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EP1356555B1 - Method for producing a spark plug electrode - Google Patents

Method for producing a spark plug electrode Download PDF

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Publication number
EP1356555B1
EP1356555B1 EP01984728A EP01984728A EP1356555B1 EP 1356555 B1 EP1356555 B1 EP 1356555B1 EP 01984728 A EP01984728 A EP 01984728A EP 01984728 A EP01984728 A EP 01984728A EP 1356555 B1 EP1356555 B1 EP 1356555B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrode
spark plug
noble metal
precious metal
laser beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP01984728A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1356555B2 (en
EP1356555A1 (en
Inventor
Thomas Juestel
Heinz Ulm
Konrad Funk
Martin Klassen
Jochen Fischer
Andreas Benz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=7671539&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP1356555(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1356555A1 publication Critical patent/EP1356555A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1356555B1 publication Critical patent/EP1356555B1/en
Publication of EP1356555B2 publication Critical patent/EP1356555B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T21/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs
    • H01T21/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs of sparking plugs

Definitions

  • the present invention relates to a method for connecting an electrode of a spark plug with a noble metal according to the closer defined in the preamble of claim 1.
  • Spark plugs having an electrode such as e.g. A center electrode in which the forward end of the center electrode is provided with a noble metal tip or in which a noble metal is circumferentially disposed in a region has been known for some time from the prior art.
  • the EP 0 637 113 B1 describes a spark plug having a center electrode having a heat and erosion resistant nickel alloy, the forward end of the center electrode being formed with a noble metal tip of iridium or ruthenium.
  • the nickel alloy has a thermal conductivity of about 30 Wm -1 K -1 or greater.
  • the noble metal tip has a disk-like shape and is concentrically arranged at the front end of the electrode metal.
  • laser beams are applied to a noble metal tip / front end interface of the electrode metal, with the noble metal tip pressed against the front end of the electrode metal, whereupon the noble metal is to be deposited, with a corresponding force.
  • EP 0 575 163 B1 describes the welding of a noble metal chip on a center electrode of a spark plug, wherein the weld is at the periphery of the interface between the noble metal leaflets and the end surface of the center electrode.
  • a YAG laser is used for welding.
  • the EP 0 691174 A1 to derive a method in which a noble metal wire is applied to an electrode body by means of a pulsed or a continuous laser beam, wherein the noble metal wire is completely melted.
  • the material to be fastened to one another ie the electrode and the noble metal, is melted and solidified intermittently. This means that no continuous melt pool is generated.
  • a nickel alloy is used as the material for the electrode. Connecting by means of a pulsed laser beam produces unwanted, nickel-rich and thus less resistant to erosion and corrosion alloy areas.
  • the proposed method for bonding an electrode of a spark plug to a noble metal wherein the noble metal is locally connected to a generated by a continuous laser beam heat input to the electrode in a connection region, wherein the laser beam (3) is directed to the connection region, and wherein Noble metal is not completely, but only in the connection area is melted, in contrast the advantage that the surface irregularities are reduced.
  • the service life of the component during operation can be increased since such weak points can be avoided or at least minimized.
  • connection partners in the contact zone avoids the solidification cracks which are known when using pulsed laser beams, the corrosion attack along these cracks is also avoided, thus preventing a premature failure of the connection. This is particularly important when using the spark plugs in the engine area.
  • the heating and cooling rate of the melt zone region can be adjusted to the particular materials and the type of compound desired, thereby also achieving a particular phase composition in the bond region.
  • a further advantage of the invention is that the spectrum of melt zone geometries achievable with a continuous laser beam is much wider than is the case with a pulsed laser.
  • the precious metal insert is applied circumferentially over a certain width like a ribbon on the electrode.
  • Such produced electrodes are used for example in so-called Gleitfunkenkerzen or Heilgleitfunkenkerzen.
  • the precious metal insert is applied to an end face of the center electrode.
  • the noble metal insert When applying the noble metal insert on the front side of the center electrode, the noble metal part is not completely melted, but only in their connection area.
  • a spark plug electrode is provided with a tip of wear-resistant precious metal.
  • a diode laser can be used in addition to a Nd: YAG or CO2 laser.
  • FIG. 1 a schematic representation of a bonding method in which a noble metal is supplied to an electrode as a wire material
  • FIG. 2A and FIG. 2B in each case a schematic representation of a method step of a method according to the invention for connecting an electrode to a noble metal insert in the manner of a roof electrode.
  • FIG. 1 For example, a single-stage coating process of an electrode, ie, a method of bonding a spark plug electrode 1 to a noble metal 2, is shown.
  • noble metal 2 according to the present invention, a pure noble metal or any noble metal alloy can be understood, which is suitable for the particular application.
  • FIG. 1 shows in particular a section through the spark plug electrode 1, which here represents a center electrode which is filled in the region of a prefabricated groove 6 with a molten precious metal 2 and for example finds application in a Gleitfunkenkerze or Heilgleitfunkenkerze.
  • the section through the center electrode 1 according to FIG. 1 is carried out along the groove 6.
  • a continuous laser 3 is used, wherein, for example, a Nd: YAG or a CO2 or diode laser can be used.
  • a diode laser is particularly suitable since it is significantly more advantageous in terms of investment and operating costs than an Nd: YAG or CO2 laser today.
  • the noble metal 2 which may be platinum here, for example, is permanently supplied according to the preferred embodiment shown as a wire material and melted with the continuous laser beam 3 in the region of the prefabricated groove 6 on the center electrode 1 and filled as a melt 5 in the groove 6, so that the noble metal 2 is wound on the electrode 1 as it were.
  • the base material of the center electrode 1 is also melted, and an alloy of a small proportion of the melted base material of the center electrode 1 and of the material of the noble metal wire 2 is formed.
  • the heating and cooling rate can be adjusted, whereby the cracking in the melting zone and the electrode base material is further prevented or minimized. It is also possible by the variation of the heating and cooling rate, a wide variation in alloy compositions.
  • FIGS. 2A and 2B Now is a manufacturing process for a further type of electrode, namely a so-called roof electrode shown.
  • a continuously operating laser beam (continuous wave or CW laser), preferably a Nd: YAG laser, is used to weld the connection between the noble metal 2 and the nickel alloy of the electrode 1 '.
  • a part of precious metal 2 preferably in a cylindrical shape, on a front side of the electrode 1 ', which here represents a center or ground electrode of a spark plug, placed or inserted into a recess 6 thereof.
  • the recess 6 in the end face of the electrode 1 ' is preferably formed such that upon insertion of the noble metal part 2, this fixed to the electrode 1' is connected.
  • connection partner namely noble metal 2 and spark plug electrode 1 'with a matched to the amount of energy of a CW laser speed in the direction of arrow 7.
  • the laser beam 3 is focused on the rotating, to be welded zone and switched on and off according to an energy lamp tuned to the connection partners with respect to the melting point, heat capacity, etc.
  • spark plug electrode 1 ' which tip consists of a noble metal 2 or a precious metal alloy, which is permanently connected to the nickel alloy of the electrode 1' via a uniform melting zone.
  • the noble metal 2 should not be completely melted, but only in its connection region in such provided with a precious metal electrode 2 1 ', a so-called roof electrode.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Spark Plugs (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for linking an electrode (1, 1") of a spark plug with a noble metal (2), which is characterized by linking the noble metal (2) locally with the electrode (1, 1") by means of heat generated by a continuous laser beam (3).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden einer Elektrode einer Zündkerze mit einem Edelmetall gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.The present invention relates to a method for connecting an electrode of a spark plug with a noble metal according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art.

