DE102009018083A1

DE102009018083A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102009018083A1
Application number: DE102009018083A
Authority: DE
Inventors: Michael Hartmann
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2009-04-20
Filing date: 2009-04-20
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2029-04-21
Also published as: DE102009018083B4

Abstract

Vorgeschlagen wird eine Brennkraftmaschine mit einem Ladeluftkühler, mit einem Zylinderkopf, in welchem ein Lufteinlasskanal zum Brennraum der Brennkraftmaschine integriert ist, und mit einem elektrisch ansteuerbaren Heizelement zur temporären Vorwärmung der Ladeluft, welches eine Steckdose mit einem ersten Anschlussbolzen (7) zum Anlegen eines positiven Spannungspotentials und einen zweiten Anschlussbolzen zum Anlegen eines Bezugspotentials aufweist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement eine Verdrehsicherung (9) zum Festsetzen der Anschlussbolzen (7) aufweist, wobei die Verdrehsicherung (9) ein Sicherungsblech (10) mit einer konturierten Öffnung zur formschlüssigen Aufnahme des Anschlussbolzens (7) und ein Widerlager umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Ladeluftkühler, einem Zylinderkopf und einem elektrisch ansteuerbaren Heizelement zur temporären Vorwärmung der Ladeluft nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus der DE 10 2007 045 196 A1 ist eine entsprechende Brennkraftmaschine mit Ladeluftvorwärmung bekannt. Der dargestellte Ladeluftkühler besitzt mehrere Auslasskrümmer, welche mit dem jeweiligen Lufteinlasskanal im Zylinderkopf kommunizieren. Hierdurch entsteht ein durchgehender Ladeluft-Gasführungskanal vom Ladeluftkühler über den Lufteinlasskanal des Zylinderkopfs zu den Brennräumen der Brennkraftmaschine. In einer ersten Ausführungsform ist ein elektrisch ansteuerbares Heizelement zum temporären Vorwärmen der Ladeluft im Auslassbereich des Ladeluftkühlers, zum Beispiel in dessen Auslasskrümmer, angeordnet. In einer zweiten Ausführungsform ist das Heizelement im Lufteinlasskanal des Zylinderkopfs angeordnet. Das Heizelement selber ist als Einschubteil mit einer Steckdose ausgeführt. Die Steckdose wiederum umfasst einen ersten Anschlussbolzen zum Anlegen eines positiven Spannungspotentials und einen zweiten Anschlussbolzen zum Anlegen eines Bezugspotentials. Beim Anschließen der Stromzuführung wird in einem ersten Schritt ein Kabelschuh auf den Anschlussbolzen gesteckt und in einem zweiten Schritt eine Sicherungsmutter zur Festsetzung des Kabelschuhs auf den Anschlussbolzen aufgeschraubt. In der Praxis hat es sich nun gezeigt, dass beim Festsetzen der Sicherungsmutter der Anschlussbolzen sich verdrehen kann. Auf Grund der starren Verbindung des Anschlussbolzens mit der Heizspirale, verursacht dies eine Beschädigung der Heizspirale oder ein Kurzschluss der Heizspirale gegen Masse. Eine verdrehte Heizspirale bewirkt zudem einen höheren Strömungswiderstand für die Ladeluft.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, das Heizelement montagesicherer zu gestalten.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des ersten Anspruchs. Die Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargestellt.
Das Heizelement gemäß der Erfindung besitzt eine Verdrehsicherung zum Festsetzen der Anschlussbolzen. Gebildet wird die Verdrehsicherung durch ein Sicherungsblech mit einer konturierten Öffnung zur formschlüssigen Aufnahme des Anschlussbolzens und ein Widerlager. Ausgeführt ist die konturierte Öffnung im Sicherungsblech zum Beispiel als Innensechskant. Entsprechend besitzt dann der Anschussbolzen einen hierzu korrespondierenden Außensechskant. In einer ersten Ausführungsform entspricht das Widerlager einer Anlagefläche an der Steckdose. Die erste Ausführungsform bietet sich dann an, wenn das Heizelement im Auslasskrümmer des Ladeluftkühlers eingesetzt werden soll. In einer zweiten Ausführungsform entspricht das Widerlager einem Fixierungsbolzen, der in eine Bohrung des Sicherungsblechs eingreift. Der Fixierungsbolzen dient zusätzlich zur Befestigung der Heizspirale an der Steckdose. Ergänzend ist eine Isolierkappe zwischen dem Fixierungsbolzen und der Bohrung im Sicherungsblech angeordnet. Die zweite Ausführungsform bietet sich dann an, wenn das Heizelement im Lufteinlasskanal des Zylinderkopfs eingesetzt werden soll. In diesem Fall sind der erste Anschlussbolzen zum Anlegen des positiven Spannungspotentials sowie der zweite Anschlussbolzen zum Anlegen des Bezugspotentials, üblicherweise Masse, diametral zueinander angeordnet.
