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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Halter zur Befestigung einer Komponente, insbesondere eines Kraftstoffverteilers, an einer Brennkraftmaschine, sowie eine Anordnung mit einer Komponente und mehreren Haltern. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen. Die Brennkraftmaschine kann hierbei mit geeigneten Kraftstoffen, wie Benzin, Erdgas oder Diesel, betrieben werden.
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Aus der
DE 10 2010 062 699 A1 ist ein Kraftstoffzuteiler für Benzin und Erdgas bekannt. Hierbei ist ein Gehäuse vorgesehen, an dem Halter als Befestigungshalter zum Befestigen des gesamten Kraftstoffzuteilersan einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine befestigt sind.
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Der aus der
DE 10 2010 062 699 A1 bekannte Kraftstoffzuteiler hat den Nachteil, dass im Betrieb mechanische Spannungen auftreten, die unter anderem die Verbindungen zwischen den Befestigungshaltern und dem Gehäuse beanspruchen. Denn im Betrieb wird der Kraftstoffzuteiler unter anderem Temperaturbelastungen ausgesetzt, welche durch Aufheiz- und Abkühlvorgänge der Brennkraftmaschine entstehen. Die Ursache hierfür liegt daran, dass Kraftstoffzuteiler und Zylinderkopf in der Regel aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen und demzufolge unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen. Daraus resultieren im Betrieb, insbesondere bei Temperaturdehnung, abhängig von der konkreten Ausgestaltung des Kraftstoffzuteilers und des Zylinderkopfes hohe lokale Spannungen im Bereich der Befestigungshalter. Die Befestigungshalter sind in der Regel durch großflächige Lotflächen mit dem Gehäuse verbunden. Hierbei ist eine vollständige und fehlerfreie Verlötung erforderlich, damit die Verbindung über die Lebensdauer gewährleistet ist. Dies bedeutet einen entsprechenden Aufwand zur Herstellung und gegebenenfalls Prüfung, um die Ausfallraten gering zu halten.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Halter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die erfindungsgemäße Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 haben den Vorteil, dass eine verbesserte Ausgestaltung ermöglicht ist. Speziell können mechanische Spannungen, die insbesondere aufgrund von Temperaturänderungen (Aufheizen oder Abkühlen) der Brennkraftmaschine auftreten, reduziert werden.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Halters und der im Anspruch 9 angegebenen Anordnung möglich.
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Vorteilhaft ist es, dass die geschlitzte Hülse über mehrere punktuelle Verbindungsstellen mit dem Grundkörper verbunden ist. Speziell kann die geschlitzte Hülse über mehrere Schweißpunkte, insbesondere auch nur zwei Schweißpunkte, mit dem Grundkörper verbunden sein. Somit ist keine flächige Verbindung, sondern eine punktuelle Verbindung vorgesehen. Dies ermöglicht kleine Relativbewegungen zwischen geschlitzter Hülse und Grundkörper. Im Unterschied zu einer linienförmigen Schweißnaht kann hierdurch die Beanspruchung der Verbindung zwischen der geschlitzten Hülse und dem Grundkörper verringert werden.
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Vorteilhaft ist es auch, dass der Grundkörper zumindest ein Haltestück aufweist und dass die geschlitzte Hülse mit dem Haltestück des Grundkörpers verbunden ist. Hierbei ist es ferner vorteilhaft, dass der Grundkörper ein weiteres Haltestück und eine Hülse aufweist, dass das Haltestück über die Hülse mit dem weiteren Haltestück verbunden ist und dass sich entlang einer Befestigungsachse eine Durchgangsöffnung durch das weitere Haltestück, die Hülse, das Haltestück und die geschlitzte Hülse erstreckt. Hierdurch ist eine gebaute Ausgestaltung des Grundkörpers aus mehreren Einzelteilen möglich. Der Grundkörper kann hierbei aus dem weiteren Haltestück, der Hülse, dem Haltestück und gegebenenfalls weiteren Einzelteilen zusammengesetzt sein, wobei insbesondere Stanzbiegeteile und Drehteile zum Einsatz kommen können. Solch eine Ausgestaltung des Grundkörpers ist kostengünstiger möglich als eine gegossene Ausgestaltung. Allerdings kann bei einer abgewandelten Ausgestaltung auch ein gegossener Grundkörper zum Einsatz kommen. Bei einem gegossenen Grundkörper können gegebenenfalls komplexe Ausgestaltungen realisiert werden, die an spezielle Bauraumverhältnisse besser anpassbar sein können. Die Verbindung des Grundkörpers mit der Komponente kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Falls diesbezüglich eine großflächige Lotfläche zur Verbindung vorgesehen ist, dann wird diese aufgrund der ermöglichten Mikrobewegungen der geschlitzten Hülse weniger stark belastet.
