Titel

Steckschlüssel zur Montage eines Laserzündsystems

Die Erfindung betrifft einen Steckschlüssel zur Montage eines Laserzündsystems in einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Laserzündsysteme in Brennkraftmaschinen haben gegenüber Zündanlagen mit herkömmlichen Zündkerzen den Vorteil, dass die Leistung der Brennkraftmaschine gesteigert und gleichzeitig die Schadstoffemissionen herabgesetzt werden. Es ist also anzunehmen, dass Laserzündsystem zukünftig eine wachsende Bedeutung zukommt. Außerdem können solche Laserzündsysteme in Gasturbinen eingesetzt werden.

Aus der DE 10 2004 001 554 A1 ist eine Laserzündeinrichtung zum Zünden eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei ein Zündlaser der Laserzündeinrichtung in einen Brennraum der Brennkraftmaschine ragt. Der Zündlaser wird über einen Lichtleiter von einer Pumplichtquelle optisch versorgt.

Das Laserzündsystem kann dabei aus mehreren Baugruppen, nämlich im Wesentlichen aus dem Zündlaser, dem Lichtleiter und der Pumplichtquelle bestehen, die lösbar miteinander verbunden sind. Das Laserzündsystem kann aber auch aus Gründen der Funktionssicherheit und zur Kostenersparnis als eine nicht trennbare Einheit hergestellt bilden. Dies bedeutet, dass vor allem bei den nicht demontierbaren Laserzündsystemen, dass der Zündlaser in einer dafür vorgesehenen Öffnung (Zündlaserschacht) in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine eingesetzt werden muss, ohne zum Beispiel den Lichtleiter vorher entfernen zu können. Die DE 35 15 102 C2 beschreibt einen Steckschlüssel zum Einsetzen einer herkömmlichen Zündkerze in einen Zylinderkopf. Ein rohrförmiger Steckschlüssel umfasst dabei einen Innenschlüssel zum Fixieren der Zündkerze und einen Außenmantel zum Aufnehmen der Zündkerze in einen Formschluss. Durch

Drehen des Außenmantels mit samt dem Innenschlüssel mittels eines handelsüblichen Drehmomentschlüssel kann die Zündkerze in ein vorgesehenes Gewinde für die Zündkerze in den Zylinderkopf eingedreht werden. Bei diesem Steckschlüssel muss das Zündkabel während der Montage der Zündkerze im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine von der Zündkerze abgezogen sein.

Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Montagevorrichtung, bspw. ein Steckschlüssel für ein Laserzündsystem zu schaffen, bei dem das Laserzündsystem schnell und zuverlässig in einer Brennkraftmaschine installiert werden kann, ohne den Lichtleiter von dem Zündlaser trennen zu müssen. Die Vorrichtung soll zudem kostengünstig sein.

Die Aufgabe wird durch einen Steckschlüssel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf jeweils explizit hingewiesen wird. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.

Der Erfindung liegt die Idee zu Grunde, ein Werkzeug zu schaffen, in dem der Zündlaser zumindest mit dem angeschlossenen Lichtleiter in dem Abtriebsbereich des Werkzeugs eingesetzt und dabei der Lichtleiter im Werkzeug derart geführt wird, dass er während der Montage mitdreht. Dadurch wird eine eventuelle Beschädigung des Lichtleiters durch Verdrehen vermieden. Zum Führen des Lichtleiters im Werkzeug ist die Längsaussparung, die bspw. als Nut oder Schlitz ausgestaltet sein kann, im Abtriebsbereich vorgesehen. Dies ermöglicht eine einfache Montage des Laserzündsystems in der

Brennkraftmaschine. Vorteilhaft ist, wenn zumindest im Abtriebsbereich auf dem Steckschlüssel zusätzlich ein Verstärkungsrohr als Außenmantel angeordnet ist. Der Steckschlüssel ist hohl und der Zündlaser kann so zunächst formschlüssig in ein offenes Ende des Abtriebbereichs des erfindungsgemäßen Werkzeugs in axialer

Richtung eingesteckt und der Lichtleiter radial in einen Schlitz des erfindungsgemäßen Werkzeugs eingelegt werden. Der Formschluss kann zum Beispiel durch einen Sechskant, wie er auch von herkömmlichen Zündkerzen bekannt ist, oder ein Zwölfkant sein. Auf jeden Fall muss die Außenkontur des Zündlasers und die Innenkontor des erfindungsgemäßen Werkzeugs so aufeinander abgestimmt sein, dass das erforderliche Anzugsdrehmoment vom Werkzeug auf den Zündlaser übertragen werden kann.

