DE102005046913A1

DE102005046913A1 - Verbinder für Druckleitungen

Info

Publication number: DE102005046913A1
Application number: DE200510046913
Authority: DE
Inventors: Helmut Hürter; Andreas Jauss
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2005-10-01
Filing date: 2005-10-01
Publication date: 2007-04-05

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbinder für Druckleitungen, insbesondere in der Kraftstoffversorgung von gasbetriebenen Kraftfahrzeugen, mit zumindest einem Gewindeabschnitt und einer Überwurfmutter, die mit dem Gewindeabschnitt bei der Befestigung einer Rohrleitung (5) zusammenwirkt, wodurch an der Rohrleitung (5) und/oder an der Überwurfmutter (2) durch Verpressung eine Dichtfläche (3) gebildet wird. Um hierbei zu erreichen, dass auch bei äußerer Gewalteinwirkung eine gute Dichtigkeit erhalten bleibt, ist erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Überwurfmutter (2) im Bereich außerhalb der Dichtfläche (3) eine rohrförmige Verlängerung (4) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbinder für Druckleitungen, insbesondere in der Kraftstoffversorgung von gasbetriebenen Kraftfahrzeugen, gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Verbinder für Druckleitungen mit Verschraubungen, die als Fitting-Systeme für Rohrleitungen im Allgemeinen verwendet werden, sind vielfach bekannt. Dabei besteht der Verbinder im Wesentlichen aus einem Rohrstück, welches Außengewindeabschnitte an beiden Enden aufweist, einer Überwurfmutter und eventuell noch Dichtringen zwischen der Überwurfmutter und der Rohrleitung. Der eine Außengewindeabschnitt am Rohrstück dient zum Anschrauben an eine Rohrleitung (mit Gewinde) oder an einen anderen Verbinder, oder an eine Druckarmatur, beispielsweise einen Druckminderer oder ein Ventil etc.
Der andere Außengewindeabschnitt dient dabei zur Aufnahme einer Rohrleitung, die in der Regel ohne Gewinde ist. Dabei wird auf das Außengewinde des Rohrstücks eine Überwurfmutter geschraubt, die das herangeführte Rohr durchlässt, bis es an dem entsprechenden Gewinderohrstück innen in einer entsprechenden Anformung zur Anlage kommt. Die vorher dazwischengelegte Dichtelemente oder konische Elemente werden durch das Aufschrauben der Überwurfmut ter nunmehr so verkeilt, dass die eingeführte Rohrleitung darin eingeklemmt bzw. gefittet wird.
Eine entsprechende Verwendung von metallischen Dichtteilen und die Verwendung einer metallischen Rohrleitung erlauben somit auch die Verwendung einer solchen Verbindung für Hochdruckarmaturen.
Das Feld der Erfindung betrifft im Allgemeinen solche Verbindungssysteme.
Im speziellen ist dabei an die Verbindung von Druckleitungen und/oder Druckarmaturen im Kraftstoffversorgungsbereich von gasbetriebenen Kraftfahrzeugen gedacht, in denen ganz besondere Anforderungen an die Dichtigkeit gestellt werden.

Verbindungssysteme, wie oben beschrieben, sind aus der EP 1 536 175 A2 bekannt. Dort sind die beschriebenen Teile verwendet, wobei in diesem Dokument eine bestimmte Konturierung der Dichtelemente und der Überwurfmutter im Bereich der Dichtfläche zu einem bestimmten Zweck vorgesehen ist.

Bei der Verwendung von Verbindungssystemen im Kraftstoffbereich von Kraftfahrzeugen liegen jedoch besondere Anforderungen vor. Bei gasbetriebenen Kraftfahrzeugen werden Rohrleitungen verwendet, die den Einfüller mit den Gasflaschen, die Gasflaschen untereinander und die Gasflaschen mit Druckarmaturen, beispielsweise einen Druckminderer verbinden. Bei solchen gasbetriebenen Kraftfahrzeugen wird zumeist Erdgas verwendet, und der verwendete Lagerdruck in den Behältnissen und demzufolge auch die in den Leitungen auftretenden Drücke liegen bei ca. 200 bar.

Auch hierbei sollen Befestigungen verwendet werden, die Rohrleitungen enthalten, bei denen zwei Klemmringe auf das Leitungsende aufgeschoben werden und mit einer Überwurfmutter an dem jeweiligen Körper oder an der Verbindungsstelle oder an der Druckarmatur befestigt werden. Die sich verkeilenden beiden Klemmringe pressen so gegeneinander, dass aufgrund ihrer Konizität eine Pressung auf die Außenhaut der Rohrleitung erfolgt wodurch die Dichtigkeit und die Ortsfestigkeit erreicht wird.

