DE102005045731A1

DE102005045731A1 - Verbindungsanordnung für Rohre

Info

Publication number: DE102005045731A1
Application number: DE200510045731
Authority: DE
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2005-09-23
Filing date: 2005-09-23
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2025-09-24
Also published as: DE102005045731B4

Abstract

Beschrieben wird eine an sich bekannte Verbindungsanordnung 1, 10 zum Anschluss einer Rohrleitung 4, 6, 8 an einen Anschlussstutzen 2. Erfindungsgemäß ist einer der beiden Anschlusspartner zumindest teilweise aus Kupfer und der andere Partner aus Stahl ausgeführt. Das relativ weiche Kupfer verformt sich beim Zusammenschrauben plastisch und dichtet so Mikroleckagepfade in der Stahloberfläche ab. Bevorzugt ist ein Dichtkopf 40, 50, 60, 70, 80 vorgesehen, bei dem die Dichtfläche 42 und die Druckfläche 41 kugelabschnittsförmig ausgebildet sind. Hierüber kann ein Winkelausgleich erreicht werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zum Anschluss einer Rohrleitung an einen Anschlussstutzen, wobei die Rohrleitung mittels einer Überwurfmutter an den Anschlussstutzen anschließbar ist, wobei endseitig der Rohrleitung ein Dichtkopf vorgesehen ist, welcher eine Dichtfläche und eine Druckfläche aufweist und wobei der Dichtkopf unter dem Einfluss der zumindest mittelbar auf die Druckfläche einwirkenden Überwurfmutter mit der Dichtfläche druckdicht an einem im Anschlussstutzen ausgebildeten Dichtsitz zur Anlage gelangt nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
In der noch unveröffentlichten DE 10 2005 003 519.1-13 wird die im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannte Verbindungsanordnung offenbart. Der Anschlussstutzen ist in der DE 10 2005 003 519.1-13 als eine an einen Verteiler angesetzte Gewindebuchse dargestellt, wobei im Rahmen der Offenbarung unter Verteiler sowohl ein Verteilerblock oder ein ähnlich gestaltetes Verteilerelement als auch ein rohrförmiger Verteiler verstanden wird. Das Besondere der Ausgestaltung liegt darin, dass durch eine kugelabschnittsförmige ballige Form des Dichtkopfs ein Winkelausgleich innerhalb der Verbindungsanordnung möglich ist, so dass eine Zwangslage der Rohrleitung und daraus resultierende Spannungen in der Rohrleitung reduziert werden können.
Neben der DE 10 2005 003 519.1-13 sind auch noch andere Lösungen wie beispielsweise die DE 196 07 521 C1 bekannt. Dort ist endseitig jeder Rohrleitung ein Dichtkopf vorgesehen, der mittels einer auf eine Gewindebuchse aufgeschraubten Überwurfmutter mit seiner Dichtfläche gegen einen Dichtsitz in der Gewindebuchse gepresst und druckdicht verspannt wird. Ein Winkelausgleich ist hierbei nicht möglich.
Problematisch bei den bekannten Verbindungen ist ein prozesssicheres Abdichten im Zusammenbau. Je nach Medium, welches durch die Verbindungsanordnung geleitet werden soll, muss die Verbindungsanordnung flüssigkeits- und/oder gasdicht sein. Bei den im Stand der Technik eingesetzten Verbindungsanordnungen werden Dichtkopf und Anschlussstutzen aus einem einheitlichen Material hergestellt, beispielsweise aus Stahl. Bereits kleinste Oberflächenfehler können aber bei Hochdruckanwendungen zu Leckagen außerhalb der vorgegebenen Spezifikationsgrenzen führen. Für Stahl auf Stahl Verbindungen wird daher eine hohe Oberflächengüte benötigt, sonst können durch Unebenheiten in der Materialoberfläche sogenannte Mikropfade entstehen, entlang derer das Medium, insbesondere unter Hochdruckeinfluss, kriecht und entweicht. Dieser Leckage kann mit einem Beschichten der Oberfläche von mindestens einem der beiden Verbindungsteile Dichtkopf oder Dichtsitz im Anschlussstutzen beispielsweise mit Zinn begegnet werden. Die Beschichtung hat jedoch in der Praxis den Nachteil, dass sie während des Betriebes abplatzen kann und so in die medienführenden Leitungen gelangt. Dort können die Überreste der Beschichtung zu Verstopfungen und zur Beschädigung anderer Teile wie zum Beispiel zur Beschädigung eines Einspritzventils führen.