Da der Steckschlüssel durch den Schlitz an Festigkeit verliert, besteht die Gefahr, dass er sich beim Anziehen aufweitet, so dass der Formschluss verloren geht und/oder der Zündlaser beschädigt wird und ein vorgeschriebenes Anzugsmoment nicht erreicht wird. Dies wird in weiterer erfinderischer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steckschlüssels durch ein koaxiales Verstärkungsrohr verhindert. Damit erreicht das Werkzeug eine ausreichende Festigkeit, um den Zündlaser mit dem vorgeschriebenen Anzugsmoment anzuziehen. Die Anwendung des Verstärkungsrohrs ist damit sehr effektiv und kostengünstig.

Das Verstärkungsrohr ist auf dem Steckschlüssel verdrehbar, kann aber auch zusätzlich in axialer Richtung auf dem Steckschlüssel verschiebbar sein, so dass das Verstärkungsrohr durch eine Drehbewegung, eine Verschiebebewegung in axialer Richtung oder durch kombinierte Dreh- und Verschiebbewegungen in eine gewünschte Position relativ zu dem Steckschlüssel gebracht werden kann. Dabei ist es möglich, eine Markierung außen am Steckschlüssel anzubringen, die anzeigt, dass das Verstärkungsrohr in Relation zum Steckschlüssel in der richtigen axialen Lage für die Montage ist.

Zwischen einem Außendurchmesser des Steckschlüssels und einem Innendurchmesser des Verstärkungsrohres besteht mindestens im Abtriebsbereich des Werkzeugs eine Spielpassung. Wenn der Steckschlüssel bei

Belastung durch das Anzugsmoment leicht aufgeht, kommt er in Kontakt mit dem Verstärkungsrohr, so dass dieses mit zur Festigkeit des gesamten Werkzeugs beiträgt. In einer ersten Variante des Werkzeugs kann die Spielpassung auch über die gesamte Länge des Verstärkungsrohres angebracht sein. In einer zweiten Variante des Werkzeugs kann auch eine Übergangspassung gewählt werden, die eventuell schwerer zu drehen ist, jedoch eine höhere Festigkeit bringt.

Besonders vorteilhaft ist, wenn das Verstärkungsrohr auch eine Längsaussparung aufweist. Die Längsaussparung kann bspw. als Nut oder Schlitz ausgestaltet sein; bevorzugt hat die Längsaussparung des Verstärkungsrohrs die gleiche Ausgestaltung wie die Längsaussparung im

Steckschlüssel.

Das Verstärkungsrohr kann durchgängig geschlitzt und bevorzugt so lang sein, dass es bei der Montage des Laserzündsystems aus dem Zündlaserschacht im Zylinderkopf herausragt. Beim Einlegen des Zündlasers mit dem Lichtleiter stimmen die Lagen der Längsaussparungen im Steckschlüssel und Verstärkungsrohr überein, so dass der Lichtleiter problemlos in das Werkzeug eingelegt werden kann. Danach wird das Verstärkungsrohr mindestens um 45°, bevorzugt um 180°, maximal um 315°, verdreht.

Wenn das Verstärkungsrohr nach dem Einlegen des Lichtleiters um 180° relativ zu dem Steckschlüssel verdreht wurde, dann liegen sich die Längsaussparung des Steckschlüssels und der Schlitz des Verstärkungsrohrs gegenüber und der Lichtleiter befindet sich in der Längsaussparung des Steckschlüssels. Nun kann der Zündlaser mit Hilfe des erfindungsgemäßen Werkzeugs in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine eingeschraubt und mit dem vorgeschriebenen Drehmoment angezogen werden. Nach der Montage kann das Verstärkungsrohr zurückgedreht werden, so dass die Längsaussparungen von Steckschlüssel und Verstärkungsrohr wieder übereinander liegen. Jetzt kann das Werkzeug leicht vom Zündlaser und vom Lichtleiter entfernt werden.

