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Die Erfindung betrifft ein Gehäuse einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäuses gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 10.
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Ein derartiges Gehäuse ist beispielsweise bereits der
DE 10 2008 056 154 A1 als bekannt zu entnehmen. Das dortige Gehäuse ist als Zylinderkopf für eine Brennkraftmaschine ausgestaltet und weist eine Hülse mit einem brennraumnahen Anschraubbereich auf, mittels welcher ein Kraftstoffeinspritzventil aufgenommen werden kann. Die Hülse dient dabei unter Verwendung jeweiliger Dichtelemente dazu, jeweilige beidseitig der Hülse angeordnete Ventiltriebsräume gegenüber einem Brennraum der Brennkraftmaschine abzudichten.
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Aus der
DE 197 28 947 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Zylinderkopf bekannt, in welchen ein Rohr eingeführt werden kann. Das dortige Rohr dient zum verbesserten Einführen einer Zündkerze oder eines Einspritzventils und ermöglicht eine zuverlässige Abdichtung einer Öffnung einer Zylinderkopfhaube des Zylinderkopfes.
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Durch derartige Hülsen bzw. Rohre kann der Einbau jeweiliger Kraftstoffeinspritzventile bzw. Zündkerzen auf vereinfachte Weise erfolgen und die Betriebssicherheit erhöht werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gehäuse sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchen der Einbau und die Betriebssicherheit auf besonders günstige Weise verbessert werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Gehäuse sowie ein Verfahren mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
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Um ein Gehäuse der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchem der Einbau und die Betriebssicherheit verbessert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass durch das Halteelement ein Kühlkanal der Kühlkanalanordnung bereichsweise begrenzt ist. Mit anderen Worten ist das Halteelement also in Fluidkontakt mit dem Kühlwasser, welches durch die Kühlkanalanordnung bzw. den Kühlkanal strömt, wodurch das Halteelement sozusagen dem Kühlwasser ausgesetzt ist und davon benetzt ist. Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Hülseneinsätzen bzw. Rohreinsätzen kann die Kühlung und somit die Wärmemengenabführung von einem Zündelement, welches von dem Halteelement gehalten ist, erheblich verbessert werden. Dies beruht darauf, dass bei konventionellen, aus dem Stand der Technik bekannten Hülseneinsätzen bzw. Rohreinsätzen ein Luftspalt (z. B. Luftspalt zwischen zwei ineinandergreifenden Gewinden) zwischen einer Wandung des jeweiligen Kühlkanals und dem Hülseneinsatz bzw. dem Rohreinsatz besteht, was den Wärmeübergang bzw. den Transport von Wärmemenge an das Kühlwasser in erheblichem Maße verschlechtert. Dies liegt darin begründet, dass die Luft in dem Luftspalt eine deutlich schlechtere Wärmeleitfähigkeit aufweist als die üblicherweise aus einem Metall (z. B. Gusswerkstoff) gebildeten Kühlkanäle bzw. die üblicherweise ebenfalls aus einem Metall gebildeten Halteelemente für die Zündelemente. Da auch die Zündelemente häufig an den Halteelementen verschraubt sind oder zumindest an diesen angelegt oder eingeklemmt sind, entsteht auch hier Prinzip bedingt ein Luftspalt. Die Zündelemente sind – je nach Brennverfahren, bzw. Kraftstoffart – beispielsweise als Zündquellen zum Antreiben der Verbrennungskraftmaschine also zum Beispiel als Zündkerze oder Glühkerze oder aber auch als Einspritzdüse oder Gaseinblaseventil ausgebildet, um nur einige zu nennen. Dadurch, dass das Halteelement den Kühlkanal bereichsweise begrenzt, besteht also mit anderen Worten kein derartiger, stark isolierend wirkender Luftspalt zwischen dem Halteelement und dem Kühlwasser, sondern das Halteelement wird unmittelbar von in dem Kühlkanal geführtem Kühlwasser umströmt. Es ist klar, dass das Halteelement auf seiner dem Kühlkanal bzw. dem Kühlwasser zugewandten Seite auch eine geeignete Oberflächenstruktur aufweisen kann, um den Wärmeübergang noch weiter zu verbessern. Dementsprechend könnte das Halteelement Turbulenzerzeuger, wie beispielsweise Rippen oder Sicken, aufweisen, um nur einige zu nennen und um den Wärmetransport zwischen dem Zündelement und dem Kühlwasser, bzw. dem Kühlkreislauf zu verbessern. Unter Berücksichtigung der Bauteilfestigkeit bzw. der Werkstoffpaarung zwischen dem Gehäuse und dem Halteelement kann das Halteelement auch aus einem Werkstoff mit besonders hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Aluminium, gebildet sein, sofern dies jeweilige Restriktionen im Hinblick auf die erforderliche Bauteilfestigkeit bzw. Werkstoffpaarung zulassen.
