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Die Erfindung betrifft eine Steckverbindung, einen Steckverbinder einer solchen Steckverbindung, ein Steckverbindungssystem mit einer solchen Steckverbindung und eine Brennkraftmaschine mit einem entsprechenden Steckverbindungssystem.
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In modernen Diesel-Brennkraftmaschinen werden teilweise Glühkerzen mit integrierten Zylinderdrucksensoren genutzt, die eine exaktere Steuerung von Betriebsparametern, die die in den Zylindern ablaufenden Brennprozesse beeinflussen, ermöglichen. Die Glühkerzen solcher Diesel-Brennkraftmaschinen weisen demnach jeweils nicht nur mindestens ein Kontaktelement zum Anschluss einer Glühvorrichtung an eine elektrische Spannungsquelle sondern zusätzlich mindestens ein weiteres Kontaktelement auf, durch das der dazugehörige Zylinderdrucksensor mit einer dessen Signale auswertenden Auswertevorrichtung, beispielsweise einer Motorsteuerung der Brennkraftmaschine, signalleitend verbunden werden kann.
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Aus Gründen einer vereinfachten Erstmontage und Wartung werden die Glühkerzen solcher Diesel-Brennkraftmaschinen mittels Steckverbindungen mit der dazugehörigen Verkabelung verbunden, wobei einer der Steckverbinder dieser Steckverbindungen in der Regel jeweils von den Glühkerzen selbst ausgebildet wird. Bei Glühkerzen mit integrierten Zylinderdrucksensoren müssen somit nicht nur die Glühkerzen beziehungsweise die von diesen ausgebildeten Steckverbinder eine entsprechend erhöhte Anzahl von Kontaktelementen aufweisen, sondern auch die mit diesen zusammenwirkenden Gegensteckverbinder.
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Eine Verbindung von Glühkerzen mit der dazugehörigen Verkabelung mittels Steckverbindungen ermöglicht zwar eine einfache Erstmontage und Wartung, weil die von der Verkabelung ausgebildeten Steckverbinder auf einfache Weise auf die von den Glühkerzen ausgebildeten Steckverbinder aufgesteckt und wieder abgezogen werden können. Die Verwendung von einfachen Steckverbindungen geht jedoch gleichzeitig mit einer relativ großen Gefahr unvollständiger Verbindungen einher, sofern die Steckverbindungen keine ausreichend deutliche Rückmeldung hinsichtlich eines erfolgten oder nicht erfolgten Erreichens einer vorgesehene Endstellung der Steckverbindung, in der die Kontaktelemente der Steckverbinder sicher und vollständig miteinander kontaktieren, bietet. Eine solche Rückmeldung kann insbesondere mittels einer geeigneten mechanischen Verriegelung realisiert werden, die selbsttätig beim Erreichen der Endstellung wirksam wird, was insbesondere optisch, akustisch und/oder taktil erkennbar sein kann.
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Aus der
DE 10 2005 014 203 A1 ist ein entsprechender Steckverbinder zum Aufstecken auf eine Glühkerze eines Dieselmotors bekannt. Mittels dieses Steckverbinders können sowohl die Glühkerze mit elektrischer Energie versorgt als auch Signale eines in die Glühkerze integrierten Sensors an ein Steuergerät des Dieselmotors übertragen werden. Der Steckverbinder umfasst Primärverriegelungsmittel, um diesen in seiner aufgesteckten Endlage zu sichern und Sekundärverriegelungsmittel, um die Primärverriegelungsmittel in ihrer verriegelnden Lage zu sichern.
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Ein dazu vergleichbarer Steckverbinder, ebenfalls mit mechanischen Verriegelungsmitteln, die eine Rastverbindung ausbilden sollen, ist aus der
DE 10 2007 031401 A1 bekannt.
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Die in der Regel sehr beengten Platzverhältnissen im Bereich der Zylinderköpfe von modernen Brennkraftmaschinen verhindern in vielen Fällen eine Verwendung von solchen Steckverbindern zum Aufstecken auf Glühkerzen oder andere Funktionselemente der Brennkraftmaschinen, deren mechanische Verriegelungsmittel eine ausreichende Rückmeldung über eine Erreichen der vorgesehenen Endstellung für die Steckverbinder gewährleisten.
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Die
DE 100 07 545 A1 offenbart verschiedene Steckverbindungen für ein elektrisches Hochspannungsverbindungssystem, durch das eine Zündkerze einer Brennkraftmaschine mit einer Zündspule elektrisch verbunden werden soll, wobei in den Steckverbindungen jeweils ein elektrisch leitfähiges Federelement zwischen den zu kontaktierenden Kontaktelementen angeordnet sind, um eine sichere Kontaktierung auch bei kleineren Relativbewegungen der Steckverbinder zu gewährleisten.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Steckverbindung anzugeben, die auch unter beengten Platzverhältnissen eine sichere Rückmeldung über das Erreichen einer vorgesehenen Endstellung für die Steckverbinder der Steckverbindung geben kann.
