ZÜNDEINRICHTUNG FÜR EINE LASERZÜNDUNG EINER BRENNKRAFTMASCHINE

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Aus der WO 2005/066488 A1 ist eine sogenannte Laserzündung bekannt. Diese Laserzündung umfasst einen Zündlaser, der in den Brennraum einer Brennkraftmaschine hineinragt. Der Zündlaser wird über einen Lichtleiter von einer Pumplichtquelle optisch gepumpt.

[0002] An einem dem Brennraum zugewandten Ende des Zündlasers 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 über 250 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..

[0003] 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

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Zündlaser bereitzustellen, bei dem das Brennraumfenster und das Gehäuse so abgedichtet sind, dass über die gesamte Lebensdauer der Brennkraftmaschine und bei den im Brennraum einer Brennkraftmaschine herrschenden Drücken und Temperaturen eine sichere und zuverlässige Abdichtung von Brennraumfenster und Gehäuse gewährleistet ist.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Zündlaser für eine Brennkraftmaschine, umfassend einen laseraktiven Festkörper, ein Brennraumfenster und ein Gehäuse dadurch gelöst, dass das Gehäuse und das Brennraumfenster mindestens mittelbar stoffschlüssig miteinander verbunden sind.

[0006] Durch die erfindungsgemäße stoffschlüssige Verbindung von Gehäuse und Brennraumfenster wird die geforderte Dichtheit auch bei höchsten Drücken und Temperaturen gewährleistet. Dabei ist darauf zu achten, dass der Teil des Gehäuses, welcher stoffschlüssig mit dem Brennraumfenster verbunden wird, einen möglichst ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Brennraumfenster hat. Dadurch werden die thermischen Spannungen reduziert und in Folge dessen die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der stoffschlüssigen Verbindung zwischen Gehäuse und Brennraumfenster erhöht.

[0007] Um den widerstrebenden Anforderungen an das Gehäuse hinsichtlich Temperaturfestigkeit, Druckfestigkeit und Wärmeausdehnungskoeffizient erfüllen zu können, ist in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, das Gehäuse und das Brennraumfenster durch eine Membran oder einen Zwischenring mittelbar stoffschlüssig miteinander zu verbinden.

[0008] Dadurch ist es möglich, das Gehäuse insbesondere bezüglich Temperaturbeständigkeit und mechanischer Belastbarkeit zu optimieren und durch die Wahl eines geeigneten Materials für die Membran beziehungsweise den Zwischenring die stoffschlüssige Verbindung mit dem Brennraumfenster hinsichtlich ihrer Dichtheit und Lebensdauer zu optimieren. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei der ersten Fügestelle zwischen Membran beziehungsweise Zwischenring einerseits und Brennraumfenster, das die hier eine dichte Verbindung zwischen Glas und Metall erreicht werden muss. Die Verbindung zwischen Gehäuse einerseits und Membran beziehungsweise Zwischenring andererseits ist fertigungstechnisch unproblematisch, da es sich in aller Regel um eine Metall-MetallVerbindung handelt, die beispielsweise durch Löten, Schweißen oder andere hinlänglich bekannte und erprobte Fügetechniken verbunden werden können.

[0009] Durch die Zwischenschaltung einer Membran beziehungsweise eines Zwischenrings wird außerdem ein "gestufter" Übergang zwischen den unterschiedlichen Materialeigenschaften des Brennraumfensters, das üblicherweise aus Quarzglas oder Saphirglas besteht, und dem Gehäuse, das aus einem warmfesten metallischen Werkstoff besteht, erreicht.

[0010] Durch eine Trennung des Gehäuses in eine Innenhülse und eine Außenhülse kann ebenfalls eine jeweils der jeweiligen Aufgabe optimal angepasste konstruktive Ausgestaltung der Außenhülse und der Innenhülse erreicht werden. Auch ist es möglich, durch die Wahl verschiedener Werkstoffe für Außenhülse und Innenhülse einen weiter optimierten Zündlaser bereitzustellen.

[0011] Alternativ ist es möglich, die Membran mit der Außenhülse und dem Brennraumfenster beziehungsweise mit der Innenhülse und dem Brennraumfenster stoffschlüssig zu verbinden.

