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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage eines Montageteils in einer bestimmten Schraubstellung in eine Aufnahme eines Gegenstücks, insbesondere eines Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einem Montageteil das in einer bestimmten Schraubstellung in einer Aufnahme eines Gegenstücks, insbesondere eines Zylinderkopfs, fixiert ist.
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Ein Montageverfahren der eingangs genannten Art hat sich insbesondere für Schraubwerkzeuge bewährt. Üblicherweise werden Montageteile, die in eine Aufnahme einschraubbar sind, gesteuert über den Eindrehwinkel eingebracht. Damit soll sichergestellt werden, dass die Montageteile einerseits fest verschraubt sind, um die gewünschte Fixierung zu erreichen, andererseits die Verschraubung nicht so fest ausgeführt wird, dass es zu Schäden an den Gewinden oder sogar am Montageteil kommt. Zudem kann eine Eindrehwinkelkorrektur abhängig vom zum Verschrauben aufgebrachten Drehmoment durchgeführt werden. Insbesondere offenbart die
DE 103 34 244 A1 ein Schraubwerkzeug als auch ein Schraubverfahren zum kontrollierten Einschrauben von schraubbaren Montageelementen, wobei es möglich ist, dass in Abhängigkeit von dem gemessenen, zum Verschrauben aufgebrachten Drehmoment und einer Torsionssteifigkeitskennlinie des Schraubwerkzeugs ein Korrektureindrehwinkel bestimmt wird. Der tatsächliche Eindrehwinkel entspricht der Differenz zwischen dem momentanen Eindrehwinkel, den das Schraubwerkzeug anzeigt, und dem mittels der Torsionssteifigkeitskennlinie des Schraubwerkzeugs ermittelten Korrektureindrehwinkel. Sobald sich der tatsächliche Eindrehwinkel und der Solleindrehwinkel bis auf einen vorgegebenen Toleranzbereich genähert haben, ist der Schraubvorgang abgeschlossen.
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Üblicherweise kann anhand eines Verfahrens zum kontrollierten Einschrauben von schraubbaren Montageelementen in eine Aufnahme eines Gegenstücks mit einem Schraubwerkzeug ein vorgegebener Solldrehwinkel beim Verschraubungsvorgang gewährleistet werden. Zudem kann durch geeignete Werkzeugwahl auch eine Überprüfung des Anzugsdrehmoments der Verschraubung erfolgen. Allerdings ist das bekannte Verfahren nicht in der Lage, einen definierten gewünschten Sitzwinkel eines einzudrehenden Montageteils relativ zur Aufnahme sicherzustellen. Ferner ist das bekannte Verfahren nicht in der Lage, eine definierte gewünschte Einschraubtiefe eines einzudrehenden Montageteils in die Aufnahme zu gewährleisten.
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Wünschenswert ist es, derartige Nachteile zu vermeiden.
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An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, ein Verfahren bereitzustellen, mittels dem ein Montageteil an einer definierten gewünschten Schraubstellung relativ zu einer Aufnahme in einem Gegenstück fixiert wird. Darüber hinaus ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, wobei ein Montageteil in einer bestimmten Schraubstellung in einer Aufnahme eines Gegenstücks, insbesondere eines Zylinderkopfs, gesichert ist.
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Die Aufgabe betreffend das Verfahren wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe betreffend die Vorrichtung wird durch die Merkmale einer Brennkraftmaschine des Anspruchs 10 gelöst.
