Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrisch leitende Dichtungs¬ masse für ein Kontaktpaket für Zündkerzen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Dichtungsmassen dienen zur dichten Einschmelzung der Mittelelektrode im Isolatorkörper der Zündkerze sowie zur Funkenent¬ störung. Die Einschmelzung wird auch als Widerstandseinschmelzung bezeichnet. Dabei besteht die Widerstandseinschmelzung aus je einem elektrisch gut leitenden Kontaktpaket am anschlußseitigen und am zündseitgen Teil der Mittelelektrode und aus einem dazwischenliegen¬ den Widerstandspaket.

Aus der DE-PS 22 45 403 ist eine gattungsbildende Dichtungsmasse für ein Kontaktpaket bekannt, welche Borsilikatglas als schmelzbare Komponente und als elektrisch leitende Komponente Graphit und Ruß enthält. Es wird außerdem darauf hingewiesen, daß Dichtungsmassen, die nur Graphit als leitfähige Komponente enthalten, wegen der be¬ nötigten hohen Volumenanteile an Graphit und den daraus resultieren¬ den Schwierigkeiten bei der Aufbereitung sowie wegen unzureichender Gasdichtheit nicht geeignet sind.

Es konnte beobachtet werden, daß Zündkerzen mit bekannter Zusammen¬ setzung der Dichtungsmasse des Kontaktpakets bei hoher thermischer Belastung dadurch ausfallen, daß der im Kontaktpaket enthaltene Ruß an der Mittelelektrode ausbrennt. Auch der Ersatz des Rußes.durch Metallpulver scheitert an unzureichender Stabilität bei hoher elektrischer Belastung.

Das Widerstandspaket besteht aus Glas und anderen anorganischen Zusätzen als Füllstoffe, die bei den angewandten Einschmelztempera- turen nicht schmelzen, sowie aus Kohlenstoff als elektrisch leit¬ fähige Komponente. Der Kohlenstoff wird dabei als Ruß und/oder mittels eines Kohlenstoff bildenden organischen Binder zugesetzt. Aus der DE-PS 32 26 340 ist u. a. bekannt, als organischen Binder Carboxymethylcellulose (CMC) einzusetzen.

Vorteile der Erfindung

Es wurde gefunden, daß der für die Funktion als Dicht- und Kontakt¬ paket für Widerstandseinschmelzungen notwendige Graphitanteil nicht so hoch eingestellt sein muß, daß der in der DE-PS 22 45 403 ge¬ nannte Nachteil auftritt. Im Gegensatz dazu besitzt die erfindungs¬ gemäße Dichtungsmasse für das Kontaktpaket mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 den Vorteil, daß sich die zur Herstellung des Kontaktpakets eingesetzte Dichtungsmasse deutlich besser auf¬ bereiten läßt als mit dem feinteiligen und zur Agglomeration neigenden Ruß.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteil¬ hafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Widerstands¬ einschmelzung möglich. Wegen der höheren Oxidationsneigung von fein¬ körnigem Graphit ist es besonders vorteilhaft, wenn der Graphit einen möglichst geringen Kornanteil unter 5 ιχ n besitzt. Nach

oben hin wird die Korngröße durch die mit zunehmender Korngröße immer geringer werdende Zahl von Kontaktstellen zwischen den Graphitkörnern begrenzt. Als besonders zweckmäßig ist eine möglichst enge Kornverteilung mit einer mittleren Korngröße zwischen ca. 20 und 50 l cm, vorzugsweise von 30 bis 40 juc m, wobei der Anteil der Korngröße unter 10 u-m kleiner 5% und der Korngröße über 96 - XΆ unter 10% liegen sollte. Zur Verminderung der Oxidation des Graphits kann das Kontaktpaket als Reduktionsmittel bis zu 4 Vol.% fein¬ körniges Aluminiumpulver enthalten. Eine besonders gute Stabilität bei hoher elektrischer Belastung wird erreicht, wenn nach dem Ein¬ schmelzen der Dichtungsmasse das Kontaktpaket am anschlußseitigen Teil der Mittelelektrode stärke ist als das Kontaktpaket an der zündseitigen Mittelelektrode.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge¬ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Zündkerze in Schnittdarstelung.

