Anteil an MoSi₂ und auch der Edelmetall-Anteil im Beschichtungsmaterial ausgehend vom funkenaktiven Bereich der Mittelelektrode 7 in Richtung der Glasschmelze 9 abnimmt, da zur Einstellung des Widerstandes der Mittelelektrode wenigstens ein Element aus der Gruppe Al₂O₃, Aln oder Si₃N₄ vorgesehen ist, dessen Anteil vorzugsweise mit zunehmendem Abstand vom funkenaktiven Bereich der Mittelelektrode 7 zunimmt.
In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Zündkerze dargestellt, dessen Mittelelektrode in der Funkenstrecke nahen Elektrodenbereichen sowie in seinem funkenaktiven Bereich jeweils in einer den vorbeschriebenen Ausführungsformen entsprechenden Art und Weise ausgebildet sein kann. Zusätzlich ist der elektrisch leitende Bereich 9 der Zündkerze 1 gemäß 2 in derselben Art und Weise wie der Bereich 9 der Zündkerze 1 gemäß 1 ausgeführt.
D. h., dass der elektrisch leitende Bereich 9 der Zündkerze 1 gemäß 2 aus einem keramischen Verbund aus MoSi₂ und wenigstens einem Element aus der Gruppe Al₂O₃, AlN, SiC und/oder Si₃N₄ besteht. Dabei wird der Bereich zwischen dem Anschlussbolzen 5 und dem funkenaktiven Abschnitt der Mittelelektrode 7 wie bei der einteiligen Ausführung des Bereichs 9 und der Mittelelektrode 7 der Zündkerze 1 gemäß 1 wahlweise mit einem stufenförmigen Konzentrationsprofil oder einem kontinuierlichen Konzentrationsprofil ausgeführt, wobei der Anteil an MoSi₂ ausgehend vom funkenaktiven Bereich der Mittelelektrode 7 in Richtung des dem Anschlussbolzen 5 zugewandten Ende reduziert ist und gleichzeitig der Anteil an Al₂O₃, AlN, SiC und/oder Si₃N₄ ansteigt, um die Verbindung zwischen dem funkenaktiven Bereich der Mittelelektrode 7 und dem Anschlussbolzen 5 mit dem für die Funktionsweise der Zündkerze 1 erforderlichen elektrischen Widerstand auszuführen.
Die Mittelelektrode 7 bildet mit ihrem innerhalb des Isolators 6 angeordneten Bereich zusammen mit dem elektrisch leitenden Bereich 9 den vorgenannten und als Innenleiter der Zündkerze 1 bezeichneten Abschnitt der Zündkerze 1 aus, der in dem funkenaktiven Bereich der Mittelelektrode 7 zugewandten Bereichen mit höheren elektrischen Widerständen ausgebildet ist, als in dem Anschlussbolzen 5 zugewandten Bereichen. Der Gesamtwiderstand des elektrisch leitenden, keramischen Materials des Innenleiters der Zündkerze 1 wird in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles im Bereich von 500 Ohm bis 10 kOhm eingestellt, um die Funktionsweise der Zündkerze 1 in gewünschtem Umfang zu gewährleisten.
Die Ausgestaltung der Zündkerze 1 mit einer elektrisch leitfähigen Keramik zwischen dem funkenaktiven Bereich der Mittelelektrode 7 und dem Anschlussbolzen 5 bietet auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, eine Zündkerze mit optimalen Entstöreigenschaften auszuführen, da die MoSi₂ enthaltende Keramik des Innenleiters der Zündkerze 1 über die Höhe der Zündkerze 1 mit einem derartig definierten Konzentrationsprofil ausführbar ist, dass die Zündkerze 1 auch in Bereichen nahe der Funkenstrecke der Zündkerze 1 ein für gute Entstöreigenschaften erforderliches Widerstandspaket aufweist, welches gegenüber den im Betrieb der Zündkerze auftretenden Beanspruchungen entsprechend resistenter ausgeführt ist als eine aus dem Stand der Technik bekannte und in herkömmlichen Zündkerzen eingesetzte Glasschmelze.
Durch einen langen, weit zur Mittelelektrodenspitze vorgezogenen Entstörwiderstand wird die elektromagnetische Störstrahlung von Zündkerzen erheblich reduziert. Die Ausführung der Mittelelektrode 7 aus einem Elektrodenbasiswerkstoff, der eine MoSi₂ aufweisende, elektrisch leitfähige Keramik darstellt, bietet auf einfache Art und Weise durch Variation der Zusammensetzung der Keramik die Möglichkeit, das zur Reduzierung der elektromagnetischen Störstrahlung einer Zündkerze erforderliche Widerstandspaket in axialer Erstreckung der Zündkerze 1 im Vergleich zu herkömmlich ausgeführten Zündkerzen weiter in Richtung des funkenaktiven Bereichs der Mittelelektrode 7 zu erstrecken, womit die elektromagnetische Störstrahlung einer Zündkerze erheblich reduziert wird.