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Diese Aufgabe wird mittels einer Steckverbindung gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Ein konkreter Steckverbinder einer solchen Steckverbindung ist Gegenstand des Patentanspruchs 11, ein Steckverbindungssystem mit einer solchen Steckverbindung ist Gegenstand des Patentanspruchs 12 und eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Steckverbindungssystem ist Gegenstand des Patentanspruchs 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Steckverbindung und damit auch des erfindungsgemäßen Steckverbinders, des erfindungsgemäßen Steckverbindungssystems und der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, ein Erreichen einer vorgesehenen Endstellung von zwei zusammengesteckten Steckverbindern einer Steckverbindung auf sichere Weise elektrisch detektieren zu lassen. Dies ermöglicht durch eine einfache, kostengünstige und nur einen relativ kleinen Bauraum in Anspruch nehmende Integration von beispielsweise lediglich zwei Schaltkontaktelementen, die (erst) beim Erreichen der Endstellung miteinander kontaktieren, eine sichere Kontrolle des Erreichens der vorgesehenen Endstellung der Steckverbinder, indem ein solcher Kontakt mittels einer Auswertevorrichtung ermittelt und entsprechend ausgewertet wird.
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Dementsprechend ist eine Steckverbindung mit einem ersten Steckverbinder und einem zweiten Steckverbinder vorgesehen, wobei die Steckverbinder mindestens ein Kontaktelementepaar aufweisen, dessen Kontaktelemente in einer (definierten) zusammengesteckten Endstellung der Steckverbinder (die auch ein definierter Endstellungsbereich sein kann) kontaktieren. Eine solche Steckverbindung ist erfindungsgemäß weiterhin durch eine Schaltvorrichtung gekennzeichnet, die (erst) beim Erreichen der Endstellung (d.h. am Ende einer Verbindungssteckbewegung) einen Kontakt zwischen (mindestens) zwei Schaltkontaktelementen (bei denen es sich nicht um das Kontaktelementepaar handelt) öffnet oder schließt.
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Vorzugsweise kann dabei vorgesehen sein, dass einer der Steckverbinder in eine Funktionskomponente integriert ist, die wiederum insbesondere in ein Zylindergehäuse oder einen Zylinderkopf einer (erfindungsgemäßen) Brennkraftmaschine integriert ist. Bei der Funktionskomponente kann es sich insbesondere um eine Glühkerze, gegebenenfalls auch um eine Zündkerze der Brennkraftmaschine handeln.
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Mittels einer Auswertevorrichtung, die ein erfindungsgemäßes Steckverbindungssystem neben einer erfindungsgemäßen Steckverbindung zumindest noch umfasst und die mit den Schaltkontaktelementen signalleitend verbunden ist, kann ein Öffnen oder Schließen eines Kontakts der Schaltkontaktelemente als Erreichen der Endstellung ausgewertet werden. Dabei kann die Auswertevorrichtung ein erfolgtes oder nicht erfolgtes Erreichen vorzugsweise auch kommunizieren, beispielsweise akustisch und/oder optisch signalisieren und/oder an eine mit der Auswertevorrichtung signalleitend verbundene oder mit dieser integral ausgebildete Steuerungsvorrichtung übermitteln, die daraufhin beispielsweise eine von einem (hergestellten oder unterbrochenen) Kontakt der Kontaktelemente abhängende Funktionalität nur dann freigibt, wenn von der Auswertevorrichtung ein Erreichen der Endstellung signalisiert worden ist.
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Bei einer solchen Funktionalität kann es sich beispielsweise um eine Freigabe einer elektrischen Energiequelle, die mit dem oder zumindest einem von mehreren Kontaktelementepaaren der Steckverbindung verbunden ist, handeln. Ebenso (alternativ oder ergänzend) kann vorgesehen sein, dass eine solche Funktionalität eine Auswertung und/oder Verwendung von Signalen, die über das oder zumindest eines von mehreren Kontaktelementepaaren infolge eines bereits erfolgten, jedoch noch nicht vollständigen und somit gegebenenfalls nicht ausreichend sicheren Kontakts zwischen den Kontaktelementen bereits übermittelt wurden, umfasst.