Auführungsbeispiel

Die dargestellte Zündkerze besteht aus einem in ein metallisches Kerzengehäuse 10 gasdicht eingebördelten Isolator 11, in dessen Isolatorbohrung 12 eine anschlußseitige Mittelelektrode 13 und eine zündseitige Mittelelektrode 14 eingesetzt sind. Im mittleren Ab¬ schnitt der Isolatorbohrung 12 ist eine Widerstandseinschmelzung 15, 16, 17 eingesetzt, welche die anschlußseitige Mittelelektrode 13 mit der zündseitigen Mittelelektrode 14 elektrisch verbindet. Die Widerstandseinschmelzung besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem ersten an die anschlußseitige Mittelelektrode 13

angrenzenden Kontaktpaket 15, einem mit der zündseitigen Mittel- elektrode 14 in Kontakt stehenden zweiten Kontaktpaket 15 und einem zwischen den beiden Kontaktpaketen 15, 16 angeordneten Widerstands¬ paket 17. Auf die Zusammensetzung der Kontaktpakete 15 und 16 sowie des Widerstandspakets 17 wird weiter unten eingegangen. Die Masse- elektrode der Zündkerze ist mit 18 bezeichnet.

Im eingeschmolzenen Zustand beträgt die Mindesthöhe zwischen der zündseitigen Mittelelektrode 14 und dem Widerstandspaket 17 0,5 mm und zwischen dem Widerstandspaket 17 und der anschlußseitigen Mittelelektrode 13 2 mm. Der Grund für diese Forderung liegt in der Abdichtfunktion der Kontaktpakete 15, 16 gegen eindringenden Sauer¬ stoff beim Einschmelzprozeß. Wenn Sauerstoff bis zum Widerstands¬ paket 17 vordringt, wird ein Teil des Kohlenstoffs oxidiert, wodurch der Widerstandswert partiell erhöht wird. Beim Betrieb der Zündkerze unter hoher elektrischer Belastung wird an der Stelle mit dem er¬ höhten Widerstandswert mehr Energie umgesetzt. Dadurch erhöht sich die Temperatur an dieser Stelle, was zum Ausfall der Kerze führen kann.

Für die beiden Kontaktpakete 15, 16 und das Widerstandspaket 17 werden Widerstands- bzw. elektrisch leitfähige Dichtungsmassen ein¬ gesetzt. Die Dichtungsmassen sowohl der Kontaktpakete 15, 16 als auch des Widerstandspaketes 17 enthalten im vorliegenden Aus¬ führungsbeispiel ein Li-Ca-Borosilikatglas folgender Zusammensetzung in Masseprozent:

Si0 ₂ 51 1 ₂ 0 ₃ 1

CaO 7

^B 2°3 ³⁷

Die zur Herstellung der Kontaktpaxete 15, 16 eingesetzte elektrisch leitende Dichtmasse besitzt folgende Zusammensetzung in Vol.%:

Glas (Korngröße 63 bis 400 Lm) 64,2

SiC (Korngröße 150 bis 210 LLCΛ ) 15,0

Aluminiumpulver (Korngröße ca. 8 l -m) 0,8

Graphit (Korngröße 5 bis 80 lun) 20,0

Glas, SiC und das Aluminiumpulver werden trocken gemischt. An¬ schließend wird der Graphit mittels einer wässrigen Dextrinlösung als Binder auf die Proben Glas, SiC- und Aluminiumkörner aufpaniert. Der Anteil an Dextrin beträgt ca. 1%. Danach wird die Mischung getrocknet. Grobanteile werden anschließend durch Absieben zerstört bzw. abgetrennt.