[0012] Für die Innenhülse, die Membran und/oder den Zwischenring empfiehlt es sich Werkstoffe einzusetzen, deren Wärmeausdehnungskoeffizient im Wesentlichen dem des Brennraumfensters entspricht. Besonders geeignet ist beispielsweise hierfür der Werkstoff Pernifer 2198 MS der Firma Thyssen VDM.

[0013] Alternativ ist es auch möglich, die Innenhülse, die Membran und/oder den Zwischenring aus einem duktilen Werkstoff, bevorzugt Nickel oder Kupfer herzustellen. Dadurch können eventuell auftretende thermische Spannungen in der Fügestelle zwischen Gehäuse und Brennraumfenster auf Grund der Duktilität des Werkstoffs abgebaut und dadurch die Fügestelle mechanisch entlastet werden. Es ist selbstverständlich besonders vorteilhaft, einen Werkstoff einzusetzen, der einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Brennraumfenster aufweist und gleichzeitig duktil ist. Dadurch addieren sich die Vorteile beider Ausführungsformen.

[0014] Alternativ kann der gleiche Effekt durch eine Kombination einer Innenhülse, einer Membran und/oder einem Zwischenring aus einem duktilen Werkstoff mit einer Innenhülse, einer Membran und/oder einem Zwischenring aus einem Werkstoff, der einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist wie das Brennraumfenster.

[0015] Für die Außenhülse hat sich ein warmfester Werkstoff, bevorzugt aus Stahl vom Typ 1.4913, bewährt.

[0016] Die stoffschlüssige Verbindung zwischen Gehäuse, Membran, Zwischenring und Brennraumfenster kann durch Hartlöten, Weichlöten, Schweißen, Kleben, insbesondere mittels keramischer und/oder metallischer Kleber, oder Verglasen erreicht werden.

[0017] Um beim Löten eine gute Verbindung zwischen Lot und Brennraumfenster zu erreichen, ist es wichtig, dass die Oberfläche des Brennraumfensters benetzt wird. Dies kann durch Metallisieren, zum Beispiel über das so genannte W/Mn-Verfahren, das Mo/Mn-Verfahren, das Aufdampfen durch CVD (Chemical Vapor Deposition) oder PVD (Physical Vapor Deposition), Ionenplattieren und/oder Aktivlöten erfolgen. Beim Aktivlöten enthält das Lot mindestens ein grenzflächenaktives Element, wie zum Beispiel Titan.

[0018] Weiter ist auch die Verwendung eines Glaslots möglich; vorteilhaft mit einer Silber-GlasZusammensetzung. Solche Glaslote werden zum Beispiel von den Firmen Schott und Ferro angeboten und verkauft. Bei diesen Zusammensetzungen wirkt das Silber unter anderem als duktiler Werkstoff, so dass auch Werkstoffe miteinander verbunden werden können, deren Wärmeausdehnungskoeffizient unterschiedlich ist.

[0019] Weiter ist beim Löten darauf zu achten, dass Lote eingesetzt werden, die eine vergleichsweise niedrige Löttemperatur haben, um die bei der Abkühlung entstehenden Wärmespannungen zu verringern. Natürlich muss das Lot den im Betrieb auftretenden Temperaturen standhalten.

[0020] Um die thermische Beanspruchung der Fügestelle zu verringern, ist bevorzugt die Fügestelle zwischen Gehäuse und Brennraumfenster auf der dem Brennraum der Brennkraftmaschine abgewandten Seite des Brennraumfensters angeordnet. Es ist alternativ auch möglich, an beiden Seiten des Brennraumfensters jeweils eine Fügestelle vorzusehen. Dadurch ergibt sich eine Redundanz der Abdichtung und somit eine erhöhte Sicherheit gegen den Funktionsverlust der Abdichtung.

[0021] Wenn das Brennraumfenster und das Gehäuse nicht stoffschlüssig, sondern durch Anpressen abgedichtet werden sollen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, im Bereich der Dichtfläche eine Beschichtung aus einem duktilen Material, bevorzugt aus Kupfer, vorzusehen. Wenn diese Beschichtung beispielsweise aus Kupfer besteht, wird dieses auf Grund der hohen Flächenpressung und Einsatztemperaturen zwischen Brennraumfenster und Gehäuse im Bereich der Dichtfläche duktil und füllt damit die Rauhigkeiten von Brennraumfenster und Gehäuse im Bereich der Dichtfläche aus. Dadurch wird eine langlebige und zuverlässige Abdichtung gewährleistet.