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Das Konzept der Erfindung sieht ein Verfahren vor, dass zur Montage eines Montageteils in eine Aufnahme eines Gegenstücks, insbesondere in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, angewendet wird. Ferner wird ein Montagegewinde, welches das Montageteil bereitstellt, in einem von der Aufnahme bereitgestellten Aufnahmegewinde fixiert. Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass beim Fixieren üblicherweise eine Schraubstellung des Montageteils relativ zur Aufnahme des Gegenstücks unberücksichtigt bleibt, wenn andere Randbedingungen, z. B. ein Anzugsmoment oder dergleichen, zu berücksichtigen ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Montagegewinde des Montageteils derart in das Aufnahmegewinde eingeschraubt wird, dass eine bestimmte Schraubstellung des Montageteils relativ zur Aufnahme des Gegenstücks eingestellt werden kann. Die Erfindung hat erkannt, dass das Montagegewinde, mittels Dehnen vorgespannt, und anschließend in einer bestimmten Schraubstellung gesichert werden kann. Damit kann sichergestellt werden, dass das Montageteil, das an einer definierten gewünschten Schraubstellung relativ zu einer Aufnahme in einem Gegenstück eingeschraubt ist, fixiert wird. Nachdem das Montageteil in einer gewünschten, vorbestimmten Schraubstellung fixiert werden kann, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere für die Verwendung bei Brennkraftmaschinen, und weitergehend insbesondere zur Verwendung im Zylinder einer Brennkraftmaschine. Daher fungiert der Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, der aufgrund seiner Geometrie für ein Montageteil den optimalen Zugang zum Zylinder darstellt, als Gegenstück mit Aufnahme. Allerdings kann das Montagegewinde des Montageteils auch mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise in ein Kurbelgehäuse, eine Ölwanne, sowie in die Ansaug- und Abgasperipheriekomponenten einer Brennkraftmaschine eingeschraubt und fixiert werden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
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Bevorzugt wird das Montagegewinde mittels einer hydraulischen Vorrichtung gedehnt. Diese Dehnung führt dazu, dass eine Mutter, die zum Fixieren des Montagegewindes gegen das Gegenstück mit Aufnahme dient, mit im Vergleich zum ungedehnten Montagegewinde verringerter Reibung entlang des gedehnten Montagegewindes in Position, also in Anlage gegen das Gegenstück mit Aufnahme gebracht werden kann. Ferner wird, um das Montagegewinde hydraulisch Dehnen zu können, das Montagegewinde selbst durch die hydraulische Vorrichtung angegriffen und für den Dehnvorgang geklemmt. Durch das Angreifen und Klemmen selbst wird das Montagegewinde in Position gehalten, es kann also nicht weiter in die Aufnahme des Gegenstücks gedreht werden. Das Ausführen des Dehnvorgangs selbst kann auch unter Zuhilfenahme von pneumatischen, servo-pneumatischen, elektrischen oder manuellen Aktuatoren sowie jeder möglichen Kombination davon erfolgen. Außerdem kann als Kraft-Angriffs-Fläche für die hydraulische Vorrichtung zum Aufbringen der Dehnung eine Mutter oder eine Scheibe auf das Montagegewinde des Montageteils aufgesetzt bzw. aufgeschraubt werden. Auch eine Angriffs-Fläche für die hydraulische Vorrichtung in Form eines Sechskant oder eines Zweiflach kann angewendet werden. Ferner kann auch der Sechskant-Abschnitt, der zum konventionellen Einschrauben der Kerze bereitgestellt ist, als Kraft-Angriffs-Fläche dienen.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Höhe der Dehnung des Montagegewindes vom einzustellenden Anzugsdrehmoment zwischen Montageteil und Aufnahme abhängig. Durch eine Dehnung des Montagegewindes durch die hydraulische Vorrichtung kann eine Fixierung, welche die eigentliche positionstreue Fixierung des Montagegewindes übernimmt, weiter entlang einer Gewindesteigung des Montagegewindes, und damit gegen die Aufnahme des Gegenstücks geschraubt werden. Nicht zuletzt ist diese positionstreue Fixierung mittels eines Fixierelements dadurch möglich, dass das Montagegewinde durch die Dehnung die von der hydraulischen Vorrichtung aufgebracht wird, mit im Vergleich zum ungedehnten Montagegewinde verringerter Reibung entlang des Montagegewindes gleiten kann. Sobald die Dehnung, aufgebracht durch die hydraulische Vorrichtung, entspannt wird, erfährt das Montagegewinde in der Aufnahme des Gegenstücks durch die eingesetzte Fixierung ihr volles Anzugsdrehmoment.
