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  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Mittelelektrode einer Zündkerze vorgeschlagen. Bei dem Verfahren wird ein im Wesentlichen zylinderischer Grundkörper (11) hergestellt, auf den eine lokale Schutzschicht (20) aus einer auf Rutheniumbasis hergestellten Legierung aufgebracht wird. Erfindungsgemäß wird die Legierung in From eines Schlickers auf den Grundkörper (11) aufgebracht und nach einem Umschmelzprozess mit dem Grundkörper (11) verbunden (Figur).
    公开号:DE102004018933A1
    申请号:DE200410018933
    申请日:2004-04-20
    公开日:2005-11-17
    发明作者:Klaus Czerwinski；Klaus Hrastnik；Thomas Kaiser；Lars Menken；Bernd Reinsch
    申请人:Robert Bosch GmbH；
    IPC主号:C22C5-04
    专利说明:
    [0001] DieErfindung geht von einem Verfahren zur Herstellung einer Mittelelektrodeeiner Zündkerzemit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 aus.
    [0002] Elektrodenvon Zündkerzentauchen in Einbaulage in einen Brennraum einer Brennkraftmaschineein und sind dann Funkenerosion, Oxidation und Korrosion und damiteinem starken Verschleiß ausgesetzt.In Abhängigkeitvon der mittels der im Betrieb der Zündkerze resultierenden Funkenauf die Elektroden übertrageneEnergie wird der Werkstoff der Elektroden aufgeschmolzen, verdampftund/oder oxidiert.
    [0003] ZurVerlängerungder Lebensdauer von Zündkerzenkönnensowohl konstruktive als auch werkstofftechnische Maßnahmen ergriffenwerden. Zur Fertigung der Zündkerzenelektrodenwerden in der Regel Werkstoffe eingesetzt, die einen hohen Schmelz-und einen hohen Siedepunkt aufweisen, wobei die Werkstoffauswahlso erfolgt, dass die Bogenanteile einer im Betrieb der Zündkerzeauftretenden Nachentladung zugunsten einer hinsichtlich der FunkenerosiongünstigerenGlimmentladung verringert werden. Insbesondere werden für ZündkerzenelektrodenWerkstoffe eingesetzt, die eine geringe Oxidationsneigung, einegeringe Korrosionsneigung und/oder eine hohe Verschleißbeständigkeitgegen funkenerosive Angriffe haben.
    [0004] Insbesondereein Werkstoff auf Nickelbasis bildet ein weit verbreitetes Materialzur Fertigung von Elektroden von Zündkerzen. Zur Herstellung besonderslanglebiger Zündkerzenelektrodenkönnenauch Werkstoffe auf Platinbasis oder auch auf Iridiumbasis eingesetztwerden. Auch ist es bekannt, eine Zündkerze mit einer Mittelelektrodeherzustellen, die aus einem Grundkörper aus einem auf Nickelbasishergestellten Werkstoff und einer lokalen Verstärkung aus Platin besteht. DieVerwendung von Platin als Elektrodenwerkstoff macht Zündkerzenaber sehr teuer.
    [0005] Ausder europäischenPatentanmeldung EP 0660 475 A1 ist eine Zündkerzebekannt, die eine Masseelektrode sowie eine Mittelelektrode aufweist, welcheaus einem Grundkörperund einem Insert bzw. einem Ansatz aus einer Ruthenium/Aluminium-Legierungbesteht. Zur Herstellung der Mittelelektrode wird zunächst derGrundkörpergeformt und anschließendan der der Masseelektrode zugewandten Stirnseite des Grund körpers daseine lokale Schutzschicht darstellende Insert aufgebracht.
    [0006] Dasaus der EP 0 660 475A1 bekannte Insert lässtsich aber nicht bei einer als so genannte Gleitfunkenkerze ausgebildeteZündkerzeeinsetzen, die eine Mittelelektrode aufweist, die über ihrenUmfang mit mehreren Masseelektroden zusammenwirkt.
