WO2007051677A1 - Spark plug electrode and method for producing a spark plug electrode - Google Patents
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- WO2007051677A1 WO2007051677A1 PCT/EP2006/066886 EP2006066886W WO2007051677A1 WO 2007051677 A1 WO2007051677 A1 WO 2007051677A1 EP 2006066886 W EP2006066886 W EP 2006066886W WO 2007051677 A1 WO2007051677 A1 WO 2007051677A1
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- H01T21/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs of sparking plugs
Definitions
- the invention relates to a spark plug electrode and a method for producing a spark plug electrode according to the closer defined in the preamble of patent claim 1 and of claim 12.
- WO 2004/084367 A1 discloses a spark plug and a method for producing the spark plug for an internal combustion engine, which has at least two spark plug electrodes.
- the spark plug electrodes comprise a first region consisting of a substrate material and a surface region or a second region which is more resistant than the substrate material.
- the second region of the spark plug electrodes is connected to the first region via an intermediate region, wherein the intermediate region and the surface region are joined together by explosion welding.
- explosion welding the intermediate region is bonded to the surface region without creating a fusion zone in the joint region. In this way, a mixing of the surface area with the substrate, which is accompanied by a depletion of the noble metal content of the surface layer in the bond area with the substrate material, is avoided in a simple manner.
- spark plug electrodes with surface layers with layer thicknesses of 0.05 mm to 2 mm can be produced.
- the surface area of the spark plug electrodes is first firmly bonded by placing a thin film on a refractory steel or a superalloy such as a Ni-base superalloy, followed by explosion welding to the intermediate portion without the melt zone. Subsequently, the intermediate region is welded to the first region by a conventional welding process.
- spark plug electrodes of internal combustion engines used in automobiles are highly stressed due to high temperature fluctuations between standstill and the operation of the internal combustion engine.
- These temperature stresses which are characterized especially by the startup of an internal combustion engine by steep temperature gradients, are also in connection with corrosive attacks such adverse operating conditions that connections between layers of a Spark plug electrode, which consist of Ni-base alloys and, for example, made of platinum and are joined together by explosion welding, break easily.
- a Spark plug electrode which consist of Ni-base alloys and, for example, made of platinum and are joined together by explosion welding, break easily.
- the present invention is therefore based on the object to provide a spark plug electrode with a long service life, which can be produced in a simple and cost-effective manner.
- this object is achieved with a spark plug electrode according to the features of claim 1 and a method for producing a spark plug electrode with the features of claim 12.
- the spark plug electrode according to the invention consists of a first region and a second region fixedly connected thereto, wherein the connection between the first region and the second region by applying a plastic deformation m the compressive force emanating facing contact surfaces of the first region and the second region is made.
- the first region is made of a Ni-base alloy and the second region is made of pure Pt, Rh, Ir, Au or an alloy comprising at least one of these elements.
- the first region and the second region are connected to one another by cold welding, so that the first region and the second region have a firmly interconnected one another - A -
- a spark plug according to the invention has at least the service life of conventionally designed spark plugs, which are produced with a significantly higher noble metal rate, at considerably lower production costs.
- the compressive force is applied such that the first region and the second region have such surface enlargements in the contact region that they are joined by cold welding.
- the second region is placed on a newly executed first region and applied the required for the connection of the two areas pressing force by mate ⁇ alschonendes and process technology easy to handle rolling or roll cladding.
- the spark plug electrodes are made by singulation, such as stamping or the like, from the material bond formed by cold welding.
- the first region or the second region is substantially cylindrical and is introduced into the at least approximately hollow-cylindrical second region or first region.
- the preferably coaxially arranged regions are pulled in the joined state by a pull-tab or a die.
- the pressure force m required for connecting the regions is introduced into the two regions, wherein the individual spark plug electrodes are produced after being drawn by cutting to length from the plastically deformed and formed by cold welding Drahtf ⁇ rmigen Mate ⁇ alverbund.
- Both the roll-plating process and the drawing process represent process-technically easy-to-handle production processes for spark-plug electrodes, by means of which noble-metal layers, which are generally characterized by high material costs, are cost-effective. can be applied to cheaper Ni-base alloys produced electrode Grundk ⁇ r- pern with low-cost layer thicknesses without reducing the life of a spark plug compared to conventionally designed spark plugs.
- the pressure force to be applied during the joining process of the first region and of the second region of a spark plug electrode during roll-plating or drawing can be conducted into the two regions to be joined together, preferably with layer thicknesses of between 0.1 mm to 0.5 mm
- the precious metal layer to be produced is not damaged or destroyed during the joining process and is present after the bonding process with a material structure required for a long service life of a spark plug.
- FIG. 1 is a schematic representation of a spark plug m a
- FIG. 2 shows a substrate and a noble metal layer to be joined thereto prior to roll-plating
- FIG. 3 shows the substrate and the noble metal layer after roll-plating
- FIG. 4 shows a representation of the substrate and the noble metal layer corresponding to FIG. 3 after a punching process
- FIG. 5 shows a semifinished product produced by roll-plating, from which ground electrodes designed as roof electrodes can be produced according to the invention
- FIG. 6 shows a semifinished product produced by roll-plating, from which laterally set ground electrodes according to the invention can be produced
- FIG. 7 shows a cylindrical middle electrode designed according to the invention, which is formed from a core made of a Ni-base alloy and a hollow metal-noble noble metal shell;
- FIG. 8 shows a representation corresponding to FIG. 7 of a center electrode designed according to the invention, which is produced from a cylindrical noble metal core and a jacket surrounding the noble metal core and produced from a Ni-base alloy.
- FIG. 1 is a partial sectional view of an arranged in a cylinder head of an internal combustion engine spark plug 1 is shown, which can be screwed with a formed on a housing 2 outer walls 3 m an internal thread of the cylinder head.
- the spark plug 1 formed in a manner known per se consists in the present case of metal, ceramic and glass. These materials have different properties that are used by material-appropriate design of the spark plug 1.
- the most important constituents of the spark plug 1 are a connecting bolt 5, an insulator 6, the housing 2, a center electrode 7 and a mass Electrode 8, wherein an arranged in the insulator 6 and electrically conductive glass melt 9, the center electrode 7 connects to the terminal bolt 5.
- the center electrode 7 and the ground electrode 8 are during the
- the requirements may require different electrode shapes and electrode materials depending on the operating conditions and application.
- pure metals conduct heat better than metal alloys.
- pure metals such as nickel react more sensitively to chemical attacks of combustion gases and solid combustion residues than alloys.
- platinum or platinum-based alloys are also used for the production of electrodes, since these have a very good corrosion resistance. have resistance to oxidation and oxidation as well as a high erosion resistance.
- FIG. 2 to FIG. 4 schematically illustrate a manufacturing process for spark plug electrodes designed as center electrodes by means of roll plating.
- FIG. 2 shows a first region 10, which in the present case is made of a Ni-base alloy and represents a planar or plate-like body.
- a further planar, plate-like second region 11 is shown, which is placed on the first region 10 with a predefined layer thickness.
- the second region 11 is in the present case made of pure Pt and, in further advantageous embodiments, besides pure Pt, it can also be produced from pure Rh, Ir, Au or from an alloy comprising at least one of these elements.
- the two areas 10, 11 supplied to a device not shown in detail and applied by means of roll plating with a plastic deformation in the facing contact surfaces of the first region 10 and the second region 11 causing compressive force, so that the first region 10 and the second Area 11 after the roll cladding are connected by cold welding.