Zündkerzen mit einer Elektrode, wie z.B. einer Mittelelektrode, bei der das vordere Ende der Mittelelektrode mit einer Edelmetallspitze versehen ist oder bei denen umfänglich in einem Bereich ein Edelmetall angebracht ist, sind aus dem Stand der Technik schon seit längerer Zeit bekannt.Spark plugs having an electrode, such as e.g. A center electrode in which the forward end of the center electrode is provided with a noble metal tip or in which a noble metal is circumferentially disposed in a region has been known for some time from the prior art.

So wird beispielsweise in der EP 0 637 113 B1 eine Zündkerze mit einer Mittelelektrode beschrieben, die eine hitze- und erosionsbeständige Nickellegierung aufweist, wobei das vordere Ende der Mittelelektrode mit einer Edelmetallspitze aus Iridium oder Ruthenium gebildet ist. Die Nickellegierung weist dabei eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 30 Wm-1K-1 oder größer auf. In dieser Druckschrift wird ausgeführt, daß die Edelmetallspitze eine scheibenförmige Form aufweist und konzentrisch an dem vorderen Ende des Elektrodenmetalls angeordnet ist.For example, in the EP 0 637 113 B1 describes a spark plug having a center electrode having a heat and erosion resistant nickel alloy, the forward end of the center electrode being formed with a noble metal tip of iridium or ruthenium. The nickel alloy has a thermal conductivity of about 30 Wm -1 K -1 or greater. In this document, it is stated that the noble metal tip has a disk-like shape and is concentrically arranged at the front end of the electrode metal.