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In einer bevorzugten Weiterbildung wird eine Mutter gegen die Aufnahme geschraubt, um das vorgespannte Montagegewinde zu sichern. Damit ist die Fixierung des vorgespannten Montagegewindes in einer bestimmten Schraubstellung durch eine Mutter wie beispielsweise eine Sechskant-Mutter sichergestellt. Hierfür kann auch eine Kontermutter, eine Bundmutter, eine selbstsichernde Mutter, eine Flügelschraube oder jeder andere bekannte rotatorische Fixierung eines Gewindes eingesetzt werden. Insbesondere ist zwischen Mutter und Aufnahme ein Dichtungsmittel gegen den Brennraum vorgesehen; z. B. kann ein O-Ring, eine dichtende Unterlegscheibe oder dergleichen vorgesehen sein. Der Einsatz einer handelsüblichen Mutter, insbesondere mit Dichtungsmittel, bietet neben einem geringen Kostenaufwand noch den Vorteil, dass der Umgang mit einem Fixierelement wie einer Mutter in ihren diversen Ausführungsformen keinen zusätzlichen Aufwand für Personal-Schulungen erfordert, da das Verschrauben einer Mutter einen einfachen alltäglichen Vorgang in der Werkstatt-Praxis darstellt.
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Vorteilhaft wird die Schraubstellung durch eine Vorzugs-Relativstellung vom Montageteil relativ zur Aufnahme bestimmt. Die bevorzugte Schraubstellung eines Montagegewindes in der Aufnahme des Gegenstücks – und demnach auch die Schraubstellung von Montageteil relativ zur Aufnahme – ist bestimmbar durch die Vorzugs-Relativstellung. Danach kann unter Zuhilfenahme der hydraulischen Vorrichtung das Montagegewinde in besagter Vorzugs-Relativstellung fixiert werden.
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Bevorzugt ist die Vorzugs-Relativstellung von Montageteil relativ zur Aufnahme durch ein vorbestimmtes Winkelverhältnis zwischen Montageteil und Aufnahme bestimmt. Beim Einschrauben vom Montageteil in die Aufnahme des Gegenstücks wird einmal pro Umdrehung des Montageteils – also pro Gewindegang – das vorbestimmte Winkelverhältnis der Vorzugs-Relativstellung überstrichen. Taucht das Montageteil beispielsweise beim Einschrauben in den Zylinderkopf in den Brennraum ein, wird beim abermaligen Erreichen des vorbestimmten Winkelverhältnisses zwischen Montageteil und Aufnahme – beim Erreichen der Vorzugs-Relativstellung also – mittels der hydraulischen Vorrichtung das Montageteil in dieser Position gehalten und das Montagegewinde gedehnt. Anschließend wird beispielsweise eine Mutter gegen die Aufnahme des Gegenstücks geschraubt, um das Montagegewinde am vorbestimmten Winkelverhältnis zu sichern. Die Vorzugs-Relativstellung des Winkelverhältnisses zwischen Montageteil und Aufnahme misst der tatsächlichen Eintauchtiefe des Montageteils in den Brennraum nur zweitrangige Bedeutung bei. Im übrigen ist die Eintauchtiefe abhängig von der Gewindesteigung. Hierzu hat die Weiterbildung erkannt, dass eine mit dem Konzept verbundene geringfügige Veränderung der Eintauchtiefe unbedenklich ist, in Anbetracht der mit dem Konzept einer winkelgetreuen Ausrichtung erreichten Vorteile.
