-
Die Erfindung betrifft einen Zündkerzenstecker umfassend einen Steckerkörper mit einer Zündkerzenhochspannungskontaktierung zur Verbindungsherstellung zu und mit einer Zündkerze, ausgebildet als Isolator, einem auf der Zündkerzenhochspannungskontaktierungs-fernen Seite in den Steckerkörper eintretendes Zündkabel, zur Übertragung einer Zündspannung einer Zündspannungsquelle an die Zündkerze.
-
Unter einem Zündkerzenstecker sind auch Zündkerzenverlängerungen bzw. Zündspulenverlängerungen und dgl. zu verstehen, die zur Kontaktierung von Zündkerzen sämtlicher Bauformen dienen. Unter Zündkerzen sind u. a. herkömmliche Zündkerzen zur Erzeugung eines Hochspannungsfunken zu verstehen. Weiter sind unter Zündkerzen auch andere Zündmittel zu verstehen, die der Entflammung eines Gas- bzw. Kraftstoff-Luft-Gemisches im Brennraum eines Motors dienen.
-
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Zündkerzenstecker, Zündkerzenverlängerungen sowie Zündkerzenhochspannungskontaktierungen bekannt.
-
Zündkerzenstecker übertragen Zündspannungen bis zu 50.000 Volt von einer Zündspule auf die Zündkerze und sollen dabei unter extremen Umgebungsbedingungen, wie einer starken Temperaturwechselbeanspruchung sowie hohen und andauernden Betriebstemperaturen als auch in Umgebungen mit aggressive Medien eine Lebensdauer von 30.000 Betriebsstunden und mehr aufweisen. Die Isolatoren von Zündkerzensteckern müssen dabei ca. 10.000 bis 30.000 Volt dauerhaft, ggf. auch Spitzenwerten von 50.000 Volt, standhalten und werden nach dem Stand der Technik über die gesamte Länge aus hochwertigem, teurem PTFE hergestellt. Dabei bildet der Isolator gleichzeitig die mechanisch tragende Struktur des Steckers.
-
Ein Zündkerzenstecker ist unter anderem aus der
DE 196 112 83 C1 bekannt. Es ist eine Zündverbindung für Verbrennungsmotoren mit einem Zündkerzenstecker bekannt, wobei der Zündkerzenstecker mit einem Steckkontakt für den Elektrodenanschluss einer Zündkerze, mit einer den Steckkontakt umhüllenden Steckerhülse und mit einem Anschluss für ein Zündkabel versehen ist. Weiter weist der Zündkerzenstecker noch folgende Merkmale in der Kombination auf: Der Zündkerzenstecker besteht aus einer einteiligen, steifen und tragenden Steckerhülse aus einem isolierenden Werkstoff mit hohem Schmelzpunkt und hoher Spannungsfestigkeit, wie Polytetrafluorethylen (PTFE), wobei die Steckerhülse in dem Kerzenschacht eines Motorzylinders, gegenüber diesem abgedichtet und elastisch führbar ausgebildet ist. Die Steckerhülse ist gegenüber dem in sie eingeschobenen Keramikschaft der Zündkerze ebenfalls abgedichtet und elastisch führbar. Weiter ist in der Steckerhülse ein Keramikinlet vorgesehen, das den Steckkontakt und den Zündkabelanschluss aufweist, wobei der Steckkontakt und der Zündkabelanschluss derart isoliert im Keramikinlet eingebettet sind, dass die Keramik in axialer Richtung über den Steckkontakt und den Anschluss für das Zündkabel übersteht.
-
Weiter ist aus der
DE 10 2010 016 881 ein elektrisches Bauteil mit elektrischem Funktionsteil und einem Isolator für Hochspannungsanwendungen, insbesondere Zündanlagen bekannt, wobei der Isolator ein Hohlkörper ist und das elektrische Funktionsteil im Hohlkörper in einer Vergussmasse eingefügt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator aus Polyphenylensulfid mit Glasfaseranteil besteht.
