-
Die
Erfindung betrifft einen Steckschlüssel zur Montage eines
Laserzündsystems in einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
-
Stand der Technik
-
Laserzündsysteme
in Brennkraftmaschinen haben gegenüber Zündanlagen
mit herkömmlichen Zündkerzen den Vorteil, dass
die Leistung der Brennkraftmaschine gesteigert und gleichzeitig
die Schadstoffemissionen herabgesetzt werden. Es ist also anzunehmen,
dass Laserzündsystem zukünftig eine wachsende
Bedeutung zukommt. Außerdem können solche Laserzündsysteme
in Gasturbinen eingesetzt werden.
-
Aus
der
DE 10 2004
001 554 A1 ist eine Laserzündeinrichtung zum Zünden
eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei
ein Zündlaser der Laserzündeinrichtung in einen
Brennraum der Brennkraftmaschine ragt. Der Zündlaser wird über
einen Lichtleiter von einer Pumplichtquelle optisch versorgt.
-
Das
Laserzündsystem kann dabei aus mehreren Baugruppen, nämlich
im Wesentlichen aus dem Zündlaser, dem Lichtleiter und
der Pumplichtquelle bestehen, die lösbar miteinander verbunden sind.
Das Laserzündsystem kann aber auch aus Gründen
der Funktionssicherheit und zur Kostenersparnis als eine nicht trennbare
Einheit hergestellt bilden. Dies bedeutet, dass vor allem bei den
nicht demontierbaren Laserzündsystemen, dass der Zündlaser
in einer dafür vorgesehenen Öffnung (Zündlaserschacht)
in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine eingesetzt werden muss,
ohne zum Beispiel den Lichtleiter vorher entfernen zu können.
-
Die
DE 35 15 102 C2 beschreibt
einen Steckschlüssel zum Einsetzen einer herkömmlichen
Zündkerze in einen Zylinderkopf. Ein rohrförmiger
Steckschlüssel umfasst dabei einen Innenschlüssel
zum Fixieren der Zündkerze und einen Außenmantel
zum Aufnehmen der Zündkerze in einen Formschluss. Durch
Drehen des Außenmantels mit samt dem Innenschlüssel
mittels eines handelsüblichen Drehmomentschlüssel
kann die Zündkerze in ein vorgesehenes Gewinde für
die Zündkerze in den Zylinderkopf eingedreht werden. Bei
diesem Steckschlüssel muss das Zündkabel während
der Montage der Zündkerze im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine
von der Zündkerze abgezogen sein.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Montagevorrichtung, bspw. ein Steckschlüssel
für ein Laserzündsystem zu schaffen, bei dem das
Laserzündsystem schnell und zuverlässig in einer
Brennkraftmaschine installiert werden kann, ohne den Lichtleiter von
dem Zündlaser trennen zu müssen. Die Vorrichtung
soll zudem kostengünstig sein.
-
Die
Aufgabe wird durch einen Steckschlüssel mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst. Für die Erfindung wichtige
Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und
in der Zeichnung, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als
auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung
wichtig sein können, ohne dass hierauf jeweils explizit
hingewiesen wird. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den
Unteransprüchen.
-
Der
Erfindung liegt die Idee zu Grunde, ein Werkzeug zu schaffen, in
dem der Zündlaser zumindest mit dem angeschlossenen Lichtleiter
in dem Abtriebsbereich des Werkzeugs eingesetzt und dabei der Lichtleiter
im Werkzeug derart geführt wird, dass er während
der Montage mitdreht. Dadurch wird eine eventuelle Beschädigung
des Lichtleiters durch Verdrehen vermieden. Zum Führen
des Lichtleiters im Werkzeug ist die Längsaussparung, die
bspw. als Nut oder Schlitz ausgestaltet sein kann, im Abtriebsbereich
vorgesehen. Dies ermöglicht eine einfache Montage des Laserzündsystems
in der Brennkraftmaschine.
-
Vorteilhaft
ist, wenn zumindest im Abtriebsbereich auf dem Steckschlüssel
zusätzlich ein Verstärkungsrohr als Außenmantel
angeordnet ist. Der Steckschlüssel ist hohl und der Zündlaser
kann so zunächst formschlüssig in ein offenes
Ende des Abtriebbereichs des erfindungsgemäßen
Werkzeugs in axialer Richtung eingesteckt und der Lichtleiter radial in
einen Schlitz des erfindungsgemäßen Werkzeugs eingelegt
werden. Der Formschluss kann zum Beispiel durch einen Sechskant,
wie er auch von herkömmlichen Zündkerzen bekannt
ist, oder ein Zwölfkant sein. Auf jeden Fall muss die Außenkontur
des Zündlasers und die Innenkontor des erfindungsgemäßen
Werkzeugs so aufeinander abgestimmt sein, dass das erforderliche
Anzugsdrehmoment vom Werkzeug auf den Zündlaser übertragen
werden kann.