- the second region 11 in the present case has, after the roll cladding, a dependence of the layer thickness of the second region 11 before the roll cladding and the compressive force applied during the roll cladding and also the dependence of the second region
- dll 0.1 mm to 0.5 mm, preferably of 0.2 mm, wherein the layer thickness of the regions 10 and 11 before the roll cladding and also the rolling process para- - IO ⁇
- meter are to be set depending on the respective application.
- the first region 10 consists of a Ni-Cr-Fe alloy with 15% by weight Cr, 6% by weight Fe and the remainder Ni and also impurities present in the alloy.
- the first region 10 may also be made of a Ni-Cr-Fe alloy containing 25% by weight of Cr, 18% by weight of Fe and balance Ni, and impurities.
- a plurality of spark plug central electrodes 7 are produced by punching out of the material formed by cold welding in the manner shown in more detail in FIG. 4.
- the stamped out spark plug center electrodes are then welded by means of laser or resistance welding on a further carrier 13, which consists for example of a conventional central electrode area with copper core or NiAllSilY or is made of another alloy with good thermal conductivity.
- spark plug electrodes in the radio range can also be produced with very thin noble metal layers in the thickness range of less than 200 .mu.m, in comparison with welding methods or explosion welding are each secured with higher adhesive forces on the electrode body or on a Sumate ⁇ al.
- spark plugs are inexpensive and can be produced with a long service life.
- the roll cladding makes it possible to provide two different carrier materials for the second region 11.
- the second region 11 of a spark plug center electrode can be rolled on an alloy which is very resistant to high-temperature corrosion. This in turn can be welded on with an alloy with good thermal conductivity. This means that in the case of a spark plug electrode produced at least in some areas by means of roll plating, it is possible to realize combinations of material properties which can not be achieved through the use of alloying techniques established for the production of spark plug electrodes.
- spark plug ground electrodes 8 it is of course also possible to produce spark plug ground electrodes 8 according to the invention by roll cladding and cold welding occurring between the first region 10 'and the second region 11'.
- FIG. 5 shows a semifinished product 12 from which spark plug grounding electrodes for so-called roof electrode spark plugs can be produced.
- FIG. 6 shows a semifinished product 12, from which spark plug ground electrodes can be produced, which are welded to the housing 2 and are employed laterally.
- cuboidal regions 12 having a length 1 of 15 mm, a height h of 1.5 mm and a width b of 2.5 mm are separated from the semi-finished product 12 shown in FIG. 5 by a suitable separation method, each having an end region with the rolled-up and by means of cold welding to the first region 10 'connected second region 11' are designed with a layer thickness dll of 0.2 mm.
- the second region 11 ' is applied to an end surface of the first region 10' by roller cladding and joined thereto by cold welding, the spark plug ground electrodes being separated by a suitable separation method with predefined dimensions.
- FIG. 7 and FIG. 8 two further exemplary embodiments of spark plug center electrodes 7 designed according to the invention and designed in a cylindrical shape are shown.
- the embodiment according to FIG. 7 shows a cylindrically shaped first region 10 and a hollow-cylindrical second region 11 surrounding the first region 10, the first region 10 being made of a Ni-base alloy and the second region 11 being made of one of the abovementioned noble metals or a previously described noble metal alloy can be produced.
- the spark plug center electrode 7 according to FIG. 8 is predominantly made up of a cylindrical second region 11 and a first region 10 which is formed as a wood cylinder and surrounds the second region 11, the second region 11 being made of pure platinum and the first region 10 being made of a Ni-base alloy.
- both the first and also the second region in this embodiment of a spark plug center electrode 7 according to the invention can each be made of a different material listed above.
- a cylindrical wire and a hollow-cylindrical or tubular element are used as precursors.
- the cylindrical wire which represents either the later first region 10 or the later second region 11 of a spark plug center electrode 7, has a function of the particular application before plastic deformation Diameter from 1 mm to 4.5 mm.
- the wire is inserted into a hollow-cylindrical jacket, which after the joining process represents the second region 11 or the first region 10 of a spark plug center electrode 7, wherein the hollow-cylindrical jacket has an outer diameter of 4.5 mm to 6 mm before cold welding to the wire and an inner diameter of 2 mm to 5 mm.
- the coaxially preferably arranged to the jacket wire and the jacket are pulled in a telescoped state by a pull tab, not shown, and plastically deformed, while the required to connect the areas 10 and 11 compressive force is applied.
- the spark plug center electrodes 7 produced in FIG. 7 and FIG. 8 are produced by cutting to length from the formed composite material.
- the hollow region 11 of the hollow-cylindrical section 11 according to FIG. 7 has a layer thickness d 1 of 0.1 mm to 0.16 mm, preferably of 0.15 mm.
- the outer diameter d_a of the spark plug center electrode 7 according to FIG. 8 is 0.78 mm to 0.84 mm, preferably 0.81 mm, while the inner diameter d_i of the second region 11 is 0.5 mm to 0.56 mm, preferably 0.53 mm, having.
- the hollow-cylindrical first region 10 of the spark plug center electrode 7 according to FIG. 8 has, after cold welding, a layer thickness d10 of 0.08 mm to 0.12 mm, preferably 0.1 mm, while the outer diameter da of the first region 10 after cold shearing 0 , 77 mm to 0.83 m, preferably 0.8 mm, and the inner diameter is 0.58 mm to 0.62 mm, preferably 0, 6 mm.
- the hollow-cylindrical first region 10 of the spark plug central electrode 7 according to FIG. 8 has an outer diameter of 4.5 mm to 6 mm and an inner diameter of 2 mm to 5 mm, while the cylindrically executed second region 11 has an outer diameter of 1 mm to 4.5 mm.
- the spark plug center electrodes 7 according to FIG. 7 and FIG. 8 are designed with flat surfaces and with sharp corners on which electrical voltage peaks occur during operation of a spark plug, which in turn lead to ignition of the spark.
- spark plug center electrode 7 in the case of the spark plug center electrode 7 according to FIG. 7, a so-called leveling off of the edges of a spark plug electrode is counteracted by the noble metal jacket or the second zone 11 executed in hollow-cylindrical fashion.
- the first region 10 enveloped by the second region 11, which consists of a less spark-resistant Ni base alloy, will have a greater wear than the noble metal shell during operation of the spark plug, so that a concave formation forms in the interior of such a spark plug center electrode 7.
- the diffusion annealing process achieves a better mixing of the two materials and a reduction in the mechanical stress gradient in the connection region, with the result that the service life of a spark plug can be further improved in a simple manner.
- the annealing process can be provided in each case before or after the separation of the spark plug electrodes 7, 8.
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Abstract
Description
Zündkerzenelektrode und Verfahren zum Herstellen einer ZündkerzenelektrodeA spark plug electrode and method of making a spark plug electrode
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft eine Zündkerzenelektrode und ein Verfahren zum Herstellen einer Zündkerzenelektrode gemäß der im Oberbegriff des Patenanspruches 1 bzw. des Patentanspruches 12 näher definierten Art.The invention relates to a spark plug electrode and a method for producing a spark plug electrode according to the closer defined in the preamble of patent claim 1 and of claim 12.