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Folglich kann beispielsweise bei einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steckverbindung, bei der einer der Steckverbinder in eine Glühkerze integriert oder für ein Verbinden mit einer solche vorgesehen ist, eine Glühvorrichtung der Glühkerze erst dann von einer Energiequelle mit einer elektrischen Spannung, insbesondere Hochspannung, beaufschlagt werden, wenn von der Auswertevorrichtung das Erreichen der vorgesehenen Endstellung der Steckverbinder ermittelt worden ist. Eine Beaufschlagung von nur annähernd und/oder oder teilweise (hinsichtlich eines für einen vollständigen Kontakt vorgesehenen Kontaktbereichs) und/oder zeitweise („Wackelkontakt“) kontaktierenden Kontaktelementepaaren der Steckverbindung mit insbesondere einer elektrischen Hochspannung, die zu einer Beschädigung der Steckverbindung führen könnte, kann dadurch verhindert werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann bei einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steckverbindung, bei der die Funktionskomponente (insbesondere Glühkerze) einen Sensor, insbesondere Drucksensor, umfasst, vorgesehen sein, dass eine Auswertung und/oder Verwendung von Signalen des Sensors erst dann erfolgt, wenn von der Auswertevorrichtung das Erreichen der vorgesehenen Endstellung der Steckverbinder ermittelt worden ist. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass Kurzschlüsse dieser Signale untereinander oder eine unterbrochene Signalübertragung aufgrund einer nur annähernden und/oder teilweisen und/oder zeitweisen Kontaktierung des/der Kontaktelementepaars/-e zu einer verfälschten Auswertung und/oder Verwendung dieser Signale führen können. Dies kann insbesondere relevant sein, weil anhand der erhaltenen Signale nicht immer auf Kurzschlüsse dieser Signale und unterbrochene Signalübertragungen rückgeschlossen beziehungsweise zwischen diesen Fehlerquellen nicht immer eindeutig unterschieden werden kann.
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Sofern einer der Steckverbinder der Steckverbindung in ein einen Sensor, insbesondere Drucksensor, umfassendes Funktionselement, insbesondere eine Glühkerze, integriert ist, sollte vorgesehen sein, dass die Steckverbinder zumindest ein erstes Kontaktelementepaar und zumindest ein zweites Kontaktelementepaar aufweisen, wobei das erste Kontaktelementepaar einer Funktionseinheit (einer Glühvorrichtung bei einer Glühkerze) des Funktionselements und das zweite Kontaktelementepaar dem (dem von der Funktionseinheit unterschiedlichen) (Druck-)Sensor zugeordnet ist.
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Für eine gute Funktion der erfindungsgemäßen Steckverbindung sollte vorgesehen sein, dass ein Erreichen der Endstellung der Steckverbinder und damit eine sichere Kontaktierung der Kontaktelemente eindeutig ermittelt werden kann, indem die Schaltkontaktelemente beim Erreichen der Endstellung möglichst vollständig kontaktieren und vor einem Erreichen der Endstellung sicher nicht kontaktieren. Dies kann dadurch erreicht werden, dass das Öffnen und/oder das Schließen eines Kontakts zwischen den Schaltkontaktelementen (als Ausgangsgröße) ein bezogen auf die relative Steckbewegung der Steckverbinder (als Eingangsgröße) variant verzögertes Verhalten aufweist/-en und somit nicht ausschließlich von der Eingangsgröße sondern auch von dem vorherigen Zustand der Ausgangsgröße abhängt/-en (Hysterese-Funktionalität).
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In konstruktiv vorteilhafter Weise kann eine solche Funktionalität dadurch realisiert werden, dass zumindest eines der Schaltkontaktelemente als in Folge eines Zusammensteckens der Steckverbinder (durch direkten oder indirekten Kontakt mit einem der Steckverbinder) deformierbares Federelement ausgebildet ist, das beim Erreichen der Endstellung von einer zuvor stabilen Form in eine dann metastabile oder wiederum stabile Form überführt wird (Knackfrosch-Funktionalität), wobei diese zwischenzeitlich eine instabile Form aufweist. Diese Funktionalität kann insbesondere auf einem Beulen zumindest eines der Federelemente infolge der Deformation beruhen. Als „metastabiler“ Zustand wird erfindungsgemäß ein deformierter Zustand verstanden, in dem eine elastische Rückverformung nicht proportional zu einem Nachlassen einer die Deformation bewirkenden Belastung ist. Vielmehr muss zunächst ein relativ großes Nachlassen der Belastung erfolgen, bevor eine relevante Rückverformung einsetzt. Durch ein schlagartiges Überführen von einer zuvor stabilen Form eines derart ausgebildeten Schaltkontaktelements, in der dieses das andere Schaltkontaktelement infolge eines ausreichend hohen Kontaktdrucks funktionssicher kontaktiert oder infolge eines ausreichenden Abstandes sicher nicht kontaktiert, in die andere, metastabile oder stabile Form beim Erreichen der vorgesehenen Endstellung der Steckverbinder, in dem eine zuvor nicht erfolgte Kontaktierung funktionssicher hergestellt oder eine vorherige Kontaktierung sicher aufgehoben ist, können Relativstellungen der Steckverbinder, die nicht der vorgesehenen Endstellung entsprechen, bei denen jedoch die Schaltkontaktelemente bereits annähernd und/oder teilweise und/oder zeitweise kontaktieren, eindeutig als nicht der vorgesehenen Endstellung entsprechend identifiziert werden.
