DE102011087193A1

DE102011087193A1 - Gehäuse für eine Laserzündkerze

Info

Publication number: DE102011087193A1
Application number: DE201110087193
Authority: DE
Inventors: Martin Weinrotter; Pascal Woerner; Jürgen Raimann; Dieter Wolz; Joerg Engelhardt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2011-11-28
Publication date: 2013-05-29
Also published as: WO2013079240A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse (110) für eine Laserzündkerze (100), insbesondere einer Brennkraftmaschine (10) eines Kraftfahrzeugs oder eines Stationärmotors, wobei das Gehäuse (110) ein Brennraumfenster (120) aufweist, durch das Laserstrahlung (24) aus einem Innenraum (I) des Gehäuses (110) in einen Außenraum (A), insbesondere einen Brennraum (14) einer Brennkraftmaschine (10), abstrahlbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennraumfenster (120) ein Material aufweist, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient bei Betriebstemperatur der Laserzündkerze (100) größer ist als etwa 4·10 ^–6 / K, vorzugsweise größer als etwa 6·10 ^–6 / K.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine Laserzündkerze, insbesondere einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs oder eines Stationärmotors, wobei das Gehäuse ein Brennraumfenster aufweist, durch das Laserstrahlung aus einem Innenraum des Gehäuses in einen Außenraum, insbesondere einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, abstrahlbar ist.
Aus der DE 10 2007 041 528 A1 ist eine Laserzündeinrichtung bzw. Laserzündkerze für eine Brennkraftmaschine umfassend einen laseraktiven Festkörper, ein Brennraumfenster und ein Gehäuse bekannt, bei der das Gehäuse und das Brennraumfenster zur Abdichtung des Innenraums gegenüber dem Brennraum mindestens mittelbar stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
An einem dem Brennraum zugewandten Ende des Gehäuses ist ein sogenanntes Brennraumfenster vorhanden, welches transmissiv für die im Zündlaser erzeugten Laserstrahlen ist. Dieses Brennraumfenster muss dichtend in einem Gehäuse des Zündlasers aufgenommen werden. Dabei werden an die Abdichtung zwischen Brennraumfenster und Gehäuse hohe Anforderungen gestellt, weil während des Betriebs der Brennkraftmaschine Oberflächentemperaturen von über 600 °C an dem Brennraumfenster auftreten können. Zusätzlich kommen noch intermittierende Druckbelastungen von bis zu 300 bar hinzu. Wenn ein Zündlaser zum Zünden einer Gasturbine eingesetzt wird, herrschen im Brennraum der Gasturbine zwar geringere Drücke, allerdings kann die Oberfläche des Brennraumfensters Temperaturen von bis zu 1.000 °C erreichen, wobei in jedem Fall unkontrollierte Glühzündungen verhindert werden müssen.
Es ist offensichtlich, dass das Innere des Zündlasers gegen die extrem hohen Temperaturen und Drücke sicher abgedichtet werden muss. Wenn die Abgase ins Innere des Zündlasers gelangen sollten, führt dies zum Ausfall des Zündlasers.
Offenbarung der Erfindung
Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gehäuse für eine Laserzündkerze weiter zu verbessern, so dass sich eine gegenüber dem Stand der Technik noch weiter gesteigerte Dichtheit des Gehäuses und damit Standzeit einer das Gehäuse aufweisenden Laserzündkerze ergibt, ohne dass hierfür notwendig eine konstruktiv aufwendige stoffschlüssige Verbindung vorzusehen ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Gehäuse der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Brennraumfenster ein Material aufweist, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient bei Betriebstemperatur der Laserzündkerze größer ist als etwa 4·10 ^–6 / K, vorzugsweise größer als etwa 6·10 ^–6 / K. Dadurch ist vorteilhaft sichergestellt, dass eine dichtende Verbindung zwischen dem Brennraumfenster und gängigen Gehäusematerialien, wie z.B. Stählen, herstellbar ist, die auch durch eine thermische Längenausdehnung der beteiligten Komponenten (Brennraumfenster, Gehäuse), wie sie insbesondere während eines Motorbetriebs bzw. einer Inbetriebnahme bzw. Deaktivierung vorliegt, nicht wesentlich beeinträchtigt wird.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen, bei denen das Brennraumfenster z.B. aus Quarzglas besteht, das einen sehr geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten von ca. 0,5·10 ^–6 / K aufweist, und das damit eine signifikant geringere thermische Ausdehnung z.B. bei dem Erhitzen des Gehäuses auf die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine erfährt, ist die Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten der Komponenten Brennraumfenster, Gehäuse bei der vorliegenden Erfindung wesentlich geringer. So weist ein für das Gehäuse verwendbarer Stahl vom Typ 1.4913 oder ähnlich (Turbinenstahl) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 12·10 ^–6 /K bei Betriebstemperatur der Laserzündkerze auf, so dass sich als Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten der Komponenten Brennraumfenster, Gehäuse nach der vorliegenden Erfindung ein Wert von etwa 6·10 ^–6 /K ergibt, gegenüber einem Wert von etwa 11,5·10 ^–6 /K bei dem Stand der Technik.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Brennraumfenster aus kristallinem Saphir, insbesondere einkristallinem Saphir, besteht. Dieses Material weist etwa einen dem Erfindungsprinzip entsprechenden Wärmeausdehnungskoeffizienten auf und besitzt überdies noch für die Laserzündung sehr günstige optische Eigenschaften sowie eine hohe Resistenz gegenüber Plasma und Korrosion.