-
Bedingt durch größere Motoren und neue Konstruktionsmodelle für Motoren bedarf es sehr langer Zündkerzenstecker, die beispielsweise durch einen Schaft im Motorblock eine Kontaktierung einer Zündkerze mit einer Hochspannungsquelle oder dgl. realisieren. Zündkerzenstecker werden aktuell in Längen von bis zu einem Meter gefertigt und sind beispielsweise vollständig aus Polytetrafluorethylen (PTFE) gefertigt, was zu erheblichen Kosten führt. Auf Grund Ihres hohen Gewichtes sind die Zündkerzenstecker anfällig gegenüber starken Motorvibrationen, wodurch deren Lebensdauer stark eingeschränkt ist. Gleichzeitig müssen die Zündkerzenstecker jedoch hohe Spannungen isolieren können, so dass besondere Anforderungen an diese Zündkerzenstecker in Bezug auf Festigkeit, Gewicht und insbesondere Isolationsfähigkeit bestehen.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zündkerzenstecker aufzuzeigen, der es ermöglicht, die Beanspruchung von Zündkerzensteckern auf Grund von Massenvibrationen zu reduzieren, wobei gleichzeitig die isolierende Wirkung auf einem sehr hohen Niveau realisiert werden soll. Insbesondere sollen die Materialkosten hierbei möglichst gering ausfallen, wobei jedoch die Lebensdauer erhöht werden soll.
-
Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Anordnung nach Anspruch 1.
-
Dadurch, dass der Steckerkörper eine Verbindungsstelle auf der Zündkerzenhochspannungskontaktierungs-fernen Seite zur Aufnahme, Lagerung und/oder Verbindung eines den Zündstecker erweiternden Strukturelementes aufweist, und dass das Strukturelement an der Verbindungsstelle derart angeordnet ist, dass das Strukturelement den Steckerkörper auf der Zündkerzenhochspannungskontaktierungs-fernen Seite verlängert, wobei das Zündkabel von dem Strukturelement über dessen Länge gehalten und/oder geführt ist, ist das Gewicht des gesamten Zündkerzensteckers deutlich gegenüber den im Stand der Technik bekannten Zündkerzensteckern reduziert, wobei jedoch die Eigenschaften eines herkömmlichen Steckerkörpers erhalten bleiben.
-
Insbesondere werden durch entsprechende Massenreduktion die Kontaktbeanspruchungen bei Motorvibrationen deutlich verringert, was zu einer deutlich erhöhten Lebensdauer des Zündkerzensteckers führt, da der Kontaktverschleiß deutlich geringer ist.
-
Ein weiterer besonderer Vorteil ist es, dass das Material des Strukturelementes eine höhere Steifigkeit und höhere spezifische Festigkeit und/oder eine geringere Dichte als das Material des Steckerkörpers aufweist. Auf diese Weise ist es möglich das Gewicht weiter zu reduzieren, ohne die Bauteilfestigkeit einzuschränken.
-
Das Material des Steckerkörpers ist Polytetrafluorethylen (PTFE), Keramik und/oder ein Kunststoff. Das Material des Strukturelementes ist ein Kunststoff, bevorzugt versehen mit Verstärkungsfasern, besonders bevorzugt ein Hochleistungskunststoff mit einer Schlagzähigkeit von 9 bis 12 kJ/m2, einer Wärmeformbeständigkeit bis ca. 260°C und/oder einer hohen Schmelztemperatur von 280°C, versetzt mit einem Glasfaseranteil von 20 bis 50%, insbesondere 30 bis 40%. Besonders bevorzugt besteht das Strukturelement aus Polyphenylensulfid (PPS) mit einem Glasfaseranteil von 30 bis 40%, bevorzugt 40% (GF40), wobei dieses Material das beste Kosten-/Nutzenverhältnis und die beste dauerhafte Leistung in Bezug auf die Stabilität nach entsprechenden Versuchsreihen aufweist.
