DE2314669C2

DE2314669C2 - spark plug

Info

Publication number: DE2314669C2
Application number: DE2314669A
Authority: DE
Inventors: Helmut P. Sidney N.Y. Meyer
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1972-03-23
Filing date: 1973-03-23
Publication date: 1983-06-01
Also published as: JPS5337152Y2; JPS49136754U; US3745400A; FR2177034A1; DE2314669A1; FR2177034B1; CA962151A; GB1400130A; IT981590B; JPS49136925U

Description

2525th

Die Erfindung betrifft eine Zündkerze nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.The invention relates to a spark plug according to the preamble of the patent claim.

Zündkerzen bestehen im allgemeinen aus einem Metallmantel mit einem Flansch oder einer anderen Befestigungseinrichtung zum Befestigen der Zündkerze in einem Turbinentriebwerk, wobei der Mantel eine Elektrode der Zündkerze bildet. Eine zentrale Elektrode ist durch den Mantel gefährt und wird von einem Isolator getragen, der die zentral«. Elektrode umgibt und der in eine öffnung im Metallmantel eingepaßt ist. Zwischen dem Isolator und dem Mantel ist eine Dichtung vorgesehen, um den Austritt von Triebwerksgasen durch die Zündkerze zu verhindern. Sogar wenn die Dichtung anfänglich dicht ist, löst sie sich nach einer entsprechenden Benutzungszeit unter den im Triebwerk angetroffenen Drücken und unter wiederholtem Abkühlen und Erhitzen sowie unter der Einwirkung von Schwingungen und läßt den Austritt von Gasen zu. Hierbei ist die Wärmeausdehnung und -kontraktion das vorherrschende Problem. Unabhängig von der Art des verwendeten Dichtungsmechanismus kann die Ausdehnung und Kontraktion des Mantels und des Isolators unter Umständen die Dichtung derart in Mitleidenschaft ziehen, daß Gase austreten.Spark plugs generally consist of a metal jacket with a flange or other Fastening device for fastening the spark plug in a turbine engine, the jacket forming an electrode of the spark plug. A central electrode has passed through the coat and is carried by an insulator that keeps the central «. Surrounding electrode and which is fitted into an opening in the metal jacket. Between the insulator and the jacket is one Seal provided to prevent engine gases from escaping through the spark plug. Even if the seal is initially tight, it will loosen after a corresponding period of use under those in the engine pressures encountered and under repeated cooling and heating, as well as under the action of Vibrations and allows gases to escape. Here is the thermal expansion and contraction predominant problem. Regardless of the type of sealing mechanism used, the expansion and contraction of the jacket and insulator may affect the seal pull that gases escape.

Aus der US-PS 32 29 144 ist eine Zündkerze der im Oberbegriff des Anspruchs angegebenen Art bekannt, bei der eine kegelförmige Dichthülse mit einem Ende am Isolator und mit dem anderen Ende am Metallmantel angelötet ist. Beim Einsatz dieser bekannten Dichthülse hat sich gezeigt, daß durch die Wärmedehnung und -kontraktion während des Betriebs die Lötstellen derart in Mitleidenschaft gezogen werden, daß Gase aus dem Triebwerk austreten. Untersuchungen haben ergeben, M daß während des Betriebs die Wärmedehnung des Metallmantels den Innendurchmesser des Mantels vergrößerte, während die Wärmedehnung des Durchmessers des Keramikisolators geringer war als die Ausdehnung des Innendurchmessers des Mantels, was eine Zunahme des radialen Abstands zwischen dem Isolator und dem Mantel ergab. Diese Zunahme des radialen Abstands erzeugte Spannungen zwischen der Dichthülse und dem Mantel oder dem Isolator, die zu entsprechenden Beschädigungen der Lötstellen führten.From US-PS 32 29 144 a spark plug of the type specified in the preamble of claim is known, with a conical sealing sleeve with one end on the insulator and the other end on the metal jacket is soldered on. When using this known sealing sleeve it has been shown that the thermal expansion and -contraction during operation, the solder joints are so affected that gases from the Escape the engine. Investigations have shown that M the thermal expansion of the Metal jacket increased the inner diameter of the jacket, while the thermal expansion of the diameter of the ceramic insulator was less than the expansion of the inner diameter of the jacket, what resulted in an increase in the radial distance between the insulator and the jacket. This increase in the radial distance generated stresses between the sealing sleeve and the jacket or the insulator, which to corresponding damage to the soldering points.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zündkerze der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art zu schaffen, bei der die Dichthülse auch bei häufigen Wärmedehnungen und -kontraktionen über längere Zeit zufriedenstellend arbeitetThe invention is based on the object of providing a spark plug as described in the preamble of claim to create specified type, in which the sealing sleeve even with frequent thermal expansions and contractions works satisfactorily over a long period of time

