DE69400173T2

DE69400173T2 - Zündkerze für Verbrennungsmotor und ihr Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69400173T2
Application number: DE69400173T
Authority: DE
Inventors: Junichi Kagawa
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1993-07-06
Filing date: 1994-07-05
Publication date: 1996-09-19
Anticipated expiration: 2014-07-06
Also published as: US5574329A; EP0633638A1; EP0633638B1; DE69400173D1; US5556315A

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze und ein Verfahren zur Herstellung der Zündkerze, wobei ein Zündabstand zwischen einer Elevationsseite einer achsial in einem rohrförmigen Isolierkörper angebrachten Mittelelektrode und einem Ende einer an einer Außenelektrode befestigten ersten zündabbrandfesten Edelmetallspitze vorgesehen wird.
Bei einer Zündkerze für einen Verbrennungsmotor wurden die folgenden Verfahren zur Befestigung einer zündabbrandfeste Edelmetall- bzw. Edelmetallegierungspitze an einer Außenelektrode verwendet.
(i) Als Edelmetallspitze 121 wird eine dünne Schicht einer Pt-Ir- oder Pt-Ni- Legierung an ein Ende einer Außenelektrode 120 so angeschweißt, daß diese wie in Fig. 16 dargestellt einer Elevationsseite einer Mittelelektrode 110 einer Zündkerze 100 gegenüberliegt.
(ii) Eine Edelmetallverlängerung 122 wird an einem Ende der Außenelektrode 120 mittels Argonschweißen so angebracht, daß diese wie in Fig. 17 und in EP-A-0 171 994 gezeigt einer Elevationsseite der Mittelelektrode 110 der Zündkerze 100 gegenüberliegt.
(iii) Eine Edelmetallspitze 123 wird an emer Oberseite 120a der Außenelektrode 120 so angeschweißt, daß diese wie in Fig. 18 dargestellt einem vorderen Ende 110a der Mittelelektrode 110 gegenüberliegt.
(iv) Ein niedriger Sockel 220 wird auf einem vorderen Ende 210a eines Metallgehäuses 210 in einer Richtung entsprechend einer Verlängerung des Metallgehäuses 210 gesetzt. Dann wird eine zündabbrandfeste Edelmetallspitze 230 aus einer Pt-Ir- oder Pt-Ni-Legierung hergestellt und an einem Ende einer Außenelektrode 240 befestigt. Anschließend wird die Außenelektrode 240 an dem niedrigen Sockel 220 mittels elektrischen Widerstandsschweißens befestigt. Während des Schweißvorgangs wird wie in Fig. 19 dargestellt ein Abstandhalter 260 zur Erzeugung eines Zündabstands zwischen der Spitze 230 und einer Mittelelektrode 250 verwendet.
Bei dem Verfahren (i) kann eine Abweichung in einem Seitenarm 120b der Außenelektrode 120 verursacht werden, was beim Biegen der Außenelektrode 120 in die L-förmige Anordnung nach Schweißen der Edelmetalldünnschichtspitze 121 an ein Ende der Außenelektrode 120 zur Verschlechterung ihrer Maßgenauigkeit führt. Wenn die Spitze 121 an die Außenelektrode 120 angeschweißt wird, nachdem die Außenelektrode in die L-förmige Anordnung gebogen wurde, ist das Anschweißen der Spitze 121 mühsam, wodurch die Massenfertigung nur beeinträchtigt wird, da ein Ende der Außenelektrode 120 der Elevationsseite der Mittelelektrode 110 gegenüberliegt Die dünne Schicht der Spitze 121 verkürzt den Abstand zwischen einem Ende der Außenelektrode und der Elevationsseite der Mittelelektrode 110, wodurch die Zündfähigkeit aufgrund einer größeren Flammlöschwirkung verschlechtert wird.
Bei dem Verfahren (ii) kann eine Abweichung in dem Seitenarm 120b der Außenelektrode 120 verursacht werden, was beim Biegen der Außenelektrode 120 in die L-förmige Anordnung nach dem Argonschweißen der Edelmetallverlängerung 122 an ein Ende der Außenelektrode 120 zur Verschlechterung ihrer Maßgenauigkeit führt. Wenn die Edelmetallverlängerung 122 an die Außenelektrode 120 nach Biegen in die L-förmige Anordnung angeschweißt wird, ist das thermische Anschweißen der Spitze 121 mühsam, wodurch die Massenfertigung verschlechtert wird, da ein Ende der Außenelektrode 120 der Elevationsseite der Mittelelektrode 110 gegenüberliegt
Bei dem Verfahren (iii) erhöht der Seitenarm 120b der Außenelektrode 120 wahrscheinlich deren Gewicht einseitig, da die Gesamtlänge (L1 + L2) der Außenelektrode 120 verglichen mit einem Zündkerzentyp mit seitlichem Funkenüberschlag im allgemeinen länger ausfällt, zusätzlich zu der Tatsache, daß die Edelmetallspitze 123 an die Oberseite der Außenelektrode 120 geschweißt wird. Dadurch wird ein Brechen der Außenelektrode 120 möglich, wenn diese ständiger Vibration ausgesetzt ist. Das Verfahren (iii) hat ferner den Nachteil, im allgemeinen eine hohe Entladespannung zu erfordern, wenn die Pluspolspannung an der Mittelelektrode angelegt wird.
Bei dem Herstellverfahren (iv) kann auf den Sockel 220 übermäßiger Druck ausgeübt werden, wodurch der Sockel 220 aufgrund des elektrischen Widerstandsschweißens bei der Befestigung der Außenelektrode 240 an dem Sockel 220 nachteilig verformt wird. Der verformte Sockel verursacht eine Höhenänderung der Außenelektrode 240, wodurch die Leistung der Zündkerze beeinträchtigt wird, auch wenn der erforderliche Zündabstand eingehalten wird.