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Während es insbesondere aus Gründen einer eindeutigen Rückmeldung bezüglich eines vollständigen Zusammensteckens der Steckverbinder sinnvoll ist, einen Kontakt zwischen den Schaltkontaktelementen erst beim Erreichen der Endstellung zu öffnen oder zu schließen, kann es auch sinnvoll sein, dass die Schaltvorrichtung beim Verlassen der Endstellung den Kontaktzustand erst nach einer definierten Lösesteckbewegung wieder ändert, d.h. einen Kontakt wieder schließt oder öffnet. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass äußere Belastungen, denen eine solche erfindungsgemäße Steckverbindung ausgesetzt ist und die insbesondere in Verbindung mit Form- und Lagetoleranzen der Bauteile der Steckverbindung zu kleineren (zulässigen oder nicht vermeidbaren) Relativbewegungen zwischen den Steckverbindern führen können, zu der Ermittlung eines Verlassens der Endstellung führen. Folglich kann vorgesehen sein, dass eine einmal bis zum Erreichen der vorgesehenen Endstellung zusammengesteckte Steckverbindung als weiterhin ordnungsgemäß zusammengesteckt ermittelt wird, auch wenn die Steckverbindung wieder geringfügig, in definierten Grenzen in der Lösesteckrichtung belastet wird.
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In einer insbesondere aus konstruktiven Gründen bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steckverbindung kann vorgesehen sein, dass die zwei Schaltkontaktelemente in einen der Steckverbinder integriert sind. Ein solcher Steckverbinder für eine erfindungsgemäße Steckverbindung kann demnach mindestens ein Kontaktelement aufweisen, das dafür vorgesehen ist, ein Gegenkontaktelement eines Gegensteckverbinders in einer zusammengesteckten Endstellung der Steckverbinder zu kontaktieren, wobei eine Schaltvorrichtung, die derart ausgebildet ist, dass diese (erst) beim Erreichen der Endstellung einen Kontakt zwischen (mindestens) zwei Schaltkontaktelementen öffnen oder schließen würde, in dem Steckverbinder vorgesehen ist.
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Die Problematik einer nur teilweisen Kontaktierung der Kontaktelemente einer gattungsgemäßen Steckverbindung kann sich insbesondere dann ergeben, wenn die Kontaktelemente derart ausgebildet sind, dass diese beim Zusammenstecken der Steckverbinder gleitend kontaktieren und folglich derart zueinander verschoben werden, dass diese bis zum Erreichen der vorgesehenen Endstellung nach einem anfänglichen Kontakt über einen insbesondere kontinuierlich größer werdenden Kontaktbereich kontaktieren. Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung bietet sich daher insbesondere bei einer solchen Steckverbindung an.
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In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steckverbindung kann eine in der Endstellung wirksame (mechanische) Rastverbindung zwischen den Steckverbindern vorgesehen sein, um einen sicheren Zusammenhalt zwischen den Steckverbindern zu gewährleisten. Da eine solche Rastverbindung infolge der erfindungsgemäß vorgesehenen Schaltvorrichtung keine besonderen Anforderungen an eine Rückmeldung bezüglich eines Erreichens der vorgesehenen Endstellung leisten muss, kann diese in vorteilhafterweise ausschließlich hinsichtlich ihre Verbindungsfunktionalität ausgelegt werden. Dies ermöglicht insbesondere, die Rastverbindung so auszubilden, dass diese lediglich einen geringen Bauraum und/oder keinen zusätzlichen Platz für eine Handhabung erfordert.
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Als „Rastverbindung“ wird ein in zumindest einer Richtung wirksames formschlüssiges Zusammenwirken von mindestens zwei Rastverbindungselementen verstanden, wobei dieses Zusammenwirken bei entsprechender Positionierung der Rastverbindungselemente selbsttätig infolge einer elastischen Beaufschlagung zumindest eines der Rastverbindungselemente erfolgt.
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Die Rastverbindung kann bevorzugt derart ausgebildet sein, dass diese durch eine über einem Grenzwert liegende, in Lösesteckrichtung wirkende Kraft lösbar ist, ohne dass hierzu zumindest eines der Rastverbindungselemente direkt aktiv und insbesondere manuell beeinflusst werden muss. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein Rastvorsprung zur Ausbildung einer Rastverbindung elastisch in eine Rastvertiefung beaufschlagt ist, deren Tiefe in zumindest der Lösesteckrichtung kontinuierlich abnimmt, so dass durch eine Relativbewegung der Rastverbindungselemente der Rastvorsprung unter zunehmender elastischer Vorspannung vollständig aus der Rastvertiefung bewegt wird, wenn die die Relativbewegung bewirkende Kraft eine Grenzlösekraft überschreitet.
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Die Kontaktelemente und die gesamte Steckgeometrie der Steckverbinder können vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildet sein, um eine einfaches Zusammenstecken in beliebiger Drehausrichtung zu ermöglichen.