Durch die Verwendung beispielsweise eines YAG-Lasers werden Laserstrahlen auf eine Grenzfläche Edelmetallspitze/vorderes Ende des Elektrodenmetalls aufgebracht, wobei die Edelmetallspitze mit einer entsprechenden Kraft gegen das vordere Ende des Elektrodenmetalls, worauf das Edelmetall aufgebracht werden soll, gedrückt wird.By using, for example, a YAG laser, laser beams are applied to a noble metal tip / front end interface of the electrode metal, with the noble metal tip pressed against the front end of the electrode metal, whereupon the noble metal is to be deposited, with a corresponding force.

Aus der EP 0 400 950 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Zündkerze bekannt, wobei ein Iridium-Pulver-Preßling hergestellt wird, der die Zündspitze der Mittelelektrode der Zündkerze bildet. Dieser Iridium-Pulver-Preßling wird in einem Vakuum oder in einer nicht oxidierenden bzw. reduzierenden Atmosphäre gesintert, und die Zündspitze wird mit dem vorderen Ende der Mittelelektrode metallurgisch verbunden. Das metallurgische Verbinden kann dabei beispielsweise unter Verwendung des Elektronenstrahlschweißens oder Laserschweißens durchgeführt werden.From the EP 0 400 950 B1 For example, there is known a method of manufacturing a spark plug wherein an iridium powder compact is produced which forms the firing tip of the center electrode of the spark plug. This iridium powder compact is sintered in a vacuum or in a non-oxidizing or reducing atmosphere, and the firing tip is metallurgically bonded to the front end of the center electrode. The metallurgical bonding can be carried out, for example, using electron beam welding or laser welding.

Ebenso beschreiben die US 5,811,915 und die DE 196 41 856 A1 das Vorsehen von Edelmetallplättchen auf einer Zündkerzenelektrode, wie beispielsweise einer Masse- oder einer Mittelelektrode. Das Aufbringen der Edelmetallplättchen erfolgt gemäß dieser Dokumente durch Laserschweißen, und zwar mit Hilfe eines Nd:YAG-Lasers.Likewise describe the US 5,811,915 and the DE 196 41 856 A1 the provision of noble metal flakes on a spark plug electrode, such as a ground or center electrode. The application of the precious metal platelets according to these documents by laser welding, using an Nd: YAG laser.

Auch die EP 0 575 163 B1 beschreibt das Aufschweißen eines Edelmetallplättchens auf eine Mittelelektrode einer Zündkerze, wobei sich die Schweißnaht am Umfang der Grenzfläche zwischen dem Edelmetallblättchen und der Endfläche der Mittelelektrode befindet. Zum Aufschweißen wird hierbei ein YAG-Laser verwendet.Also the EP 0 575 163 B1 describes the welding of a noble metal chip on a center electrode of a spark plug, wherein the weld is at the periphery of the interface between the noble metal leaflets and the end surface of the center electrode. For welding, a YAG laser is used.

In der US 4,963,112 wird ebenso die Befestigung eines Edelmetallblättchens auf einer Elektrode einer Zündkerze offenbart, wobei die Befestigung wieder mittels Laserschweißen erfolgt. Dabei wird beschrieben, daß gepulste Laser bevorzugt verwendet werden.In the US 4,963,112 Also, the attachment of a noble metal leaflet is disclosed on an electrode of a spark plug, wherein the attachment takes place again by means of laser welding. It is described that pulsed lasers are preferably used.

Ebenso beschreiben die US 5,461,210 , die EP 0 588 495 B1 und die EP 0 587 446 B1 das Aufbringen von Edelmetallplättchen auf Zündkerzenelektroden. Auch hierbei wird zum Aufschweißen der Edelmetallplättchen immer ein gepulster Laserstrahl verwendet.Likewise describe the US 5,461,210 , the EP 0 588 495 B1 and the EP 0 587 446 B1 the application of precious metal platelets on spark plug electrodes. Again, a pulsed laser beam is always used to weld the precious metal platelets.