Aus der WO 2004/084367 Al ist eine Zündkerze und ein Verfahren zum Herstellen der Zündkerze für eine Brennkraftmaschine bekannt, welche wenigstens zwei Zündkerzenelektroden aufweist. Die Zündkerzenelektroden umfassen einen ersten Bereich bestehend aus einem Sub- stratmateπal und einen Oberflächenbereich bzw. einen zweiten Bereich, der beständiger als das Substratmateπal ist. Der zweite Bereich der Zündkerzenelektroden ist mit dem ersten Bereich über einen Zwischenbereich verbunden, wobei der Zwischenbereich und der Oberflächenbereich durch Explosionsschweißen miteinander verbunden sind. Durch das Explosionsschweißen (explosion weldmg) wird der Zwischenbereich mit dem Oberflächenbereich ohne Erzeugen einer Schmelzzone im Verbindungsbereich verbunden. Damit wird eine Vermischung des Oberflächenbereichs mit dem Substrat, die mit einer Abreicherung des Edelmetallgehaltes der Oberflächenschicht im Ver- bmdungsbereich mit dem Substratmateπal einhergeht, auf einfache Art und Weise vermieden. Mit dieser Vorgehensweise können Zündkerzenelektroden mit Oberflächenschichten mit Schichtdicken von 0,05 mm bis 2 mm hergestellt werden. Der Oberflächenbereich der Zündkerzenelektroden wird zunächst durch Anordnen einer dünnen Schicht auf einen aus hitzebeständigem Stahl oder einer Superlegierung, wie einer Ni-Basis- Superlegierung, bestehenden Bereich und anschließendem Explosions- schweißen mit dem Zwischenbereich ohne Schmelzzone fest verbunden. Anschließend wird der Zwischenbereich mit dem ersten Bereich durch ein herkömmliches Schweißverfahren verschweißt.WO 2004/084367 A1 discloses a spark plug and a method for producing the spark plug for an internal combustion engine, which has at least two spark plug electrodes. The spark plug electrodes comprise a first region consisting of a substrate material and a surface region or a second region which is more resistant than the substrate material. The second region of the spark plug electrodes is connected to the first region via an intermediate region, wherein the intermediate region and the surface region are joined together by explosion welding. By explosion welding, the intermediate region is bonded to the surface region without creating a fusion zone in the joint region. In this way, a mixing of the surface area with the substrate, which is accompanied by a depletion of the noble metal content of the surface layer in the bond area with the substrate material, is avoided in a simple manner. With this approach, spark plug electrodes with surface layers with layer thicknesses of 0.05 mm to 2 mm can be produced. The surface area of the spark plug electrodes is first firmly bonded by placing a thin film on a refractory steel or a superalloy such as a Ni-base superalloy, followed by explosion welding to the intermediate portion without the melt zone. Subsequently, the intermediate region is welded to the first region by a conventional welding process.
Nachteilig dabei ist jedoch, dass Explosionsschweißen im Allgemeinen durch einen hohen apparativen Aufwand gekennzeichnet ist und daher die Herstellkosten einer mit diesem Verfahren hergestellten Zündkerze hoch sind. Des Weiteren sind die jeweils mit Schichtdicken von 0,05 mm bis 2 mm auf einem Elektrodengrundkόrper herzu- stellenden Oberflächenschichten aus Platin oder dergleichen durch die beim Explosionsschweißen erzeugte Beschleunigung hohen Beanspruchungen ausgesetzt. Das Wertstoffgefüge der Oberflächenschicht wird aufgrund der geringen Schichtdicke und der daraus resultierenden niedrigen Festigkeit nachteilhafterweise während des Fü- geprozesses mit dem Zwischenbereich derart beansprucht, dass die Oberflächenschicht unter Umständen nach dem Explosionsschweißen Risse oder andere Oberflächendefekte aufweist und die Zündkerzenelektrode im befunkten Bereich nicht die für die gewünschte Lebensdauer einer Zündkerze erforderliche Beständigkeit hat.The disadvantage here, however, that explosion welding is generally characterized by a high expenditure on equipment and therefore the manufacturing costs of a spark plug produced by this method are high. Furthermore, the surface layers of platinum or the like to be produced on a basic electrode body with layer thicknesses of 0.05 mm to 2 mm are exposed to high stresses due to the acceleration generated during explosion welding. Due to the small layer thickness and the resulting low strength, the valuable structure of the surface layer is disadvantageously stressed during the joining process with the intermediate region in such a way that the surface layer may exhibit cracks or other surface defects after the explosion welding and the spark plug electrode in the area does not have the same for the desired life of a spark plug has required durability.
Zusätzlich sind Zündkerzenelektroden von Brennkraftmaschinen, die m Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, aufgrund hoher Temperaturschwankungen zwischen dem Stillstand und dem Betrieb der Brennkraftmaschine hoch beansprucht. Diese Temperaturbeanspruchungen, die besonders nach der Inbetriebnahme einer Brennkraftmaschine durch steile Temperaturgradienten gekennzeichnet sind, stellen auch in Verbindung mit korrosiven Angriffen derart widrige Betriebsbedingungen dar, dass Verbindungen zwischen Schichten einer Zündkerzenelektrode, die aus Ni-Basislegierungen und beispielsweise aus Platin bestehen sowie durch Explosionsschweißen miteinander verbunden sind, leicht aufbrechen. Dies resultiert aus der Tatsache, dass die vorgenannten Verbindungen eine geringe Thermoschock- beständigkeit aufweisen, so dass die Dauerhaltbarkeit einer Zündkerze unter Umständen m unerwünschtem Umfang herabgesetzt ist.In addition, spark plug electrodes of internal combustion engines used in automobiles are highly stressed due to high temperature fluctuations between standstill and the operation of the internal combustion engine. These temperature stresses, which are characterized especially by the startup of an internal combustion engine by steep temperature gradients, are also in connection with corrosive attacks such adverse operating conditions that connections between layers of a Spark plug electrode, which consist of Ni-base alloys and, for example, made of platinum and are joined together by explosion welding, break easily. This results from the fact that the aforementioned compounds have a low thermal shock resistance, so that the durability of a spark plug may be reduced to undesirable levels.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Zündkerzenelektrode mit einer hohen Lebensdauer zu Verfügung zu stellen, die auf einfache und kostengünstige Art und Weise herstellbar ist.The present invention is therefore based on the object to provide a spark plug electrode with a long service life, which can be produced in a simple and cost-effective manner.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Zündkerzenelektrode gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 und einem Verfahren zum Herstellen einer Zündkerzenelektrode mit den Merkmalen des Patentanspruches 12 gelost.According to the invention this object is achieved with a spark plug electrode according to the features of claim 1 and a method for producing a spark plug electrode with the features of claim 12.
Die Zündkerzenelektrode nach der Erfindung besteht aus einem ersten Bereich und einem damit fest verbundenen zweiten Bereich, wobei die Verbindung zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich durch Aufbringen einer plastische Verformungen m den eman- der zugewandten Kontaktflächen des ersten Bereiches und des zweiten Bereiches bewirkenden Druckkraft hergestellt ist. Der erste Bereich besteht aus einer Ni-Basislegierung und der zweite Bereich ist aus reinem Pt, Rh, Ir, Au oder aus einer wenigstens eines dieser Elemente aufweisenden Legierung hergestellt.The spark plug electrode according to the invention consists of a first region and a second region fixedly connected thereto, wherein the connection between the first region and the second region by applying a plastic deformation m the compressive force emanating facing contact surfaces of the first region and the second region is made. The first region is made of a Ni-base alloy and the second region is made of pure Pt, Rh, Ir, Au or an alloy comprising at least one of these elements.