Die Erfindung hat daher die Aufgabe, eine an sich bekannte Verbindungsanordnung so weiterzuentwickeln, dass sie auf eine einfache und prozesssichere Weise mediendicht gestaltet werden kann.
Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach besteht wahlweise der Dichtkopf oder der Anschlussstutzen einer Verbindungsanordnung aus Kupfer und der jeweils andere Teil der beiden aus Stahl. Unter Kupfer ist nicht nur reines Kupfer sondern auch eine Kupferlegierung zu verstehen. Kupfer ist ein vergleichsweise weiches Material. Wird mittels der Überwurfmutter über die Druckfläche am Dichtkopf der Dichtkopf mit dem Dichtsitz im Anschlussstutzen verbunden, verformt sich das Kupfer plastisch. Auch wenn die Oberfläche des Stahlgegenstücks verhältnismäßig rauh ist, setzt das Kupfer aufgrund seiner plastischen Verformbarkeit die Mikroleckagepfade des Stahlgegenstücks zu. Folglich wird die Dichtung direkt durch die beiden zu verbindenden Partner erzielt. Bevorzugt wird das Verbindungsteil aus Kupfer ausgeführt, das einfacher und billiger zu ersetzen ist. Bei einem Hochdruckanschluss einer Rohrleitung an eine Kraftstoffverteilerleiste für Benzinmotoren wäre das einfacher und billiger zu ersetzende Teil die Rohrleitung mit Dichtkopf. Im Falle einer Demontage kann die Rohrleitung mit Dichtkopf durch Abschrauben der Überwurfmutter entfernt und durch eine neue Rohrleitung mit Dicht kopf ersetzt werden. Der Anschlussstutzen ist in der Regel mit der Kraftstoffverteilerleiste durch Schweißen oder Löten fest verbunden. Eine Demontage des Anschlussstutzen wäre daher nur mit einem erhöhten Aufwand möglich. Wird die Rohrleitung aber beispielsweise mit einer anderen Rohrleitung mediendicht verbunden, kann es auch sinnvoll sein, den Anschlussstutzen aus Kupfer auszuführen und den Dichtkopf aus Stahl.
Das Material, das für die Rohrleitung gewählt werden kann, ist abhängig vom Medium, das durch das Rohr fließen soll und vom jeweiligen Einsatzzweck. Bei Hochdruckleitungen für Benzin wird man aufgrund der Druckverhältnisse von Regelwerten um die 200 bar und Spitzenwerten um die 450 bar einen Edelstahl bevorzugen. In diesem Fall wird der Dichtkopf aus Kupfer ausgeführt und mit dem Edelstahlrohr verlötet. Erlaubt es das Medium, eine Kupferleitung zu verwenden, kann der Dichtkopf einteilig an das Kupferrohr angeformt werden. Ebenso kann der Dichtkopf einteilig an das Rohr angeformt werden, wenn Leitung und Dichtkopf aus Stahl und der Anschlussstutzen aus Kupfer bestehen.
Besonders vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist, dass die Dichtverbindung zusätzlich über die äußere Geometrie einen Winkelausgleich zulässt, indem die Dichtfläche und die Druckfläche kugelabschnittsförmig ausgebildet sind. Hierdurch kann sich der Dichtkopf relativ zum Dichtsitz ausrichten. Durch diesen Winkelausgleich wird die Zwangslage der Rohrleitung und damit die Spannung in der Rohrleitung reduziert.
Abgesehen von einem Einsatz in Hochdruckkraftstoffverteilerleisten kann die Erfindung zum Beispiel auch bei CO₂ Klimaanlagen eingesetzt werden. Im übrigen ist die Erfindung für jedes Medien führende Rohrleitungssystem geeignet, das entsprechende Druckbelastungen aushalten muss.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert:
1 zeigt eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung 1.
2 zeigt die Verbindungsanordnung 1 in einer Winkelausgleichsstellung.
3 zeigt eine Dichtkopfvariante 50.
4 zeigt eine Dichtkopfvariante 60.
5 zeigt eine Dichtkopfvariante 70.
6 zeigt eine Verbindungsanordnung 10 mit einer Dichtkopfvariante 80.