Bei der Verwendung solcher Verbindungselemente in Kraftfahrzeugen kann durch äußere Gewalteinwirkung auf die Verbindungsstelle eine Verbiegung der Rohrleitung im Verschraubungsbereich bewirkt werden, die sodann zur Undichtigkeit führt. Die technische Ursache hierfür ist, dass die Biegung auf die Übergangsstelle zwischen Verbinder und Rohrleitung einwirkt. Dies wiederum, weil dort ein sprungartiger Steifigkeitsübergang von der Verschraubung am Rohrstück hin zur Rohrleitung vorliegt. An dieser Stelle gibt die Rohrleitung also nach, weil dies dünnere Rohrleitung stärker nachgibt, als die deutlich dickere Überwurfmutter oder das Rohrstück selbst.

Aus diesem Grund wird bei einer Anbiegung der Rohrleitung in diesem Bereich der kreisrunde Querschnitt verlassen und die Rohrleitung wird an dieser Stelle elliptisch verformt. Durch diese Elliptizität entstehen Undichtigkeiten, da diese Verformung relativ dicht an der Dichtungsstelle erfolgt. Das heißt, die elliptische Verformung des Rohres setzt sich über diese kurze Entfernung bis in den Dichtigkeitsbereich hinein, wobei die Leckagen dann auftreten.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Verbinder für Druckleitungen derart zu verbessern, dass auch bei äußerer Gewalteinwirkung eine gute Dichtigkeit erhalten bleibt.

Die gestellte Aufgabe wird bei einem Verbinder der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verbinders sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die funktionale Kernaussage der Erfindung besteht darin, dass die Überwurfmutter im Bereich außerhalb der Dichtfläche eine rohrförmige Verlängerung aufweist. Dies hat, wenn man von der obigen Begründung ausgeht, nunmehr die Folge, dass bei einer Knickung durch Gewalteinwirkung von außen die elliptische Rohrverformung nicht mehr nahe am Dichtungsbereich der Verschraubung liegt, sondern durch die rohrförmige Verlängerung von der Dichtfläche soweit wie möglich weggeleitet wird. Wichtig ist hierbei auch, dass die Verlängerung entweder materialschlüssiger Teil der Überwurfmutter selbst ist, das heißt einteilig mit dieser ausgebildet ist, oder mit dieser starr und fest verbunden ist, um bei seitlicher Krafteinwirkung nicht selbst den Biegekräften auszuweichen, oder nachzugeben.

Dies führt zu einer deutlich höheren Dichtigkeit unter den genannten Ausnahmesituationen. Das heißt, die Rohrkontur bleibt im Bereich nahe der Dichtfläche auch bei Gewalteinwirkung kreisrund und die Dichtigkeit bleibt somit erhalten. Die rohrförmige Verlängerung stützt damit das Rohr in diesem Bereich.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die Außenkontur der Verlängerung konisch verläuft. Der relativ massive Fuß der konischen Verlängerung gewährleistet eine verformungsfreie Dichtfläche. Die Verlängerung verjüngt sich außen in seiner Stärke in konischer Weise, je weiter man die Rohr leitung von der Dichtfläche weggehend verfolgt. Damit entsteht ein stetiger Verlauf in der Steifigkeit entlang der Verlängerung.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die Verlängerung im Querschnitt konkav verlaufen kann. Dabei ist die Konkavität so zu wählen, dass nahe dem Dichtungsbereich keine Verformung des angeschlossenen Rohres zugelassen wird und in deutlich größerer Entfernung bereits eine Verformung auch der Verlängerung in dem wanddünneren Bereich erfolgt, jedoch dem Rohr nachgeführt wird und somit einen weicheren Steifigkeitsübergang erzeugt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die Verlängerung außen Querrillen aufweist. Mit diesen Querrillen können auch Sollbiegungen oder -verformungen zugelassen werden, die jedoch das Rohr führen in einer Weise, dass einer Elliptizitätsverformung des Rohrquerschnittes entgegen gewirkt werden kann.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung können dabei Rillen eingesetzt werden, die entweder rechteckförmig im Querschnitt oder trapezförmig im Querschnitt oder halbrund im Querschnitt ausgebildet sind. Je nach gewünschter Dynamik im Verformungsfall können auch dreieckige Rillen angebracht sein.

Dabei können auch verschiedene Rillentiefen gewählt werden, je nach gewünschter Dynamik im Verformungsfall.

Zum Zwecke einer bestimmten gewünschten Verformungsdynamik entlang der Länge der besagten Verlängerung können auch die Rillenquerschnitte miteinander kombiniert werden, d. h. der Übergang von dreieckförmigen Rillen in halbrundförmige Rillen entlang der Verlängerung.

Die Rillen können auch unterschiedlich tief sein, um dynamische oder stufenweise Steifigkeitsübergänge zu erzeugen.

Insgesamt ergibt sich damit eine Vermeidung des ansonsten vorliegenden Steifigkeitssprunges im Übergang von der Verschraubungsstelle zum angeschlossenen Rohr und dies führt damit zu einer Vermeidung der elliptischen Verformung im Dichtbereich bei einer gewalteinwirkenden Abknickung des Rohres.

