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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze einer Brennkraftmaschine, wobei die Zündkerze einen Dichtring zur Abdichtung an einem Außenumfang der Zündkerze mit einer doppelten C-Form aufweist.
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Brennkraftmaschinen verwenden zur Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches häufig Zündkerzen. Diese besitzen eine Mittelelektrode und eine Masseelektrode, welche durch einen Isolator getrennt sind und zwischen welchen ein Zündfunke gebildet werden kann. Zündkerzen umfassen üblicherweise ein Gehäuse mit einem Gewinde, über welches die Zündkerze in die Brennkraftmaschine eingebaut wird. Zur Abdichtung wird zwischen der Zündkerze und der Brennkraftmaschine ein Dichtring platziert.
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Bei der Verwendung serienmäßiger Dichtringe nach dem Stand der Technik wird der Dichtring beim Einbau in eine Brennkraftmaschine verformt. Sehr häufig treten während des Betriebs der Zündkerze Schwingungsspitzen und Temperaturbelastungen unter Druck auf, die die Dichtungseigenschaften der Dichtringe verringern. Dies führt dazu, dass elastische Verformungen dauerhaft in plastische Verformungen übergehen. Die fehlende Vorspannkraft des Dichtrings, ohne die elastische Verformung, kann zu einer Undichtigkeit zwischen der Zündkerze und der Brennkraftmaschine führen.
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Es wäre wünschenswert eine Zündkerze mit Dichtring zu besitzen, wobei der Dichtring seine elastischen Eigenschaften während des Einbaus der Zündkerze in die Brennkraftmaschine und während des Betriebs der Brennkraftmaschine aufrechterhält. Des Weiteren wäre es wünschenswert, wenn die Zündkerze mit Dichtring einfach in der Herstellung und preisgünstig in der Anschaffung ist, sowie wenn die Zündkerze einfach in der Handhabung und Montage ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Zündkerze einer Brennkraftmaschine gemäß dem Anspruch 1 weist demgegenüber einen Dichtring zur Abdichtung an einem Außenumfang der Zündkerze auf, welcher seine elastischen Eigenschaften während des Einbaus der Zündkerze in die Brennkraftmaschine und während des Betriebs der Brennkraftmaschine aufrechterhält. Des Weiteren ist die erfindungsgemäße Zündkerze mit Dichtring einfach in der Herstellung und preisgünstig in der Anschaffung. Durch die Abwesenheit von scharfen Kanten ist der erfindungsgemäße Dichtring ebenfalls einfach in der Handhabung und Montage. Dies wird durch einen Dichtring erreicht, welcher im Querschnitt eine doppelte C-Form aufweist. Die doppelte C-Form umfasst wenigstens eine erste und eine zweite Biegung, wobei die erste Biegung größer ist als die zweite Biegung. Dabei umschließt die erste Biegung die zweite Biegung und ist mit dieser über einen Verbindungsbereich verbunden.
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Um eine gute Dichtwirkung zu erreichen sollte der Dichtring in der Einbauposition vorzugsweise axial vorgespannt werden. Dabei wird er elastisch verformt und übt eine Kraft auf eine Auflagefläche der Zündkerze und eine Auflagefläche der Brennkraftmaschine aus. Die doppelte C-Form resultiert in zwei großen Biegeradien im Dichtring zwischen Zündkerze und Brennkraftmaschine. Durch die höhere Anzahl an Biegungen verteilen sich die mechanischen Spannungen im Betrieb, beispielsweise durch Druck oder Temperaturschwankungen, nicht nur auf eine Biegung, sondern auf mindestens zwei Biegungen. Ab einer bestimmten Spannung werden elastische Verformungen in plastischen Verformungen umgewandelt. Somit wird durch die Aufteilung der auf den Dichtring wirkenden Spannungen die Spannung pro Biegung reduziert, wodurch elastische Verformungen nicht mehr in plastische Verformungen umgewandelt werden.