    [0007] DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellungeiner Mittelelektrode einer Zündkerzevorzuschlagen, nach dem eine über ihrenUmfang mit mindestens einer Masseelektrode zusammenwirkende Mittelelektrodeeiner Zündkerze miteiner hohen Funkenerosions- und/oder Oxidationsbeständigkeitgefertigt werden kann.
    [0008] Daserfindungsgemäße Verfahrenzur Herstellung einer Mittelelektrode einer Zündkerze, bei dem ein Grundkörper hergestelltwird, auf den eine lokale Schutzschicht aus einer auf Rutheniumbasis hergestelltenLegierung aufgebracht wird, wobei die Legierung zur Ausbildung derSchutzschicht in Form eines Schlickers aufgebracht und nach einemUmschmelzprozess mit dem Grundkörperverbunden wird, hat den Vorteil, dass damit eine Mittelelektrode aneiner beliebigen Stelle, d. h. auch an ihrem Umfang mit einer verschleißbeständigen,d. h. funkenerosions- und oxidationsbeständigen Schutzschicht versehenwerden kann, die aufgrund ihrer spröden Beschaffenheit einer umformtechnischenForm gebung nicht zugänglichist. Die Schutzschicht wird insbesondere lokal im Bereich des Funkenangriffsauf den im Wesentlichen zylindrischen Grundkörper aufgebracht.
    [0009] Dieerfindungsgemäß hergestellteMittelelektrode ist insbesondere eine Mittelelektrode, die über ihrenUmfang mit mindesten einer Masseelektrode zusammenwirkt. Der Schlickerwird dann zweckmäßigerweiseam Umfang des Grundkörpersaufgebracht. Beispielsweise handelt es sich in diesem Falle um dieMittelelektrode einer so genannten Gleitfunkenkerze.
    [0010] Nachdem erfindungsgemäßen Verfahrenist eine Mittelelektrode einer Zündkerzeherstellbar, deren Verschleißbeständigkeitzwar geringer ist als eine mit Platin verstärkte Mittelelektrode, aberhöher ist alsdiejenige des Grundkörpers,der beispielsweise aus einer Legierung auf Nickelbasis hergestelltist. Ferner ergibt sich bei einer erfindungsgemäß hergestellten Mittelelektrodegegenübereiner Mittelelektrode mit einer Platinverstärkung ein erheblicher Kostenvorteil.
    [0011] Beidem Verfahren nach der Erfindung sind zur Herstellung der Schutzschichtnur geringe Mengen an Legierung erforderlich, so dass für die Schutzschichtnun geringe Werkstoffkosten anfallen.
    [0012] Beieiner bevorzugten Ausführungsformdes Verfahrens nach der Erfindung wird eine Legierung eingesetzt,die neben Ruthenium die Elemente Nickel, Aluminium und/oder Chromumfasst, wobei der Nickelanteil der Legierung vorzugsweise etwa30 Vol.-% bis 40 Vol.-% und der Anteil der Legierung an Aluminiumund Chrom etwa 10 Vol.-% bis 30 Vol.-% beträgt. In Abhängigkeit vom Anteil der jeweiligenLegierungselemente Nickel, Aluminium und Chrom können so für den jeweiligen Anwendungsfallausreichend hohe Schmelzpunkte eingestellt werden, die eine hoheVerschleißbeständigkeitder Mittelelektrode gewährleisten.Der Aluminium- und Chromanteil der Legierung gewährleistet des Weiteren, dasssich in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine, in dem eine oxidativeAtmosphäreherrscht und in den die Mittelelektrode im Betrieb eintaucht, stabileund schnell wachsende Aluminiumoxid- und Chromoxidschichten aufder Mittelelektrode ausbilden. Diese Schichten verhindern eine starkeOxidation der Mittelelektrode. Auch im Falle eines Abplatzens der Oxidschichtenaufgrund eines Thermoschocks oder aufgrund einer Befunkung wachsenOxidschichten nach, so dass die das Elektrodenmaterial schützende Wirkungbestehen bleibt. Es ist in diesem Falle aber zweckmäßig, zurHerstellung des Grundkörpers einenWerkstoff einzusetzen, der hinreichende Mengen an Aluminium undChrom zur Nachspeisung der Oxidschichten enthält.
