Stand der Technik
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Die Erfindung geht von einer Zündeinrichtung nach der
Gattung des Hauptanspruchs aus.
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Aus der DE 199 40 455 A1 ist bereits eine Zündeinrichtung
bekannt, die ein elektrisches Anschlussmittel und ein
rohrförmiges, metallisches Gehäuse mit einem darauf
aufgeprägten Einschraubgewinde beinhaltet.
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Zündeinrichtung mit den Merkmalen des
Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass mindestens
eine der metallischen Komponenten der Zündeinrichtung
zumindest zum Teil mit einer Schutzschicht aus einer Zink-
Nickel-Legierung versehen ist. auf diese Weise lässt sich
der Korrosionsschutz der metallischen Komponenten im
Vergleich zu reinen Zink- oder Nickel-Schutzschichten
wesentlich verbessern. Außerdem lassen sich bei Verwendung
der Zink-Nickel-Legierung dünne Schichtdicken im Bereich
zwischen etwa 5-15 µm realisieren. Besonders beim Versehen
des Einschraubgewindes mit der Schutzschicht aus der Zink-
Nickel-Legierung kann auf diese Weise der für die
Gewindemaße zulässige Toleranzbereich eingehalten werden.
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Ein weiterer Vorteil bei Verwendung einer Schutzschicht aus
einer Zink-Nickel-Legierung besteht in deren hervorragender
Haftfähigkeit.
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Weiterhin vorteilhaft ist eine erhöhte Temperaturstabilität
der Schutzschicht aus der Zink-Nickel-Legierung, im
Vergleich zu einer reinen Zink-Schutzschicht. Dabei verliert
die Schutzschicht aus der Zink-Nickel-Legierung auch bei
hohen Temperaturen zumindest bis in den Bereich von 350°C
bis 400°C im wesentlichen nicht ihre
Korrosionsschutzfähigkeit.
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Auch ist die Schutzschicht aus der Zink-Nickel-Legierung
härter und verschleißfester im Vergleich zu einer reinen
Zink-Schutzschicht.
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Somit lassen sich die metallischen Komponenten der
Zündeinrichtung beim Betrieb in einer Brennkraftmaschine
besonders wirkungsvoll vor den im Bereich des Gehäuses
auftretenden hohen Temperaturen bis etwa 350°C oder 400°C,
vor Korrosion und Abnutzung schützen, so dass die
Zündeinrichtung besonders dauerhaltbar und verschleißfest
wird.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im
Hauptanspruch angegebenen Zündeinrichtung möglich.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Nickelanteil an der
Legierung etwa im Bereich zwischen vier Masseprozent und
zwanzig Masseprozent, vorzugsweise etwa zwischen zehn
Masseprozent und fünfzehn Masseprozent, liegt. Auf diese
Weise lassen sich die beschriebenen Eigenschaften besonders
gut einstellen.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Schutzschicht
zumindest zum Teil mit einer Passivierung, vorzugsweise auf
der Basis von dreiwertigen Chromverbindungen, versehen ist.
Auf diese Weise kann der Korrosionsschutz der metallischen
Komponenten der Zündeinrichtung gesteigert werden.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Schutzschicht
oder die Passivierung mit einer Versiegelungsschicht,
vorzugsweise aus organischen und/oder silikatischen
Bestandteilen, versehen werden kann. Auf diese Weise kann
die Korrosionsbeständigkeit der Zündeinrichtung ebenfalls
gesteigert werden.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die
Versiegelungsschicht mit reibungsmindernden Bestandteilen
versehen ist. Auf diese Weise kann das Ein- und
Ausschraubverhalten der Zündeinrichtung in einem
Zylinderkopf der Brennkraftmaschine verbessert werden.
Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigt die einzige Figur eine
Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer
erfindungsgemäßen Zündeinrichtung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Im Folgenden wird die Erfindung für eine als Zündkerze
ausgebildete Zündeinrichtung 10 beispielhaft beschrieben.
Der im Folgenden beschriebene Aufbau der Zündkerze 10 ist
dabei ebenfalls beispielhaft und kann auch auf andere, dem
Fachmann bekannte Weise realisiert sein.