Um das Verdrehen des Verstärkungsrohrs zu erleichtern, weist das Verstärkungsrohr an einer äußeren Oberfläche eine Struktur, insbesondere eine Rändelung auf. Dies erleichtert die Handhabung der gesamten Einrichtung und ist kostengünstig in der Herstellung. Wenn die Längsaussparung des Steckschlüssels länger ist als das Verstärkungsrohr, kann der Lichtleiter oberhalb des Verstärkungsrohrs aus der Längsaussparung des Steckschlüssels ragen, auch wenn der Schlitz des Verstärkungsrohrs gegenüber der Längsaussparung des Steckschlüssels verdreht und das erfindungsgemäße Werkzeug somit „geschlossen" ist. Damit wird erreicht, dass der Lichtleiter außerhalb des Zündlaserschachtes aus dem Steckschlüssel herausgeführt werden kann. Dies wird auch dadurch unterstützt, dass der Steckschlüssel zwischen dem Antriebsbereich und dem Abtriebsbereich einen Verlängerungsbereich umfasst, um sich der Tiefe des Zündlaserschachtes anzupassen. Im Verlängerungsbereich werden die Längsaussparungen im

Steckschlüssel und im Verstärkungsrohr natürlich weitergeführt.

In einer alternativen Ausgestaltungsform ist der Steckschlüssel nur im Abtriebsbereich als geschlitzter Hohlzylinder ausgeformt und geht oberhalb davon verjüngt in ein Vollmaterial, z.B. einen Rundstahl, über. Die Längsaussparung des

Steckschlüssels endet dabei in der Verjüngung. Der Lichtleiter wird dann im Antriebsbereich (und falls vorhanden im Verlängerungsbereich) neben dem Rundstahl, aber innerhalb des Verstärkungsrohrs geführt.

Möglich ist auch, dass das Verstärkungsrohr eine Verriegelung gegen ein

Verdrehen gegenüber dem Steckschlüssel umfasst. Somit wird ein ungewolltes gegenseitiges Verdrehen des Verstärkungsrohrs während der Montage gegenüber dem Steckschlüssel verhindert. Die Verriegelung kann bspw. in der 180° Stellung wirken, indem z.B. ein federbelasteter Bolzen im Steckschlüssel in die Längsaussparung des Verstärkungsrohrs eingreift. Dies ist eine einfache, effektive und kostengünstige Realisierung.

Zum Anziehen des Zündlasers mit dem vorgeschriebenen Anzugsmoment, ist es vorteilhaft, wenn der Steckschlüssel am freien Ende des Antriebsbereichs einen genormten Mehrkant, insbesondere einen Vierkant, aufweist. Der Mehrkant kann innen im Steckschlüssel oder auch außen am Umfang angeordnet sein. An dem Mehrkant kann ein handelsüblicher Drehmomentschlüssel zum Drehen des Zündlasers eingesetzt werden. Als Variante kann der Drehmomentschlüssel auch fest mit dem Verstärkungsrohr verbunden sein, so dass der Drehmomentschlüssel integraler Bestandteil des Werkzeugs ist, das eventuell auch mit einem Gelenk versehen, platzsparend zusammengeklappt werden kann. Vorteilhaft ist außerdem, dass der erfindungsgemäße Steckschlüssel eine Haltevorrichtung für eine Pumplichtquelle des Laserzündsystems aufweisen kann. Im Bereich des Werkzeugs oberhalb des Zündlaserschachtes ist bspw. eine Platte am Steckschlüssel angebracht, an der die Pumplichtquelle für die Montage zeitweise befestigt werden kann. Dies kann z.B. durch zwei Bolzen mit mindestens einer Rändelmutter geschehen, wobei die Bolzen in Montagebohrungen der Pumplichtquelle eingreifen, oder auch durch andere Schnellverschlüsse, z.B. Klammern oder Klettverschlüsse. Auch ein einfaches Einlegen bzw. Aufhängen der Pumplichtquelle in eine formschlüssige Aufnahme am Steckschlüssel kann ausreichend sein. Nach dem Entfernen des Steckschlüssels wird die Pumplichtquelle (mit angeschlossenem Lichtleiter) an einer Montageschiene der Brennkraftmaschine endgültig befestigt.

Der Lichtleiter wird nach dem Austritt aus den Längsaussparungen seitlich neben dem Steckschlüssel bis zur Pumplichtquelle geführt. Bei einer größeren Länge des Lichtleiters kann es vorteilhaft sein, neben der Haltevorrichtung für die Pumplichtquelle zusätzlich eine Haltevorrichtung für den Lichtleiter anzubringen, um Beschädigungen am Lichtleiter während der Montage zu vermeiden.

