专利名称：火花塞及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种制造火花塞的方法，该火花塞包括内部导体、围绕内部导体的绝缘体、围绕绝缘体的火花塞本体、以及形成点火间隙(ignition gap)的两个电极,其中第一电极是以 导电方式连接到内部导体的中心电极，而第二电极是以导电方式连接到火花塞本体的接地电极，其中，根据该方法，含有超过95重量％铱的铱组件被焊接到其中一个电极之上。此外，本发明涉及ー种根据该方法制造的火花塞，还涉及ー种用于该火花塞的铱组件。
背景技术：
上述类型的方法以及火花塞和铱组件可以从EP I 576 707 BI中获知。铱组件是通过将预期的铱合金粉碎、接着将其均匀压制的金属粉末冶炼エ艺制造的。接下来，采取用于形成铱组件的其它步骤使其完成最終的形状。其后，铱组件可被焊接到该火花塞的ー个电极上，例如，通过激光焊接。含有非常高铱成分的铱合金被描述为用于铱组件，该铱合金由铱制成，并且含有1-3重量％的铑、O. 1-0. 5重量％的钨、以及O. 05-0. 01重量％的锆，并带有微量的其他物质。具有这样高铱成分的铱合金的优点在于铱组件和被其加强的火花塞元件具有高耐磨损性能。这种火花塞具有非常长的使用寿命。此外，它们仅需要较低的点火电压。然而，铱组件的金属粉末冶炼制造以及后续的再加工非常复杂，并且成本昂贵。另ー种用于制造铱组件的方法可以从DE 197 19937A1中获知。其中，该铱组件由O. 5-2. O毫米长的金属丝段形成。所使用的半成品是铱丝，其具有70-100重量％的铱含量，并且被切割成预期长度。利用研磨方法实现切割，例如，利用研磨剂对铱丝进行研磨。该铱丝可以具有圆形或多边形横截面。所述的“研磨切割方法”是利用金刚石磨粒。此外，该文献阐述由小于O. 5毫米长的金属丝段制成的铱组件是不利的。同样地，通过研磨エ艺将铱组件从丝状半成品分离出来也非常复杂和耗时。在EP I 416 599 A2中公开ー种铆钉状铱组件，其通过形成中间层的附加组件连接到火花塞电极。该铆钉状铱组件的厚度为相对较大的O. 7毫米，从而使其紧接铱组件远离该电极的表面突出。因此，需要相对较多的材料用于该铱组件。铆钉状铱组件的制造相当复杂。这两个因素产生较高的制造成本。该中间层由铱含量相当低的铱合金组成，例如该中间层含有40重量％的镍。该中间层被用于改善该铱组件被连接到电极的基底材料的能力。由于在此情况下，除了制造铱组件之外，还必须处理和连接该中间层，因此该エ艺也很复杂。
发明内容
基于EP I 576 707 BI，本发明的目的在于简化上述类型的方法并因此改进所制造的火花塞。该问题是通过使用由铱板冲裁而成、厚度尺寸小于其直径的铱组件来解決。使用铱板作为半成品并且从铱板冲裁出铱组件的优点在于制造铱组件非常简单。冲裁是非常适合例如需要一系列火花塞产品而制造大量铱组件的エ艺。尽管铱的脆度和硬度很高，但是令人惊奇的是，可以从薄铱板冲裁出铱组件。该铱组件可以被使用并焊接到火花塞电极上，而不需要进ー步的再加工。特别是，只要是铱组件的厚度在尺寸上小于其直径即可以进行冲裁。铱板或更确切的说是铱组件的厚度应该不大于O. 4毫米。因此，冲裁出厚度尺寸小于直径的铱组件的进ー步优点在于，尽管尺寸小但可以容易操纵，还可以在被焊接到电极上之前容易地布置在电极上。由于具有这样的尺寸，因此这种铱组件不会在其平行于厚度方向延伸的窄侧面上保持竖立；相反地，实际上它通常自动地放置在其支承面上，使得铱组件的厚度方向垂直于该支承面延伸。可以在单独的方法步骤中通过对其进行冲裁来预制铱组件，比如由供应商提供，并且将它们作为散装材料输送。由于具有上述特性，因此铱组件可以在自动制造エ艺中以简单的方式被再次分开并沿 预定方向定位在电极上，并且被焊接到所述电极上。