WO2013079239A1 - Laserzündkerze mit einer verbesserten abdichtung zwischen brennraumfenster und gehäuse - Google Patents

Laserzündkerze mit einer verbesserten abdichtung zwischen brennraumfenster und gehäuse Download PDF

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WO2013079239A1
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WO
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housing
combustion chamber
chamber window
spark plug
housing part
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PCT/EP2012/068792
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Martin Weinrotter
Pascal Woerner
Dieter Wolz
Joerg Engelhardt
Juergen Raimann
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Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/02—Details
    • H01T13/06—Covers forming a part of the plug and protecting it against adverse environment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P23/00—Other ignition
    • F02P23/04—Other physical ignition means, e.g. using laser rays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T14/00—Spark gaps not provided for in groups H01T2/00 - H01T13/00

Definitions

  • the invention relates to a housing for a laser spark plug, in particular an internal combustion engine of a motor vehicle or a stationary motor, wherein the housing has at least one housing part and at least partially sealingly connected to the housing part combustion chamber window.
  • Laser spark plug for an internal combustion engine comprising a laser-active
  • Housing and the combustion chamber window for sealing the interior relative to the combustion chamber are connected to each other at least indirectly cohesively.
  • combustion chamber window available which transmissiv for the in
  • Ignition laser generated laser beams is.
  • This combustion chamber window must be sealingly received in a housing of the ignition laser. High demands are placed on the seal between the combustion chamber window and housing, because during operation of the internal combustion engine
  • At least one sealing element is provided, whose
  • Thermal expansion coefficient at the operating temperature of the laser spark plug is greater than the thermal expansion coefficient of the housing part at
  • the at least one housing part is formed so that it receives the sealing element and the combustion chamber window such that an approximately annular contact surface between the sealing element and the housing part results over which provided for sealing purposes biasing force in the axial direction, i. substantially parallel to an optical axis of
  • the biasing force can be achieved for example by a further housing part, e.g. axially into the first housing part can be screwed directly to the combustion chamber window or the "layer structure" from
  • Combustion chamber window and sealing element are exercised. Accordingly, between the first housing part and the further housing part a the
  • combustion chamber window and the sealing element receiving space area whose particular axial inner dimension has a temperature dependence, which essentially depends on the thermal expansion coefficient of the first housing part. Accordingly, when the housing is heated to the operating temperature of the laser spark plug, the axially inner dimension of the space region increases relatively sharply, whereas a substantially parallel axial expansion of the combustion chamber window is relatively small, so that a reduction of the axial prestressing force is undesirable.
  • Thermal expansion coefficient for the sealing element also located in the spatial area compensates for this by virtue of its relatively large thermal expansion, which is greater than that of the first housing part, in the axial direction, the relatively low thermal expansion of the combustion chamber window at least partially or compensates almost completely, so that for the sealing effect
  • Housing part at the operating temperature of the laser spark plug is.
  • the coefficient of thermal expansion of the combustion chamber window at the operating temperature of the laser spark plug between about 4 * 10 ⁇ -6 / K (Kelvin) and about 10 * 10 ⁇ -6 / K, in particular about 6 * 10 ⁇ -6 / K. These values can be achieved, for example, with crystalline sapphire.
  • the coefficient of thermal expansion of the housing part at the operating temperature of the laser spark plug between about 7 * 10 ⁇ -6 / K and about 16 * 10 ⁇ -6 / K, in particular about 12 * 10 ⁇ -6 / K.
  • These values can be achieved, for example, with steel of the type 1.4913 or similar (turbine steel, martensitic).
  • the thermal expansion coefficient of the sealing element at the operating temperature of the laser spark plug is between about 16 * 10 ⁇ -6 / K and about 20 * 10 is ⁇ -6 / K, more preferably about 18 * 10 -6 ⁇ / K.
  • These values are, for example, steel of the type 1.4841 or similar achievable (austenitic steel).
  • the housing part and / or the sealing element consists of steel, wherein the
  • Combustion window made of sapphire, in particular monocrystalline sapphire exists.
  • a thickness of the sealing element between about 0.4 mm (millimeters) and about 3 mm, in particular about 1, 0 mm, at the same time a particularly good
  • Combustion chamber window results.
  • a thickness of the combustion chamber window is between about 2 mm and about 8 mm, in particular about 4 mm, together with the housing part and the sealing element simultaneously a particularly efficient compensation of
  • the sealing element in a contact region to the at least one housing part and / or the combustion chamber window has a coating of a material which is different from the base material of the sealing element, wherein the base material is preferably steel, and wherein the Coating preferably of copper or another ductile material (eg silver or
  • a copper coating can advantageously be provided as a "filling material" or as an actual sealing material, which can advantageously further compensate for the surface roughness of the components (housing part, combustion chamber window) enclosing the coating by the material of the sealing element or its
  • Coating distributed in these contact surfaces of the components involved for example by means of creep during the clamping or pressing with a predetermined biasing force.
  • the flatness of the coating is advantageously about 2 ⁇ in a further advantageous embodiment or better.
  • the coating in particular copper coating, can advantageously be applied galvanically or with similar coating methods to the sealing element
  • Coating should be ensured that the copper coating has a good bond with the base material, for example type 1 .4841 steel.
  • a copper-coated or copper-plated sealing disc may also be a copper foil (thickness preferably about 50 ⁇ to about 150 ⁇ ) and a
  • Sealing disc made of steel, e.g. of the type 1.4841, which in turn results in a good compensation of the thermal expansion.
  • the copper foil can also be rolled onto the sealing disc.
  • the copper foil can advantageously also be applied to both sides of the sealing element, i.
  • the sealing element has a lapped surface in a contact region to the at least one housing part and / or the combustion chamber window, whereby a further enhanced sealing effect is provided.
  • the at least one housing part is pressed against the combustion chamber window with a presettable biasing force.
  • the predetermined preload force advantageously allows a particularly good sealing effect between the relevant Housing part and the combustion chamber window.
  • Combustion chamber window is provided, the physical sizes of this compound, however, neither specified nor controlled.
  • two or more sealing elements are provided between the housing part and the combustion chamber window whose thermal expansion coefficients are different from one another at the operating temperature of the laser spark plug, whereby further
  • Laser spark plug specified with a housing according to the invention, wherein an operating temperature of the laser spark plug between about 200 ° C and about 1100 ° C, in particular between about 280 ° C and about 600 ° C.
  • FIG. 1 shows schematically a cross section of a first embodiment of the housing according to the invention
  • FIG. 3 schematically shows a cross section of a further embodiment of the housing according to the invention
  • FIG. 4 shows schematically a cross section of a further embodiment of the housing according to the invention
  • Figure 5 schematically shows a cross section of a further embodiment of the housing according to the invention.
  • FIG. 6 shows schematically a laser-based ignition system for a
  • An internal combustion engine carries in Figure 6 in total the reference numeral 10. It can be used to drive a motor vehicle, not shown.
  • the reference numeral 10 can be used to drive a motor vehicle, not shown.
  • Internal combustion engine 10 usually comprises a plurality of cylinders, of which in
  • FIG. 5 is only one designated by the reference numeral 12.
  • a combustion chamber 14 of the cylinder 12 is limited by a piston 16.
  • Fuel enters the combustion chamber 14 directly through an injector 18, which is connected to a designated also as a rail fuel pressure accumulator 20.
  • the present in the combustion chamber 14 fuel-air mixture 22 is ignited by means of a laser pulse 24 which is radiated from an ignition laser 26 comprehensive ignition device 27 into the combustion chamber 14, in this case on the
  • the laser device 26 via a
  • Laser device 26 is supplied, which is provided by a pumping light source 30.
  • the pumping light source 30 may also be accommodated directly in the laser spark plug and thus eliminates the optical waveguide 28.
  • controller 32 which also controls the injector 18.
  • the ignition laser 26 of Figure 6 is advantageously integrated in a preferred implementation in a laser spark plug 100, which is comparable to conventional
  • High voltage spark plugs may be arranged for example in a region of the cylinder head of the internal combustion engine 10.
  • the laser spark plug 100 has a housing with the properties described below with reference to FIG. Figure 1 shows in a cross section a part of the housing 1 10, a
  • combustion chamber facing end portion 1 10 ' the corresponding at
  • the ignition laser 26 is arranged away from the combustion chamber facing away from the combustion chamber 1 10 "of the housing 110
  • Pumplichtetti 30 may be arranged in the laser spark plug 100.
  • the housing 1 10 at least a first housing part 1 10a, which in the present case is substantially sleeve-shaped and receives a combustion chamber window 120.
  • the housing 1 10 further has a second housing part 1 10b, which is movable in the axial direction, ie horizontally in Fig. 1, relative to the first housing part 1 10a, for example by means of a non-illustrated screw thread.
  • the second housing part 1 10b defines together with a projection 1 10a 'of the first GeHouseteilsl 10a a space portion which the combustion chamber window 120 and a substantially
  • Disc or annular sealing element 130a receives.
  • combustion chamber window 120 is at least partially sealingly connected to the first housing part 1 10a or the projection 1 10a ', so that the interior I of the housing 1 10 is shielded from the combustion chamber 14.
  • a thermal expansion coefficient of the sealing element 130a at the operating temperature of the laser spark plug 100 is greater than that
  • Operating temperature of the laser spark plug 100 can be at least partially compensated.
  • two sealing elements (not shown in FIG. 1) may also be provided, which preferably extend in front of and behind the axial direction
  • the principle of the invention concerning the coefficient of thermal expansion of the sealing element is then advantageously applicable to at least one of the sealing elements, but particularly preferably also to both sealing elements.