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Die unbestimmten Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt, jeweils in schematischer Darstellung:
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1: eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine;
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2: eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Steckverbindung in einem nicht vollständig zusammengesteckten Zustand;
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3: die Steckverbindung gemäß der 2 im vollständig zusammengesteckten Zustand;
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4: eine alternative Ausgestaltung einer Schaltvorrichtung für eine Steckverbindung gemäß beispielsweise der 3, wobei eine Kontakt zwischen den Schaltkontaktelementen geöffnet ist; und
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5: die Schaltvorrichtung gemäß der 4, wobei der Kontakt zwischen den Schaltkontaktelementen geschlossen ist.
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Die 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit einem nach dem Diesel-Prinzip betriebenen Verbrennungsmotor 10, der eine Mehrzahl von Zylindern 12 ausbildet. Die Zylinder 12 begrenzen gemeinsam mit darin auf und ab geführten Kolben und einem Zylinderkopf (nicht dargestellt) Brennräume, in denen Frischgas (Luft) gemeinsam mit Kraftstoff verbrannt wird. Der Kraftstoff wird dabei, gesteuert durch eine Auswerte- und Steuerungsvorrichtung 14 (Motorsteuerung), mittels nicht dargestellten Injektoren direkt in die Brennräume eingespritzt. Das Verbrennen des Kraftstoff-Frischgas-Gemisches führt zu zyklischen Auf- und Ab-Bewegungen der Kolben, die wiederum in bekannter Weise über nicht dargestellte Pleuel auf eine ebenfalls nicht dargestellte Kurbelwelle übertragen werden, wodurch die Kurbelwelle rotierend angetrieben wird. Das Frischgas wird dem Verbrennungsmotor 10 über einen Frischgasstrang zugeführt und dazu über eine Ansaugmündung 16 aus der Umgebung angesaugt, in einem Luftfilter 18 gereinigt und anschließend in einen Verdichter 20, der Teil eines Abgasturboladers ist, geführt. Das Frischgas wird mittels des Verdichters 20 verdichtet, anschließend in einem Ladeluftkühler 22 abgekühlt und den Brennräumen zugeführt. Der Antrieb des Verdichters 20 erfolgt mittels einer Turbine 24 des Abgasturboladers, die in einen Abgasstrang der Brennkraftmaschine integriert ist. Abgas, das bei der Verbrennung des Kraftstoff-Frischgas-Gemisches in den Brennräumen des Verbrennungsmotors 10 entsteht, wird über den Abgasstrang aus dem Verbrennungsmotor 10 abgeführt und durchströmt dabei die Turbine 24. Dies führt in bekannter Weise zu einem rotierenden Antrieb eines Turbinenlaufrads (nicht dargestellt), das über eine Welle 26 drehfest mit einem Verdichterlaufrad (nicht dargestellt) des Verdichters 20 verbunden ist. Der rotierende Antrieb des Turbinenlaufrads wird somit auf das Verdichterlaufrad übertragen.
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Um im Betrieb des Verbrennungsmotors 10 mit unterschiedlicher Last und unterschiedlichen Drehzahlen eine möglichst optimale Nutzung der Enthalpie des Abgases zur Erzeugung von Verdichtungsleistung mittels des Abgasturboladers realisieren zu können, kann die Turbine 24 des Abgasturboladers optional eine mittels der Motorsteuerung 14 ansteuerbare Vorrichtung zur variablen Turbinenanströmung (VTG) 28 aufweisen.
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Stromab des Verdichters 20 ist in die Ladeluftstrecke, d.h. den Abschnitt des Frischgasstrangs zwischen dem Verdichter 20 und dem Verbrennungsmotor 10, eine ebenfalls mittels der Motorsteuerung 14 ansteuerbare Regelklappe 30 integriert. Die primäre Funktion der Regelklappe 30 besteht darin, kurzfristig nach einem Beenden des Betriebs des Verbrennungsmotors 10 die Ladeluftstrecke zu verschließen, wodurch ein Nachströmen von bereits verdichtetem Frischgas in die Brennräume vermieden werden kann. Dadurch soll ein ungewolltes Nachlaufen des Verbrennungsmotors 10 infolge von Selbstzündungen von Kraftstoffresten in den Brennräumen im Beisein von nachgeströmtem Frischgas verhindert werden.
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In den Zylinderkopf des Verbrennungsmotors 10 sind weiterhin jeweils eine Glühkerze 32 für jeden der Brennräume integriert. Diese weisen jeweils eine in den dazugehörigen Brennraum ragende Glühvorrichtung 34 auf. Hierbei handelt es sich um ein elektrisches Widerstandselement, das sich bei einer Beaufschlagung mit einer von einer Spannungsquelle 38 zur Verfügung gestellten elektrischen Spannung stark erwärmt. Die Glühvorrichtungen 34 der Glühkerzen 32 dienen in bekannter Weise einer Vortemperierung der Brennräume für einen Start des Verbrennungsmotors 10, um die für das Diesel-Prinzip typische Selbstzündung des Kraftstoff-Frischgas-Gemisches auch bei kalten Brennraumtemperaturen zu gewährleisten.