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Brennraumfenster so relativ zu dem Gehäuse angeordnet ist, dass eine C-Achse bzw. 0°-Achse seiner Kristallstruktur im wesentlichen parallel zur optischen Achse des Gehäuses bzw. der Laserzündkerze ist. Einerseits ergibt sich hierfür eine weiter verbesserte Eignung zur Umsetzung des Erfindungsprinzips, weil der Wärmeausdehnungskoeffizient z.B. von kristallinem Saphir entlang der C-Achse der Kristallstruktur größer ist als in anderen Richtungen der Kristallstruktur, so dass wiederum ein verringerter Aufwand zur Angleichung der verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Brennraumfenster und Gehäuse erforderlich ist. Andererseits ergibt sich durch die vorgeschlagene Parallelanordnung der C-Achse zur optischen Achse des Gehäuses ein optimales Transmissionsverhalten für durch das Brennraumfenster hindurchtretende Laserstrahlung.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Dicke des Brennraumfensters zwischen etwa 2 mm und etwa 8 mm beträgt, insbesondere etwa 4 mm.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens eine optisch aktive Oberfläche des Brennraumfensters poliert ist, insbesondere vom Typ Scratch / Dig: 60 / 40, wodurch unerwünschte Reflexionen bzw. Streuung vermieden wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens eine Kante des Brennraumfensters gebürstet und/oder abgerundet und/oder mit einer Fase versehen ist, insbesondere mit einer Fase von etwa 0,3 mm Länge, sodass eine einfache Montage des Brennraumfensters in dem Gehäuse möglich ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die optisch aktiven Oberflächen des Brennraumfensters planparallel sind.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Material des Brennraumfensters bei Raumtemperatur, insbesondere etwa 20 °C, einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von größer etwa 4·10 ^–6 / K, vorzugsweise größer etwa 5·10 ^–6 / K aufweist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Brennraumfenster im wesentlichen Kreiszylinderform aufweist, wobei ein Durchmesser bevorzugt zwischen etwa 5 mm und etwa 25 mm beträgt, vorzugsweise zwischen etwa 10 mm und etwa 15 mm.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Verhältnis aus einer maximalen Außenabmessung des Brennraumfensters (z.B. Durchmesser im Falle einer Kreiszylindergeometrie) und einer Dicke des Brennraumfensters zwischen etwa 0,6 und etwa 12,5 beträgt, vorzugsweise etwa 3,2.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Brennraumfenster mit einer vorgebbaren Vorspannkraft gegen das Gehäuse gepresst ist, wodurch sich eine gute Dichtwirkung ergibt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass zwischen dem Brennraumfenster und mindestens einem Gehäuseteil mindestens ein Dichtelement vorgesehen ist, wodurch eine weiter gesteigerte Dichtwirkung erzielbar ist. Darüber hinaus kann das Dichtelement bei hinreichend großem Wärmeausdehnungskoeffizienten ebenfalls dazu beitragen, den aggregierten Wärmeausdehnungskoeffizienten von Brennraumfenster und Dichtelement an den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Gehäusematerials anzugleichen.
Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Laserzündkerze mit einem erfindungsgemäßen Gehäuse angegeben, wobei eine Betriebstemperatur der Laserzündkerze zwischen etwa 200 °C und etwa 1100 °C beträgt, insbesondere zwischen etwa 280 °C und etwa 600 °C.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
In der Zeichnung zeigt:
1 schematisch einen Querschnitt einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gehäuses,
2 schematisch einen Querschnitt eines Brennraumfensters gemäß einer weiteren Ausführungsform,
3 schematisch einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gehäuses,
4 schematisch einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gehäuses,
5 schematisch einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gehäuses, und
6 schematisch ein laserbasiertes Zündsystem für eine Brennkraftmaschine.
Eine Brennkraftmaschine trägt in 6 insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie kann zum Antrieb eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs dienen. Die Brennkraftmaschine 10 umfasst üblicherweise mehrere Zylinder, von denen in 6 nur einer mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet ist. Ein Brennraum 14 des Zylinders 12 wird von einem Kolben 16 begrenzt. Kraftstoff gelangt in den Brennraum 14 direkt durch einen Injektor 18, der an einen auch als Rail bezeichneten Kraftstoff-Druckspeicher 20 angeschlossen ist. Alternativ kann das Kraftstoff-Luft-Gemisch auch außerhalb des Brennraums 14, zum Beispiel im Saugrohr oder bei Stationärmotoren auch vor dem Turbolader, gebildet werden.
Das im Brennraum 14 vorhandene Kraftstoff-Luft-Gemisch 22 wird mittels eines Laserimpulses 24 entzündet, der von einer einen Zündlaser 26 umfassenden Zündeinrichtung 27 in den Brennraum 14 abgestrahlt wird, vorliegend auf den Zündpunkt ZP. Hierzu wird die Lasereinrichtung 26 über eine Lichtleitereinrichtung 28 mit Pumplicht zum optischen Pumpen der Lasereinrichtung 26 gespeist, welches von einer Pumplichtquelle 30 bereitgestellt wird. Alternativ kann die Pumplichtquelle 30 auch direkt in der Laserzündkerze untergebracht sein und somit entfällt der Lichtwellenleiter 28. Die Pumplichtquelle 30 wird von einem Steuergerät 32 gesteuert, das auch den Injektor 18 ansteuert.
Der Zündlaser 26 aus 6 ist bei einer bevorzugten Realisierung vorteilhaft in einer Laserzündkerze 100 integriert, die vergleichbar zu konventionellen Hochspannungszündkerzen beispielsweise in einem Bereich des Zylinderkopfs der Brennkraftmaschine 10 angeordnet sein kann.