In den 1 und 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gut zu erkennen. An einem Edelstahlrohr 4, beispielsweise aus dem Material X5CrNi18-10, ist ein Dichtkopf 40 in einer Art Eichel-Design aus Kupfer oder einer Kupferlegierung angelötet. Ein den Dichtkopf 40 in einem Dichtsitz 20 aufnehmender Anschlussstutzen 2 besteht zum Beispiel aus dem Material X8CrNiS18-9. Der Dichtkopf 40 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung wird von einer Überwurfmutter 3 aus dem Material X8CrNiS18-9 mit der Dichtfläche 42 druckdicht an dem im Anschlussstutzen 2 ausgebildeten Dichtsitz 20 zur Anlage gebracht, indem die Überwurfmutter 3 einen Druck auf die Druckfläche 41 des Dichtkopfs 40 ausübt. Der ausgeübte Druck verformt den Kupfer- Dichtkopf 40 an den Anlageflächen 41 und 42 plastisch. Insbesondere durch die plastische Verformung der Dichtfläche 42 kann die Oberfläche des Dichtsitzes 20 im Anschlussstutzen 2 verhältnismäßig rauh ausfallen, das Kupfermaterial der Dichtfläche 42 setzt im Bereich der durch den Druck entstehenden Flächenpressung mögliche Mikropfade in der Edelstahloberfläche des Dichtsitzes 20 zu. Erfindungsgemäß findet eine Abdichtung direkt über den Kontakt der beiden Partner zueinander statt.
2 zeigt die Verbindungsanordnung 1 aus 1 in einer Winkelausgleichsstellung. Der Dichtkopf 40 ist sowohl an der Dichtfläche 42 als auch an der Druckfläche 41 kugelabschnittsförmig ballig ausgebildet. Im Gegensatz zu herkömmlichen Lösungen, bei denen sich die angeschlossene Rohrleitung immer so ausrichtet, dass die Achse des Dichtkopfs parallel zur Achse des Anschlussstutzens steht, ist durch die ballige Form von Dichtfläche 42 und Druckfläche 41 ein Winkelausgleich zwischen der Achse des Dichtkopfes 40 und der Achse des Anschlussstutzens 2 möglich. Der Dichtkopf 40 kann sich relativ zum Dichtsitz 42 ausrichten. Zur Unterstützung des angestrebten Winkelausgleichs kann auch die Überwurfmutter 3 an einer Druckschulter 30 kugelabschnittsförmig ausgebildet sein. Durch diese bevorzugte Ausführungsform der Erfindung werden zusätzlich zur Abdichtung eine Zwangslage der Rohrleitung 4 und damit Spannungen in der Rohrleitung 4 reduziert.
3 zeigt eine Dichtkopfvariante 50 in einem Eichel-mit-Bund-Design. An den Dichtkopf 50 ist ein Bund 5 zur Aufnahme einer nicht näher dargestellten Rohrleitung angeformt. Die Wandstärke im Bereich des Dichtkopfes 50 ist gegenüber der Wandstärke im Bereich des Bundes 5 mehr als verdoppelt. In den Bund 5 wird eine Rohrleitung eingeschoben und verlötet.
4 zeigt einen Dichtkopf 60 im Vollkugel-Design. Der Dichtkopf 60 besteht zweckmäßigerweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und ist mit einer Rohrleitung 6 aus Edelstahl verlötet. Dargestellt ist auch die Überwurfmutter 3.
5 zeigt eine Dichtkopfvariante 70 im Vollkugel-mit-Bund-Design. An den Dichtkopf 70 ist einteilig ein Bund 7 zur Aufnahme einer nicht näher dargestellten Rohrleitung angeformt. Durch die Durchmesserverengung des medienführenden Kanals im Bereich des Dichtkopfes 70 ergibt sich eine Drosselwirkung.
6 zeigt eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung 10. Eine Rohrleitung 8 geht einteilig in einen Dichtkopf 80 über. Die Wandstärke der Rohrleitung 8 und die Wandstärke des Dichtkopfes 80 bleiben gleich, dadurch ist der Leitungsdurchmesser 8 im Bereich des Dichtkopfes 80 größer. Der Dichtkopf 80 baut durch die geringe Wandstärke verhältnismäßig leicht. Erfindungsgemäß sind die Rohrleitung 8 und der einteilig angeformte Dichtkopf 80 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Der Anschlussstutzen 2 ist erfindungsgemäß aus einem Stahl oder Edelstahl. Die Überwurfmutter 3 bringt den Dichtkopf 80 zur Anlage im Anschlussstutzen 2.
In allen dargestellten Figuren lässt der Dichtkopf 40, 50, 60, 70 und 80 durch seine kugelabschnittsförmige ballige Form einen Winkelausgleich zu. Die Erfindung entfaltet ihre abdichtende Wirkung jedoch auch bei herkömmlichen Verbindungsanordnungen ohne Winkelausgleich.

