WO2025073358A1 - Verwendung einer platinlegierung für zündkerzenelektroden und für zündkerzenelektrodenendstücke - Google Patents

Abstract

Verwendung einer Platinlegierung als Material zur Herstellung einer Zündkerzenelektrode oder eines Zündkerzenelektrodenendstücks, wobei die Platinlegierung aus Platin (Pt), 40 bis 4700 Gew.-ppm mindestens eines Legierungsmetalls (M1) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Calcium (Ca), Germanium (Ge), Lanthan (La), Scandium (Sc), Yttrium (Y) und Zirkonium (Zr), 0 bis 60 Gew.-% mindestens eines Legierungsmetalls (M2) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Chrom (Cr), Eisen (Fe), Gold (Au), Iridium (Ir), Kobalt (Co), Kupfer (Cu), Molybdän (Mo), Nickel (Ni), Palladium (Pd), Rhenium (Re), Ruthenium (Ru), Silber (Ag), Titan (Ti) und Wolfram (W), und 0 oder >0 bis <1000 Gew.-ppm unvermeidbarer Verunreinigungen in Form von einem oder mehreren von Platin und den Legierungsmetallen (M1) und (M2) verschiedenen Elementen besteht.

Description

VERWENDUNG EINER PLATINLEGIERUNG FÜR ZÜNDKERZENELEKTRODEN UND FÜR ZÜNDKERZENELEKTRODENENDSTÜCKE

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Platinlegierung für mindestens eine Elektrode einer Zündkerze respektive zur Herstellung mindestens einer Elektrode einer Zündkerze oder für mindestens ein Zündkerzenelektrodenendstück einer Zündkerze respektive zur Herstellung mindestens eines Zündkerzenelektrodenendstücks einer Zündkerze, d.h. eines Elektrodenendstücks mindestens einer der Elektroden einer Zündkerze. Die Erfindung betrifft insofern auch folgende Produkte: eine Zündkerzenelektrode aus der Platinlegierung, ein Zündkerzenelektrodenendstück aus der Platinlegierung, eine Zündkerze umfassend mindestens eine Elektrode aus der Platinlegierung und eine Zündkerze umfassend mindestens ein Elektrodenendstück aus der Platinlegierung.

Zündkerzen, wie sie üblicherweise in Verbrennungsmotoren (Kolbenmotoren, Wankelmotoren, Turbinen) eingesetzt werden, weisen mindestens eine Masseelektrode und mindestens eine Mittelelektrode auf, zwischen deren Elektrodenenden oder Elektrodenendstücken die Zündfunken während des Motorbetriebes erzeugt werden. Stand der Technik bildende sogenannte Platinzündkerzen, d.h. Zündkerzen mit Platinelektroden respektive Platinelektrodenendstücken zeichnen sich durch eine deutlich längere Betriebslebensdauer als solche mit edelmetallfreien Elektroden oder edelmetallfreien Elektrodenendstücken aus.

Die Betriebslebensdauer von Zündkerzen kann beispielsweise als bis zum Erreichen der Funktionsunfähigkeit (Ausbleiben von Zündfunken) mögliche Anzahl von Zündvorgängen respektive Anzahl von Zündfunken zwischen den Elektrodenenden respektive Elektrodenendstücken bestimmt werden. Für schnelle Prüfungen können dazu beispielsweise Zündfunkentestprüfstände genutzt werden, in denen nur das zu prüfende Elektrodenendstück oder eine provisorische Zündkerze eingebaut wird. Dabei werden im Falle von Platinzündkerzen üblicherweise zwischen 35 und 45 Millionen Zündfunken mittels einer üblichen Kfz-Zündspule erzeugt und so eine Fahrleistung von etwa 25000 km eines Fahrzeugs mit Vierzylindermotor simuliert; hochgerechnet auf 100000 km Fahrleistung entspricht dies 140 bis 180 Millionen Zündfunken. Alternativ kann zur Bestimmung der Betriebslebensdauer ein Motorprüfstand bei einer mittleren Drehzahl im 600stündigen Dauerbetrieb genutzt werden oder als aussagekräftigerer Test kann auch ein WLTP- oder NEFZ-Testzyklus am Motorprüfstand oder am Fahrzeug absolviert werden. Der hierin verwendete Ausdruck „Elektrodenendstück“ oder „Zündkerzenelektrodenendstück“ bezieht sich auf Enden von Zündkerzenelektroden. Zwischen den Enden werden Zündfunken erzeugt. Beispiele für solche Elektrodenendstücke umfassen Elektrodenringe, Elektrodenkappen und insbesondere Elektrodenspitzen. Solche Elektrodenendstücke werden mittels dem Fachmann bekannten Verfahren wie beispielsweise Schweißen an Zündkerzenelektroden, genauer gesagt deren Ende, stoffschlüssig befestigt. Beispiele für geeignete Schweißverfahren umfassen Laserschweißen, Widerstandsschweißen und Lichtbogenschweißen. Ist in der weiteren Folge hierin von einem Elektrodenendstück bzw. einem Zündkerzenelektrodenendstück die Rede, so kann dieser Ausdruck ein freies unbefestigtes ebenso wie ein am Elektrodenende stoffschlüssig befestigtes Elektrodenendstück betreffen.