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In einer Weiterbildung kann die Vorzugs-Relativstellung von Montageteil relativ zur Aufnahme allerdings auch durch eine vorbestimmte Einschraubtiefe des Montageteils in der Aufnahme bestimmt sein. Dies kann für Montageteile, die ein nicht-funktionales Bauteil für den Verbrennungsvorgang darstellen, unter Umständen existentiell sein. Ferner können rotationssymmetrische Montageteile auch von einer definierten Einschraubtiefe profitieren, allerdings wird hier auf eine winkelgetreue Ausrichtung des Montageteils keine Rücksicht genommen. Für diesen Anwendungsfall wird das Montagegewinde des Montageteils soweit in die Aufnahme des Gegenstücks, beispielsweise einen Zylinderkopf, eingeschraubt, dass die in Schraubrichtung vordere Spitze des Montageteils mit der Brennraum-Dachfläche des Zylinders im Zylinderkopf in einem gewünschten Verhältnis steht. Beispielsweise kann die in Schraubrichtung vordere Spitze des Montageteils mit der Brennraum-Dachfläche des Zylinders bündig ab-schließen. Allerdings kann die in Schraubrichtung vordere Spitze des Montageteils auch von der Brennraum-Dachfläche des Zylinders in den Zylinderinnenraum vorstehen, oder von der Brennraum-Dachfläche entgegen der Schraubrichtung zurückversetzt sein. Nach Erreichen der gewünschten Einschraubtiefe des Montageteils in der Aufnahme des Gegenstücks wird auch für diesen Anwendungsfall das Montageteil mittels der hydraulischen Vorrichtung gedehnt, ein Fixiermittel, vorzugsweise eine Mutter, auf das Montagegewinde geschraubt, und das Montageteil damit in seiner Vorzugs-Relativstellung, der gewünschten Einschraubtiefe, in der Aufnahme des Gegenstücks gesichert.
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In einer ersten Variante der vorliegenden Anmeldung kann das Montageteil ein für den Verbrennungsvorgang funktionales Bauteil wie eine Zündkerze oder ein Injektor sein. Besonders für Montageteile die funktionale Aufgaben übernehmen kann eine winkelgetreue Platzierung, bevorzugt in einem Zylinderkopf, entscheidend sein. Insbesondere Zündkerzen liegen, abhängig vom Zündenergie- und Wärmewertbedarf des Zylinders in dem sie Einsatz finden, in diversen Ausführungsformen vor, die nur selten tatsächlich rotationssymmetrisch sind. Ferner weisen Injektoren für Vorkammern oder Hauptbrennkammern sowie Sekundärluft-Elemente oder andere Verbrennungs-funktionale Montageteile meist ebenfalls eine Vorzugsseite auf. Abhängig von der Geometrie des Brennraums wirkt sich eine genaue Positionierung der Vorzugsseite der Verbrennungs-funktionalen Montageteile positiv aus. Allerdings können auch Verbrennungs-funktionale Montageteile ohne Vorzugsseite optimal im Brennraum positioniert werden. Beispielsweise erfordern rotationssymmetrische Glühkerzen die Positionierung an einer bestimmten Einschraubtiefe im Zylinderkopf. Generell können durch das Berücksichtigen von erforderlichen Positionen von Montageteilen im Brennraum Kenngrößen wie die Entzündung der brennbaren Stoffe, die Durchbrenngeschwindigkeit, der Wirkungsgrad der Verbrennung, die daraus resultierende Materialbelastung als bestimmender Faktor für die Lebenszeit der Brennkraftmaschine, als auch die Schadstoffgenerierung durch die Verbrennung positiv beeinflusst werden.
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In einer zweiten Variante kann das Montageteil für den Verbrennungsvorgang nicht-funktional sein, damit ist das Vorhandensein des Montageteils für den funktionalen Betrieb der Brennkraftmaschine nicht obligatorisch. Besonders im Bereich der Motorentwicklung, der Qualitätssicherung oder der Feldbetreuung die eine Serienfertigung begleitet, können nicht-funktionale Montageteile wie Druckaufnehmer, Temperatursensoren als auch Analyse-Elemente zur Brennverfahrensanalyse, der Diagnose oder der thermodynamischen Bestandsaufnahme eingesetzt werden. Auch nicht-funktionale Montageteile können als rotationssymmetrische oder nicht-rotationssymmetrische Bauteile ausgeführt sein, und können demnach ein vorbestimmtes Winkelverhältnis zur Aufnahme oder eine vorbestimmte Einschraubtiefe in die Aufnahme im Brennraum erfordern, um beispielsweise den funktionalen Verbrennungsvorgang geringstmöglich zu beeinflussen.