Claims

Verbindungsanordnung 1, 10 zum Anschluss einer Rohrleitung 4, 6, 8 an einen Anschlussstutzen 2, wobei die Rohrleitung 4, 6, 8 mittels einer Überwurfmutter 3 an den Anschlussstutzen 2 anschließbar ist, wobei endseitig der Rohrleitung 4, 6, 8 ein Dichtkopf 40, 50, 60, 70, 80 vorgesehen ist, welcher eine Dichtfläche 42 und eine Druckfläche 41 aufweist und wobei der Dichtkopf 40, 50, 60, 70, 80 unter dem Einfluss der zumindest mittelbar auf die Druckfläche 41 einwirkenden Überwurfmutter 3 mit der Dichtfläche 42 druckdicht an einem im Anschlussstutzen 2 ausgebildeten Dichtsitz 20 zur Anlage gelangt, dadurch gekennzeichnet, dass eines der beiden Teile Dichtkopf 40, 50, 60, 70, 80 oder Anschlussstutzen 2 aus Stahl und das jeweils andere Teil aus Kupfer ist.
Verbindungsanordnung 10 gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkopf 80 einteilig an die Rohrleitung 8 angeformt ist.
Verbindungsanordnung 1 gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkopf 40, 50, 60, 70 mit der Rohrleitung 4, 6 verlötet ist.
Verbindungsanordnung 1, 10 nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche 42 und die Druckfläche 41 kugelabschnittsförmig ausgebildet sind.
Verbindungsanordnung 1 nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der zu verbindenden Rohrleitung 4 um eine Hochdruckleitung für Benzinmotoren handelt, wobei die Rohrleitung 4 und der Anschlussstutzen 2 aus einem Edelstahl und der Dichtkopf 40 aus Kupfer bestehen und die Dichtfläche 42 sowie die Druckfläche 41 kugelabschnittsförmig ausgebildet sind.