Erfindungsgemäß sind der erste Bereich und der zweite Bereich durch Kaltverschweißen miteinander verbunden, so dass der erste Bereich und der zweite Bereich einen fest miteinander verbundenen - A -According to the invention, the first region and the second region are connected to one another by cold welding, so that the first region and the second region have a firmly interconnected one another - A -
Materialverbund ausbilden. Während des Fügeprozesses der beiden Bereiche wird auf diese eine derartige Druckkraft bzw. Fügekraft aufgebracht, dass sowohl der erste Bereich als auch der zweite Bereich im vorgesehenen Verbindungsbereich Oberflächenvergrόßerungen erfahren. Aufgrund der Oberflächenvergrόßerungen werden jeweils unter den oxidierten bzw. durch den Kontakt mit der Umgebung verunreinigten Oberflächenbereichen angeordnete Mateπalbereiche des ersten Bereiches und des zweiten Bereiches miteinander in Kontakt gebracht, die im Bereich der Kornspitzen Verschmelzungsbereiche ausbilden. Diese verleihen der Verbindung zwischen den beiden Bereichen der Zündkerzenelektrode die gewünschte und für eine hohe Lebensdauer der Zündkerze erforderliche Festigkeit.Form composite material. During the joining process of the two regions, a compressive force or joining force is applied to them such that both the first region and the second region undergo surface enlargements in the intended connection region. Due to the Oberflächenvergrßßerungen respectively arranged under the oxidized or contaminated by the contact with the environment surface areas Mateπalbereiche the first region and the second region are brought into contact, which form in the region of the grain peaks merging regions. These give the connection between the two regions of the spark plug electrode the desired and required for a long service life of the spark plug strength.
Dabei wird jedoch die Bildung einer sich im Wesentlichen über den gesamten Kontaktbereich der beiden Bereiche erstreckende und mit einer gewissen Schichtdicke vorliegende Legierungszone, wie bei einer Schweißverbindung, die eine Abreicherung des beständigen und aus Edelmetall bestehenden zweiten Bereichs der Zündkerzenelektrode und einen erhöhten Mateπalemsatz an Edelmetall zum Erhalt ei- ner guten Funkenbeständigkeit einer Zündkerzenelektrode zur Folge hat, auf einfache und kostengünstige Art und Weise vermieden.However, the formation of a substantially over the entire contact region of the two areas extending and present with a certain layer thickness alloying zone, as in a welded joint, the depletion of the resistant and made of precious metal second portion of the spark plug electrode and an increased Mateπalemsatz of noble metal to Receiving a good spark resistance of a spark plug electrode has resulted in a simple and inexpensive way avoided.
Aufgrund der durch Kaltverschweißen fest miteinander verbundenen Bereiche der erfindungsgemäßen Zündkerzenelektrode besteht auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, den zweiten Bereich mitDue to the fixedly connected by cold welding areas of the spark plug electrode according to the invention is in a simple way, the possibility of the second area with
Schichtdicken von vorzugsweise zwischen 0,1 mm bis 0,5 mm ohne Beeinträchtigung des Mateπalgefüges wie beim herkömmlichen Schmelzschweißen oder wie beim Explosionsschweißen auf dem ersten Bereich aufzubringen. Damit weist eine erfindungsgemäße Zündkerze mmdes- tens die Lebensdauer herkömmlich ausgebildeter Zündkerzen, die mit wesentlich höherem Edelmetallemsatz hergestellt sind, bei erheblich niedrigeren Herstellkosten auf. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Zündkerzenelektrode mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 12 wird die Druckkraft derart aufgebracht, dass der erste Bereich und der zweite Bereich im Kontaktbereich derartige Oberflä- chenvergrόßerungen aufweisen, dass diese durch Kaltverschweißen verbunden werden.Layer thicknesses of preferably between 0.1 mm to 0.5 mm without affecting the Mateπalgefüges as in conventional fusion welding or as in the explosion welding on the first area apply. Thus, a spark plug according to the invention has at least the service life of conventionally designed spark plugs, which are produced with a significantly higher noble metal rate, at considerably lower production costs. In the method according to the invention for producing a spark plug electrode having the features of the preamble of claim 12, the compressive force is applied such that the first region and the second region have such surface enlargements in the contact region that they are joined by cold welding.
Bei einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der zweite Bereich auf einem eben ausgeführten ersten Bereich aufgelegt und die zur Verbindung der beiden Bereiche erforderliche Druckkraft durch mateπalschonendes und prozesstechnisch einfach handhabbares Walzen bzw. Walzplattieren aufgebracht. Nach dem Walzplattieren werden die Zündkerzenelektroden durch Vereinzeln, wie Ausstanzen oder dergl., aus dem durch Kaltverschweißen gebil- deten Mateπalverbund hergestellt.In an advantageous variant of the method according to the invention, the second region is placed on a newly executed first region and applied the required for the connection of the two areas pressing force by mateπalschonendes and process technology easy to handle rolling or roll cladding. After roll-plating, the spark plug electrodes are made by singulation, such as stamping or the like, from the material bond formed by cold welding.
Bei einer weiteren hierzu alternativen Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der erste Bereich oder der zweite Bereich im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und wird in den wenigstens annähernd hohlzylmdπsch ausgeführten zweiten Bereich oder ersten Bereich eingeführt. Anschließend werden die vorzugsweise koaxial zueinander angeordneten Bereiche im gefügten Zustand durch eine Ziehblende bzw. einen Ziehstein gezogen. Dabei wird die zur Verbindung der Bereiche erforderliche Druckkraft m die beiden Bereiche eingeleitet, wobei die einzelnen Zündkerzenelektroden nach dem Ziehen durch Ablängen aus dem plastisch verformten und durch Kaltverschweißen gebildeten drahtfόrmigen Mateπalverbund hergestellt werden.In a further alternative variant of the method according to the invention, the first region or the second region is substantially cylindrical and is introduced into the at least approximately hollow-cylindrical second region or first region. Subsequently, the preferably coaxially arranged regions are pulled in the joined state by a pull-tab or a die. In this case, the pressure force m required for connecting the regions is introduced into the two regions, wherein the individual spark plug electrodes are produced after being drawn by cutting to length from the plastically deformed and formed by cold welding Drahtfόrmigen Mateπalverbund.
Sowohl der Walzplattierungsprozess als auch der Ziehprozess stellen prozesstechnisch einfach handhabbare Herstellprozesse für Zündkerzenelektroden dar, mittels welchen grundsätzlich durch hohe Mateπalkosten gekennzeichnete Edelmetallschichten auf aus kosten- günstigeren Ni-Basislegierungen hergestellten Elektrodengrundkόr- pern mit kostengünstigen Schichtdicken ohne Verringerung der Lebensdauer einer Zündkerze im Vergleich zu herkömmlich ausgeführten Zündkerzen aufbringbar sind.Both the roll-plating process and the drawing process represent process-technically easy-to-handle production processes for spark-plug electrodes, by means of which noble-metal layers, which are generally characterized by high material costs, are cost-effective. can be applied to cheaper Ni-base alloys produced electrode Grundkόr- pern with low-cost layer thicknesses without reducing the life of a spark plug compared to conventionally designed spark plugs.
Insbesondere ist die während des Verbindungsprozesses des ersten Bereiches und des zweiten Bereiches einer Zündkerzenelektrode aufzubringende Druckkraft während dem Walzplattieren oder dem Ziehen derart in die beiden miteinander zu verbindenden Bereiche emleit- bar, dass die vorzugsweise mit Schichtdicken zwischen 0,1 mm bis 0,5 mm herzustellende Edelmetallschicht beim Fügeprozess nicht verletzt bzw. zerstört wird und mit einem für eine hohe Lebensdauer einer Zündkerze erforderlichen Mateπalgefüge nach dem Verbm- dungsprozess vorliegt.In particular, the pressure force to be applied during the joining process of the first region and of the second region of a spark plug electrode during roll-plating or drawing can be conducted into the two regions to be joined together, preferably with layer thicknesses of between 0.1 mm to 0.5 mm The precious metal layer to be produced is not damaged or destroyed during the joining process and is present after the bonding process with a material structure required for a long service life of a spark plug.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.Further advantages and advantageous embodiments of the article according to the invention are the description, the drawings and the claims removed.