Beide Ausführungsformen sind in der Umsetzung, auf Grund der einfachen Ausführung, nahezu kostenneutral. Da mechanisch-elektrische Verbindungsstellen in der Technik häufig Fehlerquellen darstellen, zum Beispiel auf Grund der Motorvibrationen, wird die Verdrehsicherung mit der Steckdose über ein Kunststoffmasse vergossen, wodurch dann die Dauerhaltbarkeit gewährleistet werden kann. Bei unveränderten Einbaumaßen, kann die Erfindung problemlos nachgerüstet werden.
In den Figuren ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen:
1 einen Ladeluftkühler mit Zylinderkopf als montierte Baueinheit,
2 das Heizelement mit Verdrehsicherung,
3 ein Detail der 2,
4 das Sicherungsblech (erste Ausführungsform),
5 einen Ladeluftkühler mit Zylinderkopf als montierte Baueinheit,
6 den Zylinderkopf mit Heizelement in Draufsicht und
7 das Sicherungsblech (zweite Ausführungsform).
Die 1 zeigt als Teil einer Brennkraftmaschine den Ladeluftkühler 1 mit dem Zylinderkopf 3 und einem elektrischen Heizelement 5 als montierte Baueinheit. Bei dieser Ausführung ist das elektrische Heizelement 5 im Auslasskrümmer 2 als Einschubeinheit angeordnet. Die Einschubeinheit kann zu Servicezwecken – in Zeichnungsrichtung gesehen nach oben – aus dem Auslasskrümmer 2 herausgezogen werden. Der Ladeluftkühler 1 und der Zylinderkopf 3 kommen unmittelbar – ohne Zwischenschaltung eines Ladeluftrohrs – an einander zur Anlage. Der Zylinderkopf 3 kann als einstückiges Bauteil ausgeführt oder – wie dargestellt – aus Einzelzylinderköpfen komplettiert sein. Der dargestellte Ladeluftkühler 1 besitzt fünf Auslasskrümmer 2, innerhalb welcher jeweils ein Ladeluft-Gasführungskanal angeordnet ist. Dieser kommuniziert mit dem jeweiligen Luft-Einlasskanal im Zylinderkopf 2. Der Auslasskrümmer 2 und der Zylinderkopf 3 bilden daher einen durchgehenden Ladeluft-Gasführungskanal vom Ladeluftkühler bis zum Brennraum der Brennkraftmaschine. Ausgeführt ist der Ladeluftkühler 1 als Luft-Wasserkühler, bei dem der Wärmeübergang aus der Ladeluft in das Wasser erfolgt. Die Wasserzuführung ist mit dem Bezugszeichen WASSER ZU gekennzeichnet. Die Zuführung der Ladeluft von einem Verdichter ist mit dem Bezugszeichen LL ZU gekennzeichnet.
Die Erläuterung der 2, 3 und 4 erfolgt gemeinsam. Hierbei zeigt die 2 das Heizelement 5 mit Verdrehsicherung in perspektivischer Ansicht, die 3 einen Detail aus der 2 und die 4 das Sicherungsblech 10 in einer ersten Ausführungsform. Nach 2 setzt sich das Heizelement 5 aus einem metallischen Grundkörper 16 und einer Steckdose 6 zusammen. Die Steckdose 6 besteht aus folgende Bauteilen: ein (Kunststoff-)Formteil 17, ein erster Anschussbolzen 7 zum Anlegen eines positiven Spannungspotential Ub, ein zweiter Anschlussbolzen 8 zum Anlegen eines Bezugspotentials, üblicherweise Masse, eine mäanderförmigen Heizspirale 18, zwei Sicherungsbleche 10 und zwei Sicherungsmuttern 19 zur Kontaktierung und zum Festsetzen eines Kabelschuhs am jeweiligen Anschlussbolzen (3). Der ersten Anschlussbolzen 7 und der zweite Anschlussbolzen 8 sind elektrisch leitend mit der Heizspirale 18 verbunden, beispielsweise indem der erste Anschlussbolzen 7 und der zweite Anschlussbolzen 8 jeweils in eine an der Heizspirale fest angebrachte Nietmutter 23 eingreift, siehe 3.