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In einem weiteren Aspekt sieht die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einem Montageteil in einer Aufnahme eines Gegenstücks vor. Bevorzugt ist das Gegenstück ein Zylinderkopf. Ein Montagegewinde ist in einem von der Aufnahme bereitgestellten Aufnahmegewinde fixiert. Die Erfindung hat erkannt, dass das Montagegewinde des Montageteils derart in das Aufnahmegewinde eingeschraubt ist, dass eine bestimmte Schraubstellung des Montageteils relativ zur Aufnahme des Gegenstücks eingestellt ist. Die Erfindung hat zudem erkannt, dass das mittels Dehnen vorgespannte Montagegewinde in einer bestimmten Schraubstellung gesichert ist. Aus fertigungstechnischen Gründen konzentriert sich die vorliegende Erfindung auf das Fixieren von Montageteilen in einer Aufnahme eines Zylinderkopfs. Ein Fixieren von Montageteilen an der Zylinderwand einer Brennkraftmaschine ist unter Zuhilfenahme der vorliegenden erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine möglich, aber nicht zielführend, da keine gängigen Montageteile bekannt sind, die tangential zur Zylinderoberfläche in den Zylinder eingeführt werden. Montageteile können auch beispielsweise in einem Kurbelgehäuse, einer Ölwanne, sowie in die Ansaug- und Abgasperipheriekomponenten der Brennkraftmaschine eingeschraubt und fixiert werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Brennkraftmaschine ist das Montageteil ausgewählt aus einer Gruppe von Bauteilen, die besteht aus einem Injektor, einer Zündkerze für Vorkammer oder Hauptbrennkammer, einem Ventil, beispielsweise zum Zuführen von Additiven inklusive H2O für die Verbrennung, zum Erzeugen von Ladungsbewegung mittels Lufteinblasung, insbesondere Ladelufteinblasung, oder für Sekundärlufteinblasung, einer Elektrode, einer Glühkerze oder Ähnlichem. Die Größe des Montageteils sollte sich nach dem Platzangebot im Zylinderkopf richten, das durch das Vorhandensein von jeweils wenigstens einem Ventil für Frischluft und Verbrennungsgase bereits eingeschränkt ist.
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In einer Weiterbildung der ersten Variante ist das Montageteil ein Injektor, die Aufnahme des Gegenstücks ist ein Injektor-Loch des Zylinderkopfes, während in einer weiteren Variante das Montageteil durch eine Zündkerze dargestellt ist, die in ein Zündkerzen-Loch des Zylinderkopfes eingeschraubt ist. Im Allgemeinen werden Zündkerzen mit Stirn- oder Dachelektroden, Ein- bis Vier-Elektrodenkerzen, Hakenkerzen, Kammerkerzen, Zündkerzen mit vorgezogener oder zurückliegender Funkenlage als auch Flug- und Gleitfunkenkerzen unterschieden, die sich in ihrem geometrischen Aufbau grundlegend unterscheiden, und daher je nach bereitgestellter Geometrie auch unterschiedliche Vorzugs-Relativstellungen erfordern. Ferner kann die Zündkerze eine derartige Anordnung von Austrittslöchern zum Emittieren von Zündstrahlen aufweisen, dass ein nicht-rotationssymmetrischer Zündkerzenwurf dargestellt wird. Die Wurfweite der Zündstrahlen ist bei nicht-rotationssymmetrischer Austrittsloch-Anordnung an der Zündkerze zudem Austrittsloch-selektiv und optional in Abhängigkeit der Kolbengeometrie, auf die die Zündstrahlen gerichtet sind, einstellbar.