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Somit kann der Grundkörper je nach Anwendungsfall beispielsweise aus einer massiven Grundkonstruktion oder in kostengünstiger Weise aus Einzelteilen aufgebaut sein.
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Vorteilhaft ist es, dass ein Befestigungsmittel entlang der Befestigungsachse durch die Durchgangsöffnung führbar ist, um den Grundkörper mittelbar mit der Brennkraftmaschine zu verbinden und dass die geschlitzte Hülse eine unterbrochene ringförmige Anlagefläche aufweist, mit der die Hülse an einer Oberseite der Brennkraftmaschine anliegt, wenn der Grundkörper mittelbar mit der Brennkraftmaschine verbunden ist. Der Grundkörper wird hierbei mittels des Befestigungsmittels und der geschlitzten Hülse mit der Brennkraftmaschine, insbesondere einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine, verbunden. Bei der Oberseite der Brennkraftmaschine, an der die Hülse mit ihrer Anlagefläche anliegt, kann es sich somit insbesondere um die Oberseite des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine handeln. Die Unterbrechung in der ringförmigen Anlagefläche der geschlitzten Hülse ist durch die geschlitzte Ausgestaltung der Hülse bedingt. Im Betrieb ergibt sich der Vorteil, dass bei Temperaturänderungen, bei denen sich der Zylinderkopf beispielsweise stärker ausdehnt als die Komponente, insbesondere der Kraftstoffverteiler (Kraftstoffzuteiler), oder als ein rohrförmiger Körper der Komponente, insbesondere des Kraftstoffverteilers, Zwangskräfte an der Kontaktfläche zwischen der unterbrochenen ringförmigen Anlagefläche der geschlitzten Hülse und der Oberseite der Brennkraftmaschine auftreten, wobei die geschlitzte Hülse einen Teil der Zwangskräfte aufnimmt. Hierbei ermöglichen Reibungskräfte zwischen der unterbrochenen, ringförmigen Anlagenfläche der geschlitzten Hülse und der Oberseite der Brennkraftmaschine einen gewissen Kraftschluss zwischen der geschlitzten Hülse und der Brennkraftmaschine. Im Ergebnis werden mechanische Spannungen an potenziell kritischen Stellen reduziert.
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Hierbei ist es ferner vorteilhaft, dass der Schlitz der geschlitzten Hülse einer Längsachse des rohrförmigen Körpers der Komponente, insbesondere eines Kraftstoffverteilers, zugewandt oder von dieser Längsachse abgewandt ist. Denn dann kann ein Teil der Zwangskräfte in besonders großem Umfang von der geschlitzten Hülse aufgenommen werden.
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Der Schlitz der geschlitzten Hülse erstreckt sich in vorteilhafter Weise parallel zu der Befestigungsachse der geschlitzten Hülse von der Anlagefläche der geschlitzten Hülse zu einer von der Anlagefläche abgewandten Verbindungsfläche der geschlitzten Hülse. An der Verbindungsfläche der geschlitzten Hülse sind dann vorzugsweise die punktuellen Verbindungsstellen mit dem Grundkörper vorgesehen.
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Somit kann der Grundkörper des Halters auch vergleichsweise steif ausgeführt werden, wie es bei einem gegossenen Grundkörper oder einem gebauten Grundkörper in der Regel der Fall ist, da ein Versatz entlang der Längsachse über die geschlitzte Hülse ermöglicht wird. Vorzugsweise ist der Grundkörper hierbei als gebauter Grundkörper ausgestaltet.
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Die Orientierung des Schlitzes in der geschlitzten Hülse wird hierbei passend zu der Wärmeausdehnung gewählt. Ferner wird die geschlitzte Hülse vorzugsweise nicht vollflächig, sondern punktuell mit dem Grundkörper verbunden. Hierbei kommen speziell Schweißpunkte zur Verbindung zum Einsatz. Durch diese beiden Maßnahmen, nämlich die geschlitzte Ausgestaltung der Hülse und die Anbindung mit vorzugsweise wenigen Schweißpunkten, wird ermöglicht, dass durch die Temperaturbelastungen Mikrobewegungen zugelassen werden. Diese Mikrobewegungen tragen dazu bei, den Spannungsanstieg zu reduzieren.