[0022] Die Dicke dieser Beschichtung kann zwischen 5 µm und 100 µm liegen und bevorzugt durch Galvanisieren aufgebracht werden.

[0023] Um die erforderliche Anpresskraft aufzubringen, ist es vorteilhaft, wenn die Außenhülse an ihrem dem Brennraum zugewandten Ende einen Absatz aufweist, wobei dieser Absatz das Brennraumfenster teilweise überdeckt. Durch eine Schraubverbindung zwischen Außenhülse und Innenhülse können diese in axialer Richtung gegeneinander verspannt werden und dadurch die erforderliche Dichtkraft erzeugt werden. Alternativ können Außenhülse und Innenhülse in vorgespanntem Zustand stoffschlüssig miteinander verbunden werden.

[0024] Durch die konstruktive Ausgestaltung von Außenhülse und Innenhülse kann die Vorspannkraft der Verschraubung in weiten Grenzen beeinflusst werden. Dazu kann auf die Methoden der (Dehn)-Schraubenberechnung zurückgegriffen werden. So kann beispielsweise die Außenhülse einen Bereich aufweisen, in dem eine kontrollierte Dehnung erfolgt, während die Innenhülse in dem Bereich zwischen Dichtfläche und Bolzengewinde durch die Vorspannkraft gestaucht wird. Dadurch ergibt sich eine "weichere" Schraubverbindung, was sich insbesondere positiv auf die Dichtkraft auch bei wechselnden Temperaturen auswirkt.

[0025] Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0026] In der Zeichnung zeigt:

Figur 1a

eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer laserbasierten Zündeinrichtung;

Figur 1b

eine schematische Darstellung der Zündeinrichtung aus Figur 1 und

Figuren 2 bis 7

Ausführungsbeispiele erfindungsgemäße Zündlaser.

Ausführungsformen der Erfindung

[0027] Eine Brennkraftmaschine trägt in Figur 1a insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie kann zum Antrieb eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs dienen. Die Brennkraftmaschine 10 umfasst üblicherweise mehrere Zylinder, von denen in Figur 1 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, gebildet werden.

[0028] Das im Brennraum 14 vorhandenen 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. Hierzu wird die Lasereinrichtung 24 über eine Lichtleitereinrichtung 28 mit einem Pumplicht gespeist, welches von einer Pumplichtquelle 30 bereitgestellt wird. Die Pumplichtquelle 30 wird von einem Steuergerät 32 gesteuert, das auch den Injektor 18 ansteuert.

[0029] Wie aus Figur 1b hervorgeht, speist die Pumplichtquelle 30 mehrere Lichtleitereinrichtungen 28 für verschiedene Zündlaser 26, die jeweils einem Zylinder 12 der Brennkraftmaschine 10 zugeordnet sind. Hierzu weist die Pumplichtquelle 30 mehrere einzelne Laserlichtquellen 340 auf, die mit einer Pulsstromversorgung 36 verbunden sind. Durch das Vorhandensein der mehreren einzelnen Laserlichtquellen 340 ist gleichsam eine "ruhende" Verteilung von Pumplicht an die verschiedenen Lasereinrichtungen 26 realisiert, so dass keine optischen Verteiler oder dergleichen zwischen der Pumplichtquelle 30 und den Zündlasern 26 erforderlich sind.

[0030] Der Zündlaser 26 weist beispielsweise einen laseraktiven Festkörper 44 mit einer passiven Güteschaltung 46 auf, die zusammen mit einem Einkoppelspiegel 42 und einem Auskoppelspiegel 48 einen optischen Resonator bildet. Unter Beaufschlagung mit von der Pumplichtquelle 30 erzeugtem Pumplicht erzeugt der Zündlaser 26 in an sich bekannter Weise einen Laserimpuls 24, der durch eine Fokussieroptik 52 auf einen in dem Brennraum 14 (Figur 1a) befindlichen Zündpunkt ZP fokussiert ist. Die in dem Gehäuse 38 des Zündlasers 26 vorhandenen Komponenten sind durch ein Brennraumfenster 58 von dem Brennraum 14 getrennt.

