DE102015211201A1

DE102015211201A1 - Kraftstoffheizer und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE102015211201A1
Application number: DE102015211201.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas Reissner; Conrad Bubeck
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-11-07
Filing date: 2015-06-18
Publication date: 2016-05-12
Also published as: BR102015027860A2

Abstract

Die Erfindung stellt einen Kraftstoffheizer (1) zum Einsatz in einem Rail einer Brennkraftmaschine bereit, der zumindest einen Heizkörper (11), ein Aufnahmebauteil (12) zur Aufnahme des Heizkörpers (11) und ein Dichtungselement (13) aufweist, das zwischen dem Heizkörper (11) und dem Aufnahmebauteil (12) in einer in dem Aufnahmebauteil (12) vorgesehenen Aussparung (121) angeordnet ist, um zwischen dem Heizkörper (11) und dem Aufnahmebauteil (12) abzudichten. Ferner wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Kraftstoffheizers (1) bereitgestellt.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftstoffheizer mit einem Heizkörper und einem dafür vorgesehenes Aufnahmebauteil, und insbesondere einen Kraftstoffheizer für ein Kraftstoffrail einer Brennkraftmaschine zur Leitung von Alkohol oder einer Alkoholmischung als Kraftstoff zu der Brennkraftmaschine.
Für den Bereich des Automobilbaus gibt es Länder, wie beispielsweise Brasilien oder auch USA, in denen neben herkömmlichen Benzin auch Alkohol, das heißt hauptsächlich Methanol oder Ethanol, oder Alkohol-Benzin-Mischungen zum Betrieb von Brennkraftmaschinen verwendet werden. Derartige Alkohole können in diesen Ländern lokal erzeugt werden, wodurch diese von der Erdöleinfuhr unabhängig werden und dadurch das Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Alkohol in diesen Ländern wesentlich billiger als das Betreiben der Brennkraftmaschine mit Benzin oder Dieselkraftstoff wird.
Ein Betreiben von Brennkraftmaschinen mit Alkohol oder Alkoholmischungen kann jedoch auch nachteilig sein, da beispielsweise mit Ethanol betriebene Ottomotoren erst bei einer Temperatur von mehr als 14°C gestartet werden können. Deren Betrieb gestaltet sich demnach bei niedrigeren, kalten Temperaturen durchaus als schwierig. Derzeit wird diesem Umstand dadurch Rechnung getragen, dass in mit Alkohol betriebenen Kraftfahrzeugen neben dem Haupttank, der mit Alkohol gefüllt ist, ein Zusatztank nebst zugehörigen Leitungen vorgesehen ist, der mit regulärem Benzin gefüllt ist. Bei Temperaturen unterhalb von 14°C wird der Ottomotor nicht mit Alkohol sondern mit Benzin gestartet, bis der Motor eine bestimmte Temperatur erreicht hat, wonach er auf Alkoholbetrieb mit Alkohol aus dem Haupttank umgestellt werden kann. Diese Zusatztanklösung ist bei mit Alkohol betriebenen Ottomotoren bis heute stark verbreitet.
Ein wesentlicher Nachteil dieser Zusatztanklösung ist jedoch dem Umstand zuzuschreiben, dass der Inhalt des Zusatztanks und der dazugehörigen Leitungen, das heißt das Benzin, bei warmen Temperaturen über 14°C, wie sie im Sommer vorliegen, nicht verwendet wird und über die Zeit weitgehend verdunstet, wodurch das verbliebene Restbenzin in Leitungen und Tank dickflüssig wird. Bei dieser Verdickung des Benzins bleiben jedoch langkettige Kohlenwasserstoffe übrig, die unter anderem den Auslass des Zusatztanks sowie die nachfolgenden Ventile und Leitungen verkleben können. Wird es anschließend zum Winter hin wieder kälter, ist das Starten mit Benzin in diesem Falle aufgrund der verklebten Leitungen/Ventile und des dadurch verstopften Zusatztanks nicht mehr möglich. Die Leitungen und der Zusatztank zur Bevorratung des Benzins müssen in diesem Falle intensiv gereinigt oder im schlimmsten Fall sogar vollständig ausgetauscht werden. Neben diesem essentiellen Problem ist es ein weiterer Nachteil der Zusatztanklösung, dass für diese Lösung in einem Kraftfahrzeug zwei Tanks, das heißt der mit Alkohol gefüllte Haupttank sowie der mit Benzin gefüllte Zusatztank, vorgesehen sein müssen, die mehr Platz als nur ein einzelner Tank im Fahrzeug benötigen, wodurch das Fahrzeug insgesamt in Bezug auf Herstellung und Komponenteneinbau teurer wird. Darüber hinaus stellt der mit Benzin gefüllte Zusatztank bei einem Unfall des Kraftfahrzeugs ein nicht zu vernachlässigendes zusätzliches Sicherheitsrisiko dar.
Um nun eine Alternative zu der Zusatztanklösung zu finden, ist es auf dem Gebiet der alkoholbetriebenen Brennkraftmaschinen bereits bekannt, den Zusatztank mit all seinen Nachteilen wegzulassen und stattdessen ein beheizbares Kraftstoffrail zu verwenden, in dem der zuzuführende Alkohol bei niedrigen Temperaturen erwärmt werden kann. Ein speziell für diese Zwecke konstruiertes Rail, ein dazugehöriger Kraftstoffheizer, ein dafür zuständiges spezielles Steuergerät sowie dessen Softwaresteuerung bilden ein beheizbares Kraftstoffrail-System aus, das sogenannte Flexstart-System. Bisher sind zumindest zwei derartige Flexstart-Systeme bekannt, die sich durch den Werkstoff des Rails unterscheiden, wobei das Rail entweder aus Stahl oder aus einem Kunststoff besteht. Der dabei verwendete Kraftstoffheizer des jeweiligen Flexstart-Systems ist in beiden Fällen üblicherweise der gleiche, wobei bisher lediglich die Anschlusstechnik des Kraftstoffheizers in dem Rail sowie das Gehäuse des Kraftstoffheizers für das jeweilige Rail unterschiedlich ausgelegt werden müssen.