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Für alle dargestellten Varianten der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann das Gegenstück, das die Aufnahme bereitstellt, durch einen Zylinderkopf mit einem Brennraum dargestellt sein. Der Zylinderkopf kann eine Hauptbrennkammer und eine Vorkammer aufweisen, wobei das Zylinderkopfteil, insbesondere ein Zylinder-Kolben, eine nicht-rotations-symmetrische Mulde aufweisen kann.
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Insbesondere für die Zylinderkopfanordnung mit Hauptbrennkammer und Vorkammer kann das Zylinderkopfteil eine nicht-rotationssymmetrische Vorkammer, beispielsweise eine Vorkammer mit einer nicht-rotationssymmetrischen Schussöffnung sein, wobei die Vorkammer zudem eine gespülte Vorkammer sein kann.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist das Montageteil durch einen Injektor dargestellt, der eine nicht-rotationssymmetrische Anordnung aufweist zur Darstellung einer nicht-rotationssymmetrischen Injektor-Strahl-Anordnung.
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Generell kann die Brennkraftmaschine eine Dieselbrennkraft-Maschine, ein Gas-Motor oder ein Otto-Motor sein, insbesondere ist die Brennkraftmaschine durch einen Otto-Gasmotor dargestellt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung im Vergleich zum Stand der Technik, welcher zum Teil ebenfalls dargestellt ist, beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Die bei der Beschreibung des Ausführungsbeispiels verwendeten Begriffe „oben“, „unten“, „links“ und „rechts“ beziehen sich auf die Zeichnungsfiguren in einer Ausrichtung mit normal lesbaren Bezugszeichen und Figurenbezeichnungen. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
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1: eine Seitenansicht auf eine Zündkerze in Form einer Kammerzündkerze mit Hakenelektrodengeometrie einer Brennkraftmaschine vor Verschraubung mit einem Zylinderkopf;
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2: eine perspektivische Ansicht einer weiteren Zündkerze einer Brennkraftmaschine in einer zweiten Ausführungsform;
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3: einen Kolben einer Brennkraftmaschine nach 2.
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4: ein Ablaufdiagramm eines Montageverfahrens zum Montieren einer Zündkerze in einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
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5: eine Seitenansicht der Zündkerze nach 1 nach Verschraubung mit dem Zylinderkopf gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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1 zeigt eine Zündkerze K die für das Einschrauben in einen Zylinderkopf ZK einer Brennkraftmaschine (nicht weiter dargestellt) bereitgestellt ist. Die Zündkerze K weist ein Montagegewinde K1 auf. Eine Mutter K2 ist auf das Montagegewinde K1 aufgeschraubt und ausgebildet, diese mit einer Dichtung D in Form eines O-Ringes gegen den Brennerraum dicht gegen eine Aufnahme am Zylinderkopf zu fixieren. Ferner stellt die Zündkerze K eine Kraft-Angriffs-Fläche K3 bereit. Diese entspricht für die aktuelle Ausführungsform dem Sechskant-Gewinde zum Einschrauben der Zündkerze K. Ferner ist aus 1 ersichtlich, dass die Zündkerze K eine nicht-rotationssymmetrische Elektrodengeometrie in Form einer Hakenelektrode K4 aufweist. Damit zeigt die nicht-rotationssymmetrische Hakenelektrode K4 der Zündkerze K eindeutig eine Vorzugsseite und eine der Vorzugsseite abgewandte Seite, den sog. „Kerzenschatten“. Die als Kammerzündkerze ausgebildete Zündkerze K aus 1 erfordert damit eine Vorzugs-Relativstellung bei der Montage im Zylinderkopf ZK. Zündkerzen werden vorzugsweise aus in einem Materialmix aus elektrisch nicht-leitfähiger, also elektrisch isolierender Keramik, und vorzugsweise elektrisch leitfähigen metallischen Werkstoffen hergestellt. Der Zylinderkopf ZK besteht aus metallischen Werkstoffen, aus Gründen der Gewichtsminimierung bevorzugt aus gegossenen oder geschmiedeten Aluminium-Legierungen.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Zündkerze K. Die Zündkerze K aus 2 weist allerdings keine Hakenelektrode auf, sondern fünf Austrittsbohrungen zum Emittieren von Zündstrahlen, die in nicht-rotationssymmetrischer Anordnung ausgeführt sind, dadurch entsteht obligatorisch ein nicht-rotationssymmetrischer Zündstrahlenwurf. Wie in 2 ersichtlich ist, weist die Zündkerze K eine zentrale Austrittsbohrung, zwei in Umfangsrichtung um 60° beabstandete Austrittsbohrungen, als auch zwei um 120° beabstandete Austrittsbohrungen am Zündkerzenumfang auf. Aufgrund der nicht-rotations-symmetrischen Anordnung erfordert auch die Zündkerze K aus 2, die Montage im Zylinderkopf ZK in einer Vorzugs-Relativstellung.
