用于火花塞的电极及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于火花塞的电极，包括电极基底材料（4）和贵金属元件（5；50），其中所述贵金属元件（5；50）借助焊接连接部（6；60）固定在所述电极基底材料（4）上，其中所述焊接连接部垂直于其上固定有所述贵金属元件的电极的面（20）具有最大伸长（T）并且所述焊接连接部在所述面（20）处具有最大宽度（B），并且其中所述最大伸长（T）与所述最大宽度（B）的比例大于或者等于3。
【专利说明】用于火花塞的电极及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于火花塞的电极及其制造方法，其中提供了电极基底材料上贵金属元件的突出的疲劳强度。【背景技术】
[0002]由DE 102 05 078 Al公开了一种用于火花塞的电极，其中借助激光焊接将贵金属薄板焊接到电极的基底材料上。在此由基电极的和贵金属薄板大于50%的体积比的贵金属薄板的相互熔合的材料形成了大的熔合部段。由此需要使用大量用于制造电极的昂贵的贵金属。而这造成了高电极制造成本。
【发明内容】
[0003]相对于此，根据本发明的具有权利要求1所述特征的电极具有下述优点，即能够显著地降低用于电极的贵金属的量。根据本发明在此在贵金属元件和电极基底材料之间产生焊接连接部，所述焊接连接部具有所述焊接连接部垂直于电极表面的最大深度T与所述焊接连接部在电极表面处的最大宽度B的比例，所述比例大于或者等于3(T/B ^ 3)。通过使贵金属元件与电极基底材料之间的焊缝遵循所述比例关系保证了，焊缝不会过大并且在焊接连接部的熔合部段中不会消耗太多贵金属元件的材料。由此能够制造用于火花塞的电极，其尽管使用了更少的贵金属元件，但仍然充分提供了电极处的贵金属。由此能够显著改进电极的疲劳强度。
[0004]从属权利要求示出本发明的优选的改进方案。
[0005]优选的是，贵金属材料的50%体积比或者更小体积比的材料与电极基底材料在焊缝中熔合。由此保证了焊缝不会过厚并且为了火花塞的长疲劳强度或者说疲劳寿命(Dauerhaltbarkeit)充足地存有贵金属材料。
[0006]特别优选的是,焊接前贵金属元件的体积在0.015到0.2mm3的范围内、优选0.075到0.15mm3之间的范围内并且进一步优选大约0.1mm3。
[0007]当贵金属元件为球体时，实现了根据本发明的电极的特别好的疲劳强度。所述球体优选具有0.3到0.75mm、优选0.4到0.6mm并且进一步优选大约0.5mm的直径。
[0008]替代方案是，贵金属元件为贵金属薄板，优选具有柱体形状，所述柱体形状具有0.4到2.6mm之间的直径。对车辆发动机来说，所述直径优选在0.4到0.8mm之间、优选在
0.5到0.7mm之间并且特别优选为大约0.6mm。对静态燃气发动机来说，所述直径优选在
2.2到2.6mm之间并且优选为大约2.4mm。贵金属薄板的厚度优选在0.2到0.7mm之间的范围内、优选0.25到0.6mm之间的范围内并且特别优选为大约0.3mm。对车辆发动机来说所述厚度优选为大约0.3mm，对静态燃气发动机来说所述厚度优选为大约0.6mm。
[0009]尤其优选的是，所述焊缝基本上垂直于电极表面设置。替代方案是，所述焊缝与电极表面成一定角度、优选0°到60°的角度设置(如果可能，在此请嵌入优选的角度)。
[0010]根据本发明的进一步优选的设计方案，焊缝无间断地构造在贵金属元件的外围上。进一步优选的是，所述焊缝的最大宽度在0.1到0.3mm的范围内并且特别优选为大约
0.2mm。最大深度优选在0.3到0.9mm的范围内并且特别优选为0.6mm。
[0011]进一步优选的是，本发明涉及一种具有根据本发明的电极的火花塞以及用于制造电极的方法，其中在第一步骤中准备电极基底材料并且将贵金属元件布置在所述电极基底材料的表面上。随后将贵金属元件焊接到所述电极基底材料上，从而使得焊接连接部的深度T与焊接连接部在外侧的宽度B的长宽比> 3。在此特别优选借助激光器、特别是纤维激光器进行焊接。进一步优选的是，贵金属元件中50%体积比或者更少体积比的份额被熔合，从而使得贵金属元件处仍然充分地存在纯的贵金属，由此使得电极的疲劳强度非常好，而不必使用过大量的昂贵的贵金属。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]下面参照附图详细描述本发明的实施例。附图中:
图1示出根据本发明的第一实施例的火花塞的燃烧室侧的端部的部分剖切的侧视示意图；
图2示出图1中的火花塞搭铁电极的部分俯视示意图；
图3示出图1中的火花塞搭铁电极的剖面示意图；