  • the biasing force F acts on the "layer structure" of combustion chamber window 120 and sealing element 130a.
  • the axial inner dimension 11 of the space area accommodating the components 120, 130a has a temperature dependence, which essentially depends on the thermal expansion coefficient of the first space
  • Housing part 1 10a depends. When heating the housing 1 10 on
  • Operating temperature of the laser spark plug 100 therefore increases the axial inner dimension 11 of the space region relatively strong, whereas a substantially parallel axial expansion of the combustion chamber window 120, ie the thermally induced change in thickness d2, is relatively low, so that undesirable a reduction of the axial biasing force F yields.
  • Thermal expansion coefficient of the housing part 1 10a and / or 1 10b at the operating temperature of the laser spark plug 100 is.
  • Operating temperature of the laser spark plug 100 is between about 4 * 10 ⁇ -6 / K (Kelvin) and about 10 * 10 ⁇ -6 / K, in particular about 8 * 10 ⁇ -6 / K. These values can be achieved for example with crystalline sapphire.
  • the thermal expansion coefficient of the housing portion 1 10a and / or 1 10b at the operating temperature of the laser spark plug 100 between about 7 * 10 ⁇ -6 / K and about 16 * 10 is ⁇ -6 / K, in particular about 12 * 10 ⁇ -6 / K.
  • These values can be achieved, for example, with steel of the type 1.4913 or similar (turbine steel).
  • the thermal expansion coefficient of the sealing member 130a at the operating temperature of the laser spark plug 100 between about 16 * 10 ⁇ -6 / K and about 20 * 10 is ⁇ -6 / K, in particular about 18 * 10 ⁇ -6 / K.
  • These values can be achieved, for example, with steel of the type 1.4841 or similar.
  • the housing part 1 10a, 1 10b and / or the sealing element 130a made of steel
  • combustion chamber window 120 made of sapphire, in particular monocrystalline sapphire exists.
  • a thickness d1 of the sealing element 130a is between about 0.4 mm and about 3 mm, in particular about 1, 0 mm, wherein at the same time a particularly good Sealing effect and a particularly efficient compensation of the thermal expansion of the materials of the housing part 1 10a and the
  • Combustion chamber window 120 results.
  • a thickness d2 of the combustion chamber window 120 is between about 2 mm and about 8 mm, in particular about 4 mm, together with the housing part 110a and the sealing element 130a at the same time a particularly efficient compensation of the thermal expansion of Materials and good optical properties for the transmission of Laserzündimpulsen 24 (see also Fig. 6) result.
  • Contact area to the at least one housing part 1 10a (Fig. 1) and / or the combustion chamber window 120 has a coating 140 (Fig. 2a) made of a material which is different from the base material of the sealing element 130a, wherein the base material 130a is preferably steel, and where the
  • Coating 140 is preferably formed of copper or other ductile material. Alternatively, copper foil can be used.
  • the coating 140 consists of a copper layer of thickness d3 between about 50 ⁇ m and about 150 ⁇ m, preferably about 100 ⁇ m.
  • a copper coating can advantageously be provided as a "filling material” or as an actual sealing material, which can advantageously further compensate for the surface roughness of the components enclosing the coating (housing part 110a, combustion chamber window 120), in that the material of the sealing element or its coating 140 in this
  • the flatness of the coating 140 is advantageously about 2 ⁇ in a further advantageous embodiment or better.
  • the coating 140 in particular copper coating, can advantageously be applied galvanically or with similar coating methods to the sealing element 130a.
  • Copper coating 140 has a good bond with the base material, for example Type 1 .4841 steel.
  • sealing element 130a in a contact region to the at least one
  • the contact surfaces of the housing parts 110a, 110b to the combustion chamber window 120 or the sealing element 130a may also advantageously be lapped, or e.g. finely turned with rotational depths substantially concentric to the longitudinal axis of the component in question. Grinding is also considered. Also, the contact surfaces of the housing parts 1 10a, 1 10b further preferably have a maximum average roughness Rzmax of less than or equal to about 6.
  • the at least one housing part 1 10a is pressed against the combustion chamber window 120 with a presettable biasing force F.
  • the presettable biasing force F e.g. about 5 kN (kilonewtons) to about 15 kN advantageously allows a particularly good sealing effect between the respective housing part 1 10a and the
  • Combustion chamber window 120 and the sealing element 130a are given.
  • biasing force F a prediction of the achieved tightness and the expected life of the Housing 1 10 and the laser spark plug 100 (Fig. 6) are given.
  • Thermal expansion coefficients at the operating temperature of the laser spark plug 100 are different from each other, whereby further degrees of freedom for the compensation of the thermal expansion are given.
  • An operating temperature of the laser spark plug 100 is exemplified between about 200 ° C and about 1100 ° C, in particular between about 280 ° C and about 600 ° C.
  • Thermal expansion coefficients of the components or their relationships relative to each other apply not only to the operating temperature of the laser spark plug 100, but also at room temperature (for example, about 20 ° C), and possibly for the
  • Laser spark plug preferably at least between about 20 ° C and about 400 ° C.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the housing according to the invention in cross section.
  • the housing parts 1 10a, 1 10b are as seen in Figure 3 in
  • a connection of the housing parts 110a, 110b is preferably effected by means of a screw thread G, which is arranged at least partially in the overlap region I.
  • Internal combustion engine 10 may also advantageously have a
  • a corresponding external thread GA (FIG. 3) is provided on the housing part 110b facing the combustion chamber.
  • the combustion chamber facing part 1 10 'of the housing 1 10 is formed essentially by the housing part 1 10b, while a combustion chamber facing away part 1 10 "of the housing 1 10 is formed essentially by the housing part 1 10.
  • the housing part 1 10a can, for example, components of the
  • Laser device 26 of Figure 6 in particular a laser active solid body, etc., to be arranged.
  • combustion chamber window 120 is in one
  • a second surface of the combustion chamber window 120 facing the interior I of the housing 110 likewise has an essentially annular sealing surface which is defined by a contact surface between the combustion chamber window 120 and a front end region of the sleeve-shaped first housing part 10a.
  • both of the abovementioned sealing surfaces can advantageously have sealing elements 130a, 130b, for example elements designed as sealing disks.
  • Sealing element can be applied in the variant of the invention shown in FIG. 3 both on both sealing elements 130a, 130b as well as on only one of the two.
  • the configuration shown in FIG. 3 results in a reliable and stable sealing of the interior I of the housing 110, in which, for example, the laser device 26 (FIG. 5) can be arranged, opposite the combustion chamber 14 of the internal combustion engine 10.
  • the seal is then optimal, when the inventive principle concerning the selection of the coefficient of thermal expansion of the material for the sealing element on both
  • Sealing elements 130a, 130b is applied, because then a maximum potential to compensate for the relatively small thermal expansion of the combustion chamber window 120 is given by the sealing elements 130a, 130b.
  • the biasing force F for the connection of at least one, preferably both housing parts 1 10a, 1 10b with the combustion chamber window 120 results in the present case by screwing the inner sleeve 1 10a in the outer sleeve 1 10b by means of the thread G.
  • the predefinable preload force F is at least about 5 kN, preferably about 15 kN, whereby a particularly reliable sealing of the interior I with respect to the combustion chamber 14 is provided.
  • Combustor window 120 has a helium tightness of at least about 10 "6 mbar xl / sec.
  • a material selection of a corresponding steel type for example, ST 1.4913, can be accomplished.
  • Particularly useful steels are used with high hot or creep strength.
  • a maximum average roughness R zm ax _ about 6 is provided for those areas of the parts 1 10a, 1 10b, which are pressed against the combustion chamber window 120 and the sealing disks 130a, 130b.
  • the sealing disks 130a, 130b themselves can in turn be manufactured with a comparable maximum average surface roughness.
  • the sealing element 130a, 130b preferably has a substantially disc-shaped or annular shape Geometry with a parallelism between a base and a top surface of ⁇ about 10 ⁇ , in particular about 5 ⁇ on.
  • Combustion chamber window 120 is advantageously to be selected such that the
  • Combustor window 120 is slightly smaller than the inner diameter of the component receiving this portion of the housing part 1 10b.
  • any manufacturing internal radii e.g., due to a non-vanishing outer radius of a cutting corner of a
  • the housing 1 10 according to the invention can, for example, with the following
  • the housing parts 1 10a, 1 1 Ob preferably with a predetermined pretensioning force F ( Figure 3), against the combustion chamber window 120 and the sealing element 130a, 130b pressed or biased.
  • the components 11a, 120, 130a, 130b are selected so that they correspond to the above-described invention
  • the housing parts 110a, 110b are advantageously connected to one another, in particular by means of screwing and / or welding and / or clamping or comparable techniques.
  • another tempering step may be carried out which, inter alia, serves to set the sealing effect improving surface coating 140, for example of the sealing elements 130a, 130b, the material in particular in the through the non-vanishing surface roughness of the respective Components 1 10a, 1 10b, 120, 130a, 130b creeps defined surface depressions.
  • the torque profile can specify different tightening torques for different screw-in depths, wherein waiting times are provided for at least one screw-in depth before the
  • the application of the contact force F (FIG. 3) proposed according to the invention can be achieved by screwing the first housing part 110a to the second housing part 110b in a defined manner, ie with a predetermined torque.