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Durch den Einbau der Zündkerze in die Brennkraftmaschine kann beispielsweise eine axiale Kraft auf den Dichtring ausgeübt werden, welche in einer elastischen Verformung des Dichtrings resultiert. Die Ausführungen zum Dichtring beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf den unverformten Zustand.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise umfasst der Verbindungsbereich eine dritte Biegung. Diese kann die Spannungen im Dichtring weiter reduzieren und somit ungewollte plastische Verformungen vermeiden. Des Weiteren ist der Verbindungsbereich zwischen erster und zweiten Biegung über die dritte Biegung einfach zu fertigen.
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Weiter bevorzugt geht die dritte Biegung unmittelbar in die erste und zweite Biegung über. Dies führt zu einer kompakten Bauform des Dichtrings, womit dieser einfach und platzsparend zwischen Zündkerze und Brennkraftmaschine verbaut werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Dichtring eine vierte Biegung. Diese reduziert die Spannungen im Dichtring und somit ungewollte plastische Verformungen weiter. Durch die vierte Biegung können ebenfalls scharfe Kanten durch freie Enden vermieden werden und somit die Handhabung des Dichtrings verbessert werden.
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In einer bevorzugten Weiterbildung geht die erste Biegung unmittelbar in die vierte Biegung über. Dies führt zusätzlich zu einer kompakten Bauform des Dichtrings, womit dieser einfach und platzsparend zwischen Zündkerze und Brennkraftmaschine verbaut werden kann.
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Vorzugsweise ist der Querschnitt des Dichtrings offen. Dies resultiert in einer einfachen Herstellbarkeit aus einem Halbzeug wie beispielsweise einem Blechwerkstoff. Des Weiteren erlaubt der offene Querschnitt leichte Relativbewegungen der offenen Enden zueinander, wodurch Spannungsspitzen im Dichtring vermieden werden können.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung bilden ein erstes Ende und ein zweites Ende des Dichtrings einen Überlappungsbereich mit einer vorbestimmten Länge L1. Der Überlappungsbereich reduziert die Anzahl an hervorstehenden Kanten des Dichtrings. Durch eine Klemmkraft kann er verhindern, dass sich die Enden zueinander verschieben. Die vorbestimmte Länge L1 bezieht sich auf den nicht eingebauten Zustand des Dichtrings und kann sich im eingebauten Zustand verändern.
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Weiter vorteilhaft beträgt die Länge des Überlappungsbereichs L1 mindestens 1 mm. Durch die mindestens 1 mm lange Länge L1 kann verhindert werden, dass sich bei einer losen Überlappung der beiden Enden der Überlappungsbereich durch eine elastische Verformung auflöst. Bei einer festen Überlappung ermöglicht die Länge L1 einen ausreichend großen Kontaktbereich, welcher die Enden fixiert und ebenfalls verhindert, dass sich die Überlappung löst.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Krümmungsradius der dritten Biegung größer als der Krümmungsradius der vierten Biegung. Bei einem Überlappungsbereich im Bereich der vierten Biegung hat der Überlappungsbereich Einfluss auf den Biegeradius. Die dritte Biegung kann einen größeren Biegeradius aufweisen, da sie unabhängig vom Überlappungsbereich ist. Große Biegeradien sind einfacher zu fertigen und vermeiden Spannungsspitzen im Dichtring.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform zeigen Öffnungen der ersten und der zweiten Biegung radial nach innen. Somit kann der Dichtring optimal Druckschwankungen von innen abdichten.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel zeigen die Öffnungen der ersten und der zweiten Biegung radial nach außen. Somit kann der Dichtring optimal Druckschwankungen von außen abdichten.
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Vorteilhaft wird der Dichtring aus einem Blechwerkstoff gefertigt. Das Material des Blechwerkstoffs kann Stähle unterschiedlicher Güte umfassen, wie beispielsweise DC04 Stahl oder Edelstahl. Blechwerkstoffe aus Stahl weisen gute elastische Eigenschaften auf bei einer hohen Temperaturfestigkeit und einfachen Verarbeitbarkeit. Werkstoffe mit vergleichbaren oder besseren Eigenschaften sind ebenfalls als Material des Dichtrings denkbar.
