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Hintergrund
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1. Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Entwicklung betrifft das Befestigen von Zündspulen
oder anderen Motornebenaggregaten an Deckeln von Verbrennungsmotoren.
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2. Stand der Technik
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Fremdzündungsmotoren
weisen typischerweise eine Zündkerze/Zündspule
pro Zylinder auf. Die Zündkerze ist typischerweise durch
einen Durchbruch in dem Nockenwellendeckel in den Zylinderkopf eingeschraubt.
Die Zündspule ist über der Spitze der Zündkerze,
die sich weg von dem Brennraum erstreckt, montiert. Die Zündspule
weist einen Vorsprung auf, der eine Öffnung ausbildet,
durch die ein Befestigungselement mit Gewinde den Nockwellendeckel
greift, um die Spule ortsfest zu halten. In manchen Fällen
kann ein Befestigungselement in eine Gewindebohrung in dem Nockenwellendeckel
eingeführt werden. Das Befestigungselement mit Gewinde und
die Kerze mit Gewinde sind teurer und erfordern zusätzliche
Teile für jeden Zylinder des Motors.
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U.S. Patent 6,609,508 B2 offenbart
einen U-förmigen Halteclip zum Anbringen einer Zündspulenanordnung
an einem Nockenwellendeckel. Diese Auslegung umgeht die Notwendigkeit
eines Befestigungselements mit Gewinde. Sie erfordert aber eine Abwandlung
von bestehenden Nockenwellendeckeln und erfordert, dass die Zündspule
mit dem U-förmigen Halteclip greift, was eine Änderung
der Auslegung der Spule nötig macht. Weiterhin wird kein
Wartungsvorgehen für den Fall offenbart, dass eines der Kunststoffelemente
ausfällt, zum Beispiel während Wartungsarbeiten.
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Die
vorstehenden Beschränkungen und Nachteile werden durch
die vorliegende Entwicklung wie nachstehend zusammengefasst angegangen.
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Zusammenfassung
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Ein
Nockenwellendeckel für einen Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors
bildet einen Durchbruch für das Einbauen einer Zündkerze
in den Zylinderkopf aus. Zwei Laschen erstrecken sich von dem Nockenwellendeckel
an einer Stelle nahe dem Durchbruch nach außen. Ein von
einer Zündspule abstehender Vorsprung nimmt die beiden
Laschen auf, um die Zündspule in einer Einschnappbeziehung an
der Zündkerze festzuhalten.
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Gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird eine
Standardzündspule des Stands der Technik ohne Abwandlungen
verwendet. Durch Nutzen einer Standardzündspule wird die Standardisierung
von Teilen über Motor- und Fahrzeugreihen hinweg erleichtert.
In manchen Anwendungen des Stands der Technik ist in dem Nockenwellendeckel
ein Messingeinsatz zum Fügen mit dem Befestigungselement
mit Gewinde sowie ein zylindrischer Aluminiumeinsatz in dem Befestigungsloch
in der Spule vorgesehen. Die vorliegende Entwicklung umgeht die
Notwendigkeit des Messingeinsatzes, des Befestigungselements mit
Gewinde und des Aluminiumeinsatzes pro Zündspule und für
jedes Motornebenaggregat, das diese Ausführungsform verwendet.
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Es
wird ein Verfahren zum Ersetzen einer an einem Nockenwellendeckel
eines Zylinderkopfs eingebauten Spule offenbart, bei dem von dem
Nockenwellendeckel abstehende Laschen zusammengedrückt
werden, um das Entfernen der Spule durch Schieben der Öffnung
des Spulenvorsprungs über die Laschen zu erleichtern. Durch
Setzen der Öffnung des Ersatzspulenvorsprungs über
die Laschen, Setzen der Ersatzspule über eine in den Zylinderkopf eingebaute
Zündkerze und Drücken nach unten auf die Ersatzspule,
wodurch die Laschen zusammengedrückt werden, um ein Verbinden
der Ersatzspule mit der Zündkerze zu ermöglichen,
wird eine Ersatzspule eingebaut.
