DE102006036440B4

DE102006036440B4 - Verfahren zum Aufbringen eines Stiftes auf einen Elektrodengrundkörper, Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze sowie eine Zündkerze

Info

Publication number: DE102006036440B4
Application number: DE102006036440.6A
Authority: DE
Inventors: Andreas Benz; Detlef Hartmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-08-04
Filing date: 2006-08-04
Publication date: 2015-08-27
Anticipated expiration: 2026-08-05
Also published as: DE102006036440A1; RU2009107492A; WO2008015179A1; EP2050172A1; CN101501948A; US20090309476A1; US8558440B2

Abstract

Verfahren zum Aufbringen eines Stiftes (17) aus einem funkenerosionsbeständigen Material auf einen Elektrodengrundkörper (16), bei dem der Stift (17) in einem ersten Schritt auf den Elektrodengrundkörper (16) aufgeschweißt und in einem zweiten Schritt durch Aufbringen einer zum Elektrodengrundkörper (16) gerichteten Verformungskraft plastisch verformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (17) mit einer seiner beiden Stirnflächen (171) auf den Elektrodengrundkörper (16) aufgesetzt und mit diesem verschweißt wird und dass die anschließende Verformungskraft auf die andere Stirnfläche (172) des Stiftes (17) so aufgebracht wird, dass durch axiales Stauchen des Stiftes (17) der Durchmesser des Stiftes (17) vergrößert wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Aufbringen eines Stiftes aus einem funkenerosionsbeständigen Material auf einen Elektrodengrundkörper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze gemäß Anspruch 12 sowie eine Zündkerze gemäß Anspruch 13.
Bei einem bekannten Verfahren dieser Art ( US 6 132 277 A ) wird ein Stift aus Edelmetall, z. B. aus Platin, Gold Iridium, Palladium, Rhodium Ruthenium oder aus einer Legierung von einem oder mehreren dieser Metalle, von einem Edelmetalldraht abgeschnitten, mit der Abschnittlänge auf die ebene Stirnfläche des Elektrodengrundkörpers gelegt und mittels Widerstandsschweißens auf den Elektrodengrundkörper aufgeschweißt. Anschließend wird auf den aufgeschweißten Stift eine über dessen Axiallänge angreifende, zum Elektrodengrundkörper gerichtete Druckkraft aufgebracht und der Stift zu einer münzenartigen Flachscheibe plastisch verformt. Die plastisch verformte Flachscheibe wird erneut im Widerstandsschweißverfahren verschweißt um jedweden Abschnitt der münzartigen Flachscheibe an dem Elektrodengrundkörper festzulegen.
Aus der EP 0 435 202 A2 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze bekannt, bei dem der Außendurchmesser des Edelmetallstifts durch Aufweiten eines axialen Spalts im Edelmetallstift vergrößert wird.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren zum Aufbringen eines Stiftes aus einem funkenerosionsbeständigen Material auf einen Elektrodengrundkörper und ein Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze sowie eine Zündkerze selbst bereitzustellen, bei dem/der einerseits der Verlust von dem teuren, funkenerosionsbeständigen Material aufgrund der Schweißverbindung minimiert wird und gleichzeitig eine für eine ausreichend lange Lebensdauer der Elektrode notwendige große Oberfläche des Stiftes aus dem funkenerosionsbeständigen Material bereitgestellt wird.
Diese Aufgabe wird durch die Verfahren gemäß Anspruch 1 und 12 sowie der Zündkerze gemäß Anspruch 13 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass einerseits infolge des kleinen Stiftdurchmessers beim Aufschweißen des Stiftes auf den Elektrodengrundkörper nur eine geringe Menge des teuren, funkenerosionsbeständigen Materials zur Fixierung des Stiftes auf dem Elektrodengrundkörper aufgeschmolzen wird und andererseits durch das nachfolgende Stauchen des aufgeschweißten Stiftes eine Vergrößerung des Durchmessers des Stiftes erzielt wird, mit der eine entsprechend große Stirnfläche des Stiftes, die der Funkenerosion ausgesetzt ist, einhergeht. Eine große Stirnfläche des Stiftes erhöht wiederum die Standzeit des Stiftes. Gegenüber dem Aufschweißen eines Stiftes, der bereits den gewünschten großen Durchmesser besitzt, wird eine deutlich geringere Menge an funkenerosionsbeständigem Material benötigt. Die mit dem Stauchen einhergehende Verkürzung des Stiftes wird durch entsprechendes Vorhalten der Stiftausgangslänge kompensiert.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens möglich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Das erfindungsgemäße Verfahren ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen einer Zündkerze in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht einer Zündkerze für einen Verbrennungsmotor mit einer Elektrode und einer Masseelektrode,
2 eine vergrößerte Darstellung eines Endabschnitts der Elektrode mit Elektrodengrundkörper und gestauchtem Edelmetallstift,