Die Erfindung besteht nun darin, dass das Heizelement 5 zusätzlich eine Verdrehsicherung 9 aufweist. Gebildet wird die Verdrehsicherung 9 durch das Sicherungsblech 10, den Anschlussbolzen, beispielsweise den ersten Anschlussbolzen 7, und ein Widerlager. Das Widerlager entsteht über eine ortsfeste Anlagefläche 12 an der Steckdose 6, zum Beispiel am Formteil 17, siehe 4. Das Sicherungsblech 10 besitzt eine konturierte Öffnung 11. In der 4 ist die konturierte Öffnung als Innensechskant dargestellt. Am ersten Anschlussbolzen 7 ist ein Bund 20 mit einem Außensechskant ausgebildet (3), welcher in der Größe zum Innensechskant des Sicherungsblechs 10 korrespondiert. Der erste Anschlussbolzen 7 kann daher formschlüssig in die konturierte Öffnung 11 des Sicherungsblechs 10 eingesetzt werden. Das Sicherungsblech 10 wiederum liegt an seinem Umfang 24 an der Anlagefläche 12 der Steckdose 6 an. Beim Festziehen der Sicherungsmutter 19 stützt sich daher der erste Anschlussbolzen 7 über den Bund 20 mit Außensechskant an der konturierten Öffnung 11 mit Innensechskant ab. Das Sicherungsblech 10 wiederum stützt sich an der ortsfesten Anlagefläche 12 als Widerlager ab. Kurz: Der erste Anschlussbolzen 7 kann sich nicht verdrehen. Für den zweiten Anschlussbolzen 8 gilt dieselbe Funktionalität. Als Verstärkungsmaßnahme bei starken Vibrationen und zur Isolation werden die Löcher 25 des Sicherungsblechs 10 noch mit Vergussmasse ausgefüllt (4). Nach dem Gießvorgang reicht die Vergussmasse maximal bis zu einer Oberkante 26. Nach dem Einbau des Heizelements 5 werden noch ein Kabelschuh für die Stromzuführung, Scheiben und eine Kontermutter auf dem Anschlussbolzen 7 angebracht.
Die 5 zeigt den Ladeluftkühler 1, den Zylinderkopf 3 und das elektrische Heizelement 5 als montierte Baueinheit. Bei dieser Ausführungsform ist das elektrische Heizelement 5 im Lufteinlasskanal 4 des Zylinderkopfs 3 angeordnet. Der weitere Aufbau entspricht der Darstellung in der 1.
Die Erläuterung der 6 und 7 erfolgt gemeinsam. Hierbei zeigt die 6 den Zylinderkopf 3 vom Ladeluftkühler 1 her gesehen in Draufsicht und die 7 zeigt das Sicherungsblech 10 in einer zweiten Ausführungsform. Das Heizelement 5 besteht aus einem ersten Steckdosenteil 21, einem zweiten Steckdosenteil 22 und der mäanderförmigen Heizspirale 18. Die beiden Steckdosenteile sind diametral zueinander an der Außenwand des Lufteinlasskanals 4 angeordnet. Das erste Steckdosenteil 21 umfasst folgende Bauteile: den ersten Anschlussbolzen 7 zum Anlegen eines positiven Spannungspotentials Ub, das (Kunststoff-)Formteil 17, ein Sicherungsblech 10 und einen Fixierungsbolzen 14. Der ersten Anschlussbolzen 7 und der Fixierungsbolzen 14 sind fest mit der Heizspirale 18 verbunden, indem diese jeweils in eine Nietmutter 23 an der Heizspirale 18 eingreifen. Das zweite Steckdosenteil 22 besitzt denselben Aufbau wie das erste Steckdosenteil 21.
Die Verdrehsicherung des Heizelements wird über den Anschlussbolzen, beispielsweise den ersten Anschlussbolzen 7, das Sicherungsblech 10 und ein ortsfestes Widerlager verwirklicht. Das Widerlager wird bei dieser Ausführungsform über den Fixierungsbolzen 14 verwirklicht. Der erste Anschlussbolzen 7 wird mit dem Außensechskant formschlüssig in die konturierte Bohrung 11 des Sicherungsblechs 10 eingesetzt. Über eine Bohrung 13 (7) ist das Sicherungsblech 10 im Formschluss mit dem Fixierungsbolzen 14. Wird nun der Kabelschuh über die Sicherungsmutter 19 auf dem ersten Anschlussbolzen 7 festgesetzt, so stützt sich der erste Anschussbolzen 7 über den Bund 20 und den Außensechskant an der konturierten Öffnung 11 des Sicherungsblechs 10 ab. Das Sicherungsblech 10 wiederum stützt sich über die Bohrung 13 am Fixierungsbolzen 14 ab, welcher ortsfest ist. Zur elektrischen Isolation befindet sich zwischen dem Sicherungsblech 10 und dem Abschnitt des Fixierungsbolzens 14, der in die Bohrung 13 eingreift, eine Isolierkappe 15. Die Funktionalität des zweiten Steckdosenteils 22 mit Verdrehsicherung ist hierzu identisch. Als Verstärkungsmaßnahme bei starken Vibrationen, werden die Löcher 25 des Sicherungsblechs 10 noch mit Vergussmasse ausgefüllt (7).