图4示出根据本发明第二实施例的火花塞搭铁电极的剖面示意图；
图5示出根据本发明第三实施例的火花塞搭铁电极的剖面示意图，并且 图6示出根据本发明第四实施例的火花塞搭铁电极的剖面示意图。
【具体实施方式】
[0013]下面参照图1到图3阐述根据本发明第一实施例的用于火花塞I的电极。
[0014]如由图1的示意视图可见的那样，火花塞I包括火花塞搭铁电极(Masseelektrode) 2以及布置在火花塞的中轴线X_X上的中心电极3。在所述实施例中根据本发明的电极是火花塞搭铁电极2。但需要指出的是，所述根据本发明的电极也能够是中心电极3或者所述两个电极能够以根据本发明的方法构造。
[0015]如由图1可见的那样，火花塞搭铁电极2具有指向另一电极并且在此垂直于中轴线X-X布置的面20。中心电极3具指向火花塞搭铁电极并且同样垂直于中轴线X-X布置的面30。
[0016]火花塞搭铁电极2包括电极基底材料4，所述电极基底材料由不含贵金属的材料、例如镍合金构成。此外，火花塞搭铁电极2还包括贵金属元件5，所述贵金属元件借助焊接连接部6固定在电极基底材料4上。贵金属元件5在所述实施例中为球体并且焊接连接部6环状地环绕所述球体构造，如图2所示。
[0017]如在图3的放大图中可见的那样，如此构造焊接连接部6，使得焊接连接部6沿轴向方向X-X具有最大深度T、也就是焊缝平行于中轴线X-X的最大伸长。此外平行于面20，焊接连接部6在表面处具有最大宽度B (又参见图2)。焊接连接部6的宽度B定义为在焊接连接部6的表面处焊缝沿火花塞的中轴线X-X的径向方向的最大长度。本实施例的焊接连接部6借助纤维激光器制造，从而保证了高的射束质量，以尽可能均匀地制造焊接连接部6。为了焊接连接部6，在此不仅熔化了贵金属元件5的材料而且还熔化了电极基底材料4并且所述相互熔合的材料就形成了焊接连接部6。焊接连接部6沿轴向方向X-X的最大伸长与平行于面20的最大宽度B的长宽比在此大于或者等于3(T/B≥3)。如由图3清楚地示出的那样，在此将贵金属元件50体积的小于50%加入到焊接连接部6中。因此还保留了较大的贵金属体积(在本实施例中超过80%)，由此在最少使用贵金属的情况下获得了非常高的火花塞疲劳强度。在本实施例中最大宽度B为0.2mm并且沿轴向方向X-X的最大伸长为0.7mm，从而获得了 3.5的长宽比(0.7/0.2=3.5)。
[0018]将贵金属元件5固定在电极基底材料4上的焊接过程在此在火花塞搭铁电极2弯曲90°之前在一个步骤中完成。球状的贵金属元件的初始直径在此为0.5_。因此，对根据本发明的方法来说尤其使用纤维激光器实现了，能够获得具有非常恒定的宽度的非常精确的焊缝和沿火花塞的轴向方向X-X的非常恒定的伸长。作为替代方案，也能够替代纤维激光器而使用其他用于焊接的激光器。
[0019]因此，本发明通过意外简单的方式展示了一种途径，如何能够在火花塞中节省贵金属，而不会由此降低火花塞的疲劳强度。通过节省贵金属在此尤其能够显著降低火花塞的制造成本。由于火花塞是批量生产构件，因此由此产生了大的节约潜能。进一步指出，当不仅火花塞搭铁电极2而且中心电极3具有根据> 3的长宽比的按本发明的定义焊接的贵金属，能够进一步改进火花塞的疲劳强度。
[0020]图4到图6示出了本发明的替代的设计方案，其中相同或者说功能相同的部件通过与第一实施例中相同的附图标记表不。
[0021]图4示出了由贵金属制造的薄板作为贵金属元件50的应用。所述贵金属薄板构造为较小的柱体并且借助焊接连接部6焊接到电极基底材料4上。在图1到图3中的第一实施例中大约用焊缝沿轴向方向X-X的深度定义所述焊接连接部的轴向伸长，而在第二实施例中焊缝6的轴向扩宽大部分构造在贵金属元件50的侧面周边边缘。电极的最大深度T与表面处的最大宽度B的长宽比也大于或者等于3。
[0022]在图5的第三实施例中像第二实施例中一样贵金属薄板被用作贵金属元件50。但是第三实施例中的主要焊接方向不再像第二实施例中一样基本平行于中轴线χ-χ，而是选择以大约40°的角度α。由此获得漏斗形的焊接连接部6，所述焊接连接部部分位于贵金属单元50的下方。在所述焊接连接部6中长宽比Τ/Β > 3，其中焊接连接部6的宽度B通过焊缝6的径向指向中轴线X-X的最大的扩宽在表面处的投影给定。
[0023]图6示出了本发明的第四实施例，其中从火花塞搭铁电极2上的相对的背侧21对初始也是球状的贵金属元件5进行焊接。由此使得一侧没有如前述实施例中那样的环状的焊缝，而是基本上柱状的焊缝，所述柱状的焊缝从背侧21延伸到贵金属元件5的底部区域。在此焊接连接部60如此构造，使得其不从贵金属元件5在指向中心电极的面20处溢出。因此获得了贵金属元件5的指向中心电极的特别大的面。