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Neben einer Glühvorrichtung 34 umfasst jede der Glühkerzen 32 einen Drucksensor 36, der eine Messung des Druckverlaufs in dem dazugehörigen Brennraum ermöglicht. Die Messwerte der Drucksensoren 36 werden an die Motorsteuerung 14 übertragen und von dieser genutzt, um Betriebsparameter für den Betrieb der Brennkraftmaschine anzupassen.
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Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, die Brennkraftmaschine als frei saugend, d.h. ohne Verdichtung des dem Verbrennungsmotor 10 zuzuführenden Frischgases, auszuführen. Ebenfalls besteht die Möglichkeit, den Verdichter 20 auf andere Weise als mittels einer in den Abgasstrang integrierten Turbine 24, beispielsweise direkt oder indirekt von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 10 oder von einem separaten, insbesondere elektromotorischen Antrieb, antreiben zu lassen.
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Eine Übertragung elektrischer Energie von der Spannungsquelle 38 zu den Glühkerzen 32 und eine Übertragung von Messsignalen der Drucksensoren 36 von den Glühkerzen 32 zu der Motorsteuerung 14 wird mittels einer Verkabelung realisiert, die über erfindungsgemäße Steckverbindungen an die Glühkerzen 32 angeschlossen wird.
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Die 2 und 3 zeigen eine mögliche Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen (Koaxial-)Steckverbindung. Diese umfasst einen ersten, als Buchse ausgebildeten und in eine im Übrigen nicht dargestellte Glühkerze 32 integrierten Steckverbinder 40, der ein Gehäuse 42 aufweist, das eine abgestufte Aufnahmeöffnung zur Aufnahme eines zweiten, als Stecker ausgebildeten Steckverbinders 44 ausbildet. Innerhalb der Aufnahmeöffnung sind insgesamt vier buchsenförmige Kontaktelemente 46, 48 des ersten Steckverbinders 40 angeordnet. Ein zentrales Kontaktelement 46 dient dem Anschluss der Glühvorrichtung 34 der dazugehörigen Glühkerze 32 an die Spannungsquelle 38 einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine und kontaktiert dafür in einem zusammengesteckten Zustand der Steckverbindung innenseitig mit einem zentralen Kontaktelement 50, das, beispielsweise ausgebildet als Lamellenkontakt, an einem zentralen, stiftförmigen Abschnitt eines Gehäuses 52 des zweiten Steckverbinders 44 befestigt ist. Weiterhin sind in der Mantelfläche der Aufnahmeöffnung des ersten Steckverbinders 40 insgesamt drei äußere Kontaktelemente 48 angeordnet, deren Längsachsen 54 koaxial bezüglich der Längsachse 54 des zentralen Kontaktelements 46 und auch bezüglich der Längsachse des Gehäuses 42 des ersten Steckverbinders 40 angeordnet sind. Jeweils eines dieser äußeren Kontaktelemente 48 ist im Bereich jedes der Stufenabschnitte des Gehäuses 42 angeordnet, wobei der Innendurchmesser der Stufenabschnitte und der äußeren Kontaktelemente 48 in der Verbindungssteckrichtung 58 abnimmt. Die drei äußeren Kontaktelemente 48 des ersten Steckverbinders 40 sind für einen Kontakt mit drei ringförmigen äußeren Kontaktelementen 60 des zweiten Steckverbinders 44 vorgesehen, die, beispielsweise ausgebildet als Lamellenkontakte, auf der Außenseite eines ringförmigen Abschnitts des Gehäuses 52 des zweiten Steckverbinders 44, das außenseitig ringförmigen Abschnitts in zu dem Gehäuse 42 des ersten Steckverbinders 40 entsprechender Weise abgestuft ausgebildet ist, angeordnet sind. Die drei aus den äußeren Kontaktelementen 48 des ersten Steckverbinders 40 und den äußeren Kontaktelementen 60 des zweiten Steckverbinders 44 ausgebildeten Kontaktelementepaare dienen einer Versorgung des Drucksensors 36 der dazugehörigen Glühkerze 32 mit elektrischer Energie, beispielsweise über eine Motorsteuerung 14 (jeweils ein Kontaktelementepaar für einen Versorgungsanschluss und einen Masseanschluss), sowie einer Übertragung der Messwerte an eines solche Motorsteuerung 14.