1: Ladeluftkühler
2: Auslasskrümmer
3: Zylinderkopf
4: Lufteinlasskanal
5: Heizelement
6: Steckdose
7: erster Anschlussbolzen (für Ub)
8: zweiter Anschlussbolzen (für Masse)
9: Verdrehsicherung
10: Sicherungsblech
11: konturierte Öffnung (6-Kant)
12: Anlagefläche
13: Bohrung
14: Fixierungsbolzen
15: Isolierkappe
16: Grundkörper
17: Formteil
18: Heizspirale
19: Sicherungsmutter
20: Bund
21: erstes Steckdosenteil
22: zweites Steckdosenteil
23: Nietmutter
24: Umfang Sicherungsblech
25: Löcher
26: Oberkante

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102007045196 A1 [0002]

Claims

Brennkraftmaschine mit einem Ladeluftkühler (1), mit einem Zylinderkopf (3), in welchem ein Lufteinlasskanal (4) zum Brennraum der Brennkraftmaschine integriert ist, und mit einem elektrisch ansteuerbaren Heizelement (5) zur temporären Vorwärmung der Ladeluft, welches eine Steckdose (6) mit einem ersten Anschlussbolzen (7) zum Anlegen eines positiven Spannungspotentials (Ub) und einen zweiten Anschlussbolzen (8) zum Anlegen eines Bezugspotentials aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (5) eine Verdrehsicherung (9) zum Festsetzen der Anschlussbolzen (7, 8) aufweist, wobei die Verdrehsicherung (9) ein Sicherungsblech (10) mit einer konturierten Öffnung (11) zur formschlüssigen Aufnahme des Anschlussbolzens (7, 8) und ein Widerlager umfasst.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlager einer Anlagefläche (12) an der Steckdose (6) entspricht.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (5) im Auslasskrümmer (2) des Ladeluftkühlers (1) eingesetzt ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerlager einem Fixierungsbolzen (14) entspricht, welcher in eine Bohrung (13) des Sicherungsblechs (10) eingreift.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Bohrung (13) im Sicherungsblech (10) und dem Fixierungsbolzen (14) eine Isolierkappe (15) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (5) im Lufteinlasskanal (4) des Zylinderkopfs (3) eingesetzt ist und der erste Anschlussbolzen (7) und der zweite Anschlussbolzen (8) diametral zueinander angeordnet sind.