Hierin wird unterschieden zwischen Zündkerzenelektroden, die aus einem einzigen Material bestehen, und Zündkerzenelektroden, an deren Ende ein aus einem anderen Material bestehendes Elektrodenendstück stoffschlüssig befestigt worden ist. Mit anderen Worten, es können beispielsweise folgende Arten von Zündkerzen unterschieden werden: (i) Zündkerze mit aus einem einzigen Material bestehenden Zündkerzenelektroden, (ii) Zündkerze mit aus einem einzigen Material bestehender erster Zündkerzenelektrode und mit einer zweiten Zündkerzenelektrode aus einem einzigen, jedoch anderen Material als das der ersten Zündkerzenelektrode (einem vom Material der ersten Zündkerzenelektrode verschiedenen Material), (iii) Zündkerze mit einer einheitlich aus einem einzigen Material bestehenden Zündkerzenelektrode und einer Zündkerzenelektrode aus einem Material, an deren Ende ein Elektrodenendstück aus einem anderen Material stoffschlüssig befestigt worden ist, und (iv) Zündkerze mit Zündkerzenelektroden aus einem Material, an deren jeweiligem Ende ein Elektrodenendstück aus einem anderen Material stoffschlüssig befestigt worden ist. Auch Bauarten in Gestalt beliebiger Kombinationen sind möglich, als nur ein Beispiel sei genannt eine Kombination von Bauarten in Gestalt einer Zündkerze mit einer einheitlich aus einem einzigen Material X bestehenden Zündkerzenelektrode und einer Zündkerzenelektrode aus einem Material Y, an deren Ende ein Elektrodenendstück aus einem Material X stoffschlüssig befestigt worden ist. Für den Fachmann an sich unnötig zu erwähnen, dass die Zündfunken in den jeweiligen Konstellationen zwischen Elektrodenenden, zwischen Elektrodenende und Elektrodenendstück oder zwischen Elektrodenendstücken erzeugt werden.

US 8,274,204 B2 offenbart eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor mit einer oder mehreren Elektroden mit einem Elektrodenmaterial aus einer auf Platin (Pt) basierenden Legierung. Die Legierung umfasst Aluminium (AI) und ein oder mehrere hochschmelzende Metalle, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die Nickel (Ni), Rhenium (Re), Ruthenium (Ru), Tantal (Ta), Molybdän (Mo) und Wolfram (W) enthält.

US 8,436,520 B2 offenbart eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor mit einer Mittelelektrode, einer Masseelektrode oder beiden, die ein Elektrodenmaterial enthalten, das eine Legierung auf Platinbasis ist. Das Elektrodenmaterial kann neben dem Platin (Pt), Aluminium (AI) oder Silizium (Si) und mindestens ein hochschmelzendes Element wie Ruthenium (Ru), Iridium (Ir), Wolfram (W), Molybdän (Mo), Rhenium (Re), Tantal (Ta), Niob (Nb), Chrom (Cr) oder eine Kombination davon umfassen.

Eine Schwäche der eingangs erwähnten herkömmlichen Platinzündkerzen des Standes der Technik ist das Auftreten eines sogenannten „balling effects“ an der oder den Elektrodenenden oder -endstücken nach längerer Betriebsdauer; bei diesem balling effect bilden sich nämlich hochplatinreiche oder im Wesentlichen aus Platin bestehende Kügelchen an der oder den Platinelektrodenenden mit der Folge, dass der Elektrodenabstand in unzulässiger Weise verkleinert wird bis hin zur Bildung eines Kurzschlusses zwischen den Elektrodenenden oder dass die Kügelchen sich lösen und Schäden im Motor anrichten können. Es bestand daher die Aufgabe, das Auftreten des balling effects zu verhindern oder zumindest deutlich zu vermindern.