-
Weiter ist das Zündkabel von der Verbindungsstelle, kommend aus dem Steckerkörper, innerhalb des Strukturelementes geführt, wobei bevorzugt die Zündkabeldurchführung innerhalb des Strukturelementes als Kanal, besonders bevorzugt als geschlossener Kanal ausgebildet ist, und einen größeren Durchmesser aufweist als der Außendurchmesser des Zündkabels.
-
Wenn die Verbindungsstelle bzw. das Verbindungselement eine dauerhafte Verbindung zwischen dem Steckerkörper und dem Strukturelement ausbildet, wobei die Verbindung des Steckerkörpers und dem Strukturelement durch eine Klebung, eine Verschraubung, ein Bajonettverschluss, eine Verpressung und/oder eine Verschweißung hergestellt ist, ist eine schlüssige Verbindung realisiert. Eine entsprechende Ausgestaltung kann auch auf der Verbindungsstellen-fernen Seite vorgesehen sein, um das Strukturelement zu befestigen.
-
Dadurch, dass das Strukturelement auf der Zündkerzenhochspannungskontaktierungs-fernen Seite einen Kabelaustritt aufweist, wobei bevorzugt der Kabelaustritt das Zündkabel fest arretiert und/oder gegen äußere Einflüsse abdichtet, besonders bevorzugt als Silikon- oder Gummitülle ausgebildet ist, ist zum einen ein guter Sitz garantiert und zum anderen ist das Innenleben vor äußeren Einflüssen geschützt.
-
Zur weiteren Verbesserung weist das Strukturelement ein Befestigungs- und/oder Halterungsmittel zur Befestigung und/oder seitlichen Führung des Strukturelementes an einem relativ zur Zündkerze ortsfesten Punkt, bevorzugt am Motor, besonders bevorzugt im oder am Zündkerzenschaft, -schacht und/oder Ventildeckel, aufweist, wobei die Befestigung bevorzugt als Flansch, ausgebildet ist. Der Flansch dient dabei gleichzeitig als Fang- und Prallplatte für im Fall von Motorfehlfunktionen explosionsartig herausgeschleuderten Zündkerzenfragmenten und schützt Servicepersonal vor Verletzungen. Alternativ dient zur Führung bzw. zur Befestigung eine Gummitülle oder eine Gummikappe.
-
Weitere mögliche vorteilhafte Ausgestaltungen sind gegeben, wenn der hier vorliegende Erfindungsgegenstand mit den erfindungsgemäßen Gegenständen der Druckschriften
DE 196 1128301 und
DE 10 2010 016 881 , die eingangs im Stand der Technik gewürdigt wurden, kombiniert wird.
-
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben.
-
Darin zeigen:
-
0 eine schematische Darstellung eines Zündkerzensteckers des nächstkommenden Standes der Technik;
-
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Zündkerzensteckers;
-
2a eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Strukturelements für einen Zündkerzenstecker;
-
2b eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Steckerkörpers (Isolator) für einen Zündkerzenstecker;
-
3 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Zündkerzensteckers in einer Schnitt-Darstellung;
-
4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Zündkerzensteckers in einer Schnitt-Darstellung mit einem Flansch sowie einer End-Gummikappe und
-
5 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Zündkerzensteckers in einer Schnitt-Darstellung mit einer End-Gummikappe und einer Gummitülle.
-
In 0 ist eine schematische Darstellung eines Zündkerzensteckers des nächstkommenden Standes der Technik dargestellt.
-
Der Zündkerzenstecker 1 besteht aus einem Steckerkörper 21, der als Isolator ausgebildet ist. Im Inneren des Steckerkörpers 21 ist ein Zündkabel 3 geführt, dass die Zündspannung von einer Zündspannungsquelle 5 an die Zündkerze 6 leitet. Im Inneren ist weiter noch ein Entstöreinsatz 33 dargestellt, wobei der Entstöreinsatz 33 ein integriertes Entstörelement 331 aufweist.