Zeichnungdrawing
In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäß ausgeführter Zündkerzenelektroden schematisch vereinfacht darge- stellt, die m der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden. Es zeigenIn the drawing, three embodiments of the present invention carried out spark plug electrodes are shown schematically simplified, the m will be explained in more detail in the following description. Show it
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Zündkerze m einerFigure 1 is a schematic representation of a spark plug m a
TeilSchnittansicht; Figur 2 ein Substrat und eine damit zu verbindende Edelmetallschicht vor einem Walzplattieren;Partial sectional view; FIG. 2 shows a substrate and a noble metal layer to be joined thereto prior to roll-plating;
Figur 3 das Substrat und die Edelmetallschicht nach der Walzplat- tierung; Figur 4 eine Figur 3 entsprechende Darstellung des Substrates und der Edelmetallschicht nach einem Ausstanzprozess;FIG. 3 shows the substrate and the noble metal layer after roll-plating; FIG. 4 shows a representation of the substrate and the noble metal layer corresponding to FIG. 3 after a punching process;
Figur 5 ein mittels Walzplattieren hergestelltes Halbzeug, aus welchem als Dachelektroden ausgeführte Masseelektroden nach der Erfindung herstellbar sind;FIG. 5 shows a semifinished product produced by roll-plating, from which ground electrodes designed as roof electrodes can be produced according to the invention;
Figur 6 ein mittels Walzplattieren hergestelltes Halbzeug, aus welchem seitlich angestellte Masseelektroden nach der Erfindung herstellbar sind;FIG. 6 shows a semifinished product produced by roll-plating, from which laterally set ground electrodes according to the invention can be produced;
Figur 7 eine erfindungsgemäß ausgeführte, zylindrische Mittel- elektrode, welche aus einem aus einer Ni-Basislegierung hergestellten Kern und einem hohlzylmdrisch ausgeführten Edelmetallmantel gebildet ist; undFIG. 7 shows a cylindrical middle electrode designed according to the invention, which is formed from a core made of a Ni-base alloy and a hollow metal-noble noble metal shell; and
Figur 8 eine Figur 7 entsprechende Darstellung einer erfindungsgemäß ausgeführten Mittelelektrode, welche aus einem zylind- πschen Edelmetallkern und einer dem Edelmetallkern umgebenden sowie aus einer Ni-Basislegierung hergestellten Mantel hergestellt ist.8 shows a representation corresponding to FIG. 7 of a center electrode designed according to the invention, which is produced from a cylindrical noble metal core and a jacket surrounding the noble metal core and produced from a Ni-base alloy.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Bezug nehmend auf Figur 1 ist eine Teilschnittansicht einer in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine anordenbaren Zündkerze 1 dargestellt, die mit einem an einem Gehäuse 2 ausgebildeten Außen- gewmde 3 m ein Innengewinde des Zylinderkopfes einschraubbar ist.Referring to Figure 1 is a partial sectional view of an arranged in a cylinder head of an internal combustion engine spark plug 1 is shown, which can be screwed with a formed on a housing 2 outer walls 3 m an internal thread of the cylinder head.
Die m an sich bekannter Art und Weise ausgebildete Zündkerze 1 besteht vorliegend aus Metall, Keramik und Glas. Diese Werkstoffe 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, das Gehäuse 2, eine Mittelelektrode 7 sowie eine Masse- elektrode 8, wobei eine in dem Isolator 6 angeordnete und elektrisch leitende Glasschmelze 9 die Mittelelektrode 7 mit dem Anschlussbolzen 5 verbindet.The spark plug 1 formed in a manner known per se consists in the present case of metal, ceramic and glass. These materials have different properties that are used by material-appropriate design of the spark plug 1. The most important constituents of the spark plug 1 are a connecting bolt 5, an insulator 6, the housing 2, a center electrode 7 and a mass Electrode 8, wherein an arranged in the insulator 6 and electrically conductive glass melt 9, the center electrode 7 connects to the terminal bolt 5.
Die Mittelelektrode 7 und die Masseelektrode 8 sind während desThe center electrode 7 and the ground electrode 8 are during the
Betriebs der Brennkraftmaschine einem hohen Verschleiß ausgesetzt, der aufgrund von Erosion und Korrosion hervorgerufen wird. Beide Faktoren können m ihrer Auswirkung auf den Verschleiß nicht getrennt behandelt werden. Der Verschleiß bewirkt eine Erhöhung der Zündspannung. Weiter wird ein gutes Wärmeableitvermόgen von den Elektroden verlangt.Operation of the internal combustion engine exposed to high wear, which is caused due to erosion and corrosion. Both factors can not be treated separately in terms of their effect on wear. The wear causes an increase in the ignition voltage. Furthermore, a good Wärmeableitvermόgen is required by the electrodes.
Die Anforderungen können je nach Betriebsbedingungen und Anwendungsfall unterschiedliche Elektrodenformen und Elektrodenwerk- Stoffe erforderlich machen.The requirements may require different electrode shapes and electrode materials depending on the operating conditions and application.
Grundsätzlich leiten reine Metalle die Wärme besser als Metalllegierungen. Andererseits reagieren reine Metalle, wie beispielsweise Nickel, auf chemische Angriffe von Verbrennungsgasen und festen Verbrennungsrückständen empfindlicher als Legierungen.Basically, pure metals conduct heat better than metal alloys. On the other hand, pure metals such as nickel react more sensitively to chemical attacks of combustion gases and solid combustion residues than alloys.
Aus diesem Grund werden aus der Praxis bekannte Elektroden von Zündkerzen beispielsweise aus Nickel hergestellt, dem u. a. Chrom, Mangan und Silizium zulegiert ist. Die hinzulegierten Metalle ha- ben Sonderaufgaben zu erfüllen. So erhöhen beispielsweise Mangan- und Siliziumzusätze die chemische Beständigkeit vor allem gegen das sehr aggressive Schwefeldioxid. Nickel-Basis-Legierungen mit Zusätzen aus Silizium, Aluminium und Yttrium verbessern darüber hinaus die Zunder- und Oxidationsbeständigkeit .For this reason, known from practice electrodes of spark plugs, for example made of nickel, the u. a. Chromium, manganese and silicon is alloyed. The metals to be added have special tasks to fulfill. For example, manganese and silicon additives increase the chemical resistance especially against the very aggressive sulfur dioxide. In addition, nickel-based alloys with additions of silicon, aluminum and yttrium improve the scale and oxidation resistance.
Zusätzlich werden auch Platin bzw. Platinbasislegierungen für die Herstellung von Elektroden verwendet, da diese eine sehr gute Kor- rosions- und Oxidationsbeständigkeit sowie eine hohe Abbrandfes- tigkeit aufweisen.In addition, platinum or platinum-based alloys are also used for the production of electrodes, since these have a very good corrosion resistance. have resistance to oxidation and oxidation as well as a high erosion resistance.
In Figur 2 bis Figur 4 ist ein Herstellungsprozess für als Mittel- elektroden ausgeführte Zündkerzenelektroden mittels Walzplattie- rung schematisiert dargestellt. Dabei zeigt Figur 2 einen ersten Bereich 10, der vorliegend aus einer Ni-Basislegierung hergestellt ist und einen ebenen bzw. plattenfόrmigen Körper darstellt.FIG. 2 to FIG. 4 schematically illustrate a manufacturing process for spark plug electrodes designed as center electrodes by means of roll plating. FIG. 2 shows a first region 10, which in the present case is made of a Ni-base alloy and represents a planar or plate-like body.