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Wie bereits ausgeführt, gehört zu der Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäuses einer Verbrennungskraftmaschine, bei welchem eine zu einem Kühlkanal der Kühlkanalanordnung offene Aufnahme für das Halteelement des Zündelements in dem Gehäuse hergestellt wird und bei welchem das Halteelement des Zündelements an der Aufnahme des Gehäuses angeordnet wird, wobei der Kühlkanal der Kühlkanalanordnung bereichsweise durch das Halteelement begrenzt ist. Das Gehäuse wird dabei beispielsweise in einem Gießprozess bzw. Gießverfahren hergestellt oder aber auch durch alternative oder zusätzliche spanende Bearbeitung, um nur einige Beispiele zu nennen, in die gewünschte Form gebracht. Wird das Gehäuse also dementsprechend gegossen und die jeweiligen Kühlkanäle bzw. die Kühlkanalanordnung durch Verwendung eines oder mehrerer Gusskerne hergestellt, so weist das Gehäuse zunächst einen umfangsseitig geschlossenen Kühlkanal auf, welcher dann durch eine spanende Materialabnahme, wie z. B. Fräsen, unter Herstellung der offenen Aufnahme umfangsseitig, d. h. zumindest im Wesentlichen entlang einer Umfangsrichtung des Kühlkanals geöffnet wird. Mit anderen Worten ist nach diesem Verfahrensschritt der Bearbeitung der Kühlkanal zunächst offen. Um den Kühlkanal wiederum zu schließen und gegenüber einem späteren Kühlwasseraustritt abzudichten, wird anschließend das Halteelement in die zu dem Kühlkanal der Kühlkanalanordnung hin offene Aufnahme eingesetzt und dort beispielsweise über einen Presssitz oder einen radialen Dichtsitz oder zusätzlich oder alternativ dazu über eine Klebeverbindung befestigt. Mit anderen Worten wird also das Halteelement an jeweiligen Aussparungen der offenen Aufnahme beispielsweise kraftschlüssig oder stoffschlüssig verbunden um den Kühlkanal abzudichten.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen.
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Diese zeigen in:
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1 eine Schnittansicht auf einen Teilbereich eines als Zylinderkopf ausgebildeten Gehäuses, welcher eine aus dem Stand der Technik bekannten Zündkerzenbohrung zur Aufnahme einer Zündkerze aufweist; und in
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2 eine Schnittansicht eines Teilbereichs eines Gehäuses für eine Verbrennungskraftmaschine, bei welcher gemäß einer Ausführungsform der Erfindung durch ein Halteelement ein Kühlkanal einer Kühlkanalanordnung der Verbrennungskraftmaschine bereichsweise begrenzt ist.