Die Anmelderin hat zur eigenen Überraschung festgestellt, dass das Ausmaß und die Geschwindigkeit der Ausbildung des unerwünschten balling effects deutlich verringert oder dessen Auftreten sogar verhindert werden kann, wenn man Elektroden respektive Elektrodenendstücke von Zündkerzen aus einer Platinlegierung umfassend einen geringen Anteil von 40 bis 4700 Gew.-ppm (Gewichts-ppm), bevorzugt 40 bis 4500 Gew.-ppm, insbesondere 40 bis 4000 Gew.-ppm mindestens eines Legierungsmetalls ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Calcium (Ca), Germanium (Ge), Lanthan (La), Scandium (Sc), Yttrium (Y) und Zirkonium (Zr) verwendet respektive daraus fertigt.

Die Lösung der Aufgabe bzw. die Erfindung besteht daher in der Verwendung einer Platinlegierung umfassend 40 bis 4700 Gew.-ppm, bevorzugt 40 bis 4500 Gew.-ppm, insbesondere 40 bis 4000 Gew.-ppm mindestens eines Legierungsmetalls M1 ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Calcium (Ca), Germanium (Ge), Lanthan (La), Scandium (Sc), Yttrium (Y) und Zirkonium (Zr) als Material für bzw. zur Herstellung mindestens einer der Elektroden einer Zündkerze oder zur Herstellung mindestens eines Elektrodenendstückes mindestens einer der Elektroden einer Zündkerze. Dabei sind Calcium (Ca), Scandium (Sc), Yttrium (Y) und Zirkonium (Zr) bevorzugte Legierungsmetalle vom Typ M1; innerhalb der aus Calcium (Ca), Scandium (Sc), Yttrium (Y) und Zirkonium (Zr) als bevorzugte Legierungsmetalle vom Typ M1 bestehenden Gruppe wird in der weiteren Folge als auch in den Patentansprüchen auch noch weiter unterschieden zwischen dem Metall Zirkonium (Zr) einerseits und andererseits den Metallen Calcium (Ca), Scandium (Sc) und Yttrium (Y) als Vertreter einer mit MT bezeichneten Untergruppe von Legierungsmetallen vom Typ M1.

Bevorzugt setzen sich die 40 bis 4700 Gew.-ppm respektive die bevorzugten 40 bis 4500 Gew.- ppm respektive die insbesondere bevorzugten 40 bis 4000 Gew.-ppm des mindestens einen Legierungsmetalls M1 aus 40 bis 4700 Gew.-ppm, bevorzugt 40 bis 4500 Gew.-ppm, insbesondere 40 bis 4000 Gew.-ppm Zirkonium (Zr) und/oder aus 40 bis 400 Gew.-ppm mindestens eines Legierungsmetalls MT ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Calcium (Ca), Scandium (Sc) und Yttrium (Y) zusammen, wobei die Summe der Anteile der Legierungsmetalle M1 einen Gesamtanteil von 4700 Gew.-ppm, bevorzugt 4500 Gew.-ppm, insbesondere 4000 Gew.-ppm nicht überschreitet. Bevorzugt ist insofern die Verwendung einer Platinlegierung umfassend 40 bis 4700 Gew.-ppm, bevorzugt 40 bis 4500 Gew.-ppm, insbesondere 40 bis 4000 Gew.-ppm Zirkonium (Zr) und/oder 40 bis 400 Gew.-ppm mindestens eines Legierungsmetalls M ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Calcium (Ca), Scandium (Sc) und Yttrium (Y), wobei die Summe der Anteile der Legierungsmetalle M1 einen Gesamtanteil von 4700 Gew.-ppm, bevorzugt 4500 Gew.-ppm, insbesondere 4000 Gew.-ppm nicht überschreitet.