[0031] In Figur 2 ist das Detail X der Figur 1b stark vergrößert im Teillängsschnitt dargestellt. Aus dieser stark vergrößerten Darstellung wird deutlich, dass das Brennraumfenster 58 mit einer Stirnfläche (ohne Bezugszeichen) des Gehäuses 38 stoffschlüssig verbunden ist. Die Fügestelle ist in Figur 2 mit dem Bezugszeichen 60 versehen. Die stoffschlüssige Verbindung zwischen Brennraumfenster 58 und Gehäuse 38 kann durch Löten, insbesondere Hartlöten, Weichlöten, Kleben, Verglasen oder Schweißen erfolgen. Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel hat das Gehäuse 38 bevorzugt einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Brennraumfensters 58 entspricht. Dadurch werden Wärmespannungen vermieden und in Folge dessen die Fügestelle 60 entlastet. Gleichzeitig ist jedoch darauf zu achten, dass das Gehäuse 38 aus einem warmfesten Werkstoff besteht. Und in Folge dessen auch eine ausreichende Dauerfestigkeit bei den im Brennraum herrschenden Betriebstemperaturen aufweist. Besonders vorteilhaft an dieser Ausführungsvariante ist deren geringer Bauraumbedarf.

[0032] In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbindung zwischen Brennraumfenster 58 und Gehäuse 38 ebenfalls im Teillängsschnitt dargestellt.

[0033] Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 38 zweiteilig ausgebildet. Es umfasst eine Innenhülse 62 und eine Außenhülse 64. Die Außenhülse 64 weist an einem dem Brennraum 14 (siehe Figur 1a) zugewandten Ende einen Absatz 66 auf. Der Absatz 66 hat im Wesentlichen zwei Funktionen. Erstens schirmt er einen Teil des Brennraumfensters 58 gegenüber dem Brennraum und den dort herrschenden Drücken und Temperaturen ab, so dass die thermische Belastung des Brennraumfensters 58 reduziert wird.

[0034] Des weiteren ist es mit Hilfe des Absatzes 66 möglich, das Brennraumfenster 58 gegen die Innenhülse 62 zu pressen und dadurch die Dichtheit der Fügestelle 60 zu erhöhen. Zu diesem Zweck ist an der Außenhülse 64 ein Muttergewinde vorgesehen, welches mit einem entsprechenden Bolzengewinde der Innenhülse 62 zusammenwirkt. Dieses Gewinde, bestehend aus Muttergewinde und Bolzengewinde, ist in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 68 gekennzeichnet. Weiterhin kann anstelle des Gewindes die Innenhülse mit einem vorgegebenen Anpressdruck auf die Außenhülse gepresst werden und die Verbindung durch Schweißen oder ein anderes stoffschlüssiges Verfahren hergestellt werden.

[0035] Bei der in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen werden sämtliche Druckkräfte über die Fügestelle 60 vom Brennraumfenster 58 in das Gehäuse 38 beziehungsweise die Innenhülse 62 des Gehäuses 38 übertragen.

[0036] Durch die Trennung des Gehäuses 38 in eine Innenhülse 62 und eine Außenhülse 64 stehen dem Konstrukteur mehr Freiheitsgrade zur funktionsoptimierten Gestaltung der beiden genannten Bauteile und der Fügestelle 60 zur Verfügung. So kann beispielsweise das Material der Außenhülse 64 hinsichtlich Warmfestigkeit und Dauerfestigkeit optimiert werden, während das Material der Innenhülse 62 so gewählt wird, dass sein Wärmeausdehnungskoeffizient möglichst weitgehend dem Wärmeausdehnungskoeffizienten den Brennraumfensters 58 entspricht. In Folge dessen werden die thermischen Spannungen reduziert und die Fügestelle 60 entlastet. Des weiteren ist es natürlich auch möglich, den Werkstoff der Innenhülse 62 so auszuwählen, dass die erfindungsgemäß beanspruchte stoffschlüssige Verbindung zwischen Brennraumfenster 58 und Innenhülse 62 möglichst sicher, einfach und haltbar gestaltet werden kann.