-
Da
der Steckschlüssel durch den Schlitz an Festigkeit verliert,
besteht die Gefahr, dass er sich beim Anziehen aufweitet, so dass
der Formschluss verloren geht und/oder der Zündlaser beschädigt wird
und ein vorgeschriebenes Anzugsmoment nicht erreicht wird. Dies
wird in weiterer erfinderischer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Steckschlüssels durch ein koaxiales Verstärkungsrohr
verhindert. Damit erreicht das Werkzeug eine ausreichende Festigkeit,
um den Zündlaser mit dem vorgeschriebenen Anzugsmoment
anzuziehen. Die Anwendung des Verstärkungsrohrs ist damit
sehr effektiv und kostengünstig.
-
Das
Verstärkungsrohr ist auf dem Steckschlüssel verdrehbar,
kann aber auch zusätzlich in axialer Richtung auf dem Steckschlüssel
verschiebbar sein, so dass das Verstärkungsrohr durch eine Drehbewegung,
eine Verschiebebewegung in axialer Richtung oder durch kombinierte
Dreh- und Verschiebbewegungen in eine gewünschte Position
relativ zu dem Steckschlüssel gebracht werden kann. Dabei
ist es möglich, eine Markierung außen am Steckschlüssel
anzubringen, die anzeigt, dass das Verstärkungsrohr in
Relation zum Steckschlüssel in der richtigen axialen Lage
für die Montage ist.
-
Zwischen
einem Außendurchmesser des Steckschlüssels und
einem Innendurchmesser des Verstärkungsrohres besteht mindestens
im Abtriebsbereich des Werkzeugs eine Spielpassung. Wenn der Steckschlüssel
bei Belastung durch das Anzugsmoment leicht aufgeht, kommt er in
Kontakt mit dem Verstärkungsrohr, so dass dieses mit zur
Festigkeit des gesamten Werkzeugs beiträgt. In einer ersten Variante
des Werkzeugs kann die Spielpassung auch über die gesamte
Länge des Verstärkungsrohres angebracht sein.
In einer zweiten Variante des Werkzeugs kann auch eine Übergangspassung
gewählt werden, die eventuell schwerer zu drehen ist, jedoch eine
höhere Festigkeit bringt.
-
Besonders
vorteilhaft ist, wenn das Verstärkungsrohr auch eine Längsaussparung
aufweist. Die Längsaussparung kann bspw. als Nut oder Schlitz ausgestaltet
sein; bevorzugt hat die Längsaussparung des Verstärkungsrohrs
die gleiche Ausgestaltung wie die Längsaussparung im Steckschlüssel.
-
Das
Verstärkungsrohr kann durchgängig geschlitzt und
bevorzugt so lang sein, dass es bei der Montage des Laserzündsystems
aus dem Zündlaserschacht im Zylinderkopf herausragt. Beim
Einlegen des Zündlasers mit dem Lichtleiter stimmen die
Lagen der Längsaussparungen im Steckschlüssel
und Verstärkungsrohr überein, so dass der Lichtleiter
problemlos in das Werkzeug eingelegt werden kann. Danach wird das
Verstärkungsrohr mindestens um 45°, bevorzugt
um 180°, maximal um 315°, verdreht.
-
Wenn
das Verstärkungsrohr nach dem Einlegen des Lichtleiters
um 180° relativ zu dem Steckschlüssel verdreht
wurde, dann liegen sich die Längsaussparung des Steckschlüssels
und der Schlitz des Verstärkungsrohrs gegenüber
und der Lichtleiter befindet sich in der Längsaussparung
des Steckschlüssels. Nun kann der Zündlaser mit
Hilfe des erfindungsgemäßen Werkzeugs in den Zylinderkopf
der Brennkraftmaschine eingeschraubt und mit dem vorgeschriebenen
Drehmoment angezogen werden. Nach der Montage kann das Verstärkungsrohr
zurückgedreht werden, so dass die Längsaussparungen
von Steckschlüssel und Verstärkungsrohr wieder übereinander
liegen. Jetzt kann das Werkzeug leicht vom Zündlaser und
vom Lichtleiter entfernt werden.