Zusätzlich ist ein weiterer ebener, plattenartiger zweiter Bereich 11 dargestellt, welcher mit vordefinierter Schichtdicke auf den ersten Bereich 10 aufgelegt wird. Der zweite Bereich 11 ist vorliegend aus reinem Pt hergestellt und kann bei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen neben reinem Pt auch aus reinem Rh, Ir, Au oder aus einer wenigstens eines dieser Elemente aufweisenden Legierung hergestellt sein.In addition, a further planar, plate-like second region 11 is shown, which is placed on the first region 10 with a predefined layer thickness. The second region 11 is in the present case made of pure Pt and, in further advantageous embodiments, besides pure Pt, it can also be produced from pure Rh, Ir, Au or from an alloy comprising at least one of these elements.
Nach dem Auflegen des zweiten Bereiches 11 auf dem ersten BereichAfter placing the second area 11 on the first area
10 werden die beiden Bereiche 10, 11 einer nicht näher dargestell- ten Vorrichtung zugeführt und mittels Walzplattieren mit einer plastische Verformungen in den einander zugewandten Kontaktflächen des ersten Bereiches 10 und des zweiten Bereiches 11 bewirkenden Druckkraft beaufschlagt, so dass der erste Bereich 10 und der zweite Bereich 11 nach dem Walzplattieren durch Kaltverschweißen verbunden sind.10, the two areas 10, 11 supplied to a device not shown in detail and applied by means of roll plating with a plastic deformation in the facing contact surfaces of the first region 10 and the second region 11 causing compressive force, so that the first region 10 and the second Area 11 after the roll cladding are connected by cold welding.
Dabei weist der zweite Bereich 11 vorliegend nach dem Walzplattieren m Abhängigkeit der Schichtdicke des zweiten Bereiches 11 vor dem Walzplattieren und der während des Walzplattierens aufgebrach- ten Druckkraft sowie m Abhängigkeit des für den zweiten BereichIn this case, the second region 11 in the present case has, after the roll cladding, a dependence of the layer thickness of the second region 11 before the roll cladding and the compressive force applied during the roll cladding and also the dependence of the second region
11 ausgewählten Materials eine Schichtdicke dll von 0,1 mm bis 0,5 mm, vorzugsweise von 0,2 mm auf, wobei die Schichtdicke der Bereiche 10 und 11 vor dem Walzplattieren und auch die Walzprozesspara- - IO ¬11 selected material a layer thickness dll of 0.1 mm to 0.5 mm, preferably of 0.2 mm, wherein the layer thickness of the regions 10 and 11 before the roll cladding and also the rolling process para- - IO ¬
meter in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles einzustellen sind.meter are to be set depending on the respective application.
Der erste Bereich 10 besteht vorliegend aus einer Ni-Cr-Fe- Legierung mit 15 Gew.-% Cr, 6 Gew.-% Fe und Rest Ni sowie aus m der Legierung vorhandenen Verunreinigungen. Darüber hinaus kann der erste Bereich 10 auch aus einer Ni-Cr-Fe-Legierung mit 25 Gew.-% Cr, 18 Gew.-% Fe und Rest Ni sowie Verunreinigungen hergestellt sein. Hierzu alternativ kann der erste Bereich 10, der den Elektrodengrundkόrper der Zündkerzenmittelelektrode 7 darstellt, bei einer weiteren Ausführungsform von einer Ni-Al-Si-Legierung mit bis zu 1 Gew.-% Seltene Erden, vorzugsweise mit 0,05 Gew.-% Y, oder aus einer Ni-Cr-Mn-Si-Legierung hergestellt sein.In the present case, the first region 10 consists of a Ni-Cr-Fe alloy with 15% by weight Cr, 6% by weight Fe and the remainder Ni and also impurities present in the alloy. In addition, the first region 10 may also be made of a Ni-Cr-Fe alloy containing 25% by weight of Cr, 18% by weight of Fe and balance Ni, and impurities. Alternatively, the first region 10, which constitutes the main electrode body of the spark plug center electrode 7, in another embodiment of a Ni-Al-Si alloy with up to 1 wt .-% rare earths, preferably with 0.05 wt .-% Y , or be made of a Ni-Cr-Mn-Si alloy.
Nach dem Walzplattieren werden mehrere Zündkerzenmittelelektroden 7 durch Ausstanzen aus dem durch Kaltverschweißen gebildeten Mate- πalverbund m der m Figur 4 näher dargestellten Art und Weise hergestellt. Die ausgestanzten Zündkerzenmittelelektroden werden anschließend mittels Laser- bzw. Widerstandsschweißen auf einem weiteren Träger 13 aufgeschweißt, der beispielsweise aus einem üblichen Mittelelektrodenbereich mit Kupferkern bzw. aus NiAllSilY besteht oder aus einer anderen Legierung mit guter Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist.After roller cladding, a plurality of spark plug central electrodes 7 are produced by punching out of the material formed by cold welding in the manner shown in more detail in FIG. 4. The stamped out spark plug center electrodes are then welded by means of laser or resistance welding on a further carrier 13, which consists for example of a conventional central electrode area with copper core or NiAllSilY or is made of another alloy with good thermal conductivity.
Durch die Verwendung der Walzplattierung als Verbindungstechnik wird im Vergleich zu Schweißverbindungsverfahren erreicht, dass Zündkerzenelektroden im befunkten Bereich auch mit sehr dünnen E- delmetallschichten im Dickenbereich von unter 200 μm herstellbar sind, die im Vergleich zu mittels CVD- oder PVD-Verfahren, Sput- tertechmken oder Explosionsschweißen jeweils mit höheren Haftkräften am Elektrodengrundkόrper bzw. an einem Trägermateπal befestigt werden. Damit sind Zündkerzen kostengünstig und mit hoher Lebensdauer herstellbar. Des Weiteren besteht durch die Walzplattierung die Möglichkeit, zwei unterschiedliche Trägermateπalien für den zweiten Bereich 11 vorzusehen. So kann der zweite Bereich 11 einer Zündkerzenmittel- elektrode auf einer Legierung aufgewalzt werden, die sehr resistent gegen Hochtemperaturkorrosion ist. Diese ist dann wiederum mit einer Legierung mit guter Wärmeleitfähigkeit aufschweißbar . Das bedeutet, dass bei einer wenigstens bereichsweise mittels Walzplattierung hergestellten Zündkerzenelektrode Kombinationen von Mateπaleigenschaften realisierbar sind, die durch den Einsatz von für die Herstellung von Zündkerzenelektroden etablierten Le- gierungstechniken nicht erzielbar sind.The use of roll cladding as the joining technique achieves that spark plug electrodes in the radio range can also be produced with very thin noble metal layers in the thickness range of less than 200 .mu.m, in comparison with welding methods or explosion welding are each secured with higher adhesive forces on the electrode body or on a Trägermateπal. Thus, spark plugs are inexpensive and can be produced with a long service life. Furthermore, the roll cladding makes it possible to provide two different carrier materials for the second region 11. Thus, the second region 11 of a spark plug center electrode can be rolled on an alloy which is very resistant to high-temperature corrosion. This in turn can be welded on with an alloy with good thermal conductivity. This means that in the case of a spark plug electrode produced at least in some areas by means of roll plating, it is possible to realize combinations of material properties which can not be achieved through the use of alloying techniques established for the production of spark plug electrodes.