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Speziell durch eine Ausgestaltung als gebauter Halter mit geschlitzter Hülse können mehrere Vorteile erzielt werden. Die Beanspruchung an den Lotstellen, insbesondere zwischen dem Halter und der Komponente, insbesondere dem Kraftstoffzuteiler, wird reduziert. Da die geschlitzte Hülse nicht mit dem Rest der Anordnung, insbesondere nicht mit dem Grundkörper verlötet wird, ist die Betriebsbeanspruchung in diesem Bereich geringer als es bei einer (flächig) verlöteten Hülse der Fall wäre. Wenn im Gegensatz dazu die geschlitzte Hülse mit dem Grundkörper flächig verlötet wäre, dann würden an dieser zusätzlichen Lotstelle erhöhte Beanspruchungen im Betrieb auftreten, da dann an dieser Stelle kein Klaffen mehr zwischen Hülse und Grundkörper möglich wäre. Außerdem können die Eigenfrequenzen der Anordnung, insbesondere einer Brennstoffeinspritzanlage beziehungsweise einem Kraftstoffzuteiler, durch die Ausgestaltung der Hülse in höhere Bereiche verschoben werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine Anordnung mit einer Komponente und einem Halter sowie eine Brennkraftmaschine in einer auszugsweisen, schematischen, räumlichen Darstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Anordnung 1 mit einer Komponente 2 und einem Halter 3 sowie eine Brennkraftmaschine 4 einer auszugsweisen, schematischen, räumlichen Darstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei der Anordnung 1 kann es sich insbesondere um ein Brennstoffeinspritzsystem 1 beziehungsweise ein Teil eines Brennstoffeinspritzsystems 1, insbesondere einen Kraftstoffzuteiler (Kraftstoffverteiler), handeln. Die Komponente 2 kann dann als Kraftstoffzuteiler, insbesondere Brennstoffverteilerleiste, ausgestaltet sein. Die Komponente 2 weist einen rohrförmigen Körper 5 auf, der sich entlang einer Längsachse 6 erstreckt.
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An dem Halter 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Tasse 7 montiert, die zum Aufnehmen eines Zulaufstutzens 8 eines Brennstoffeinspritzventils 9 dient. Die Tasse 7 ist hierbei auf geeignete Weise mit dem rohrförmigen Grundkörper 5 verbunden, um Brennstoff aus dem rohrförmigen Grundkörper 5 über den Zulaufstutzen 8 in das Brennstoffeinspritzventil 9 einzuleiten.
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Im montierten Zustand erstreckt sich das Brennstoffeinspritzventil 9 in eine Bohrung 10 der Brennkraftmaschine 4, insbesondere einen Zylinderkopf 4 der Brennkraftmaschine 4. In solch einem Zylinderkopf 4 kann außerdem eine Befestigungsbohrung 11, insbesondere eine Gewindebohrung 11, ausgestaltet sein.
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Die Anordnung 1 weist außerdem ein Befestigungsmittel 12 auf, das in diesem Ausführungsbeispiel als Befestigungsschraube 12 ausgestaltet ist. Bei der Montage wird die Befestigungsschraube 12 entlang einer Befestigungsachse durch eine Durchgangöffnung 14 des Halters 3 geführt und in die Gewindebohrung 11 eingeschraubt. Über den Halter 3 ist dann die Komponente 2 an der Brennkraftmaschine 4 befestigt. Hierbei wird zugleich das Brennstoffeinspritzventil 9 über die Tasse 7 in der Bohrung 10 der Brennkraftmaschine 4 fixiert.
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Der Halter 3 weist einen Grundkörper 20 auf, der in diesem Ausführungsbeispiel mehrteilig ausgestaltet ist. Der Grundkörper 20 umfasst ein Haltestück 21 und ein weiteres Haltestück 22. Die Haltestücke 21, 22 können hierbei als Haltebleche 21, 22 ausgestaltet sein. Ferner weist der Grundkörper 20 eine Hülse 23 auf, die zwischen den Haltestücken 21, 22 angeordnet ist. Die einzelnen Teile des Grundkörpers 20, insbesondere die Haltestücke 21, 22 und die Hülse 23, sind auf geeignete Weise, insbesondere durch flächige Lötverbindungen, miteinander verbunden.
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Der Halter 3 weist außerdem eine geschlitzte Hülse 24 auf, die mit dem Grundkörper 20 verbunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die geschlitzte Hülse 24 mit dem Haltestück 21 verbunden. Die Verbindung der geschlitzten Hülse 24 mit dem Haltestück 21 erfolgt über wenige Schweißpunkte. Die geschlitzte Hülse 24 weist hierbei eine Anlagefläche 25 und eine von der Anlagefläche 25 abgewandte Verbindungsfläche 26 auf. Hierbei ist die geschlitzte Hülse 24 an ihrer Verbindungsfläche 26 über die Schweißpunkte mit dem Haltestück 21 verbunden. Somit ist die geschlitzte Hülse 24 an ihrer Verbindungsfläche 26 nicht flächig, sondern ausschließlich punktuell mit dem Haltestück 21 verbunden. Da die geschlitzte Hülse 24 über mehrere punktuelle Verbindungsstellen mit dem Grundkörper 20 verbunden ist, werden teilweise Relativverschiebungen zwischen der geschlitzten Hülse 24 und dem Haltestück 21 ermöglicht, was insbesondere Mikrobewegungen zulässt.
