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1. (WO2019042759) FUEL HEATER FOR FLEX START SYSTEMS
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Beschreibung

Kraftstoffheizer für Flexstart-Systeme

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftstoffheizer für Flexstart-Systeme, bei denen neben Kraftstoffen wie Benzin, Ethanol oder Methanol als Kraftstoff Verwendung findet. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Kraftstoffheizers in Flexstart-Systemen und zur Beheizung von Flüssigkeiten in einem Kraftfahrzeug.

Stand der Technik

DE 10 2014 215 981 AI bezieht sich auf eine Rail-Baugruppe mit

Kraftstoffheizer. Die Rail-Baugruppe umfasst eine Kammer aus einem

Stahlwerkstoff, einem Kraftstoffheizer mit einem Glührohr und einem in einer Öffnung der Kammer vorgesehenen Aufnahmebauteil zur Aufnahme des Kraftstoffheizers. Das Glührohr des Kraftstoffheizers ist in dem Aufnahmebauteil direkt aufgenommen. Ferner wird eine Brennkraftmaschine offenbart mit einer derartigen Rail-Baugruppe, wobei die Brennkraftmaschine für einen Betrieb mit Alkohol, vorzugsweise Methanol oder Ethanol und Benzin, oder einem

Alkoholgemisch oder einem Gemisch aus Alkohol und Benzin ausgelegt ist.

DE 10 2015 211 201 AI bezieht sich auf einen Kraftstoffheizer und ein

Herstellungsverfahren für diesen. Der Kraftstoffheizer ist zum Einsatz in einem Rail einer Brennkraftmaschine vorgesehen, der zumindest einen Heizkörper, ein Aufnahmebauteil zur Aufnahme des Heizkörpers und ein Dichtungselement aufweist. Dieses ist zwischen dem Heizkörper und dem Aufnahmebauteil in einer in dem Aufnahmebauteil vorgesehenen Aussparung angeordnet und dichtet zwischen dem Heizkörper und dem Aufnahmebauteil ab. Ferner wird in DE 10

015 211 201 AI ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Kraftstoffheizers vorgestellt.

DE 10 2015 218 683 AI bezieht sich einen Kraftstoffheizer und dessen

Herstellungsverfahren. Der Kraftstoffheizer wird an einem Rail einer

Brennkraftmaschine eingesetzt und umfasst einen Heizkörper mit einem

Glührohr und einem Gehäuse zur Fixierung des Glührohrs. Das Gehäuse umfasst zumindest ein erstes Gehäusebauteil und ein zweites Gehäusebauteil. Das zweite Gehäusebauteil umschließt das erste Gehäusebauteil zumindest teilweise, wobei das Glührohr und das erste Gehäusebauteil einstückig ausgebildet sind. DE 10 2015 218 683 AI offenbart ferner ein

Herstellungsverfahren für einen derartigen Kraftstoffheizer.

Es gibt Regionen auf dieser Erde, in denen als Kraftstoff außer Benzin auch Kraftstoff aus Alkohol, so zum Beispiel Methanol oder Ethanol verwendet wird. Ethanol und Methanol sind deutlich preiswerter, können lokal erzeugt werden und machen die jeweiligen Länder unabhängiger von der Einfuhr von Rohöl. Nachteilig ist, dass der Motor bei Betrieb mit Methanol oder Ethanol unterhalb von 14°C Außentemperatur nicht mehr startbereit ist, falls der Motor kalt ist. Diesem Umstand wird dadurch abgeholfen, dass kleine Zusatztanks Verwendung finden, die mit Benzin gefüllt sind. So wird bei entsprechend tiefer

Außentemperatur die Verbrennungskraftmaschine zunächst mit Benzin gestartet. Sobald die Verbrennungskraftmaschine ihre Betriebstemperatur erreicht hat, wird auf Betrieb mit dem mit Ethanol oder Methanol gefüllten Haupttank umgeschaltet. Bis heute ist diese Zusatztanklösung noch relativ stark verbreitet. In der warmen Jahreszeit kann direkt mit Ethanol oder Methanol gestartet werden, das im Zusatztank bevorratete Benzin wird nicht benötigt.

Der Zusatztank mit all seinen Nachteilen wird durch ein beheizbares Kraftstoff-Rail ersetzt. Dieses modifizierte Rail, ein Kraftstoffheizer für dieses Rail sowie das Steuergerät und die Software bilden ein Flexstart-System. Flexstart-Systeme können sich durch den Werkstoff für das Rail unterscheiden. Das Rail ist entweder aus Stahl oder aus Kunststoff gefertigt. Beide Auslegungsvarianten existieren parallel zueinander. Bei heutigen Auslegungen von Kraftstoffheizern sitzt das Glührohr, d.h. der Heizkörper, in einem Tiefziehgehäuse aus Stahl.