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs gelöstAccording to the invention, this object is achieved by the features in the characterizing part of the patent claim solved

Mit der erfindungsgemäßen Lösung läßt sich die Dichthülse besser und sicherer befestigen als dies bei dem eingangs diskutierten Stand der Technik der Fall ist Dies ist nicht nur darauf zurückzuführen, daß eine Schweißnaht höheren Beanspruchungen ausgesetzt werden kann als eine Lötstelle, sondern auch darauf, daß die Schweißnaht beim Erfindungsgegenstand infolge der Form der Dichthülse als abgesetzter Zylinder ein Gelenk bildet, das die von den unterschiedlichen Wärmeausdehnungen hervorgerufenen Kräfte besser aufnehmen kann. Dadurch kann das dem an den Isolator angelöteten Ende der zylindrischen Dichthülse abgekehrte Ende radiale und axiale Bewegungen des Isolators und des Mantels ausgleichen, wobei eine druckdichte Abdichtung zwischen den Druckgasen innerhalb des Triebwerks und der Atmosphäre aufrechterhalten wird.With the solution according to the invention, the sealing sleeve can be fastened better and more securely than with The prior art discussed at the beginning is the case. This is not only due to the fact that a Weld seam can be exposed to higher stresses than a solder joint, but also on that the weld seam in the subject matter of the invention as a stepped cylinder due to the shape of the sealing sleeve Forms a joint that better absorbs the forces caused by the different thermal expansions can accommodate. As a result, the end of the cylindrical sealing sleeve that is soldered to the insulator can be turned away Compensate the end of radial and axial movements of the isolator and the jacket, with a Maintain a pressure-tight seal between the pressurized gases within the engine and the atmosphere will.

Ergänzend zuir? Stand der Technik sei noch auf die GB-PS 6 10 154 verwiesen, in der eine Zündkerze beschrieben ist, die Ringe aufweist, die auf die Enden eines Isolatorrohrs aufgeschoben werden und den Zweck haben, stirnseitige Ringe festzuhalten, damit diese nicht herunterfallen. Hierbei handelt es sich somit nicht um Dichtringe, die in irgendeiner Weise gelötet oder verschweißt sind. Dies trifft auch auf den aus der DE-PS 8 39 746 bekannten Abstandsring zu, der nicht näher bezeichnet ist und der weder verlötet noch verschraubt ist. Er hält vielmehr nur den ebenfalls nicht bezeichneten Dichtring am Isolator. Schließlich ist gerade aus der CH-PS 2 35 Wi erkennbar, daß man einen Dichtring entweder mit dem Gehäuse verschweißt oder verlötet hat. Dies nimmt nicht die erfindungsgemäße Lehre vorweg, wonach das eine Ende des Dichtringes verlötet und das andere verschweißt sein muß.Complementary toir? Prior art is also referred to GB-PS 6 10 154, in which a spark plug is described which has rings that are pushed onto the ends of an insulator tube and have the purpose of holding the end rings so that they do not fall off. These are therefore not sealing rings that are soldered or welded in any way. This also applies to the spacer ring known from DE-PS 8 39 746, which is not specified and which is neither soldered nor screwed. Rather, it only holds the sealing ring, which is also not designated, on the insulator. Finally, it can be seen from CH-PS 2 35 Wi that a sealing ring has either been welded or soldered to the housing. This does not anticipate the teaching according to the invention, according to which one end of the sealing ring must be soldered and the other must be welded.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nunmehr anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigtAn embodiment of the invention will now be described in more detail with reference to the drawing. It shows

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Zündkerze; undF i g. 1 shows a longitudinal section through a spark plug; and

F i g. 2 einen Längsschnitt durch eine Dichthülse.F i g. 2 shows a longitudinal section through a sealing sleeve.

F i g. 1 zeigt eine Zündkerze mit einer strömungsmitteldichten Abdichtung zwischen einer zentralen Elektrode 30 und einem äußeren Metallmantel 20. Der hier verwendete Ausdruck »strömungsrnitteldicht« oaer »druckdicht« bedeutet eine Dichtung zwischen zwei Gliedern, die das Hindurchströmen eines Strömungsmittels, etwa Gas, sogar unter Druck zwischen den beiden Gliedern verhindert.F i g. Figure 1 shows a spark plug with a fluid tight seal between a central electrode 30 and an outer metal jacket 20. The term "fluid-tight" as used here, or other "Pressure-tight" means a seal between two members that allows a fluid, such as gas, to flow through between them, even under pressure prevented both limbs.