Weiterhin ist der EP 0 691174 A1 ein Verfahren zu entnehmen, bei dem ein Edelmetalldraht auf einen Elektrodengrundkörper mittels eines gepulsten oder eines kontinuierlich arbeitenden Laserstrahls aufgebracht wird, wobei der Edelmetalldraht vollständig aufgeschmolzen wird.Furthermore, the EP 0 691174 A1 to derive a method in which a noble metal wire is applied to an electrode body by means of a pulsed or a continuous laser beam, wherein the noble metal wire is completely melted.

Allen diesen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Aufbringen eines Edelmetallplättchens oder einer sonstigen Form eines Edelmetalls auf eine Elektrode einer Zündkerze ist jedoch gemeinsam, daß das Aufbringen mit Hilfe eines gepulsten Lasers erfolgt.However, all of these prior art methods of applying a noble metal chip or other form of precious metal to an electrode of a spark plug share the common feature of applying by means of a pulsed laser.

Bei derartigen Verbindungsverfahren mit Hilfe von gepulsten Laserstrahlquellen wird das aneinander zu befestigende Material, d.h. die Elektrode und das Edelmetall, diskontinuierlich aufgeschmolzen und wieder erstarrt. Dies bedeutet, es wird kein kontinuierliches Schmelzbad erzeugt.In such connection methods with the aid of pulsed laser beam sources, the material to be fastened to one another, ie the electrode and the noble metal, is melted and solidified intermittently. This means that no continuous melt pool is generated.

Durch das permanente Aufschmelzen und wieder Erstarren des zu verbindenden Materials kann jedoch eine Durchmischung der Schmelzzone, d.h. eine gleichmäßige Legierungsverteilung, nur bedingt ermöglicht werden. Es entsteht daher eine relativ hohe Neigung zur Rißbildung in der Verbindungszone, weshalb die Standzeit derartiger Zündkerzen, die als sogenannte "Longlife-Kerzen" Verwendung finden, letztlich durch die relativ geringe Dauerhaltbarkeit der Verbindung Edelmetall/Elektrodenlegierung begrenzt ist.However, due to the permanent melting and re-solidification of the material to be joined, mixing of the melting zone, i. a uniform alloy distribution, only partially possible. There is therefore a relatively high tendency for crack formation in the connection zone, which is why the service life of such spark plugs, which are used as so-called "longlife candles", is ultimately limited by the relatively low durability of the precious metal / electrode alloy connection.

Häufig wird als Werkstoff für die Elektrode eine Nickellegierung verwendet. Durch das Verbinden mittels eines gepulsten Laserstrahls entstehen unerwünschte, nickelreiche und damit weniger gegen Erosion und Korrosion widerstandsfähige Legierungsbereiche.Often a nickel alloy is used as the material for the electrode. Connecting by means of a pulsed laser beam produces unwanted, nickel-rich and thus less resistant to erosion and corrosion alloy areas.

Betrachtet man die Oberfläche einer mittels eines gepulsten Laserstrahls geschweißten, mit einem Edelmetall versehenen Elektrode, so ist diese sehr unregelmäßig, da kein kontinuierlicher Schmelzzonenbereich erzeugt werden kann, sondern das Material immer wieder aufgeschmolzen wird und erstarrt. Es kann daher notwendig sein, daß die Oberfläche nach dem Verschweißen nachbehandelt wird.Looking at the surface of a welded by means of a pulsed laser beam, provided with a precious metal electrode, so this is very irregular, since no continuous zone of melt zone can be produced, but the material is repeatedly melted and solidifies. It may therefore be necessary that the surface is post-treated after welding.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das vorgeschlagene Verfahren zum Verbinden einer Elektrode einer Zündkerze mit einem Edelmetall, wobei das Edelmetall mit einem mittels eines kontinuierlich arbeitenden Laserstrahls erzeugten Wärmeeintrag lokal mit der Elektrode in einem Verbindungsbereich verbunden wird, wobei der Laserstrahl (3) auf den Verbindungsbereich gerichtet wird, und wobei das Edelmetall nicht vollständig, sondern nur im Verbindungsbereich aufgeschmolzen wird, hat demgegenüber den Vorteil, daß die Ungleichmäßigkeiten der Oberfläche verringert werden. Gleichzeitig werden innerhalb der teilweise aufgeschmolzenen Zone Risse, Poren, Lunker und Schwankungen der jeweiligen Legierungsanteile, die alle die Verbindung Edelmetall/ Elektrodenmaterial schwächen, vermieden. Somit kann mit einem erfindungsgemäßen Verfahren die Standzeit des Bauteils beim Betrieb erhöht werden, da solche Schwachstellen vermieden oder zumindest minimiert werden können.The proposed method for bonding an electrode of a spark plug to a noble metal, wherein the noble metal is locally connected to a generated by a continuous laser beam heat input to the electrode in a connection region, wherein the laser beam (3) is directed to the connection region, and wherein Noble metal is not completely, but only in the connection area is melted, in contrast the advantage that the surface irregularities are reduced. At the same time, cracks, pores, voids and fluctuations in the respective alloying portions, all of which weaken the compound precious metal / electrode material, are avoided within the partially melted zone. Thus, with a method according to the invention, the service life of the component during operation can be increased since such weak points can be avoided or at least minimized.