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Die Zündkerze 10 gemäß dem hier vorliegenden Beispiel
umfasst ein rohrförmiges metallisches Gehäuse 13, in dem ein
keramischer Isolator 24 angeordnet ist. Der Isolator 24
umhüllt an seinem brennraumseitigen Ende 27 eine
Mittelelektrode 22 und isoliert sie elektrisch gegenüber dem
Gehäuse 13. Er enthält ebenfalls einen Kontaktstift 20, der
der Übertragung der Spannung auf die Mittelelektrode 22
dient, und an seinem anschlußseitigen Ende 28 ein
Anschlussmittel 11. Das Anschlußmittel 11 gewährleistet die
elektrische Kontaktierung der Mittelelektrode 22 an eine
externe, nicht dargestellte Spannungsversorgung. Es umfasst
im wesentlichen einen Anschlussbolzen 12, der zusätzlich an
seinem anschlussseitigen Ende mit einem Gewinde und einer
Anschlussmutter 19 versehen ist. Zwischen dem
Anschlussmittel 11 und dem Kontaktstift 20 befindet sich ein
Abbrandwiderstand 25, der aus einem elektrisch leitenden
Glas besteht und der sowohl eine mechanische Verankerung der
im Isolator 24 angeordneten Zündkerzenkomponenten bewirkt
als auch einen gasdichten Abschluss gegenüber dem
Verbrennungsdruck darstellt. Zwischen dem Isolator 24 und
dem Gehäuse 13 befindet sich ein innerer Dichtsitz 17, der
das Innere der Zündkerze 10 gegenüber dem Verbrennungsraum
abdichtet.
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Am Gehäuse 13 sind bis zu vier Masseelektroden 21
angeschweißt. Zwischen ihnen und der Mittelelektrode 22 wird
der Zündfunke erzeugt. Die Elektroden 21, 22 bestehen aus
einer Mehrstofflegierung auf Nickelbasis und enthalten
beispielsweise einen Kupferkern. Es ist aber auch möglich,
Silber, Platin oder Platinlegierungen als
Elektrodenwerkstoffe heranzuziehen.
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Das Gehäuse 13 weist an seiner Außenseite einen Sechskant 14
auf, der das Einschrauben der Zündkerze 10 in einen
Motorblock ermöglicht. Des weiteren ist ein äußerer
Dichtsitz 16 vorgesehen, der die Umgebungsatmosphäre
gegenüber dem Verbrennungsraum abdichtet. Das auf dem
Gehäuse 13 aufgeprägte Einschraubgewinde 18 dient der
Verankerung der Zündkerze 10 im Motorblock.
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Benachbart zum Sechskant 14 beinhaltet das Gehäuse 13 einen
Schrumpfeinstich 15. Während des Herstellungsprozesses der
Zündkerze wird das Gehäuse 13 kurzzeitig mit einer hohen
Spannung beaufschlagt. Auf diese Weise erhitzt sich der
Schrumpfeinstich auf Temperaturen von beispielsweise
ungefähr 250°C bis 400°C. Gleichzeitig wird auf das Gehäuse
13 entlang der Längsachse der Zündkerze ein hoher
mechanischer Druck ausgeübt, unter dessen Wirkung sich der
Schrumpfeinstich 15 verformt. Dieser Vorgang wird als
Heißverpressen bezeichnet und dient der Abdichtung der
Zündkerze.
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Das Anschlussmittel 11, das Gehäuse 13 und das
Einschraubgewinde 18 der hier beschriebenen Zündkerze 10
sind metallisch ausgebildet und bilden somit metallische
Komponenten der Zündkerze 10. Anstatt der üblicherweise
vorgesehenen Verwendung von galvanischen Zink- oder Nickel-
Schutzschichten ist es nun erfindungsgemäß vorgesehen, dass
das Anschlussmittel 11 und/oder das Gehäuse 13 und/oder das
Einschraubgewinde 18 zumindest zum Teil mit einer
Schutzschicht aus einer Zink-Nickel-Legierung versehen ist.