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1 zeigt eine bereichsweise Schnittansicht eines aus dem Stand der Technik bekannten Zylinderkopfes 70 eines hier nicht weiter dargestellten Verbrennungsmotors. Der Zylinderkopf 70 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine zwischen jeweiligen Ladungswechselkanälen 62, 64 angeordnete Zündkerzenbohrung 60 auf, innerhalb welcher eine hier nicht weiter dargestellte Zündkerze fixierbar ist. Der Zylinderkopf 70 weist ebenfalls einen gegossenen Wasserkanal 66 auf, mittels welchem der Zylinderkopf 70 von Kühlmittel durchströmbar und dadurch kühlbar ist. Der Wasserkanal 66 umgibt die Zündkerzenbohrung 60 zumindest bereichsweise und ist zwischen der Zündkerzenbohrung 60 und den jeweiligen Ladungswechselkanälen 62, 64 (welche z. B. als Auslasskanäle für heißes Abgas, oder als Einlasskanäle für beispielsweise Frischluft ausgebildet sind) in dem Zylinderkopf 70 angeordnet. Die abführbare Wärmemenge ist durch eine derartige Ausgestaltung des Wasserkanals 66, bei welchem jeweils eine Trennwand 68 den Wasserkanal 66 und die Zündkerzenbohrung 60 bzw. den Wasserkanal 66 und die jeweiligen Ladungswechselkanäle 62, 64 voneinander trennt, stark begrenzt. Deshalb kann es insbesondere bei hoher Wärmeentwicklung im Bereich der Zündkerzenbohrung 60 bzw. der Ladungswechselkanäle 62, 64 zu unzulässig hohen Temperaturen kommen. Die Temperaturen können besonders hohe Werte annehmen, wenn die Ladungswechselkanäle 62, 64 als Auslasskanäle gestaltet sind.
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Aus dem Stand der Technik ist also zusammenfassend bekannt, die Trennwand 68, welche auch als Steg bezeichnet wird, einerseits gegossen und ohne Hülse auszugestalten, wobei aufgrund der vorzuhaltenden minimalen Wandstärken der Trennwand 68 (Steg) sowohl zum Kanal (Ladungswechselkanal 62, 64) als auch zum Zündkerzengewinde (Zündkerzenbohrung 60) (inklusive der vorzuhaltenden Gusstoleranzen), wenn überhaupt dann nur ein sehr dünner Kühlwasserquerschnitt darstellbar ist.
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Wird andererseits und alternativ zum eben beschriebenen Ausführungsbeispiel aus dem Stand der Technik der Steg (Trennwand 68) gebohrt oder durch ein anderes spanendes Fertigungsverfahren gebildet, so ist nur ein runder Querschnitt darstellbar. Auch dadurch entstehen Einschränkungen im herstellbaren, maximalen Kühlwasserquerschnitt.
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2 zeigt eine bereichsweise Schnittansicht eines Gehäuses 20 gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung. Das Gehäuse 20 ist an einer hier stark vereinfacht angedeuteten Verbrennungskraftmaschine 10 angeordnet.
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Die Verbrennungskraftmaschine 10 kann beispielsweise als Kolbenmaschine und dementsprechend das Gehäuse 20 als Zylinderkopf ausgebildet sein. Alternativ dazu kann das Gehäuse 20 als Bestandteil einer als Wankelmotor oder als Gegenkolbenmotor ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine 10, um nur einige zu nennen. Innerhalb der Verbrennungskraftmaschine 10 bzw. innerhalb des Gehäuses 20 der Verbrennungskraftmaschine 10 verläuft eine Kühlkanalanordnung 50 zum Kühlen der Verbrennungskraftmaschine 10, wobei die Kühlkanalanordnung 50 wenigstens einen Kühlkanal 52 aufweist. Der Kühlkanal 52 bzw. die Kühlkanalanordnung 50 führt Kühlmittel 54. Des Weiteren verläuft der Kühlkanal 52 in dem Gehäuse 20 zwischen jeweiligen Kanälen 44, 46 in dem Gehäuse 20 und einer Öffnung 22, welche vorliegend als Bohrung ausgebildet ist. Innerhalb der Öffnung 22 ist ein Zündelement 40 aufgenommen, welches beispielsweise als Zündkerze oder Glühkerze oder alternativ dazu als Einspritzdüse ausgebildet ist. Das Zündelement 40 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel hier lediglich gestrichelt und stark vereinfacht angedeutet.