Daher ist eine Aufgabe der Erfindung die Herstellung einer Zündkerze, die ein Brechen der Außenelektrode verhindern kann, wenn diese ständiger Vibration ausgesetzt ist, sowie das einfache Anschweißen der zündabbrandfesten Edelmetallspitze bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer guten Zündfähigkeit bei geringerer Flammlöschwirkung.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Verwirklichung eines Verfahrens zur Herstellung einer hochwertigen Zündkerze, bei der es nicht mehr erforderlich ist, den Zündabstand nach Befestigung der zündabbrandfesten Edelmetallspitze an der Außenelektrode in einer Zündkerze, bei der der Zündabstand zwischen einer Elevationsseite einer achsial entlang eines rohrörmigen Isolierkörpers liegenden Mittelelektrode und einem Ende einer an einer Außenelektrode befestigten ersten zündabbrandfesten Edelmetallspitze erzeugt wird, einzustellen.
Erfindungsgemäß weist die Zündkerze folgendes auf:
- ein zylindrisches Metallgehäuse
- einen rohrförmigen Isolierkörper, der in dem Metallgehäuse gelagert ist
- eine Mittelelektrode, die zur achsialen Ausrichtung innerhalb des Isolierkörpers gedacht ist und
- eine Außenelektrode, die an dem vorderen Ende des Metallgehäuses so befestigt ist, daß sie in Richtung einer Elevationsseite der Mittelelektrode weist,
- eine an der Außenelektrode befestigte erste zündabbrandfeste Edelmetallspitze,
dadurch gekennzeichnet, daß
die erste zündabbrandfeste Edelmetallspitze so an der seitlichen Außenfläche der Außenelektrode befestigt ist, daß sie über das vordere offene Ende des Metallgehäuses ragt und so einen Zündabstand zwischen dem hinausragenden Ende der Spitze und der Elevationsseite der Mittelelektrode bildet.
Erfindungsgemäß können eine Anzahl von Außenelektroden oder eine einzige Außenelektrode an dem vorderen Ende des Metallgehäuses vorgesehen sein.
Ferner kann erfindungsgemäß eine zweite zündabbrandfeste Edelmetallspitze so an einer vorderen Endfläche der Mittelelektrode angeschweißt werden, daß der Zündabstand mit dem hinausragenden Ende der ersten zündabbrandfesten Edelmetallspitze gebildet wird.
Erfindungsgemäß wird optional eine zweite zündabbrandfeste Edelmetallschicht so an einer Umfangsseite des vorderen Endes der Mittelelektrode vorgesehen, daß der Zündabstand mit dem hinausragenden Ende der ersten zündabbrandfesten Edelmetallspitze gebildet wird, wobei die zweite zündabbrandfeste Edelmetallschicht mittels Kaltbearbeitungsverfahren oder mittels eines Schweißverfahrens einschließlich Laserschweißen gebildet wird.
Die Erfindung beschreibt auch ein Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze, in der ein Zündabstand zwischen einer Elevationsseite einer achsial in einem rohrförmigen Isolierkörper gelagerten Mittelelektrode und einem Ende einer an einer Außenelektrode befestigten ersten zündabbrandfesten Edelmetallspitze gebildet wird, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:
(a) Anbringung einer Außenelektrode an einem vorderen Ende eines Metallgehäuses, wobei ein Ende der Außenelektrode zumindest in das Innere des Metallgehäuses hineinzeigt,
(b) Anbringung eines Isolierkörpers in dem Metallgehäuse zur Befestigung einer Mittelelektrode darin und
(c) Anbringung einer ersten zündabbrandfesten Edelmetallspitze an der seitlichen Außenfläche der Außenelektrode, so daß diese über ein vorderes offenes Ende des Metallgehäuses ragt, bei gleichzeitiger Beibehaltung eines vorbestimmten Abstands zwischen der Elevationsseite einer Mittelelektrode und einem Ende der ersten zündabbrandfesten Edelmetallspitze, wobei die Spitze an der Außenelektrode durch thermisches Anschweißen einer Grenzschicht zwischen der Spitze und der Außenelektrode befestigt wird.
Vorzugsweise wird ferner erfindungsgemäß ein gewisser Abstand zwischen einer Elevationsseit einer Mittelektrode und einem Ende der ersten zündabbrandfesten Edelmetallspitze so vorbestimmt, daß er kleiner als der Zündabstand der fertigen Zündkerze ist.
Ferner kann erfindungsgemäß der Schritt der Anbringung der Außenelektrode ein erstes Verfahren zum Anschweißen der stabförmigen Außenelektrode an dem Metallgehäuse beinhalten sowie ein zweites Verfahren zum Biegen der Außenelektrode in eine im wesentlichen L-förmige Anordnung, so daß das Biegeende der Außenelektrode in das Innere des Metallgehäuses hineinweist.
Ferner kann weiterhin erfindungsgemäß ein inneres Ende der Außenelektrode zur Einstellung der inneren Lage der Außenelektrode nach dem Biegen der Außenelektrode in eine im wesentlichen L-förmige Anordnung in dem zweiten Verfahren körperlich abgeschnitten werden.
Weiterhin kann erfindungsgemäß eine Anzahl von Außenelektroden angebracht werden und alle Außenelektroden werden gleichzeitig in eine L-förmige Anordnung gebogen.
Bei der ersten zündabbrandfesten Edelmetallspitze, die an der Außenfläche der über das vordere offene Ende des Metallgehäuses ragende Außenelektrode befestigt ist, ist es möglich, die Spitze einfach an der Außenelektrode zu befestigen. Bei Hinausragen eines Endes der stabförmigen Spitze in Richtung der Mittelelektrode ist es möglich, einen verhältnismäßig langen Abstand zwischen dem hinausragenden Ende der Außenelektrode und der Mittelelektrode zu verwirklichen, wodurch eine signifikante Verbesserung der Zündfähigkeit dank der durch das Vorhandensein des hinausragenden Endes der Außenelektrode verursachten Abschwächung der flammlöschenden Wirkung ermöglicht wird. Bei Gegenüberliegen eines Endes der Außenelektrode und der Elevationsseite der Mittelelektrode ist es möglich, ein ganzes Stück der Außenelektrode zu kürzen. Dies ermöglicht bei ständiger Vibration den Schutz der Außenelektrode vor Bruch.