Dieses wiederum wird von Kunststoff umspritzt, wobei der Kraftstoffheizer im Falle eines Einsatzes an einem aus Kunststoff gefertigten Rail mittels eines O-Rings und eines Metallclips mit diesem verbunden wird. Die Anforderungen an die Dichtheit des Flexstart-Systems sind wesentlich höher als bei Glühkerzen. Zwar beschreibt Norm IS07578 die erforderliche Dichtheit zwischen Zylinderkopf und Glühstiftkerze, jedoch sind die dort erlaubten Leckagen für das Flexstart-System bei weitem zu hoch.

Bei aktuellen Baumustern von Kraftstoffheizern bestehen zwei Leckagepfade. Der erste der Leckagepfade wird mittels eines ringförmigen Dichtelementes abgedichtet. Der zweite Leckagepfad verläuft durch einen Presssitz zwischen dem Glührohr, dem eigentlichen Heizkörper und einem tiefgezogenen Gehäuse ausgeführt. Es hat sich herausgestellt, dass in der Serienfertigung

Dichtheitsprobleme zwischen dem das Heizelement darstellenden Glührohr und dem tiefgezogenen Gehäuse auftreten.

Darstellung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein Kraftstoffheizer für ein Flexstart-System einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, zur Montage in einem Kraftstoff bevorratenden Rail- Körper mit einem Glührohr und einem dieses fixierenden Gehäuseteils. Das Gehäuseteil und das Glührohr sind entlang mindestens einer stoffschlüssigen Fügenaht abgedichtet miteinander verbunden.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann die Dichtheit zwischen einem Gehäuseteil, bei dem es sich insbesondere um ein tiefgezogenes

Gehäuseteil handelt und dem Glührohr mit größerer Sicherheit dargestellt werden, so dass beim Betrieb des Kraftstoffheizers auftretende Leckagepfade wirksam abgedichtet sind und kein Kraftstoff aus dem Kraftstoffheizer und aus dem den Kraftstoff bevorratenden aus Kunststoff gefertigten Rail- Körper austritt. Durch die Ausbildung der stoffschlüssigen Fügenaht verschmilzt das Material des Glührohrs mit dem Material des Gehäuseteiles, bei dem es sich insbesondere um ein tiefgezogenes Gehäuseteil handelt. Dadurch wird eine Dichtheit erzeugt, die das Kraftstoffleckagerisiko im Feld drastisch reduziert.

ln Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftstoffheizers ist die mindestens eine stoffschlüssige Fügenaht zwischen dem Glührohr und dem Gehäuseteil 360° um dieses umlaufend ausgebildet, wobei zwischen dem Gehäuseteil und der Mantelfläche des Glührohrs, bezogen auf dessen Symmetrieachse, mehrere stoffschlüssige Fügenähte in Etagenform übereinanderliegend ausgeführt werden können. Eine doppelte bzw. dreifache ausgebildete Fügenaht am

Umfang zwischen den Bauteilen führt in vorteilhafter Weise zu einer Redundanz hinsichtlich der Abdichtwirkung.

In Weiterführung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist die mindestens eine umlaufend ausgeführte stoffschlüssige Fügenaht eine

Laserschweißtnaht. Laserschweißnähte lassen sich heute problemlos automatisiert herstellen, so dass eine Großserienfertigung des Kraftstoffheizers dargestellt werden kann.

Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffheizer ist die mindestens eine stoffschlüssige Fügenaht innerhalb eines Hohlraums des Gehäuseteils ausgeführt. Bei dem Gehäuseteil handelt es sich insbesondere um ein tiefgezogenes Gehäuseteil mit einem Hohlraum, der von einer außen umlaufend verlaufenden Wand begrenzt ist. Liegt die stoffschlüssige Fügenaht innerhalb des Hohlraumes, so ist die mindestens eine stoffschlüssige Fügenaht im

Gehäuseteil innenliegend und hat keine Auswirkung auf weitere Prozesse so zum Beispiel das Anbringen von Kontakt-Pins.

Zur Herstellung der mindestens einen stoffschlüssigen Fügenaht wird ein

Laserstrahl bezogen auf die Senkrechte auf die Symmetrieachse des Glührohrs in einem Winkelversatz zwischen 15° und 45° und insbesondere bevorzugt 25° angeordnet und die mindestens eine stoffschlüssige Fügenaht entweder durch Rotation des Glührohrs und des Gehäuseteiles oder des Lasers in Bezug auf den stationär positionierten Kraftstoffheizer erzeugt.

Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf die Verwendung des

Kraftstoffheizers in einem Flexstart-System für eine Verbrennungskraftmaschine, die mit Benzin und/oder mit alkoholhaltigen Kraftstoffen, wie beispielsweise Methanol oder Ethanol betrieben werden kann. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auch auf die Verwendung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffheizers zum Beheizen von Flüssigkeiten in einem Kraftfahrzeug oder an einer Verbrennungskraftmaschine. So könnte beispielsweise das in einem geschlossenen System zirkulierende Kühlfluid beheizt werden oder ein

Wärmeträgerfluid für eine Klimaanlage und dergleichen. Auch eine Beheizung des Fluides zur Reinigung der Windschutzscheibe wäre denkbar.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ermöglicht in vorteilhafter Weise eine drastische Verbesserung der Dichtheit zwischen dem Gehäuseteil zur Fixierung des Kraftstoffheizers in einem aus Kunststoff material gefertigten Rail-Körper und andererseits eine Abdichtung eines verborgen liegenden

Leckagepfades. Der Leckagepfad, der sich bei der bisherigen Lösung unter Ausbildung eines Presssitzes zwischen dem Leerrohr und dem tiefgezogenen Gehäuseteil eingestellt hat, ist mittels der mindestens einen stoffschlüssigen Fügenaht abgedichtet. Der Heizkörper, d.h. das Glührohr des Kraftstoffheizers wird nunmehr nicht mehr in das Gehäuseteil mit Fett eingepresst, sondern in sauberem Zustand. Im sauberen Zustand ist die Ausbildung einer

stoffschlüssigen Fügenaht mittels eines Lasers möglich. Auch kann in vorteilhafter Weise ausgeschlossen werden, dass das beim bisher ausgebildeten Presssitz zwischen dem Gehäuseteil und dem Glührohr eingesetzte Fett eine Dichtheit bei Tests des Kraftstoffheizers auf Dichtheit nur vortäuscht. Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung erfolgt die Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung im Rahmen einer Laserschweißung, bei dem das Material des Glührohrs an dessen Mantelfläche mit dem Material des

tiefgezogenen Gehäuseteils an dessen Innenmantelfläche verschmilzt und eine wirksame um 360° verlaufende Abdichtung darstellt. Dadurch wird das Kraftstoff-Leckagerisiko bei Einsatz des erfindungsgemäß vorgeschlagenen

Kraftstoffheizers im Feld drastisch reduziert und insbesondere die Dichtheit eines auf Kunststoffmaterial gefertigten Rail- Körpers drastisch erhöht.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender

beschrieben.

Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Ansicht eines montierten Kraftstoffheizers für ein

Flexstart-System,

Figur 2 eine Ansicht des Kraftstoffheizers im Halbschnitt und

Figur 3 ein Schliffbild der stoffschlüssigen Fügenaht.

Der Darstellung gemäß Figur 1 ist ein Heizelement 10 zu entnehmen, welches ein im Wesentlichen in vertikaler Richtung sich erstreckendes Glührohr 12 umfasst. Das Heizelement 10 umfasst ein umspritztes Kunststoffgehäuse 14. Im oberen Bereich des Heizelementes 10 befindet sich ein elektrischer Anschluss; an einem Gehäuseteil 30 ist eine Aufnahmenut 20 aufgenommen, in welche ein als O-Ring ausgebildetes Dichtelement 18 eingelassen ist.

Ausführungsvarianten

Der Darstellung gemäß Figur 2 ist ein Halbschnitt durch einen Kraftstoffheizer 28 zu entnehmen.

Aus der Darstellung gemäß Figur 2 geht hervor, dass der Kraftstoffheizer 28 im Wesentlichen das Glührohr 12 umfasst, welches einen Durchmesser 32 von wenigen Millimetern aufweist, beispielsweise zwischen 5 und 10 mm, bevorzugt 6 mm. Das symmetrisch zu einer Symmetrieachse 46 ausgebildete Glührohr 12, ist in einem Gehäuseteil 30 aufgenommen. Durch das Gehäuseteil 30 wird der Kraftstoffheizer 28 in einem hier nicht näher dargestellten Rail- Körper aus Kunststoffmaterial fixiert. Bei dem Gehäuseteil 30 handelt es sich insbesondere um ein tiefgezogenes Gehäuseteil, in dem ein Hohlraum 48 ausgeführt ist, der durch einen Boden und einer außen umfänglich verlaufende Wand 50 begrenzt ist.