Die elektromagnetische Störstrahlung der Zündkerze 1 gemäß 2 ist gegenüber herkömmlichen Zündkerzen noch stärker reduziert, da auch der Anschlussbolzen 5 aus keramisch leitendem Material, welches MoSi₂ aufweist, hergestellt ist.
Dabei ist es vorgesehen, dass der im inneren Bereich des Isolators 6 angeordnete Innenleiter der Zündkerze 1, der zumindest aus dem vom Isolator 6 umgebenen Bereich der Mittelelektrode 7 sowie die Mittelelektrode 7 und den Anschlussbolzen 5 miteinander verbinden den elektrisch leitenden Bereich 9 besteht, und der Anschlussbolzen 5 selbst zunächst in Form einer das für eine gute Entstörung erforderliche vordefinierte Konzentrationsprofil aufweisenden Pulvermischung vorliegen, die anschließend während eines Sinterprozesses in die endgültige feste Form des Innenleiters der Mittelelektrode 7 und des Anschlussbolzens 5 überführt wird.
Vorzugsweise ist der funkenaktive Bereich der Mittelelektrode 7 mit einem verschleißbeständigen Platinstift, der in den Isolator 6 und die elektrisch leitfähige Keramik der Mittelelektrode 7 eingesintert wird, ausgebildet.
Alternativ hierzu ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Zündkerze 1 gemäß 2 auch vorgesehen, dass die Mittelelektrode 7 im funkenaktiven Bereich anstelle des Platinstiftes aus einem Elektrodenmaterial besteht, das 20 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 10 Gew.-%, wenigstens eines Elementes aus der Gruppe mit Pt, Ir, Rh und/oder Pd oder einer Legierung aus wenigstens zwei dieser Elemente und 60 bis 80 Gew.-% MoSi₂, vorzugsweise mindestens 90 Gew.-%, aufweist, wobei die Mittelelektrode 7 in vorbeschriebener Art und Weise durch sintern einstückig mit dem elektrisch leitenden Bereich 9 und dem Anschlussbolzen 5 der Zündkerze 1 ausgebildet sein kann.
Wesentlich für die Funktion der Zündkerze ist, dass eine gasdichte Verbindung zwischen dem Isolator 6 und der den inneren Bereich des Isolators 6 ausfüllenden elektrisch leitfähigen Keramik der Mittelelektrode 7 bzw. des Innenleiters der Zündkerze 1 vorliegt, wobei die gasdichte Verbindung durch Aufschrumpfen des Isolators während eines Sinterprozesses oder während eines gemeinsamen Sinterprozesses des Isolators 6 und der im Inneren des Isolators 6 angeordneten elektrisch leitfähigen Keramik herstellbar ist.
Der Anteil des MoSi₂-Gehaltes im Bereich der Mittelelektrode 7, im Bereich des Innenleiters und im Bereich des Anschlussbolzens 5 wird sowohl zur Einstellung der elektrischen Eigenschaften als auch zum Einstellen des thermischen Ausdehnungsverhaltens der elektrisch leitenden Keramik derart variiert, dass die thermische Ausdehnung der Keramik an die physikalischen Eigenschaften des Isolator 6 angepasst ist.
Selbstverständlich liegt es im Ermessen des Fachmannes, die Masseelektrode 8 der Zündkerze 1 gemäß 1 oder der Zündkerze 1 gemäß 2 ebenfalls im funkenaktiven Bereich aus einem 70 Gew.-% bis 80 Gew.-% MoSi₂, vorzugsweise mindestens 90 Gew.-% MoSi₂, aufweisenden Elektrodenmaterial herzustellen, wobei das Elektrodenmaterial im funkenaktiven Bereich der Masseelektrode zur Erhöhung einer Funkenerosionsbeständigkeit wenigstens eines der Elemente aus der Gruppe Pt, Ir, Rh, Pd und/oder einer Legierung aus wenigstens zwei dieser Elemente mit Anteilen zwischen 20 Gew.-% bis 30 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 10 Gew.-% aufweisen kann.