Bei mehreren Außenelektroden oder einer einzigen an dem vorderen Ende des Metallgehäuses angebrachten Außenelektrode ist es möglich, die flammlöschende Wirkung so zu steuern, daß im Fall einer Zündkerze des Multielektrodentyps, die mehr als zwei Außenelektroden besitzt, eine Verschlechterung der Zündfähigkeit wirksam verhindert wird.
Bei der an einer vorderen Endfläche der Mittelelektrode so angeschweißten zweiten zündabbrandfesten Edelmetallspitze, daß der Zündabstand mit dem herausragenden Ende der ersten zündabbrandfesten Edelmetallspitze gebildet wird, ist es möglich, den Zündabbrand so zu verringern, daß die Prüfung und Wartung der Zündkerze im wesentlichen überflüssig wird.
Bei der an einer Umfangsseite des vorderen Endes der Mittelelektrode so angebrachten zweiten zündabbrandfesten Edelmetallschicht, daß der Zündabstand mit dem herausragenden Ende der ersten zündabbrandfesten Edelmetallspitze gebildet wird, ist es möglich, den Zündabbrand so zu verringern, daß die Prüfung und Wartung der Zündkerze im wesentlichen überflüssig wird.
Bei Befestigung der ersten zündabbrandfesten Edelmetallspitze an der Außenfläche der Außenelektrode, die über das vordere offene Ende des Metallgehäuses ragt, ist es möglich, die Spitze auf einfache Weise an der Außenelektrode anzuschweißen, wahrend der Isolierkörper und die Mittelelektrode in dem Metallgehäuse angebracht sind. Während des Schweißvorgangs ist es möglich, die Notwendigkeit einer Einstellung der Zündkerze nach Beendigung des Schweißvorgangs zu umgehen, da der Schweißvorgang unter Beibehaltung eines gewissen Abstands zwischen einer Elevationsseite einer Mittelelektrode und einem Ende der ersten zündabbrandfesten Edelmetallspitze durchgeführt wird. Weiterhin ist die Ausübung von Druck zur festen Anbringung der Spitze an der Außenelektrode nicht erforderlich, da die Spitze an der Außenelektrode durch thermisches Schweißen einer Grenzschicht zwischen der Spitze und der Außenelektrode befestigt wird. Die nicht erforderliche Druckausübung erlaubt die Verhinderung einer nachteiligen Verformung der Außenelektrode, wodurch die Herstellung einer hochwertigen Zündkerze ermöglicht wird.
Wenn während des Anschweißens der Spitze an die Außenelektrode ein gewisser Abstand beibehalten wird, der kleiner als der Zündabstand zwischen einer Elevationsseite einer Mittelelektrode und einem Ende der ersten zündabbrandfesten Edelmetallspitze ist, dann kann nach Beendigung des Schweißvorgangs der gewisse Abstand zum Zündabstand werden, da die Spitze nach Abkühlung durch Abgabe von in der Spitze gespeicherten Wärme einer thermischen Schrumpfung in Längsrichtung unterliegt.
Bei Biegen der Außenelektrode im wesentlichen in die L-förmige Anordnung, so daß das Biegeende der Außenelektrode in das Innere des vorderen offenen Endes des Metallgehäuses hineinweist, ist es möglich, die Spitze an einer Vielzahl von Zündkerzenarten anzubringen.
Bei körperlichem Abschnitt des inneren Endes der Außenelektrode zur Regulierung der inneren Lage der Außenelektrode nach Biegen der Außenelektrode im wesentlichen in eine L-förmige Anordnung in dem zweiten Verfahren ist es durch Verwendung einer längeren Außenelektrode möglich, die Außenelektrode auf einfache Weise zu biegen.
Bei gleichzeitigem Biegen einer Anzahl von Außenelektroden in die L-förmige Anordnung ist es im Gegensatz zum ernzelnen Biegen der Außenelektroden in die L- förmige Anordnung möglich, die Anzahl der Verfahren zu verringern.
Diese und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden bei Verweisung auf die folgende Beschreibung, die beiliegenden Ansprüche und Zeichnungen offenbar.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein vergrößertes Schaubild eines Hauptteils einer Zündkerze gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2 ist eine seitliche Elevationsansicht eines Hauptteils einer Zündkerze.
Fig. 3 ist ein vergrößertes Schaubild eines Hauptteils einer Zündkerze gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 4 ist eine Kurve, die ein Verhältnis zwischen einem Luft/Kraftstoffgemisch (A/F) und einem Auftreten von Fehlzündungen aufzeigt.
Fig. 5 ist eine Draufsicht auf eine Zündkerze gemäß eines Verfahrens zur Herstellung der Zündkerze, jedoch zum Zweck größerer Klarheit teilweise schraffiert.
Fig. 6 ist ein vergrößertes Schaubild eines Hauptteils der Zündkerze.
Fig. 7 ist eine Längsquerschnittansicht, in der die Befestigung einer Außenelektrode an einem vorderen Ende eines Metallgehäuses dargestellt wird.
Fig. 8 ist eine Längsquerschnittansicht, in der das Biegen der Außenelektrode in eine L-förmige Anordnung dargestellt wird.
Fig. 9 ist eine Längsquerschnittansicht, in der das körperliche Abschneiden eines nicht erforderlichen Endes der Außenelektrode dargestellt wird.
Fig. 10 ist eine Draufsicht auf die Zündkerze, wobei ein Verfahren gemäß einer Methode zur Herstellung der Zündkerze dargestellt ist, das jedoch um der größeren Klarheit willen teilweise schraffiert ist.