3 eine gleiche Darstellung wie in 2 vor Stauchen des Edelmetallstiftes mittels eines Stauchwerkzeugs,
4 bis 6 jeweils eine gleiche Darstellung wie in 2 mit einer modifizierten Gestaltung des gestauchten Edelmetallstiftes.
Die in 1 dargestellte Zündkerze weist in bekannter Weise ein metallisches Gehäuse 11 mit einem Einschraubgewinde 12 und einem Montagesechskant 13 sowie einen Isolator 14 aus z. B. einer Al₂O₃-Keramik auf. Die Elektrode 15 weist einen Elektrodengrundkörper 16 und einen vom Elektrodengrundkörper 16 abstehenden Stift 17 aus elektrisch leitendem Material auf. Wie in der in 2 gezeigten, vergrößerten Darstellung der Elektrode 15 zu erkennen ist, ist bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der Endabschnitt 161 des zylinderförmigen Elektrodengrundkörpers 16 als Konus oder Kegelstumpf ausgeführt, auf dessen durchmesserkleineren Deckfläche der Stift 17 aufgeschweißt ist. Stift 17 und Endabschnitt 161 des Elektrodengrundkörpers 16 ragen an der Unterseite des Gehäuses 11 aus dem Isolator 14 heraus. Eine mit dem Gehäuse 11 verbundene Masseelektrode 18 liegt der freien Stirnfläche 172 des Stiftes 17 unter Belassung eines Spaltes 19 zur Ausbildung einer Funkenstrecke gegenüber. Die Elektrode 15 ist mit einem an dem vom Stift 17 abgekehrten Ende des Isolators 14 aus diesem vorstehenden Anschlussbolzen 20 elektrisch leitend verbunden.
Um die Standzeit der Zündkerze zu erhöhen, wird der Stift 17 aus funkenerosionsbeständigem Material hergestellt und auf den Endabschnitt 161 des Elektrodengrundkörpers 16 aufgeschweißt. Dieses Material kann ein Edelmetall, also ein Metall oder mehrere Metalle aus der Gruppe Platin, Iridium, Palladium, Rhodium Ruthenium oder Legierungen damit, sein. Primär beeinflusst die zum Verschleiß durch Funkenerosion zur Verfügung stehende Stirnfläche des Stiftes 17 die Standzeit der Zündkerze. Man ist daher bemüht, den Stift mit einem möglichst großen Durchmesser auszuführen. Beim Schweißen wird jedoch ein Teil der Stiftlänge aufgeschmolzen und dient zur Fixierung mit dem Elektrodengrundkörper 16. Je dicker der Stift ist, desto größer ist die Menge an funkenerosionsbeständigem Material, die beim Aufschweißen des Stiftes 17 zur Fixierung aufgeschmolzen wird. Da dieses Material relativ teuer ist, sind der Durchmessergröße des Stiftes 17 aus Kostengründen Grenzen gesetzt.
Um die Standzeit der Zündkerze ohne Steigerung des Kostenaufwands für das funkenerosionsbeständige Material zu verlängern, wird der Stift 17 nach folgendem Verfahren auf den Elektrodengrundkörper 16 aufgebracht:
Der Stift 17 wird mit einer Ausgangsklänge l_A (3) mit seiner einen Stirnfläche 171 auf die ebene Stirnfläche des Endabschnitts 161 des Elektrodengrundkörpers 16 aufgesetzt und mit diesem verschweißt. Als Schweißverfahren wird das an sich bekannte Laserschweißverfahren oder das Elektronenschweißverfahren eingesetzt. Anschließend wird auf die freie, andere Stirnfläche 172 des auf den Elektrodengrundkörper 16 aufgeschweißten Stiftes 17 ein Stauchwerkzeug 21 (3) aufgesetzt und durch Aufbringen einer zum Elektrodengrundkörper 16 hin gerichteten Presskraft der Stift 17 so getaucht, dass sich sein Ausgangsdurchmesser d_A (3) auf den gewünschten Enddurchmesser d_E (2) vergrößert. Dabei wird eine Stiftdurchmesservergrößerung von 5% bis 80%, vorzugsweise zwischen 20% und 50% angestrebt. Die Ausgangslänge l_A des Stiftes 17 (3) wird so bemessen, dass mit Erreichen des gewünschten Enddurchmessers d_E des Stiftes 17 sich auch die gewünschte Endlänge l_E des Stiftes 17 einstellt. Als Ausgangsabmessungen für den aufzuschweißenden Stift 17 wird ein Durchmesser d_A zwischen 0,3 bis 2,5 mm und eine Länge l_A zwischen 0,5 bis 2,5 mm gewählt. Durch das Stauchen des Stiftes 17 mit der angestrebten Durchmesservergrößerung wird ein Stiftenddurchmesser d_E zwischen 0,4 bis 3 mm und eine Stiftendlänge l_E zwischen 0,1 bis 2 mm erreicht.
Der Stift 17 mit seinen Ausgangsabmesssungen hat im dargestellten Ausführungsbeispiel Zylinderform. Beim Stauchen kann durch entsprechende Ausbildung des Stauchwerkzeugs 21 die Gestalt des Stiftes 17 beeinflusst oder geändert werden, so dass der endgefertigte Stift 17 z. B. die Form eines Prismas mit ovaler oder mehrkantiger Grundfläche erhält.
Durch entsprechende Ausbildung des Stauchwerkzeugs 21 kann beim Stauchen zusätzlich die freie, ebene Stirnfläche 172 des Stiftes 17 konturiert werden. Beispiele für eine Verformung der ebenen Ausgangstirnfläche 172 des Stiftes 17 (3) sind in 4 bis 6 dargestellt. Durch Umformung beim Stauchen des Stiftes 17 kann die Stirnfläche 172 eine konvexe (4), einen konkave (5) oder eine gekerbte (6) Kontur erhalten.