Ein Beispiel für ein Flexstart-System mit einem Kunststoff-Rail ist beispielsweise aus der WO 2012/071637 A1 bekannt, bei der das Rail vollständig aus Kunststoff gefertigt ist und bei der ein Kraftstoffheizer in ein mit dem Hauptrohr verbundenes Nebenrohr eingesetzt ist. Ein bekannter Aufbau einer derartigen Anordnung des Kraftstoffheizers in einem Kunststoff-Flexstart-System 8 kann 10 entnommen werden. Darin ist ein Kunststoff-Hauptrail 81 mit einem Kraftstoffeinlass 811 und einem Kraftstoffauslass 812 gezeigt, wobei der zu erwärmende Kraftstoff aus der Hauptrail 81 durch den Kraftstoffeinlass 811 in eine Kammer 82 strömt, in der der Kraftstoff durch einen Kraftstoffheizer 83 erwärmt wird und dann nach oben zu dem Kraftstoffauslass 812 steigt. Der warme Kraftstoff sammelt sich entsprechend vor dem Kraftstoffauslass 812, hinter dem ein (nicht gezeigtes) Einspritzventil angeordnet ist, das den warmen Kraftstoff in ein (nicht gezeigtes) Saugrohr einspritzt, der dann in einen (nicht gezeigten) Brennraum der Brennkraftmaschine geleitet wird. Der Kraftstoffheizer 83 hat dabei einen Heizkörper 831, wie er prinzipiell von bekannten metallischen Glühstiftkerzen bekannt ist, beispielsweise aus der DE 20 2005 016 047 U1 . Der Heizkörper 831 weist dabei im Wesentlichen ein geschlossenes, rohrförmig ausgebildetes metallisches Glührohr 8311 auf, in dem eine spiralförmige Heizwendel (nicht gezeigt) eingebaut und mit dem Glührohr 8311 stoffschlüssig verbunden, beispielsweise verschweißt ist. An dem anderen Ende ist die Heizwendel elektrisch leitend mit einem Anschlussbolzen 8312 verbunden, an dessen Ende sich der elektrische Anschluss in Form von Kontaktfahnen 833 befindet. Ein keramisches Isolierpulver, bei dem es sich üblicherweise um Magnesiumoxid handelt, dient in dem Glührohr 8311 zwischen den Windungen der spiralförmig ausgebildeten Heizwendel als elektrische Isolierung gegenüber dem Glührohr 8311. Glührohr 8311, Heizwendel, Isolierpulver und Anschlussbolzen 8312 bilden den Heizkörper 831. Der Kraftstoffheizer 83 weist ferner ein Aufnahmebauteil 832 zur Aufnahme des Heizkörpers 831 auf, das in die Kammer 82 eingepresst ist und einen zweiteiligen Aufbau besitzt. Der zweiteilige Aufbau des Aufnahmebauteils 832 besteht hier aus einem vorderen Gehäuseteil 8321 in Form einer Stahlscheibe, in die das Glührohr 8311 eingepresst ist, und aus einem hinteren Gehäuseteil 8322, der die Stahlscheibe 8321 mit dem darin eingepressten Heizkörper 831 sowie den Anschlussbolzen 8312 und die Kontaktfahnen 833 so umschließt, dass zumindest ein Teil der Stahlscheibe 8321, des Glührohrs 8311 des Heizkörpers 831 und der Kontaktfahnen 833 frei liegen. Am vorderen Gehäuseteil 8321 und am Anschlussbolzen 8312 sind die Kontaktfahnen 833 angeschweißt. Statt dem vorderen Gehäuseteil 8321 in Form der der oben beschriebenen Stahlscheibe, die per Drehverfahren hergestellt wurde, kann auch ein entsprechendes tiefgezogenes Bauteil verwendet werden, dessen fehlendes Volumen durch Kunststoff ersetzt wird. Der hintere Gehäuseteil 8322 besteht aus Kunststoff und wird um den vorderen Gehäuseteil 8321 und die Anschlusstechnik bestehend aus Anschlussbolzen 8312 und Kontaktfahnen 833 gespritzt. Ein O-Ring 84 dichtet den Kraftstoffheizer 83 gegen die Kammer 82 ab. Eine mechanische Befestigung des Kraftstoffheizers 83 in der Kammer 82 erfolgt mittels einer (nicht gezeigten) Klammer. Die beiden Kontaktfahnen 833 bilden im hinteren Bereich des Kraftstoffheizers 83 einen zweipoligen Anschluss, der für das Kunststoff-Flexstart-System benötigt wird, da ein negativer Anschluss nicht über die Motormasse erfolgen kann. Das Flexstart-System kann auch in Verbindung mit einer Benzindirekteinspritzung verwendet werden.
Alternativ dazu ist in 11 der Stand der Technik eines Flexstart-Systems 9 mit einem Stahl-Rail 91 gezeigt. Über einen Kraftstoffeinlass 911 gelangt der kalte Kraftstoff aus einem (nicht gezeigten) Hauptrail in eine Kammer 92, in der ein Kraftstoffheizer 93 eingebaut ist. Dort wird der Kraftstoff vom Kraftstoffheizer 93 erhitzt und steigt nach oben, wo er sich vor einem Kraftstoffauslass 912 sammelt. Hinter dem Kraftstoffauslass 912 befindet sich hier ähnlich wie vorhergehend beschrieben ein (nicht gezeigtes), das den warmen Kraftstoff in ein (nicht gezeigtes) Saugrohr einspritzt, der dann in einen (nicht gezeigten) Brennraum der Brennkraftmaschine geleitet wird. Der Kraftstoffheizer 93 besteht aus einem Heizkörper 931, der in ein Aufnahmebauteil 932 mittels einer Konusdichtgeometrie eingepresst ist, einer Isolierscheibe 933 und einem Rundstecker 934. Wenn das Stahlrail 91 entsprechend geometrisch angepasst wird, ist auch denkbar, einen zweipoligen Kraftstoffheizer, wie er oben im Kunststoff-Flexstart-System zum Einsatz kommt, zu verwenden. Das hat den Vorteil, dass eine zur Anwendung kommende Konusdichtgeometrie durch eine bewährte O-Ring-Dichtung ersetzt wird.
Ein Problem der vorhergehend beschriebenen Systeme ist jedoch, dass die Anforderungen an die Dichtheit eines Flexstart-Systems wesentlich höher als bei den Einbausystemen von herkömmlichen Glühstiftkerzen sind. Schließlich soll kein Kraftstoff austreten. Der Presssitz zwischen dem Heizkörper und dem Aufnahmebauteil insbesondere bei dem Kunststoff-Rail-Flexstart-System ist abhängig von den geometrischen Toleranzen und der Güte der Oberflächen und stellt somit eine bezüglich Dichtheit kritische Verbindung dar.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftstoffheizer mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen, vorzugsweise für eine Brennkraftmaschine zur Verbrennung von Alkohol als Kraftstoff, vorzugsweise Methanol oder Ethanol, wobei die Brennkraftmaschine alternativ auch für einen Betrieb mit Benzin oder einem Gemisch aus Alkohol und Benzin ausgelegt sein kann. Der erfindungsgemäße Kraftstoffheizer, der zum Einsatz in einem Rail einer derartigen Brennkraftmaschine gedacht ist, hat zumindest einen Heizkörper, ein Aufnahmebauteil zur Aufnahme des Heizkörpers und ein Dichtungselement, vorzugsweise ein O-Ring beispielsweise aus einem Elastomer-Kunststoff, das zwischen dem Heizkörper und dem Aufnahmebauteil in einer in dem Aufnahmebauteil vorgesehenen Aussparung angeordnet ist und zwischen dem Heizkörper und dem Aufnahmebauteil abdichtet. Das Dichtungselement wird dabei auch als innere Dichtung bezeichnet. Der Heizkörper hat dabei wie bereits aus dem Stand der Technik bekannt im Wesentlichen ein einseitig geschlossenes, rohrförmig ausgebildetes metallisches Glührohr, in dem eine spiralförmige Heizwendel eingebaut und mit dem Glührohr stoffschlüssig verbunden, beispielsweise verschweißt ist. An dem anderen Ende ist die Heizwendel elektrisch leitend mit einem Anschlussbolzen verbunden, an dessen Ende sich der elektrische Anschluss in Form von Kontaktfahnen befindet. Ein keramisches Isolierpulver, bei dem es sich üblicherweise um Magnesiumoxid handelt, dient in dem Glührohr zwischen den Windungen der spiralförmig ausgebildeten Heizwendel als elektrische Isolierung gegenüber dem Glührohr, wobei das Isolierpulver durch eine Heizkörperdichtung in dem Glührohr abgedichtet gehalten ist. Glührohr, Heizwendel, Isolierpulver, Anschlussbolzen und Heizkörperdichtung bilden folglich den Heizkörper aus.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dichtheit eines Flexstart-Systems wesentlich zu erhöhen, wird entsprechend mit dem erfindungsgemäßen Kraftstoffheizer erfüllt. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche möglich.