Fig. 11 ist ein vergrößertes Schaubild eines Hauptteils der Zündkerze, wobei ein Verfahren gemaß einer Methode zur Herstellung der Zündkerze dargestellt wird.
Fig. 12 ist eine Längsquerschnittansicht, in der das Biegen der Außenelektrode in eine L-förmige Anordnung gemaß einer anderen Ausführungsform der Erfindung dargestellt wird.
Fig. 13 ist eine Draufsicht auf einen Hauptteil der Zündkerze, in der das Schweißen einer zündabbrandfesten Edelmetallspitze an die Außenelektrode dargestellt wird.
Fig. 14 ist eine vergrößerte Draufsicht auf ein Vorderteil der Zündkerze, die das Laserschweißen der Spitze an die Außenelektrode zeigt.
Fig. 15 bis 18 sind Gegenstückverfahren, die das Anschweißen einer Edelmetallspitze an eine Zündkerzenelektrode beinhalten.
Unter Verweis erst auf Fig. 1 und 2, die eine Zündkerze 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigen, weist die Zündkerze 1 ein zylindrisches Metallgehäuse 2 auf, durch das die Zündkerze 1 auf einem (nicht dargestellten) Verbrennungsmotor befestigt ist. In dem Metallgehäuse 2 ist ein rohrförmiger Isolierkörper gelagert, in dem eine Mittelelektrode 4 achsial ausgerichtet ist. An einem vorderen Ende 2a des Metallgehäuses 2 ist eine L-förmige Außenelektrode 5 mittels ihres vertikalen Arms 5a befestigt, während ein Seitenarm 5b der Außenelektrode 5 über ein vorderes offenes Ende (Op) des Metallgehäuses 2 ragt. Auf der dem vorderen offenen Ende (Op) des Metallgehäuses 2 gegenüberliegenden Außenseite des Seitenarms 5b ist eine erste zündabbrandfeste Edelmetallspitze 6 angebracht.
Das Metallgehäuse 2 besteht aus einem elektrisch leitfähigen Metall, wie z.B. einem Metall auf Eisenbasis, kohlenstoffarmen Stahl oder ähnlichem, und weist ein Bolzengewindeteil 7 auf, durch das das Metallgehäuse 2 mittels einer flachen (nicht abgebildeten) Sechskantmutter an einem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors befestigt ist.
Der Isolierkörper 3 besteht aus einem temperaturbeständigem Werkstoff, z.B. aus einer aus Tonerde oder ähnlichem gesinterten keramischen Masse. Der Isolierkörper 3 wird in eine rohrförmige Anordnung geformt, in der die Mittelelektrode 4 in elektrisch isolierendem Verhältnis befestigt wird.
Die Mittelelektrode 4 besteht aus einem elektrisch leitfähigen Stab, an dem Hochspannung durch eine (nicht abgebildete) Zündeinrichtung angelegt wird. Die Mittelelektrode 4 weist ferner eine Verbundstruktur auf, die eine Metallauflage auf Nickelbasis 8 umfaßt, in der ein Kern auf Kupferbasis eingebettet ist. An einer vorderen Endfläche 8a der Metallauflage 8, die leicht über den Isolierkörper 3 hinausragt, ist eine zweite zündabbrandfeste Edelmetallspitze 9 mit Schweißtechnik befestigt. Zur Erläuterung sei gesagt, daß die Edelmetallspitze 9 aus einer säulenförmigen Pt-Ir-Legierung hergestellt ist, die eine überlegene Zündabbrandfestigkeit aufweist.
Die Außenelektrode 5 ist so angeordnet, daß sie mit dem Verbrennungsmotor mittels des Metallgehäuses 2 zum Zweck der Erdung verbunden ist. Die Außenelektrode 5 stellt eine Verbundelektrode dar, die einen korrosionsbeständigen Werkstoff, wie z.B. eine Legierung auf Nickelbasis, Inconel (Ni-Cr-Fe-Legierung), oder eine warmeleitfähiger Kern (z.B. Kupfer, Legierung auf Kupferbasis) aufweist, der mit einem wärme- und korrosionsbeständigen Metall wie z B. einer Legierung auf Nickelbasis, Inconel oder ähnlichen ummantelt ist. Die Außenelektrode 5 ist an dem vorderen Ende 2a des Metallgehäuses 2 mittels Schweißverfahren, wie z. B. Widerstandsschweißen oder ähnliches, befestigt. Der vertikale Arm 5a der Außenelektrode 5 ragt von dem vorderen Ende 2a des Metallgehäuses 2 nach oben und über das vordere offene Ende (Op) des Metallgehäuses 2, um so die L-förmige Anordnung als Ganzes zu bilden. Ein vorderes Ende 5c der Außenelektrode 5 liegt sodann einer Elevationsseite 9a der zweiten zündabbrandfesten Edelmetallspitze 9 gegenüber. Ein Abstand zwischen dem vorderen Ende 5c der Außenelektrode 5 und der Elevationsseite 9a der Spitze 9 ist so vorbestimmt, daß er etwas länger als ein im nachfolgenden genau beschriebener Zündabstand G ist. Die erste zündabbrandfeste Edelmetallspitze 6 ist aus einer säulenförmigen Legierung auf Platinbasis (Pt-Ir-, Pt- Ni-Legierung) hergestellt, die z. B. im Querschnitt rechteckig ist, wobei ihre Querschnittfläche weniger als 1 mm² beträgt. Die Spitze 6 wird an der Außenseite des Seitenarms 5b der Außenelektrode 5 durch Schweißverfahren, wie z.B. Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen oder ähnliches, befestigt. Dadurch wird Strahlungswärme auf eine Grenzschicht zwischen der Spitze 6 und einer Außenfläche der Außenelektrode 5 gelenkt. Dann ragt ein Ende 6a der Spitze 6 über das vordere Ende 5c der Außenelektrode 5 hinaus in Richtung auf die Elevationsseite 9a der Spitze 9, wodurch der Zündabstand G dazwischen gebildet wird. In diesem Fall ist die erste zündabbrandfeste Edelmetallspitze 6 in einer auf der Außenseite der Außenelektrode 5 angebrachten Aussparung 5d befestigt. Nach Anlegen von Hochspannung an der Mittelelektrode 4 von der Zündeinrichtung, kommt es aufgrund einer hohen Potentialdifferenz zwischen der Mittelelektrode 4 und der Außenelektrode 5 zu einem Funkenüberschlag über den Zündabstand G zwischen dem einen Ende 6a der Spitze 6 und der Elevationsseite 9a der Spitze 9.