Claims

Verfahren zum Aufbringen eines Stiftes (17) aus einem funkenerosionsbeständigen Material auf einen Elektrodengrundkörper (16), bei dem der Stift (17) in einem ersten Schritt auf den Elektrodengrundkörper (16) aufgeschweißt und in einem zweiten Schritt durch Aufbringen einer zum Elektrodengrundkörper (16) gerichteten Verformungskraft plastisch verformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (17) mit einer seiner beiden Stirnflächen (171) auf den Elektrodengrundkörper (16) aufgesetzt und mit diesem verschweißt wird und dass die anschließende Verformungskraft auf die andere Stirnfläche (172) des Stiftes (17) so aufgebracht wird, dass durch axiales Stauchen des Stiftes (17) der Durchmesser des Stiftes (17) vergrößert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschweißen des Stiftes (17) auf den Elektrodengrundkörper (16) mittels eines Laser- oder eines Elektronenschweißverfahrens durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Stauchung des Stiftes (17) so durchgeführt wird, dass sich der Stiftdurchmesser um 5% bis 80% vergrößert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangslänge l_A des auf den Elektrodengrundkörper (16) aufzuschweißenden Stiftes (17) so bemessen wird, dass bei Erreichen des gewünschten Enddurchmesser d_E des axial gestauchten Stiftes (17) der axial gestauchte Stift (17) eine gewünschte Stiftendlänge l_E aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsabmessungen für den aufzuschweißenden Stift (17) ein Durchmesser d_A zwischen 0,3 bis 2,5 mm und eine Länge l_A zwischen 0,5 bis 2,5 mm gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch axiale Stauchen des Stiftes (17) ein Stiftenddurchmesser d_E zwischen 0,4 bis 3 mm und eine Stiftendlänge l_E zwischen 0,1 bis 2 mm erreicht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem axialen Stauchen des Stiftes (17) dessen freie Stirnfläche (172) konturiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem axialen Stauchen des Stiftes (17) die Stiftform verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsstiftform zylinderförmig gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der den Stift (17) aufnehmende Endabschnitt (161) des Elektrodengrundkörpers (16) kegelstumpfförmig geformt und die durchmesserkleinere Deckfläche des Kegelstumpfs an die Stirnfläche (172) des Stiftes (17) angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als funkenerosionsbeständiges Material ein Metall oder mehrere Metalle aus der Gruppe Platin, Iridium, Rhodium Ruthenium Palladium oder Legierungen davon verwendet werden.
Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dabei eingesetzt wird.
Zündkerze mit einer Elektrode, die einen Elektrodengrundkörper (16) und einen auf den Elektrodengrundkörper (16) aufgeschweißten Stift (17) aus einem funkenerosionsbeständigen Material aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (17) mit einer Stirnfläche (171) auf den Elektrodengrundkörper (16) verschweißt ist und dass der Stiftdurchmesser nach dem Schweißvorgang durch axiales Stauchen des Stiftes (17) plastisch vergrößert worden ist.