DE102005003519A1

DE102005003519A1 - Verbindungsanordnung für Rohre

Info

Publication number: DE102005003519A1
Application number: DE102005003519A
Authority: DE
Inventors: Dirk Langhuber; Christian Ditter; Christoph Lempa
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Audi AG; Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2005-01-25
Publication date: 2006-08-03
Also published as: US20060163873A1; FR2884588A1

Abstract

Bei einer Verbindungsanordnung zum Anschluss einer Rohrleitung 1 an einen Verteiler 2 von Kraftstoff- oder Hydrauliksystemen wird die Rohrleitung 1 mittels einer Überwurfmutter 7 an eine am Verteiler 2 festgelegte Bewindebuchse 8 angeschlossen. Endseitig der Rohrleitung 1 ist hierzu ein Dichtkopf 5 vorgesehen, welcher eine Dichtfläche 21 und eine Druckfläche 20 aufweist. Der Dichtkopf 5 wird unter dem Einfluss der auf die Druckfläche 20 einwirkenden Überwurfmutter 7 mit einer Dichtfläche 21 druckdicht an einem in der Gewindebuchse 8 ausgebildeten Dichtsitz 22 verspannt. Erfindungsgemäß sind die Dichtfläche 21 und die Druckfläche 22 des Dichtkopfs 5 kugelabschnittsförmig ausgebildet. Durch die kugelabschnittsförmige ballige Form des Dichtkopfs 5 ist ein Winkelausgleich innerhalb der Verbindungsanordnung möglich, so dass eine Zwangslage der Rohrleitung 1 und hieraus resultierende Spannungen in der Rohrleitung 1 reduziert werden können, wodurch die Betriebssicherheit der Verbindungsanordnung verbessert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zum Anschluss einer Rohrleitung an einen Verteiler von Kraftstoff- oder Hydrauliksystemen gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Solche Verbindungsanordnungen kommen beispielsweise in Kraftstoffverteilersystemen von Brennkraftmotoren zur Anwendung. Hierbei wird Kraftstoff in einem Verteiler gespeichert und über Rohrleitungen verteilt den jeweiligen Injektoren einer Zylinderbank zugeführt. Im Rahmen der Erfindung wird unter einem Verteiler sowohl ein Verteilerblock oder ein ähnlich gestaltetes Verteilerelement als auch ein rohrförmiger Verteiler verstanden.

Eine bekannte Verbindungsanordnung ist in der DE 196 07 521 C1 beschrieben. Dort sind an ein Verteilerrohr eine Anzahl von Gewindebuchsen einseitig angeschweißt oder gelötet. Die Gewindebuchsen weisen durchgehende Innenbohrungen auf, welche Abzweigbohrungen in der Wand des Verteilerrohrs fortsetzen. Endseitig jeder Rohrleitung ist ein Dichtkopf vorgesehen, der mittels einer auf die Gewindebuchse aufgeschraubten Überwurfmutter mit seiner Dichtfläche gegen einen Dichtsitz in der Gewindebuchse gepresst und druckdicht verspannt wird.

Eine vergleichbare Lösung beschreibt die DE 197 53 054 C2 .

Zum Stand der Technik ist ferner die DE 198 01 051 C2 zu nennen, die sich mit der geometrischen Gestaltung des Dichtkopfs bzw. der Ausgestaltung von Dichtfläche und Dichtsitz der Verbindungsanordnung befasst.

Bei den vorgenannten Ausführungsformen wird der endseitig der Rohrleitung vorgesehene Dichtkopf mittels der Überwurfmutter gegen den Dichtsitz in der Gewindebuchse gezogen. Der Nachteil dieser Lösungen ist, dass sich durch die Geometrie von Dichtkopf und Überwurfmutter der Dichtkopf und damit die angeschlossene Rohrleitung immer so ausrichtet, dass die Achse des Dichtkopfs parallel zur Achse der Gewindebuchse steht. Falls die Bauteile aufgrund von Fertigungstoleranzen von der theoretisch idealen Position abweichen, werden die Rohrleitungen beim Verschrauben in eine Zwangslage gezogen, was zu Spannungen in der Rohrleitung bzw. der Verbindungsanordnung insgesamt führen kann. Diese Spannungen können unter Einfluss äußerer mechanischer Belastungen wie Schwingungen oder Innendruckpulsation zu Rissen und damit zum Ausfall der Verbindungsanordnung führen.

Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, eine funktional verbesserte betriebssichere Verbindungsanordnung zu schaffen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einer Verbindungsanordnung gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 1.

Kernpunkt der Erfindung bildet die Maßnahme, dass sowohl die Dichtfläche als auch die Druckfläche des Dichtkopfes kugelabschnittsförmig ausgebildet sind. Durch die ballige Form von Dichtfläche und Druckfläche ist ein Winkelausgleich zwischen der Achse des Dichtkopfes und der Achse der Gewindebuchse möglich. Hierdurch kann sich der Dichtkopf relativ zum Dichtsitz ausrichten. Durch diesen Winkelausgleich wird die Zwangslage der Rohrleitung und damit die Spannungen in der Rohrleitung reduziert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des grundsätzlichen Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche 2 bis 9.

Die Überwurfmutter weist eine innere umlaufende Druckschulter auf, die an der Druckfläche des Dichtkopfs anliegen. Die Druckschulter ist zur Längsachse der Überwurfmutter geneigt ausgeführt mit einer konisch gestalteten Schrägfläche. Zur Unterstützung des erfindungsgemäß angestrebten Winkelausgleichs kann die Druckschulter auch eine an die kugelabschnittsförmige Form der Druckfläche angepasste Kontur aufweisen. Die Druckschulter der Überwurfmutter ist dann ebenfalls kugelabschnittsförmig bzw. ballig gestaltet mit einem kongruenten Krümmungsradius.

Je nach Ausführungsform der Verbindungsanordnung in Abhängigkeit vom geforderten Durchfluss bzw. der Förderleistung des Kraftstoff- bzw. Hydrauliksystems, der Einbausituation und der verwendeten Werkstoffe besitzt die Dichtfläche einen Krümmungsradius von 2 bis 5 mm, wohingegen die Druckfläche einen Krümmungsradius von 5 bis 15 mm aufweisen kann. Für die Praxis wird ein Verhältnis des Krümmungsradius der Dichtfläche zum Krümmungsradius der Druckfläche zwischen 1:2 bis 1:7,5 als vorteilhaft angesehen.

Zweckmäßigerweise geht die Druckfläche des Dichtkopfes über einen gerundeten Schulterkranz in die Dichtfläche über.

Als für die Praxis weiterhin vorteilhaft wird angesehen, wenn der Dichtsitz bzw. der Längenabschnitt der Innenbohrung der Gewindebuchse, an dem der Dichtsitz ausgebildet ist, einen Öffnungswinkel von 25° bis 35°, vorzugsweise von 30°, aufweist.