[0024]所述实施例的焊接连接部60沿火花塞的中轴线X-X构造并且朝向贵金属元件5逐渐变成轻微圆锥形。第四实施例的宽度B在此相当于焊接连接部60在背侧21处的直径。焊接连接部60的沿中轴线X-X走向的伸长在此相当于火花塞搭铁电极2中焊接连接部的深度Τ。除了前面所提及的优点，即贵金属元件5的指向另一电极的整个面在火花塞的火花产生区域处供使用，第四实施例此外还具有优点，即能够实现点状焊接，从而能够显著降低用于焊接设备的设备费用，因为在电极和焊接装置之间不需要相对运动。[0025]因此能够根据本发明提供一种用于火花塞的改进的电极，其尽管使用了少量贵金属但是具有非常高的疲劳强度。根据本发明还能够保证保持焊缝相对小。根据本发明尤其可能的是，贵金属元件能够以0.015到0.2mm3范围内的体积进行焊接，其中贵金属体积的50%或者更少与电极基底材料熔合。
【权利要求】
1.用于火花塞的电极，包括 -电极基底材料(4)和 -贵金属元件(5 ；50), -其中所述贵金属元件(5 ;50)借助焊接连接部(6 ；60)固定在所述电极基底材料(4)上， -其中所述焊接连接部垂直于其上固定有所述贵金属元件的电极的面(20)具有最大伸长(T)并且所述焊接连接部在所述面(20)处具有最大宽度(B)，并且 -其中所述最大伸长(T)与所述最大宽度(B)的比例大于或者等于3。
2.根据权利要求1所述的电极，其特征在于，所述贵金属元件(5;50)材料的50%体积比或者更小的体积比的材料与所述电极基底材料(4)在所述焊接连接部(6 ；60)中熔合。
3.根据前述权利要求中任一项所述的电极，其特征在于，所述贵金属元件(50)的体积处于0.015到0.2mm3之间并且尤其是大约0.1mm3。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电极，其特征在于，所述贵金属元件(5)为球状。
5.根据权利要求4所述的电极，其特征在于，所述贵金属元件(5)具有0.3到0.75mm之间、尤其0.4到0.6mm之间并且进一步尤其大约0.5mm的直径。
6.根据权利要求1到3中任一项所述的电极，其特征在于，所述贵金属元件(50)是具有0.4到0.8mm、尤其0.5到0.7mm并且进一步尤其大约0.6mm的直径和/或在0.2到0.4mm之间的范围内的厚度的贵金属薄板。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电极，其特征在于，所述焊缝(6，；60)基本上垂直于电极表面(20 )。
8.根据权利要求1到6中任一项所述的电极，其特征在于，所述焊缝与所述电极表面(20)成角度(α )地构造。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电极，其特征在于， -所述焊接连接部(6)无间断地构造在所述贵金属元件(5 ；50)的外围或者 -所述焊接连接部(60)从所述电极的反向指向所述面(20)的背侧(21)引入并且所述贵金属元件(5)固定在所述贵金属元件(5)的指向所述电极基底材料(4)的侧面上。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电极，其特征在于，所述焊接连接部的宽度处于.0.1到0.3mm之间并且/或者所述焊接连接部的深度处于0.3到0.9mm之间。
11.火花塞，包括根据前述权利要求中任一项所述的、至少一个电极、尤其两个电极(2、.3)。
12.制造电极(2)的方法，包括下述步骤: -准备电极基底材料(4)， -将贵金属元件(5 ;50)布置在所述电极基底材料(4)上并且 -将所述贵金属元件(5 ;50)焊接到所述电极基底材料(4)上，从而使得焊缝以所述焊缝垂直于电极表面(20)的最大伸长(T)与所述焊缝在所述电极的表面(20)处的最大宽度(B)的比例满足等式T/B≥3。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述贵金属元件(5；50)材料的50%体积比或者更小的体积比的材料与所述电极基底材料(4)熔合用于所述焊缝(6)。
14.根据权利要求12或者13所述的方法，其特征在于，所述焊接借助激光器、尤其纤维激光器实现。
【文档编号】H01T21/02GK103582985SQ201280028188
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年4月12日 优先权日:2011年6月9日
【发明者】T.克雷奇马尔, A.本茨, J.菲舍尔 申请人:罗伯特·博世有限公司