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Weiter vorteilhaft beträgt der Biegewinkel der ersten Biegung mindestens 180°. Somit kann sichergestellt werden, dass die erste Biegung sowohl in Kontakt mit der Zündkerze ist, als auch mit der Brennkraftmaschine. Der Biegewinkel von mindestens 180° stellt ebenfalls sicher, dass der Dichtring vor allem auf Biegung belastet wird und wenige Druckkräfte aufnimmt.
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Alle Biegungen haben über die Länge der Biegung vorzugsweise einen konstanten Biegeradius. Leichte Abweichungen davon können fertigungsbedingt auftreten. Im eingebauten und eingespannten Zustand können die Biegungen ebenfalls variable Biegeradien aufweisen.
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Die erste und zweite Biegung sind vorzugsweise Koaxial zueinander angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Biegeachsen leicht versetzt zueinander angeordnet sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine beispielhafte erfindungsgemäße Zündkerze in einer Brennkraftmaschine mit einem Dichtring gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine schematische perspektivische Darstellung des Dichtrings von 1, und
- 3 eine schematische Schnittansicht eines Dichtrings von 2.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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1 zeigt eine halb geschnittene Ansicht einer Zündkerze 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der untere Teil der Zündkerze 1 ist über ein Gewinde 4 mit einer Brennkraftmaschine 2 verbunden. Der Ausschnitt kann beispielsweise einen Teil eines Zylinderkopfes darstellen, in welchem die Zündkerze 1 montiert ist. Alternativ kann die Zündkerze auch an jeglichem anderen Ort der Brennkraftmaschine 2 montiert sein. An der Unterseite der Zündkerze ist eine Mittelelektrode und eine Masseelektrode zu erkennen, welche über einen Zündfunken ein Luft-Brennstoffgemisch entzünden können. Dies führt zu einer schlagartigen Verbrennung des Luft-Brennstoffgemischs, was in einer hohen Temperatur und einem hohen Druck auf der Elektrodenseite der Zündkerze 1 resultiert.
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Zwischen zwei parallelen Flächen an der Außenseite der Zündkerze 1 und der Brennkraftmaschine 2 ist ein Dichtring 3 verbaut. Dieser dichtet einen Bereich zwischen der Zündkerze 1 und der Brennkraftmaschine 2 ab. Durch das Einschrauben der Zündkerze 1 in die Brennkraftmaschine 2 übt die Zündkerze 1 eine axiale Kraft auf den Dichtring 3 aus. Durch die axiale Kraft verformt sich der Dichtring 3 elastisch und übt eine Vorspannkraft zwischen Zündkerze 1 und Brennkraftmaschine 2 aus.
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2 zeigt das Ausführungsbeispiel des Dichtrings 3 im Detail. Der Dichtring 3 ist aus einem einzelnen, kontinuierlichen Stück Blech mit konstanter Wandstärke gefertigt. Der Dichtring 3 weist eine erste Biegung 31 und eine zweite Biegung 32 auf, welche koaxial zueinander angeordnet sind und radial nach außen geöffnet sind. Dabei hat die erste Biegung 31 einen größeren Biegeradius als die zweite Biegung 32 und umschließt diese.
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Der Biegeradius der ersten und zweiten Biegung 31, 32 ist über die Länge der Biegung weitestgehend konstant. Ein Biegewinkel α der ersten Biegung 31 ist etwas größer als 180° und ähnlich groß wie der Biegewinkel der zweiten Biegung 32. Die erste und zweite Biegung 31, 32 definieren im Wesentlichen eine doppelte C-Form.
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Am in axialer Richtung X-X ersten Ende des Dichtrings 3 wird die erste und zweite Biegung 31, 32 über einen Verbindungsbereich 35 verbunden. Der Verbindungsbereich 35 ist als dritte Biegung 33 ausgeführt, welche unmittelbar in die erste und zweite Biegung 31, 32 übergeht. Ein Biegewinkel der dritten Biegung 33 beträgt etwa 180°.