Erfindungsgemäß weist die Laserzündkerze 100 ein Gehäuse mit den nachfolgend anhand der 1 beschriebenen Eigenschaften auf. 1 zeigt in einem Querschnitt einen Teil des Gehäuses 110, das einen brennraumzugewandten Endbereich 110‘ aufweist, der entsprechend bei Einbaulage der Laserzündkerze 100 bzw. des Gehäuses 110 in einer Brennkraftmaschine 10 (6) zumindest teilweise an den Brennraum 14 angrenzt bzw. in diesen hineinragt. In einem Innenraum I eines brennraumabgewandten Bereichs 110‘‘ des Gehäuses 110 ist beispielsweise der Zündlaser 26 angeordnet. Auf diese Weise kann mittels der Laserzündkerze Laserstrahlung 24 aus dem Innenraum I in den Außenraum A, z.B. den Brennraum 14, abgestrahlt werden.
Wie aus 1 ersichtlich, weist das Gehäuse 110 mindestens einen ersten Gehäuseteil 110a auf, der vorliegend im wesentlichen hülsenförmig ausgebildet ist und ein Brennraumfenster 120 aufnimmt. Das Gehäuse 110 weist ferner ein zweites Gehäuseteil 110b auf, das in axialer Richtung, also horizontal in 1, relativ zu dem ersten Gehäuseteil 110a bewegbar ist, beispielsweise mittels eines nicht abgebildeten Schraubgewindes. Das zweite Gehäuseteil 110b begrenzt zusammen mit einem Vorsprung 110a‘ des ersten Gehäuseteils 110a einen Raumabschnitt, der das Brennraumfenster 120 und ein im wesentlichen scheiben- bzw. kreisringförmiges Dichtelement 130a aufnimmt.
Auf diese Weise ist das Brennraumfenster 120 zumindest bereichsweise dichtend mit dem ersten Gehäuseteil 110a bzw. dem Vorsprung 110a‘ verbunden, so dass der Innenraum I des Gehäuses 110 von dem Außenraum A bzw. Brennraum 14 abgeschirmt ist.
Eine Abdichtung des Innenraums I ist unter Abweichung von der in 1 abgebildeten Konfiguration auch ohne das Dichtelement 130a möglich. In diesem Fall liegt das Brennraumfenster 120 dichtend direkt an dem Vorsprung 110‘ an, wodurch ebenfalls eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung realisiert ist.
Erfindungsgemäß weist das Brennraumfenster ein Material auf, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient bei Betriebstemperatur der Laserzündkerze 100 größer ist als etwa 4·10 ^–6 / K, vorzugsweise größer als etwa 6·10 ^–6 / K. Dadurch ist vorteilhaft sichergestellt, dass eine dichtende Verbindung zwischen dem Brennraumfenster 120 und gängigen Materialien für das Gehäuse 110, 110a, 110b und/oder das Dichtelement 130a, wie z.B. Stählen, herstellbar ist, die auch durch eine thermische Längenausdehnung der beteiligten Komponenten nicht wesentlich beeinträchtigt wird.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen, bei denen das Brennraumfenster z.B. aus Quarzglas besteht, das einen sehr geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten von ca. 0,5·10 ^–6 / K aufweist, und das damit eine signifikant geringere thermische Ausdehnung z.B. bei dem Erhitzen des Gehäuses auf die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine erfährt, ist die Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten der Komponenten Brennraumfenster 120, Gehäuse 110 (bzw. Brennraumfenster 120, Dichtelement 130a) bei der vorliegenden Erfindung wesentlich geringer. So weist ein für das Gehäuse 110 verwendbarer Stahl vom Typ 1.4913 oder ähnlich (Turbinenstahl) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 12·10 ^–6 /K bei Betriebstemperatur der Laserzündkerze 100 auf, so dass sich als Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten der Komponenten Brennraumfenster 120, Gehäuse 110 nach der vorliegenden Erfindung ein Wert von allenfalls etwa 6·10 ^–6 /K ergibt, gegenüber einem Wert von etwa 11,5·10 ^–6 /K bei dem Stand der Technik.
Beispielsweise wird eine für die Dichtwirkung im Bereich des Dichtelements 130a erforderliche axiale Vorspannkraft F mittels des weiteren Gehäuseteils 110b aufgebracht, z.B. durch entsprechend weites Einschrauben des weiteren Gehäuseteils 110b in das erste Gehäuseteil 110a (in 1 von links nach rechts). Dementsprechend wirkt die Vorspannkraft F auf den „Schichtaufbau“ aus Brennraumfenster 120 und Dichtelement 130a, oder – bei einer Ausführungsform ohne Dichtelement 130a – nur auf das Brennraumfenster 120.
Insbesondere das axiale Innenmaß I1 des die Komponenten 120, 130a aufnehmenden Raumbereichs weist eine Temperaturabhängigkeit auf, die im wesentlichen von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des ersten Gehäuseteils 110a abhängt. Bei der Erhitzung des Gehäuses 110 auf Betriebstemperatur der Laserzündkerze 100 vergrößert sich das Innenmaß I1 entsprechend. Durch die erfindungsgemäße Vorgabe des Wärmeausdehnungskoeffizienten bei Betriebstemperatur der Laserzündkerze 100 für das Brennraumfenster 120 ist vorteilhaft sichergestellt, dass die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Komponenten 120, 110 nicht allzu stark voneinander abweichen, so dass auch ohne ein zusätzliches Dichtelement 130a die Abdichtung des Innenraums I gewährleistet ist.
Unter Hinzunahme des Dichtelements 130a kann die Dichtwirkung ggf. weiter gesteigert werden. In diesem Fall ist weiter vorteilhaft vorgesehen, dass ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Dichtelements 130a bei Betriebstemperatur der Laserzündkerze 100 größer ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Gehäuseteils 110a bei Betriebstemperatur der Laserzündkerze 100. Beispielsweise kann das Dichtelement aus Stahl vom Typ 1.4841 bestehen, mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 18·10 ^–6 / K bei Betriebstemperatur der Laserzündkerze 100, insbesondere bei etwa 400 °C.
