具有更细的非导电的颗粒的火花塞-电阻元件的制作方法

本发明涉及一种根据独立权利要求的前序部分所述的火花塞。

背景技术：

为了降低电极磨损并且避免火花塞和内燃机中的电磁干扰（emi），现今的火花塞具有一电阻元件，其具有处于1至14kω范围内的比电阻。所述电阻元件在火花塞中典型布置在火花塞绝缘体之内的连接螺栓和中心电极之间。通常，所述电阻元件是由各种导电颗粒和非导电颗粒构成的材料混合物、像比如拥有c>97个重量百分点的碳份额的碳或者拥有高达60个重量百分点的碳份额的炭黑、zro2和硼硅酸盐玻璃。导电颗粒具有处于亚毫米范围内的直径并且由于其尺寸也被称为细颗粒。导电颗粒形成用于流经电阻元件的电流的导电通路。非导电颗粒的直径大得多并且其相应地也被称为粗颗粒。通过将非导电颗粒和导电颗粒分布在电阻元件中的方式来形成用于电流的导电通路。所述导电通路的宽度影响电流密度并且因此也影响电阻元件中的比电阻。所述电阻元件的比电阻尤其从材料成分和材料分布中产生。

如在所有电阻中一样，电阻元件也具有最大电流强度，该最大电流强度能够在电阻元件中出现将电阻元件破坏的电流击穿之前流经所述电阻元件。这个最大电流强度是用于电阻元件的电稳定性的量度并且对火花塞的使用寿命来说是决定性的。

技术实现要素：

因此，本发明的任务是提供一种开头所提到的类型的火花塞，其具有得到改进的电阻元件，所述电阻元件具有高的电稳定性。

所述火花塞具有：壳体；布置在所述壳体中的绝缘体；布置在所述绝缘体中的中心电极；布置在所述绝缘体中的连接螺栓；布置在所述绝缘体中的电阻元件，该电阻元件在空间上布置在所述中心电极与所述连接螺栓之间并且将所述中心电极与所述连接螺栓电连接起来，其中所述电阻元件包含电阻式粉末混合体（widerstandspanat），其中所述电阻式粉末混合体包括导电颗粒和非导电颗粒；以及布置在所述壳体的燃烧室侧的端面上的接地电极，该接地电极与所述中心电极一起形成点火间隙。所述任务利用前述火花塞按照本发明通过以下方式得到解决，即：所述非导电颗粒的至少80%具有最大为20μm的直径。

由此在非导电颗粒中产生更大的表面-体积比，所述表面-体积用于在所述电阻式粉末混合体的材料混合物中通过导电颗粒对非导电颗粒进行更好的涂覆并且由此能够实现导电路径的更均匀的分布。所述导电颗粒通常具有比非导电颗粒小得多的直径。所述导电颗粒的直径典型地小于lμm。由于所述非导电颗粒的尺寸的减小而提高导电路径的厚度。这意味着，通过所述电阻元件能够在所述电阻元件中出现将该电阻元件并且由此也将火花塞破坏的电流的电击穿之前流动着高得多的电流强度。本申请人的研究已经表明，在电阻元件被太高的电流强度破坏之前用于最大的电流强度的极限提高了3至6倍。

其他有利的设计方案是从属权利要求的主题。

在本发明的一种有利的改进方案中，所述非导电颗粒的至少90%、尤其100%具有最大20μm的直径。遵守直径上限的非导电颗粒的份额越高，就越好地产生上面所描述的技术效果。作为替代方案或补充方案，也能够考虑将用于非导电颗粒的直径上限限制到最大10μm或优选甚至限制到最大5μm，以便所述有利的技术效果还更大程度地发挥作用。

如果所述导电颗粒和非导电颗粒的总共至少80%、优选甚至至少90%具有最大20μm的直径，则产生将非导电颗粒特别好地埋入到导电颗粒中。这种效果还得到增强，如果用于所述导电颗粒及非导电颗粒的直径上限最大为10μm。

例如所述非导电颗粒是玻璃颗粒和/或陶瓷颗粒。所述非导电颗粒例如具有最大10^-2s/m的电导率。所述玻璃颗粒或陶瓷颗粒通常能够从制造商处以相应的直径大小来购买。作为替代方案或补充方案，所述非导电颗粒能够通过湿研磨方法来减小到所期望的直径大小。

在本发明的一种优选的改进方案中，所述玻璃颗粒包含碱土金属氧化物、特别是cao和/或碱性氧化物、特别是li2o。例如，所述玻璃颗粒是具有sio2、b2o3、cao和li2o的硼硅酸盐玻璃。在电阻式粉末混合体中的玻璃颗粒的份额优选小于或等于30个重量百分点。通过所述电阻式粉末混合体中相对小的玻璃颗粒份额得到如下优点，即：导电路径具有较高的厚度，由此所述导电路径又具有高的电流密度。

作为补充方案或替代方案，所述陶瓷颗粒是al2o3、zro2、tio2。优选所述导电颗粒是碳、炭黑、石墨、铜、铝或铁。已证实为有利的是，所述导电颗粒具有300nm至1300nm的直径、尤其是平均具有500nm的直径。所述导电颗粒的尤其50个体积百分点具有至少300nm的直径。