Normalerweise wird der Heizkörper durch den Kraftstoff selbst gekühlt, so dass keine Temperaturen auftreten, die dem Material des Dichtungselements schaden. Es kann jedoch kritisch werden, wenn das Rail leer ist oder sich Gasblasen gebildet haben, die durch das Rail hindurch und an dem erfindungsgemäßen Kraftstoffheizer vorbeitreten. In diesem kritischen Fall entfällt die Kühlung des Heizkörpers durch den Kraftstoff und der Heizkörper kann aufgrund seiner hohen Leistung heiß werden. Dieser Umstand schadet zwar nicht dem Heizkörper, kann aber das Dichtungselement, das direkt auf dem Heizkörper sitzt, so weit erwärmen, dass dessen Material beschädigt wird und der Kraftstoffheizer in sich undicht wird. Um bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffheizer nun ein unerwünschtes Beschädigen des Dichtungselements durch eine derartige Wärmeeinwirkung zu verhindern, beispielsweise ein Schmelzen des Dichtungselements, ist es vorzuziehen, dass das Dichtungselement an dem Glührohr beabstandet zu der Heizwendel angeordnet ist. Das bedeutet, dass das Dichtungselement an der Außenseite des Glührohrs des Kraftstoffheizers so angeordnet sein soll, dass der Bereich des Glührohrs, der durch die Heizwendel erwärmt wird, möglichst weit von dem Dichtungselement entfernt sein soll. Entsprechend ist es vorzuziehen, dass das Dichtungselement an dem Glührohr in dem Bereich des Heizkörpers angeordnet ist, an dem sich nur der Anschlussbolzen in dem Glührohr befindet, was weiter vorzugsweise einem Bereich in der oberen Hälfte des Glührohrs, weiter vorzugsweise im oberen Drittel des Glührohrs entspricht, also nahe dem offenen Ende des Glührohrs und entfernt zu dem geschlossenen Ende des Glührohrs.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung besteht das Aufnahmebauteil des erfindungsgemäßen Kraftstoffheizers aus Kunststoff und stellt mit einem oberen Abschnitt des Heizkörpers einen Verbund dar, ist also mit einem Abschnitt des Heizkörpers so verbunden, dass der obere Abschnitt des Heizkörpers von dem Aufnahmebauteil umgeben ist und ein oder mehrere restliche Abschnitte des Heizkörpers frei liegen, also nicht von dem Aufnahmebauteil umgeben sind. Das Aufnahmebauteil ist weiter vorzugsweise um den oben Abschnitt des Heizkörpers herum umspritzt, das heißt das Aufnahmebauteil ist mittels eines Spritzgussverfahrens um den oberen Abschnitt des Heizkörpers herum angebracht, so dass das Aufnahmebauteil mit dem oberen Abschnitt des Heizkörpers einen Spritzverbund ausbildet. Der umspritzte obere Abschnitt des Heizkörpers des Kraftstoffheizers ist dabei so gewählt, dass ein geschlossenes Ende des Glührohrs des Heizkörpers, in dem die Heizwendel angeordnet ist, nicht von dem Aufnahmebauteil umspritzt ist sondern freiliegt, um eine Heizfunktion ausüben zu können. Der umspritzte Abschnitt des Heizkörpers wird entsprechend durch das offene Ende des Glührohrs ausgebildet, vorzugsweise zusammen mit dem Anschlussbolzen und den Kontaktfahnen, wobei zumindest ein Teil jeder Kontaktfahne von dem Aufnahmebauteil frei liegen sollte, um eine Kontaktierung von außen zu ermöglichen. Erfindungsgemäß steht dabei der Anschlussbolzen des Heizkörpers mit einer Kontaktfahne oder inneren Kontaktfahne in direkter Verbindung, beispielsweise indem diese Bauteile miteinander verschweißt sind. Ferner steht eine weitere Kontaktfahne oder äußere Kontaktfahne mit dem Glührohr des Heizkörpers elektrisch in Verbindung, wobei diese äußere Kontaktfahne direkt an dem Glührohr befestigt sein kann, beispielsweise durch eine Schweißverbindung oder dergleichen. Alternativ dazu kann eine Kontakthülse über das Glührohr in dem Bereich der elektrischen Kontaktierung aufgepresst sein, wobei die äußere Kontaktfahne mit der Kontakthülse verbunden ist, beispielsweise durch eine Schweißverbindung, und über die Kontakthülse mit dem Glührohr elektrisch in Verbindung steht. Die vorzugsweise zylindrische Kontakthülse kann dabei aus demselben Material wie das Glührohr bestehen. Alternativ dazu kann die Kontakthülse aber auch aus einem kostengünstigeren Material bestehen, wie zum Beispiel Automatenstahl. Bezüglich ihrer Dimensionen kann die Kontakthülse eine zu dem Glührohr gleiche oder ähnliche Materialdicke oder Wandstärke aufweisen. Die Kontakthülse hat dabei gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass sich der Kontaktierungspunkt zwischen äußerer Kontaktfahne und Glührohr weiter nach außen weg von dem Heizkörper verschiebt, wodurch einem Kontaktierungswerkzeug wie zum Beispiel einem Schweißgerät mehr Platz gelassen wird, um den Schweißvorgang durchzuführen. Ein Kontaktierungsvorgang zum elektrischen Verbinden der äußeren Kontaktfahne und dem Glührohr des Heizkörpers kann dadurch erleichtert beziehungsweise vereinfacht werden.
Gemäß einer Alternative gegenüber dem Aufnahmebauteil aus Kunststoff kann das Aufnahmebauteil auch aus Metall bestehen, wobei der Heizkörper dann in das Aufnahmebauteil eingepresst ist, so dass der Presssitz den Heizkörper mechanisch in dem Aufnahmebauteil hält. In beiden Fällen, also im Fall des Aufnahmebauteils aus Kunststoff oder aus Metall, kann es zu einem Dichtigkeitsproblem zwischen dem Aufnahmebauteil und dem Heizkörper kommen, beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Materialen des Aufnahmebauteils und des Heizkörpers und den sich daraus ergebenden unterschiedlichen Wärmeausdehnungen dieser Bauteile, so dass eine Dichtheit zwischen diesen Bauteilen nur durch das Dichtungselement sichergestellt werden kann. Das Dichtungselement ist dabei vorzugsweise durch das Aufnahmebauteil in der Aussparung gegen ein axiales Verrutschen gesichert, beispielsweise durch eine zusätzlich vorgesehene Scheibe oder vorzugsweise durch eine umlaufende Kante, die in dem Aufnahmebauteil um die Aussparung herum verlaufend vorgesehen ist. Die Kante kann beispielsweise bei dem Aufnahmebauteil aus Kunststoff durch heiß-plastische Verformung des Aufnahmebauteils in diesem Bereich hergestellt sein, so dass ein freiliegender Bereich der Aussparung, durch den das Dichtungselement in die Aussparung eingebracht wird, nach einem Einbringen des Dichtungselements verkleinert wird und damit eine Sperre gegen ein unerwünschtes Herausbewegen des Dichtungselements aus der Aussparung erzeugt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung kann das Aufnahmebauteil aus zumindest zwei Teilen bestehen, die beide um den Heizkörper herum angeordnet sind. Die beiden Teile bilden im zusammengesetzten Zustand des Aufnahmebauteils eine Einheit aus, die funktionell einem einteiligen Aufnahmebauteil entspricht. Vorzugsweise ist dabei das Dichtungselement zwischen den zwei Teilen des Aufnahmebauteils angeordnet. Die beiden Teile können hier separat voneinander um den oben Abschnitt des Heizkörpers umspritzt sein, also eines nach dem anderen. Dabei sollte jedoch eine Abdeckscheibe zwischen den zwei Teilen des Aufnahmebauteils zum teilweisen Abdecken des zuerst an dem Heizkörper angebrachten Teils des Aufnahmebauteils vorgesehen sein, so dass bei dem Umspritzen des zweiten Teils des Aufnahmebauteils kein Spritzmaterial zwischen den bereits umspritzten ersten Teil des Aufnahmebauteils und den Heizkörper oder in die Aussparung für das Dichtungselement eindringen kann. Alternativ dazu kann auch nur der erste Teil um den oberen Abschnitt des Heizkörpers umspritzt sein und der andere Teil kann entsprechend auf den Heizkörper montiert und mit dem ersten Teil des Aufnahmebauteils verbunden sein, vorzugsweise durch eine Klebeverbindung, eine Schweißverbindung, eine Rastverbindung oder eine Schraubverbindung. Dadurch wird ebenfalls verhindert, dass unerwünschtes Spritzmaterial zwischen dem bereits umspritzten ersten Teil des Aufnahmebauteils und dem Heizkörper eindringen kann.