Neben der vorbeschriebenen Herstellung von Zündkerzenmittelelekt- roden besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit, Zündkerzen- masseelektroden 8 erfindungsgemäß durch Walzplattieren und einem dabei auftretenden Kaltverschweißen zwischen dem ersten Bereich 10' und dem zweiten Bereich 11' herzustellen.In addition to the above-described production of spark plug center electrodes, it is of course also possible to produce spark plug ground electrodes 8 according to the invention by roll cladding and cold welding occurring between the first region 10 'and the second region 11'.
Dabei ist in Figur 5 ein Halbzeug 12 gezeigt, aus welchem Zündker- zenmasseelektroden für so genannte Dachelektroden-Zündkerzen herstellbar sind. Figur 6 zeigt ein Halbzeug 12, aus welchen Zündkerzemasseelektroden herstellbar sind, die mit dem Gehäuse 2 verschweißt und seitlich angestellt sind.In this case, a semifinished product 12 is shown in FIG. 5, from which spark plug grounding electrodes for so-called roof electrode spark plugs can be produced. FIG. 6 shows a semifinished product 12, from which spark plug ground electrodes can be produced, which are welded to the housing 2 and are employed laterally.
Dabei werden aus dem m Figur 5 dargestellten Halbzeug 12 durch ein geeignetes Trennverfahren quaderförmige Bereiche mit einer Länge 1 von 15 mm, einer Höhe h von 1,5 mm und einer Breite b von 2,5 mm abgetrennt, die jeweils m einem Endbereich mit dem aufge- walzten und mittels Kaltverschweißen mit dem ersten Bereich 10' verbundenen zweiten Bereich 11' mit einer Schichtdicke dll von 0,2 mm ausgeführt sind. Bei dem in Figur 6 dargestellten Halbzeug 12 ist der zweite Bereich 11' auf einer Stirnfläche des ersten Bereiches 10' durch Walzplattieren aufgebracht und mittels Kaltverschweißen mit diesem verbunden, wobei die Zündkerzenmasseelektroden durch ein geeigne- tes Trennverfahren mit vordefinierten Maßen separiert werden.In this case, cuboidal regions 12 having a length 1 of 15 mm, a height h of 1.5 mm and a width b of 2.5 mm are separated from the semi-finished product 12 shown in FIG. 5 by a suitable separation method, each having an end region with the rolled-up and by means of cold welding to the first region 10 'connected second region 11' are designed with a layer thickness dll of 0.2 mm. In the case of the semifinished product 12 shown in FIG. 6, the second region 11 'is applied to an end surface of the first region 10' by roller cladding and joined thereto by cold welding, the spark plug ground electrodes being separated by a suitable separation method with predefined dimensions.
In Figur 7 und Figur 8 sind zwei weitere Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäß ausgeführten und zylinderförmig ausgebildeten Zündkerzenmittelelektroden 7 dargestellt. Dabei zeigt die Ausfüh- rungsform gemäß Figur 7 einen zylinderförmig ausgebildeten ersten Bereich 10 und einen den ersten Bereich 10 umgebenden hohlzylmd- πsch ausgeführten zweiten Bereich 11, wobei der erste Bereich 10 aus einer Ni-Basislegierung und der zweite Bereich 11 aus einem der vorgenannten Edelmetalle oder einer vorbezeichneten Edelme- talllegierung hergestellt sein kann.In FIG. 7 and FIG. 8, two further exemplary embodiments of spark plug center electrodes 7 designed according to the invention and designed in a cylindrical shape are shown. In this case, the embodiment according to FIG. 7 shows a cylindrically shaped first region 10 and a hollow-cylindrical second region 11 surrounding the first region 10, the first region 10 being made of a Ni-base alloy and the second region 11 being made of one of the abovementioned noble metals or a previously described noble metal alloy can be produced.
Die Zündkerzenmittelelektrode 7 gemäß Figur 8 ist vorwiegend aus einem zylindrischen zweiten Bereich 11 und einem holzylindrisch ausgebildeten und den zweiten Bereich 11 umgebenden ersten Bereich 10 ausgeführt, wobei der zweite Bereich 11 aus reinem Platin und der erste Bereich 10 aus einer Ni-Basislegierung hergestellt ist. Dabei können sowohl der erste und auch der zweite Bereich bei dieser Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zündkerzenmittelelektrode 7 jeweils aus einem anderen vorstehend aufgeführten Material hergestellt sein.The spark plug center electrode 7 according to FIG. 8 is predominantly made up of a cylindrical second region 11 and a first region 10 which is formed as a wood cylinder and surrounds the second region 11, the second region 11 being made of pure platinum and the first region 10 being made of a Ni-base alloy. In this case, both the first and also the second region in this embodiment of a spark plug center electrode 7 according to the invention can each be made of a different material listed above.
Zur Herstellung der Zündkerzenmittelelektrode 7 gemäß Figur 7 oder gemäß Figur 8 werden jeweils ein zylinderförmiger Draht und ein hohlzylmdrisches bzw. rohrfόrmiges Element als Vorprodukte ver- wendet. Der zylindrische Draht, der entweder den späteren ersten Bereich 10 oder den späteren zweiten Bereich 11 einer Zündkerzenmittelelektrode 7 darstellt, hat in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles vor dem plastischen Verformen einen Durchmesser von 1 mm bis 4,5 mm. Der Draht wird in einen hohlzy- lmdπschen Mantel, der nach dem Fügeprozess den zweiten Bereich 11 oder den ersten Bereich 10 einer Zündkerzenmittelelektrode 7 darstellt, eingeschoben, wobei der hohlzylmdrische Mantel vor dem Kaltverschweißen mit dem Draht einen Außendurchmesser von 4,5 mm bis 6 mm und einen Innendurchmesser von 2 mm bis 5 mm aufweist.To produce the spark plug center electrode 7 according to FIG. 7 or according to FIG. 8, a cylindrical wire and a hollow-cylindrical or tubular element are used as precursors. The cylindrical wire, which represents either the later first region 10 or the later second region 11 of a spark plug center electrode 7, has a function of the particular application before plastic deformation Diameter from 1 mm to 4.5 mm. The wire is inserted into a hollow-cylindrical jacket, which after the joining process represents the second region 11 or the first region 10 of a spark plug center electrode 7, wherein the hollow-cylindrical jacket has an outer diameter of 4.5 mm to 6 mm before cold welding to the wire and an inner diameter of 2 mm to 5 mm.
Anschließend werden der vorzugsweise koaxial zum Mantel angeordnete Draht und der Mantel im ineinander geschobenen Zustand durch eine nicht näher dargestellte Ziehblende gezogen und plastisch verformt, wobei dabei die zur Verbindung der Bereiche 10 und 11 erforderliche Druckkraft aufgebracht wird. Nach dem Ziehen werden die m Figur 7 und Figur 8 hergestellten Zündkerzenmittelelektro- den 7 durch Ablängen aus dem gebildeten Materialverbund herge- stellt.Subsequently, the coaxially preferably arranged to the jacket wire and the jacket are pulled in a telescoped state by a pull tab, not shown, and plastically deformed, while the required to connect the areas 10 and 11 compressive force is applied. After drawing, the spark plug center electrodes 7 produced in FIG. 7 and FIG. 8 are produced by cutting to length from the formed composite material.
