Bitte benutzen Sie diese Referenz, um auf diese Ressource zu verweisen: doi:10.22028/D291-22327
Titel: Funkenerosion an Zündkerzenelektroden
Sonstige Titel: Erosion on spark plug electrodes
Verfasser: Rager, Jochen
Sprache: Deutsch
Erscheinungsjahr: 2006
Quelle: Zugl. im Buchhandel: Herzogenrath : Shaker, 2006. - ISBN 3-8322-5288-6
SWD-Schlagwörter: Elektroerosion
Oxidation
Platin
Nickel
Zündkerze
Elektrode
Freie Schlagwörter: Funkenerosion
spark erosion
spark plug
oxidation
platinum
nickel
DDC-Sachgruppe: 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Dokumentart : Dissertation
Kurzfassung: Die Lebensdauer einer Zündkerze wird durch die Aufweitung des Elektrodenabstands als Folge des Materialabtrags an den Elektroden begrenzt. Das Wissen über die Mechanismen der Erosion an Elektrodenmaterialien ist für die Entwicklung erosionsbeständiger Werkstoffe von großem Interesse. Es ist äußerst wichtig, jene Parameter zu kennen, welche das Erosionsverhalten eines Materials maßgeblich bestimmen. In dieser Arbeit wird eine zuverlässige und reproduzierbare Prüfmethode vorgestellt, die es erlaubt, Verschleiß unter definierten Bedingungen zu erzeugen und zu charakterisieren und die es ermöglicht, Einflussparameter gezielt zu verändern. In Dauerlaufexperimenten wurde das Erosionsverhalten von reinem Nickel und Platin in Abhängigkeit der Elektrodentemperatur, des Gases, des Elektrodenabstandes und -durchmessers, sowie des Umgebungs- und Sauerstoffpartialdrucks untersucht. Es wurde gezeigt, dass Erosion unter Stickstoff für alle Materialien zu vernachlässigen ist. Damit werden alle Mechanismen in der Literatur zur Erklärung des Materialabtrags von Zündkerzenelektroden widerlegt. Auf der Grundlage dieser Beobachtung und der Variation der erwähnten Parameter wurde ein neues Verschleißmodell abgeleitet. Dieses basiert auf der Oxidation des Elektrodenmaterials und beschreibt die Erosion an Nickel und Platin unabhängig voneinander. Bei Nickel wird der Elektrodenverschleiß durch die Entfernung einer Oxidschicht durch den Funken verursacht. Im Falle von Platin ereignet sich der Materialabtrag aufgrund der plasmaunterstützten Bildung und anschließenden Verdampfung flüchtiger Oxide im Funkenfußpunkt. Davon ausgehend wurde ein neuer Verbundwerkstoff entwickelt, dessen Verschleißbeständigkeit über der des reinen Platins liegt. Um die Oxidationsbeständigkeit des Verbundes zu erhöhen, wurden oxidationsresistente Metalloxidteilchen in eine Platinmatrix eingebracht. Die Oxidationsbeständigkeit des Verbundes wird jedoch durch eine unerwünschte Nebenreaktion herabgesetzt, der Abspaltung von Sauerstoff von den Metalloxiden, welche die Oxidation des Matrixmetalls sehr effektiv unterstützt. Durch Verwendung stabiler Metalloxide, gekennzeichnet durch eine hohe negative freie Bildungsenthalpie, kann diese Reaktion jedoch unterdrückt werden.
Durability of spark plugs is mainly determined by spark gap widening, caused by electrode wear. Knowledge about the erosion mechanisms of spark plug materials is of fundamental interest for the development of materials with a high resistance against electrode erosion. It is therefore crucial to identify those parameters which significantly influence the erosion behaviour of a material. In this work, a reliable and reproducible testing method is presented which produces and characterizes electrode wear under well-defined conditions and which is capable of altering parameters specifically. Endurance tests were carried out to study the dependence of the wear behaviour of pure nickel and platinum on the electrode temperature, gas, electrode gap, electrode diameter, atmospheric pressure, and partial pressure of oxygen. It was shown that erosion under nitrogen is negligible, irrespective of the material. This disproves all common mechanism discussed in the literature explaining material loss of spark plug electrodes. Based on this observation and the variation of the mentioned parameters a new erosion model was deduced. This relies on an oxidation of the electrode material and describes the erosion of nickel and platinum separately. For nickel, electrode wear is caused by the removal of an oxide layer by the spark. In the case of platinum, material loss occurs due to the plasma-assisted formation and subsequent evaporation of volatile oxides in the cathode spot. On the basis of this mechanism a new composite material was developed whose erosion resistance is superior to pure platinum. Oxidation resistant metal oxide particles were added to a platinum matrix, thus leading to a higher erosion resistance of the composite. However, this can be decreased by a side reaction, the separation of oxygen from the metal oxides, which effectively assists the oxidation of the matrix. This reaction can be suppressed by using highly stable oxides, characterized by a large negative Gibbs free energy of formation.
Link zu diesem Datensatz: urn:nbn:de:bsz:291-scidok-6442
hdl:20.500.11880/22383
http://dx.doi.org/10.22028/D291-22327
Erstgutachter: Mücklich, Frank
Tag der mündlichen Prüfung: 16-Jun-2006
SciDok-Publikation: 17-Aug-2006
Fakultät: Fakultät 8 - Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät III
Fachrichtung: NT - Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Ehemalige Fachrichtung: bis SS 2016: Fachrichtung 8.4 - Werkstoffwissenschaften
Fakultät / Institution:NT - Naturwissenschaftlich- Technische Fakultät

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