Die Abdichtung zwischen der Mantelfläche des Glührohrs 12 einerseits und einer Innenmantelfläche 38 des Gehäuseteiles 30 erfolgt durch die Ausbildung mindestens einer stoffschlüssigen Fügenaht 34, wie in Figur 2 angedeutet. Bei der stoffschlüssigen Fügenaht 34 gemäß der Darstellung in Figur 2 handelt es sich insbesondere um eine solche, die mittels eines Laserstrahles 42 erzeugt wird. Aus der Darstellung gemäß Figur 2 geht hervor, dass die mindestens eine um 360° um die Mantelfläche des Glührohrs 12 umlaufende stoffschlüssige

Fügenaht 34 so hergestellt wird, dass diese innerhalb des Hohlraumes 48 des Gehäuseteiles 30 liegt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Laserstrahl 42 des Lasers in einem Winkelversatz 40, der zwischen 15° und 40° liegen kann, insbesondere bei 25° liegt, auf die miteinander zu fügenden Flächen auftrifft und diese miteinander verschmilzt.

Der Laserstrahl 42 kann insbesondere in vorteilhafter Weise durch eine umlaufende Laserapparatur erreicht werden, der um die stationär fixierten Bauteile des Kraftstoffheizers 28, nämlich das Gehäuseteil 30 und das Glührohr 12 umläuft und vollumfänglich um 360° die mindestens eine stoffschlüssige

Fügenaht erzeugt. Alternativ besteht die Möglichkeit, zwischen der Mantelfläche des Glührohrs 12 und der Innenmantelfläche des Gehäuseteiles 30 mehrere etagenförmig übereinanderliegende stoffschlüssige Fügenähte 34 zu erzeugen. Auch ein anderer Winkelversatz 40 wie als der oben angegebene ist möglich, um die stoffschlüssigen Fügenähte 34 in Bezug auf den Hohlraum 48 tiefer im

Bereich der Bodennähe des Gehäuseteiles 30 auszubilden.

Insbesondere können bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen

Kraftstoffheizer 28 die Bauteile, d.h. das bevorzugt als Tiefziehbauteil gefertigte Gehäuse 30 und das in Serie eingesetzte Glührohr 12 eingesetzt werden, die für einen Laserschweißvorgang zu präparieren wären. Aufgrund des

Winkelversatzes 40 des Laserstrahls 42 verschwindet mindestens eine stoffschlüssige Fügenaht 34 innerhalb des Hohlraums 48 und ist von außen durch die Wand 50 verdeckt. Durch einen am Außenumfang des Gehäuseteiles 30 angeordnetes Dichtelement 18 in Gestalt eines O-Rings gemäß der

Darstellung in Figur 1, kann ein äußerer Leckagepfad abgedichtet werden, während durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene mindestens eine stoffschlüssige Fügenaht 34 zwischen der Mantelfläche des Glührohrs 12 und der Innenmantelfläche 38 des Gehäuseteiles 30 ein innenliegender, verborgener Leckagepfad abgedichtet werden kann. Bei der Montage des erfindungsgemäß vorgeschlagenen abgedichteten Kraftstoffheizers 28 in einem Rail- Körper der aus Kunststoff material gefertigt ist, besteht so eine erheblich verbesserte Sicherheit gegen Kraftstoffleckage bei Einsatz des erfindungsgemäß

vorgeschlagenen Kraftstoffheizers 28 in einem Rail- Körper aus

Kunststoffmaterial. Dieser wird bevorzugt aus Kostengründen eingesetzt.

Andererseits besteht die Möglichkeit, den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Kraftstoffheizer 28 auch in einem Rail- Körper einzusetzen, der aus Stahl gefertigt ist.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung, der mindestens einen stoffschlüssigen Fügenaht 34 zur Abdichtung zwischen dem Gehäuseteil 30 und dem Glührohr 12 ist zu bemerken, dass diese im automatisierten

Fertigungsverfahren durch Schweißroboter oder dergleichen kostengünstig und in Großserie gefertigt werden kann.

In der Darstellung gemäß Figur 3 ist ein Schliffbild 44 der stoffschlüssigen Fügenaht 34 dargestellt.

Figur 3 zeigt das Schliffbild 44 der mindestens einen stoffschlüssigen Fügenaht

34 zwischen der Mantelfläche 36 des Glührohr 12 einerseits und der

Innenmantelfläche 38 des Gehäuseteiles 30, welches insbesondere als tief gezogenes Gehäuseteil gefertigt ist. Bisher eingesetzte unter Einsatz Fett ausgebildete Presssitze zwischen den genannten Komponenten 12 und 30 können entfallen. Beim Erzeugen der stoffschlüssigen Fügenaht 34 durch einen

Laserstrahl 42 kommt es gemäß des Schliffbildes 44 in der Darstellung gemäß Figur 3 zu einem Verschmelzen des Materials der Mantelfläche 36 des Glührohrs 12 und des Materials der Innenmantelfläche 38 des Gehäuseteiles 30. Bei einer um 360° ausgebildeten stoffschlüssigen Fügenaht 34 wird somit eine Dichtung erreicht, bei der eine Leckage ausgeschlossen ist.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.