Nach dem Kaltverschweißen weist der hohlzylmdπsch ausgeführte zweite Bereich 11 gemäß Figur 7 eine Schichtdicke dll von 0,1 mm bis 0,16 mm, vorzugsweise von 0,15 mm auf. Der Außendurchmesser d_a der Zündkerzenmittelelektrode 7 gemäß Figur 8 beträgt 0,78 mm bis 0,84 mm, vorzugsweise 0,81 mm, während der Innendurchmesser d_i des zweiten Bereichs 11 0,5 mm bis 0,56 mm, vorzugsweise 0,53 mm, aufweist.After the cold welding, the hollow region 11 of the hollow-cylindrical section 11 according to FIG. 7 has a layer thickness d 1 of 0.1 mm to 0.16 mm, preferably of 0.15 mm. The outer diameter d_a of the spark plug center electrode 7 according to FIG. 8 is 0.78 mm to 0.84 mm, preferably 0.81 mm, while the inner diameter d_i of the second region 11 is 0.5 mm to 0.56 mm, preferably 0.53 mm, having.
Der hohlzylmdπsch ausgeführte erste Bereich 10 der Zündkerzenmittelelektrode 7 gemäß Figur 8 weist nach dem Kaltverschweißen eine Schichtdicke dlO von 0,08 mm bis 0,12 mm, vorzugsweise von 0,1 mm auf, während der Außendurchmesser d a des ersten Bereiches 10 nach dem Kaltverscheißen 0,77 mm bis 0,83 m, vorzugsweise 0,8 mm, ist und der Innendurchmesser 0,58 mm bis 0,62 mm, vorzugsweise 0, 6 mm, beträgt . Vor dem Kaltverschweißen bzw. vor dem Ziehprozess weist der hohl- zylmdπsch ausgeführte erste Bereich 10 der Zündkerzenmittel- elektrode 7 gemäß Figur 8 einen Außendurchmesser von 4,5 mm bis 6 mm und einen Innendurchmesser von 2 mm bis 5 mm auf, während der zylindrisch ausgeführte zweite Bereich 11 einen Außendurchmesser von 1 mm bis 4,5 mm aufweist.The hollow-cylindrical first region 10 of the spark plug center electrode 7 according to FIG. 8 has, after cold welding, a layer thickness d10 of 0.08 mm to 0.12 mm, preferably 0.1 mm, while the outer diameter da of the first region 10 after cold shearing 0 , 77 mm to 0.83 m, preferably 0.8 mm, and the inner diameter is 0.58 mm to 0.62 mm, preferably 0, 6 mm. Before the cold-welding or before the drawing process, the hollow-cylindrical first region 10 of the spark plug central electrode 7 according to FIG. 8 has an outer diameter of 4.5 mm to 6 mm and an inner diameter of 2 mm to 5 mm, while the cylindrically executed second region 11 has an outer diameter of 1 mm to 4.5 mm.
Nach dem Ablängen sind die Zündkerzenmittelelektroden 7 gemäß Figur 7 und gemäß Figur 8 mit planen Oberflächen sowie mit scharfen Ecken ausgeführt, an welchen die im Betrieb einer Zündkerze elektrischen Spannungsspitzen auftreten, die wiederum zum Entzünden des Zündfunkens führen.After cutting to length, the spark plug center electrodes 7 according to FIG. 7 and FIG. 8 are designed with flat surfaces and with sharp corners on which electrical voltage peaks occur during operation of a spark plug, which in turn lead to ignition of the spark.
Damit wird bei der Zündkerzenmittelelektrode 7 gemäß Figur 7 durch den Edelmetallmantel bzw. dem hohlzylmdrisch ausgeführten zweiten Bereich 11 einem sogenannten Abfugen der Kanten einer Zündkerzenelektrode entgegengewirkt. Der vom zweiten Bereich 11 umhüllte erste Bereich 10, der aus einer weniger funkenbeständigen Ni- Basislegierung besteht, wird im Betrieb der Zündkerze einen grόße- ren Verschleiß als der Edelmetallmantel aufweisen, so dass sich im Innenbereich einer derartig ausgeführten Zündkerzenmittelelektrode 7 eine konkave Ausformung ausbildet.Thus, in the case of the spark plug center electrode 7 according to FIG. 7, a so-called leveling off of the edges of a spark plug electrode is counteracted by the noble metal jacket or the second zone 11 executed in hollow-cylindrical fashion. The first region 10 enveloped by the second region 11, which consists of a less spark-resistant Ni base alloy, will have a greater wear than the noble metal shell during operation of the spark plug, so that a concave formation forms in the interior of such a spark plug center electrode 7.
Bei der Zündkerzenmittelelektrode 7 gemäß Figur 8 wird sich mit zunehmender Betriebsdauer der Zündkerze aufgrund der Spannungsspitzen im Randbereich ein Verrunden der äußeren Kanten einstellen und im mittleren Bereich eine Edelmetallspitze ausbilden, weil die Kanten des ersten Bereichs 10 im Vergleich zum Edelmetallkern bzw. zum zweiten Bereich 11 im befunkten Bereich schneller verschlei- ßen. Die Ausbildung der Edelmetallspitze führt zum Auftreten einer Spannungsüberhόhung im zentralen Bereich der Zündkerzenmittelelektrode 7, wodurch vorteilhafterweise der Zündspannungsbedarf abgesenkt wird. Um eine Standfestigkeit bzw. Dauerhaltbarkeit der Zündkerzenelektroden 7 und 8, die mittels Walzplattieren oder durch Ziehen durch einen Ziehstein hergestellt sind, zu verbessern, kann es vorgese- hen sein, dass der durch Kaltverschweißen hergestellte Mateπal- verbund geglüht wird. Dies resultiert aus der Tatsache, dass die durch Kaltverscheißung miteinander verbundenen Bereiche 10 und 11 aus Materialien hergestellt sind, die unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Die unterschiedlichen Wärmeaus- dehnungskoefflzienten und die durch das Walzplattieren oder dasIn the case of the spark plug center electrode 7 according to FIG. 8, as the spark plug expands, due to the voltage peaks in the edge region, a rounding of the outer edges will occur and a noble metal tip will form in the middle region, because the edges of the first region 10 will be smaller than the noble metal core or the second region 11 wear faster in the radio range. The formation of the noble metal tip leads to the occurrence of a Spannungsüberhόhung in the central region of the spark plug center electrode 7, whereby advantageously the Zündspannungsbedarf is lowered. In order to improve the durability of the spark plug electrodes 7 and 8, which are produced by means of roll cladding or drawing by a die, it may be envisaged that the material bond produced by cold welding is annealed. This results from the fact that the areas 10 and 11 bonded together by cold splicing are made of materials having different thermal expansion coefficients. The different thermal expansion coef fi cients and those caused by the roll plating or the
Ziehen in den beiden Bereichen erzeugten inneren Spannungen werden durch die im Betrieb einer Zündkerze auftretenden Temperaturwechsel derart verstärkt, dass die Belastungen im Verbindungsbereich zwischen den beiden Bereichen 7 und 8 sehr groß sind und unter Um- ständen zu einem Aufbrechen der kaltverschweißten Bereiche führen.Pulling in the two areas generated internal stresses are amplified by the occurring during operation of a spark plug temperature change such that the loads in the connecting region between the two areas 7 and 8 are very large and may lead to a breakage of the cold-welded areas.
Durch den Diffusionsglühprozess werden eine bessere Durchmischung der beiden Materialien und eine Reduzierung des mechanischen Spannungsgradienten im Verbindungsbereich erreicht, womit die Stand- zeit einer Zündkerze auf einfache Art und Weise weiter verbessert werden kann. Dabei kann der Glühprozess jeweils vor oder nach dem Vereinzeln der Zündkerzenelektroden 7, 8 vorgesehen sein. The diffusion annealing process achieves a better mixing of the two materials and a reduction in the mechanical stress gradient in the connection region, with the result that the service life of a spark plug can be further improved in a simple manner. In this case, the annealing process can be provided in each case before or after the separation of the spark plug electrodes 7, 8.
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