Dabei sollten die metallischen Komponenten 11, 13, 18 vor
allem in dem Teil mit der Schutzschicht versehen sein, der
besonders anfällig gegen Korrosion und hohe Temperaturen
ist, also dem Teil, der dem Brennraum der Brennkraftmaschine
zugewandt ist. Dies betrifft vor allem das Einschraubgewinde
18 und zumindest teilweise auch das Gehäuse 13. Ein
umfassender Korrosionsschutz der metallischen Komponenten
11, 13, 18 wird dann bewirkt, wenn die metallischen
Komponenten 11, 13, 18 möglichst vollständig mit der
Schutzschicht versehen sind. Dies ist natürlich dann auch
mit entsprechend höheren Kosten verbunden. Die Schutzschicht
kann beispielsweise galvanisch auf die metallischen
Komponenten 11, 13, 18 aufgebracht sein.
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Zur Erzielung eines möglichst hohen Korrosionsschutzes,
einer hohen Temperaturfestigkeit und einer geringen
Verschleißanfälligkeit sollte der Nickelanteil an der Zink-
Nickel-Legierung etwa im Bereich zwischen vier Masseprozent
und zwanzig Masseprozent, vorzugsweise zwischen etwa zehn
und fünfzehn Masseprozent, liegen. Während reine Nickel-
Schutzschichten als passiver Korrosionsschutz wirken,
besitzen reine Zink-Schutzschichten eine kathodische
Schutzwirkung. Die erfindungsgemäß aufgebrachte Zink-Nickel-
Legierung als Schutzschicht besitzt ebenfalls eine
kathodische Schutzwirkung, hat aber den Vorteil einer
langsamen Eigenkorrosion und damit einer verbesserten
Korrosionsschutzwirkung im Vergleich zu reinen Zink-
Schutzschichten. Desweiteren weist die Zink-Nickel-Legierung
als Schutzschicht eine erhöhte Temperaturstabilität im
Vergleich zu reinen Zink-Schutzschichten auf, was für den
Einsatz der Zündkerze 10 im Brennraum der Brennkraftmaschine
von besonderem Vorteil ist.
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Zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass die Schutzschicht
aus der Zink-Nickel-Legierung zumindest zum Teil mit einer
Passivierung versehen ist, um den Korrosionsschutz der
metallischen Komponenten 11, 13, 18 der Zündkerze 10 noch
weiter zu steigern. Dabei kann es wiederum auch vorgesehen
sein, die metallischen Komponenten 11, 13, 18 besonders dort
mit der Passivierung zu versehen, wo sie dem Motorraum der
Brennkraftmaschine zugewandt sind, um Kosten zu sparen. Eine
Passivierung ist dann vor allem im Bereich des
Einschraubgewindes 18 und auch an den Teilen des Gehäuses 13
sinnvoll, die dem Motorraum ausgesetzt sind. Um einen
möglichst vollständig gesteigerten Korrosionsschutz zu
erreichen, können natürlich die metallischen Komponenten 11,
13, 18 natürlich auch vollständig mit der Passivierung
versehen sein. Die Passivierung kann dabei beispielsweise
auf der Basis von dreiwertigen Chromverbindungen erfolgen.
Bei diesen dreiwertigen Chromverbindungen handelt es sich
beispielsweise um Cr PO4, Cr(OH)3, Cr2(CO3)3 und
Hydroxid-Hydrate, wie z. B. Cr(OH)(CO3) auch in
nichtstöchiometrischer Zusammensetzung. Auf diese Weise lässt
sich eine transparente Passivierung der aus der Zink-Nickel-
Legierung bestehenden Schutzschicht realisieren.
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Dabei kann die Passivierung als Dünnschichtpassivierung mit
einer Schichtdicke von etwa 0,1 µm ausgebildet sein.
Alternativ kann die Passivierung als Dickschichtpassivierung
mit einer Schichtdicke im Bereich zwischen etwa 0,5 µm bis
0,9 µm ausgebildet sein.
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Die Passivierung kann auch Zn-Verbindungen wie
beispielsweise Zn CO3, Zn(OH)2 oder Zn3(PO4)2 enthalten.