  • the torque profile may provide that a tightening torque for the process of bolting is incrementally increased, for example, from an initial value of 0 Nm (Newton meters) to a final value of approximately 20 nos
  • Torque profile according to another embodiment provides advantageous to realize certain screw-in depth I (Fig. 3) of the housing parts 1 10a, 1 10b to each other by means of torque values of about 12 Nm and about 17 Nm, with a final torque of about 20 Nm is used to the Finally, according to the invention, the proposed contact force F is to be realized. Waiting times between the individual can be particularly advantageous
  • Screwing have a length of about 3 minutes to about 5 minutes, so that setting processes of the components to be screwed can adjust, which further improve the sealing effect.
  • the screw thread G (FIG. 1) has an M 16 ⁇ 2 thread.
  • the combustion chamber window 120 (FIG. 1) can preferably be made of crystalline,
  • the combustion chamber window 120 is designed and arranged such that the C-axis (also zero-degree axis) of the crystal structure along the optical axis OA of the housing 1 10 (FIG. 3) or the laser device 26 (FIG ).
  • a preferred outside diameter for the combustion chamber window 120 is about 12.7 mm.
  • the optically active surfaces of the combustion chamber window 120 are preferably industrially polished, for example of the type Scratch / Dig: 60/40.
  • the edges of the combustion chamber window 120 may advantageously be brushed or with a bevel of e.g. be provided about 0.3 mm.
  • Combustion chamber windows 120 are particularly preferably plane-parallel.
  • An outer diameter of the sealing elements 130a, 130b is for example about 12.3 mm, thus about 0.4 mm less than the outer diameter of the combustion chamber window 120 according to a preferred embodiment. As a result, it is advantageously achieved that the sealing elements 130a, 130b do not rest on the production chamfer in the region 110b '(FIG. 3) of the plug housing 110.
  • Laser radiation 24 (Fig. 1, 6) can be irradiated, is advantageously about 8 mm, at least about 6 mm.
  • Figure 4 shows a cross section of another embodiment of a
  • a first housing part 1 10c is in turn substantially sleeve-shaped and arranged over its entire length, ie completely, coaxially in a second housing part 1 1 OD, which is also formed approximately sleeve-shaped.
  • the combustion chamber window 120 is in turn surrounded by disk-shaped sealing elements 130a, 130b which, together with the corresponding end faces of the housing parts 110c, 110, realize the sealing effect made possible according to the invention.
  • Laser spark plug 100 can be at least partially compensated.
  • the housing 110 according to FIG. 4 has no screw connection between the housing parts 110c, 110d. Rather, a cohesive connection of the housing parts 1 10c, 1 1 Od realized by welding, in particular laser welding, in the present example, in the area of the arrow S. It may advantageously be a circumferential weld, which is a particularly stable connection of the components 1 10c, the first 10d yields.
  • the contact pressure F between the housing parts 1 10c, 1 1 Od and the combustion chamber window 120 in the present case achieved that the sleeves 1 10c, 1 1 Od before welding initially pressed against each other or braced, namely with the contact force F. Only then the cohesive connection is effected by means of laser welding in the region S.
  • the contact force F proposed according to the invention is maintained for the future, that is, after the elimination of the external contact force F.
  • the contact pressure F can be done, for example, using a known press. After laser welding, a tempering process can again be carried out, as well as a slow cooling to room temperature.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a housing according to the invention 1 10 in cross-sectional view.
  • the housing 110 here has a so-called sealing concept screwed on the combustion chamber side, in which a first housing part 110e ("front cap") of the combustion chamber 14 or the combustion chamber end 1 10 'is screwed into the second housing part 1 10f.
  • a further sealing element may also be provided between the combustion chamber window 120 and the inside diameter jump of the housing part 110f lying to the left in FIG.
  • the housing part 1 10e advantageously has a driving profile which is not described in more detail in FIG. 5 and which permits simple screwing in of the housing
  • Housing part 1 10e in the second housing part 1 10f allows.
  • Brennraum plates 120 is designated in Figure 1 as already described above with the double arrow d2 and is presently also as the thickness of the
  • the axial dimension of the sealing element 130a is indicated in FIG. 1 by the double arrow d1 and, analogously to the thickness of the combustion chamber window 120, is also referred to as the thickness d1 of the sealing element 130a.
  • the following dimensioning rule is advantageously provided:
  • the thickness d2 of the combustion chamber window 120 is shown in FIG 1, wherein iDichteiement the thickness d1 of the sealing element 130a designates according to Figure 1, and wherein the variables a Ge housing, a D i C hteiement, ebenster the
  • Sealing elements 130a, 130b because in this case the two sealing elements 130a, 130b in an inventive design of their

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse (110) für eine Laserzündkerze (100), insbesondere einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs oder eines Stationärmotors, wobei das Gehäuse (110) mindestens ein Gehäuseteil (110a) und ein zumindest bereichsweise dichtend mit dem Gehäuseteil (110a) verbundenes Brennraumfenster (120) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäuseteil (110a) und dem Brennraumfenster (120) mindestens ein Dichtelement (130a) vorgesehen ist, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient bei Betriebstemperatur der Laserzündkerze (100) größer ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Gehäuseteils (110a) bei Betriebstemperatur der Laserzündkerze (100).

Description

Beschreibung
LASERZÜNDKERZE MIT EINER VERBESSERTEN ABDICHTUNG ZWISCHEN BRENNRAUMFENSTER UND GEHÄUSE
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine Laserzündkerze, insbesondere einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs oder eines Stationärmotors, wobei das Gehäuse mindestens ein Gehäuseteil und ein zumindest bereichsweise dichtend mit dem Gehäuseteil verbundenes Brennraumfenster aufweist.
Aus der DE 10 2007 041 528 A1 ist eine Laserzündeinrichtung bzw.
Laserzündkerze für eine Brennkraftmaschine umfassend einen laseraktiven
Festkörper, ein Brennraumfenster und ein Gehäuse bekannt, bei der das
Gehäuse und das Brennraumfenster zur Abdichtung des Innenraums gegenüber dem Brennraum mindestens mittelbar stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
An einem dem Brennraum zugewandten Ende des Gehäuses ist ein
sogenanntes Brennraumfenster vorhanden, welches transmissiv für die im
Zündlaser erzeugten Laserstrahlen ist. Dieses Brennraumfenster muss dichtend in einem Gehäuse des Zündlasers aufgenommen werden. Dabei werden an die Abdichtung zwischen Brennraumfenster und Gehäuse hohe Anforderungen gestellt, weil während des Betriebs der Brennkraftmaschine
Oberflächentemperaturen von über 600 °C an dem Brennraumfenster auftreten können. Zusätzlich kommen noch intermittierende Druckbelastungen von bis zu 300 bar hinzu. Wenn ein Zündlaser zum Zünden einer Gasturbine eingesetzt wird, herrschen im Brennraum der Gasturbine zwar geringere Drücke, allerdings kann die Oberfläche des Brennraumfensters Temperaturen von bis zu 1 .000 °C erreichen, wobei in jedem Fall unkontrollierte Glühzündungen verhindert werden müssen. Es ist offensichtlich, dass das Innere des Zündlasers gegen die extrem hohen Temperaturen und Drücke sicher abgedichtet werden muss. Wenn die Abgase ins Innere des Zündlasers gelangen sollten, führt dies zum Ausfall des
Zündlasers.
Offenbarung der Erfindung
Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gehäuse für eine Laserzündkerze weiter zu verbessern, so dass sich eine gegenüber dem Stand der Technik noch weiter gesteigerte Dichtheit des Gehäuses und damit Standzeit einer das Gehäuse aufweisenden Laserzündkerze ergibt, ohne dass hierfür notwendig eine fertigungstechnisch aufwendige stoffschlüssige Verbindung vorzusehen ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Gehäuse der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen dem Gehäuseteil und dem Brennraumfenster mindestens ein Dichtelement vorgesehen ist, dessen
Wärmeausdehnungskoeffizient bei Betriebstemperatur der Laserzündkerze größer ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Gehäuseteils bei
Betriebstemperatur der Laserzündkerze. Dadurch kann vorteilhaft eine thermisch bedingte Längenausdehnung des Gehäuseteils, die im allgemeinen deutlich größer ist als eine entsprechende thermisch bedingte Längenausdehnung des Brennraumfensters, zumindest teilweise kompensiert werden.