Erfindungsgemäß wird die erste zündabbrandfeste Edelmetallspitze 6 an der Außenseite des Seitenarms 5b gegenüber dem vorderen offenen Ende (Op) des Metallgehäuses 2 befestigt. Dies ermöglicht die einfache Anbringung der Spitze 6 an der Außenelektrode 5, was die Massenproduktion erleichtert.
Wenn die erste zündabbrandfeste Edelmetallspitze 6 über die Außenelektrode hinaus in Richtung der Elevationsseite 9a der zweiten zündabbrandfesten Edelmetallspitze 9 ragt, ist es möglich, einen größeren Abstand zwischen dem vorderen Ende 5c der Außenelektrode 5 und der Mittelelektrode 4 zu erhalten. Dies ermöglicht eine Schwächung der durch das vordere Endes 5c der Außenelektrode 5 verursachten flammlöschenden Wirkung.
Bei Befestigung der ersten zündabbrandfesten Edelmetallspitze 6 an der Außenseite der Außenelektrode 5, wie in Fig. 2 dargestellt, ist es möglich, die Länge (L1) des vertikalen Arms 5a verglichen mit dem Gegenstückarm aus Fig. 18 zu verkürzen. Die Befestigung der Spitze 6 ermöglicht ferner die Verkürzung der Länge (L2) des Seitenarms 5b verglichen mit dem Gegenstückarm aus Fig. 18, wodurch die Gesamtlänge (L1 + L2) der Außenelektrode 5 verringert wird, um im wesentlichen die Außenelektrode 5 bei ständiger Vibration vor Bruch zu schützen.
Die Verwendung der ersten und zweiten zündbbrandfesten Edelmetallspitzen 6 und 9 ermöglicht die signifikante Verringerung des Zündabbrands, wenn wiederholte Male Funkenüberschläge über den Zündabstand G gestattet werden, wodurch die Lebensdauer der Zündkerze 1 verlängert wird, so daß Prüfung und Wartung mit dem Ziel einer längeren Lebensdauer unnötig wird.
Fig. 3, 4 zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfindung, in der sich diametral gegenüberliegende Außenelektroden 5, 5 für die Zündkerze 1 verwendet werden. An der Außenseite der Außenelektroden 5,5 wird die erste zündabbrandfeste Edelmetallspitze 6 mittels eines entsprechenden Schweißverfahrens befestigt. Ein Ende 6a der Spitze 6 ragt über die Außenelektrode 5 hinaus in Richtung einer zündabbrandfesten Edelmetallschicht 10 der Mittelelektrode 4, so daß der Zündabstand G dazwischen gebildet wird. An einer Umfangswand des vorderen Endes der Metallauflage 8 wird die zündabbrandfeste Edelmetallschicht 10 mittels eines Schweißverfahrens, wie z. B. Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen oder ähnliches, sowie mittels Kaltbearbeitungsverfahren an der Elektrode 4 angebracht. Die Edelmetallschicht 10 ist beispielsweise aus Platin hergestellt. Selbstverständlich können mehr als drei Außenelektroden anstatt einer Mono- bzw. Dual-Außenelektrode verwendet.
Ein Prüfversuch wird zum Vergleich der Zündfähigkeit der Zündkerze 1 mit der der Gegenstückzündkerze 100 (abgebildet in Fig. 16) frühzeitig wänrend des Motorstaats durchgeführt.
Das Prüfversuchsergebnis wird in Fig. 4 durch eine für das Zündgrenz- Luft/Kraftstoffgemisch typische Kurve dargestellt Die Kurve stellt ein Verhältnis zwischen einer Fehlzündungshäufigkeit und einem Luft/Kraftstoffgemisch (A/F) dar. Wie den gestrichelten Linien B in Fig. 4 zu entnehmen ist, verkürzt die dünne Schicht der Edelmetallspitze den Abstand zwischen der Mittelelektrode 110 und einem vorderen Ende 120c der Außenelektrode 120 in der Gegenstückzündkerze 100. Dadurch wird das vordere Ende 120c der Außenelektrode 120 zu einem vorherrschenden Merkmal, wodurch die Zündfähigkeit unter dem Einfluß der flammlöschenden Wirkung verschlechtert wird.
Da im Gegensatz dazu die erste zündabbrandfeste Edelmetallspitze 6 aus einer stabförmigen Anordnung hergestellt wird, ist es möglich, wie durch die durchgehende Linie A in Fig. 4 dargestellt, den Abstand zwischen der Mittelelektrode 4 und dem vorderen Ende 5c der Außenelektrode 5 in der Zündkerze 1 zu verlängern. Dadurch wird das vordere Ende 120c der Außenelektrode 120 zu einem weniger vorherrschenden Merkmal, wodurch die Zündfahigkeit bei geringerem Einfluß der flammlöschenden Wirkung verbessert wird.
Es wird darauf hingewiesen, daß der Querschnitt der Spitze 6 insofern dreieckig, fünfeckig oder vieleckig sein känn, da die Spitze 6 an der Außenseite der Masseelektrode 5 mit dem Ende der Spitze 6 in Richtung der Mittelelektrode 4 ragend befestigt ist.
Ferner wird darauf hingewiesen, daß die Spitzen 6, 9 und die Schicht 10 aus Iridium, Palladium, Rhodium, Gold oder einer Legierung dieser Metalle anstelle von Platin allein hergestellt werden können.
Es versteht sich von selbst, daß die Außenelektrode linear auf die Mittelelektrode von einer inneren Wand des Metallgehäuses gerichtet sein kann anstatt auf die L-förmige Außenelektrode, andernfalls kann die Außenelektrode eine Einheit mit dem vorderen Ende des Metallgehäuses bilden, wie im Fall einer Luftentladungszündkerze oder einer Zündkerze des Halbgleitentladungstyps, und eine einzige Spitze oder eine Anzahl von Spitzen kann auf einem Ringende der Außenelektrode angebracht werden.
Es wird darauf hingewiesen, daß die vordere Endfläche (Zündteil) der Mittelelektrode die Spitze 9 und die Schicht 10 nicht aufweisen müssen.
Ferner unter Bezug auf die Fig. 5 bis 11 ist das Verfahren zur Herstellung der Zündkerze wie folgt:

SCHRITT 1

Vor dem Zusammenbau zu der in Fig. 5 und 6 gezeigten Anordnung wird die Außenelektrode 5 zu einer stabförmigen Anordnung mit ihrem Querschnitt als Rechteck geformt und an dem ringförmigen vorderen Ende 2a des Metallgehäuses 2 mittels Schweißverfahren, wie z.B. Widerstandsschweißen oder dergleichen, wie in Fig. 7 dargestellt befestigt. In diesem Fall wird in Anbetracht dessen, daß die Außenelektrode 5 in einem nächsten Schritt einfach und positiv in die L-förmige Anordnung gebogen wird, das Längenmaß der Außenelektrode 5 etwas länger festgelegt.

SCHRITT 2

Die stabähnliche Außenelektrode 5 wird wie in Fig. 8 dargestellt im wesentlichen in die L-förmige Anordnung in Richtung des vorderen offenen Endes (Op) des Metallgehäuses 2 gebogen. In diesem Fall ragt der Seitenarm 5b der Außenelektrode 5 über das vordere offene Ende (Op) des Metallgehäuses 2 senkrecht zur Achsenrichtung des Metallgehäuses 2. Der Schritt wird unter Verwendung einer Biegemaschine mit einem Innengesenk 22 und einem Stanzeisen 23 durchgeflihrt. Das Innengesenk 22 weist eine formende Fläche 21 in Übereinstimmung mit einem Biegewinkel der Außenelektrode 5 auf, während das Stanzeisen 23 sich nach unten entlang der Achsenrichtung des Metallgehäuses 2 bewegt, um die Außenelektrode 5 gegen die formende fläche 21 zur plastischen Formung der Außenelektrode 5 in die L-förmige Anordnung zu drücken. Es wird darauf hingewiesen, daß die Außenelektrode 5 einfach und positiv in die L-förmige Anordnung ohne Verursachung einer örtlich begrenzten Spannung gebogen wird, da das Längenmaß der Außenelektrode 5 beim vorangehenden Schritt etwas länger festgelegt wird.

SCHRITT 3

Ein nicht benötigtes Ende der Außenelektrode 5 wird unter Verwendung einer Abschneidemaschine zur Regulierung des Längenmaßes des Seitenarms 5b körperlich abgeschnitten. Die Abschneidemaschine umfaßt ein Sockelwerkzeug 24 und einen Schneidstempel 25. Das Sockelwerkzeug 24 wird in eine Axialbohrung 10a zur Unterstützung des Seitenarms 5b der Außenelektrode 5 gesetzt, während sich der Schneidstempel 25 nach unten bewegt, um wie in Fig. 9 dargestellt das nicht benötigte Ende des Seitenarms 5b der Außenelektrode 5 abzutrennen. Während des Schneidens der Außenelektrode 5 ist gleichzeitig die Aussparung 5d auf der Außenseite des Seitenarms 5b der Außenelektrode 5 zur Einsetzung der Spitze 6 darin anzubringen. Das nicht benötigte Ende der Außenelektrode 5 kann durch Aufwärtsbewegung des Schneidstempels an Stelle einer Abwärtsbewegung des Schneidstempels abgetrennt werden.

SCHRITT 4

Nach Plattierung einer Außenfläche des Metallgehäuses 2 wird der Isolierkörper 3, in dem die Mittelelektrode 4 in die Axialbohrung 10a des Metallgehäuses gesetzt wird, angebracht und der Isolierkörper 3 wird wie bei einem Pfeil Ck in Fig. 10 dargestellt fest innerhalb des Metallgehäuses 2 durch Verstemmen emes hinteren Endes 12a des Metallgehäuses angebracht. Vorzugsweise wird die Plattierung naturlich niit Ausnahme des Teils der Außenelektrode 5 durchgeführt, in dem die erste zündabbrandfeste Edelmetallspitze 6 anzubringen ist.

SCHRITT 5

Wie in Fig. 11 dargestellt wird ein Abstandsring um das vordere Ende der Mittelelektrode 4 gesetzt. Das Dickenmaß (t) des Abstandsrings 26 ist entlang seines Umfangs durchgehend einheitlich. Die Dicke (t) des Abstandsrings 26 ist so bemessen, daß der Abstand zwischen dem vorderen Ende 6a der Spitze 6 und der Elevationswand der Mittelelektrode 4 dem Zündabstand G gleichkommt, wenn die Spitze 6 einer thermischen Schrumpfüng aufgrund der Freisetzung von Wärme nach Beendigung des Schweißverfahrens unterliegt.
Wenn beispielsweise der Zündabstand G (G1 ± 0,1) mm beträgt, kommt die Dicke (t) auf ((G1-0,1) ± 0,05) mm, was um ca. 0,1 mm weniger als der Zündabstand G ist. Folglich kommt die Dicke (t) auf ((0,8-0,1) ± 0,05) mm, wenn der Zündabstand G (0,8 ± 0,1) mm beträgt.