Um eine Haftung des Spritzmaterials mit dem Heizkörper zu erleichtern oder zu verbessern kann der Heizkörper vorzugsweise mit zumindest einer Nut und/oder einer Aufrauhung versehen sein. Die Aufrauhung kann dabei vorzugsweise eine Rändelung sein, das heißt eine Oberflächenstruktur aus mittels Rändeln hergestellten umlaufenden Rillen, die den metallenen Heizkörper griffiger gestalten. Die zumindest eine Nut und/oder die Aufrauhung ist vorzugsweise an der Außenseite beziehungsweise der Außenoberfläche des Glührohrs des Heizkörper in einem Bereich vorgesehen, durch den der Heizkörper mit dem Aufnahmebauteil in Verbindung steht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung kann der erfindungsgemäße Kraftstoffheizer ein weiteres Dichtungselement aufweisen, das an der Außenseite des Aufnahmebauteils zum Abdichten zwischen dem Rail und dem Aufnahmebauteil vorgesehen ist. Diese Ausführung kommt bevorzugt bei einem Aufnahmebauteil aus Kunststoff zum Einsatz, da das Aufnahmebauteil aus Metall üblicherweise in das Rail eingelötet oder eingeschweißt ist, so dass dabei die Lötnaht bzw. die Schweißnaht eine Dichtung zwischen Rail und Aufnahmebauteil ausbildet und entsprechend auf ein weiteres Dichtungselement verzichtet werden kann. Das weitere Dichtungselement bei dem Aufnahmebauteil aus Kunststoff ist ähnlich wie bei dem anderen Dichtungselement vorzugsweise ein O-Ring beispielsweise aus einem Elastomer-Kunststoff, der zwischen dem Aufnahmebauteil und dem Rail außen an dem Aufnahmebauteil angeordnet ist und zwischen dem Aufnahmebauteil und dem Rail abdichtet. Dabei kann ein weiteres Bauteil wie zum Beispiel eine Kunststoffscheibe oder dergleichen das weitere Dichtungselement an der Außenseite des Aufnahmebauteils sichern, so dass dieses nicht von dem Aufnahmebauteil abrutscht. Die Kunststoffscheibe kann dazu mit dem Aufnahmebauteil durch eine Klebeverbindung, eine Schweißverbindung, eine Rastverbindung oder eine Schraubverbindung oder dergleichen verbunden sein und einen größeren Außendurchmesser als der Außendurchmesser des Aufnahmebauteils an der Stelle der Aufnahme des weiteren Dichtungselements aufweisen. Ferner kann ein an dem Aufnahmebauteil vorgesehener Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme eines jeden Dichtungselements, also ein Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme des einen Dichtungselements und/oder ein Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme des weiteren Dichtungselements gratfrei ausgebildet sein. Für die Dichtheit an der jeweiligen Dichtstelle ist es besonders wichtig, dass die Aufnahmeabschnitte, also die Flächen des Aufnahmebauteils, die die Dichtungselemente aufnehmen, keinen Grat aufweisen. Ein Grat entsteht beispielsweise beim Umspritzen immer an den Stellen, an denen die Spritzform geteilt ist. Das bedeutet, dass eine dazu benötigte Spritzform im Bereich der Dichtflächen, also an den Aufnahmeabschnitten für die Dichtungselemente einteilig ist.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines wie vorhergehend beschriebenen Kraftstoffheizers bereitgestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst unter anderem das Umspritzen des Heizkörpers mit dem Aufnahmebauteil, wobei zum Umspritzen des Aufnahmebauteils um den entsprechenden Abschnitt des Heizkörpers eine Spritzform verwendet wird, die im Bereich einer Dichtfläche zwischen Aufnahmebauteil und Heizkörper und/oder im Bereich einer Dichtfläche zwischen Aufnahmebauteil und Rail einteilig ausgebildet ist, um eine Gratbildung an dem Aufnahmebauteil in diesen Bereichen zu vermeiden. Ein Grat entsteht beispielsweise beim Umspritzen immer an den Stellen, an denen die Spritzform geteilt ist. Das bedeutet, dass die dazu benötigte Spritzform im Bereich der Dichtflächen einteilig sein soll. Für die Dichtheit an der jeweiligen Dichtstelle ist es wie vorhergehend bereits erwähnt besonders wichtig, dass die Aufnahmeabschnitte des Aufnahmebauteils, also die Flächen des Aufnahmebauteils, die die Dichtungselemente aufnehmen, keinen Grat aufweisen. Des Weiteren darf auf die Dichtfläche des Heizkörpers beim Spritzprozess kein Kunststoff gelangen, da sonst das Dichtungselement nicht richtig am Heizkörper anliegt. Insofern ist die Abdichtung des Heizkörpers gegen die Spritzform beim Spritzprozess sehr wichtig. Das kann so gelöst werden, dass der Heizkörper beziehungsweise das Glührohr des Heizkörpers seinen Durchmesser genau in diesem Bereich verändert. An der dadurch entstehenden Flanke kann sich die Kante der Spritzform leicht eingraben und auf diese Weise sauber abdichten. Der Teil der Spritzform, der für die Dichtbereiche zuständig ist, an denen sich nachher die O-Ringe befinden, wird aus einem Stück hergestellt und ist rotationssymmetrisch. Der Heizkörper wird von oben eingelegt und steht unten etwas heraus, so dass dieser gefasst werden kann. So kann auch gegebenenfalls eine Kraft aufgebracht werden, die die Dichtfläche des Heizkörpers gegen die Kante der Spritzform drückt. Gemäß einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat der Heizkörper entsprechend im Bereich der Dichtfläche zwischen Aufnahmebauteil und Heizkörper einen Abschnitt mit sich verjüngendem Außenumfang, der die vorhergehend genannte Flanke ausbildet. Die Spritzform weist an dieser Stelle eine Kante auf, wobei bei dem Schritt des Umspritzens die Kante mit dem Abschnitt mit sich verjüngendem Außenumfang in dichte geht, um ein Aufbringen von Spritzmaterial auf die Dichtfläche zwischen Aufnahmebauteil und Heizkörper zu verhindern.
Vorteile der Erfindung
Durch den Kraftstoffheizer gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Stahlscheibe wie aus dem Stand der Technik bekannt überflüssig, da diese durch das Dichtungselement beispielsweise in Form eines zusätzlichen O-Rings und optional durch eine zusätzliche Kunststoffscheibe ersetzt wird. Der O-Ring und die Kunststoffscheibe sind in Summe sehr viel günstiger als die bekannte Stahlscheibe, deren Anforderungen an Toleranz und Oberflächen aufgrund der Dichtflächen sehr hoch sind. Der Heizkörper des Kraftstoffheizers wird nicht mehr in die Stahlscheibe eingepresst, wie aus dem Stand der Technik bekannt, sondern bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gleich mit Kunststoff umspritzt. Da ein solcher Verbund aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten jedoch niemals vollständig dicht sein kann, wird dies durch eine zusätzliche O-Ring-Dichtung realisiert. So wird die Dichtfunktion des im Stand der Technik verwendeten Presssitzes durch eine einfache Dichtung ersetzt, die sich im vorliegenden technischen Gebiet als zuverlässig erwiesen hat.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform eines Kraftstoffheizers gemäß der Erfindung in einer Querschnittsansicht;
2 zeigt eine alternative Fixierung eines Dichtungselements an dem in 1 gezeigten erfindungsgemäßen Kraftstoffheizer;
3 zeigt eine alternative Fixierung der mit einem Glührohr verbundenen Kontaktfahne an dem in 1 gezeigten erfindungsgemäßen Kraftstoffheizer;
4 zeigt ein Glührohr mit Anschlussbolzen des in 1 gezeigten Kraftstoffheizers in einer Detailansicht;
5 zeigt einen Verfahrensschritt des Umspritzens des Aufnahmebauteils des in 1 gezeigten Kraftstoffheizers in Detailansicht;
6 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines Kraftstoffheizers gemäß der Erfindung in einer Querschnittsansicht;
7 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform eines Kraftstoffheizers gemäß der Erfindung in einer Querschnittsansicht;
8 zeigt einen Verfahrensschritt des Umspritzens des Aufnahmebauteils des in 7 gezeigten Kraftstoffheizers in Detailansicht;
9 zeigt eine vierte bevorzugte Ausführungsform eines Kraftstoffheizers gemäß der Erfindung in einer Querschnittsansicht;
10 zeigt den Stand der Technik eines Kraftstoffheizers in einem Flexstart-System mit einem Kunststoff-Rail; und
11 zeigt den Stand der Technik eines Kraftstoffheizers in einem Flexstart-System mit einem Stahl-Rail.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform eines Kraftstoffheizers 1 gemäß der Erfindung in einer Querschnittsansicht dargestellt.