Dadurch, daß durch die gleichmäßige Aufschmelzung der Verbindungspartner in der Kontaktzone die bei der Verwendung von gepulsten Laserstrahlen bekannten Erstarrungsrisse vermieden werden, wird auch der Korrosionsangriff entlang dieser Risse vermieden und damit ein vorzeitiger Ausfall der Verbindung unterbunden. Dies ist insbesondere bei dem Einsatz der Zündkerzen im Motorenbereich wichtig.Due to the fact that the uniform melting of the connection partners in the contact zone avoids the solidification cracks which are known when using pulsed laser beams, the corrosion attack along these cracks is also avoided, thus preventing a premature failure of the connection. This is particularly important when using the spark plugs in the engine area.

Weiterhin kann dadurch, daß ein kontinuierlich arbeitender Laser verwendet wird, die Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit des Schmelzzonenbereichs auf die jeweiligen Werkstoffe und die Art der erwünschten Verbindung eingestellt werden, wodurch auch eine bestimmte Phasenzusammensetzung im Verbindungsbereich erreicht wird.Furthermore, by using a continuous laser, the heating and cooling rate of the melt zone region can be adjusted to the particular materials and the type of compound desired, thereby also achieving a particular phase composition in the bond region.

Ferner ist durch einen kontinuierlich arbeitenden Laser auch eine breitere Variation an verwendbaren Legierungszusammensetzungen für die Werkstoffe möglich. Die Standzeitoptimierung kann daher auch über optimierte Legierungszusammensetzungen für die Werkstoffe erfolgen und ist nicht, wie bisher, durch eine gute oder eingeschränkte Schweißeignung für einen gepulsten Laser bestimmt.Furthermore, a wider variety of usable alloy compositions for the materials is possible by a continuous laser. The optimization of service life can therefore also take place via optimized alloy compositions for the materials and is not, as before, determined by good or limited weldability for a pulsed laser.

Als weiterer Vorteil der Erfindung ist anzuführen, daß das Spektrum an mit einem kontinuierlichen Laserstrahl erzielbaren Schmelzzonengeometrien viel breiter ist als dies bei einem gepulsten Laser der Fall ist.A further advantage of the invention is that the spectrum of melt zone geometries achievable with a continuous laser beam is much wider than is the case with a pulsed laser.

Weiterhin sind höhere Prozeßgeschwindigkeiten erreichbar, was auch zu einer Kosteneinsparung bei der Herstellung und zu einer verringerten Wärmebelastung des herzustellenden Bauteiles führt.Furthermore, higher process speeds can be achieved, which also leads to cost savings in the production and to a reduced heat load of the component to be produced.

Es ergibt sich also zusammenfassend insgesamt eine verbesserte Schmelzzone zwischen Edelmetall und Elektrode, die zu einer höheren Standzeit der Elektrode und damit zu einer besseren Funktion des Produktes der Zündkerze, führt.Overall, this results in an overall improved melting zone between precious metal and electrode, which leads to a longer service life of the electrode and thus to a better function of the product of the spark plug.