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Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass die aus der Zink-
Nickel-Legierung gebildete Schutzschicht direkt oder mit
zuvor aufgebrachter Passivierung zusätzlich mit einer
Versiegelungsschicht zur weiteren Steigerung der
Korrosionsbeständigkeit versehen ist. Dabei kann es wiederum
vorgesehen sein, die Versiegelungsschicht nur an solchen
Teilen der metallischen Komponenten 11, 13, 18 anzubringen,
die dem Motorraum ausgesetzt sind und im übrigen aus
Kostengründen auf die Versiegelungsschicht zu verzichten.
Somit wäre wiederum eine Aufbringung der
Versiegelungsschicht auf das Einschraubgewinde 18 und auf
die dem Motorraum ausgesetzten Teile des Gehäuses 13besonders sinnvoll. Um einen vollständigen, gesteigerten
Korrosionsschutz zu realisieren, können natürlich die
metallischen Komponenten 11, 13, 18 komplett mit der
Versiegelungsschicht versehen sein. Die Versiegelungsschicht
kann dabei organische und/oder silikatische Bestandteile
umfassen. Organische Bestandteile können dabei
beispielsweise organische Harze, wie beispielsweise
Epoxidharze, sein. Die Dicke der Versiegelungsschicht kann
etwa im Bereich von 0,5 µm bis zu wenigen µm liegen.
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Zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass die
Versiegelungsschicht mit reibungsmindernden Bestandteilen,
wie beispielsweise PTFE, MoS2, synthetischen Wachsen oder
auch natürlichen Wachsen versehen ist. Ist die
Versiegelungsschicht mit den reibungsmindernden
Bestandteilen im Bereich des Einschraubgewindes 18
aufgebracht, so kann das Ein- bzw. Ausschrauben der
Zündkerze 10 in den oder aus dem Zylinderkopf der
Brennkraftmaschine erleichtert werden.
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Das Aufbringen der Schutzschicht aus der Zink-Nickel-
Legierung auf den metallischen Komponenten 11, 13, 18 kann
nach dem gleichen Verfahren durchgeführt werden, wie dies
für das Aufbringen einer Zink-Schutzschicht bereits
hinlänglich bekannt ist.
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Entsprechend kann auch das Aufbringen der Passivierung
und/oder der Versiegelungsschicht mit bekannten
Beschichtungsverfahren erfolgen. Dazu werden die
metallischen Komponenten 11, 13, 18 im Falle der
Passivierung in eine entsprechende wässrige
Passivierungslösung getaucht. Die derart aufgebrachte
Passivierung ist nicht mehr wasserlöslich, so dass die
metallischen Komponenten 11, 13, 18 anschließend durch
Spülen, beispielsweise in Wasser, von überschüssiger
Passivierungslösung befreit werden können. Anschließend
werden die metallischen Komponenten 11, 13, 18 getrocknet.
Die Schutzwirkung der Passivierung wird erst nach dem
Trocknen erreicht. Zum Aufbringen der Versiegelungsschicht
werden die metallischen Komponenten 11, 13, 18 ebenfalls in
eine entsprechende wässrige Versiegelungsschichtlösung
getaucht. Überschüssige Versiegelungsschichtlösung wird
durch Schleudern oder Abtropfenlassen entfernt, nicht jedoch
durch Spülen. Erst nach dem anschließenden Trockenvorgang
ist die Versiegelungsschicht so ausgehärtet, dass sie nicht
mehr wasserlöslich ist. Das Aufbringen der Schutzschicht aus
der Zink-Nickel-Legierung kann beispielsweise mittels
Galvanisieren erfolgen.
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Für die Gewindemaße im Bereich des Einschraubgewindes 18 ist
ein Toleranzbereich zwischen etwa 5-15 µm vorgesehen. Die
Schutzschicht aus der Zink-Nickel-Legierung lässt sich mit
einer Schichtdicke auf das Einschraubgewinde 18 aufbringen,
die in diesem zulässigen Toleranzbereich liegt. Aufgrund der
um teilweise mehr als den Faktor 10 geringeren Schichtdicken
der Passivierung beziehungsweise der Versiegelungsschicht
wird der Toleranzbereich für die Gewindemaße des
Einschraubgewindes 18 auch bei einer Kombination der
Schutzschicht aus der Zink-Nickel-Legierung mit der
Passivierung und/oder der Versiegelungsschicht nicht
verlassen.