Zur Herstellung der Widerstandsmasse wird eine Widerstandsvor¬ mischung erzeugt. Die Widerstandsvormischung für einen 6-Kiloohm-Widerstand besitzt folgende Zusammensetzung in Masseprozent:

Thermalruß 3,7

ZrO 81,0

Glas (Korngröße < 63 μ u-am ) 15,3

Die Widerstandsvormischung wird schließlich mit weiterem Glas und Schmelzkorund in folgender Zusammensetzung in Vol.% zusammengebracht:

Glas (Korngröße 63 bis 400 m) 59,0

Schmelzkorund (Korngröße 120 bis 250 m) 25,0 Widerstandsvormischung 16,0

Das Glas und der Schmelzkorund werden trocken gemischt. Anschließend wird die vorgemahlene Widerstandsvormischung mittels einer w ssrigen Lösung von gereinigter Ca-Carboxymethylcellulose (CMC) auf die groben Glas- und Korundkörner aufpaniert. Der Anteil an CMC in der fertigen Widerstandsmasse beträgt 0,1 bis 1,0 Masse%, vorzugsweise 0,2 Masse%. Die Mischung wird schließlich getrocknet und die Grob¬ bestandteile werden durch Absieben zerstört bzw. abgetrennt. Der Widerstandswert des Widerstandspakets 17 kann durch Änderung des Rußanteils, der Widerstandsvormischung und der CMC-Menge eingestellt werden.

Zur Herstellung der Widerstandseinschmelzung wird in die Isolator- bohrung 12 des Isolators 11 mit eingelegter zündseitiger Mittel¬ elektrode 14 zuerst die elektrisch leitende Dichtmasse des zünd¬ seitigen Kontaktpakets 16, dann die Widerstandsmasse des Wider¬ standspakets 17 und schließlich die elektrisch leitende Dichtmasse des Kontaktpakets 15 eingefüllt und mittels eines Stempels vorge¬ preßt. Auf das obere Kontaktpaket 15 wird die anschlußseitige Mittelelektrode 13 aufgesetzt und angepreßt. Der so vormontierte Isolator 11 wird auf eine Temperatur von 850 bis 900°C erhitzt. Bei diesen Temperaturen wird die anschlußseitige Mittelelektrode 13 in die erweichte Kontaktmasse des Kontaktpakets 15 eingedrückt.

Die Füllmengen der elektrisch leitenden Dichtungsmassen und der Widerstandsmasse werden so gewählt, daß nach dem Füllen und dem Vorpressen die anschlußseitige Mittelelektrode 13 ca. 6 bis 8 mm über die Stirnfläche des Isolators 11 hinausragt, und daß nach Er¬ hitzen und Eindrücken der Mittelelektrode 13 folgende Pakethöhen erhalten werden:

zündseitiges Kontaktpaket 0,5 bis 2 mm

Widerstandspaket 5 bis 8 mm anschlußseitiges Kontaktpaket > 2 mm

Zündkerzen mit der erfindungsgemäßen Widerstandseinschmelzung wurden im Vergleich zu Zündkerzen mit Ruß und Graphit als leitfähige Phase im Kontaktpaket in einem Motor bei hoher thermischer Belastung betrieben. Bei den Zündkerzen mit den rußhaltigen Kontaktpaketen traten bereits nach ca. 200 Betriebsstunden Widerstandserhöhungen bis zu >20 Megaohm auf. Bei diesen Zündkerzen war ein deutlicher poröser Saum um den Mittelelektrodenkopf erkennbar, der durch Aus¬ brennen von Ruß aufgrund der hohen thermischen Belastung im Motor¬ betrieb entstanden ist. Die Zündkerzen mit der erfindungsgemäßen Widerstandseinschmelzung gemäß dem beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel zeigten selbst nach 500 Betriebsstunden nur geringe Wider¬ standsänderungen und es war keinerlei Porosität um den Mittel¬ elektrodenkopf erkennbar, die auf eine Oxidation des Graphits hin¬ gewiesen hätte.

Folgende Tabelle zeigt die Prüfungsergebnisse von Kontaktpaketen verschiedener Zusammensetzung und Höhe.

Leitfähige Kompo- Höhe Kontaktpak. Ausfälle nente im Kontakt- an zündseitiger in % *) paket Mittelelektrode/ nach h anschlußseitiger

Mittelektrode

Fe + Graphit 1,0 / 3,5 25% 110 h

Graphit 2,0 / 4,5 0% 200 h

*) Ausfall: R-Anstieg > 30%