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Die Gehäuse 42, 52 der beiden Steckverbinder 40, 44 bilden jeweils ein Rastverbindungselement aus, wobei diese in einer vorgesehenen Endstellung der Steckverbinder 40, 44 als Rastverbindung zusammenwirken. Das Rastverbindungselement des ersten Steckverbinders 40 ist in Form einer umlaufenden Rastnut 62, die das dazugehörige Gehäuse 42 auf seine Außenseite ausbildet, und das Rastverbindungselement des zweiten Steckverbinders 44 ist in Form eines umlaufenden Rastvorsprungs 64, den das dazugehörige Gehäuse 52 auf der Innenseite eines Hüllabschnitts ausbildet, ausgeführt. Ein bezüglich der Verbindungssteckrichtung 58 der Rastnut 62 vorgelagerter Abschnitt ist in Form einer umlaufenden Rampe 66 mit kontinuierlich größer werdendem Durchmesser ausgeführt, wodurch der den Rastvorsprung 64 umfassende Abschnitt des Gehäuses 52 des zweiten Steckverbinders 44 beim Aufstecken auf den ersten Steckverbinder 40 kontinuierlich elastisch aufgeweitet wird, bis der Rastvorsprung 64 die Rastnut 62 erreicht und infolge der elastischen Rückstellwirkung in diese einrastet. Die so ausgebildete Rastverbindungen dient einer dauerhaft sicheren Verbindung zwischen den Steckverbindern 40, 44.
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Für einen dauerhaft fehlerfreien Betrieb der über die Steckverbindung an eine Verkabelung angeschlossenen Glühkerze 32 und damit der die Glühkerze 32 umfassenden Brennkraftmaschine ist es daher erforderlich, dass ein Zusammenstecken der Steckverbinder 40, 44 im Rahmen einer Erstmontage oder bei Wartungsarbeiten auch tatsächlich bis zum Erreichen dieser vorgesehenen Endstellung erfolgt. Sinnvoll ist es daher, das Erreichen der Endstellung beim Zusammenstecken der Steckverbinder 40, 44 durch eine geeignete Rückmeldung zu signalisieren. Da die optische und taktile Rückmeldung durch das Einrasten des Rastvorsprungs 64 in die Rastnut 62 hierfür gegebenenfalls nicht ausreichend ist, ist erfindungsgemäß eine Schaltvorrichtung vorgesehen, die beim Erreichen der Endstellung einen Kontakt zwischen zwei Schaltkontaktelementen 68, 70 schließt, was mittels einer Auswertevorrichtung, beispielsweise der Motorsteuerung 14 einer Brennkraftmaschine gemäß der 1, ermittelt werden kann. Diese Information kann dann beispielsweise optisch an eine das Zusammenstecken der Steckverbinder 40, 44 vornehmende Person signalisiert oder als Voraussetzung für die Freigabe einer von einem sicheren Kontakt der Kontaktelementepaare der Steckverbindung abhängenden Funktionalität, beispielsweise einer Versorgung der Glühvorrichtung 34 der Glühkerze 32 mit elektrischer Energie und/oder einer Auswertung der von dem Drucksensor 36 übertragenen Messwerte, genutzt werden. Ein eindeutiges Feststellen des Erreichens der Endstellung kann bei einer Steckverbindung gemäß den 2 und 3 insbesondere auch aus dem Grund sinnvoll sein, weil, wie sich aus der 2 ergibt, sämtliche der Kontaktelementepaare bereits kontaktieren, bevor die Endstellung erreicht ist. Somit kann ein nicht erfolgtes Erreichen der Endstellung bei einer solchen Steckverbindung auch nicht sicher dadurch ermittelt werden, dass die angesprochenen Funktionalitäten infolge eines fehlenden Kontakts der Kontaktelementepaare nicht zur Verfügung stehen.
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In der in den 2 und 3 dargestellten Steckverbindung sind die in den ersten Steckverbinder 40 integrierten Schaltkontaktelemente 68, 70 in Form von schneckenförmig oder abwechselnd gekrümmt verlaufenden, länglichen Federblechen ausgebildet, deren Kontaktbereiche im unbelasteten Zustand aufgrund eines ausreichend groß dimensionierten Abstands sicher nicht kontaktieren (vgl. 2). Ein Kontakt der Schaltkontaktelemente 68, 70 wird vielmehr erst dann geschlossen, wenn das obere Schaltkontaktelement 68 infolge eines Kontakts mit einer Stirnseite des ringförmigen Abschnitts des Gehäuses 52 des zweiten Steckverbinders 44 so weit in Richtung des unteren Schaltkontaktelements 70 ausgelenkt wurde, dass dieses durch Beulen in eine neue, metastabile Form umschlägt, in der dieses das untere Schaltkontaktelement etwas hintergreift und dadurch sicher kontaktiert. Die Anordnung und Auslegung der Schaltkontaktelemente 68, 70 ist dabei derart, dass das Umschlagen des oberen Schaltkontaktelements 68 im Wesentlichen gleichzeitig mit der Ausbildung der Rastverbindung zwischen den beiden Gehäusen 42, 52 erfolgt. Dies ermöglicht eine eindeutige Ermittlung des Erreichens der Endstellung für die zusammengesteckten Steckverbinder 40, 44.