Neben Platin und dem mindestens einen Legierungsmetall vom Typ M1 kann die erfindungsgemäß verwendbare Platinlegierung auch ein oder mehrere weitere Legierungsmetalle M2 umfassen. Bei den Legierungsmetallen M2 handelt es sich um die Metalle Chrom (Cr), Eisen (Fe), Gold (Au), Iridium (Ir), Kobalt (Co), Kupfer (Cu), Molybdän (Mo), Nickel (Ni), Palladium (Pd), Rhenium (Re), Ruthenium (Ru), Silber (Ag), Titan (Ti) und Wolfram (W). Mit anderen Worten, die erfindungsgemäß verwendbare Platinlegierung kann Platin (Pt) legiert mit 40 bis 4700 Gew.-ppm, bevorzugt 40 bis 4500 Gew.-ppm, insbesondere 40 bis 4000 Gew.-ppm mindestens eines Legierungsmetalls M1 ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Calcium (Ca), Germanium (Ge), Lanthan (La), Scandium (Sc), Yttrium (Y) und Zirkonium (Zr), und mit 0 bis 60 Gew.-% (Gewichts-%), bevorzugt 0,5 bis 50 Gew.-% mindestens eines Legierungsmetalls M2 ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Chrom (Cr), Eisen (Fe), Gold (Au), Iridium (Ir), Kobalt (Co), Kupfer (Cu), Molybdän (Mo), Nickel (Ni), Palladium (Pd), Rhenium (Re), Ruthenium (Ru), Silber (Ag), Titan (Ti) und Wolfram (W) umfassen. Wenn hierin von der Gruppe bestehend aus Chrom (Cr), Eisen (Fe), Gold (Au), Iridium (Ir), Kobalt (Co), Kupfer (Cu), Molybdän (Mo), Nickel (Ni), Palladium (Pd), Rhenium (Re), Ruthenium (Ru), Silber (Ag), Titan (Ti) und Wolfram (W) die Rede ist, gilt, dass Eisen (Fe), Gold (Au), Iridium (Ir), Nickel (Ni), Palladium (Pd), Rhenium (Re), Ruthenium (Ru), Silber (Ag) und Wolfram (W) bevorzugte Legierungsmetalle vom Typ M2 sind.

Iridium (Ir), Molybdän (Mo), Palladium (Pd), Rhenium (Re), Ruthenium (Ru) und Wolfram (W) können dabei als Vertreter der Legierungsmetalle vom Typ M2 die Funkenerosionsbeständigkeit der erfindungsgemäß verwendbaren Platinlegierung erhöhen. Chrom (Cr), Gold (Au) und Titan (Ti) können dabei als Vertreter der Legierungsmetalle vom Typ M2 die Oxidationsbeständigkeit der erfindungsgemäß verwendbaren Platinlegierung erhöhen. Kupfer (Cu) und Silber (Ag) können dabei als Vertreter der Legierungsmetalle vom Typ M2 die elektrische und die Wärmeleitfähigkeit der erfindungsgemäß verwendbaren Platinlegierung erhöhen. Insbesondere Eisen (Fe), Kobalt (Co), Kupfer (Cu) und Nickel (Ni) können dabei als Vertreter der Legierungsmetalle vom Typ M2 einen preisdämpfenden Einfluss auf die erfindungsgemäß verwendbare Platinlegierung haben.

Die erfindungsgemäß verwendbare Platinlegierung kann neben Platin und vorerwähnten Legierungsmetallen M1 und gegebenenfalls M2 auch weitere davon verschiedene Elemente umfassen, die aufgrund technischer Gegebenheiten unbeabsichtigt in die Platinlegierung gelangt sein können, z.B. als Folge einer unbeabsichtigten, aber unvermeidlichen Einarbeitung bei der Herstellung der Platinlegierung. Mit anderen Worten, solche weiteren Elemente können in der erfindungsgemäß verwendbaren Platinlegierung als unvermeidbare Verunreinigungen enthalten sein und falls zutreffend, allerdings nur in sehr geringen Anteilen von im Einzelfall z.B. >0 bis im Allgemeinen <100 Gew.-ppm. In jedem Fall werden solche unvermeidbaren Verunreinigungen nicht absichtlich der erfindungsgemäß verwendbaren Platinlegierung zugesetzt oder zugeführt. Beispielsweise kann die erfindungsgemäß verwendbare Platinlegierung durch Sauerstoff, insbesondere durch oxidischen Sauerstoff „verunreinigt“ sein; der Sauerstoffgehalt in der erfindungsgemäß verwendbaren Platinlegierung kann dann beispielsweise im Bereich von 3 bis 15 Gew.-ppm liegen, bevorzugt unterhalb 10 Gew.-ppm.

Falls unvermeidbare Verunreinigungen vorhanden sind, was im Allgemeinen zutrifft, so liegt der Gesamtanteil an unvermeidbaren Verunreinigungen innerhalb der erfindungsgemäß verwendbaren Platinlegierung in Form von vom Platin und den Legierungsmetallen M1 und M2 verschiedenen Elementen bei >0 bis <1000 Gew.-ppm. In einer ersten Ausführungsform kann die erfindungsgemäß verwendbare Platinlegierung aus Platin (Pt), 40 bis 4700 Gew.-ppm, bevorzugt 40 bis 4500 Gew.-ppm, insbesondere 40 bis 4000 Gew.-ppm mindestens eines Legierungsmetalls M1 ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Calcium (Ca), Germanium (Ge), Lanthan (La), Scandium (Sc), Yttrium (Y) und Zirkonium (Zr), 0 bis 60 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 50 Gew.-% mindestens eines Legierungsmetalls M2 ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Chrom (Cr), Eisen (Fe), Gold (Au), Iridium (Ir), Kobalt (Co), Kupfer (Cu), Molybdän (Mo), Nickel (Ni), Palladium (Pd), Rhenium (Re), Ruthenium (Ru), Silber (Ag), Titan (Ti) und Wolfram (W), und 0 oder >0 bis <1000 Gew.-ppm unvermeidbarer Verunreinigungen in Form von einem oder mehreren von Platin und den Legierungsmetallen M1 und M2 verschiedenen Elementen bestehen.