    [0013] DerSchlicker, der zweckmäßigerweisenur im Bereich des im Betrieb der Zündkerze erfolgenden Funkenangriffsauf den Grundkörperaufgebracht wird, besteht bei einer bevorzugten Ausführungsform desVerfahrens nach der Erfindung aus einem Binder, der vorzugsweiseeinen Anteil zwischen 5 Vol.-% und 9 vol.-% hat, einem Lösungsmittel,das vorzugsweise einen Anteil zwischen 31 Vol.-% und 45 Vol.-% hat, undder Legierung, die vorzugsweise einen Anteil zwischen 50 Vol.-%und 60 Vol.-% hat. In Abhängigkeitvon der Zusammensetzung des Schlickers können unterschiedliche Schichtdickender Legierung mit guter Qualitätrealisiert werden.
    [0014] AlsBinder des Schlickers kann beispielsweise Ethylcellulose eingesetztwerden, das bei dem Umschmelzprozess auf einfache Weise verdampft werdenkann.
    [0015] AlsLösungsmitteldes Schlickers eignen sich insbesondere ein organisches Lösungsmittel,das beispielsweise ein Gemisch aus Benzylalkohol und Ethanol darstellenkann. Das gewählteMischungsverhältnisder Bestandteile des Lösungsmittelsist zweckmäßigerweiseabhängigvon der herzustellenden Schichtdicke der Schutzschicht. So hat Ethanol beispielsweiseeinen niedrigeren Siedepunkt als Benzylalkohol. Daher wird bei derHerstellung größerer Schichtdicken,bei denen zum Austreiben des Lösungsmittelsmehr Zeit erforderlich ist, eine Lösungsmittelmischung gewählt, dieeinen höherenBenzylalkoholanteil aufweist. Ein zu hoher Ethanolanteil könnte aufgrunddes schnellen Verdampfungsprozesses zu einer Hohlraumbildung inder Schutzschicht führen.
    [0016] Umdie Mittelelektrode auf einfache Weise mit einer im Wesentlichenzylindrischen Umfangsflächeherstellen zu können,wird der Schlicker vorzugsweise in eine Ringnut der Grundelektrodeeingebracht.
    [0017] ZumAufbringen des Schlickers auf die Mittelelektrode eignet sich insbesondereein vorzugsweise luftdruckgesteuertes Mikrodosiergerät, das eineAufbringnadel mit einem Innendurchmesser von vorzugsweise 1,1 mmbis 1,3 mm hat und mit einem Luftdruck von etwa 2 bar bis 3 barbeaufschlagt ist. Der Innendurchmesser der Aufbringnadel und der Luftdruckkönnenin Abhängigkeitvon der Viskosität desSchlickers und der Korngröße des zurHerstellung des Schlickers eingesetzten Legierungspulvers gewählt werden.Die mittlere Korngröße der Legierungbeträgtbeispielsweise 22 μm.Das Mikrodosiergerätkann ein Standardlaborgerätmit einem Vorratsbehälterund einer vorzugsweise konischen Aufbringnadel sein, die beispielsweiseaus Polyethylen besteht.