在一种改进方案中，所述电阻元件是具有所述电阻式粉末混合体和至少一个接触式粉末混合体的层系统。这里，所述至少一个接触式粉末混合体在空间上布置在连接螺栓和电阻式粉末混合体之间或者布置在中心电极和电阻式粉末混合体之间，或者如果有两个接触式粉末混合体，则第一接触式粉末混合体在空间上布置在连接螺栓和电阻式粉末混合体之间，并且第二接触式粉末混合体在空间上布置在电阻式粉末混合体和中心电极之间。

附图说明

图1示出了一种用于火花塞的实施例。

图2在按照现有技术的试样（右）与按本发明的试样（左）的比较中示出了rem测量。

图3示出了按照现有技术的试样（左）和按本发明的试样（右）的电阻式粉末混合体的结构的示意图。

具体实施方式

图1以半剖切的视图示出了火花塞1。所述火花塞1包括壳体2。绝缘体3插入到所述壳体2中。所述壳体2和所述绝缘体3分别沿着其纵轴线x具有钻孔。所述壳体2的纵轴线、绝缘体3的纵轴线和火花塞1的纵轴线重合。在所述绝缘体3中插入有中心电极4。此外，连接螺栓8延伸到所述绝缘体3中。在所述连接螺栓8上布置有连接螺母9，所述火花塞1能够通过所述连接螺母与这里未示出的电源进行电接触。所述连接螺母9形成火花塞1的背向燃烧室的端部。

在所述中心电极4与所述连接螺栓8之间，在所述绝缘体3中有也被称为粉末混合体（panat）的电阻元件7。所述电阻元件7将中心电极4与连接螺栓8导电地连接起来。所述电阻元件7例如构造为由第一接触式粉末混合体72a、电阻式粉末混合体71和第二接触式粉末混合体72b构成的层系统。所述电阻元件7的层的区别在于其材料成分和由此产生的电阻。所述第一接触式粉末混合体72a和所述第二接触式粉末混合体72b能够具有不同的电阻或相同的电阻。所述电阻元件7也能够仅仅具有一层电阻式粉末混合体或者多个不同的层的具有不同材料成分和电阻的电阻式粉末混合体。

所述绝缘体3以凸肩安放在构造在壳体内侧面上的壳体座上。为了对壳体内侧面与绝缘体3之间的气隙进行密封，在所述绝缘体凸肩和所述壳体座之间布置有内部密封件10，该内部密封件在将绝缘体3夹紧在壳体2中时进行塑性变形并且由此对所述气隙进行密封。

在所述壳体2上在其燃烧室侧的端面上导电地布置有接地电极5。所述接地电极5和所述中心电极4如此相对于彼此来布置，从而在其之间构成点火间隙，在该点火间隙中产生点火火花。

所述壳体2具有杆部。在这个杆部上构造有多边形结构21、热缩刀柄和螺纹22。所述螺纹22用于将火花塞1拧入到内燃机中。在所述螺纹22和所述多边形结构21之间布置有外部密封元件6。在这种实施例中，所述外部密封元件6构成为折叠式密封件。

在图2中，在比较中示出了按照现有技术的试样（左半图像）和按本发明的试样（右半图像）的rem测量（rem=扫描电子显微镜）。黑色区域是非导电颗粒712，并且明亮区域711是导电颗粒。暗黑区域712主要由诸如玻璃颗粒或陶瓷颗粒、例如al2o3的粗大的非导电的颗粒组成。明亮区域711则由细的导电的碳颗粒（小的黑点）和非导电的zro2颗粒（亮点）组成。zro2颗粒形成附聚物，它们在rem图像中可以作为亮点来看出。

对于按照现有技术的试样来说，所述非导电颗粒712具有大于20μm的直径，并且细的导电颗粒711具有最大10μm的直径。相比之下，在测量按本发明的试样时，可以看出所述非导电颗粒712明显更小并且具有最大20μm的直径。具有细的导电颗粒711的区域分布得比按照现有技术的试样均匀得多。

在图3中，非常示意性地示出了用于按照现有技术的试样（左图）和用于按本发明的试样（右图）的电阻式粉末混合体的材料的结构。用于该示意图的模板是图2中的图像。暗黑区域712又代表着非导电颗粒的区域，并且明亮区域711代表着由细的导电颗粒和细的非导电的陶瓷颗粒组成的混合体所构成的导电路径区域。由于所述非导电颗粒712具有较小的直径，所述非导电颗粒在电阻式粉末混合体中分布更均匀，从而产生导电路径厚度的更均匀的分布、尤其是具有较高电流密度的较少的很薄的导电路径。此外，导电通路的宽度d受到非导电颗粒712的邻接区域的限制。本申请人的测量已经表明，在按本发明的电阻式粉末混合体71中，导电通路比在按照现有技术的电阻式粉末混合体71中宽得多。导电通路的宽度d也直接影响通过电阻式粉末混合体71和电阻元件7流动的电流密度j。

图4示出了rem图像的示意图。明亮区域711形成了导电路径，所述导电路径由导电的碳颗粒（小黑点）和非导电的zro2颗粒（亮点）所组成。zro2颗料形成附聚物，所述附聚物在rem图像中可以作为亮点来看到。暗黑区域712主要由诸如玻璃颗粒或陶瓷颗粒、例如ai2o3的粗大的非导电的颗粒组成。

在处于导电路径中的玻璃颗粒713上示范性地示出，如何确定颗粒直径。在rem图像中围绕着有待测量的颗粒画了一个圆，该圆具有与颗粒相同的面积。所述圆的直径而后等于所述颗粒的直径。