In einer zweiten und bevorzugten Ausführungsform kann die erfindungsgemäß verwendbare Platinlegierung aus Platin (Pt), 40 bis 4700 Gew.-ppm, bevorzugt 40 bis 4500 Gew.-ppm, insbesondere 40 bis 4000 Gew.-ppm mindestens eines Legierungsmetalls M1 ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Calcium (Ca), Scandium (Sc), Yttrium (Y) und Zirkonium (Zr), 0 bis 60 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 50 Gew.-% mindestens eines Legierungsmetalls M2 ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Chrom (Cr), Eisen (Fe), Gold (Au), Iridium (Ir), Kobalt (Co), Kupfer (Cu), Molybdän (Mo), Nickel (Ni), Palladium (Pd), Rhenium (Re), Ruthenium (Ru), Silber (Ag), Titan (Ti) und Wolfram (W), und 0 oder >0 bis <1000 Gew.-ppm unvermeidbarer Verunreinigungen in Form von einem oder mehreren von Platin und den Legierungsmetallen M1 und M2 verschiedenen Elementen bestehen.

In einer dritten und besonders bevorzugten Ausführungsform kann die erfindungsgemäß verwendbare Platinlegierung aus Platin (Pt), 40 bis 4700 Gew.-ppm, bevorzugt 40 bis 4500 Gew.-ppm, insbesondere 40 bis 4000 Gew.-ppm Zirkonium (Zr) und/oder 40 bis 400 Gew.-ppm mindestens eines Legierungsmetalls MT ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Calcium (Ca), Scandium (Sc) und Yttrium (Y), 0 bis 60 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 50 Gew.-% mindestens eines Legierungsmetalls M2 ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Chrom (Cr), Eisen (Fe), Gold (Au), Iridium (Ir), Kobalt (Co), Kupfer (Cu), Molybdän (Mo), Nickel (Ni), Palladium (Pd), Rhenium (Re), Ruthenium (Ru), Silber (Ag), Titan (Ti) und Wolfram (W), und 0 oder >0 bis <1000 Gew.-ppm unvermeidbarer Verunreinigungen in Form von einem oder mehreren von Platin und den Legierungsmetallen M1 und M2 verschiedenen Elementen bestehen, wobei die Summe der Anteile der Legierungsmetalle M1 einen Gesamtanteil von 4700 Gew.-ppm, bevorzugt 4500 Gew.-ppm, insbesondere 4000 Gew.-ppm nicht überschreitet. Beispiele für zweckmäßige Ausführungsformen von erfindungsgemäß verwendbaren Platinlegierungen umfassen solche vom Typ PtNi10-30 (Legierung aus Platin mit einem Anteil von 10 bis 30 Gew.-% Nickel), PtNi>30-40, Ptlr1-10 (bevorzugt Ptlr1-5), PtRu1-10 (bevorzugt PtRu1-5) und Ptl r1 -5Ni 1 -5, jeweils legiert mit 40 bis 4700 Gew.-ppm, bevorzugt 40 bis 4500 Gew.-ppm, insbesondere 40 bis 4000 Gew.-ppm mindestens eines Legierungsmetalls M1 ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Calcium (Ca), Germanium (Ge), Lanthan (La), Scandium (Sc), Yttrium (Y) und Zirkonium (Zr). Diese Ausführungsformen können neben den hier in diesem Absatz explizit genannten Elementen auch weitere davon verschiedene Elemente umfassen, die aufgrund technischer Gegebenheiten unbeabsichtigt in die Platinlegierung gelangt sein können, z.B. als Folge einer unbeabsichtigten, aber unvermeidlichen Einarbeitung bei der Herstellung der Platinlegierung. Mit anderen Worten, solche weiteren Elemente können als unvermeidbare Verunreinigungen enthalten sein und falls zutreffend allerdings nur in sehr geringen Anteilen von im Einzelfall z.B. >0 bis im Allgemeinen <100 Gew.-ppm. In jedem Fall werden solche unvermeidbaren Verunreinigungen nicht absichtlich zugesetzt oder zugeführt. Der Gesamtanteil an solchen unvermeidbaren Verunreinigungen beträgt 0 oder >0 bis <1000 Gew.-ppm.