Die Zündkerze hat eine langgestreckte, zentrale Elektrode 30, einen Keramikisolator 40, einen Dichtring 50, den äußeren Metallmantel 20, der die zweite Elektrode bildet, eine Dichthülse 1, die konzentrisch zwischen dem Isolator 40 und dem Mantel 20 angeordnet ist, einen vorderen Isolntor 80 und eine Büchse 60.The spark plug has an elongated, central electrode 30, a ceramic insulator 40, and a sealing ring 50, the outer metal jacket 20, which forms the second electrode, a sealing sleeve 1, which is concentric is arranged between the insulator 40 and the jacket 20, a front Isolntor 80 and a Sleeve 60.

Die zentrale Elektrode 30 besteht im allgemeinen aus elektrisch leitendem Material, so daß sich eine Funkenentladung zwischen der Spitze 32 der Elektrode 30 und dem umgebenden Teil 23 des Metallmantels 20The central electrode 30 is generally made of electrically conductive material, so that a Spark discharge between the tip 32 of the electrode 30 and the surrounding part 23 of the metal jacket 20

bildet, wenn die zep.trsla Elektrode 30 in einem Stromkreis mit dem Teil 23 des Metaljmantels 20 liegt. Der Endabschnitt der Elektrode 30, auf dem die Funkenentladung auftritt, weist einen viel größeren Durchmesser als die übrige Elektrode auf. In dem Endabschnitt sind ein oder mehrere Kanäle 31 für den Durchtritt eines Gases vorgesehen, um die Spitze der Elektrode 30 im Betrieb zu kühlen.forms when the zep.trsla electrode 30 in one Circuit with the part 23 of the metal jacket 20 is. The end portion of the electrode 30 on which the Spark discharge occurs is much larger in diameter than the rest of the electrode. By doing End section one or more channels 31 are provided for the passage of a gas to the tip of the To cool electrode 30 during operation.

Der größte Teil der zentralen Elektrode wird von einem Keramikisnlator umgeben, der die zentrale ι ο Elektrode 30 gegenüber dem äußeren Metallmantel 20 elektrisch isoliert Um jedes Entweichen von Gasen durch eine Bohrung 41 des Isolators 40 zu verhindern, dichtet ein Dichtring 50 den Isolator 40 und die zentrale Elektrode 30 strömungsmitteldicht ab, wobei der Dichtring zwischen Elektrode und Isolator gelötet istThe largest part of the central electrode is surrounded by a ceramic fan that holds the central ι ο Electrode 30 electrically insulated from outer metal jacket 20. To avoid any escape of gases To prevent through a bore 41 of the insulator 40, a sealing ring 50 seals the insulator 40 and the central Electrode 30 is fluid-tight, the sealing ring being soldered between the electrode and the insulator

Der Dichtring 50 besteht aus einem metallischen Material, das zur Bildung einer um 360° laufenden, ununterbrochenen Verbindung 51 zwischen dem Dichtring 50 und einem Teil der Innenseite des Isolators 40 verlötet ist. Zur Sicherstellung einer strömungsmitteldichten Abdichtung zwischen dem Dichiring 50 und der zentralen Elektrode 30 ist der Dichtring 50 zur 8ildung einer um 360° laufenden Verbindung 52 auch an die zentrale Elektrode gelötetThe sealing ring 50 consists of a metallic material that is used to form a 360 ° uninterrupted connection 51 between the sealing ring 50 and part of the inside of the insulator 40 is soldered. To ensure a fluid-tight seal between the sealing ring 50 and the The central electrode 30 is the sealing ring 50 for the formation of a connection 52 running through 360 °, also to the central electrode soldered

In üblicher Weise ist eine zylindrische Kupferkeildichtung 60 zwischen dem äußeren Mantel 20 und dem dazwischenliegenden Isolator 40 angeordnetA cylindrical copper wedge seal is common 60 arranged between the outer jacket 20 and the insulator 40 therebetween

Der vordere keramische Isolator 80 mit einer Schulter 81 ist innerhalb des Mantels 20 angeordnet, um 3ü eine radiale und axiale Bewegung der zentralen Elektrode 30 zu verhindern, die eine Berührung zwischen der zentralen Elektrode 30 und dem Metallmantel 20 ergeben könnte. Es werden somit elektrische Kurzschlüsse verhindertThe front ceramic insulator 80 with a shoulder 81 is disposed within the shell 20 to 3ü radial and axial movement of the central electrode 30 to prevent contact between the central electrode 30 and the metal jacket 20 could result. So it will be prevents electrical short circuits