    [0018] ZurDurchführungdes Umschmelzprozesses wird vorzugsweise ein Laser eingesetzt, derals Diodenlaser oder auch als YAG-Laser ausgeführt sein kann. Dabei wird zurErreichung einer hohen Verschleißbeständigkeit der Mischungsgradder Legierung mit dem Werkstoff des Grundkörpers auf maximal 35 % eingestellt.Ein höhererDurchmischungsgrad könntegegenübereiner schutzschichtfreien Mittelelektrode sogar zu einer Minderungder Verschleißbeständigkeitführen.Der Durchmischungsgrad ist abhängigvon der Prozessführungdes Laser-Umschmelzprozesses. Zur Optimierung des Umschmelzprozesseskönnenbeispielsweise die Leistung des Lasers, die Zeit für einenUmlauf des Lasers um den Umfang des Grundkörpers und die Anzahl der Umläufe verändert werden.Auch ist der Grad der Durchmischung abhängig von der Wärmekapazität des Grundkörpers, diewiederum abhängigist von der Geometrie bzw. den Abmessungen des Grundkörpers sowievon dem Absorptionsvermögendes für denSchlicker eingesetzten Legierungspulvers hinsichtlich der von demLaser abgegebenen Strahlung.
    [0019] Umeine gleichmäßig umgeschmolzene Schutzschichtzu fertigen, die im Wesentlichen keine den Anfangs- bzw. Endpunktdes Umschmelzprozesses markierende Stelle aufweist, ist es vorteilhaft, wenndas auf den Grundkörperaufgebrachte Material zweimal nacheinander umgeschmolzen wird. Dies kanninsbesondere dadurch realisiert werden, dass bei einem stationären Laserstrahlder Grundkörper während desUmschmelzprozesses zweimal um seine eigene Achse gedreht wird.
    [0020] WeitereVorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nachder Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
    [0021] Einbevorzugtes Ausführungsbeispieldes erfindungsgemäßen Verfahrensist in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und wirdin der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
    [0022] Dieeinzige Figur der Zeichnung zeigt eine Mittelelektrode einer alsGleitfunkenkerze ausgebildete Zündkerzebei der Fertigung.
    [0023] Inder Zeichnung ist eine Mittelelektrode 10 einer ansonstenin üblicherWeise ausgebildeten Gleitfunkenkerze zum Einbau in einen Motorblockeiner Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine während der Herstellung dargestellt.
    [0024] DieMittelelektrode 10 umfasst einen im Wesentlichen zylindrischenGrundkörperaus einer NiAlSiY-Legierung, der zur Erhöhung seiner Wärmeleitfähigkeiteinen Kupferkern 12 aufweist. Der Grundkörper 11 wirdmit einer am Umfang ausgebildeten Nut 13 gefertigt unddann auf ein rotierendes Werkzeug gesetzt.
    [0025] Anschließend wirddie Nut 13 mittels eines Mikrodosiergeräts 15, welches einenVorratsbehälter 16 für Schlickerund eine aus Polyethylen gefertigte, konische Nadel 17 miteinem Innendurchmesser von 1,19 mm umfasst, mit einem Schlickerausgefüllt,der aus 5 Vol.-% Ethylcellulose, 45 Vol.-% Lösungsmittel, das aus Benzylalkoholund Ethanol gebildet ist, und 50 Vol.-% einer Legierung besteht,die auf Rutheniumbasis hergestellt ist und 50 Vol.-% Ruthenium,30 vol.-% Nickel und 20 Vol.-% Chrom und Aluminium umfasst. DasMikrodosiergerät 15 istzeit- und luftdruckgesteuert. Währendder Befüllungder Nut 13 wird der Grundkörper 11 gemäß einemPfeil X gedreht.
    [0026] Anschließend wirdder in die Nut 13 eingebrachte Schlicker bei Raumtemperaturgetrocknet, so dass das Lösungsmittelausgetrieben und eine aus der Legierung und dem Bindemittel bestehende Vorbeschichtung 18 entsteht.