-
Das Material des Steckerkörpers 21 besteht aus Polytetrafluorethylen (PTFE). Dieses Material ist über die gesamte Länge des Steckerkörpers 21 ausgeführt. Die Länge eines derartigen Zündkerzensteckers 1 kann bis zu einem Meter betragen.
-
Die Kosten für einen derartig ausgestalteten Steckerkörper 21 sind jedoch bereits auf der Materialseite sehr hoch, weshalb günstigere Alternativen als Isolatormaterial verwendet wurden, die jedoch nicht die gleichen Eigenschaften aufweisen, wie es das Polytetrafluorethylen (PTFE) aufweist. Insbesondere dessen sehr gute Isolierwirkung ist der Hauptgrund für die bevorzugte Verwendung als Material für Zündkerzenstecker 1. Es liegt ein durchgängiger Isolierkörper vor.
-
Am Hochspannungskontakt-fernen Ende weist der Zündkerzenstecker 1 eine Abdichtung auf, die gleichzeitig dafür sorgt, dass keine Verunreinigungen in den Innenraum des Steckerkörpers 21 eintreten und weiter das Zündkabel 3 gehalten bzw. zugentlastet wird.
-
In 1 ist eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Zündkerzensteckers 1 dargestellt.
-
Der Zündkerzenstecker 1 weist nunmehr zwei unterschiedliche Bereiche auf: einen ersten Bereich, den Steckerkörper 21, der dem Stand der Technik entsprechend der 0 auf den ersten 10 bis 20 cm (Nahbereich zur Zündkerze) ähnelt, und einem zweiten Bereich, dem Strukturelement 22.
-
Das Strukturelement 22 ist an einer Verbindungsstelle bzw. über ein Verbindungselement 23 mit dem Steckerkörper 21 verbunden. Der Steckerkörper 21 übernimmt nunmehr die gleiche oder ähnliche Funktion des Steckerkörpers 21 wie in 0 ausgebildet und dargestellt.
-
Der Steckerkörper 21 ist in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls aus Polytetrafluorethylen (PTFE) ausgebildet um im Nahbereich der Zündkerzenankopplung eine ausreichende Isolierung zu realisieren. Das Strukturelement 22 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus Polyphenylensulfid (PPS) mit einem Glasfaseranteil von 40% (GF40) und bildet ein haltendes, minderwertiger isolierendes Strukturelement 22 aus. Das Strukturelement 22 ist ein mechanisch tragendes Teil und dient zur Führung und Positionierung des Zündkabels 3, weniger der Isolation des Zündkerzensteckers 1.
-
Versuche, Simulationen und Berechnungen haben in diesem Zusammenhang ergeben, dass lediglich der Nahbereich des Steckerkörpers 21 zur Zündkerze 6 über eine Länge von etwa 10 bis 20 cm isoliert werden muss, so dann wäre die notwendige Isolierung gewährleistet. Gleichwohl ist es notwendig nunmehr den Zündkerzenstecker über die restliche Länge auszugestalten, was über das Strukturelement 22 nunmehr gewährleistet ist.
-
In 2a ist eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Strukturelements 22 für einen Zündkerzenstecker 1 dargestellt.
-
Das Strukturelement 22 weist im Wesentlichen die Bestandteile auf, die aus 1 bereits dargelegt wurden. Insbesondere ist hier der Übergangsbereich zum Steckerkörper, nämlich die Verbindungsstelle 23, dargestellt. Die Verbindung des Strukturelementes 22 mit dem Steckerkörper 21 kann beispielsweise über eine Rastung, eine Verschraubung, einen Bajonett-Verschluss, eine Klemmung oder eine Klebung erfolgen. Alternativ können die Werkstoffe auch über ein Schweißverfahren, bevorzugt ein Ultraschall-Schweißverfahren ggf. über ein eingesetztes Kontaktierelement mit einander verbunden werden.
-
Das Strukturelement 22 ist insbesondere in einer bevorzugten Ausgestaltung formbeständig, hat einen Material-Schmelzpunkt von ca. 280°C und ist unempfindlich gegenüber Chemikalien.