现有的由线状半成品制成的铱组件以及铆钉状的铱组件不具有这样的特性。现有的铱组件仅在相比之下花费很多的时间和努力时，才允许作为散装材料输送的大量货物中分离铱组件并将所述铱组件定位在用于焊接的预定方向。在其至少ー个电极上带有这种铱组件的火花塞的优点在干，可确保即使在点火电压较低时也能使混合物容易点火。该铱组件的尺寸足够确保该电极良好的强度并使其耐磨损。该火花塞具有较长的使用寿命和较高的平均寿命。同吋，该铱组件相对较小，因而对火花塞来说仅需要少量的铱，而铱是ー种昂贵的贵金属。令人惊奇的是，已经示出如果该铱组件的直径与厚度之比在4-7的范围之内，则可以在矛盾的要求之间达到ー种合理的折衷。如果直径与厚度之比在5-6的范围内，则优点更为明显。一方面，这种铱组件的直径相对于厚度足够大，从而在制造期间，它的操纵和定位容易实现上述优点。另ー方面，这种铱组件同时包括相对于其直径足够大的厚度，使得它从紧邻该铱组件的电极表面以阶梯状方式突出并且防止该电极磨损。为了保持较低的原料需用量，如果该铱组件的厚度处于O. 2-0. 4毫米范围内将更具优势，更优选的为处于O. 23-0. 27毫米范围内。基于根据本发明提供的直径与厚度之比，将导致处于I. 0-3. O毫米范围内的优选直径，更优选的为处于I. 2-1. 5毫米范围内。在制造期间，预制的铱组件可被定位在一个电极上并且随后可以通过电阻焊接的方法连接到该电极上。为了将该铱组件最終安装到该电极上，优选地采用激光或电子束焊接。其中，具体地，将该铱组件沿着电极的整个圆周焊接到电极。由于该铱组件适于由供应商单独预制，如上所述，因此根据本发明的铱组件能够被放置成受到单独的保护。根据本发明的铱组件特别适于被焊接到接地电极上。因此，火花塞包括至少位于接地电极上的根据本发明的铱组件。优选地，在铱组件被焊接之后，使接地电极弯曲，使得该铱组件与中心电极之间形成点火间隙。其中，可以规定，中心电极设有常规的贵金属元件，例如，由钼和/或铱合金制成。然而，同样有利的是，可以将根据本发明的铱组件焊接到中心电极。铱组件的原料含有超过95重量％的铱。优选地，其原料含有为2-3重量％的铑。该合金中另ー种有利的组分是锆。优选地，锆含量大约为50-200ppm，更优选地为90_110ppm。一种特别有利的合金是由エ业级纯铱与2. 5重量％的铑和50-200ppm的锆、更优选地为大约IOOppm的锆组成。这种合金具有较高的抗氧化能力，其中铑形成保护性的氧化层，然而，该氧化层并不妨碍点火性能。
本发明的其它优点和特征通过权利要求及后续的几个示例性实施例并结合附图而得到。在这些附图中
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图I是根据本发明的火花塞的局部放大截面图；图2是冲裁根据本发明的铱组件的放大示意图；和图3是图2所示的根据本发明的具有不同外部轮廓的三个铱组件的俯视图。附图中标记I火花塞2内导体3绝缘体4火花塞本体5 螺纹6中心电极7接地电极8贵金属组件9铱组件10点火间隙91圆形铱组件92六边形铱组件93正方形铱组件110 铱板111用于铱组件91的冲裁工具112用于铱组件92的冲裁工具113用于铱组件92的冲裁工具A 厚度D 直径
具体实施例方式图I所示的火花塞I包含由绝缘体3围绕的内导体2。火花塞本体4被设置成围绕和容纳绝缘体3。火花塞本体4的外表面上设有螺纹5。该火花塞I包含两个电极6和7ο第一电极6为中心电极，其以导电方式被连接到内导体2。第二电极7为接地电极，其以导电方式被连接到火花塞本体4。可以由常规的钼和/或铱合金组成的贵金属组件8连接到中心电极6。然而，贵金属元件8还可以是根据本发明的铱组件。