Der äußere Mantel 20 weist einen Befestigungsflansch 21 zur Befestigung der Zündkerze in einem Turbinentriebwerk auf. Der Mantel 20 umfaßt ferner Einlaß- und Auslaßöffnungen 24,25,26 für den Ein- und Austritt von Triebwerksgasen in die Zündkerze zum Kühlen der Elektrode 30 und einen vorderen Mantelteil oder eine Kappe 23, die an einer Stelle 29 an den Mantel 20 geschweißt ist. Der vordere Teil der Mantelkappe 23 hat eine Öffnung 22, die die Entladungsfläche des Metallmantels bildet, die mit der Spitze 32 der Elektrode 30 die Funkenstrecke bildet. Beim Zusammenbau der Zündkerze sind der vordere, keramisch? Isolator 80 und die Mantelkappe 23 die letzten beiden der Anordnung zugefügten Teile, wobei die Mantelkappe 23 den vorderen Isolator 80 zurückhält, wenn sie an den Mantel so 20 geschweißt wurde.The outer shell 20 has a fastening flange 21 for fastening the spark plug in one Turbine engine on. The jacket 20 further comprises inlet and outlet openings 24,25,26 for the inlet and outlet Leakage of engine gases into the spark plug for cooling the electrode 30 and a front shell part or a cap 23 welded to the jacket 20 at a point 29. The front part of the jacket cap 23 has an opening 22 which forms the discharge surface of the metal shell, which is connected to the tip 32 of the electrode 30 forms the spark gap. When assembling the spark plug, the front, ceramic? Isolator 80 and the jacket cap 23 the last two parts added to the arrangement, the jacket cap 23 den retains front insulator 80 when it has been welded to the shell so 20.

Die Dichthülse 1 besteht vorzugsweise aus einem metallischen Material, etwa einer Nickel-Eisenlegierung, die wegen ihrer elastischen Eigenschaften über einen weiten Temperaturbereich (0 bis 372°C) bevorzugt wird, und ist konzentrisch um den Isolator 40 angeordnet. Der vordere Teil der Dichthülse 1 ist an den Isolator 40 gelötet, so daß eine um 360° laufende Verbindung 11 zwischen dem Isolator 40 und der Dichthülse gebildet ist Das gegenüberliegende Ende der Dichthülse 1 ist an den Mantel 20 geschweißt, so daß ebenfalls eine ununterbrochene, um 360° laufende Verbindung zwischen der Dichthülse 1 und dem MantelThe sealing sleeve 1 is preferably made of a metallic material, such as a nickel-iron alloy, which is preferred over a wide temperature range (0 to 372 ° C) because of its elastic properties is, and is arranged concentrically around the insulator 40. The front part of the sealing sleeve 1 is to the Insulator 40 soldered so that a 360 ° connection 11 between the insulator 40 and the Sealing sleeve is formed The opposite end of the sealing sleeve 1 is welded to the jacket 20 so that also an uninterrupted 360 ° connection between the sealing sleeve 1 and the jacket

20 gebildet ist Die Dichthülse 1 ist zwischen dem Isolator 40 und dem Mantel 20 in einer Stellung angeordnet, die von den bisher bekannten Lösungen abweicht und ein Befestigungsverfahren gestattet, das sich von den bekannten Methoden abhebt, bei denen in der umgekehrten Stellung sowohl die inneren als auch die äußeren, zylindrischen Flächen der Dichthülse an den Isolator bzw. den Metallmantel gelötet wurden. Diese frühere Lösung des Anlötens jedes Endes begrenzte die Fähigkeit bekannter Zündkerzen in bezug auf das Ausgleichen von radialen und axialen Ausdehnungen durch Ausfallen der Verbindung. Bei der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform wirkt die die Dichthülse 1 mit dem Mantel 20 verbindende Schweißnaht S zusammen mit dem Ende 2 der Dichthülse 1 als Gelenk zwischen der Außenseite des Isolators 40 und der Innenseite des Mantels 20 zum Ausgleich der Zunahme des radialen Abstands zwischen beiden Teilen.20 is formed The sealing sleeve 1 is between the insulator 40 and the jacket 20 in one position arranged, which differs from the previously known solutions and allows a fastening method that differs from the known methods, in which in the inverted position both the inner and the outer, cylindrical surfaces of the sealing sleeve were soldered to the insulator or the metal jacket. This prior approach to soldering each end limited the ability of known spark plugs to relate to one another on the compensation of radial and axial expansions due to failure of the connection. At the in F i g. 1, the weld seam connecting the sealing sleeve 1 to the jacket 20 acts S together with the end 2 of the sealing sleeve 1 as a joint between the outside of the insulator 40 and the inside of the shell 20 to compensate for the increase in the radial distance between the two parts.