Beispiele für weitere zweckmäßige und dabei bevorzugte Ausführungsformen von erfindungsgemäß verwendbaren Platinlegierungen umfassen solche vom Typ PtNi 10-30, PtNi>30-40, Ptlrl -10 (bevorzugt Ptlrl -5), PtRu1-10 (bevorzugt PtRu1-5) und Ptlrl -5Ni1 -5, jeweils legiert mit 40 bis 4700 Gew.-ppm, bevorzugt 40 bis 4500 Gew.-ppm, insbesondere 40 bis 4000 Gew.-ppm Zirkonium (Zr) und/oder mit 40 bis 400 Gew.-ppm mindestens eines Legierungsmetalls MT ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Calcium (Ca), Scandium (Sc) und Yttrium (Y), wobei die Summe der Anteile der Legierungsmetalle M1 einen Gesamtanteil von 4700 Gew.-ppm, bevorzugt 4500 Gew.-ppm, insbesondere 4000 Gew.-ppm nicht überschreitet. Bezüglich weiterer Elemente und unvermeidbarer Verunreinigungen gilt das Gleiche wie bei den Beispielen für zweckmäßige Ausführungsformen schon gesagt.

Um Missverständnisse auszuschließen, das Platin, das oder die von der erfindungsgemäß verwendbaren Platinlegierung umfassten Legierungsmetalle vom Typ M1 als auch das oder die von der erfindungsgemäß verwendbaren Platinlegierung gegebenenfalls, bevorzugt jedoch umfassten Legierungsmetalle vom Typ M2 liegen elementar in der Oxidationsstufe 0 in der Platinlegierung vor. Es handelt sich bei der erfindungsgemäß verwendbaren Platinlegierung nicht um eine durch Oxidation dispersionsgehärtete Platinlegierung wie beispielsweise die von Heraeus erhältlichen Platin DPH Produkte; vielmehr handelt es sich bei der erfindungsgemäß verwendbaren Platinlegierung um eine durch Oxidation dispersionshärtbare Platinlegierung. Bei der hier in Rede stehenden erfindungsgemäßen Verwendung findet allerdings keine Dispersionshärtung ganzer besagter Elektroden oder ganzer besagter Elektrodenendstücke statt, d.h. weder bei deren Fertigung noch bei der Fertigung einer damit ausgestatteten Zündkerze noch während des Betriebs einer solchen Zündkerze.

Die erfindungsgemäß verwendbare Platinlegierung kann durch herkömmliche, dem Fachmann bekannte Verfahren hergestellt werden, z.B. durch Zusammenschmelzen der die Platinlegierung bildenden Elemente, d.h. des Platins, des mindestens einen Legierungsmetalls M1 und gegebenenfalls des mindestens einen Legierungsmetalls M2. Es ist dabei möglich, einen Induktionsofen, einen Plasmaofen oder einen Lichtbogenofen zu verwenden, und es kann unter Vakuum oder unter einer Schutzgasatmosphäre gearbeitet werden. Die verwendeten Materialien, beispielsweise in Form von Metallen und/oder Masterlegierungen, können einen Reinheitsgrad von z.B. >99,8 Gew.-% aufweisen. Die geschmolzene Platinlegierung wird typischerweise bei Raumtemperatur in eine Form gegossen, in der sie abkühlt und erstarrt. Danach kann die erstarrte Platinlegierung nach üblichen dem Fachmann bekannten Umformverfahren wie beispielsweise Schmieden, Walzen, Rohr- oder Drahtziehen zu Rohren, Blechen oder Drähten verarbeitet werden, welche wiederum mittels üblichen dem Fachmann bekannten Fertigungsverfahren zu besagten Zündkerzenelektroden, Zündkerzenelektrodenendstücken respektive Zündkerzen weiterverarbeitet werden können. Beispiele für Fertigungsschritte innerhalb solcher Fertigungsverfahren umfassen Sägen, Scheren, Stanzen, Fließpressen und Schweißen. Die erfindungsgemäß verwendbare Platinlegierung kann auch durch direktes Gießen zu fertigem Halbzeug, wie beispielsweise Rohre, Bleche, Bänder oder Drähte verarbeitet werden.