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In
dem Fall, dass eine Lasche beschädigt wird, wird die Ersatzspule
durch Setzen der Öffnung der Spule über die Nockenwellendeckelfläche,
Drücken der Spule über eine in dem Zylinderkopf
eingebaute Zündkerze, Schrauben einer selbstschneidenden
Schraube durch die Öffnung des Spulenvorsprungs und Schrauben
der selbstschneidenden Schraube in eine in dem Nockenwellendeckel
ausgebildete Aussparung eingebaut.
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Ein
Großteil der vorstehenden Erläuterung ist auf
eine Anwendung gerichtet, die eine an einem Nockenwellendeckel befestigte
Zündkerzenspule betrifft. Die vorliegende Entwicklung kann
aber bei anderen Motornebenaggregaten Anwendung finden. Es ist zum
Beispiel bekannt, Sensoren und Aktuatoren zu haben, die in einem
Nockenwellendeckel oder einem beliebigen Motordeckel eingebaut sein.
In dem Nockenwellendeckel ist ein Durchbruch vorgesehen, durch den
die Drähte zu dem Sensor oder Aktuator, der zwischen dem
Nockenwellendeckel und dem Zylinderkopf eingeschlossen ist, oder
durch einen beliebigen Deckel verlaufen. Eine nicht einschränkende Liste
von Beispielen umfasst: einen Nockenwellenstellungssensor, einen
Aktuator für veränderliche Ventilzeitsteuerung
und einen Ventilhubaktuator bezüglich eines Nockenwellendeckels.
Bezüglich anderer Deckel kann eine nicht umfassende Liste
umfassen: Temperatur-, Druck-, Feuchte-, Hall-Effekt-, Stellungs-
und Magnetsensoren sowie piezoelektrische Aktuatoren, hydraulische
Aktuatoren und Magnetaktuatoren.
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Die
vorstehenden sowie andere Vorteile der vorliegenden Entwicklung
werden für den Fachmann anhand der eingehenden Beschreibung
bei Betrachtung im Licht der Begleitzeichnungen offenkundig.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Ansicht einer Teilperspektive eines Zylinderkopfs mit einem
Nockenwellendeckel, durch den mehrere Spulen eingebaut sind;
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2 ist
eine Teildraufsicht auf den Nockenwellendeckel, die eine eingebaute
Spule zeigt;
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3 ist
eine Teilansicht des Nockenwellendeckels und einer ausgebauten Spule;
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4 ist
eine Teilansicht des Nockenwellendeckels und einer eingebauten Spule;
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5 ist
eine Teilansicht des Nockenwellendeckels und einer eingebauten Spule,
die eine alternative Ausführungsform zeigt, die ein Wartungsreparaturteil
umfasst;
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6 ist
eine Draufsicht auf Laschen gemäß einer alternativen
Ausführungsform in einer nicht zusammengedrückten
Konfiguration;
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7 ist
eine Draufsicht auf Laschen gemäß einer alternativen
Ausführungsform in einer zusammengedrückten Konfiguration;
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8 ist
eine Teilansicht eines Deckels und eines Adapters, wobei der Adapter
ausgebaut ist;
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9 ist
eine Draufsicht auf den Adapter, die ein beispielhaftes Antriebsmerkmal
zeigt;
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10 ist
eine Querschnittansicht eines Deckels und eines Adapters mit einem
Werkzeug, das mit dem Antriebsmerkmal des Adapters gekoppelt ist;
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11 ist
eine Teilansicht eines Deckels mit einem eingebauten Adapter;
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12 ist
eine Teilansicht eines Deckels mit einem eingebauten Adapter und
einem Nebenaggregat, das mit Laschen des Adapters gekoppelt ist;
und
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13 ist
eine Teilansicht eines Deckels und eines Adapters, wobei der Adapter
ausgebaut ist.