Der Kraftstoffheizer 1 ist zum Einsatz in einem Flexstart-System mit einem Kunststoff-Rail gedacht und besteht aus einem Heizkörper 11, einem Aufnahmebauteil 12, das einen oberen Abschnitt des Heizkörpers 11 umgibt, einem ersten Dichtungselement 13 in Form eines O-Rings zum Abdichten zwischen dem Heizkörper 11 und dem Aufnahmebauteil 12, einem zweiten Dichtungselement 14 in Form eines O-Rings zum Abdichten zwischen dem Aufnahmebauteil 12 und einem (nicht gezeigten) Rail, in das der Kraftstoffheizer 1 eingesetzt werden soll, und einer Sicherungsscheibe 15. Das erste Dichtungselement 13 kann auch als innere Dichtung bezeichnet werden, da es sich innerhalb des Aufnahmebauteils 12 befindet, und das zweite Dichtungselement 14 kann auch als äußere Dichtung bezeichnet werden, da es sich außerhalb des Aufnahmebauteils 12 an dessen Außenumfang befindet. Der Heizkörper 11 hat ein Glührohr 111, einen Anschlussbolzen 112, eine Heizwendel 113, die das Glührohr 111 mit dem Anschlussbolzen 112 elektrisch verbindet, ein Isolierpulver 114, das den Anschlussbolzen 112 und die Heizwendel 113 innerhalb des Glührohrs 111 umgibt, ein Verschlussbauteil 115 zum Verschließen und Abdichten des Inneren des Glührohrs 111 nach außen, sowie an dem Heizkörper 11 angeschweißte Kontaktfahnen 116, die mit dem Anschlussbolzen 112 beziehungsweise dem Glührohr 111 elektrisch verbunden sind und eine elektrische Verbindung dieser Bauteile durch das Aufnahmebauteil 12 hindurch bereitstellen, um einen elektrischen Anschluss des Kraftstoffheizers 1 nach außen zu ermöglichen. Die mit dem Anschlussbolzen 112 elektrisch verbundene Kontaktfahne 116 kann dabei auch als innere Kontaktfahne 116 bezeichnet werden, und die mit dem Glührohr 111 verbundene Kontaktfahne 116 kann als äußere Kontaktfahne 116 bezeichnet werden.
Das erste Dichtungselement 13 ist in einer vorzugweise ringförmigen Aussparung 121, die in einer Stirnseite des Aufnahmebauteils 12 vorgesehen ist, um das Glührohr 111 herum angeordnet. Das erste Dichtungselement 13 befindet sich dabei in einem Bereich einer oberen Hälfte des Heizkörpers 11 in der Nähe des offenen Endes des Heizkörpers 11, also in einem Bereich, in dem der Anschlussbolzen 112 angeordnet ist. Dadurch ist das erste Dichtungselement 13 entfernt von der Heizwendel 113 angeordnet, um negativen Hitzeeinfluss auf das erste Dichtungselement 13 zu vermeiden. Das erste Dichtungselement 13, das in die ringförmige Aussparung 121 eingeschoben ist, ist mit der Sicherungsscheibe 15 in der Aussparung 121 gesichert, wobei die Sicherungsscheibe 15 vorzugsweise aus Kunststoff besteht und mit dem Aufnahmebauteil 12 verschweißt, verklebt, verrastet oder verschraubt ist. Ferner weist die Sicherungsscheibe 15 einen größeren Außenumfang als die vordere Stirnfläche des Aufnahmebauteils 12 auf, so dass die Sicherungsscheibe 15 radial über das Aufnahmebauteil 12 übersteht und entsprechend auch das zweite Dichtungselement 14 gegen ein unerwünschtes Abrutschen von dem Aufnahmebauteil 12 sichert. Das Aufnahmebauteil 12 selbst wird im eingebauten Zustand ferner durch einen umlaufenden Vorsprung 122 am Aufnahmebauteil 12 gegen ein Herausrutschen aus dem Rail gesichert. Ferner ist eine umlaufende Einkerbung 123 an der Außenseite des Aufnahmebauteils 12 vorgesehen, die einen Eingriffsabschnitt für eine Befestigungsklammer oder dergleichen zum Befestigen des Kraftstoffheizers 1 in dem Rail bereitstellt. Durch das erste Dichtungselement 13 wird folglich die erwünschte Dichtheit zwischen Heizkörper 11 und Aufnahmebauteil 12 erreicht, um eine Leckage von Kraftstoff durch einen Spalt zwischen dem Heizkörper 11 und dem Aufnahmebauteil 12 aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungen zu verhindern. Die Sicherungsscheibe 15, die das erste Dichtungselement 13 in der Aussparung 121 sichert, ist dabei jedoch nur als optionale Komponente zu verstehen.
In 2 ist eine alternative Befestigung des Dichtungselements 13‘ in Form eines O-Rings, das mit dem ersten Dichtungselement 13 identisch ist, dargestellt.
Dabei ist wiederum ein Heizkörper 11‘ zu sehen, mit einem Glührohr 111‘ und einem Anschlussbolzen 112‘, der von einem Aufnahmebauteil 12‘ umgeben ist. Die vordere, vorzugsweise umlaufende Kante 1211‘ der Aussparung 121‘ kann teilweise oder am ganzen Umfang durch heiß-plastische Verformung nach innen gebogen werden, so dass das Dichtungselement 13‘ nicht mehr aus der Aussparung 121‘ herausrutschen kann. Dadurch wird die Sicherungsscheibe 15 überflüssig. Die restlichen Komponenten des Kraftstoffheizers 1‘, der in 2 nur ausschnittsweise im Detail gezeigt ist, sind identisch zu den entsprechenden Komponenten des in 1 gezeigten Kraftstoffheizers 1.
3 zeigt eine Befestigung der mit einem Heizkörper 11‘‘ in Verbindung stehenden Kontaktfahnen 116 bei einem Kraftstoffheizer 1‘‘, der eine alternative Ausführungsform zu dem in 1 gezeigten Kraftstoffheizer 1 darstellt. Dabei ist die äußere Kontaktfahne 116, die in 1 direkt an dem Glührohr 111 des Heizkörpers 11 angeschweißt ist, über eine zusätzliche Kontakthülse 16 mit einer Außenseite eines Glührohrs 111‘‘ des Heizkörpers 11‘‘ verbunden. Die Kontakthülse 16 ist dabei durch eine kraftschlüssige Verbindung, wie zum Beispiel Pressen beziehungsweise Aufpressen, auf das Glührohr 111‘‘ aufgebracht und mit diesem fest verbunden. Die äußere Kontaktfahne 116 ist dabei an einer Außenseite der Kontakthülse 16, die eine rohrförmige Gestalt aufweisen kann, mit dieser fest verbunden, vorzugsweise durch eine Schweißverbindung oder dergleichen. Die Kontakthülse 16 kann dabei aus dem gleichen Material wie das Glührohr 111‘‘ bestehen, vorzugsweise mit der gleichen Materialdicke wie das Glührohr 111‘‘. Die restlichen Komponenten des Kraftstoffheizers 1‘‘, der in 3 nur ausschnittsweise im Detail gezeigt ist, sind identisch zu den entsprechenden Komponenten des in 1 gezeigten Kraftstoffheizers 1.
Obwohl durch die Kontaktfahnen 116 und durch den Absatz zwischen Glührohr 111 und Anschlussbolzen 112 genügend Formschluss vorhanden ist, können weitere formschlüssige Verbindungen zwischen dem Heizkörper 11 und dem Aufnahmebauteil 12 von Vorteil sein.
4 zeigt dazu einen Heizkörper 11 in einer ungeschnittenen Seitenansicht, bevor dieser mit den Kontaktfahnen 116 versehen wird und vor dem Umspritzen mit Kunststoff.
Der Heizkörper 11 kann sowohl als Heizkörper 11 für die in 1 gezeigte Ausführungsform als auch als Heizkörper 11‘ für die in 2 gezeigte Alternative und für alle nachfolgenden Ausführungen eines Kraftstoffheizers für eine Anwendung in einem Rail eines Flexstart-System mit einem Kunststoff-Rail zum Einsatz kommen. Bei dem in 4 dargestellten Heizkörper 11 ist das Glührohr 111 und der teilweise darin angeordnete Anschlussbolzen 112 zu sehen. Das Glührohr 111 hat eine aufgeraute, vorzugsweise gerändelte Außenoberfläche 1111 und weist in einem oberen Bereich eine umlaufende Nut 1112 auf, also in einem Bereich, der in dem Kraftstoffheizer 1 mit dem Aufnahmebauteil 12 umgeben ist. Die gerändelte Außenoberfläche 1111 und die umlaufende Nut 1112 führen dabei zu einer besseren Verbindung zwischen dem Heizkörper 11 und dem als Kunststoffgehäuse wirkenden Aufnahmebauteil 12. Die umlaufende Nut 1112 steht hier stellvertretend für eine oder mehrere Nuten, die in den Bereich des Heizkörpers 11 eingebracht sind, an dem sich nachher Kunststoff des Aufnahmebauteils 12 befindet. Die umlaufende Nut 1112 kann spanend oder durch Umformung hergestellt werden. Als Umformverfahren kommen Rundkneten und Rollen in Frage. Anstelle oder zusätzlich zu der umlaufenden Nut 1112 kann der Heizkörper 11 in diesem Bereich die gerändelte Außenoberfläche 1111 aufweisen.