Wie durch Zündfunkentests auf einem wie schon eingangs erwähnten Zündfunkentestprüfstand nachgewiesen werden konnte, zeichnen sich unter Verwendung besagter Platinlegierung hergestellte Zündkerzenelektroden respektive Zündkerzenelektrodenendstücke während des Betriebs damit ausgestatteter Zündkerzen durch eine außergewöhnlich lange Betriebslebensdauer aus, beispielsweise im Bereich von von 200 bis 250 Millionen Zündvorgängen (entsprechend ca. 150000 km Fahrleistung eines Fahrzeugs mit Vierzylindermotor) verglichen mit an sich schon hohen Betriebslebensdauern herkömmlicher Platinzündkerzen des Standes der Technik von 140 bis 180 Millionen Zündvorgängen (entsprechend ca. 100000 km Fahrleistung eines Fahrzeugs mit Vierzylindermotor). Dabei hat sich gezeigt, dass der Anteil von 40 bis 4700 Gew.-ppm, bevorzugt 40 bis 4500 Gew.-ppm, insbesondere 40 bis 4000 Gew.-ppm des mindestens einen Legierungsmetalls M1 ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Calcium (Ca), Germanium (Ge), Lanthan (La), Scandium (Sc), Yttrium (Y) und Zirkonium (Zr) in der erfindungsgemäß verwendbaren Platinlegierung zu einer deutlichen Reduktion des eingangs erwähnten unerwünschten balling effects während des Motorbetriebs führen kann. Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden sein zu wollen, wird lediglich vermutet, dass sich die Oberflächenspannung des aufgeschmolzenen Elektrodenmaterials aus der erfindungsgemäß verwendbaren Platinlegierung unter den Zündfunken verändert. Aufgeschmolzenes Material hat durch den Plasmadruck des Zündfunkens eine Flüssigkeitsströmung, es kann vermutet werden, dass diese Flüssigkeitsströmung sich möglicherweise umkehrt und sich als Folge dessen kein Material mehr vor den Zündfunken aufbaut, sondern sich flach hinter den Zündfunken verteilt.

Die Erfindung betrifft auch folgende jeweils unter Verwendung einer beliebigen der vorerwähnten Ausführungsformen der Platinlegierung herstellbaren Produkte bzw. Gegenstände: eine Zündkerzenelektrode aus einer beliebigen der vorerwähnten Ausführungsformen der erfindungsgemäß verwendbaren Platinlegierung, ein Zündkerzenelektrodenendstück aus einer beliebigen der vorerwähnten Ausführungsformen der erfindungsgemäß verwendbaren Platinlegierung, eine Zündkerze umfassend mindestens eine Elektrode aus einer beliebigen der vorerwähnten Ausführungsformen der erfindungsgemäß verwendbaren Platinlegierung und eine Zündkerze umfassend mindestens ein Elektrodenendstück aus einer beliebigen der vorerwähnten Ausführungsformen der erfindungsgemäß verwendbaren Platinlegierung. Eingangs wurde darauf hingewiesen, dass der Ausdruck „Elektrodenendstück bzw. Zündkerzenelektrodenendstück“ sich auf ein an einem Zündkerzenelektrodenende stoffschlüssig beispielsweise durch Schweißen befestigtes Elektrodenendstück beziehen kann. Insofern sei im Zusammenhang mit den hier genannten Produkten bzw. Gegenständen - soweit sie ein solches stoffschlüssig befestigtes Zündkerzenelektrodenendstück betreffen oder umfassen - nur der Vollständigkeit halber darauf hingewiesen, dass die hierin wiederholt genannten „>0 bis <1000 Gew.-ppm unvermeidbarer Verunreinigungen“ nicht nur während der Herstellung einer betreffenden Platinlegierung sondern gegebenenfalls auch als Folge einer unbeabsichtigten Einarbeitung bei der stoffschlüssigen Befestigung, beispielsweise aus einem dabei verwendeten Schweißzusatzmaterial im Zuge eines Schweißprozesses in die das Zündkerzenelektrodenendstück bildende Platinlegierung gelangen bzw. gelangt sein können.

Claims

Patentansprüche

1. Verwendung einer Platinlegierung als Material für respektive zur Herstellung einer Zündkerzenelektrode oder eines Zündkerzenelektrodenendstücks oder mindestens einer der Elektroden einer Zündkerze oder mindestens eines Elektrodenendstückes mindestens einer der Elektroden einer Zündkerze, wobei die Platinlegierung aus Platin (Pt), 40 bis 4700 Gew.-ppm mindestens eines Legierungsmetalls M1 ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Calcium (Ca), Germanium (Ge), Lanthan (La), Scandium (Sc), Yttrium (Y) und Zirkonium (Zr), 0 bis 60 Gew.-% mindestens eines Legierungsmetalls M2 ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Chrom (Cr), Eisen (Fe), Gold (Au), Iridium (Ir), Kobalt (Co), Kupfer (Cu), Molybdän (Mo), Nickel (Ni), Palladium (Pd), Rhenium (Re), Ruthenium (Ru), Silber (Ag), Titan (Ti) und Wolfram (W), und 0 oder >0 bis <1000 Gew.-ppm unvermeidbarer Verunreinigungen in Form von einem oder mehreren von Platin und den Legierungsmetallen M1 und M2 verschiedenen Elementen besteht.