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Eingehende Beschreibung
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Ein
Verbrennungsmotor kann einen oder zwei Zylinderköpfe aufweisen,
die abhängig davon, ob der Motor als I-4-, I-6-, V6- oder
V8-Motor ausgelegt ist, den oberen Teil des Brennraums für
drei bis sechs Zylinder bilden. Einlass- und Auslassventile lassen
Frischluft in die Brennräume ein und lassen Abgas aus den
Brennräumen austreten und werden durch einen Ventiltriebmechanismus
in dem Zylinderkopf betätigt. Ein Deckel umschließt
den Ventiltrieb und dichtet ihn von außen ab. Der Deckel
wird unter Bezug auf entweder eine Nockenwelle im Block oder einen
Motor mit oben liegender Nockenwelle allgemein als Ventildeckel
bezeichnet. Der Begriff „Nockenwellendeckel”,
der hierin verwendet wird, bezieht auf das, was allgemein als: Ventildeckel,
Kipphebeldeckel oder Nockenwellendeckel bezeichnet wird.
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Unter
Bezug auf 1 ist ein Nockenwellendeckel 1 mittels
Befestigungselementen 3 an einem Zylinderkopf 2 befestigt.
Zündspulen 4 ragen durch den Nockenwellendeckel 1 durch
in dem Nockenwellendeckel 1 ausgebildete Durchbrüche.
Die Zündspulen 4 sind mit (nicht sichtbaren) Zündkerzen
gekoppelt, die in dem Zylinderkopf 2 eingebaut sind. Die Zündspulen 4 weisen
Steckverbindungen 5 auf, die zum Herstellen elektrischer
Verbindung zu den Zündspulen 4 vorgesehen sind.
Die Zündspulen 4 weisen auch Vorsprünge 6 auf,
die sich von den Zündspulen 4 nach außen
erstrecken, wobei in den Vorsprüngen 6 Halterungsöffnungen 7 zum
Befestigen der Zündspulen 4 an dem Nockenwellendeckel 1 ausgebildet sind.
Der Nockenwellendeckel 1 dicht eine Nichtverbrennungsseite 8 des
Zylinderkopfs 2 ab, wobei er Schmiermittel für
die Kipphebel und andere bewegliche Teile in dem Raum zwischen dem
Zylinderkopf 2 und dem Nockenwellendeckel 1 enthält.
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Unter
Bezug auf 2 ist ein Nockenwellendeckel 10 mit
einer eingebauten Spule 12 gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Die
Spule 12 weist eine Steckverbinderaufnahme 14 auf,
an der ein Drahtsteckverbinder angeschlossen sein kann. Die Spule 12 weist
einen Vorsprung 16 auf, der eine Öffnung 18 ausbildet.
Laschen 20 erstrecken sich von dem Nockenwellendeckel 10 durch
die Öffnung 18 nach außen, um die Spule 12 festzuhalten.
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Unter
Bezug auf 3 ist die Spule 12 mit
einem Nockenwellendeckel 10 ausgerichtet, aber nicht darauf
installiert. Der Nockenwellendeckel 10 bildet einen Durchbruch 22 aus,
durch den eine Zündkerze 24 eingebaut wird. Die
Spule 12 passt über die Zündkerze 24,
wenn die Öffnung 18 über die Laschen 20 gesetzt
wird. Der Abstand zwischen Mittellinien der Spule 12 und
der Öffnung 18 ist der gleiche wie der Abstand
zwischen der Mittellinie des Durchbruchs 22 und der Mitte
der Laschen 20.
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Bei
ordnungsgemäßer Ausrichtung greift die Spule 12 die
Zündkerze 24, wenn die Öffnung 18 mit den
Laschen 20 greift. Wenn die Öffnung 18 erstmals in
Kontakt mit den Laschen 20 gebracht wird, gleitet die Öffnung 18 über
distale Abschnitte 25 der Laschen 20. Wenn die Öffnung 18 des
Vorsprungs 16 weiter abgesenkt wird, greift die Öffnung 18 mit
einer Rampe des Eingriffabschnitts 26 der Laschen 20 und kann
nicht weiter abgesenkt werden, ohne dass sich die Laschen 20 bewegen.