-
Das Strukturelement 22 kann insbesondere kostengünstig im Spritzgussverfahren hergestellt werden und kann in verschiedenen Längenabstufungen am Lager vorrätig gehalten werden.
-
In 2b ist eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Steckerkörpers 21 (Isolator) für einen Zündkerzenstecker 1 dargestellt.
-
Der Steckerkörper 21 weist im Wesentlichen die Elemente auf, die aus 0 bekannt sind, ergänzt um die Verbindungsstelle bzw. das Verbindungselement 23. Die Hülse besteht insbesondere aus Polytetrafluorethylen (PTFE).
-
In 3 ist eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Zündkerzensteckers 1 in einer Schnitt-Darstellung dargestellt.
-
Als weitere wesentlichen Elemente des Zündkerzensteckers 1 sind noch die Zündkerzenhochspannungskontaktierung 35 zur Zündkerze 6, sowie die Hochspannungskontaktierung 34 zu nennen. Das Zündkabel 3 besteht im Wesentlichen aus einem Hochspannungsleiter 31 und einer Hochspannungsisolierung 32.
-
Weiter ist noch das Vergussmaterial 4 zu erwähnen, dass hier bevorzugt verwendet ist. Mittels der Vergussmasse ist das elektrische Funktionsteil (Entstörelement) in eine separate Isolierhülle eingebettet. Alle anderen erfindungswesentlichen Elemente sind bereits in den vorangehenden Figurenbeschreibungen erläutert. Es wird auf diese Figuren verwiesen.
-
In 4 ist der erfindungsgemäße Zündkerzenstecker 1 in einer Schnitt-Darstellung mit einem Flansch 72 sowie einer End-Gummikappe 71 dargestellt.
-
Insbesondere ist hier der Flansch 72 in einer Metallausführung am Strukturelement 22 vorgesehen. Dieser Metallflansch 72 dient zur Schraubfixierung des Zündkerzensteckers 1 beispielsweise auf bzw. an dem Ventildeckel und/oder Kerzenschacht.
-
Weiter weist der Zündkerzenstecker 1 eine End-Gummikappe 71 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel um 90° abgewinkelt ausgebildet ist und so das Zündkabel 3 am oberen Ende des Zündkerzensteckers 1 im Winkel von 90° vom Zündkerzensteckers 1 führt.
-
5 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Zündkerzensteckers 1 in einer Schnitt-Darstellung mit einer End-Gummikappe 71 und einer Gummitülle 73.
-
Die Abdichtung am Ende des Zündkerzensteckers 1 erfolgt mit einer End-Gummikappe 71, die das Innere des Zündkerzensteckers 1 vor Verunreinigungen und dgl. schützt.
-
Des Weiteren ist eine Gummitülle 73 am Strukturelement 22 vorgesehen bzw. aufgeschoben. Die Gummitülle 73 kann unterschiedlich ausgestaltet sein. Sowohl Länge als auch Umfang sowie Material der Gummitülle 73 können an die Gegebenheiten (Kerzenschacht, etc.) angepasst werden. Die Gummitülle 73 dient der Fixierung und Führung des Zündkerzensteckers 1 im Kerzenschacht des Motors.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Zündkerzenstecker
- 21
- Steckerkörper (Isolator)
- 22
- Strukturelement
- 23
- Verbindungsstelle/Verbindungselement
- 3
- Zündkabel
- 31
- Hochspannungsleiter
- 32
- Hochspannungsisolierung
- 33
- Entstöreinsatz
- 331
- integriertes Entstörelement
- 34
- Hochspannungskontakt
- 35
- Zündkerzenhochspannungskontaktierung
- 4
- Vergussmaterial
- 5
- Zündspannungsquelle
- 6
- Zündkerze
- 71
- End-Gummikappe
- 72
- Flansch
- 73
- Gummitülle
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 19611283 C1 [0005]
- DE 102010016881 [0006, 0018]
- DE 1961128301 [0018]