-
Um
das Verdrehen des Verstärkungsrohrs zu erleichtern, weist
das Verstärkungsrohr an einer äußeren
Oberfläche eine Struktur, insbesondere eine Rändelung
auf. Dies erleichtert die Handhabung der gesamten Einrichtung und
ist kostengünstig in der Herstellung.
-
Wenn
die Längsaussparung des Steckschlüssels länger
ist als das Verstärkungsrohr, kann der Lichtleiter oberhalb
des Verstärkungsrohrs aus der Längsaussparung
des Steckschlüssels ragen, auch wenn der Schlitz des Verstärkungsrohrs
gegenüber der Längsaussparung des Steckschlüssels
verdreht und das erfindungsgemäße Werkzeug somit „geschlossen” ist.
Damit wird erreicht, dass der Lichtleiter außerhalb des
Zündlaserschachtes aus dem Steckschlüssel herausgeführt
werden kann. Dies wird auch dadurch unterstützt, dass der
Steckschlüssel zwischen dem Antriebsbereich und dem Abtriebsbereich
einen Verlängerungsbereich umfasst, um sich der Tiefe des
Zündlaserschachtes anzupassen. Im Verlängerungsbereich
werden die Längsaussparungen im Steckschlüssel
und im Verstärkungsrohr natürlich weitergeführt.
-
In
einer alternativen Ausgestaltungsform ist der Steckschlüssel
nur im Abtriebsbereich als geschlitzter Hohlzylinder ausgeformt
und geht oberhalb davon verjüngt in ein Vollmaterial, z.
B. einen Rundstahl, über. Die Längsaussparung
des Steckschlüssels endet dabei in der Verjüngung.
Der Lichtleiter wird dann im Antriebsbereich (und falls vorhanden
im Verlängerungsbereich) neben dem Rundstahl, aber innerhalb
des Verstärkungsrohrs geführt.
-
Möglich
ist auch, dass das Verstärkungsrohr eine Verriegelung gegen
ein Verdrehen gegenüber dem Steckschlüssel umfasst.
Somit wird ein ungewolltes gegenseitiges Verdrehen des Verstärkungsrohrs
während der Montage gegenüber dem Steckschlüssel
verhindert. Die Verriegelung kann bspw. in der 180° Stellung
wirken, indem z. B. ein federbelasteter Bolzen im Steckschlüssel
in die Längsaussparung des Verstärkungsrohrs eingreift.
Dies ist eine einfache, effektive und kostengünstige Realisierung.
-
Zum
Anziehen des Zündlasers mit dem vorgeschriebenen Anzugsmoment,
ist es vorteilhaft, wenn der Steckschlüssel am freien Ende
des Antriebsbereichs einen genormten Mehrkant, insbesondere einen
Vierkant, aufweist. Der Mehrkant kann innen im Steckschlüssel
oder auch außen am Umfang angeordnet sein. An dem Mehrkant
kann ein handelsüblicher Drehmomentschlüssel zum
Drehen des Zündlasers eingesetzt werden. Als Variante kann
der Drehmomentschlüssel auch fest mit dem Verstärkungsrohr
verbunden sein, so dass der Drehmomentschlüssel integraler
Bestandteil des Werkzeugs ist, das eventuell auch mit einem Gelenk
versehen, platzsparend zusammengeklappt werden kann.
-
Vorteilhaft
ist außerdem, dass der erfindungsgemäße
Steckschlüssel eine Haltevorrichtung für eine
Pumplichtquelle des Laserzündsystems aufweisen kann. Im
Bereich des Werkzeugs oberhalb des Zündlaserschachtes ist
bspw. eine Platte am Steckschlüssel angebracht, an der
die Pumplichtquelle für die Montage zeitweise befestigt
werden kann. Dies kann z. B. durch zwei Bolzen mit mindestens einer
Rändelmutter geschehen, wobei die Bolzen in Montagebohrungen
der Pumplichtquelle eingreifen, oder auch durch andere Schnellverschlüsse, z.
B. Klammern oder Klettverschlüsse. Auch ein einfaches Einlegen
bzw. Aufhängen der Pumplichtquelle in eine formschlüssige
Aufnahme am Steckschlüssel kann ausreichend sein. Nach
dem Entfernen des Steckschlüssels wird die Pumplichtquelle
(mit angeschlossenem Lichtleiter) an einer Montageschiene der Brennkraftmaschine
endgültig befestigt.
-
Der
Lichtleiter wird nach dem Austritt aus den Längsaussparungen
seitlich neben dem Steckschlüssel bis zur Pumplichtquelle
geführt. Bei einer größeren Länge
des Lichtleiters kann es vorteilhaft sein, neben der Haltevorrichtung
für die Pumplichtquelle zusätzlich eine Haltevorrichtung
für den Lichtleiter anzubringen, um Beschädigungen
am Lichtleiter während der Montage zu vermeiden.