Durch Ausüben einer Kraft auf den Vorsprung 16 biegen
sich die Laschen 20 zueinander, um durch die Öffnung 18 zu
passen. Wenn die Öffnung 18 des Vorsprungs 16 den
Eingriffabschnitt 26 der Laschen 20 freigibt,
kehren die Laschen 20 zu ihrer ursprünglichen,
nicht verformten vertikalen Stellung zurück, wenn die Öffnung 18 mit den
Körperabschnitten 27 der Laschen 20 greift.
Eine sich radial erstreckende Fläche 28 hält
den Vorsprung 16 und die Spule 12 an dem Nockenwellendeckel 10 fest.
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Weiter
unter Bezug auf 3 sind die Laschen 20 entlang
der Länge distaler Abschnitte 25 von konstantem
Querschnitt. Die Länge weiter hinab wird der Querschnitt
entlang der Eingriffabschnitte 26 größer,
in einer Ausführungsform wird der Querschnitt in einer
Richtung hin zum Nockenwellendeckel 10 gleichförmig
größer. Wie in 4 gezeigt, scheinen
die Eingriffabschnitte 26 linear entlang der Länge
an Breite zuzunehmen, d. h. sie bilden eine Rampe. Dies ist ein
nicht einschränkendes Beispiel. In einer Ausführungsform
weisen Eingriffabschnitte 26 ein Merkmal auf, um ein Greifen
der Laschen mit einem Werkzeug zu erleichtern, so dass sie zum Entfernen
der Spule oder eines anderen Motornebenaggregats zusammengedrückt
werden können. In Ausführungsformen mit einem
solchen Greifmerkmal an dem Eingriffsabschnitt 26 kann
auf den distalen Abschnitt 52 verzichtet werden. Die Eingriffabschnitte 26 können
von beliebiger Form sein, d. h. einer Form, die ein Führen
der Öffnung 18 über Laschen 20 und dann
ein Zurückschnappen erlaubt, nachdem die Öffnung 18 die
Eingriffabschnitte freigibt, so dass die Spule oder ein anderes
Nebenaggregat ortsfest gehalten wird. Ein naher Abschnitt 27 weist
einen konstanten Querschnitt auf, wobei das Außenmaß in etwa
gleich oder etwas kleiner als das Innenmaß der Öffnung 18 ist.
Die Länge des Körperabschnitts 27, die
in 3 als L gezeigt wird, ist mindestens so lang wie
die Höhe des Vorsprungs 16, der in 3 bei
H gezeigt wird, so dass die Eingriffabschnitte 26 den Vorsprung
freigeben und zu ihrer ursprünglichen vertikalen Form zurückschnappen,
um den Vorsprung 16 ortsfest zu halten.
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In 4 ist
eine eingebaute Spule gezeigt. Gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Entwicklung erfordert das Entfernen der Spule 12 oder der
Zündkerze 24 das Entfernen des Vorsprungs 16 von
den Laschen 20. Eine Zange 26 kann verwendet werden,
um die Laschen 20 zusammenzuschieben, während
zum Entfernen an einer Spule 12 nach oben gezogen wird.
Wenn die Spule 12 entfernt ist, kann auf die Zündkerze 24 zugegriffen
werden. Wenn die Spule 12 entfernt wird, können
die Laschen 20 beschädigt oder zerbrochen werden.
Stellt sich heraus, dass die Laschen zum Halten der Spule 12 unzureichend
sind, umfasst eine Wartungsreparatur wie in 5 gezeigt
eine selbstschneidende Schraube 30. Mindestens der distale
Abschnitt 25 und der Eingriffabschnitt 26 der
Laschen 20 werden abgenommen, um die selbstschneidende
Schraube 30 aufzunehmen. Ein Hohlraum 28, der
in dem Nockenwellendeckel 10 zum Aufnehmen der selbstschneidenden Schraube 30 vorgesehen
ist, ist in 3 und 4 ersichtlich.
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Draufsichten
auf eine alternative Ausführungsform der Laschen 50 sind
in 6 und 7 gezeigt. In 7 befinden
sich die Laschen 50 in einem nicht zusammengedrückten
Zustand, in dem ein Spalt X zwischen den beiden Laschen 50 vorliegt. Der
distale Abschnitt 52 weist einen Durchmesser gleich oder
etwas kleiner als D, der Durchmesser der Öffnung 56,
mit der die Laschen 50 greifen, auf. Die Laschen 50 weisen
auch Eingriffabschnitte 54 auf, die wie in 7 gezeigt
von der Kante einer Lasche zur anderen von W ein breitestes Maß haben.