5 zeigt einen Schritt eines Umspritzens des Heizkörpers 11 mit dem Aufnahmebauteil 12, wobei eine Komponente einer Spritzform 5 dargestellt ist.
In einer Detailansicht in 5 ist eine Dichtfläche zwischen dem Heizkörper 11 und dem Aufnahmebauteil 12 vergrößert dargestellt. Dabei ist zu sehen, dass an der Stelle der Dichtfläche das Glührohr 111 ein Abschnitt 1113 mit sich verjüngendem Außenumfang vorgesehen ist, der mit einer Kante 51 der dargestellten Komponente der Spritzform 5 in Anlage geht, so dass das Spritzmaterial des umspritzten Aufnahmebauteils 12 an dieser Stelle nicht weiter an dem Glührohr 111 entlangtritt und einen gratfreien Ansatz 1212 an dem Glührohr 111 ausbildet. Für die Dichtheit jeder Dichtfläche ist es wichtig, dass die Flächen, an denen das erste Dichtungselement 13 zwischen Heizkörper 11 und Aufnahmebauteil 12 und das zweite oder weitere Dichtungselement 14 zwischen Aufnahmebauteil 12 und Rail angeordnet sind, keinen Grat aufweisen. Ein Grat entsteht beim Umspritzen immer da, wo die Spritzform 5 geteilt ist. Das heißt die Spritzform 5 muss im Bereich der Dichtflächen einteilig sein, wie es beispielsweise in einem Bereich 52 der Fall ist, in dem das zweite Dichtungselement 14 angeordnet wird. Des Weiteren darf auf die Dichtfläche des Heizkörpers 11 beim Spritzprozess kein Kunststoff gelangen, um ein dichtes Anliegen des ersten Dichtungselements 13 an dem Glührohr 111 zu gewährleisten. Insofern ist die Abdichtung des Heizkörpers 11 gegen die Spritzform 5 beim Spritzprozess sehr wichtig. An dem Abschnitt 1113 mit sich verjüngendem Außenumfang kann sich die Kante 51 der Spritzform 5 leicht eingraben und auf diese Weise sauber abdichten. Der Teil der Spritzform 5, der für die Dichtbereiche zuständig ist, an denen sich nachher die Dichtungselemente 13, 14 befinden, wird aus einem Stück hergestellt und ist rotationssymmetrisch. Der Heizkörper 11 wird von oben eingelegt und steht unten etwas heraus, so dass dieser gefasst werden kann. So kann auch gegebenenfalls eine Kraft aufgebracht werden, die die Dichtfläche des Heizkörpers 11 gegen die Kante 51 der Spritzform 5 drückt.
6 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines Kraftstoffheizers 2 gemäß der Erfindung in einer Querschnittsansicht.
Der Kraftstoffheizer 2 ist ähnlich wie der Kraftstoffheizer 1 zum Einsatz in einem Flexstart-System mit einem Kunststoff-Rail gedacht und besteht aus einem Heizkörper 21, einem Aufnahmebauteil 22, das einen oberen Abschnitt des Heizkörpers 21 umgibt, einem ersten Dichtungselement 23 in Form eines O-Rings zum Abdichten zwischen dem Heizkörper 21 und dem Aufnahmebauteil 22, und einem zweiten Dichtungselement 24 in Form eines O-Rings zum Abdichten zwischen dem Aufnahmebauteil 22 und einem (nicht gezeigten) Rail, in das der Kraftstoffheizer 2 eingesetzt werden soll. Der Heizkörper 21 hat ein Glührohr 211, einen Anschlussbolzen 212, eine Heizwendel 213, die das Glührohr 211 mit dem Anschlussbolzen 212 elektrisch verbindet, ein Isolierpulver 214, das den Anschlussbolzen 212 und die Heizwendel 213 innerhalb des Glührohrs 211 umgibt, ein Verschlussbauteil 215 zum Verschließen und Abdichten des Inneren des Glührohrs 211 nach außen, sowie an dem Heizkörper 21 angeschweißte Kontaktfahnen 216, die mit dem Anschlussbolzen 212 beziehungsweise dem Glührohr 211 elektrisch verbunden sind und eine elektrische Verbindung dieser Bauteile durch das Aufnahmebauteil 22 hindurch zu einem (nicht gezeigten) Anschlussbereich bereitstellen, um einen elektrischen Anschluss des Kraftstoffheizers 2 nach außen zu ermöglichen.
Wesentlicher Unterschied zu dem Kraftstoffheizer 1 ist dabei, dass das Aufnahmebauteil 22 zwei Teile 22a, 22b umfasst, also ein hinteres oder oberes Gehäuseteil in Form des ersten Teils 22a des Aufnahmebauteils 22 und ein vorderes oder unteres Gehäuseteil in Form des zweiten Teils 22b des Aufnahmebauteils 22. Hintergrund der Zweiteilung des Aufnahmebauteils 22 ist hier hauptsächlich ein Vermeiden der Schädigung des ersten Dichtungselements 23 durch von dem Heizkörper 21 erzeugte Wärme. Normalerweise wird der Heizkörper 21 durch den zu erwärmenden Kraftstoff gekühlt, so dass keine Temperaturen auftreten, die dem Material des ersten Dichtungselements 23 schaden. Es wird jedoch kritischer, wenn das Rail leer ist oder sich Gasblasen gebildet haben. In diesen Fällen entfällt die Kühlung und der Heizkörper 21 wird aufgrund seiner hohen Leistung heiß. Obwohl dieser Umstand keinen negativen Einfluss auf den Heizkörper 21 hat, kann das erste Dichtungselement 23, auch als innere Dichtung bezeichnet, eine Beschädigung des Materials durch die erzeugte Wärme erfahren, so dass der Kraftstoffheizer 2 in sich undicht werden kann. Bei der in 6 gezeigten zweiten bevorzugten Ausführungsform ist aus diesem Grund das erste Dichtungselement 23 weiter weg von der Wärme erzeugenden Heizwendel 213 montiert als bei dem bisher gezeigten Kraftstoffheizer 1. Der erste Teil 22a des Aufnahmebauteils 22 wird dabei mit Kunststoff um einen oberen Teil des Heizkörpers 21 umspritzt, ähnlich wie bei der ersten bevorzugten Ausführungsform, wohingegen der zweite Teil 22b des Aufnahmebauteils 22 anschließend montiert, um den Heizkörper 21 herum angeordnet und mit dem ersten Teil 22a des Aufnahmebauteils 22 montiert wird, beispielsweise indem die beiden Teile 22a, 22b des Aufnahmebauteils 22 durch Kleben, Schweißen, Rasten oder Schrauben miteinander verbunden werden. Der zweite Teil 22b des Aufnahmebauteils 22 weist dabei in seiner zum ersten Teil 22a des Aufnahmebauteils 22 zeigenden Stirnfläche eine ringförmige Aussparung 221 auf, in der das erste Dichtungselement 23 angeordnet ist. Das erste Dichtungselement 23 ist demnach zwischen dem Boden der ringförmigen Aussparung 221 und der zu dem zweiten Teil 22b des Aufnahmebauteils 22 zeigenden Stirnfläche des ersten Teils 22a des Aufnahmebauteils 22 eingeschlossen. Das erste Dichtungselement 23 befindet sich dadurch an einem oberen Drittel des Heizkörpers 21 in der Nähe des offenen Endes des Glührohrs 211, also in einem Bereich, in dem der obere Teil des Anschlussbolzens 212 angeordnet ist. Dadurch ist das erste Dichtungselement 23 entfernt von der Heizwendel 213 angeordnet, um negativen Hitzeeinfluss auf das erste Dichtungselement 23 weiter zu vermeiden.