-
Kurzbeschreibung der Figuren
-
Nachfolgend
wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
beispielhaft erläutert. Es zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Steckschlüssels im Schnitt;
-
2 ein
Laserzündsystem für eine Brennkraftmaschine;
-
3 den
Steckschlüssel aus 1 in einer perspektivischen
Darstellung mit eingesetztem Laserzündsystem;
-
4 den
Steckschlüssel aus 1 in einem
Radialschnitt mit übereinanderliegenden Längsaussparungen;
-
5 den
Steckschlüssel aus 1 in einem
Radialschnitt mit um 180° verdrehten Längsaussparungen;
und
-
6 den
Steckschlüssel aus 1 während
einer Montage in einer Brennkraftmaschine in einer perspektivischen
Schnittdarstellung.
-
Detaillierte Beschreibung
-
Laserzündsysteme
in Brennkraftmaschinen haben Vorteile gegenüber Zündungen
mit herkömmlichen Zündkerzen, da sie optimierte
Verbrennungslösungen anbieten. Es ist also anzunehmen,
dass Laserzündsystem zukünftig eine wachsende
Bedeutung zukommt.
-
2 zeigt
ein solches Laserzündsystem 10, wobei ein Zündlaser 12 von
einer Pumplichtquelle 16 über einen Lichtleiter 14 mit
Pumplicht versorgt wird. Der Zündlaser 12 ragt
im Betrieb in einen Brennraum der Brennkraftmaschine (in 2 nicht dargestellt)
und wird durch ein Gewinde in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine
befestigt (vgl. hierzu Beschreibung zu 6). Ein
im Brennraum vorhandenes Kraftstoff-Luft-Gemisch wird mittels eines
Laserimpulses entzündet, der von dem Zündlaser 12 in
den Brennraum abgestrahlt wird (nicht dargestellt). Das Laserzündsystem 10 kann
nach einer Fertigung zur Verbesserung einer Funktionssicherheit
und zur Kostenersparnis eine nicht mehr trennbare Einheit darstellen.
Es können selbstverständlich die Komponenten auch
einzeln gefertigt und erst vor einer Montage zusammengebaut werden.
-
Das
Laserzündsystem 10 wird mittels eines erfindungsgemäßen
Werkzeugs in der Brennkraftmaschine montiert. 1 zeigt
ein solches Werkzeug. Es ist in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 18 gekennzeichnet.
Das Werkzeug 18 ist bevorzugt aus Metall, z. B. Stahl hergestellt
und in drei Bereiche aufgeteilt: In 1 auf der
linken Seite weist das Werkzeug einen Antriebsbereich 20,
auf der rechten Seite einen Abtriebsbereich 22 und dazwischen
einen Verlängerungsbereich 24 auf. Das Werkzeug 18 umfasst
einen Steckschlüssel 26, der rohrförmig
ausgebildet ist und im Abtriebsbereich 22 den Zündlaser 12 in
einem Formschluss 28 aufnimmt.
-
Der
Formschluss 28 ist bevorzugt ein Sechskant oder Zwölfkant.
Außerdem weist der Steckschlüssel 26 eine
Längsaussparung 30 auf, die sich vom Abtriebsbereich 22 bis
in die Nähe des Antriebsbereichs 20 erstreckt.
Die Längsaussparung 30 kann als Nut oder Schlitz
in dem rohrförmigen Steckschlüssel 26 ausgestaltet
sein und dient der Aufnahme des Lichtleiters 14 während
der Montage des Zündlasers 12.
-
Der
Antriebsbereich 20 weist einen im Inneren des Steckschlüssels 26 ausgebildeten
genormten Vierkantantrieb 32 auf. Alternativ könnte
auch ein an der Außenseite ausgebildeter Mehrkant, wie
zum Beispiel ein Sechskant, als Antrieb dienen.
-
Der
Steckschlüssel 26 ist im Abtriebsbereich 22 und
teilweise im Verlängerungsbereich 24 mit einem
Verstärkungsrohr 34 ummantelt. Das Verstärkungsrohr 34 weist
zum Steckschlüssel 26 eine Spielpassung auf, so
dass das Verstärkungsrohr 34 gegenüber
dem Steckschlüssel 26 verdrehbar ist. Bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Verstärkungsrohr 34 kürzer
als die Längsaussparung 30 des Steckschlüssels 26.
Auch das Verstärkungsrohr 34 weist über
seine gesamte Länge eine Längsaussparung 36 auf,
die als Nut oder Schlitz ausgestaltet sein kann.