In 8 sind die Laschen zusammengedrückt gezeigt. In
einer solchen Konfiguration ist eine Breite der Außenkanten
der Eingriffabschnitte 54D oder weniger, so dass die Eingriffabschnitte 54 über
eine Öffnung von Durchmesser D gesetzt werden können.
Zusammengedrückt ist die Breite der beiden distalen Abschnitte 52D minus
X.
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In 3 greift
die Spule 12 mit der Zündkerze 24, und
die Befestigungsöffnung 18 des Vorsprungs 16 ist
mit Laschen 20 gekoppelt. Gemäß anderen
Ausführungsformen der Offenbarung können andere
Nebenaggregate mit Laschen ähnlich den Laschen 20 gekoppelt
werden, die aber an einer anderen Stelle an dem Nockenwellendeckel
oder an einem beliebigen Motordeckel vorgesehen sein können.
Das Motornebenaggregat kann eines der folgenden sein: ein Nockenwellenstellungssensor,
ein Aktuator für veränderliche Ventilzeitsteuerung
und ein Ventilhubaktuator. In einem solchen Fall ist ein Durchbruch
für ein funktionelles Ende des Nebenaggregats vorgesehen,
um Zugriff auf das Innere des Nockenwellendeckels zu erhalten.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung, bei denen die Laschen integral mit
dem Deckel sind, sind für Situationen geeignet, in denen
die Form für den Deckel neu konstruiert oder umkonstruiert
wird. Mitten in der Produktion kann das Umkonstruieren der Form,
um die Laschen zu integrieren, viel zu teuer sein. Gemäß einer
anderen Ausführungsform, die in 8 gezeigt
ist, ist somit der Deckel 40, der einen Durchbruch 42 aufweist,
um Zugriff auf ein Nebenaggregat zu bieten, und der einen zylindrischen
Hohlraum aufweist, mit einem Adapter 46 gekoppelt. Der
Deckel 40 kann ein Deckel des Stands der Technik sein,
in dem ein zylindrischer Hohlraum 44 mit einem Messingeinsatz
eingesetzt worden sein könnte, so dass ein herkömmlicher
Bolzen verwendet werden könnte, um das Nebenaggregat zu
befestigen. Gemäß der vorliegenden Entwicklung
weist der Adapter 46 einen Verbindungsabschnitt 48 auf,
der einen Durchmesser in etwa gleich dem Durchmesser des zylindrischen
Hohlraums 44 aufweist. Der Adapter 46 weist Laschen 50 auf,
die einen nahen Abschnitt 52, einen Eingriffabschnitt 54 und
einen distalen Abschnitt 56 umfassen. In der Oberseite
des Verbindungsabschnitts 48 ist ein Antriebsmerkmal 60 ausgebildet.
In der Ausführungsform von 8 ist das
Antriebsmerkmal ein Flachkopfschlüssel. Alternativ kann
das Antriebsmerkmal 48 für Schlüsseleingriff
sein, um es mit anderen bekannten Treibstücken greifen
zu lassen, beispielsweise Inbus, TORX, Phillips, etc.
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Eine
Draufsicht auf den Adapter 46 ist in 9 gezeigt,
in der der distale Abschnitt 56 und der Eingriffabschnitt 54 zu
sehen sind. Der Verbindungsabschnitt 48 weist eine Nut
(oder einen Schlüssel) 60 auf, die in einem Ende
am nächsten zu den Laschen ausgebildet ist. In 10 ist
der Adapter 46 in den zylindrischen Hohlraum des Deckels 40 geschoben, und
ein Werkzeug 61 ist in die Nut 60 eingeführt.
Ein an dem Werkzeug 61 angelegtes Drehmoment wird durch
die Nut 60 übertragen, um den Adapter 46 zu drehen.