    [0027] Nachdem Trocknen erfolgt mittels eines Diodenlasers 19 einLaserumschmelzprozess, so dass in der Nut 13 eine intermetallischeSchicht 20 entsteht, die aus der Legierung des Schlickersund dem Werkstoff des Grundkörpers 11 besteht.Die Durchmischung der Legierung des Schlickers mit dem Werkstoffdes Grundkörpers 11 beträgt dabeimaximal 35 %. Um dies zu erreichen, ist der Diodenlaser 19 soeingestellt, dass er einen Faserdurchmesser von 600 μm, eine Brennweitevon 200 mm, eine Drehzahl von 80 U/min und eine Fokuslage von -10 mmhat. Die Leistung des Lasers wird auf maximal 800 Watt eingestellt.
    [0028] Während desUmschmelzprozesses, bei dem der Binder des Schlickers verdampftwird, wird der Grundkörper 11 zweimalum seine Achse gedreht.
    [0029] Schließlich istdie Mittelelektrode 10 am Ort des im Betrieb der Zündkerzeerfolgenden Funkenangriffs mit einer ringförmigen Beschichtung bzw. Schutzschichtversehen. Es lässtsich so eine Lebensdauerverlängerungeiner Zündkerzeum bis zu 50 % erreichen.
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] Verfahren zur Herstellung einer Mittelelektrode einerZündkerze,umfassend folgende Schritte: – Herstellen eines im Wesentlichenzylindrischen Grundkörpers(11); – Aufbringeneiner lokalen Schutzschicht (20) aus einer auf Rutheniumbasishergestellten Legierung auf den Grundkörper (11), dadurchgekennzeichnet, dass die Legierung zur Ausbildung der Schutzschicht(20) in Form eines Schlickers auf den Grundkörper (11)aufgebracht und nach einem Umschmelzprozess mit dem Grundkörper (11)verbunden wird.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Legierung Nickel, Aluminium und/oder Chrom umfasst.
    [3] Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass der Nickelanteil der Legierung etwa 30 Vol.-% bis 40 Vol.-%und der Anteil der Legierung an Aluminium und Chrom etwa 10 Vol.-%bis 30 Vol.-% beträgt.
    [4] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass der Schlicker aus einem Binder, der vorzugsweise einen Anteilzwischen 5 Vol.-% und 9 Vol. % hat, einem Lösungsmittel, das vorzugsweiseeine Anteil zwischen 31 Vol.-% und 45 Vol.-% hat, und der Legierungbesteht, die vorzugsweise einen Anteil zwischen 50 Vol.-% und 60Vol.-% hat.
    [5] Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass der Binder Ethylcellulose umfasst.
    [6] Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,dass das LösungsmittelBenzylalkohol und/oder Ethanol umfasst.
    [7] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,dass der Schlicker in eine Ringnut (13) des Grundkörpers (11)eingebracht wird.
    [8] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,dass der Schlicker mittels eines vorzugsweise luftdruckgesteuertenMikrodosiergeräts(15) aufgebracht wird, das eine Aufbringnadel mit einemInnendurchmesser zwischen vorzugsweise 1,1 mm und 1,3 mm hat.
    [9] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,dass der Umschmelzprozess mittels eines Lasers (19) erfolgt,wobei vorzugsweise ein Durchmi schungsgrad der Legierung mit demWerkstoff des Grundkörpersvon maximal 35 % eingestellt wird.
    [10] Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,dass der Grundkörper während desUmschmelzprozesses mindestens zweimal um seine Achse gedreht wird.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2011-04-07| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2014-01-27| R079| Amendment of ipc main class|Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01T0013520000 Ipc: H01T0021020000 |
    2014-03-06| R079| Amendment of ipc main class|Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01T0013520000 Ipc: H01T0021020000 Effective date: 20140127 |
    2014-05-27| R016| Response to examination communication|
    2014-05-28| R016| Response to examination communication|
    2014-06-26| R018| Grant decision by examination section/examining division|
    2015-07-10| R020| Patent grant now final|
    2018-11-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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