Herstellungstechnisch vorteilhaft ist, wenn der Dichtkopf Bestandteil eines mit der Rohrleitung gefügten Endstücks ist. Hierbei wird das Ende der Rohrleitung in einem vom Dichtkopf abgewandten Adapterabschnitt des Endstücks gefügt.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
1 einen vertikalen Querschnitt des Endes einer Rohrleitung mit endseitigem Dichtkopf und Überwurfmutter und
2 ebenfalls im vertikalen Querschnitt eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung.
Die 2 zeigt eine Verbindungsanordnung zum Anschluss einer Rohrleitung 1 an einen Verteiler 2 von Kraftstoff- oder Hydraulikleitungssystemen. Der Verteiler 2 ist in Form eines Rohrs bzw. eines Rohrkörpers ausgebildet. Die Bauteile der Verbindungsanordnung bestehen aus Metall. Bei dem Verteiler 2 kann es sich beispielsweise um ein Verteilerrohr eines Einspritzsystems von Verbrennungsmotoren handeln. Hierbei wird Kraftstoff im Verteiler 2 gespeichert und über eine entsprechende Anzahl von Rohrleitungen 1 verteilt den Injektoren einer Zylinderbank zur Verfügung gestellt. Es versteht sich, dass an den Verteiler 2 entsprechend der Anzahl von Zylindern mehrere Rohrleitungen 1 angeschlossen sind.
Am Ende 3 jeder Rohrleitung 2 ist ein Endstück 4 vorgesehen mit einem vorderen Dichtkopf 5 und einem rückwärtigen Adapterabschnitt 6. In den Adapterabschnitt 6 ist das Ende 3 der Rohrleitung 1 eingeführt und gefügt, beispielsweise verlötet (siehe auch 1).
Der Anschluss der Rohrleitung 1 an den Verteiler 2 erfolgt über eine Überwurfmutter 7 und eine Gewindebuchse 8. Die Gewindebuchse 8 ist einseitig an den Verteiler 2 angesetzt und mittels eines Fügeverfahrens, wie z.B. dem Hartlöten oder Schweißen befestigt. Die Gewindebuchse 8 weist eine durchgehende Innenbohrung 9 auf, welche eine Anschlussbohrung 10 im Verteiler 2 fortsetzt.
Die Innenbohrung 9 besitzt einen 1. zylindrischen Längenabschnitt 11 und einen sich konisch erweiternden 2. Längenabschnitt 12. Der Durchmesser des 1. Längenabschnitts 11 der Innenbohrung 4 ist größer bemessen als der Durchmesser der Anschlussbohrung 10 im Rohr 2. Dies lässt eine Toleranz bei der Festlegung der Gewindebuchse 8 am Rohr 2 zu, so dass auch bei nicht exakt fluchtender Montage eine prozesssichere fluidleitende Verbindung von Rohr 2 und Gewindebuchse 8 sichergestellt ist.
Die Überwurfmutter ist mit einer Öffnung 13 in ihrem Boden 14 über die Rohrleitung 1 geführt und kann am Dichtkopf 5 zur Anlage gelangen. Zum Anschluss der Rohrleitung 1 an den Verteiler 2 wird die Überwurfmutter 7 auf die Gewindebuchse 8 aufgeschraubt. Die Überwurfmutter 7 weist hierzu einen Hülsabschnitt 15 mit einem Innengewinde 16 auf, mit dem sie auf ein am Außenumfang 17 der Gewindebuchse 8 vorgesehenen Gewindeabschnitt 18 aufgeschraubt werden kann. Auf der Innenseite des Bodens 14 der Überwurfmutter 7 ist eine geneigte Druckschulter 19 ausgebildet, welche beim Aufschrauben der Überwurfmutter 7 an einer Druckfläche 20 des Dichtkopfes 5 zur Anlage gelangt. Man erkennt, dass die Druckschulter sich von der Öffnung 13 im Boden 14 in Richtung zum Hülsabschnitt 15 hin konisch erweitert. Unter dem Einfluss der Überwurfmutter 7 und der von dieser über die Druckschulter 19 auf die Druckfläche 20 aufgebrachten Kraft wird der Dichtkopf 5 mit seiner vorderen Dichtfläche 21 gegen den 2. Längenabschnitt 12 gepresst.
Die konische Fläche des 2. Längenabschnitts 12 bildet einen Dichtsitz 22, gegen den der Dichtkopf 5 mit seiner Dichtfläche 18 gespannt und druckdicht zur Anlage gelangt.
Sowohl die vorderseitige Dichtfläche 21 als auch die auf der der Dichtfläche 21 abgewandten in Richtung zur Rohrleitung 1 weisenden Seite liegende Druckfläche 20 des Dichtkopfs 5 sind kugelabschnittsförmig ausgebildet. Die kugelabschnittsförmige ballige Kontur der Dichtfläche 21 und der Druckfläche 20 des Dichtkopfs 5 ist in der 1 durch die dort dargestellten Kreise K1 und K2 verdeutlicht. Der Krümmungsradius der Dichtfläche 21 ist mit R₁ und der Krümmungsradius der Druckfläche 20 ist mit R₂ bezeichnet. Man erkennt ferner, dass die Druckfläche 20 über einen gerundeten Schulterkranz 23 in die Dichtfläche übergeht.
Die kugelabschnittsförmige Kontur von Dichtfläche 21 und Druckfläche 20 ermöglicht einen Winkelausgleich zwischen der Achse des Dichtkopfes 5 und der Achse der Gewindebuchse 8. Hierdurch kann ein selbsttätiger Winkelausgleich beim Verspannen des Dichtkopfs 5 unter dem Einfluss der Überwurfmutter 7 gegen den Dichtsitz 19 der Gewindebuchse 8 erfolgen, wodurch Zwangslagen der Rohrleitung 2 und damit Spannungen in der Rohrleitung 2 vermieden bzw. reduziert werden können. Auf diese Weise kann die Betriebssicherheit einer Verbindungsanordnung deutlich verbessert werden. Schäden an den Bauteilen der Verbindungsanordnung, insbesondere die Ausbildung von Rissen infolge der mechanischen Wechselbeanspruchung im Betrieb, wird entgegen gewirkt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Krümmungsradius R₁ der Dichtfläche 3,5 mm. Der Krümmungsradius R₂ der Druckfläche ist 8,5 mm groß. Mithin liegt das Verhältnis des Krümmungsradius R₁ der Dichtfläche 18 zum Krümmungsradius R₂ der Druckfläche bei 1:2,43. Der Dichtsitz 22 bzw. der konische Längenabschnitt 12 der Innenbohrung 9 weist einen Öffnungswinkel α von 30° auf. Der Schulterkranz 23 besitzt einen Radius R₃ von 0,7 mm.