Beispielsweise ist das mindestens eine Gehäuseteil so ausgebildet, dass es das Dichtelement und das Brennraumfenster derart aufnimmt, dass sich eine etwa kreisringförmige Kontaktfläche zwischen dem Dichtelement und dem Gehäuseteil ergibt, über die eine zu Dichtzwecken vorgesehene Vorspannkraft in axialer Richtung, d.h. im wesentlichen parallel zu einer optischen Achse der
Laserzündkerze, übertragbar ist. Die Vorspannkraft kann beispielsweise durch ein weiteres Gehäuseteil, das z.B. axial in das erste Gehäuseteil einschraubbar ist, direkt auf das Brennraumfenster bzw. den„Schichtaufbau" aus
Brennraumfenster und Dichtelement, ausgeübt werden. Demnach ist zwischen dem ersten Gehäuseteil und dem weiteren Gehäuseteil ein das
Brennraumfenster und das Dichtelement aufnehmender Raumbereich definiert, dessen insbesondere axiales Innenmaß eine Temperaturabhängigkeit aufweist, die im wesentlichen von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des ersten Gehäuseteils abhängt. Bei der Erhitzung des Gehäuses auf Betriebstemperatur der Laserzündkerze steigt die axial Innenabmessung des Raumbereichs demnach verhältnismäßig stark an, wohingegen eine hierzu im wesentlichen parallele axiale Längenausdehnung des Brennraumfenster verhältnismäßig gering ist, so dass sich unerwünscht eine Reduktion der axialen Vorspannkraft ergibt. Durch die erfindungsgemäße Auswahl des
Wärmeausdehnungskoeffizienten für das ebenfalls in dem Raumbereich befindliche Dichtelement gleicht dieses vermöge seiner verhältnismäßig großen thermischen Längenausdehnung, die größer ist als diejenige des ersten Gehäuseteils, in axialer Richtung die verhältnismäßig geringe thermische Längenausdehnung des Brennraumfensters zumindest teilweise aus oder kompensiert sie nahezu vollständig, so dass die für die Dichtwirkung
erforderliche Vorspannkraft auch bei großen Temperaturschwankungen im wesentlichen erhalten bleibt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der
Wärmeausdehnungskoeffizient des Brennraumfensters bei Betriebstemperatur der Laserzündkerze kleiner als der Wärmeausdehnungskoeffizient des
Gehäuseteils bei Betriebstemperatur der Laserzündkerze ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des Brennraumfensters bei Betriebstemperatur der Laserzündkerze zwischen etwa 4 * 10 Λ-6 / K (Kelvin) und etwa 10 * 10Λ-6 /K beträgt, insbesondere etwa 6 * 10 Λ-6 / K. Diese Werte sind beispielsweise mit kristallinem Saphir erzielbar.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des Gehäuseteils bei Betriebstemperatur der Laserzündkerze zwischen etwa 7 * 10 Λ-6 / K und etwa 16 * 10Λ-6 /K beträgt, insbesondere etwa 12 * 10 Λ-6 / K. Diese Werte sind beispielsweise mit Stahl vom Typ 1.4913 oder ähnlich (Turbinenstahl, martensitisch) erzielbar.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des Dichtelements bei Betriebstemperatur der Laserzündkerze zwischen etwa 16 * 10 Λ-6 / K und etwa 20 * 10Λ-6 /K beträgt, insbesondere etwa 18 * 10 Λ-6 / K. Diese Werte sind beispielsweise mit Stahl vom Typ 1.4841 oder ähnlich erzielbar (austenitischer Stahl).
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Gehäuseteil und/oder das Dichtelement aus Stahl besteht, wobei das
Brennraumfenster aus Saphir, insbesondere einkristallinem Saphir, besteht.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Dicke des Dichtelements zwischen etwa 0,4 mm (Millimeter) und etwa 3 mm beträgt, insbesondere etwa 1 ,0 mm, wobei sich gleichzeitig eine besonders gute
Dichtwirkung und eine besonders effiziente Kompensation der
Wärmeausdehnung der Materialien des Gehäuseteils und des
Brennraumfensters ergibt. Besonders bevorzugt werden zwei Dichtelemente, insbesondere Dichtringe, mit jeweils etwa 1 mm Dicke vorgesehen, die bevorzugt so angeordneten werden, dass sie einen Schichtaufbau bilden, in dessen Mitte das Brennraumfenster liegt. Diese Dimensionierung ist besonders günstig bei einem Brennraumfenster mit einer Dicke von etwa 4 mm.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Dicke des Brennraumfensters zwischen etwa 2 mm und etwa 8 mm beträgt, insbesondere etwa 4 mm, wobei sich zusammen mit dem Gehäuseteil und dem Dichtelement gleichzeitig eine besonders effiziente Kompensation der
Wärmeausdehnung der Materialien und gute optische Eigenschaften für die Transmission von Laserzündimpulsen ergeben.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Dichtelement in einem Kontaktbereich zu dem mindestens einen Gehäuseteil und/oder dem Brennraumfenster eine Beschichtung aus einem Material aufweist, das von dem Basismaterial des Dichtelements verschieden ist, wobei das Basismaterial vorzugsweise Stahl ist, und wobei die Beschichtung vorzugsweise aus Kupfer oder einem anderen duktilen Material (z.B. Silber oder
entsprechenden Legierungen) ausgebildet ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besteht die Beschichtung, insbesondere pro Beschichtungsseite, aus einer Kupferschicht einer Dicke zwischen etwa 50 μηη und etwa 150 μηη, vorzugsweise etwa 100 μηη. Untersuchungen der Anmelderin zufolge kann eine derartige Kupferbesch ichtung vorteilhaft als "Füllmaterial" beziehungsweise als eigentliches Dichtmaterial vorgesehen sein, welches die Oberflächenrauigkeiten der die Beschichtung einschließenden Komponenten (Gehäuseteil, Brennraumfenster) vorteilhaft weiter ausgleichen kann, indem sich das Material des Dichtelements bzw. seiner
Beschichtung in diese Kontaktoberflächen der beteiligten Komponenten verteilt, beispielsweise mittels Kriechen während des Verspannens bzw. Pressens mit einer vorgebbaren Vorspannkraft. Die Ebenheit der Beschichtung beträgt vorteilhaft etwa 2 μηη bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform oder besser.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Beschichtung, insbesondere Kupferbeschichtung, vorteilhaft galvanisch oder mit ähnlichen Beschichtungsverfahren aufgebracht werden auf das Dichtelement
beziehungsweise auf das mindestens eine Gehäuseteil. Bei einer galvanischen
Beschichtung ist darauf zu achten, dass die Kupferbeschichtung eine gute Verbindung mit dem Basismaterial, zum Beispiel Stahl vom Typ 1 .4841 , aufweist.
Anstelle einer kupferbeschichteten bzw. verkupferten Dichtscheibe kann auch eine Kupferfolie (Dicke vorzugsweise etwa 50 μηη bis etwa 150 μηη) und eine
Dichtscheibe aus Stahl, z.B. vom Typ 1.4841 verwendet werden, wodurch sich wiederum eine gute Kompensation der Wärmeausdehnung ergibt. Die Kupferfolie kann auch auf die Dichtscheibe aufgewalzt werden. Die Kupferfolie kann vorteilhaft auch beidseitig auf das Dichtelement aufgebracht werden, d.h.
zwischen Dichtelement und Brennraumfenster und zwischen Dichtelement und
Gehäuseteil.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Dichtelement in einem Kontaktbereich zu dem mindestens einen Gehäuseteil und/oder dem Brennraumfenster eine geläppte Oberfläche aufweist, wodurch eine weiter gesteigerte Dichtwirkung gegeben ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das mindestens eine Gehäuseteil mit einer vorgebbaren Vorspannkraft gegen das Brennraumfenster gepresst ist. Die vorgebbare Vorspannkraft ermöglicht vorteilhaft eine besonders gute Dichtwirkung zwischen dem betreffenden Gehäuseteil und dem Brennraumfenster. Darüber hinaus kann durch die
Verwendung einer vorgegebenen, also bekannten, Vorspannkraft eine
Vorhersage über die erzielte Dichtheit und die etwa zu erwartende Standzeit des Gehäuses beziehungsweise der Laserzündkerze angegeben werden, im
Unterschied zu solchen konventionellen Systemen, bei denen zwar ebenfalls eine mechanische Verbindung der Komponenten (Gehäuseteile,
Brennraumfenster) vorgesehen ist, die physikalischen Größen dieser Verbindung jedoch weder genau vorgegeben noch kontrolliert werden. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass zwischen dem Gehäuseteil und dem Brennraumfenster zwei oder mehr Dichtelemente vorgesehen sind, deren Wärmeausdehnungskoeffizienten bei Betriebstemperatur der Laserzündkerze voneinander verschieden sind, wodurch weitere
Freiheitsgrade für die Kompensation der thermischen Längenausdehnung gegeben sind.
Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine
Laserzündkerze mit einem erfindungsgemäßen Gehäuse angegeben, wobei eine Betriebstemperatur der Laserzündkerze zwischen etwa 200 °C und etwa 1 100 °C beträgt, insbesondere zwischen etwa 280 °C und etwa 600 °C.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger
Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer
Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.
In der Zeichnung zeigt:
Figur 1 schematisch einen Querschnitt einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gehäuses,
Figur 2a, 2b unterschiedliche Konfigurationen von Dichtelementen, Figur 3 schematisch einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gehäuses, Figur 4 schematisch einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gehäuses,
Figur 5 schematisch einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gehäuses, und
Figur 6 schematisch ein laserbasiertes Zündsystem für eine
Brennkraftmaschine.
Eine Brennkraftmaschine trägt in Figur 6 insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie kann zum Antrieb eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs dienen. Die
Brennkraftmaschine 10 umfasst üblicherweise mehrere Zylinder, von denen in
Figur 5 nur einer mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet ist. Ein Brennraum 14 des Zylinders 12 wird von einem Kolben 16 begrenzt. Kraftstoff gelangt in den Brennraum 14 direkt durch einen Injektor 18, der an einen auch als Rail bezeichneten Kraftstoff-Druckspeicher 20 angeschlossen ist. Alternativ kann das Kraftstoff-Luft-Gemisch auch außerhalb des Brennraums 14, zum Beispiel im
Saugrohr oder bei Stationärmotoren auch vor dem Turbolader, gebildet werden.
Das im Brennraum 14 vorhandene Kraftstoff-Luft-Gemisch 22 wird mittels eines Laserimpulses 24 entzündet, der von einer einen Zündlaser 26 umfassenden Zündeinrichtung 27 in den Brennraum 14 abgestrahlt wird, vorliegend auf den
Zündpunkt ZP. Hierzu wird die Lasereinrichtung 26 über eine
Lichtleitereinrichtung 28 mit Pumplicht zum optischen Pumpen der
Lasereinrichtung 26 gespeist, welches von einer Pumplichtquelle 30 bereitgestellt wird. Alternativ kann die Pumplichtquelle 30 auch direkt in der Laserzündkerze untergebracht sein und somit entfällt der Lichtwellenleiter 28. Die Pumplichtquelle
30 wird von einem Steuergerät 32 gesteuert, das auch den Injektor 18 ansteuert.