F i g. 2 zeigt eine Schnittansicht der Dichthülse 1, die an den Mantel 20 geschweißt und an den Isolator 40 gelötet ist Die Dichthülse hat ein mit einem zylindrischen vorderen Ende 4 verbundenes, zylindrisches hinteres Ende 2, wobei das vordere Ende 4 einen kleineren Durchmesser als das hintere Ende 2 hat Beide Enden sind durch einen konischen Abschnitt 3 miteinander verbunden, dessen Erzeugende B einen Winkel von 45° mit der Achse A der Dichthülse einschließt Der konische Abschnitt 3 zwischen den beiden zylindrischen Enden erstreckt sich unter einem Winkel von etwa 35° bis 55°, um eine gewisse Federung zwischen den beiden zylindrischen Enden vorzusehen. Dieser konische Abschnitt 3 und das größere, zylindrische Ende 2 gleichen den größten Teil der axialen und radialen Ausdehnung zwischen dem Isolator 40 und dem Mantel 20 aus. Dieser Abschnitt 3 gestattet durch Biegung eine Expansion und Kontraktion des Mantels 20 und Isolators 40, ohne dabei die druckdichte Abdichtung in Mitleidenschaft zu ziehen. Ein weiterer Vorteil in bezug auf die Verbindung der Dichthülse mit dem Mantel 20 durch eine Schweißnaht besteht darin, daß eine Schweißnaht bei höheren Temperaturen unter größeren Spannungen und Verformungen ohne Ausfall arbeiten kann als eine Lötverbindung.F i g. 2 shows a sectional view of the sealing sleeve 1, which is welded to the jacket 20 and soldered to the insulator 40. The sealing sleeve has a cylindrical rear end 2 connected to a cylindrical front end 4, the front end 4 having a smaller diameter than the rear end 2 has both ends are connected to each other by a conical section 3, the generatrix B of which forms an angle of 45 ° with the axis A of the sealing sleeve.The conical section 3 between the two cylindrical ends extends at an angle of approximately 35 ° to 55 °, to provide some resilience between the two cylindrical ends. This conical section 3 and the larger, cylindrical end 2 compensate for most of the axial and radial expansion between the insulator 40 and the jacket 20. This section 3 allows expansion and contraction of the jacket 20 and insulator 40 by bending, without affecting the pressure-tight seal. Another advantage with regard to the connection of the sealing sleeve to the jacket 20 by a weld seam is that a weld seam can operate at higher temperatures under greater stresses and deformations without failure than a soldered connection.

Es kann z. B. zusätzlich zur Dichthülse 1 am Ende der Zündkerze weiter unterhalb des Isolators ein drittes Dichtelement eingeführt werden. In einem solchen Fall könnte das hintere Teil des Mantels 20 aus mehr als einem Stück hergestellt werden, so daß eine innere Schulter unterhalb des äußeren BefestigungsflanschesIt can e.g. B. in addition to the sealing sleeve 1 at the end of the spark plug further below the insulator a third Sealing element are introduced. In such a case, the rear part of the jacket 20 could consist of more than made in one piece so that an inner shoulder below the outer mounting flange

21 zum Anschweißen des dritten Dichtelementes vorhanden wäre. Die Dichthülse 1 kann so gestaltet sein, daß sie sich dort an den Innendurchmesser des Manteis 20 und den Außendurchmesser des Isolators 40 anpaßt, wo die Schweißnaht bzw. die Lötung hergestellt sind.21 would be present for welding the third sealing element. The sealing sleeve 1 can be designed so that it adapts there to the inner diameter of the jacket 20 and the outer diameter of the insulator 40, where the weld or the soldering are made.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim:

Ignition cells with an elongated electrode, a metal jacket, which form a spark gap between them at the ends, and an insulator, which the The length of the electrode at least partially surrounds it, as well as with one between the electrode and Insulator soldered sealing ring and another ring-shaped sealing sleeve soldered to the insulator between the insulator and the inner circumference of the metal jacket in the area of the spark gap remote end of the spark plug, characterized in that the one on the insulator (40) soldered end (4) of the cylindrical sealing sleeve (1) facing away end (2) with the end edge of the metal jacket (20) is welded and that the sealing sleeve (1) has two different cylindrical parts Has diameters which are connected to one another by a conical section (3), which is at an angle of about 35 ° to 55 ° against the axis of the cylindrical parts to the adjacent spark plug end runs diverging towards.