Dies wird erreicht mit einem Verfahren nach Anspruch 1 und einer Zündkerze nach Anspruch 6.This is achieved with a method according to claim 1 and a spark plug according to claim 6.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Edelmetalleinlage umfänglich über eine gewisse Breite bandartig auf die Elektrode aufgebracht. Derartig hergestellte Elektroden kommen beispielsweise bei sogenannten Gleitfunkenkerzen oder Luftgleitfunkenkerzen zum Einsatz.According to a preferred embodiment of the invention, the precious metal insert is applied circumferentially over a certain width like a ribbon on the electrode. Such produced electrodes are used for example in so-called Gleitfunkenkerzen or Luftgleitfunkenkerzen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Edelmetalleinlage auf eine Stirnseite der Mittelelektrode aufgebracht. Beim Aufbringen der Edelmetalleinlage auf die Stirnseite der Mittelelektrode wird das Edelmetallteil nicht vollständig aufgeschmolzen, sondern nur in ihrem Verbindungsbereich. So wird eine Zündkerzenelektrode mit einer Spitze aus verschleißfestem Edelmetall geschaffen.According to a further preferred embodiment of the invention, the precious metal insert is applied to an end face of the center electrode. When applying the noble metal insert on the front side of the center electrode, the noble metal part is not completely melted, but only in their connection area. Thus, a spark plug electrode is provided with a tip of wear-resistant precious metal.

Erfolgt das Aufbringen des Edelmetalls erfindungsgemäß mittels eines kontinuierlich arbeitenden Laserstrahls, kann neben einem Nd:YAG- oder CO2- auch ein Diodenlaser eingesetzt werden.If the noble metal is applied according to the invention by means of a continuously operating laser beam, a diode laser can be used in addition to a Nd: YAG or CO2 laser.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, der anhängenden Zeichnung und den Patentansprüchen.Further advantages and advantageous embodiments of the article according to the invention will become apparent from the description, the appended drawing and the claims.

Zeichnungdrawing

Zwei Ausführungsbeispiele eines Verfahrens zum Verbinden einer Zündkerzenelektrode mit einer Edelmetalleinlage sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und werden nachfolgend in der Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine schematische Darstellung eines Verbindungsverfahrens, bei dem ein Edelmetall auf eine Elektrode als Drahtwerkstoff zugeführt wird, und Figur 2A und Figur 2B jeweils eine schematische Darstellung eines Verfahrensschrittes eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden einer Elektrode mit einer Edelmetalleinlage nach Art einer Dachelektrode.Two embodiments of a method for connecting a spark plug electrode to a noble metal insert are shown schematically simplified in the drawing and are explained in more detail in the description below. Show it FIG. 1 a schematic representation of a bonding method in which a noble metal is supplied to an electrode as a wire material, and FIG. 2A and FIG. 2B in each case a schematic representation of a method step of a method according to the invention for connecting an electrode to a noble metal insert in the manner of a roof electrode.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

In Figur 1 ist beispielhaft ein einstufiger Beschichtungsprozeß einer Elektrode, d.h. ein Verfahren zum Verbinden einer Zündkerzenelektrode 1 mit einem Edelmetall 2, dargestellt. Unter Edelmetall 2 gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein reines Edelmetall oder auch eine jegliche Edelmetallegierung verstanden werden, die für den jeweiligen Einsatz geeignet ist.In FIG. 1 For example, a single-stage coating process of an electrode, ie, a method of bonding a spark plug electrode 1 to a noble metal 2, is shown. Under noble metal 2 according to the present invention, a pure noble metal or any noble metal alloy can be understood, which is suitable for the particular application.

Die Figur 1 zeigt insbesondere einen Schnitt durch die Zündkerzenelektrode 1, welche hier eine Mittelelektrode darstellt, die im Bereich einer vorgefertigten Nut 6 mit einem aufgeschmolzenen Edelmetall 2 aufgefüllt wird und beispielsweise Anwendung in einer Gleitfunkenkerze oder Luftgleitfunkenkerze findet. Der Schnitt durch die Mittelelektrode 1 gemäß Figur 1 ist dabei entlang der Nut 6 durchgeführt.The FIG. 1 shows in particular a section through the spark plug electrode 1, which here represents a center electrode which is filled in the region of a prefabricated groove 6 with a molten precious metal 2 and for example finds application in a Gleitfunkenkerze or Luftgleitfunkenkerze. The section through the center electrode 1 according to FIG. 1 is carried out along the groove 6.

Zum Aufschmelzen wird ein kontinuierlicher Laser 3 verwendet, wobei beispielsweise ein Nd:YAG- oder ein CO2- oder Diodenlaser eingesetzt werden kann. Besonders eignet sich ein Diodenlaser, da dieser heutzutage bezüglich der Investitions- und Betriebskosten deutlich vorteilhafter als ein Nd:YAG- oder CO2-Laser ist.For melting, a continuous laser 3 is used, wherein, for example, a Nd: YAG or a CO2 or diode laser can be used. A diode laser is particularly suitable since it is significantly more advantageous in terms of investment and operating costs than an Nd: YAG or CO2 laser today.