7 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffheizers 3, dessen Aufbau im Wesentlichen identisch zu dem Aufbau des Kraftstoffheizers 2 ist.
Der Heizkörper 31, der in 7 im ungeschnittenen Zustand dargestellt ist, weist ebenfalls ein Glührohr 311, einen Anschlussbolzen 312, eine (nicht gezeigte) Heizwendel, die das Glührohr 311 mit dem Anschlussbolzen 312 elektrisch verbindet, ein (nicht gezeigtes) Isolierpulver, das den Anschlussbolzen 312 und die Heizwendel 313 innerhalb des Glührohrs 311 umgibt, ein (nicht gezeigtes) Verschlussbauteil zum Verschließen und Abdichten des Inneren des Glührohrs 311 nach außen, sowie an dem Heizkörper 31 angeschweißte Kontaktfahnen 316 auf, die mit dem Anschlussbolzen 312 beziehungsweise dem Glührohr 311 elektrisch verbunden sind und eine elektrische Verbindung dieser Bauteile durch ein zweiteiliges Aufnahmebauteil 32 hindurch zu einem (nicht gezeigten) Anschlussbereich bereitstellen, um einen elektrischen Anschluss des Kraftstoffheizers 3 nach außen zu ermöglichen. Das Aufnahmebauteil 32 besteht wiederum aus zwei Teilen 32a, 32b, also aus einem hinteren oder oberen Gehäuseteil in Form des ersten Teils 32a des Aufnahmebauteils 32 und einem vorderen oder unteren Gehäuseteil in Form des zweiten Teils 32b des Aufnahmebauteils 32.
Der wesentliche Unterschied zu dem Kraftstoffheizer 2 liegt darin, dass der zweite Teil 32b des Aufnahmebauteils 32 nicht montiert sondern umspritzt wird. Zunächst wird dabei der zweite Teil 32b des Aufnahmebauteils 32 um den Heizkörper 31 herum gespritzt. Es kann dabei vorteilhaft sein, dass die Oberfläche des Heizkörpers 31, wie vorhergehend mit Bezug auf 4 bereits beschrieben, in diesem Bereich in einer geeigneten Weise aufgeraut ist, beispielsweise durch eine gerändelte Oberfläche oder durch das Vorsehen einer oder mehreren Nuten, so dass ein Formschluss zwischen dem Heizkörper 31 und dem zweiten Teil 32b des Aufnahmebauteils 32 entsteht. Anschließend wird ein inneres Dichtungselement 33 in Form eines O-Rings in eine Aussparung 321 in einer zu dem ersten Teil 32a des Aufnahmebauteils 32 zeigenden Stirnfläche des zweiten Teils 32b des Aufnahmebauteils 32 eingesetzt. Die Aussparung 321 wird anschließend mit einer Abdeckscheibe 35 aus Kunststoff, Keramik, Metall oder einem anderen passenden Werkstoff verschlossen. Die Abdeckscheibe 35 hat den Zweck, dass während des Spritzprozesses des ersten Teils 32a des Aufnahmebauteils 32 kein Kunststoff in den Bauraum des inneren Dichtungselements 33, also in die Aussparung 321 gelangt und so die Dichtwirkung des inneren Dichtungselements 33 beeinträchtigen kann.
Auch bei dieser Variante sind gratfreie Dichtflächen notwendig. Wie schon in Bezug auf 5 vorhergehend beschrieben und in 8 gezeigt, wird dazu eine axialsymmetrische Spritzform 5‘ verwendet. Die axialsymmetrische Spritzform 5‘ umfasst dabei einen Hauptkörper 51‘ mit der Negativform des zweiten Teils 32b des Aufnahmebauteils, und eine Scheibe 52‘. An der Stelle der Dichtfläche ist dabei das Glührohr 311 mit einem Abschnitt 3113 mit sich verjüngendem Außenumfang versehen, der mit einer Kante 511‘ des Hauptkörpers 51‘ der axialsymmetrischen Spritzform 5‘ in Anlage geht, so dass das Spritzmaterial des umspritzten Aufnahmebauteils 32b an dieser Stelle nicht weiter an dem Glührohr 311 entlangtritt und einen gratfreien Ansatz an dem Glührohr 311 ausbildet. An dem Abschnitt 3113 mit sich verjüngendem Außenumfang kann sich die Kante 511‘ des Hauptkörpers 51‘ der axialsymmetrischen Spritzform 5‘ leicht eingraben und auf diese Weise sauber abdichten. Der Hauptkörper 51‘ der axialsymmetrischen Spritzform 5‘, der für die Dichtbereiche zuständig ist, an denen sich nachher die inneren und äußeren Dichtungselemente 33, 34 befinden, wird aus einem Stück hergestellt und ist rotationssymmetrisch. Der Heizkörper 31 wird von oben eingelegt und steht unten aus der Scheibe 52‘ etwas heraus, so dass dieser gefasst werden kann. So kann auch gegebenenfalls eine Kraft aufgebracht werden, die die Dichtfläche des Heizkörpers 31 gegen die Kante 511‘ des Hauptkörpers 51‘ der axialsymmetrischen Spritzform 5‘ drückt.
9 zeigt eine Rail-Baugruppe mit einem Kraftstoffheizer 4 zum Einsatz in einem Flexstart-System mit einem Metall-Rail, gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform in einer teilweise geschnittenen Querschnittsansicht.
Die Rail-Baugruppe besteht dabei aus einer Kammer 6 und dem darin eingesetzten Kraftstoffheizer 4. Die Kammer 6 hat einen Innenraum, in der der Kraftstoff während eines Betriebes strömt, und eine Öffnung 61, in der der Kraftstoffheizer 4, oder genauer gesagt, ein Aufnahmebauteil 42 des Kraftstoffheizers 4 eingesetzt ist, vorzugsweise fluiddicht eingelötet ist. Die Kammer 6 weist ferner eine Kraftstoffzufuhr 62 zum Zuführen des Kraftstoffs aus dem Hauptrail in den Innenraum der Kammer 6 sowie eine Kraftstoffabfuhr 63 zum Abführen des durch den Kraftstoffheizer 4 erwärmten Kraftstoffs zu einem Einspritzventil (nicht gezeigt) auf. Der Kraftstoffheizer 4 besteht aus einem Heizkörper 41, dem Aufnahmebauteil 42, das einen oberen Abschnitt des Heizkörpers 41 umgibt, einem Dichtungselement 43 in Form eines O-Rings zum Abdichten zwischen dem Heizkörper 41 und dem Aufnahmebauteil 42, und einer Isolierhülse 7, die durch einen Rundstecker 417 auf einem Anschlussbolzen 412 des Heizkörpers 41 gehalten ist. Der Heizkörper 41 ist dabei in einer zentralen Durchgangsöffnung des ringförmig ausgebildeten Aufnahmebauteils 42 eingesetzt. Genauer gesagt ist das Glührohr 411 des Heizkörpers 41 in die zentrale Durchgangsöffnung des Aufnahmebauteils 42 eingepresst und/oder eingeschweißt, wodurch ein direkter Kontakt oder eine direkte Verbindung zwischen Glührohr 411 und Aufnahmebauteil 42 entsteht, die fluiddicht ist. Das Glührohr 411 ist wie bei einem der vorhergehenden Kraftstoffheizer 1, 1‘, 1‘‘, 2, 3 mit Heizwendel etc. aufgebaut. Das Glührohr 411 ragt in die Kammer 6 hinein, um in der Lage zu sein, den Kraftstoff zu erwärmen. Der Rundstecker 417 ist mit einem freien Ende des Anschlussbolzens 412 verstemmt und dient unter anderem zum elektrischen Kontaktieren des Kraftstoffheizers 4 sowie zur Fixierung der Isolierhülse 7. In diesem Fall ist der Anschlussbolzen 412 in dem Verstemmbereich gerändelt. Die Isolierhülse 7 verschließt ferner eine ringförmige Aussparung 421, die in einer Stirnfläche des Aufnahmebauteils 42 um das Glührohr 411 herum angeordnet ist. Entsprechend verwendet der Kraftstoffheizer 4 hier bei einem metallenen Rail ebenfalls die Idee einer alternativen Dichtung, wobei die Dichtfunktion mittels einer Elastomerdichtung, vorzugsweise ein O-Ring, umgesetzt wird. In diesem Falle muss die Verbindung zwischen dem Aufnahmeteil 42 und Glührohr 411 nicht mehr fluiddicht sein. Es genügt eine mechanisch stabile Verbindung. Ebenfalls möglich ist, dass der Rundstecker 417 auf den Anschlussbolzen 412 geschraubt wird und mittels einer Verstemmung gesichert wird. Es ist auch möglich, die Isolierhülse 7 wegzulassen und das Dichtungselement 43, wie mit Bezug auf 2 beschrieben, durch Umformung des Aufnahmebauteils 42 zu sichern.