接地电极7以上电极的方式布置在中心电极6上方。铱组件9在被焊接到接地电极7上之前被预先冲裁出。接地电极7和铱组件9被布置成使得贵金属元件8和铱组件9彼此面对并且形成点火间隙10。火花塞I可以通过其螺纹5以公知方式被插入到内燃机中。其中，火花塞I上具有电极6和 7的区域伸入到内燃机的燃烧室中并且可以点燃那里的燃料-空气混合物。在火花塞I的制造过程中，铱组件9被装配到接地电极7。接地电极7已被安装到火花塞本体4，然而，不包括在图I中所示的它的形状。接地电极7可以平行该火花塞I的中心纵轴延伸。已通过冲裁预制的铱组件9被定位到接地电极7上，然后通过电阻焊接被连接到接地电极7。接着，利用激光焊接沿着铱组件9的整个圆周将铱组件9固定到接地电极7。在进行激光焊接的同吋，将铱组件9永久固定到接地电极7上的合金区域，形成在铱组件9与接地电极7之间,优选地,该合金区域由高耐热的镍基合金组成。接着，接地电极7被弯曲成如图I所示的形状，并且被定向成使得铱组件9与中心电极6之间形成点火间隙10，或者通过贵金属元件8在组件8和9之间具有规定间隔。利用图2和3描述铱组件9的冲裁，其中，举例示出铱组件9的三个不同实施例。铱组件9的三个实施例由附图标记91、92和93标明。图2示出铱板110沿垂直于板表面的截面图。铱板110的厚度A为O. 25毫米。利用示意性示出的工具111在铱板Iio上冲裁出铱组件91。因此，铱组件91具有与铱板110相同的厚度A。如俯视图所示,铱组件91具有直径为D的圆形外部轮廓(參见图3)。直径D的在尺寸上大于厚度A。紧邻铱组件91示出的另外两个铱组件92和93具有不同于圆形的外部轮廓。外部轮廓不同于圆形形状的铱组件9可以改进火花塞I的点火效果。铱组件92的外部轮廓为六边形，而铱组件93的外部轮廓为正方形。如果铱组件92、93不具有圆形形状，则直径D应被理解为围绕外部轮廓的圆形的直径(參见图3)。用于冲裁铱组件92和/或93的エ具112、113包含根据铱组件的外部轮廓而选择的形状。直径D处于I. 2-1. 5毫米之间，使得铱组件9的直径D与厚度A的比值处于5_6之间。这样的直径D与厚度A的比值的优点在于铱组件91、92、93总是自动地反复放置在支承面上，使得其厚度方向垂直干支承面定向，即使将其作为散装材料处理。铱组件91、92、93不会保持竖立在其一个窄侧面上。因此，其位置总是被限定并对应于其被焊接到接地电极7上的位置。完成焊合(welding-on)，以便因具有厚度A，铱组件以阶梯形方式凸出到邻接铱组件9的电极表面之外(參见图I)。由于直径D与厚度A的特定比值，一方面，厚度A足够大以确保该阶梯状凸起从邻接铱组件的电极表面凸出，高于电极表面，以使点火电压充分减小并且确保对接地电极7有耐磨损的充分保护。另ー方面，铱组件9足够地小，以使每个火花塞仅需少量的贵金属。与示例性实施例91、92、93类似的铱组件9还可被用作中心电极6上的贵金属元件8。上述描述适应于类似的元件。
权利要求
1.一种用于制造火花塞⑴的方法，所述火花塞⑴包含内导体(2)、围绕所述内导体(2)的绝缘体(3)、围绕所述绝缘体(3)的火花塞本体(4)、以及形成点火间隙(10)的两个电极(6,7), 其中第一电极为以导电方式连接到所述内导体(2)的中心电极(6)，而第二电极为以导电方式连接到所述火花塞本体(4)的接地电极(7)，其中，根据所述方法，含有超过95重量％的铱的铱组件(9)被焊接到所述电极(6，7)中的一个电极上，其特征在于所使用的铱组件(9)由铱板(110)冲裁而成，并且所述铱组件(9)的厚度(A)在尺寸上小于直径(D)。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于所述铱组件(9)的直径(D)与厚度(A)的比值处于4-7范围内。