[0037] Durch das Verspannen von Außenhülse 64 und Innenhülse 62 entsteht zwischen dem Absatz 66 und dem Brennraumfenster eine Dichtfläche 70, welche somit eine redundante Abdichtung darstellt, welche gewissermaßen der Fügestelle 60 vorgeschaltet ist und dadurch entweder bereits eine vollständige Trennung von Brennraum 14 und dem Inneren des Zündlasers 26 bewirkt oder zumindest die Temperatur- und Druckbeanspruchung der Fügestelle 60 reduziert und in Folge dessen die Fügestelle 60 entlastet.

[0038] Um die Dichtfläche 70 hinsichtlich ihrer Dichtwirkung zu optimieren kann es vorteilhaft sein, beispielsweise den Absatz 66 oder das Brennraumfenster 58 der Bereich der Dichtfläche 70 mit einer Beschichtung aus einem duktilen Material, wie beispielsweise Kupfer, zu versehen. Dadurch werden kleinste Unebenheiten der Kontaktflächen zwischen Brennraumfenster 58 und Außenhülse 64 egalisiert und die Dichtwirkung verbessert. Diese Beschichtung kann beispielsweise 5 µm bis 100 µm dick sein.

[0039] Alternativ wäre es auch möglich, die Positionen der Fügestelle 60 und der Dichtfläche 70 zu vertauschen. Dies würde bedeuten, dass das Brennraumfenster 58 mit dem Absatz 66 der Außenhülse 64 stoffschlüssig verbunden wird und das Brennraumfenster 58 gegen die Stirnseite der Innenhülse dichtend gepresst wird. Allerdings ist dabei zu berücksichtigen, dass die thermische Belastung im Bereich der Kontaktfläche zwischen Absatz 66 und Brennraumfenster 58 höher als zwischen Brennraumfenster 58 und Innenhülse 62 ist.

[0040] Bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Membran 72 vorgesehen, die einenends im Bereich der Fügestelle 60 mit dem Brennraumfenster 58 stoffschlüssig verbunden ist. An ihrem anderen Ende ist sie mit der Außenhülse 64 stoffschlüssig verbunden. Diese zweite Fügestelle ist in Figur 4 mit dem Bezugszeichen 74 versehen. Mit ihrer dem Brennraumfenster abgewandten Seite liegt die Membran 72 auf der Innenhülse 62 auf und wird zusätzlich durch den im Brennraum 14 herrschenden Druck beziehungsweise durch die Verspannung der Innenhülse 62 mit der Außenhülse 64 gegen die Innenhülse 62 gepresst. Eine gasdichte Verbindung zwischen Membran 72 und Innenhülse 62 ist im Bereich der Fügestelle 60 nicht erforderlich, da die Membran mit ihrem anderen Ende an der zweiten Fügestelle 64 gasdicht mit der Außenhülse 64 verbunden ist.

[0041] Bei dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Membran 72 im Bereich der zweiten Fügestelle 74 mit der Innenhülse 62 verbunden. Auch dadurch führt der Einsatz der Membran 72 dazu, dass Relativbewegungen zwischen Brennraumfenster 58 und Gehäuse 38 ohne größere mechanische Spannungen ausgeglichen werden können und bezüglich der Werkstoffe und ein Freiheitsgrad bei der Auswahl der Werkstoffe von Innenhülse 62, Außenhülse 64 und Membran 72 gewonnen wird.

[0042] Ein ähnlicher Effekt kann erzielt werden, wenn zwischen Innenhülse 62 und Brennraumfenster 58 ein Zwischenring 76 eingefügt wird, wie dies in Figur 6 dargestellt ist. Dieser Zwischenring 76 kann aus einem anderen Material als die Innenhülse 62 gefertigt werden und wird im Bereich der ersten Fügestelle 60 stoffschlüssig mit dem Brennraumfenster 58 und im Bereich der zweiten Fügestelle 64 stoffschlüssig mit der Innenhülse 62 verbunden. Es versteht sich von selbst, dass bei der ersten Fügestelle 60 und der zweiten Fügestelle 64 nicht zwingend die gleichen Fügeverfahren angewandt werden müssen. Es ist vielmehr so, dass an den Fügestellen 60 und 74 das jeweils optimale Verfahren zum Einsatz kommen sollte. Der Zwischenring 76 kann aus mehreren verschiedenen Materialien bestehen, die miteinander fest und dicht gefügt sind. Dadurch wird eine stufenweise oder kontinuierliche Anpassung der (Material)-Eigenschaften von Brennraumfenster 58 und Innenhülse 62 erreicht.