SCHRITT 6

Dann wird wie in Fig. 11 dargestellt die erste zündabbrandfeste Edelmetallspitze 6 auf der Außenseite des gegenüber dem vorderen offenen Ende (Op) des Metallgehäuses 2 befindlichen Seitenarms 5b angebracht. In diesem Fall wird das vordere Ende 6a der Spitze 6 an eine Außenfläche 26a des Abstandsring 26 angelegt. Um die Spitze 6 während des Anschweißens der Spitze an die Außenseite der Außenelektrode 5 in der gleichen Lage zu halten, ist es möglich, die Spitze am ungewollten Abrutschen von der der Außenelektrode 5 ohne Ausübung übermäßiger Druckkraft zu hindern. Bei Einsatz von Druckkraft wird festgestellt, daß die Außenelektrode 5 praktisch verformungsfrei gegenüber der Druckkraft ist.

SCHRITT 7

Laserstrahlen (LB) werden örtlich an der Grenzschicht zwischen der Spitze 6 und der Außenelektrode 5 in der in Fig. 11 gezeigten Pfeilrichtung eingesetzt. Dies ermöglicht das Schmelzen des überlappenden Teils der Spitze 6 und der Außenelektrode 5 zum positiven Anschweißen der Spitze 6 an die Außenelektrode 5. In dieser Lage wird festgestellt, daß die Schritte 5, 6 bzw. 6, 7 gleichzeitig bei der Herstellung der Zündkerze durchgeführt werden können.
Erfindungsgemäß wird die erste zündabbrandfeste Edelmetallspitze 6 einfach an der Außenelektrode 5 befestigt, während sich der Isolierkörper 3 und die Mittelelektrode 4 in dem Metallgehäuse 2 befinden, da die Spitze 6 auf der Außenseite des sich gegenüber dem vorderen offenen Ende (Op) des Metallgehäuses 2 befindlichen Seitenarms 5b angebracht wird. Unter Verwendung des Abstandsrings 26 ist es möglich, den Abstand zwischen dem vorderen Ende 6a der Spitze 6 und der Elevationswand der Mittelelektrode 4 so zu bemessen, daß der gewisse Abstand nach Beendigung des Schweißverfahrens zum Zündabstand G wird. Dadurch wird die Notwendigkeit einer Einstellung des Zündabstands G nach Anschweißen der Spitze 6 an die Außenelektrode 5 überflüssig.
Nach Befestigung der Spitze 6 an der Außenelektrode 5 mittels Schweißverfahren macht der Einsatz von Laserstrahlen (LB) die Notwendigkeit das festen Andrückens der Spitze 6 gegen die Außenelektrode 5 überflüssig, wodurch die Außenelektrode 5 vor nachteiliger Verformung geschützt wird, was die Herstellung einer hochwertigen Zündkerze ermöglicht.
Fig. 12 bis 14 zeigen eine andere Ausführungsform der Erfindung, in der die sich diametral gegenüberliegenden Elektroden 5, 5 in der Zündkerze 1 vorgesehen sind.
Das Herstellungsverfahren fur die Zündkerze 1 ist wie folgt:

SCHRITT 1

Auf dem vorderen Ende 2a des Metallgehäuses 2 werden die sich diametral gegenüberliegenden Außenelektroden 5, 5 mittels Schweißverfahren auf die gleiche Weise wie in Fig. 7 beschrieben fest angebracht. In diesem Fall wird in Anbetracht dessen, daß die Außenelektroden 5, 5 in einem nächsten Schritt einfach und positiv in die L-förmige Anordnung gebogen werden, das Längenmaß der Außenelektroden 5, 5 etwas länger festgelegt.

SCHRITT 2

Jede der Außenelektroden 5, 5 wird wie in Fig. 12 dargestellt im wesentlichen in die L-förmige Anordnung in Richtung des vorderen offenen Endes (Op) des Metallgehäuses 2 gebogen. In diesem Fall ragen die Seitenarme 5b, 5b der Außenelektroden 5, 5 über das vordere offene Ende (Op) des Metallgehäuses 2 senkrecht zur Achsenrichtung des Metallgehäuses 2. Der Schritt wird unter Verwendung einer Biegemaschine mit einem Innengesenk 31 und einem Stanzeisen 32 durchgeführt. Das Stanzeisen 32 weist eine formende Fläche 33 in Übereinstimmung mit einem Biegewinkel der Außenelektroden 5, 5 auf und das Stanzeisen 32 bewegt sich nach unten entlang der Achsenrichtung des Metallgehäuses 2, um jede Außenelektrode 5, 5 gegen die formende Fläche 33 zur plastischen Formung der Außenelektroden 5, 5 in die L-förmige Anordnung zu drücken. Es wird bemerkt, daß die Außenelektroden 5, 5 leicht und positiv in die L-förmige Anordnung ohne Verursachung einer örtlich begrenzten Spannung gebogen werden, da das Längenmaß der Außenelektroden 5, 5 beim vorangehenden Schritt etwas länger festgelegt wird.

SCHRITT 3

Das überflüssige Ende der Außenelektroden 5, 5 wird jeweils gleichzeitig zur Lageregulierung ihrer vorderen Enden 5c, 5c abgetrennt.

SCHRITT 4

Nach Plattierung einer Außenfläche des Metallgehäuses 2 wird der Isolierkörper 3, in dem die Mittelelektrode 4 in der Axialbohrung 10a des Metallgehäuses gesetzt wird, angebracht und der Isolierkörper 3 wird wie in Fig. 13 dargestellt fest innerhalb des Metallgehäuses 2 durch Verstemmen eines hinteren Endes 12a des Metallgehäuses angebracht.