Der Zündlaser 26 aus Figur 6 ist bei einer bevorzugten Realisierung vorteilhaft in einer Laserzündkerze 100 integriert, die vergleichbar zu konventionellen
Hochspannungszündkerzen beispielsweise in einem Bereich des Zylinderkopfs der Brennkraftmaschine 10 angeordnet sein kann. Erfindungsgemäß weist die Laserzündkerze 100 ein Gehäuse mit den nachfolgend anhand der Figur 1 beschriebenen Eigenschaften auf. Figur 1 zeigt in einem Querschnitt einen Teil des Gehäuses 1 10, das einen
brennraumzugewandten Endbereich 1 10' aufweist, der entsprechend bei
Einbaulage der Laserzündkerze 100 bzw. des Gehäuses 1 10 in einer
Brennkraftmaschine 10 (Figur 6) zumindest teilweise an den Brennraum 14 angrenzt bzw. in diesen hineinragt. In einem Innenraum I eines
brennraumabgewandten Bereichs 1 10" des Gehäuses 1 10 ist beispielsweise der Zündlaser 26 angeordnet. Bei einer weiteren Ausführungsform kann auch die
Pumplichtquelle 30 in der Laserzündkerze 100 angeordnet sein.
Wie aus Fig.1 ersichtlich, weist das Gehäuse 1 10 mindestens einen ersten Gehäuseteil 1 10a auf, der vorliegend im wesentlichen hülsenförmig ausgebildet ist und ein Brennraumfenster 120 aufnimmt. Das Gehäuse 1 10 weist ferner ein zweites Gehäuseteil 1 10b auf, das in axialer Richtung, also horizontal in Fig. 1 , relativ zu dem ersten Gehäuseteil 1 10a bewegbar ist, beispielsweise mittels eines nicht abgebildeten Schraubgewindes. Das zweite Gehäuseteil 1 10b begrenzt zusammen mit einem Vorsprung 1 10a' des ersten Gehäuseteilsl 10a einen Raumabschnitt, der das Brennraumfenster 120 und ein im wesentlichen
Scheiben- bzw. kreisringförmiges Dichtelement 130a aufnimmt.
Auf diese Weise ist das Brennraumfenster 120 zumindest bereichsweise dichtend mit dem ersten Gehäuseteil 1 10a bzw. dem Vorsprung 1 10a' verbunden, so dass der Innenraum I des Gehäuses 1 10 von dem Brennraum 14 abgeschirmt ist.
Erfindungsgemäß ist ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Dichtelements 130a bei Betriebstemperatur der Laserzündkerze 100 größer als der
Wärmeausdehnungskoeffizient des Gehäuseteils 1 10a bei Betriebstemperatur der Laserzündkerze 100, wodurch ein üblicherweise geringerer
Wärmeausdehnungskoeffizient des Brennraumfensters 120 bei
Betriebstemperatur der Laserzündkerze 100 zumindest teilweise kompensiert werden kann. Optional können auch zwei Dichtelemente (nicht in Fig. 1 gezeigt) vorgesehen sein, die in axialer Richtung bevorzugt vor bzw. hinter dem
Brennraumfenster angeordnet sind, vgl. Fig. 3. Das erfindungsgemäße Prinzip betreffend den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Dichtelements ist dann vorteilhaft auf mindestens eines der Dichtelemente, besonders bevorzugt jedoch auch auf beide Dichtelemente, anwendbar. Beispielsweise wird eine für die Dichtwirkung im Bereich des Dichtelements 130a erforderliche axiale Vorspannkraft F mittels des weiteren Gehäuseteils 1 10b aufgebracht, z.B. durch entsprechend weites Einschrauben des weiteren Gehäuseteils 1 10b in das erste Gehäuseteil 1 10a (in Fig. 1 von links nach rechts). Dementsprechend wirkt die Vorspannkraft F auf den„Schichtaufbau" aus Brennraumfenster 120 und Dichtelement 130a.
Insbesondere das axiale Innenmaß 11 des die Komponenten 120, 130a aufnehmenden Raumbereichs weist eine Temperaturabhängigkeit auf, die im wesentlichen von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des ersten
Gehäuseteils 1 10a abhängt. Bei der Erhitzung des Gehäuses 1 10 auf
Betriebstemperatur der Laserzündkerze 100 steigt die axiale Innenabmessung 11 des Raumbereichs demnach verhältnismäßig stark an, wohingegen eine hierzu im wesentlichen parallele axiale Längenausdehnung des Brennraumfensters 120, also die thermisch bedingte Änderung der Dicke d2, verhältnismäßig gering ist, so dass sich unerwünscht eine Reduktion der axialen Vorspannkraft F ergibt.
Durch die erfindungsgemäße Auswahl des Wärmeausdehnungskoeffizienten für das ebenfalls in dem Raumbereich befindliche Dichtelement 130a gleicht dieses vermöge seiner verhältnismäßig großen thermischen Längenausdehnung, die größer ist als diejenige des ersten Gehäuseteils 1 10a, in axialer Richtung die verhältnismäßig geringe thermische Längenausdehnung des Brennraumfensters 120 zumindest teilweise aus oder kompensiert sie nahezu vollständig, so dass die für die Dichtwirkung erforderliche Vorspannkraft F auch bei großen
Temperaturschwankungen im wesentlichen erhalten bleibt.
D.h., bei der Auswahl des Wärmeausdehnungskoeffizienten für das Material des Dichtelements 130a gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine
verhältnismäßig geringe Zunahme der Dicke d2 des Brennraumfensters 120 bei Erhitzung auf die Betriebstemperatur wenigstens teilweise ausgeglichen durch eine verhältnismäßig große Zunahme der Dicke d 1 des Dichtelements 130a, so dass der i.a. ebenfalls verhältnismäßig großen Zunahme des axialen Innenmaßes 11 im Sinne einer Aufrechterhaltung der Vorspannkraft F begegnet wird.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der
Wärmeausdehnungskoeffizient des Brennraumfensters 120 bei
Betriebstemperatur der Laserzündkerze 100 kleiner als der
Wärmeausdehnungskoeffizient des Gehäuseteils 1 10a und/oder 1 10b bei Betriebstemperatur der Laserzündkerze 100 ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des Brennraumfensters 120 bei
Betriebstemperatur der Laserzündkerze 100 zwischen etwa 4 * 10 Λ-6 / K (Kelvin) und etwa 10 * 10Λ-6 /K beträgt, insbesondere etwa 8 * 10 Λ-6 / K. Diese Werte sind beispielsweise mit kristallinem Saphir erzielbar.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des Gehäuseteils 1 10a und/oder 1 10b bei Betriebstemperatur der Laserzündkerze 100 zwischen etwa 7 * 10 Λ-6 / K und etwa 16 * 10Λ-6 /K beträgt, insbesondere etwa 12 * 10 Λ-6 / K. Diese Werte sind beispielsweise mit Stahl vom Typ 1.4913 oder ähnlich (Turbinenstahl) erzielbar.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des Dichtelements 130a bei Betriebstemperatur der Laserzündkerze 100 zwischen etwa 16 * 10 Λ-6 / K und etwa 20 * 10Λ-6 /K beträgt, insbesondere etwa 18 * 10 Λ-6 / K. Diese Werte sind beispielsweise mit Stahl vom Typ 1.4841 oder ähnlich erzielbar.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Gehäuseteil 1 10a, 1 10b und/oder das Dichtelement 130a aus Stahl
(vorzugsweise unterschiedlichen Typs zur Realisierung unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten) bestehen, wobei das Brennraumfenster 120 aus Saphir, insbesondere einkristallinem Saphir, besteht.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Dicke d1 des Dichtelements 130a zwischen etwa 0,4 mm und etwa 3 mm beträgt, insbesondere etwa 1 ,0 mm, wobei sich gleichzeitig eine besonders gute Dichtwirkung und eine besonders effiziente Kompensation der Wärmeausdehnung der Materialien des Gehäuseteils 1 10a und des
Brennraumfensters 120 ergibt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Dicke d2 des Brennraumfensters 120 zwischen etwa 2 mm und etwa 8 mm beträgt, insbesondere etwa 4 mm, wobei sich zusammen mit dem Gehäuseteil 1 10a und dem Dichtelement 130a gleichzeitig eine besonders effiziente Kompensation der Wärmeausdehnung der Materialien und gute optische Eigenschaften für die Transmission von Laserzündimpulsen 24 (vgl. auch Fig. 6) ergeben.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, die schematisch in Fig. 2a abgebildet ist, ist vorgesehen, dass das Dichtelement 130a in einem
Kontaktbereich zu dem mindestens einen Gehäuseteil 1 10a (Fig. 1 ) und/oder dem Brennraumfenster 120 eine Beschichtung 140 (Fig. 2a) aus einem Material aufweist, das von dem Basismaterial des Dichtelements 130a verschieden ist, wobei das Basismaterial 130a vorzugsweise Stahl ist, und wobei die
Beschichtung 140 vorzugsweise aus Kupfer oder einem anderen duktilen Material ausgebildet ist. Alternativ kann auch Kupferfolie verwendet werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besteht die Beschichtung 140 aus einer Kupferschicht einer Dicke d3 zwischen etwa 50 μηη und etwa 150 μηη, vorzugsweise etwa 100 μηη. Untersuchungen der Anmelderin zufolge kann eine derartige Kupferbesch ichtung vorteilhaft als "Füllmaterial" beziehungsweise als eigentliches Dichtmaterial vorgesehen sein, welches die Oberflächenrauigkeiten der die Beschichtung einschließenden Komponenten (Gehäuseteil 1 10a, Brennraumfenster 120) vorteilhaft weiter ausgleichen kann, indem sich das Material des Dichtelements bzw. seiner Beschichtung 140 in diese
Kontaktoberflächen der beteiligten Komponenten verteilt, beispielsweise mittels Kriechen während des Verspannens bzw. Pressens mit der vorgebbaren Vorspannkraft F.