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Um einen verbesserten Einbau des Zündelements 40 zu ermöglichen und zusätzlich die Betriebssicherheit der Verbrennungskraftmaschine 10 durch verbesserte Wärmeabfuhr von dem Zündelement 40 an das Kühlmittel 54 des Kühlkanals 52 zu erreichen, ist in dem Gehäuse 20 bzw. in der Öffnung 22 ein Halteelement 30 (hier schraffiert dargestellt) angeordnet, mittels welchem das Zündelement 40 in der Öffnung 22 gehalten ist. Die Wärmeabfuhr bzw. der Wärmetransport und dadurch die Betriebssicherheit der Verbrennungskraftmaschine 10 ist im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsformen erheblich erhöht, da durch das Halteelement 30 der Kühlkanal 52 der Kühlkanalanordnung 50 bereichsweise begrenzt ist. Mit anderen Worten ist das vorliegend als Hülse ausgebildete Halteelement 30 dem Kühlmittel 54 ausgesetzt und wird dementsprechend von dem Kühlmittel 54 benetzt. Eine Außenwand des Halteelements 30 (Hülse) stellt also sozusagen eine Begrenzung 32 des Kühlkanals 52 dar, womit also mit anderen Worten durch das Halteelement 30 verhindert wird, dass Kühlmittel 54 in die Öffnung 22 einströmt. Um eine ausreichend hohe Dichtigkeit zu erreichen und dementsprechend zuverlässig zu verhindern, dass das Kühlmittel 54 an dem Halteelement 30 vorbei in die Öffnung 22 bzw. hin zu dem Zündelement 40 strömt, ist ein gemäß der Außenwand des Halteelements 30 umlaufender Kontaktbereich 26 zwischen dem Halteelement 30 und einer Öffnungswand 24 der Öffnung 22 als radialer Dichtsitz ausgebildet, mittels welchem der Kühlkanal 52 gegenüber einem Austreten des Kühlmittels 54 abgedichtet ist.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bestehen zwischen dem Halteelement 30 und der Öffnungswand 24 zwei Kontaktbereiche 26, welche an einander gegenüberliegenden Seiten des Halteelements 30 durch dessen Anlage an die Öffnungswand 24 ausgebildet sind. Die Öffnungswand 24 umfasst dabei die offene Seite des Kühlkanals 52, welche mittels des Halteelements 30 verschlossen ist, wobei das Halteelement 30 an einer zu dem Kühlkanal 52 der Kühlkanalanordnung 50 offenen Aufnahme 48 angelegt ist. Das Halteelement 30 ist dabei kraftschlüssig und zusätzlich oder alternativ stoffschlüssig an dem Gehäuse 20 und damit in der Aufnahme 48 sowie an den Kontaktbereichen 26 mit der Öffnungswand 24 der Öffnung 22 fixiert. Mit anderen Worten ist das Halteelement 30 also mittels eines Kraftschlusses 36 und zusätzlich oder alternativ mittels eines Stoffschlusses in der Aufnahme 48 gehalten. Die Kontaktbereiche 26 (radiale Dichtsitze) können dementsprechend als Presspassung und zusätzlich oder alternativ als Klebeverbindung ausgestaltet sein, um nur zwei Beispiele einer kraftschlüssigen und zusätzlich oder alternativ stoffschlüssigen Verbindung zu nennen. In diesem Zusammenhang ist klar, dass auch eine geeignete Schweiß- bzw. Lötverbindung möglich wäre. Denkbar wäre auch, das Halteelement 30 an den jeweiligen Kontaktbereichen 26 durch eine Schraubverbindung zu befestigen, wonach dementsprechend die Kontaktbereiche 26 und das Halteelement 30 miteinander korrespondierende Gewinde aufweisen würden. Dadurch würden zwar zwei Luftspalte an den jeweiligen Gewindeeingriffen entstehen, diese wären jedoch zumindest örtlich stark begrenzt, wodurch sich die isolierende Wirkung der Luft in den Luftspalten zumindest in Grenzen halten würde.