SCHRITT 5

Wie in Fig. 14 dargestellt wird ein Abstandsring 26 um das vordere Ende der Mittelelektrode 4 gesetzt. Dann wird die erste zündabbrandfeste Edelmetallspitze 6 auf die Außenseite der Außenelektroden 5, 5 gesetzt, wobei deren vordere Enden 5c, 5c an der Außenfläche des Abstandsrings 26 anliegen. Während die Spitze 6 in gleicher Lage gehalten wird, werden Laserstrahlen (LB) auf die Grenzschicht zwischen der Spitze 6 und den Außenelektroden 5, 5 in der in Fig. 14 gezeigten Pfeilrichtung gerichtet. Dies ermöglicht das Schmelzen des überlappenden Teils der Spitze 6 und der Außenelektrode 5 zum positiven Anschweißen der Spitze 6 an die Außenelektroden 5, 5.
Es wird festgestellt, daß anstatt der Verwendung einer längeren Außenelektrode vor dem Biegen der Außenelektrode 5 in die L-förmige Anordnung die Außenelektrode 5 maßgenau hergestellt werden kann, so daß sie nicht das unnötige Ende aufweist.
Ferner wird festgestellt, daß die geometrische Form des Abstandswerkzeugs von dem Abstandsring 26, der zur Erzielung des gewissen Abstands zwischen der Spitze 6 und der Mittelelektrode 4 beim Anschweißen der Spitze 6 an die Außenelektrode 5 verwendet wird, abweichen kann.
Es versteht sich von selbst, daß Edelgasschweißen (z.B. mit Argon), Elektronenstrahlschweißen oder ähnliches insofern anstelle von Laserschweißen verwendet werden kann, als es keine übermäßige Druckkraft auf die Außenelektrode 5 ausübt.
Ferner versteht sich von selbst, daß klarheitshalber das Metallgehäuse 2 auf den Zeichnungen mit der Außenelektrode nach oben ausgerichtet ist, das Metallgehäuse kann jedoch auf den Zeichnungen auf den Kopf gestellt, horizontal oder quer ausgerichtet sein.
Wahrend die Erfindung mit Bezug auf die spezifischen Ausführungsformen beschrieben wird, versteht sich, daß diese Beschreibung nicht insofern in einem beschränkenden Sinn auszulegen ist, als durch Durchschnittsfachleute verschiedene Abänderungen und Hinzufügungen zu den spezifischen Ausführungsformen ohne Abweichen von dem Schutzbereich der Erfindung gemacht werden können.

Claims

1. Eine Zündkerze, die folgendes umfaßt: ein zylindrisches Metallgehäuse (2), einen rohrförmigen, in dem Metallgehäuse gelagerten Isolierkörper (3), eine in den Isolierkörper achsial hineinragende Mittelelektrode (4) und eine an einem vorderen Ende des Metallgehäuses so befestigte Außenelektrode (5), daß diese in Richtung einer Elevationsseite (9a) der Mittelelektrode weist und eine erste zündabbrandfeste, an der Außenelektrode (5) befestigte Edelmetallspitze (6),

dadurch gekennzeichnet, daß

die erste zündabbrandfeste Edelmetallspitze (6) so an der seitlichen Außenfläche der Außenelektrode befestigt ist, daß sie über das vordere offene Ende des Metallgehäuses ragt, wodurch sich ein Zündabstand zwischen dem verlängertem Ende der Spitze und der Elevationsseite der Mittelelektrode bildet.

2. Zündkerze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Außenelektroden (5) an dem vorderen Ende des Metallgehäuses angebracht sind.

3. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite zündabbrandfeste Edelmetallspitze (9) an eine vordere Endfläche der Mittelelektrode (4) zur Bildung eines Zündabstands mit dem verlängerten Ende der ersten zündabbrandfesten Edelmetallspitze (6) geschweißt ist.

4. Zündkerze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite zündabbrandfeste Edelmetallschicht (10) auf einer Umfangsseite des vorderen Endes der Mittelelektrode zur Bildung des Zündabstands mit dem verlängertem Ende der ersten zündabbrandfesten Edelmetallspitze (6) angebracht ist, wobei die zweite zündabbrandfeste Edelmetallschicht mittels Kaltverarbeitungstechnik bzw. Schweißverfahren einschließlich Laserschweißen gebildet wird.

5. Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zündabstand zwischen einer Elevationsseite einer achsial in einen rohrförmigen Isolierkörper hineinragenden Mittelelektrode und einem Ende einer ersten zündabbrandfesten, an einer Außenelektrode befestigten Edelmetallspitze bewirkt wird, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

(a) Anbringung einer Außenelektrode (5) an einem vorderen Ende eines Metallgehäuses (2), wobei ein Ende der Außenelektrode zumindest in das Metallgehäuses hineinragt,

(b) Anbringung eines Isolierkörpers (3) in dem Metallgehäuse zur Befestigung einer Mittelelektrode (4) darin und

(c) Anbringung einer ersten zündabbrandfesten Edelmetallspitze (6) an der seitlichen Außenfläche der Außenelektrode (5), die über ein vorderes offenes Ende des Metallgehäuses ragt, während gleichzeitig ein vorbestimmter Abstand zwischen der Elevationsseite (9a) einer Mittelelektrode (4) und einem Ende (6a) der ersten zündabbrandfesten Edelmetallspitze (6) beibehalten wird und die Spitze an der Außenelektrode durch thermisches Schweißen einer Zwischenschicht zwischen der Spitze und der Außenelektrode befestigt wird.

6. Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Abstand zwischen der Elevationsseite (9a) einer Mittelelektrode (4) und einem Ende (6a) der ersten zündabbrandfesten Edelmetallspitze (6) ein vorbestimmter Betrag ist, der kleiner als der Zündabstand der fertigen Zündkerze ist.

7. Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (a) desweiteren umfaßt: ein erstes Verfahren zum Schweißen der stabförmigen Außenelektrode (5) an das Metallgehäuse (2) und ein zweites Verfahren zum Biegen der Außenelektrode (5) in eine im wesentlichen L-förmige Anordnung, so daß das Biegeende der Außenelektrode in das Innere des Metallgehäuses hineinweist.

8. Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein inneres Ende der Außenelektrode (5) körperlich abgeschnitten wird, um die innere Lage der Außenelektrode nach Biegen der Außenelektrode in dem zweiten Verfahren in eine im wesentlichen L-förmige Anordnung auszurichten.

9. Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze nach einem der Ansprüche 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Außenelektroden (5) angebracht werden und alle Außenelektroden gleichzeitig in eine L-förmige Anordnung gebogen werden.