[0043] Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 3 bis 7 ist jeweils eine Dichtfläche 70 und eine erste Fügestelle 60 am Brennraumfenster 58 vorgesehen. Alternativ ist es natürlich auch möglich, anstelle der Dichtfläche 70 auch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Absatz 66 und Brennraumfenster 58 vorzusehen. Diese Ausführungsform ist nicht dargestellt.

[0044] Allen Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 2 bis 6 ist gemeinsam, dass der Kraftfluss vom Brennraumfenster 58 auf das Gehäuse 38 beziehungsweise die Innenhülse 62 stets durch die Fügestelle verläuft. In Figur 7 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die erste Fügestelle 60 nicht zur Kraftübertragung dient. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist, ähnlich wie in Figur 5, die Membran 72 am Brennraumfenster 58 im Bereich der ersten Fügestelle 60 dichtend befestigt und andererseits an der Innenhülse 62 im Bereich der zweiten Fügestelle 74 stoffschlüssig mit dieser verbunden. Um eine Druckentlastung der ersten Fügestelle 60 zu erreichen, ist an der Stirnfläche der Innenfläche 62 eine Ausnehmung 78 vorhanden, welche sicherstellt, dass die Membran 72 im Bereich der ersten Fügestelle 60 nicht zur Kraftübertragung zwischen Brennraumfenster 58 und Innenhülse 62 herangezogen wird.

[0045] Wie bei den Ausführungsbeispielen gemäß Figuren 4 und 5 kann die Membran auch mit der Außenhülse 64 dichtend verbunden sein, wie dies in Figur 7b dargestellt ist. Auch kann die Fügestelle am Außendurchmesser des Brennraumfensters 58 angeordnet sein (siehe Figur 7c).

[0046] Alternativ ist es, wie in Figur 8 dargestellt, auch möglich, das Brennraumfenster 58 zwischen dem Absatz 66 und der Innenhülse 62 mit Hilfe des Gewindes 68 einzuspannen und dadurch zwei Dichtflächen, nämlich die erste Dichtfläche 70 und eine zweite Dichtfläche 78 herzustellen. Dieses Ausführungsbeispiel ist in Figur 8 dargestellt. Auch hier kann an den Dichtflächen 78 und 70 eine dünne Beschichtung aus einem duktilen Material, wie Kupfer vorgesehen werden. Alternativ zu dem Verspannen mit einem Schraubgewinde können Innenhülse 62, Außenhülse 64 und Brennraumfenster 58 auch vor dem Fügevorgang gegeneinander verspannt werden und in diesem verspannten Zustand verbunden werden. Dadurch kann eine unlösbare vorgespannte Verbindung hergestellt werden.

Ansprüche

1. Laserzündeinrichtung für eine Brennkraftmaschine (10) umfassend einen laseraktiven Festkörper (44), ein Brennraumfenster (58) und ein Gehäuse (38), dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (38) und das Brennraumfenster (58) mindestens mittelbar stoffschlüssig (60, 74) miteinander verbunden sind.

2. Laserzündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Gehäuse (38) und Brennraumfenster (58) durch eine Membran (72) oder einen Zwischenring (76) mittelbar stoffschlüssig miteinander verbunden sind.

3. Laserzündeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (38) eine Innenhülse (62) und eine Außenhülse (64) umfasst.

4. Laserzündeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (72) mit der Außenhülse (64) und dem Brennraumfenster (58) stoffschlüssig verbunden ist.

5. Laserzündeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (72) mit der Innenhülse (62) und dem Brennraumfenster (58) stoffschlüssig verbunden ist.

6. Laserzündeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (62), die Membran (72) und/oder der Zwischenring (76) aus einem Werkstoff, bevorzugt Pernifer 2198 MS des Herstellers Thyssen VDM, besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient [1/K] im Wesentlichen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten [1/K] des Brennraumfensters (58) entspricht.

7. Laserzündeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (62), die Membran (72) und/oder der Zwischenring (76) aus einem duktilen Werkstoff, bevorzugt Nickel (Ni) oder Kupfer (Cu), besteht.

8. Laserzündeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülse (64) aus einem warmfesten Werkstoff, bevorzugt aus Stahl mit der Herstellerberzeichung 1.4913, besteht.

9. Laserzündeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (38), die Membran (72), der Zwischenring (76) und das Brennraumfenster (58) durch Hartlöten, Weichlöten, Schweißen, Kleben oder Verglasen miteinander verbunden sind.

10. Laserzündeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Fügestelle (60) zwischen Gehäuse (38) und Brennraumfenster (58) auf der einem Brennraum (14) der Brennkraftmaschine (10) abgewandten Seite des Brennraumfensters (58) befindet.

11. Laserzündeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (38) und/oder das Brennraumfenster (58) im Bereich einer Dichtfläche (70) mit einem Dichtmaterial, bevorzugt einem duktilen und temperaturbeständigen Dichtmaterial, besonders bevorzugt Kupfer (Cu), beschichtet ist.

12. Laserzündeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mit einem Dichtmaterial eine Dicke von etwa 5 µm bis 100 µm aufweist.

13. Laserzündeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülse (64) an ihrem dem Brennraum (14) zugewandten Ende einen Absatz (66) aufweist, und dass der Absatz (66) das Brennraumfenster (58) teilweise überdeckt.

14. Laserzündeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülse (64) an ihrem dem Brennraum (14) abgewandten Ende ein Muttergewinde aufweist, dass die Innenhülse ein mit dem Muttergewinde der Außenhülse (64) zusammenwirkendes Bolzengewinde () aufweist, und dass das Brennraumfenster (58) zwischen dem Absatz (66) der Außenhülse (64) und der Innenhülse (62) einspannbar ist.

Claims

1. Laser ignition device for an internal combustion engine (10), comprising a laser-active solid body (44), a combustion chamber window (58) and a housing (38), characterized in that the housing (38) and the combustion chamber window (58) are connected to one another at least indirectly with a material bond (60, 74).

2. Laser ignition device according to Claim 1, characterized in that the housing (38) and the combustion chamber window (58) are connected to one another indirectly with a material bond by a membrane (72) or an intermediate ring (76).

3. Laser ignition device according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (38) comprises an inner sleeve (62) and an outer sleeve (64).

4. Laser ignition device according to Claim 2 or 3, characterized in that the membrane (72) is connected to the outer sleeve (64) and the combustion chamber window (58) with a material bond.

5. Laser ignition device according to Claim 2 or 3, characterized in that the membrane (72) is connected to the inner sleeve (62) and the combustion chamber window (58) with a material bond.

6. Laser ignition device according to one of Claims 2 to 5, characterized in that the inner sleeve (62), the membrane (72) and/or the intermediate ring (76) consist(s) of a material of which the coefficient of thermal expansion [1/K] substantially corresponds to a coefficient of thermal expansion [1/K] of the combustion chamber window (58), with preference Pernifer 2198 MS manufactured by Thyssen VDM.

7. Laser ignition device according to one of Claims 2 to 6, characterized in that the inner sleeve (62), the membrane (72) and/or the intermediate ring (76) consist(s) of a ductile material, with preference nickel (Ni) or copper (Cu).

8. Laser ignition device according to one of Claims 2 to 7, characterized in that the outer sleeve (64) consists of a heat-resistant material, with preference of steel with the manufacturer designation 1.4913.

9. Laser ignition device according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (38), the membrane (72), the intermediate ring (76) and the combustion chamber window (58) are connected to one another by hard soldering, soft soldering, welding, adhesive bonding, or vitrification.

10. Laser ignition device according to one of the preceding claims, characterized in that a joint (60) between the housing (38) and the combustion chamber window (58) is located on a side of the combustion chamber window (58) that is facing away from a combustion chamber (14) of the internal combustion engine (10).

11. Laser ignition device according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (38) and/or the combustion chamber window (58) is/are coated in the region of a sealing surface (70) with a sealing material, with preference a ductile and temperature-resistant sealing material, with particular preference copper (Cu).

12. Laser ignition device according to Claim 11, characterized in that the coating with a sealing material has a thickness of approximately 5 µm to 100 µm.

13. Laser ignition device according to one of Claims 2 to 12, characterized in that the outer sleeve (64) has a projection (66) at its end facing the combustion chamber (14), and in that the projection (66) partially covers the combustion chamber window (58).