Durch Drehen des Adapters 46 bezüglich des Deckels 40 bewirken
Reibungskräfte ein Erwärmen der Reibflächen
und deren Schmelzen. Bei Kühlen wird der Adapter 46 mit
dem Deckel 40 verbunden. Dieser Prozess ist allgemein als
Rotationsschweißen bekannt. Der Adapter 26 und
Deckel, die verbunden sind, sind in 11 gezeigt.
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In 11 ist
auch gezeigt, dass der nahe Abschnitt 52, der von dem Deckel 40 nach
außen ragt, die Länge L hat. Das Nebenaggregat 64 hat
die Höhe H, zumindest in der Nähe der Befestigungsöffnung 63.
Das Nebenaggregat 64 wird durch Eingriffabschnitte 54 des
Adapters 46 durch Schieben der Befestigungsöffnung 63 über
den Adapter 46 ortsfest gehalten. Unter Bezug nun auf 12 ist
ein Nebenaggregat 64 an dem Deckel 40 eingebaut
gezeigt. Das Nebenaggregat weist einen Sensor 65 auf, der durch
den Durchbruch 42 (der in 12 nicht
genannt ist, da er mit Sensor 65 gefüllt ist)
Zugriff auf das Innere von Deckel 40 erhält. Der
Sensor 65 kann jede bekannte Art von Sensor sein. Alternativ
ist das Element 65 ein Aktuator. Zum Abdichten des Nebenaggregats
an dem Durchbruch in dem Deckel 40 kann ein O-Ring 66 in
der Nut 66 vorgesehen werden. Alternativ kann jede andere
Art einer bekannten Abdichtvorrichtung vorgesehen werden. Die Einschnappbeziehung
der Laschen des Adapters 40 mit dem Nebenaggregat 64 sieht
eine ausreichende Abwärtskraft vor, um den O-Ring oder
eine andere Dichtung zu verformen.
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Eine
andere Ausführungsform eines Adapters 68 ist in 13 gezeigt.
Ein Verbindungsabschnitt 70 umfasst Gewinde. Der zylindrische
Hohlraum 44 des Deckels 40 weist einen Durchmesser
D auf. Die Gewinde an dem Verbindungsabschnitt weisen einen Außendurchmesser
M auf, der größer als D ist, und einen Kerndurchmesser
m, der kleiner als D ist. Der Adapter 68 weist Laschen 72 auf,
welche umfassen: einen nahen Abschnitt 74, einen Eingriffsabschnitt 76 und
einen distalen Abschnitt 78. Der Verbindungsabschnitt 70 weist
ein Antriebsmerkmal 80 auf, das in dem Ende des Verbindungsmerkmals
näher zu den Laschen 72 ausgebildet ist. Das Antriebsmerkmal 80 kann
jede Schlüsseleingriffanordnung sein, beispielsweise: Flachkopf,
TORX, Inbus, Phillips etc., ist aber in 13 als
Flachkopf gezeigt. Die Gewinde an dem Verbindungsabschnitt 70 sind
selbstschneidende Gewinde. Durch soweit wie möglich Einführen
des Adapters 68 in den zylindrischen Hohlraum 44,
durch Setzen eines Werkzeugs, beispielsweise Werkzeug 61 von 10,
in das Antriebsmerkmal 80 und durch Drehen des Adapters 68 mit
einem solchen Werkzeug greifen die selbstschneidenden Gewinde mit
der Fläche, die den zylindrischen Hohlraum 44 umgibt.
Der Adapter 68 wird in den Hohlraum 44 gezogen,
bis die Gewinde vollständig gegriffen haben.
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Ausführungsformen
der Offenbarung können anders als spezifisch gezeigt und
beschrieben umgesetzt werden, ohne von deren Wesen oder Schutzumfang
abzuweichen. Während die vorliegende Entwicklung zum Beispiel
zum Befestigen einer Zündspule beschrieben wurde, wird
der Fachmann erkennen, dass die vorliegende Entwicklung verwendet werden
kann, um innerhalb des Schutzumfangs der Entwicklung verschiedene
Arten von Komponenten anzubringen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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