Die Ebenheit der Beschichtung 140 beträgt vorteilhaft etwa 2 μηη bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform oder besser. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Beschichtung 140, insbesondere Kupferbeschichtung, vorteilhaft galvanisch oder mit ähnlichen Beschichtungsverfahren aufgebracht werden auf das Dichtelement 130a.
Die Vorsehung einer Beschichtung 140 des vorstehend genannten Typs auf Bereichen der Gehäuseteile 1 10a, 1 10b, insbesondere deren stirnseitigen Endbereichen, die in Kontakt mit den Elementen 120, 130a kommen, ist ebenfalls denkbar und kann mittels ähnlicher oder identischer
Fertigungsprozesse erfolgen.
Bei einer galvanischen Beschichtung ist darauf zu achten, dass die
Kupferbeschichtung 140 eine gute Verbindung mit dem Basismaterial, zum Beispiel Stahl vom Typ 1 .4841 , aufweist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Dichtelement 130a in einem Kontaktbereich zu dem mindestens einen
Gehäuseteil 1 10a und/oder dem Brennraumfenster 120 eine geläppte
Oberfläche, vorzugsweise mit einer maximalen gemittelten Rautiefe Rzmax von kleiner gleich etwa 6 aufweist, wodurch eine weiter gesteigerte Dichtwirkung gegeben ist.
Die Kontaktflächen der Gehäuseteile 1 10a, 1 10b zu dem Brennraumfenster 120 bzw. dem Dichtelement 130a können ebenfalls vorteilhaft geläppt sein, oder z.B. feingedreht mit Drehriefen im wesentlichen konzentrisch zur Längsachse der betreffenden Komponente. Schleifen kommt ebenfalls in Betracht. Auch die Kontaktflächen der Gehäuseteile 1 10a, 1 10b weisen weiter bevorzugt eine maximale gemittelte Rautiefe Rzmax von kleiner gleich etwa 6 auf.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das mindestens eine Gehäuseteil 1 10a mit einer vorgebbaren Vorspannkraft F gegen das Brennraumfenster 120 gepresst ist. Die vorgebbare Vorspannkraft F von z.B. etwa 5 kN (Kilonewton) bis etwa 15 kN ermöglicht vorteilhaft eine besonders gute Dichtwirkung zwischen dem betreffenden Gehäuseteil 1 10a und dem
Brennraumfenster 120 bzw. dem Dichtelement 130a. Darüber hinaus kann durch die Verwendung einer vorgegebenen, also bekannten, Vorspannkraft F eine Vorhersage über die erzielte Dichtheit und die etwa zu erwartende Standzeit des Gehäuses 1 10 beziehungsweise der Laserzündkerze 100 (Fig. 6) angegeben werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass zwischen dem Gehäuseteil 1 10a und dem Brennraumfenster 120 zwei oder mehr
Dichtelemente 130a, 130a' vorgesehen sind, vgl. Fig. 2b, deren
Wärmeausdehnungskoeffizienten bei Betriebstemperatur der Laserzündkerze 100 voneinander verschieden sind, wodurch weitere Freiheitsgrade für die Kompensation der thermischen Längenausdehnung gegeben sind.
Eine Betriebstemperatur der Laserzündkerze 100 beträgt beispielhaft zwischen etwa 200 °C und etwa 1 100 °C, insbesondere zwischen etwa 280 °C und etwa 600 °C. Die erfindungsgemäß angegebenen Werte für die
Wärmeausdehnungskoeffizienten der Komponenten bzw. ihre Verhältnisse relativ zueinander können einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zufolge nicht nur für die Betriebstemperatur der Laserzündkerze 100 gelten, sondern auch bei Raumtemperatur (z.B. etwa 20 °C), sowie ggf. für den
Temperaturbereich zwischen Raumtemperatur und Betriebstemperatur der
Laserzündkerze, vorzugsweise mindestens zwischen etwa 20 °C und etwa 400 °C.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gehäuses im Querschnitt. Die Gehäuseteile 1 10a, 1 10b sind wie aus Figur 3 ersichtlich im
Wesentlichen jeweils hülsenförmig ausgebildet und so aufeinander abgestimmt, dass sie über eine gewisse Überlappungslänge I ineinander einführbar und koaxial zueinander ausrichtbar sind. Eine Verbindung der Gehäuseteile 1 10a, 1 10b erfolgt vorliegend vorzugsweise mittels eines Schraubgewindes G, das zumindest teilweise in dem Überlappungsbereich I angeordnet ist.
Die Befestigung des Gehäuses 1 10 an einem Zylinderkopf der
Brennkraftmaschine 10 (Fig. 6) kann ebenfalls vorteilhaft über eine
Schraubverbindung erfolgen; ein entsprechendes Außengewinde GA (Fig. 3) ist an dem brennraumzugewandten Gehäuseteil 1 10b vorgesehen. Der brennraumzugewandte Teil 1 10' des Gehäuses 1 10 ist im wesentlichen durch das Gehäuseteil 1 10b gebildet, während ein brennraumabgewandter Teil 1 10" des Gehäuses 1 10 im wesentlichen durch das Gehäuseteil 1 10a gebildet ist. In dem Gehäuseteil 1 10a können wiederum z.B. Komponenten der
Lasereinrichtung 26 aus Figur 6, insbesondere ein laseraktiver Festkörper usw., angeordnet sein.
Wie aus Figur 3 ersichtlich, ist das Brennraumfenster 120 in einem
Innenraumabschnitt des zweiten Gehäuseteils 1 10b angeordnet. Insbesondere liegt das Brennraumfenster 120 an einer etwa kreisringförmigen Stufung 1 10b' des Innenradius des zweiten Gehäuseteils 1 10b an, so dass sich
dementsprechend eine im Wesentlichen kreisringförmige Kontaktbeziehungsweise Abdichtfläche auf der dem Brennraum 14 zugewandten Oberfläche des Brennraumfensters 120 ergibt.
Eine dem Innenraum I des Gehäuses 1 10 zugewandte zweite Oberfläche des Brennraumfensters 120 weist demgegenüber ebenfalls eine im Wesentlichen etwa kreisringförmige Abdichtfläche auf, die durch eine Berührungsfläche zwischen dem Brennraumfenster 120 und einem stirnseitigen Endbereich des hülsenförmig ausgebildeten ersten Gehäuseteils 1 10a definiert ist.
Beide der vorstehend genannten Abdichtflächen können einer bevorzugten Ausführungsform zufolge vorteilhaft über Dichtelemente 130a, 130b verfügen, beispielsweise als Dichtscheiben ausgebildete Elemente. Das oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebene erfindungsgemäße Prinzip betreffend die
Auswahl des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials für das
Dichtelement kann bei der Erfindungsvariante gemäß Fig. 3 sowohl auf beide Dichtelemente 130a, 130b als auch auf nur eines der beiden angewandt werden. Insgesamt ergibt sich durch die in Fig. 3 abgebildete Konfiguration eine zuverlässige und beständige Abdichtung des Innenraums I des Gehäuses 1 10, in dem beispielsweise die Lasereinrichtung 26 (Figur 5) angeordnet sein kann, gegenüber dem Brennraum 14 der Brennkraftmaschine 10. Die Abdichtung ist dann optimal, wenn das erfindungsgemäße Prinzip betreffend die Auswahl des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials für das Dichtelement auf beide
Dichtelemente 130a, 130b angewandt wird, weil dann ein maximales Potential zur Kompensation der verhältnismäßig geringen thermischen Längenausdehnung des Brennraumfensters 120 durch die Dichtelemente 130a, 130b gegeben ist .
Die Vorspannkraft F für die Verbindung mindestens eines, vorzugsweise beider Gehäuseteile 1 10a, 1 10b mit dem Brennraumfenster 120 ergibt sich vorliegend durch das Einschrauben der Innenhülse 1 10a in die Außenhülse 1 10b mittels des Gewindes G. Das bedeutet, dass sich für beide Dichtelemente 130a, 130b beziehungsweise die betreffenden Dichtflächen zwischen den Komponenten 1 10a, 130a, 120 und 1 10b, 130b, 120 jeweils im Wesentlichen dieselbe
Vorspannkraft F ergibt.
Einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform zufolge beträgt die vorgebbare Vorspannkraft F mindestens etwa 5 kN, vorzugsweise etwa 15 kN, wodurch eine besonders zuverlässige Abdichtung des Innenraums I gegenüber dem Brennraum 14 gegeben ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgeschlagen, dass die Verbindung zwischen dem mindestens einen Gehäuseteil 1 10a und dem
Brennraumfenster 120 eine Helium-Dichtheit von mindestens etwa 10"6 mbar x l/sek aufweist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens eines der Gehäuseteile 1 10a, 1 1 Ob, vorzugsweise jedoch beide, eine Zugfestigkeit von mindestens etwa 1000 N pro mm2 aufweisen, was
beispielsweise durch eine Materialauswahl eines entsprechenden Stahltyps, beispielsweise ST 1.4913, bewerkstelligbar ist. Besonders zweckmäßig werden Stähle mit hoher Warm- bzw. Zeitstandfestigkeit verwendet.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine maximale gemittelte Rautiefe Rzmax _ etwa 6 vorgesehen für solche Bereiche der Teile 1 10a, 1 10b, die gegen das Brennraumfenster 120 beziehungsweise die Dichtscheiben 130a, 130b gepresst sind. Auch die Dichtscheiben 130a, 130b selbst können wiederum mit einer vergleichbaren maximalen gemittelten Rautiefe gefertigt sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Dichtelement 130a, 130b bevorzugt eine im Wesentlichen scheibenförmige bzw. kreisringförmige Geometrie mit einer Parallelität zwischen einer Grundfläche und einer Deckfläche von < etwa 10 μηη, insbesondere etwa 5 μηη auf.
Die exakte Geometrie der Gehäuseteile 1 10a, 1 10b im Bereich des
Brennraumfensters 120 ist vorteilhaft so auszuwählen, dass das
Brennraumfenster 120 bzw. die Dichtelemente 130a, 130b plan auf
entsprechenden Schultern 1 10a' (Fig. 1 ) bzw. 1 10b' (Fig. 3) aufliegen können, also ihre Oberflächennormale jeweils parallel zu der optischen Achse OA (Fig. 3) der Laserzündkerze 100 bzw. des Gehäuses 1 10 ist. Hierfür ist zu beachten, dass ein Außendurchmesser der Dichtelemente 130a, 130b bzw. des
Brennraumfensters 120 etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des diese Komponenten aufnehmenden Bereichs des Gehäuseteils 1 10b. Insbesondere sind eventuelle fertigungsbedingte Innenradien (z.B. bedingt durch einen nichtverschwindenden Außenradius einer spanabhebenden Ecke eines
Drehmeißels) zu berücksichtigen, so dass die Außenkanten der Komponenten
120, 130a, 130b nicht auf entsprechenden Innenradien des Gehäuseteils 1 10b zum Liegen kommen sondern auf den möglichst eben ausgeführten Stirnflächen in dem Bereich 1 10b'. Das erfindungsgemäße Gehäuse 1 10 kann beispielsweise mit dem folgenden
Herstellungsverfahren erhalten werden: In einem ersten Schritt werden die Gehäuseteile 1 10a, 1 1 Ob, vorzugsweise mit einer vorgebbaren Vorspannkraft F (Figur 3), gegen das Brennraumfenster 120 und das Dichtelement 130a, 130b gepresst bzw. vorgespannt. Die Komponenten 1 10a, 120, 130a, 130b sind dabei so ausgewählt, dass sie dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen
Prinzip betreffend die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten genügen. Während des Pressens werden die Gehäuseteile 1 10a, 1 10b vorteilhaft miteinander verbunden, insbesondere mittels Verschrauben und/oder Verschweißen und/oder Klemmen oder vergleichbaren Techniken.
Optional kann nach dem Verbinden der Gehäuseteile 1 10a, 1 10b miteinander noch ein Schritt des Temperierens erfolgen, welcher u.a. dazu dient, dass sich die eine Dichtwirkung verbessernde Oberflächenbeschichtung 140 z.B. der Dichtelemente 130a, 130b setzen kann, wobei das Material insbesondere in die durch die nichtverschwindenden Oberflächenrauigkeiten der betreffenden Komponenten 1 10a, 1 10b, 120, 130a, 130b definierten Oberflächenvertiefungen kriecht.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verschrauben mittels eines vorgebbaren Drehmomentprofils erfolgt,
insbesondere kann das Drehmomentprofil unterschiedliche Anzugsdrehmomente für unterschiedliche Einschraubtiefen vorgeben, wobei für mindestens eine Einschraubtiefe auch Wartezeiten vorgesehen sind, bevor der
Verschraubungsprozess fortgeführt wird.
Generell kann bei der Verschraubungsvariante also die Aufbringung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Anpresskraft F (Figur 3) dadurch erzielt werden, dass das erste Gehäuseteil 1 10a mit dem zweiten Gehäuseteil 1 10b in definierter Weise, also mit vorgegebenem Drehmoment, verschraubt wird. Hierfür kann beispielsweise ein Drehmomentschlüssel oder ein vergleichbares
Werkzeug verwendet werden.
Das Drehmomentprofil kann einer Ausführungsform der Erfindung zufolge beispielsweise vorsehen, dass ein Anzugsdrehmoment für den Prozess des Verschraubens schrittweise erhöht wird, beispielsweise von einem Ausgangswert von 0 Nm (Newtonmeter) auf einen Endwert von etwa 20 Nrn. Ein
Drehmomentprofil gemäß einer weiteren Ausführungsform sieht vorteilhaft vor, gewisse Einschraubtiefen I (Fig. 3) der Gehäuseteile 1 10a, 1 10b zueinander mittels Drehmomentwerten von etwa 12 Nm und etwa 17 Nm zu realisieren, wobei ein Abschlussdrehmoment von etwa 20 Nm eingesetzt wird, um die erfindungsgemäß vorgeschlagene Anpresskraft F schließlich zu realisieren. Besonders vorteilhaft können Wartezeiten zwischen den einzelnen
Schraubabschnitten eine Länge von etwa 3 Minuten bis etwa 5 Minuten aufweisen, damit sich Setzprozesse der zu verschraubenden Komponenten einstellen können, die die Dichtwirkung weiter verbessern.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Schraubgewinde G (Figur 1 ) ein M 16 x2-Gewinde auf.
Das Brennraumfenster 120 (Figur 1 ) kann bevorzugt aus kristallinem,
insbesondere einkristallinem, Saphir mit hoher Festigkeit und guten Transmissionseigenschaften bei einer verwendeten Laserwellenlänge
ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist das Brennraumfenster 120 so ausgebildet und angeordnet, dass sich die C-Achse (auch Null-Grad-Achse) der Kristallstruktur entlang der optischen Achse OA des Gehäuses 1 10 (Fig. 3) bzw. der Lasereinrichtung 26 (Fig. 6) erstreckt.
Ein bevorzugter Außendurchmesser für das Brennraumfenster 120 beträgt gemäß einer Ausführungsform etwa 12,7 mm.
Die optisch aktiven Oberflächen des Brennraumfensters 120 sind bevorzugt industriell poliert, beispielsweise vom Typ Scratch / Dig: 60 / 40. Die Kanten des Brennraumfensters 120 können vorteilhaft gebürstet oder mit einer Fase von z.B. etwa 0,3 mm versehen sein. Die optisch aktiven Oberflächen des
Brennraumfensters 120 sind besonders bevorzugt planparallel.
Ein Außendurchmesser der Abdichtelemente 130a, 130b beträgt beispielsweise etwa 12,3 mm, damit etwa 0,4 mm weniger als der Außendurchmesser des Brennraumfensters 120 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass die Dichtelemente 130a, 130b nicht auf der Herstellungsfase im Bereich 1 10b' (Fig. 3) des Kerzengehäuses 1 10 aufliegen.
Ein Innendurchmesser der Dichtelemente 130a, 130b, durch den die
Laserstrahlung 24 (Fig. 1 , 6) hindurchstrahlbar ist, beträgt vorteilhaft etwa 8 mm, mindestens etwa 6 mm.
Figur 4 zeigt einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Gehäuses 1 10. Ein erstes Gehäuseteil 1 10c ist wiederum im Wesentlichen hülsenförmig ausgebildet und über seine gesamte Länge, also vollständig, koaxial in einem zweiten Gehäuseteil 1 1 Od, das ebenfalls etwa hülsenförmig ausgebildet ist, angeordnet. Das Brennraumfenster 120 ist wiederum mit scheibenförmigen Dichtelementen 130a, 130b umgeben, die zusammen mit den entsprechenden Stirnflächen der Gehäuseteile 1 10c, 1 1 Od die erfindungsgemäß ermöglichte Dichtwirkung realisieren.
Erfindungsgemäß ist ein Wärmeausdehnungskoeffizient mindestens eines der Dichtelemente 130a, 130b bei Betriebstemperatur der Laserzündkerze 100 größer als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Gehäuseteils 1 1 Od bzw. 1 10c bei Betriebstemperatur der Laserzündkerze 100, wodurch wiederum vorteilhaft der geringere Wärmeausdehnungskoeffizient des vorliegend aus einkristallinem Saphir bestehenden Brennraumfensters 120 bei Betriebstemperatur der
Laserzündkerze 100 zumindest teilweise kompensiert werden kann.
Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß Figur 3 weist das Gehäuse 1 10 gemäß Figur 4 keine Schraubverbindung zwischen den Gehäuseteilen 1 10c, 1 10d auf. Vielmehr wird eine stoffschlüssige Verbindung der Gehäuseteile 1 10c, 1 1 Od mittels Schweißen, insbesondere Laserschweißen, realisiert, vorliegend beispielsweise im Bereich des Pfeils S. Es kann sich vorteilhaft um eine umlaufende Schweißnaht handeln, welche eine besonders stabile Verbindung der Komponenten 1 10c, 1 10d ergibt. Vorteilhaft wird die Anpresskraft F zwischen den Gehäuseteilen 1 10c, 1 1 Od und dem Brennraumfenster 120 vorliegend dadurch erzielt, dass die Hülsen 1 10c, 1 1 Od vor dem Verschweißen zunächst gegeneinander verpresst bzw. verspannt werden, nämlich mit der Anpresskraft F. Erst dann erfolgt die stoffschlüssige Verbindung mittels Laserschweißen im Bereich S. Dadurch wird vorteilhaft gewährleistet, dass die erfindungsgemäß vorgeschlagene Anpresskraft F auch für die Zukunft, das heißt nach dem Wegfall der externen Anpresskraft F, aufrechterhalten wird. Während der Fertigung des Gehäuses 1 10 kann die Anpresskraft F beispielsweise unter Verwendung einer an sich bekannten Presse erfolgen. Nach dem Laserschweißen kann wiederum ein Prozess des Temperierens erfolgen sowie ein langsames Abkühlen auf Raumtemperatur.
Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gehäuses 1 10 in Querschnittansicht. Im Unterschied zu den vorstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 3, 4 beschriebenen Ausführungsformen weist das Gehäuse 1 10 vorliegend ein sogenanntes brennraumseitig geschraubtes Dichtkonzept auf, bei dem ein erstes Gehäuseteil 1 10e („Frontkappe") von dem Brennraum 14 bzw. dem brennraumseitigen Ende 1 10' her in das zweite Gehäuseteil 1 10f eingeschraubt wird. Die Erzielung der Vorspannkraft F und damit der
Dichtwirkung erfolgt vergleichbar zu den vorstehend beschriebenen
Ausführungsformen. Bei der in Figur 5 abgebildeten Konfiguration ist nur ein Dichtelement 130c abgebildet, analog zu der Ausführungsform gemäß Fig. 1. Für die
Wärmeausdehnungskoeffizienten der Komponenten 1 10e, 1 10f, 120, 130c gelten die vorstehenden Ausführungen entsprechend.
Optional kann zwischen dem Brennraumfenster 120 und dem in Figur 5 links davon liegenden Innendurchmessersprung des Gehäuseteils 1 10f auch ein weiteres Dichtelement (nicht gezeigt) vorgesehen sein.
Das Gehäuseteil 1 10e verfügt vorteilhaft über ein nicht näher in Figur 5 bezeichnetes Mitnahmeprofil, das ein einfaches Hineinschrauben des
Gehäuseteils 1 10e in das zweite Gehäuseteil 1 10f ermöglicht.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die nachstehend näher erläuterte Dimensionierungsvorschrift für die axialen Abmessungen der
Komponenten des Brennraumfensters 120, Dichtelement 130a beziehungsweise Dichtelemente 130a, 130b vorgesehen. Die axiale Abmessung des
Brennraumfensters 120 ist in Figur 1 wie vorstehend bereits beschrieben mit dem Doppelpfeil d2 bezeichnet und wird vorliegend auch als Dicke des
Brennraumfensters 120 bezeichnet. Die axiale Abmessung des Dichtelements 130a ist in Figur 1 durch den Doppelpfeil d1 gekennzeichnet und wird analog zu der Dicke des Brennraumfensters 120 auch als Dicke d1 des Dichtelements 130a bezeichnet. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist vorteilhaft die folgende Dimensionierungsvorschrift vorgesehen:
^Fenster ^Gehäuse ^ 'Dichtelement
l Dichtelement OL Fenster— OL Gehäuse wobei Fenster die Dicke d2 des Brennraumfensters 120 gemäß Figur 1 bezeichnet, wobei iDichteiement die Dicke d1 des Dichtelements 130a gemäß Figur 1 bezeichnet, und wobei die Größen aGehäuse, aDiChteiement, ebenster die
Wärmeausdehnungskoeffizienten der Komponenten Gehäuse 1 10a, 1 10b (Figur 1 ), Dichtelement 130a, Brennraumfenster 120 bedeuten.
Bei solchen Ausführungsformen, die neben dem Brennraumfenster 120 nur ein Dichtelement 130a (Fig. 1 ), 130c (Fig. 5) enthalten, entspricht die in der vorstehenden Formel angegebene Dicke iDichteiement der Dicke d1 des einzigen Dichtelements 130a. Bei solchen Ausführungsformen, bei denen zwei Dichtelemente 130a, 130b im Bereich des Brennraumfensters 120 vorgesehen sind, vergleiche beispielsweise Figur 3, entspricht die Größe IDichteiement der vorstehenden Formel der Summe der individuellen Dicken der beiden
Dichtelemente 130a, 130b, weil in diesem Fall die beiden Dichtelemente 130a, 130b bei einer erfindungsgemäßen Auslegung ihrer
Wärmeausdehnungskoeffizienten zusammenwirken, um die relativ geringe Wärmeausdehnung des Brennraumfensters 120 zu kompensieren
beziehungsweise an die vergleichsweise hohe Wärmeausdehnung der
Gehäuseteile 1 10a, 1 10b anzugleichen.

Claims

Ansprüche
1 . Gehäuse (1 10) für eine Laserzündkerze (100), insbesondere einer
Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs oder eines Stationärmotors, wobei das Gehäuse (1 10) mindestens ein Gehäuseteil (1 10a) und ein zumindest bereichsweise dichtend mit dem Gehäuseteil (1 10a) verbundenes
Brennraumfenster (120) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäuseteil (1 10a) und dem Brennraumfenster (120) mindestens ein Dichtelement (130a) vorgesehen ist, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient bei Betriebstemperatur der Laserzündkerze (100) größer ist als der
Wärmeausdehnungskoeffizient des Gehäuseteils (1 10a) bei
Betriebstemperatur der Laserzündkerze (100).
2. Gehäuse (1 10) nach Anspruch 1 , wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient des Brennraumfensters (120) bei Betriebstemperatur der Laserzündkerze
(100) kleiner als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Gehäuseteils (1 10a) bei Betriebstemperatur der Laserzündkerze (100) ist.
3. Gehäuse (1 10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der
Wärmeausdehnungskoeffizient des Brennraumfensters (120) bei
Betriebstemperatur der Laserzündkerze (100) zwischen etwa 4 * 10 Λ-6 / K und etwa 10 * 10Λ-6 /K beträgt, insbesondere etwa 8 * 10 Λ-6 / K.
4. Gehäuse (1 10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der
Wärmeausdehnungskoeffizient des Gehäuseteils (1 10a) bei
Betriebstemperatur der Laserzündkerze (100) zwischen etwa 7 * 10 Λ-6 / K und etwa 16 * 10Λ-6 /K beträgt, insbesondere etwa 12 * 10 Λ-6 / K.
5. Gehäuse (1 10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der
Wärmeausdehnungskoeffizient des Dichtelements (130a) bei
Betriebstemperatur der Laserzündkerze (100) zwischen etwa 16 * 10 Λ-6 / K und etwa 20 * 10Λ-6 /K beträgt, insbesondere etwa 18 * 10 Λ-6 / K.
6. Gehäuse (1 10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Gehäuseteil (1 10a) und/oder das Dichtelement (130a) aus Stahl bestehen, und wobei das Brennraumfenster (120) aus Saphir, insbesondere einkristallinem Saphir, besteht.
7. Gehäuse (1 10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Dicke (d1 ) des Dichtelements (130a) zwischen etwa 0,4 mm und etwa 3 mm beträgt, insbesondere etwa 1 ,0 mm.
8. Gehäuse (1 10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Dicke (d2) des Brennraumfensters (120) zwischen etwa 2 mm und etwa 8 mm beträgt, insbesondere etwa 4 mm.
9. Gehäuse (1 10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das
Dichtelement (130a, 130b, 130c) in einem Kontaktbereich zu dem mindestens einen Gehäuseteil (1 10a, 1 10c, 1 1 Oe) und/oder dem
Brennraumfenster (120) eine Beschichtung (140) aus einem Material aufweist, das von dem Basismaterial des Dichtelements (130a, 130b, 130c) verschieden ist, wobei das Basismaterial vorzugsweise Stahl ist, und wobei die Beschichtung vorzugsweise aus Kupfer ist.
10. Gehäuse nach Anspruch 9, wobei die Beschichtung (140) eine Dicke (d3) von etwa 50 μηη bis etwa 150 μηη aufweist, wobei die Beschichtung insbesondere als Folie ausgebildet ist.
1 1 . Gehäuse (1 10) nach einem der Ansprüche 9 bis 10, wobei die Beschichtung (140) galvanisch auf dem Dichtelement (130a, 130b, 130c) aufgebracht ist.
12. Gehäuse (1 10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das
Dichtelement (130a, 130b, 130c) in einem Kontaktbereich zu dem mindestens einen Gehäuseteil (1 10a, 1 10c, 1 1 Oe) und/oder dem
Brennraumfenster (120) eine geläppte Oberfläche aufweist.
13. Gehäuse (1 10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das
mindestens eine Gehäuseteil (1 10a) mit einer vorgebbaren Vorspannkraft (F) gegen das Brennraumfenster (120) gepresst ist.
14. Gehäuse (1 10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Gehäuseteil (1 10a) und dem Brennraumfenster (120) zwei oder mehr Dichtelemente (130a, 130a') vorgesehen sind, deren
Wärmeausdehnungskoeffizienten bei Betriebstemperatur der
Laserzündkerze (100) voneinander verschieden sind.
15. Laserzündkerze (100) mit einem Gehäuse (1 10) nach einem der
vorstehenden Ansprüche, wobei eine Betriebstemperatur der
Laserzündkerze (100) zwischen etwa 200 °C und etwa 1 100 °C beträgt, insbesondere zwischen etwa 280 °C und etwa 600 °C.
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