14. Laser ignition device according to one of Claims 3 to 13, characterized in that the outer sleeve (64) has an internal thread at its end facing away from the combustion chamber (14), in that the inner sleeve has an external thread () which cooperates with the internal thread of the outer sleeve (64), and in that the combustion chamber window (58) can be clamped between the projection (66) of the outer sleeve (64) and the inner sleeve (62).

Revendications

1. Dispositif d'allumage laser pour un moteur à combustion interne (10) comprenant un corps solide à activité laser (44), une fenêtre de chambre de combustion (58) et un boîtier (38), caractérisé en ce que le boîtier (38) et la fenêtre de chambre de combustion (58) sont assemblés l'un à l'autre, au moins indirectement (60, 74) par une liaison matérielle.

2. Dispositif d'allumage laser selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier (38) et la fenêtre de chambre de combustion (58) sont assemblés l'un à l'autre indirectement par une liaison matérielle au moyen d'une membrane (72) ou d'un anneau intermédiaire (76).

3. Dispositif d'allumage laser selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boîtier (38) comprend une douille intérieure (62) et une douille extérieure (64).

4. Dispositif d'allumage laser selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la membrane (72) est assemblée par une liaison matérielle à la douille extérieure (64) et à la fenêtre de chambre de combustion (58).

5. Dispositif d'allumage laser selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la membrane (72) est assemblée par une liaison matérielle à la douille intérieure (62) et à la fenêtre de chambre de combustion (58).

6. Dispositif d'allumage laser selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la douille intérieure (62), la membrane (72) et/ou l'anneau intermédiaire (76) sont composés d'un matériau, de préférence du Pernifer 2198 MS du fabricant Thyssen VDM, dont le coefficient de dilatation thermique [1/K] correspond essentiellement au coefficient de dilatation thermique ([1/K] de la fenêtre de chambre de combustion (58).

7. Dispositif d'allumage laser selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la douille intérieure (62), la membrane (72) et/ou l'anneau intermédiaire (76) se composent d'un matériau ductile, de préférence du nickel (Ni) ou du cuivre (Cu).

8. Dispositif d'allumage laser selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que la douille extérieure (64) se compose d'un matériau résistant à chaud, de préférence d'acier portant la dénomination de producteur 1.4913.

9. Dispositif d'allumage laser selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boîtier (38), la membrane (72), l'anneau intermédiaire (76) et la fenêtre de chambre de combustion (58) sont assemblés les uns aux autres par brasage dur, brasage tendre, soudage, collage ou vitrification.

10. Dispositif d'allumage laser selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un point de jonction (60) entre le boîtier (38) et la fenêtre de chambre de combustion (58) se trouve sur le côté de la fenêtre de chambre de combustion (58) situé à l'opposé d'une chambre de combustion (14) du moteur à combustion interne (10).

11. Dispositif d'allumage laser selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le boîtier (38) et/ou la fenêtre de chambre de combustion (58) est revêtu(e), dans la région d'une face d'étanchéité (70), avec un matériau d'étanchéité, de préférence un matériau d'étanchéité ductile et résistant à la température, de préférence encore du cuivre (Cu).

12. Dispositif d'allumage laser selon la revendication 11, caractérisé en ce que le revêtement avec un matériau d'étanchéité présente une épaisseur d'environ 5 µm à 100 µm.

13. Dispositif d'allumage laser selon l'une quelconque des revendications 2 à 12, caractérisé en ce que la douille extérieure (64) présente à son extrémité tournée vers la chambre de combustion (14) un épaulement (66), et en ce que l'épaulement (66) recouvre partiellement la fenêtre de chambre de combustion (58).

14. Dispositif d'allumage laser selon l'une quelconque des revendications 3 à 13, caractérisé en ce que la douille extérieure (64) présente à son extrémité située à l'opposé de la chambre de combustion (14) un filet femelle, en ce que la douille intérieure présente un filet mâle () coopérant avec le filet femelle de la douille extérieure (64), et en ce que la fenêtre de chambre de combustion (58) peut être serrée entre l'épaulement (66) de la douille extérieure (64) et la douille intérieure (62).

Zeichnung