2. Verwendung nach Anspruch 1, wobei das Legierungsmetall M1 ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Calcium (Ca), Scandium (Sc), Yttrium (Y) und Zirkonium (Zr).

3. Verwendung nach Anspruch 1 , wobei sich die 40 bis 4700 Gew.-ppm des mindestens eines Legierungsmetalls M1 zusammensetzen aus 40 bis 4700 Gew.-ppm Zirkonium (Zr) und/oder aus 40 bis 400 Gew.-ppm mindestens eines Legierungsmetalls MT ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Calcium (Ca), Scandium (Sc) und Yttrium (Y), wobei die Summe der Anteile der Legierungsmetalle M1 einen Gesamtanteil von 4700 Gew.-ppm nicht überschreitet.

4. Verwendung nach Anspruch 1 , wobei die Platinlegierung ausgewählt ist aus solchen vom Typ PtNi 10-30, PtNi>30-40, Ptlrl -10, PtRu1-10 und Ptlrl -5Ni1 -5, jeweils legiert mit 40 bis 4700 Gew.-ppm mindestens eines Legierungsmetalls M1 ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Calcium (Ca), Germanium (Ge), Lanthan (La), Scandium (Sc), Yttrium (Y) und Zirkonium (Zr), wobei die Platinlegierung einen Gesamtanteil von 0 oder >0 bis <1000 Gew.- ppm unvermeidbarer Verunreinigungen in Form von weiteren von den hier im vorliegenden Anspruch explizit genannten Elementen verschiedenen Elementen umfasst.

5. Gegenstand ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zündkerzenelektroden aus einer Platinlegierung, Zündkerzenelektrodenendstücken aus einer Platinlegierung, Zündkerzen umfassend mindestens eine Elektrode aus einer Platinlegierung und Zündkerzen umfassend mindestens ein Elektrodenendstück aus einer Platinlegierung, wobei die Platinlegierung aus Platin (Pt), 40 bis 4700 Gew.-ppm mindestens eines Legierungsmetalls M1 ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Calcium (Ca), Germanium (Ge), Lanthan (La), Scandium (Sc), Yttrium (Y) und Zirkonium (Zr), 0 bis 60 Gew.-% mindestens eines Legierungsmetalls M2 ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Chrom (Cr), Eisen (Fe), Gold (Au), Iridium (Ir), Kobalt (Co), Kupfer (Cu), Molybdän (Mo), Nickel (Ni), Palladium (Pd), Rhenium (Re), Ruthenium (Ru), Silber (Ag), Titan (Ti) und Wolfram (W), und 0 oder >0 bis <1000 Gew.-ppm unvermeidbarer Verunreinigungen in Form von einem oder mehreren von Platin und den Legierungsmetallen M1 und M2 verschiedenen Elementen besteht.

6. Gegenstand nach Anspruch 5, wobei das Legierungsmetall M1 ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Calcium (Ca), Scandium (Sc), Yttrium (Y) und Zirkonium (Zr).

7. Gegenstand nach Anspruch 5, wobei sich die 40 bis 4700 Gew.-ppm mindestens eines Legierungsmetalls M1 zusammensetzen aus 40 bis 4700 Gew.-ppm Zirkonium (Zr) und/oder aus 40 bis 400 Gew.-ppm mindestens eines Legierungsmetalls MT ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Calcium (Ca), Scandium (Sc) und Yttrium (Y), wobei die Summe der Anteile der Legierungsmetalle M1 einen Gesamtanteil von 4700 Gew.-ppm nicht überschreitet.

8. Gegenstand nach Anspruch 5, wobei die Platinlegierung ausgewählt ist aus solchen vom Typ PtNi 10-30, PtNi>30-40, Ptlrl -10, PtRu1-10 und Ptlrl -5Ni1 -5, jeweils legiert mit 40 bis 4700 Gew.-ppm mindestens eines Legierungsmetalls M1 ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Calcium (Ca), Germanium (Ge), Lanthan (La), Scandium (Sc), Yttrium (Y) und Zirkonium (Zr), wobei die Platinlegierung einen Gesamtanteil von 0 oder >0 bis <1000 Gew.- ppm unvermeidbarer Verunreinigungen in Form von weiteren von den hier im vorliegenden Anspruch explizit genannten Elementen verschiedenen Elementen umfasst.