Durch die Auswahl des Wärmeausdehnungskoeffizienten für das ebenfalls in dem Raumbereich befindliche Dichtelement 130a ergänzt dieses vermöge seiner verhältnismäßig großen thermischen Längenausdehnung, die größer ist als diejenige des ersten Gehäuseteils 110a, in axialer Richtung die erfindungsgemäß bereits gegenüber konventionellen Systemen erhöhte thermische Längenausdehnung des Brennraumfensters 120, so dass die für die Dichtwirkung erforderliche Vorspannkraft F auch bei großen Temperaturschwankungen im wesentlichen erhalten bleibt. Die Dicke d1 des Dichtelements 130a wird vorteilhaft u.a. unter Berücksichtigung der Wärmeausdehnungskoeffizienten der beteiligten Komponenten 120, 130a, 110a, 110b gewählt.
D.h., erfindungsgemäß realisiert das Brennraumfenster 120 selbst bereits durch seinen für für optische Zwecke der Laserzündung geeignete Materialien sehr hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten eine zumindest teilweise Angleichung seiner Längenausdehnung an die des Gehäuses 110 bzw. von seinen Teilen 110a, 110b. Bei der zusätzlichen Vorsehung eines oder mehrere Dichtelemente 130a gemäß weiterer Ausführungsformen wirkt dieses bzw. wirken diese hinsichtlich der thermischen Längenausdehnung vorteilhaft zusammen mit dem Brennraumfenster 120, so dass auch bei großen Temperaturänderungen von mehreren hundert °C kein wesentlicher Abfall der Vorspannkraft F auftritt und damit die Dichtwirkung erhalten bleibt. Ebenso wird hierdurch vorteilhaft eine wesentliche Überschreitung der gewünschten Vorspannkraft F vermieden, die zu einem Bruch des Brennraumfensters 120 führen könnte.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Brennraumfenster 120 aus kristallinem Saphir, insbesondere einkristallinem Saphir, besteht. Dieses Material weist etwa einen dem Erfindungsprinzip entsprechenden Wärmeausdehnungskoeffizienten auf und besitzt überdies noch für die Laserzündung sehr günstige optische Eigenschaften sowie eine hohe Resistenz gegenüber Plasma und Korrosion.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, vgl. 2, ist vorgesehen, dass das Brennraumfenster 120 so relativ zu dem Gehäuse 110 angeordnet ist, dass eine C-Achse bzw. 0°-Achse C seiner Kristallstruktur im wesentlichen parallel zur optischen Achse OA (1) des Gehäuses 110 bzw. der Laserzündkerze 100 (6) ist. Einerseits ergibt sich hierfür eine weiter verbesserte Eignung zur Umsetzung des Erfindungsprinzips, weil der Wärmeausdehnungskoeffizient z.B. von kristallinem Saphir entlang der C-Achse C der Kristallstruktur größer ist als in anderen Richtungen der Kristallstruktur, so dass wiederum ein verringerter Aufwand zur Angleichung der verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Brennraumfenster 120 und Gehäuse 110 erforderlich ist. Andererseits ergibt sich durch die vorgeschlagene Parallelanordnung der C-Achse C zur optischen Achse OA des Gehäuses 110 ein optimales Transmissionsverhalten für durch das Brennraumfenster 120 hindurchtretende Laserstrahlung 24 (1).
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Dicke d (entlang der optischen Achse OA, 1) des Brennraumfensters 120 zwischen etwa 2 mm und etwa 8 mm beträgt, insbesondere etwa 4 mm.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens eine optisch aktive Oberfläche 120a, 120b (2) des Brennraumfensters 120 poliert ist, insbesondere vom Typ Scratch / Dig: 60 / 40, wodurch unerwünschte Reflexionen bzw. Streuung vermieden wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens eine Kante K des Brennraumfensters 120 gebürstet und/oder abgerundet und/oder mit einer Fase versehen ist, insbesondere mit einer Fase von etwa 0,3 mm Länge, sodass eine einfache Montage des Brennraumfensters 120 in dem Gehäuse 110 möglich ist. 2 zeigt beispielhaft jeweils eine Fase F‘ von etwa 45° bezüglich der Oberflächen 120a, 120b bzw. Mantelfläche des vorliegend z.B. Kreiszylinderform aufweisenden Brennraumfensters 120.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die optisch aktiven Oberflächen 120a, 120b des Brennraumfensters 120 planparallel sind, wodurch sich ein optimiertes Transmissionsverhalten für die Laserstrahlung 24 (1) ergibt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Material des Brennraumfensters 120 bei Raumtemperatur, insbesondere etwa 20 °C, einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von größer etwa 4·10 ^–6 / K, vorzugsweise größer etwa 5·10 ^–6 / K aufweist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Brennraumfenster 120 im wesentlichen Kreiszylinderform aufweist, wobei ein Durchmesser l bevorzugt zwischen etwa 5 mm und etwa 25 mm beträgt, vorzugsweise zwischen etwa 10 mm und etwa 15 mm. Ganz besonders bevorzugt weist der Durchmesser l einen Wert von etwa 12,7 mm oder auch ½ Zoll auf, wodurch das Brennraumfenster 120 optimal mit bestehenden Gehäusetypen für Laserzündkerzen einsetzbar ist und insbesondere gut mit Gewinden vom Typ M 18 × 1,5 (als Einschraubgewinder) kombinierbar ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Verhältnis aus einer maximalen Außenabmessung l des Brennraumfensters 120 (z.B. Durchmesser im Falle einer Kreiszylindergeometrie) und einer Dicke d des Brennraumfensters 120 zwischen etwa 0,6 und etwa 12,5 beträgt, vorzugsweise etwa 3,2.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Brennraumfenster 120 mit einer vorgebbaren Vorspannkraft F gegen das Gehäuse 110 gepresst ist, wodurch sich eine gute Dichtwirkung ergibt. Die Vorspannkraft F kann vorteilhaft beispielsweise zwischen etwa 5 kN (Kilonewton) und etwa 15 kN betragen.
Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Laserzündkerze 100 (6) mit einem erfindungsgemäßen Gehäuse 110 (1) angegeben, wobei eine Betriebstemperatur der Laserzündkerze 100 zwischen etwa 200 °C und etwa 1100 °C beträgt, insbesondere zwischen etwa 280 °C und etwa 600 °C.
Die erfindungsgemäß angegebenen Werte für die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Komponenten bzw. ihre Verhältnisse relativ zueinander können einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zufolge nicht nur für die Betriebstemperatur der Laserzündkerze 100 gelten, sondern auch bei Raumtemperatur (z.B. 20 °C), sowie ggf. für den Temperaturbereich zwischen Raumtemperatur und Betriebstemperatur der Laserzündkerze, vorzugsweise mindestens zwischen etwa 20 °C und etwa 400 °C.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gehäuses im Querschnitt. Die Gehäuseteile 110a, 110b sind wie aus 3 ersichtlich im Wesentlichen jeweils hülsenförmig ausgebildet und so aufeinander abgestimmt, dass sie über eine gewisse Überlappungslänge l‘ ineinander einführbar und koaxial zueinander ausrichtbar sind. Eine Verbindung der Gehäuseteile 110a, 110b erfolgt vorliegend vorzugsweise mittels eines Schraubgewindes G, das zumindest teilweise in dem Überlappungsbereich l‘ angeordnet ist und vorzugsweise vom Typ M 16 × 2 ist. Die Befestigung des Gehäuses 110 an einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 10 (6) kann ebenfalls vorteilhaft über eine Schraubverbindung erfolgen; ein entsprechendes Außengewinde GA (3) ist an dem brennraumzugewandten Gehäuseteil 110b vorgesehen und weist z.B. den Typ M 18 × 1,5 auf.
Der brennraumzugewandte Teil 110‘ des Gehäuses 110 ist im wesentlichen durch das Gehäuseteil 110b gebildet, während ein brennraumabgewandter Teil 110‘‘ des Gehäuses 110 im wesentlichen durch das Gehäuseteil 110a gebildet ist. In dem Gehäuseteil 110a können wiederum z.B. Komponenten der Lasereinrichtung 26 aus 6, insbesondere ein laseraktiver Festkörper usw., angeordnet sein.
Wie aus 3 ersichtlich, ist das Brennraumfenster 120 in einem Innenraumabschnitt des zweiten Gehäuseteils 110b angeordnet. Insbesondere liegt das Brennraumfenster 120 an einer etwa kreisringförmigen Stufung 110b' des Innenradius des zweiten Gehäuseteils 110b an, so dass sich dementsprechend eine im Wesentlichen kreisringförmige Kontaktbeziehungsweise Abdichtfläche auf der dem Brennraum 14 zugewandten Oberfläche des Brennraumfensters 120 ergibt.
Eine dem Innenraum I des Gehäuses 110 zugewandte zweite Oberfläche des Brennraumfensters 120 weist demgegenüber ebenfalls eine im Wesentlichen etwa kreisringförmige Abdichtfläche auf, die durch eine Berührungsfläche zwischen dem Brennraumfenster 120 und einem stirnseitigen Endbereich des hülsenförmig ausgebildeten ersten Gehäuseteils 110a definiert ist.
Beide der vorstehend genannten Abdichtflächen können einer bevorzugten Ausführungsform zufolge vorteilhaft über Dichtelemente 130a, 130b verfügen, beispielsweise als Dichtscheiben ausgebildete Elemente. Das oben unter Bezugnahme auf 1 beschriebene erfindungsgemäße Prinzip betreffend die Auswahl des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials für das Brennraumfenster 120 ist auch bei der Ausführungsform gemäß 3 umgesetzt. Alternativ kann auch auf eines bzw. beide Dichtelemente 130a, 130b verzichtet werden, sofern das Brennraumfenster 120 einen hinreichend großen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.
Insgesamt ergibt sich durch die in 3 abgebildete Konfiguration eine zuverlässige und beständige Abdichtung des Innenraums I des Gehäuses 110, in dem beispielsweise die Lasereinrichtung 26 (5) angeordnet sein kann, gegenüber dem Brennraum 14 der Brennkraftmaschine 10.
Die Vorspannkraft F für die Verbindung mindestens eines, vorzugsweise beider Gehäuseteile 110a, 110b mit dem Brennraumfenster 120 ergibt sich vorliegend durch das Einschrauben der Innenhülse 110a in die Außenhülse 110b mittels des Gewindes G. Das bedeutet, dass sich für beide Dichtelemente 130a, 130b beziehungsweise die betreffenden Dichtflächen zwischen den Komponenten 110a, 130a, 120 und 110b, 130b, 120 jeweils im Wesentlichen dieselbe Vorspannkraft F ergibt.
Einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform zufolge beträgt die vorgebbare Vorspannkraft F mindestens etwa 5 kN, vorzugsweise etwa 15 kN, wodurch eine besonders zuverlässige Abdichtung des Innenraums I gegenüber dem Brennraum 14 gegeben ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgeschlagen, dass die Verbindung zwischen dem mindestens einen Gehäuseteil 110a und dem Brennraumfenster 120 eine Helium-Dichtheit von mindestens etwa 10^–6 mbar × l/sek aufweist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens eines der Gehäuseteile 110a, 110b, vorzugsweise jedoch beide, eine Zugfestigkeit von mindestens etwa 1000 N pro mm² aufweisen, was beispielsweise durch eine Materialauswahl eines entsprechenden Stahltyps, beispielsweise ST 1.4913, bewerkstelligbar ist.
Besonders bevorzugt ist mindestens ein Gehäuseteil 110a, 110b ferner hochwarmfest ausgelegt und so, dass es eine Zeitstandfestigkeit bei etwa 450 °C bis etwa 600 °C von > 100 N / mm², insbesondere von > 550 N / mm² aufweist, so dass die Dichtkraft auch über lange Zeit, z.B. 10000 Stunden, aufrechterhalten werden kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine maximale gemittelte Rautiefe R_zmax ≤ etwa 6 vorgesehen für solche Bereiche der Teile 110a, 110b, die gegen das Brennraumfenster 120 beziehungsweise die Dichtscheiben 130a, 130b gepresst sind. Auch die Dichtscheiben 130a, 130b selbst können wiederum mit einer vergleichbaren maximalen gemittelten Rautiefe gefertigt sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Dichtelement 130a, 130b bevorzugt eine im Wesentlichen scheibenförmige bzw. kreisringförmige Geometrie mit einer Dicke d1 von etwa 1mm und einer Parallelität zwischen einer Grundfläche und einer Deckfläche von ≤ etwa 10 µm, insbesondere etwa 5 µm auf.
Die exakte Geometrie der Gehäuseteile 110a, 110b im Bereich des Brennraumfensters 120 ist vorteilhaft so auszuwählen, dass das Brennraumfenster 120 bzw. die Dichtelemente 130a, 130b plan auf entsprechenden Schultern 110a‘ (1) bzw. 110b‘ (3) aufliegen können, also ihre Oberflächennormale jeweils parallel zu der optischen Achse OA (3) der Laserzündkerze 100 bzw. des Gehäuses 110 ist. Hierfür ist zu beachten, dass ein Außendurchmesser der Dichtelemente 130a, 130b bzw. des Brennraumfensters 120 etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des diese Komponenten aufnehmenden Bereichs des Gehäuseteils 110b. Insbesondere sind eventuelle fertigungsbedingte Innenradien (z.B. bedingt durch einen nichtverschwindenden Außenradius einer spanabhebenden Ecke eines Drehmeißels) zu berücksichtigen, so dass die Außenkanten der Komponenten 120, 130a, 130b nicht auf entsprechenden Innenradien des Gehäuseteils 110b zum Liegen kommen sondern auf den möglichst eben ausgeführten Stirnflächen in dem Bereich 110b‘.
Das erfindungsgemäße Gehäuse 110 kann beispielsweise mit dem folgenden Herstellungsverfahren erhalten werden: In einem ersten Schritt werden die Gehäuseteile 110a, 110b, vorzugsweise mit einer vorgebbaren Vorspannkraft F (3), gegen das Brennraumfenster 120 und das Dichtelement 130a, 130b gepresst bzw. vorgespannt. Die Komponenten 110a, 120, 130a, 130b sind dabei so ausgewählt, dass sie dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Prinzip betreffend die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten genügen. Während des Pressens werden die Gehäuseteile 110a, 110b vorteilhaft miteinander verbunden, insbesondere mittels Verschrauben und/oder Verschweißen und/oder Klemmen oder vergleichbaren Techniken. Eine Variante ohne Dichtscheiben 130a, 130b ist ebenfalls denkbar.
Optional kann nach dem Verbinden der Gehäuseteile 110a, 110b miteinander noch ein Schritt des Temperierens erfolgen, welcher u.a. dazu dient, dass sich eine ggf. ebenfalls vorgesehene, eine Dichtwirkung verbessernde Oberflächenbeschichtung (nicht gezeigt) z.B. der Dichtelemente 130a, 130b setzen kann, wobei das Material insbesondere in die durch die nichtverschwindenden Oberflächenrauigkeiten der betreffenden Komponenten 110a, 110b, 120, 130a, 130b definierten Oberflächenvertiefungen kriecht.
Die Oberflächenbeschichtung kann beispielsweise aus einer Kupferschicht bestehen. Anstelle eines kupferbeschichteten bzw. verkupferten Dichtelements kann auch eine Kupferfolie (Dicke vorzugsweise etwa 50 µm bis etwa 150 µm) und eine Dichtscheibe aus Stahl, z.B. vom Typ 1.4841 verwendet werden, wodurch sich wiederum eine gute Dichtwirkung und ggf. Kompensation der Wärmeausdehnung ergibt. Die Kupferfolie kann auch mechanisch auf die Dichtscheibe aufgebracht, z.B. aufgewalzt, werden. Die Kupferfolie kann vorteilhaft auch beidseitig auf das Dichtelement aufgebracht werden, d.h. zwischen Dichtelement und Brennraumfenster und zwischen Dichtelement und Gehäuseteil.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verschrauben mittels eines vorgebbaren Drehmomentprofils erfolgt, insbesondere kann das Drehmomentprofil unterschiedliche Anzugsdrehmomente für unterschiedliche Einschraubtiefen vorgeben, wobei für mindestens eine Einschraubtiefe auch Wartezeiten vorgesehen sind, bevor der Verschraubungsprozess fortgeführt wird.
Generell kann bei der Verschraubungsvariante also die Aufbringung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Anpresskraft F (3) dadurch erzielt werden, dass das erste Gehäuseteil 110a mit dem zweiten Gehäuseteil 110b in definierter Weise, also mit vorgegebenem Drehmoment, verschraubt wird. Hierfür kann beispielsweise ein Drehmomentschlüssel oder ein vergleichbares Werkzeug verwendet werden.