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Ein Lösen der Steckverbindung kann auf einfache Weise durch das Aufbringen einer Zugkraft auf den zweiten Steckverbinder 44 realisiert werden, die ausreichend hoch ist, um ein Aufweiten des den Rastvorsprung 64 aufweisenden Abschnitts des Gehäuses 52 des zweiten Steckverbinders 44 durch ein Zusammenwirken des Rastvorsprung 64 mit der die Rastnut 62 in der der Verbindungssteckrichtung entgegengesetzt gerichteten Lösesteckrichtung begrenzenden, schräg ausgerichteten Begrenzungswand 56 zu bewirken. Dabei wird auch der Kontakt zwischen den Schaltkontaktelementen 68, 70 wieder geöffnet, wobei dies infolge der metastabilen Form, die das obere Schaltkontaktelement 68 in dem das untere Schaltkontaktelement 70 kontaktierenden Zustand aufweist, erst nach einer zwar relativ kleinen, jedoch definierten Lösesteckbewegung erfolgt, weil dann die anhaltende Belastung des oberen Schaltkontaktelements 68 durch das Gehäuse 52 des zweiten Steckverbinders 44 soweit reduziert ist, dass die elastische Rückstellwirkung des deformierten oberen Schaltkontaktelement 68 ausreichend hoch ist, um dessen metastabile Form zu überwinden. Dadurch schlägt das obere Schaltkontaktelement 68 wieder in die in der 2 dargestellte Form um. Auf diese Weise ist folglich auch ein Verlassen einer einmal erreichten Endstellung und damit ein Lösen der Rastverbindung eindeutig ermittelbar, was gegebenenfalls als entsprechende Meldung ausgegeben werden kann.
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Dadurch, dass das obere Schaltkontaktelement 68 beim Lösen der Steckverbindung wieder in die unbelastete Ausgangsstellung umschlägt, kann dieses bei einem erneuten Zusammenstecken wiederum das Erreichen der vorgesehenen Endstellung signalisieren. Möglich ist aber auch eine Ausgestaltung, bei der die Schaltkontaktelemente 68, 70 nach einem erstmaligen Kontakt nicht wieder durch einen Lösen der Steckverbindung außer Kontakt gebracht werden. Dies kann konstruktiv einfacher umsetzbar sein, verhindert jedoch den Vorteil einer erneuten bestimmungsgemäßen Verwendung, ohne dass die Schaltkontaktelemente 68, 70 auf andere Weise wieder außer Kontakt gebracht werden müssten.
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In den 4 und 5 ist eine alternative Ausgestaltung für eine Schaltvorrichtung einer erfindungsgemäßen Steckverbindung dargestellt. Bei dieser sind die Schaltkontaktelemente 68, 70 in Form von ringförmigen Tellerfedern ausgebildet, wobei das untere Schaltkontaktelement 70 (mit einem mittigen Abschnitt) in Richtung des oberen Schaltkontaktelement gebogen ausgebildet sein kann. Das obere Schaltkontaktelement 68 weist dagegen in dem unbelasteten Zustand gemäß der 4 eine relativ geringfügige Biegung (in einem mittigen Abschnitt) in Richtung des unteren Schaltkontaktelements 70 auf, durch die ein Umschlagen ausgehend von der dargestellten stabilen Form in eine metastabile oder stabile Form, in der die Schaltkontaktelemente kontaktieren (vgl. 5), realisiert werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungsmotor
- 12
- Zylinder
- 14
- Auswerte- und Steuerungsvorrichtung / Motorsteuerung
- 16
- Ansaugmündung
- 18
- Luftfilter
- 20
- Verdichter
- 22
- Ladeluftkühler
- 24
- Turbine
- 26
- Welle
- 28
- Vorrichtung zur variablen Turbinenanströmung
- 30
- Regelklappe
- 32
- Glühkerze
- 34
- Glühvorrichtung
- 36
- Drucksensor
- 38
- elektrische Spannungsquelle
- 40
- erster Steckverbinder
- 42
- Gehäuse des ersten Steckverbinders
- 44
- zweiter Steckverbinder
- 46
- zentrales Kontaktelement des ersten Steckverbinders
- 48
- äußeres Kontaktelement des ersten Steckverbinders
- 50
- zentrales Kontaktelement des zweiten Steckverbinders
- 52
- Gehäuse des zweiten Steckverbinders
- 54
- Längsachse des ersten Steckverbinders, des zweiten Steckverbinders und der Kontaktelemente
- 56
- Begrenzungswand der Rastnut
- 58
- Verbindungssteckrichtung
- 60
- äußeres Kontaktelement des zweiten Steckverbinders
- 62
- Rastnut
- 64
- Rastvorsprung
- 66
- Rampe
- 68
- Schaltkontaktelement
- 70
- Schaltkontaktelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005014203 A1 [0005]
- DE 102007031401 A1 [0006]
- DE 10007545 A1 [0008]