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Am in axialer Richtung X-X zweiten Ende des Dichtrings 3 geht die erste Biegung 31 unmittelbar in eine vierte Biegung 34 über. Die vierte Biegung 34 weist einen Biegewinkel von etwa 180° auf.
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Ein Querschnitt des Dichtrings 3 ist offen, wodurch der aus Blech hergestellte Dichtring ein erstes Ende 36 und ein zweites Ende 37 aufweist. Am Ende der vierten Biegung 34 befindet sich das zweite Ende 37 des Dichtrings 3. Das erste Ende 36 ist Teil der zweiten Biegung 32 und ist im Inneren der vierten Biegung 34 angeordnet. Dabei berühren und überlappen sich das erste und zweite Ende 36, 37 und bilden einen Überlappungsbereich 38. Das erste Ende 36 liegt somit zwischen dem zweiten Ende 37 und dem Übergang zwischen erster und vierter Biegung 31, 34.
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Zwischen dem ersten Ende 36 und dem Übergang zwischen erster und vierter Biegung 31, 34 liegt ein Spalt 39.
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Der Biegeradius der dritten Biegung 33 ist größer als der Biegeradius der vierten Biegung 34. Die erste und zweite Biegung 31, 32 weisen größere Biegeradien auf als die dritte und vierte Biegung 33, 34.
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Die dritte und vierte Biegung 33, 34 bilden eine Öffnung 3a des Dichtrings 3 mit doppelter C-Form. Zwischen der zweiten, dritten und vierten Biegung 32, 33, 34 ist ein Innenraum 40 gebildet. Die Höhe des Innenraums 40 in Axialrichtung ist in dem Ausführungsbeispiel höher als eine Höhe der Öffnung 3a ausgeprägt.
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Der Dichtring 3 nach dem Ausführungsbeispiel weist keine von außen zugänglichen Kanten auf.
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Die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels ermöglicht einen Dichtring 3, welcher aufgrund seiner Vielzahl an Biegungen seine elastischen Eigenschaften und seine Dichtungseigenschaften auch bei hohen Temperaturen und Schwingungen aufrechterhält. Die erfindungsgemäße Zündkerze mit Dichtring ist dabei einfach herzustellen und günstig in der Anschaffung.
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3 zeigt eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Dichtrings 3 nach dem Ausführungsbeispiel mit Bemaßung. R1 beschreibt den Außenradius der ersten Biegung 31 und liegt vorzugsweise zwischen 2,5 mm und 5 mm. R2 beschreibt den Innenradius der zweiten Biegung 32 und liegt vorzugsweise zwischen 1 mm und 3 mm, wobei R2 kleiner ist als R1. R3 beschreibt den Außenradius der dritten Biegung 33 und liegt vorzugsweise zwischen 1 mm und 2 mm. R4 beschreibt den Außenradius der vierten Biegung 34 und liegt vorzugsweise zwischen 0,7 mm und 1,8 mm, wobei R4 kleiner als R3 ist.
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Der Überlappungsbereich L1 ist vorzugsweise länger als 1 mm. Die Höhe O der Öffnung 3a in Axialrichtung liegt vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 3,3 mm. Eine Wandstärke W des Blechs, aus welchem der Dichtring 3 hergestellt wird, liegt vorzugsweise zwischen 0,3 mm und 0,8 mm. Der Spalt zwischen der ersten und der zweiten Biegung 31, 32 liegt vorzugsweise zwischen 0 mm und 0,3 mm. Die Höhe H des Dichtrings 3 in Axialrichtung beträgt vorzugsweise 2 mm bis 5 mm.
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Der innere Durchmesser D2 des Dichtrings 3 entspricht vorzugsweise dem Außendurchmesser des Gewindes 4 der Zündkerze 1. Gewinde 4 von Zündkerzen 1 liegen im Bereich von M8 bis M 18. Es sind jedoch auch erfindungsgemäße Dichtringe 3 für größere oder kleinere Gewinde 4 von Zündkerzen 1 möglich. Der Außendurchmesser D1 des Dichtrings 3 entspricht vorzugsweise dem Außendurchmesser eines Gehäuses 5 der Zündkerze 1, kann von diesem aber auch abweichen.