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Um das Zündelement 40 in dem Halteelement 30 aufzunehmen und dort zu fixieren, weist das Halteelement 30 auf seiner (dem Kühlkanal 52 abgewandten) zylindrischen Innenseite ein hier nicht detailliert dargestelltes Gewinde 34 auf, welches mit einem korrespondierenden, hier ebenfalls nicht detailliert dargestellten Gewinde des Zündelements 40 in Eingriff ist. Um eine hohe Betriebssicherheit durch hohe Steifigkeit zu erreichen, weist das über seine wesentliche Länge zylindrische Halteelement 30 einen Versteifungsbereich 38 auf, an welchem das überwiegend koaxial zu der Öffnung 22 verlaufende Halteelement 30 in einem Winkel (hier rechter Winkel) in Richtung der jeweiligen Kanäle 44, 46 abknickt. Zum Erreichen einer gezielten Versteifung kann der Abknickwinkel anwendungsbezogen dimensioniert sein, womit beispielsweise auch spitze oder stumpfe Winkel an der Außenseite (Begrenzung 32) des Halteelements 30 eingeschlossen sein können. Des Weiteren kann das Halteelement 30 zusätzlich oder alternativ dazu auch einen Außenkonus aufweisen und an den in diesem Fall korrespondierend dazu konisch ausgebildeten Kontaktberiechen 26 eingepresst sein.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 20 als Zylinderkopf ausgestaltet, wobei das Gewinde 34 (Innengewinde) des als Hülse ausgestalteten Halteelements 30 als Zündkerzengewinde ausgestaltet ist. Die Hülse wird erst nach dem Gießprozess, also nachdem das Gehäuse 20 in einem Gießverfahren hergestellt wurde, in das Gehäuse 20 eingebracht. Analog zum Prinzip einer nassen Zylinderlaufbuchse ist die Hülse (Halteelement 30), welche als Gewindebuchse ausgebildet ist, außen direkt im Kontakt mit dem Kühlwasser (Kühlmittel 54). Der Wasserkanal (Kühlkanal 52) kann entweder beim Gießen durch einen nach innen geschlossenen und dadurch deutlich stabileren Wasserkern hergestellt oder im Rahmen einer mechanischen Bearbeitung (z. B. Fräsen) in den Zylinderkopf (Gehäuse 20) eingebracht werden. Hierdurch ergibt sich ein erheblicher Toleranzvorteil. Die Abdichtung des Wasserraumes, welcher durch den Kühlkanal 52 bzw. die Kühlkanalanordnung 50 definiert ist, wird durch zwei Dichtsitze (die zwei Kontaktbereiche 26) an der Gewindebuchse bzw. Gewindehülse nach oben und unten sichergestellt.
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Durch diese vorteilhafte Verwendung des Halteelements 30 können größere Kühlwasserquerschnitte zwischen dem Kühlkanal 52 und dem Zündelement 40 (z. B. Zündkerze) dargestellt werden. Hierdurch ergeben sich in der Folge verbesserte Kühlbedingungen im Bereich der Kanalwand und der Zündkerze.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungskraftmaschine
- 20
- Gehäuse
- 22
- Öffnung
- 24
- Öffnungswand
- 26
- Kontaktbereich
- 30
- Halteelement
- 32
- Begrenzung
- 34
- Gewinde
- 36
- Kraftschluss
- 38
- Versteifungsbereich
- 40
- Zündelement
- 44
- Kanal
- 46
- Kanal
- 48
- Aufnahme
- 50
- Kühlkanalanordnung
- 52
- Kühlkanal
- 54
- Kühlmittel
- 60
- Zündkerzenbohrung
- 62
- Ladungswechselkanal
- 64
- Ladungswechselkanal
- 66
- Wasserkanal
- 68
- Trennwand
- 70
- Zylinderkopf
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008056154 A1 [0002]
- DE 19728947 A1 [0003]