Die technischen Merkmale der vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen sind nicht auf die jeweilige Ausführungsform begrenzt und sind entsprechend untereinander austauschbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2012/071637 A1 [0006]
DE 202005016047 U1 [0006]

Claims

Kraftstoffheizer (1; 1‘; 1‘‘; 2; 3; 4) zum Einsatz in einem Rail einer Brennkraftmaschine, mit zumindest einem Heizkörper (11; 11‘; 11‘‘; 21; 31; 41), einem Aufnahmebauteil (12; 12‘; 22; 32; 42) zur Aufnahme des Heizkörpers (11; 11‘; 21; 31; 41), und einem Dichtungselement (13; 13‘; 23; 33; 43), das zwischen dem Heizkörper (11; 11‘; 11‘‘; 21; 31; 41) und dem Aufnahmebauteil (12; 12‘; 22; 32; 42) in einer in dem Aufnahmebauteil (12; 12‘; 22; 32; 42) vorgesehenen Aussparung (121; 121‘; 221; 321; 421) angeordnet ist, um zwischen dem Heizkörper (11; 11‘; 11‘‘; 21; 31; 41) und dem Aufnahmebauteil (12; 12‘; 22; 32; 42) abzudichten.
Kraftstoffheizer (1; 1‘; 1‘‘; 2; 3) nach Anspruch 1, wobei das Aufnahmebauteil (12; 12‘; 22; 32) aus Kunststoff besteht und mit einem oberen Abschnitt des Heizkörpers (11; 11‘; 11‘‘; 21; 31) einen Verbund darstellt, vorzugsweise wobei das Aufnahmebauteil (12; 12‘; 22; 32) um den oberen Abschnitt des Heizkörpers (11; 11‘; 11‘‘; 21; 31) umspritzt ist.
Kraftstoffheizer (1‘) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Dichtungselement (13‘) durch das Aufnahmebauteil (12‘) in der Aussparung (121‘) gegen ein axiales Verrutschen gesichert ist, vorzugsweise durch eine umlaufende Kante (1211‘).
Kraftstoffheizer (1‘‘) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ferner eine Kontakthülse (16) an dem Heizkörper (11‘‘) angebracht ist, vorzugsweise durch eine Pressverbindung, die zwischen dem Aufnahmebauteil (12) und dem Heizkörper (11‘‘) angeordnet ist und zur elektrischen Kontaktierung des Heizkörpers (11‘‘) dient.
Kraftstoffheizer (2; 3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Aufnahmebauteil (22; 32) aus zumindest zwei Teilen (22a, 22b; 32a, 32b) besteht, die beide um den Heizkörper (21; 31) herum angeordnet sind, wobei die zwei Teile (32a, 32b) separat voneinander um den oberen Abschnitt des Heizkörpers (31) umspritzt sind, oder nur ein erster Teil (22a) um den oberen Abschnitt des Heizkörpers (21) umspritzt ist und ein zweiter Teil (22b) auf den Heizkörper (21) montiert und mit dem ersten Teil (22a) des Aufnahmebauteils (22) verbunden ist, vorzugsweise durch eine Klebeverbindung, eine Schweißverbindung, eine Rastverbindung oder eine Schraubverbindung.
Kraftstoffheizer (2; 3) nach Anspruch 5, wobei das Dichtungselement (23; 33) zwischen den zwei Teilen (22a, 22b; 32a, 32b) des Aufnahmebauteils (22; 32) angeordnet ist.
Kraftstoffheizer nach Anspruch 5 oder 6, wobei zwischen den zwei Teilen (32a, 32b) des Aufnahmebauteils (32) ferner eine Abdeckscheibe (35) zum teilweisen Abdecken des zuerst an dem Heizkörper (31) angebrachten Teils (32a) des Aufnahmebauteils (32) vorgesehen ist.
Kraftstoffheizer (1; 1‘; 11‘‘; 2; 3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Heizkörper (11; 11‘; 11‘‘; 21; 31) mit zumindest einer umlaufenden Nut (1112) und/oder einer aufgerauten Außenoberfläche (1111), vorzugsweise einer gerändelten Außenoberfläche (1111), an dessen Außenseite in einem Bereich versehen ist, durch den der Heizkörper (11; 11‘; 11‘‘; 21; 31) mit dem Aufnahmebauteil (12; 12‘; 22; 32) in Verbindung steht.
Kraftstoffheizer (1; 1‘; 11‘‘; 2; 3; 4) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Heizkörper (11; 11‘; 11‘‘; 21; 31; 41) aus zumindest einem Glührohr (111; 111‘; 111‘‘; 211; 311), einem Anschlussbolzen (112; 212; 312) und einer Heizwendel (113; 213) besteht, und wobei das Dichtungselement (13; 13‘; 23; 33; 43) an dem Glührohr (111; 111‘; 111‘‘; 211; 311) beabstandet zu der Heizwendel (113; 213) angeordnet ist.
Kraftstoffheizer (1; 1‘; 1‘‘; 2; 3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein weiteres Dichtungselement (14; 24; 34) an der Außenseite des Aufnahmebauteils (12; 12‘; 22; 32) zum Abdichten zwischen dem Rail und dem Aufnahmebauteil (12; 12‘; 22; 32) vorgesehen ist.
Kraftstoffheizer (1; 1‘; 1‘‘; 2; 3; 4) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein an dem Aufnahmebauteil (12; 12‘; 22; 32; 42) vorgesehener Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme eines Dichtungselements (13; 13‘; 23; 33; 43) gratfrei ausgebildet ist.
Kraftstoffheizer (1; 1‘; 11‘‘; 2; 3; 4) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jedes Dichtungselement (13, 14; 13‘; 23, 24; 33, 34; 43) ein O-Ring ist, vorzugsweise aus einem Elastomer-Kunststoff.
Kraftstoffheizer (1; 1‘; 11‘‘; 2; 3; 4) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Brennkraftmaschine für einen Betrieb mit Alkohol, vorzugsweise Methanol oder Ethanol, und Benzin, oder einem Gemisch aus Alkohol und Benzin ausgelegt ist.
Verfahren zum Herstellen eines Kraftstoffheizers (1; 1‘; 1‘‘; 2; 3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zum Umspritzen des Aufnahmebauteils (12; 12‘; 22; 32) um den entsprechenden Abschnitt des Heizkörpers (11; 11‘; 11‘‘; 21; 31) eine Spritzform (5; 5‘) verwendet wird, die im Bereich einer Dichtfläche zwischen Aufnahmebauteil (12; 12‘; 22; 32) und Heizkörper (11; 11‘; 11‘‘; 21; 31) und/oder im Bereich einer Dichtfläche zwischen Aufnahmebauteil (12; 12‘; 22; 32) und Rail einteilig ausgebildet ist, um eine Gratbildung an dem Aufnahmebauteil (12; 12‘; 22; 32) in diesen Bereichen zu vermeiden.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Heizkörper (11; 11‘; 11‘‘; 21; 31) im Bereich der Dichtfläche zwischen Aufnahmebauteil (12; 12‘; 22; 32) und Heizkörper (11; 11‘; 11‘‘; 21; 31) einen Abschnitt (1113; 3113) mit sich verjüngendem Außendurchmesser aufweist und die Spritzform (5; 5‘) eine Kante (51; 511‘) aufweist, die bei dem Schritt des Umspritzens mit dem Abschnitt (1113; 3113) mit sich verjüngendem Außenumfang in Anlage geht, um ein Aufbringen von Spritzmaterial auf die Dichtfläche zwischen Aufnahmebauteil (12; 12‘; 22; 32) und Heizkörper (11; 11‘; 11‘‘; 21; 31) zu verhindern.