Das Edelmetall 2, das hier beispielsweise Platin sein kann, wird gemäß der gezeigten bevorzugten Ausführungsform als Drahtwerkstoff permanent zugeführt und mit dem kontinuierlichen Laserstrahl 3 im Bereich der vorgefertigten Nut 6 auf die Mittelelektrode 1 aufgeschmolzen und als Schmelze 5 in die Nut 6 eingefüllt, so daß das Edelmetall 2 auf die Elektrode 1 gleichsam aufgewickelt wird.The noble metal 2, which may be platinum here, for example, is permanently supplied according to the preferred embodiment shown as a wire material and melted with the continuous laser beam 3 in the region of the prefabricated groove 6 on the center electrode 1 and filled as a melt 5 in the groove 6, so that the noble metal 2 is wound on the electrode 1 as it were.

Gleichzeitig wird auch der Grundwerkstoff der Mittelelektrode 1 angeschmolzen, und es bildet sich eine Legierung aus einem geringen Anteil des aufgeschmolzenen Grundwerkstoffs der Mittelelektrode 1 und des Werkstoffs des Edelmetalldrahtes 2.At the same time, the base material of the center electrode 1 is also melted, and an alloy of a small proportion of the melted base material of the center electrode 1 and of the material of the noble metal wire 2 is formed.

Aus diesem kontinuierlich ablaufenden Herstellungsprozeß des Aufschweißens des Edelmetalles 2 erfolgt eine homogene Durchmischung der Schmelzzone und damit eine gleichmäßige Legierungsverteilung, die zu erhöhten Standzeiten und einer glatten Oberfläche der Mittelelektrode 1 führt.For this continuous production process of the welding of the noble metal 2 takes place a homogeneous mixing of the melting zone and thus a uniform alloy distribution, which leads to increased service life and a smooth surface of the center electrode 1.

Ferner sind höhere Prozeßgeschwindigkeiten erzielbar, woraus wiederum eine kostengünstige Bearbeitung und eine verringerte Wärmebelastung des Bauteils, sprich der Mittelelektrode 1, resultiert.Furthermore, higher process speeds can be achieved, which in turn results in cost-effective processing and a reduced heat load on the component, that is, the center electrode 1.

Durch den gleichmäßigen Temperatureintrag über dem Schmelzzonenbereich kommt es zu geringeren Wärmespannungen als bei aus dem Stand der Technik bekannten gepulsten Laserverfahren und damit wiederum zu einer erhöhten Standzeit der Mittelelektrode 1.Due to the uniform introduction of temperature above the melting zone region, lower thermal stresses occur than in the case of pulsed laser processes known from the prior art and thus in turn lead to an increased service life of the center electrode 1.

Die Optimierung der Oberflächengüte ist dabei am Erzeugnis klar optisch erkennbar. Auch Schliffbilder zeigen deutlich die insbesondere im Bezug auf die Durchmischung verbesserte Schweißzone.The optimization of the surface quality is clearly visually recognizable on the product. Even micrographs clearly show the improved welding zone, especially with regard to mixing.

Die Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit kann dabei eingestellt werden, wodurch die Rißbildung in der Schmelzzone und dem Elektrodengrundmaterial weiter unterbunden bzw. minimiert wird. Es ist durch die Variation der Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit auch eine breite Variation an Legierungszusammensetzungen möglich.The heating and cooling rate can be adjusted, whereby the cracking in the melting zone and the electrode base material is further prevented or minimized. It is also possible by the variation of the heating and cooling rate, a wide variation in alloy compositions.

In den Figuren 2A und 2B ist nun ein Herstellungsprozeß für eine weitere Elektrodenart, nämlich eine sogenannte Dachelektrode dargestellt. Hierbei wird zum Schweißen der Verbindung zwischen dem Edelmetall 2 und der Nickellegierung der Elektrode 1' ein kontinuierlich arbeitender Laserstrahl (Continous wave bzw. CW-Laser), vorzugsweise ein Nd:YAG-Laser, eingesetzt.In the FIGS. 2A and 2B Now is a manufacturing process for a further type of electrode, namely a so-called roof electrode shown. In this case, a continuously operating laser beam (continuous wave or CW laser), preferably a Nd: YAG laser, is used to weld the connection between the noble metal 2 and the nickel alloy of the electrode 1 '.