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Für beide Zündkerzen K der 1 und 2 entspricht die Vorzugs-Relativstellung einem vorbestimmten Winkelverhältnis zwischen Montageteil und Aufnahme, also zwischen Zündkerze K und Zylinderkopf ZK.
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3 zeigt einen Kolben P einer Brennkraftmaschine. Die brennraumseitige Oberfläche P1 des Kolbens P weist eine nicht-rotationssymmetrische Kleeblatt-Mulde auf. Hier setzt das erfindungsgemäße Verfahren an, da die Verbrennungsqualität und die thermodynamischen Eigenschaften der Brennkraftmaschine durch eine winkelgetreue Ausrichtung einer Zündkerze K wie sie beispielsweise in 2 dargestellt ist, die Zündstrahlen optimal im Brennraum BR positioniert werden können. Weitere Beispiele für nicht-rotationssymmetrische brennraumseitige Kolbenoberflächen P1 sind D-Mulden, Tropfen-Mulden und dergleichen. Ferner kann auch eine winkelgetreue Ausrichtung von nicht-rotationssymmetrischen Einspritzdüsen den Verbrennungsvorgang positiv beeinflussen. Kolben werden aus metallischen Werkstoffen mittels Guss- oder Schmiedeverfahren hergestellt. Abhängig von der auf den Kolben wirkenden Belastungen finden Aluminium-, Stahl- und Graugusskolben Einsatz in Otto-, Diesel- oder Gasmotoren.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Montage der Zündkerze K in den Zylinderkopf ZK einer Brennkraftmaschine. Zu Beginn des Montagevorgangs der Zündkerze K in die Aufnahme des Zylinderkopfs ZK wird die Mutter K2 auf das Montagegewinde K1 der Zündkerze K aufgeschraubt. Hierbei muss gewährleistet sein, dass Montagegewinde K1 der Zündkerze K ausreichend lang ist, um die Mutter K2 aufnehmen zu können und in die Aufnahme des Zylinderkopfs ZK zu gelangen. Dazu zeigt 1 – wie oben erwähnt – einen Zustand zu Montagebeginn, an welchem Mutter K1 bereits auf Montagegewinde K1 der Zündkerze K aufgeschraubt ist.
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Anschließend wird die Zündkerze K in das Gewinde der Aufnahme des Zylinderkopfs ZK eingeschraubt. Hierbei wird berücksichtigt, dass die gewünschte Vorzugs-Relativstellung von Zündkerze K – dargestellt durch eine winkelgetreue Ausrichtung der Zündkerze K am Zylinderkopf ZK – eingestellt wird. Für den Fall, dass Zündkerze K nicht im richtigen gewünschten Winkelverhältnis zum Zylinderkopf ZK steht – die Vorzugs-Relativstellung also nicht eingestellt ist – wird das Schrauben fortgeführt bis die gewünschte Winkelposition als Vorzugs-Relativstellung von Zündkerze K zu Zylinderkopf ZK erreicht ist.
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Sobald die Zündkerze K ihre Vorzugs-Relativstellung erreicht hat, wird eine hydraulische Vorrichtung auf Zündkerze K angebracht. Diese hydraulische Vorrichtung greift an Kraft-Angriffs-Fläche K3 der Zündkerze K an. Ferner stützt sich die hydraulische Vorrichtung am Zylinderkopf ZK ab.