Das Drehmomentprofil kann einer Ausführungsform der Erfindung zufolge beispielsweise vorsehen, dass ein Anzugsdrehmoment für den Prozess des Verschraubens schrittweise erhöht wird, beispielsweise von einem Ausgangswert von 0 Nm (Newtonmeter) auf einen Endwert von etwa 20 Nm. Ein Drehmomentprofil gemäß einer weiteren Ausführungsform sieht vorteilhaft vor, gewisse Einschraubtiefen l (3) der Gehäuseteile 110a, 110b zueinander mittels Drehmomentwerten von etwa 12 Nm und etwa 17 Nm zu realisieren, wobei ein Abschlussdrehmoment von etwa 20 Nm eingesetzt wird, um die erfindungsgemäß vorgeschlagene Anpresskraft F schließlich zu realisieren. Besonders vorteilhaft können Wartezeiten zwischen den einzelnen Schraubabschnitten eine Länge von etwa 3 Minuten bis etwa 5 Minuten aufweisen, damit sich Setzprozesse der zu verschraubenden Komponenten einstellen können, die die Dichtwirkung weiter verbessern.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Schraubgewinde G (3) ein M 16 × 2-Gewinde auf.
Ein Außendurchmesser der Abdichtelemente 130a, 130b beträgt beispielsweise etwa 12,3 mm, damit etwa 0,4 mm weniger als der Außendurchmesser des Brennraumfensters 120 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass die Dichtelemente 130a, 130b nicht auf der Herstellungsfase im Bereich 110b‘ (3) des Kerzengehäuses 110 aufliegen.
Ein Innendurchmesser der Dichtelemente 130a, 130b, durch den die Laserstrahlung 24 (1, 6) hindurchstrahlbar ist, beträgt vorteilhaft etwa 8 mm, mindestens 6mm.
4 zeigt einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gehäuses 110. Ein erstes Gehäuseteil 110c ist wiederum im Wesentlichen hülsenförmig ausgebildet und über seine gesamte Länge, also vollständig, koaxial in einem zweiten Gehäuseteil 110d, das ebenfalls etwa hülsenförmig ausgebildet ist, angeordnet. Das Brennraumfenster 120 ist wiederum mit scheibenförmigen Dichtelementen 130a, 130b umgeben, die zusammen mit den entsprechenden Stirnflächen der Gehäuseteile 110c, 110d die erfindungsgemäß ermöglichte Dichtwirkung realisieren.
Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 3 weist das Gehäuse 110 gemäß 4 keine Schraubverbindung zwischen den Gehäuseteilen 110c, 110d auf. Vielmehr wird eine stoffschlüssige Verbindung der Gehäuseteile 110c, 110d mittels Schweißen, insbesondere Laserschweißen, realisiert, vorliegend beispielsweise im Bereich des Pfeils S. Es kann sich vorteilhaft um eine umlaufende Schweißnaht handeln, welche eine besonders stabile Verbindung der Komponenten 110c, 110d ergibt. Vorteilhaft wird die Anpresskraft F zwischen den Gehäuseteilen 110c, 110d und dem Brennraumfenster 120 vorliegend dadurch erzielt, dass die Hülsen 110c, 110d vor dem Verschweißen zunächst gegeneinander verpresst bzw. verspannt werden, nämlich mit der Anpresskraft F. Erst dann erfolgt die stoffschlüssige Verbindung mittels Laserschweißen im Bereich S. Dadurch wird vorteilhaft gewährleistet, dass die Anpresskraft F auch für die Zukunft, das heißt nach dem Wegfall der externen Anpresskraft F, aufrechterhalten wird. Während der Fertigung des Gehäuses 110 kann die Anpresskraft F beispielsweise unter Verwendung einer an sich bekannten Presse erfolgen. Nach dem Laserschweißen kann wiederum ein Prozess des Temperierens erfolgen sowie ein langsames Abkühlen auf Raumtemperatur.
Zur besseren Lastverteilung (Zugspannungen) und Sicherheit können vorteilhaft auch mehrere Schweißnähte vorgesehen sein.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Verschrauben (wie z.B. in 3 angedeutet) auch mit dem Verschweißen, insbesondere Laserschweißen, kombiniert werden. Zunächst wird vorteilhaft verschraubt, um die Anpresskraft F zu realisieren, und dann kann mindestens ein Schritt des (Laser-)schweißens erfolgen (4), wodurch sich eine zusätzliche Abdichtung ergibt und die Anpresskraft F ebenfalls aufrechterhalten wird. Die Schweißnaht bzw. -nähte können analog 4 angeordnet sein und/oder im Bereich des Gewindes G (3).
5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gehäuses 110 in Querschnittansicht. Im Unterschied zu den vorstehend unter Bezugnahme auf die 3, 4 beschriebenen Ausführungsformen weist das Gehäuse 110 vorliegend ein sogenanntes brennraumseitig geschraubtes Dichtkonzept auf, bei dem ein erstes Gehäuseteil 110e („Frontkappe“) von dem Brennraum 14 bzw. dem brennraumseitigen Ende 110‘ her in das zweite Gehäuseteil 110f eingeschraubt wird. Die Erzielung der Vorspannkraft F und damit der Dichtwirkung erfolgt vergleichbar zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.
Bei der in 5 abgebildeten Konfiguration ist nur ein Dichtelement 130c abgebildet, analog zu der Ausführungsform gemäß 1. Für die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Komponenten 110e, 110f, 120, 130c gelten die vorstehenden Ausführungen entsprechend.