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Die Durchgangsöffnung 14 erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel entlang der Befestigungsachse 13 nacheinander durch das weitere Haltestück 22, die Hülse 23, das Haltestück 21 und die geschlitzte Hülse 24. Im befestigten Zustand, in dem die Befestigungsschraube 12 in die Gewindebohrung 11 der Brennkraftmaschine 4 eingeschraubt ist, wird die geschlitzte Hülse 24 mit ihrer Anlagefläche 25 an eine Oberseite 27 der Brennkraftmaschine 4 gedrückt. Hierbei ist die Anlagefläche 25 der geschlitzten Hülse 24 so ausgestaltet, dass diese plan an der Oberfläche 27 der Brennkraftmaschine 4 anliegt. Die Anlagefläche 25 ist dadurch als unterbrochene ringförmige Anlagefläche 25 ausgestaltet, die aufgrund eines in der geschlitzten Hülse 24 vorgesehenen Schlitzes 28 unterbrochen ist.
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Im Betrieb kommt es aufgrund von Temperaturänderungen, insbesondere bei einer Aufheizung der Brennkraftmaschine 4, insbesondere des Zylinderkopfes 4, auf die Betriebstemperatur zu unterschiedlichen Ausdehnungen des rohrförmigen Körpers 5 und der Brennkraftmaschine 5. Der rohrförmige Körper 5 ist hierbei über zumindest einen weiteren Halter, der entsprechend dem Halter 3 ausgestaltet sein kann, mit der Brennkraftmaschine 4 verbunden. Diese Differenz der Längenänderungen führt prinzipiell zu Zwängungen bzw. Kräften, die unter anderem zu an dem Halter 3 auftretenden mechanischen Beanspruchungen führen.
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Zwischen der Anlagefläche 25 der geschlitzten Hülse 24 und der Oberfläche 27 der Brennkraftmaschine 4 ist ein gewisser Reibschluss gebildet. Aufgrund der entstehenden Zwangskräfte kann es aufgrund der geschlitzten Ausgestaltung der geschlitzten Hülse 24 zu Mikrobewegungen kommen, wobei geringe Relativverschiebungen an der geschlitzten Hülse 24 möglich sind. Hierdurch kann ein Teil der Zwangskräfte aufgenommen werden.
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Die geschlitzte Hülse 24 übernimmt somit die Aufgabe, die unterschiedlichen Verschiebungen von der Komponente 2 und dem Zylinderkopf 4 zu einem gewissen Teil auszugleichen. Damit werden die Zwangsverschiebungen am Kraftstoffzuteiler reduziert, da ein Teil der Verschiebungen bereits von der geschlitzten Hülse 24 aufgenommen wird. Somit treten an der restlichen Struktur der Anordnung 1, insbesondere an der Komponente 2 und dem Halter 3, geringere Verschiebungen auf. Speziell werden hierdurch auch die Beanspruchungen an den Lotverbindungen innerhalb des Halters 3 und zwischen dem Halter 3 und der Komponente 2, reduziert. Dies gilt entsprechend auch für anders ausgestaltete Verbindungen. Somit verringert sich die Betriebsbeanspruchung an der Anordnung 1.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist der Schlitz 28 der geschlitzten Hülse 24 so an der geschlitzten Hülse 24 angeordnet, dass der Schlitz 28 von der Längsachse 6 abgewandt ist. Ferner erstreckt sich der Schlitz 28 parallel zu der Befestigungsachse 13. Durch diese gerichtete Montage beziehungsweise Anordnung der geschlitzten Hülse 24 kann eine besonders wirkungsvolle Reduzierung der Beanspruchung erreicht werden. Die Reduzierung der Beanspruchung an potenziell kritischen Stellen ist dadurch besonders groß. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung kann der Schlitz 28 auch der Längsachse 6 zugewandt sein, was ebenfalls eine vergleichsweise wirkungsvolle Reduzierung der Beanspruchung ermöglicht. Prinzipiell sind allerdings auch andere Anordnungen des Schlitzes 28 denkbar.
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Somit können besonders aufgrund von Temperaturänderungen erzeugte Zwangskräfte beziehungsweise mechanische Spannungen im Bereich des Halters 3 wirkungsvoll zumindest zum Teil aufgenommen werden. Dieser vorteilhafte Effekt kann allerdings auch für Zwangskräfte beziehungsweise mechanische Spannungen ausgenutzt werden, die nicht oder nur zum Teil ihre Ursache in thermisch bedingten Längenänderungen haben.
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Die Anordnung 1 weist vorzugsweise mehrere Halter auf, von denen zumindest ein Halter entsprechend dem Halter 3 ausgestaltet ist. Hierbei können allerdings auch mehrere der Halter oder alle Halter der Anordnung 1 entsprechend dem Halter 3 ausgestaltet sein.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010062699 A1 [0002, 0003]