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Anschließend wird der Vorgang des Dehnens ausgeführt. Hierbei klemmt die hydraulische Vorrichtung die Zündkerze K an der Kraft-Angriffs-Fläche K3 fest. Anhand dieser Klemmwirkung wird die Zündkerze in ihrer Vorzugs-Relativposition, definiert durch einen Winkel relativ zum Zylinderkopf ZK, gehalten. Durch die Abstützung der hydraulischen Vorrichtung am Zylinderkopf ZK selbst ist die hydraulische Vorrichtung in der Lage, die Zündkerze K entlang ihrer eigenen Achse in eine Richtung entgegengesetzt zum Zylinderkopf ZK zu dehnen, indem Zugkraft über die Kraft-Angriffs-Fläche K3 auf die Zündkerze ausgeübt wird. Die für den Dehnvorgang erforderliche Kraft wird durch die Hydraulik der hydraulischen Vorrichtung bereitgestellt. Die Zündkerze K ist mit einem Elektrodenabschnitt ihres Montagegewinde bereits in der Aufnahme des Zylinderkopfs ZK eingeschraubt. Nachdem sich der Kraft-Angriffs-Punkt K3 der Zündkerze K in Achsrichtung unmittelbar neben dem Montagegewinde K1 befindet, wird ausschließlich der Abschnitt der Zündkerze K ausgehend von der Kraft-Angriffs-Fläche K3 bis hin zum Montagegewinde-Abschnitt, der im Zylinderkopf ZK eingeschraubt ist, gedehnt. Das ist durch die Elastizität des metallischen Zündkerzen-Werkstoffs möglich, der keramische Teil der Zündkerze K ist nicht dehnbar.
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Nachdem der Gewindeabschnitt des Montagegewindes vom Kraft-Angriffs-Punkt K3 bis hin zum in den Zylinderkopf ZK eingeschraubten Montagegewinde-Abschnitt gedehnt wurde, kann die Mutter K2 mit, im Vergleich zum ungedehnten Montagegewinde verringerter Reibung an dem Montagegewinde entlang gegen den Zylinderkopf ZK geschraubt werden. Dadurch ist es möglich, die Vorzugs-Relativstellung der Zündkerze K zu gewährleisten und zu sichern.
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Sobald Mutter K2 gegen den Zylinderkopf ZK angezogen, also gekontert ist, kann die Dehnung, die von der hydraulischen Vorrichtung auf den Kraft-Angriffs-Punkt K3 der Zündkerze K ausgeübt wird, gelöst werden. Damit ist der Vorgang der Montage von Zündkerze K an einer durch einen Winkel zwischen Zündkerze K und Zylinderkopf ZK definierten Vorzugs-Relativstellung erfolgreich abgeschlossen. Nun kann die hydraulische Vorrichtung – die nach dem Lösen der Dehnung keine Zugkraft mehr auf die Zündkerze K ausübt – von der Zündkerze K und dem Zylinderkopf ZK entfernt werden.
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In 5 ist die Zündkerze K aus 1 in eingebautem Zustand, eingeschraubt in den Zylinderkopf ZK dargestellt. Die Mutter K2, die zum winkeltreuen Fixieren der Zündkerze K an der gewünschten Vorzugs-Relativstellung dient, ist gegen den Zylinderkopf ZK gespannt und angezogen. Ferner ist aus 5 ersichtlich, dass die Hakenelektrode K4 im Brennraum BR eines Zylinders positionstreu in der definierten Vorzugs-Relativstellung fixiert ist.
- K
- Zündkerze
- K1
- Montagegewinde
- K2
- Mutter
- K3
- Kraft-Angriffs-Fläche
- K4
- Hakenelektrode
- ZK
- Zylinderkopf
- BR
- Brennraum
- P
- Kolben
- P1
- Brennraumseitige Kolbenoberfläche
- D
- Dichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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