3.如权利要求I或2所述的方法，其特征在于所述铱组件(9)通过在单独的エ艺步骤中被冲裁而预制。
4.如权利要求I或2所述的方法，其特征在于所述冲裁的铱组件(9)被放置在所述电极(6、7)上，然后通过电阻焊接连接于所述电极(6、7)。
5.如权利要求I或2所述的方法，其特征在于所述铱组件(9)通过激光或电子束焊接被固定到所述电极(6、7)上。
6.如权利要求I或2所述的方法，其特征在于所述铱组件(9)被焊接到所述接地电极(7)上。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于在所述铱组件(9)被焊接上之后使所述接地电极⑵弯曲，使得所述铱组件(9)与所述中心电极(6)之间形成点火间隙(10)。
8.一种铱组件，其由大于95重量％的铱组成，用于被焊接到火花塞(I)的至少ー个电极(6、7)上，所述火花塞⑴包含内导体(2)、围绕所述内导体⑵的绝缘体(3)、围绕所述绝缘体⑶的火花塞本体(4)、以及形成点火间隙(10)的两个电极(6、7)，其中第一电极是以导电方式连接到所述内导体⑵的中心电极(6)，而第二电极是以导电方式连接到所述火花塞本体(4)的接地电极(7)，其特征在于所述铱组件(9)由铱板(110)冲裁而成，使得其厚度(A)在尺寸上小于其直径(D)。
9.如权利要求8所述的铱组件，其特征在于所述铱组件(9)的直径⑶与厚度㈧的比值处于4-7范围内。
10.如权利要求8或9所述的铱组件，其特征在于其厚度(A)不大于O.4毫米。
11.如权利要求8或9所述的铱组件，其特征在于其直径⑶处于I.0-3. O毫米范围内。
12.如权利要求8或9所述的铱组件，其特征在于所述铱合金含有2-3重量％的铑。
13.如权利要求8或9所述的铱组件，其特征在于所述铱合金含有50-200ppm的锆。
14.ー种火花塞，其包含内导体(2)、围绕所述内导体(2)的绝缘体(3)、围绕所述绝缘体⑶的火花塞本体(4)、以及形成点火间隙(10)的两个电极(6、7)，其中第一电极是以导电方式连接到所述内导体(2)的中心电极出)，而第二电极是以导电方式连接到所述火花塞本体⑷的接地电极(7)，并且其中如权利要求8或9所述的邻近所述点火间隙(10)的铱组件(9)布置在所述电极出、7)中的至少ー个电极上。
15.如权利要求14所述的火花塞，其特征在于所述铱组件(9)至少布置在所述接地电极⑵上。
16.如权利要求2所述的方法，其中所述铱组件(9)的直径⑶与厚度㈧的比值处于.5-6范围内。
17.如权利要求9所述的铱组件，其中直径⑶与厚度㈧的比值处于5-6范围内。
18.如权利要求10所述的铱组件，其厚度(A)为O.2-0. 4毫米。
19.如权利要求11所述的铱组件，其直径(D)处于I.2-1. 5毫米范围内。
20.如权利要求12所述的铱组件，其中所述铱合金含有2.5重量％的铑。
21.如权利要求13所述的铱组件，其中所述铱合金含有90-110ppm的锆。
全文摘要
本发明涉及一种火花塞及其制造方法，该火花塞包含内导体、围绕该内导体的绝缘体、围绕该绝缘体的火花塞本体、以及形成点火间隙的两个电极，其中第一电极为以导电方式连接到该内导体的中心电极，而第二电极为以导电方式连接到该火花塞本体的接地电极，其中，根据该方法，含有95重量％的铱的铱组件被焊接到其中一个电极上。根据本发明，所使用的铱组件由铱板冲裁而成，该铱组件的厚度在尺寸上小于直径。
文档编号H01T21/02GK102684075SQ20121011264
公开日2012年9月19日 申请日期2012年3月16日 优先权日2011年3月17日
发明者A·申克, C·迈耶, W·尼斯纳 申请人:博格华纳贝鲁系统股份有限公司