Wie in der Figur 2A zu sehen ist, wird ein Teil aus Edelmetall 2, vorzugsweise in einer zylindrischen Form, auf eine Stirnseite der Elektrode 1', die hier eine Mittel- oder Masseelektrode einer Zündkerze darstellt, aufgesetzt bzw. in eine Vertiefung 6 derselben eingesteckt.Like in the FIG. 2A can be seen, a part of precious metal 2, preferably in a cylindrical shape, on a front side of the electrode 1 ', which here represents a center or ground electrode of a spark plug, placed or inserted into a recess 6 thereof.

Dabei ist die Vertiefung 6 in der Stirnseite der Elektrode 1' vorzugsweise derart ausgeformt, daß beim Einstecken des Edelmetallteiles 2 dieses fest mit der Elektrode 1' verbunden ist.In this case, the recess 6 in the end face of the electrode 1 'is preferably formed such that upon insertion of the noble metal part 2, this fixed to the electrode 1' is connected.

Wie in der Figur 2B ersichtlich ist, rotieren in einem anschließenden Verfahrensschnitt die derart kontaktierten Verbindungspartner, nämlich Edelmetall 2 und Zündkerzenelektrode 1' mit einer an die Energiemenge eines CW-Lasers angepaßten Drehzahl in Richtung des Pfeils 7. Der Laserstrahl 3 wird auf die rotierende, zu verschweißende Zone fokussiert und entsprechend einer auf die Verbindungspartner bezüglich des Schmelzpunktes, der Wärmekapazität usw. abgestimmten Energierampe ein- und wieder ausgeschaltet.Like in the FIG. 2B It can be seen rotate in a subsequent process section, the thus contacted connection partner, namely noble metal 2 and spark plug electrode 1 'with a matched to the amount of energy of a CW laser speed in the direction of arrow 7. The laser beam 3 is focused on the rotating, to be welded zone and switched on and off according to an energy lamp tuned to the connection partners with respect to the melting point, heat capacity, etc.

Im Ergebnis liegt dann eine Zündkerzenelektrode 1' vor, deren Spitze aus einem Edelmetall 2 beziehungsweise einer Edelmetallegierung besteht, die über eine gleichmäßige Schmelzzone mit der Nickellegierung der Elektrode 1' dauerhaft verbunden ist. Dabei sollte bei einer derartigen mit einem Edelmetall 2 versehenen Elektrode 1', einer sogenannten Dachelektrode, das Edelmetall 2 nicht vollständig, sondern nur in seinem Verbindungsbereich aufgeschmolzen werden. As a result, there is then a spark plug electrode 1 'whose tip consists of a noble metal 2 or a precious metal alloy, which is permanently connected to the nickel alloy of the electrode 1' via a uniform melting zone. In this case, the noble metal 2 should not be completely melted, but only in its connection region in such provided with a precious metal electrode 2 1 ', a so-called roof electrode.

Claims (10)

  1. Method for connecting an electrode (1, 1') of a spark plug to a precious metal (2), the precious metal (2) being locally connected to the electrode (1, 1') by using heat input generated by a continuously operating laser beam (3), the precious metal (2) being connected to the electrode (1, 1') in a connecting region, and the laser beam (3) being directed at the connecting region, characterized in that the precious metal (2) is not melted completely, but only in the connecting region.
  2. Method according to Claim 1, characterized in that the precious metal (2) is applied to the electrode (1) circumferentially.
  3. Method according to Claim 1, characterized in that the precious metal (2) is applied to one end face of the electrode (1').
  4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the laser beam (3) is formed by an Nd:YAG, CO2 or diode laser.
  5. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a precious metal (2) formed as a cylinder is placed onto the end face of an electrode (1') and is then melted by the laser beam (3) in a boundary region between the precious metal (2) and the electrode (1').
  6. Electrode (1, 1') of a spark plug, characterized in that it is produced by a method according to one of the preceding claims.
  7. Electrode (1, 1') of a spark plug according to Claim 6, characterized in that it is a centre electrode.
  8. Electrode (1, 1') of a spark plug according to Claim 6, characterized in that it is an earth electrode.
  9. Electrode (1, 1') of a spark plug according to one of Claims 6 to 8, characterized in that it substantially comprises nickel.
  10. Electrode (1') of a spark plug according to one of Claims 6 to 9, characterized in that it is a top electrode for a surface-gap spark plug or a surface-air-gap spark plug.
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