1: Rohrleitung
2: Rohr
3: Ende v. 1
4: Endstück
5: Dichtkopf
6: Adapterabschnitt
7: Überwurfmutter
8: Gewindebuchse
9: Innenbohrung
10: Anschlussbohrung
11: 1. Längenabschnitt v. 9
12: 2. Längenabschnitt v. 9
13: Öffnung
14: Boden v. 7
15: Hülsabschnitt
16: Innengewinde
17: Außenumfang v. 8
18: Gewindeabschnitt
19: Druckschulter
20: Druckfläche
21: Dichtfläche
22: Dichtsitz
23: Schulterkranz
R₁: Krümmungsradius v. 18
R₂: Krümmungsradius v. 19
R₃: Radius v. 20
α: Öffnungswinkel
K1: Kreis
K2: Kreis

Claims

Verbindungsanordnung zum Anschluss einer Rohrleitung (1) an einen Verteiler (2) von Kraftstoff- oder Hydrauliksystemen, wobei im Verteiler (2) eine Anschlussbohrung (10) vorgesehen ist und an den Verteiler (2) eine Gewindebuchse (8) angesetzt ist mit einer Innenbohrung (9), welche die Anschlussbohrung (10) fortsetzt und die Rohrleitung (1) mittels einer Überwurfmutter (7) an die Gewindebuchse (8) anschließbar ist, wobei endseitig der Rohrleitung (1) ein Dichtkopf (5) vorgesehen ist, welcher eine Dichtfläche (21) und eine Druckfläche (20) aufweist und der Dichtkopf (5) unter dem Einfluss der zumindest mittelbar auf die Druckfläche (20) einwirkenden Überwurfmutter (7) mit der Dichtfläche (21) druckdicht an einem in der Gewindebuchse (8) ausgebildeten Dichtsitz (22) zur Anlage gelangt, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (21) und die Druckfläche (20) kugelabschnittsförmig ausgebildet sind.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwurfmutter (7) eine innere geneigt verlaufende Druckschulter (19) aufweist, welche an der Druckfläche (20) des Dichtkopfes (5) anliegt.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckschulter eine an die Druckfläche des Dichtkopfes angepasste kugelabschnittsförmige Kontur besitzt.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (21) einen Krümmungsradius (R₁) von 2 mm bis 5 mm und die Druckfläche (20) einen Krümmungsradius (R₂) von 5 mm bis 15 mm besitzt.
Verbindungsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Krümmungsradius (R₁) der Dichtfläche (21) zum Krümmungsradius (R₂) der Druckfläche (20) zwischen 1:2 bis 1:7,5 beträgt.
Verbindungsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfläche (20) über einen gerundeten Schulterkranz (23) in die Dichtfläche (21) übergeht.
Verbindungsanordnung nach wenigstens einem der Anspruch 11 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtsitz (22) an einem konischen Längenabschnitt (12) einer Innenbohrung (9) der Gewindebuchse (8) ausgebildet ist, wobei der Längenabschnitt (12) einen Öffnungswinkel (α) von 25° bis 35°, vorzugsweise von 30°, aufweist.
Verbindungsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkopf (5) Bestandteil eines mit der Rohrleitung (1) gefügten Endstücks (4) ist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende (3) der Rohrleitung (1) in einem Adapterabschnitt (6) des Endstücks (4) gefügt ist.