Kurzbeschreibung der Figuren

Nachfolgend wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beispielhaft erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Steckschlüssels im Schnitt;

Figur 2 ein Laserzündsystem für eine Brennkraftmaschine;

Figur 3 den Steckschlüssel aus Figur 1 in einer perspektivischen Darstellung mit eingesetztem Laserzündsystem;

Figur 4 den Steckschlüssel aus Figur 1 in einem Radialschnitt mit übereinanderliegenden Längsaussparungen; Figur 5 den Steckschlüssel aus Figur 1 in einem Radialschnitt mit um 180° verdrehten Längsaussparungen; und

Figur 6 den Steckschlüssel aus Figur 1 während einer Montage in einer Brennkraftmaschine in einer perspektivischen Schnittdarstellung.

Detaillierte Beschreibung

Laserzündsysteme in Brennkraftmaschinen haben Vorteile gegenüber Zündungen mit herkömmlichen Zündkerzen, da sie optimierte Verbrennungslösungen anbieten. Es ist also anzunehmen, dass Laserzündsystem zukünftig eine wachsende Bedeutung zukommt.

Figur 2 zeigt ein solches Laserzündsystem 10, wobei ein Zündlaser 12 von einer Pumplichtquelle 16 über einen Lichtleiter 14 mit Pumplicht versorgt wird. Der Zündlaser 12 ragt im Betrieb in einen Brennraum der Brennkraftmaschine (in Figur 2 nicht dargestellt) und wird durch ein Gewinde in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine befestigt (vgl. hierzu Beschreibung zu Figur 6). Ein im Brennraum vorhandenes

Kraftstoff-Luft-Gemisch wird mittels eines Laserimpulses entzündet, der von dem Zündlaser 12 in den Brennraum abgestrahlt wird (nicht dargestellt). Das Laserzündsystem 10 kann nach einer Fertigung zur Verbesserung einer Funktionssicherheit und zur Kostenersparnis eine nicht mehr trennbare Einheit darstellen. Es können selbstverständlich die Komponenten auch einzeln gefertigt und erst vor einer Montage zusammengebaut werden.

Das Laserzündsystem 10 wird mittels eines erfindungsgemäßen Werkzeugs in der Brennkraftmaschine montiert. Figur 1 zeigt ein solches Werkzeug. Es ist in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 18 gekennzeichnet. Das Werkzeug 18 ist bevorzugt aus Metall, z.B. Stahl hergestellt und in drei Bereiche aufgeteilt: In Figur 1 auf der linken Seite weist das Werkzeug einen Antriebsbereich 20, auf der rechten Seite einen Abtriebsbereich 22 und dazwischen einen Verlängerungsbereich 24 auf. Das Werkzeug 18 umfasst einen Steckschlüssel 26, der rohrförmig ausgebildet ist und im Abtriebsbereich 22 den Zündlaser 12 in einem Formschluss 28 aufnimmt. Der Formschluss 28 ist bevorzugt ein Sechskant oder Zwölfkant. Außerdem weist der Steckschlüssel 26 eine Längsaussparung 30 auf, die sich vom Abtriebsbereich 22 bis in die Nähe des Antriebsbereichs 20 erstreckt. Die Längsaussparung 30 kann als Nut oder Schlitz in dem rohrförmigen Steckschlüssel 26 ausgestaltet sein und dient der Aufnahme des Lichtleiters 14 während der Montage des Zündlasers 12.

Der Antriebsbereich 20 weist einen im Inneren des Steckschlüssels 26 ausgebildeten genormten Vierkantantrieb 32 auf. Alternativ könnte auch ein an der Außenseite ausgebildeter Mehrkant, wie zum Beispiel ein Sechskant, als Antrieb dienen.

Der Steckschlüssel 26 ist im Abtriebsbereich 22 und teilweise im Verlängerungsbereich 24 mit einem Verstärkungsrohr 34 ummantelt. Das Verstärkungsrohr 34 weist zum Steckschlüssel 26 eine Spielpassung auf, so dass das Verstärkungsrohr 34 gegenüber dem Steckschlüssel 26 verdrehbar ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Verstärkungsrohr 34 kürzer als die Längsaussparung 30 des Steckschlüssels 26.

Auch das Verstärkungsrohr 34 weist über seine gesamte Länge eine Längsaussparung 36 auf, die als Nut oder Schlitz ausgestaltet sein kann.