Optional kann zwischen dem Brennraumfenster 120 und dem in 5 links davon liegenden Innendurchmessersprung des Gehäuseteils 110f auch ein weiteres Dichtelement (nicht gezeigt) vorgesehen sein.
Das Gehäuseteil 110e verfügt vorteilhaft über ein nicht näher in 5 bezeichnetes Mitnahmeprofil, das ein einfaches Hineinschrauben des Gehäuseteils 110e in das zweite Gehäuseteil 110f ermöglicht.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die nachstehend näher erläuterte Dimensionierungsvorschrift für die axialen Abmessungen der Komponenten Brennraumfenster 120, Dichtelement 130a beziehungsweise Dichtelemente 130a, 130b vorgesehen. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist vorteilhaft die folgende Dimensionierungsvorschrift vorgesehen:
wobei l_Fenster die Dicke d des Brennraumfensters 120 (horizontale Außenabmessung des Brennraumfensters 120 in 1) bezeichnet, wobei l_Dichtelement die Dicke d1 des Dichtelements 130a gemäß 1 bezeichnet, und wobei die Größen α_Gehäuse, α_Dichtelement, α_Fenster die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Komponenten Gehäuse 110a, 110b (1), Dichtelement 130a (u. ggf. 130b, vgl. 3), Brennraumfenster 120 bedeuten.
Bei solchen Ausführungsformen, die neben dem Brennraumfenster 120 nur ein Dichtelement 130a (1) enthalten, entspricht die in der vorstehenden Formel angegebene Dicke l_Dichtelement der Dicke d1 des einzigen Dichtelements 130a. Bei solchen Ausführungsformen, bei denen zwei Dichtelemente 130a, 130b im Bereich des Brennraumfensters 120 vorgesehen sind, vergleiche beispielsweise 3, entspricht die Größe l_Dichtelement der vorstehenden Formel der Summe der individuellen Dicken der beiden Dichtelemente 130a, 130b, weil in diesem Fall die beiden Dichtelemente 130a, 130b bei einer Auslegung ihrer Wärmeausdehnungskoeffizienten gemäß der vorliegenden Ausführungsform zusammenwirken, um die relativ geringe Wärmeausdehnung des Brennraumfensters 120 zu kompensieren beziehungsweise an die vergleichsweise hohe Wärmeausdehnung der Gehäuseteile 110a, 110b anzugleichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007041528 A1 [0002]

Claims

Gehäuse (110) für eine Laserzündkerze (100), insbesondere einer Brennkraftmaschine (10) eines Kraftfahrzeugs oder eines Stationärmotors, wobei das Gehäuse (110) ein Brennraumfenster (120) aufweist, durch das Laserstrahlung (24) aus einem Innenraum (I) des Gehäuses (110) in einen Außenraum (A), insbesondere einen Brennraum (14) einer Brennkraftmaschine (10), abstrahlbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennraumfenster (120) ein Material aufweist, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient bei Betriebstemperatur der Laserzündkerze (100) größer ist als etwa 4·10 ^–6 / K, vorzugsweise größer als etwa 6·10 ^–6 / K.
Gehäuse (110) nach Anspruch 1, wobei das Brennraumfenster (120) aus kristallinem Saphir, insbesondere einkristallinem Saphir, besteht.
Gehäuse (110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Brennraumfenster (120) so relativ zu dem Gehäuse (110) angeordnet ist, dass eine C-Achse (C) seiner Kristallstruktur im wesentlichen parallel zur optischen Achse des Gehäuses (110) bzw. der Laserzündkerze (100) ist.
Gehäuse (110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Dicke (d) des Brennraumfensters (120) zwischen etwa 2 mm und etwa 8 mm beträgt, insbesondere etwa 4 mm.
Gehäuse (110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens eine optisch aktive Oberfläche (120a, 120b) des Brennraumfensters (120) poliert ist, insbesondere vom Typ Scratch / Dig: 60 / 40.
Gehäuse (110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens eine Kante (122a, 122b) des Brennraumfensters (120) gebürstet und/oder abgerundet und/oder mit einer Fase (F‘) versehen ist, insbesondere mit einer Fase von etwa 0,3 mm Länge.
Gehäuse (110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die optisch aktiven Oberflächen (120a, 120b) des Brennraumfensters 120 planparallel sind.
Gehäuse (110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Material des Brennraumfensters (120) bei Raumtemperatur, insbesondere etwa 20 °C, einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von größer etwa 4·10 ^–6 / K, vorzugsweise größer etwa 5·10 ^–6 / K aufweist.
Gehäuse (110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Brennraumfenster (120) im wesentlichen Kreiszylinderform aufweist, wobei ein Durchmesser bevorzugt zwischen etwa 5 mm und etwa 25 mm beträgt, vorzugsweise zwischen etwa 10 mm und etwa 15 mm.
Gehäuse (110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis aus einer maximalen Außenabmessung (l) des Brennraumfensters (120) und einer Dicke (d) des Brennraumfensters (120) zwischen etwa 0,6 und etwa 12,5 beträgt, vorzugsweise etwa 3,2.
Gehäuse (110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Brennraumfenster (120) mit einer vorgebbaren Vorspannkraft (F) gegen das Gehäuse (110) gepresst ist.
Gehäuse (110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Brennraumfenster (120) und mindestens einem Gehäuseteil (110, 110a, 110b) mindestens ein Dichtelement (130a, 130b, 130c) vorgesehen ist.
Laserzündkerze (100) mit einem Gehäuse (110) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Betriebstemperatur der Laserzündkerze (100) zwischen etwa 200 °C und etwa 1100 °C beträgt, insbesondere zwischen etwa 280 °C und etwa 600 °C.