Zusätzlich kann die Masseelektrode 8 der Zündkerze 1 gemäß 1 oder gemäß 2 in der Funkenstrecke nahen Bereichen aus einem wenigstens 60 Gew.-% MoSi₂ aufweisenden Elektrodenmaterial hergestellt sein, das bis zu 40 Gew.-% mindestens eines Elementes aus der Gruppe Al₂O₃, AlN oder Si₃N₄ mit enthält, um die Masseelektrode mit einem für die Funktionsweise der Zündkerze erforderlichen elektrischen Widerstand darstellen zu können.
Alternativ hierzu oder zusätzlich kann die Masseelektrode in dem funkenaktiven Bereich auch mit einem mit dem Elektrodengrundkörper fest verbundenen und aus Edelmetall, vorzugsweise Platin, hergestellten Bereich ausgeführt sein, wobei der Elektrodengrundkörper der Masseelektrode aus einem Elektrodenmaterial mit einer der vorgenannten Zusammensetzungen hergestellt sein kann.
Zudem kann es bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Zündkerze gemäß 1 oder gemäß 2 auch vorgesehen sein, dass die Masseelektrode als Nickelbasiselektrode ausgeführt ist, die zumindest bereichsweise, vorzugsweise zumindest in einem der Funkenstrecke nahen Bereich, mit einem Elektrodenmaterial beschichtet ist, welches eine der vorbeschriebenen Zusammensetzungen aufweist.

Claims

Zündkerze (1) mit einem einen Isolator (6) umgebenden Gehäuse (2), mit einem Anschlussbolzen (5) und mit einer über einen elektrisch leitenden Bereich (9) damit verbundenen Mittelelektrode (7), die mit einer Masseelektrode (8) zum Generieren eines Zündfunkens zusammenwirkt, wobei der Anschlussbolzen (5), der elektrisch leitende Bereich (9) und die Mittelelektrode (7) wenigstens bereichsweise innerhalb des Isolators (6) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitende Bereich (9) aus einem keramischen und elektrisch leitenden Material hergestellt ist, das wenigstens 60 Gew.-% MoSi₂ aufweist.
Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelelektrode (7) einstückig mit dem elektrisch leitenden Bereich (9) ausgebildet ist.
Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussbolzen (5) einstückig mit dem elektrisch leitenden Bereich (9) ausgebildet ist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des leitenden Bereichs (9) wenigstens ein Element aus der Gruppe Al₂O₃, AlN oder Si₃N₄ mit Anteilen bis zu 40 Gew.-% aufweist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussbolzen (5) aus einem elektrisch leitenden, keramischen Material hergestellt ist, das wenigstens 60 Gew.-% MoSi₂ aufweist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenmaterial der Mittelelektrode (7) zumindest in einem der Funkenstrecke zugewandten Bereich zwischen 70 Gew.-% und 80 Gew.-%, vorzugsweise wenigstens 90 Gew.-%, MoSi₂ aufweist und in einem dem elektrisch leitenden Bereich (9) zugewandten Bereich einem dem Anteil an MoSi₂ des elektrischen Bereichs wenigstens annähernd entsprecheneden Anteil an MoSi₂ aufweist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenmaterial der Mittelelektrode (7) im Bereich der Funkenstrecke wenigstens ein Element aus der Gruppe Pt, Ir, Rh, Pd und/oder einer Legierung aus wenigstens zwei dieser Elemente aufweist.
Zündkerze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Elektrodenmaterials an Pt, Ir, Rh, Pd und/oder einer Legierung aus wenigstens zwei dieser Elemente 20 Gew.-% bis 30 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 10 Gew.-%, entspricht.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenmaterial in einem der Funkenstrecke nahen Elektrodenbereich Y₂O₃ und/oder SiC aufweist.
Zündkerze nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Elektrodenmaterials an Y₂O₃ und/oder SiC bis zu 40 Gew.-% entspricht.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelelektrode (7) im Bereich der Funkenstrecke mit einem aus reinem Platin hergestellten Abschnitt ausgeführt ist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenmaterial der Mittelelektrode (7) ausgehend von der Funkenstrecke in Richtung des Isolators (6) mit einem derartigen Konzentrationsprofil ausgebildet ist, dass ein Widerstand der Mittelelektrode (7) ausgehend vom funkenaktiven Bereich in Richtung des Isolators (6) ansteigt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Eletrodenmaterial der Mittelelektrode (7) ausgehend von der Funkenstrecke in Richtung des Isolators (6) mit einem derartigen Konzentrationsprofil ausgebildet ist, dass eine Funkenerosionsbeständigkeit mit zunehmendem Abstand von der Funkenstrecke abnimmt.