Figur 3 zeigt aus zwei Perspektiven das Werkzeug 18 mit eingesetztem Laserzündsystem 10, so wie es vor einer Montage in eine Brennkraftmaschine hergerichtet werden muss. Folgende Arbeitsschritte sind dazu notwendig:

Die Längsaussparung 30 des Steckschlüssels 26 und die Längsaussparung 36 des Verstärkungsrohrs 34 werden durch Verdrehen in eine Lage übereinander gebracht. Diese Position des Verstärkungsrohrs 34 und des Steckschlüssels 26 zeigt Figur 4. Dann wird der Zündlaser 12 formschlüssig in den Abtriebsbereich 22 des Werkzeugs 18 axial eingesetzt und der damit verbundene Lichtleiter 14 in die übereinander liegenden Längsaussparungen 30 und 36 radial eingelegt. Da die Längsaussparung 30 des Steckschlüssels 26 länger ist als das Verstärkungsrohr 34, kann der Lichtleiter 14 in Figur 3 oberhalb des

Verstärkungsrohrs 34 nach außen geführt werden.

Die mit dem Lichtleiter 14 verbundene Pumplichtquelle 16 wird an einer Haltevorrichtung 38 befestigt. Wie aus Figur 3 ersichtlich, ist die Pumplichtquelle 16 (vorrübergehend während der Montage) an der Haltevorrichtung 38 befestigt.

Die Haltevorrichtung 50 ist als eine Halteplatte 38 ausgestaltet und ist im Bereich des Antriebsbereichs 20 am Steckschlüssel 26 angeordnet. Zur Befestigung wird ein Bolzen 50 (mit einer daran verbundenen Rändelmutter) durch eine Montagebohrung der Pumplichtquelle gesteckt und bspw. mit einem Gewinde im Bolzen 50 und der Halteplatte 38 vorrübergehend verbunden. Um den aus der Längsaussparung 30 austretenden Lichtleiter 14 während der Montage nicht zu gefährden, ist eine zusätzliche Halterung 52 für den Lichtleiter 14 vorgesehen. Die Halterung 52 umfasst ein am Steckschlüssel 26 befestigtes Winkelblech.

Jetzt wird das Verstärkungsrohr 34 um mindestens 45° oder höchstens 315°, bevorzugt 180° verdreht, so dass der Lichtleiter 14 in der Längsaussparung 30 des Steckschlüssels 26 geführt und von dem Verstärkungsrohr 34 verdeckt wird. Diese Positionen des Verstärkungsrohrs 34 und des Steckschlüssels 26 zeigt Figur 5. In diesem Zustand kann der Zündlaser mit Hilfe des erfindungsgemäßen Werkzeugs 18 montiert werden.

An Hand von Figur 6 wird die Montage des Laserzündsystems 10 in der Brennkraftmaschine erklärt. Zur Montage wird das Werkzeug 18 mit eingelegtem Zündlaser in einen dazu vorgesehenen Schacht 40 des Zylinderkopfs 42 der Brennkraftmaschine eingeführt, so dass das freie Ende des Zündlasers 12 an einem vorbereiteten Gewinde 44 im Zylinderkopf 42 anliegt. Die Bohrung des

Gewindes 44 schafft einen Zugang zum Brennraum 48 der Brennkraftmaschine. Ein Drehmomentschlüssel 46 wird in den Vierkantantrieb 32 eingesetzt. Durch Drehen des Drehmomentschlüssels 46 wird der Zündlaser 12 mit dem daran verbundenen Lichtleiter 14 und der wiederum daran verbundenen Pumplichtquelle 16 mit einem vorgegebenen Anzugsmoment in das Gewinde 44 eingedreht, ohne dass es zu einem Verdrehen des Lichtleiters 14 kommt. Anschließend wird die Pumplichtquelle 16 von der Haltevorrichtung 38 entfernt und an einer vorbereiteten Montageschiene der Brennkraftmaschine befestigt (nicht dargestellt). Jetzt wird das Verstärkungsrohr 34 in die Ausgangslage mit den übereinanderliegenden Längsaussparungen 30 und 36 gedreht. Das

Werkzeug 18 kann aus dem Zündlaserschacht 40 entnommen werden. Gleichzeitig kann der Lichtleiter 14 ungehindert aus den Aussparungen des Werkzeugs 18 gleiten.