-
3 zeigt
aus zwei Perspektiven das Werkzeug 18 mit eingesetztem
Laserzündsystem 10, so wie es vor einer Montage
in eine Brennkraftmaschine hergerichtet werden muss. Folgende Arbeitsschritte sind
dazu notwendig:
Die Längsaussparung 30 des
Steckschlüssels 26 und die Längsaussparung 36 des
Verstärkungsrohrs 34 werden durch Verdrehen in
eine Lage übereinander gebracht. Diese Position des Verstärkungsrohrs 34 und
des Steckschlüssels 26 zeigt 4.
Dann wird der Zündlaser 12 formschlüssig
in den Abtriebsbereich 22 des Werkzeugs 18 axial
eingesetzt und der damit verbundene Lichtleiter 14 in die übereinander
liegenden Längsaussparungen 30 und 36 radial eingelegt.
Da die Längsaussparung 30 des Steckschlüssels 26 länger
ist als das Verstärkungsrohr 34, kann der Lichtleiter 14 in 3 oberhalb
des Verstärkungsrohrs 34 nach außen geführt
werden.
-
Die
mit dem Lichtleiter 14 verbundene Pumplichtquelle 16 wird
an einer Haltevorrichtung 38 befestigt. Wie aus 3 ersichtlich,
ist die Pumplichtquelle 16 (vorrübergehend während
der Montage) an der Haltevorrichtung 38 befestigt. Die
Haltevorrichtung 50 ist als eine Halteplatte 38 ausgestaltet
und ist im Bereich des Antriebsbereichs 20 am Steckschlüssel 26 angeordnet.
Zur Befestigung wird ein Bolzen 50 (mit einer daran verbundenen
Rändelmutter) durch eine Montagebohrung der Pumplichtquelle
gesteckt und bspw. mit einem Gewinde im Bolzen 50 und der
Halteplatte 38 vorrübergehend verbunden. Um den
aus der Längsaussparung 30 austretenden Lichtleiter 14 während
der Montage nicht zu gefährden, ist eine zusätzliche
Halterung 52 für den Lichtleiter 14 vorgesehen.
Die Halterung 52 umfasst ein am Steckschlüssel 26 befestigtes
Winkelblech.
-
Jetzt
wird das Verstärkungsrohr 34 um mindestens 45° oder
höchstens 315°, bevorzugt 180° verdreht,
so dass der Lichtleiter 14 in der Längsaussparung 30 des
Steckschlüssels 26 geführt und von dem
Verstärkungsrohr 34 verdeckt wird. Diese Positionen
des Verstärkungsrohrs 34 und des Steckschlüssels 26 zeigt 5.
In diesem Zustand kann der Zündlaser mit Hilfe des erfindungsgemäßen Werkzeugs 18 montiert
werden.
-
An
Hand von 6 wird die Montage des Laserzündsystems 10 in
der Brennkraftmaschine erklärt. Zur Montage wird das Werkzeug 18 mit
eingelegtem Zündlaser in einen dazu vorgesehenen Schacht 40 des
Zylinderkopfs 42 der Brennkraftmaschine eingeführt,
so dass das freie Ende des Zündlasers 12 an einem
vorbereiteten Gewinde 44 im Zylinderkopf 42 anliegt.
Die Bohrung des Gewindes 44 schafft einen Zugang zum Brennraum 48 der
Brennkraftmaschine. Ein Drehmomentschlüssel 46 wird
in den Vierkantantrieb 32 eingesetzt. Durch Drehen des Drehmomentschlüssels 46 wird
der Zündlaser 12 mit dem daran verbundenen Lichtleiter 14 und
der wiederum daran verbundenen Pumplichtquelle 16 mit einem
vorgegebenen Anzugsmoment in das Gewinde 44 eingedreht,
ohne dass es zu einem Verdrehen des Lichtleiters 14 kommt.
Anschließend wird die Pumplichtquelle 16 von der
Haltevorrichtung 38 entfernt und an einer vorbereiteten
Montageschiene der Brennkraftmaschine befestigt (nicht dargestellt). Jetzt
wird das Verstärkungsrohr 34 in die Ausgangslage
mit den übereinanderliegenden Längsaussparungen 30 und 36 gedreht.
Das Werkzeug 18 kann aus dem Zündlaserschacht 40 entnommen
werden. Gleichzeitig kann der Lichtleiter 14 ungehindert
aus den Aussparungen des Werkzeugs 18 gleiten.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102004001554
A1 [0003]
- - DE 3515102 C2 [0005]