Entsprechende Verformungen wirken damit also auch nicht mehr auf die Dichtfläche ein und insbesondere nicht auf das abzudichtende Rohr im Bereich der Dichtflächen, so dass auch bei Gewalteinwirkung ein relativ hohes Maß an Dichtigkeit nachhaltig gegeben ist.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt:
1 Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verbinders,
2 Verbinder gemäß dem Stand der Technik,
3 Verlängerung mit Rillen,
4 Verlängerung mit konkavem Querschnittsprofil.
1 zeigt ein erstes Ausgestaltungsbeispiel, mit einem Verbinder 1 mit einem angesetzten, verschraubungstypischen Gewindekopf mit Außengewinde. Ferner ist in einer Art Überwurfmutter 2, wie hier teilweise geschnitten gezeigt ist, ein Innengewinde angeordnet. Zwischen der Überwurfmutter und der Rohrleitung 5 sind noch entsprechend konisch ausgebildete Dicht ringe vorgesehen, die bei der Verschraubung auf eine Dichtfläche 3 der Rohrleitung 5 einwirken. Wird die Rohrleitung 5 in die Überwurfmutter 2 geschoben, und durch die Dichtringe geschoben, so bewirkt ein Drehen der Überwurfmutter 2 im Uhrzeigersinn, dass die konischen ringförmigen Dichtringe, bspw. Metallringe in die Wandung der Rohrleitung 5 gepresst wird. Dadurch wird dann die Dichtwirkung erzielt.
Die Dichtwirkung wird dabei entlang einer Dichtfläche 3 bewirkt, die sich zwischen der Rohrleitung 5 und den Dichtringen befindet. Gleichzeitig wird auch eine Dichtwirkung zwischen den Dichtringen untereinander und den Überwurfmutter erreicht. Im linken Bildteil von 1 ist daher eine unverbogene Rohrleitung 5 gezeigt. Der Querschnitt ist auch im Bereich der Dichtfläche 3 kreisrund. Hinter der Überwurfmutter 2, also außerhalb der Dichtfläche 3 bzw. des Dichtungsbereiches ist die erfindungsgemäße Verlängerung 4 angeordnet, die den Rohrabschnitt dort bei seitlicher Krafteinwirkung schützt und stützt.
Im rechten Bildteil ist die Rohrleitung 5 nach einer erfolgten Krafteinleitung von seitwärts gezeigt. Hierbei ist deutlich zu erkennen, dass die erfolgte Rohrverbiegung erst hinter der Verlängerung 4 erfolgt. D.h. die mit der Verbiegung einhergehende Rohrdeformation, insbesondere die Abweichung vom Rundquerschnitt wird dabei weit von der Dichtfläche 3 weggehalten, dass der kreisrunde Querschnitt des Rohres dort erhalten bleibt, so dass die optimale Dichtwirkung nicht vermindert wird. Die Verlängerung 4 stützt also dort die Rohrleitung 5 bei seitlichem Krafteinfluss.
2 macht deutlich, wie der Sachverhalt bei einem Verbinder der üblichen, aus dem Stand der Technik bekannten Art bei seitlicher Krafteinwirkung dort vorliegt. Die Überwurfmutter 2 ver quetscht beim Drehen die Dichtfläche 3 bzw. den Dichtring ebenfalls mit der Rohrwandung der Rohrleitung 5. Nach erfolgter seitlicher Krafteinleitung wird die Rohrleitung 5 verbogen. Es ist zu erkennen, dass die Biegeverformung bis an die Dichtfläche 3 heranreicht.
Zur Verdeutlichung ist die Schnittdarstellung 6-6 gewählt und der Querschnitt der Rohrleitung 5 in diesem Bereich ist rechts dargestellt. Hier ist zu sehen, dass diese Verformung zu einer Einschnürung oder einer elliptischen Verformung des Querschnittes der Rohrleitung 5 führt. D.h. in diesen Bereichen wird die zuvor erzielte Dichtfläche verlassen. Es treten damit mit A markierte Leckagen auf.
Mit der Ausgestaltung gemäß 1 und den weiteren noch gezeigten Ausführungsformen wird dies vermieden.
3 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die Verlängerung 4 im Querschnitt konisch ausgebildet ist. Dabei fällt die Wanddicke im – Querschnitt gesehen – zum freien Ende der Verlängerung 4 ab.
Ferner sind in der Außenwandung Querrillen 10 eingebracht. Mit Hilfe dieser Rillen wird eine dynamische Anpassung der Steifigkeit bewirkt. D.h. es wird bei seitlicher Krafteinleitung auf die Rohrleitung 5 eine kontrollierte Biegung zugelassen, jedoch verändert sich die Steifigkeit entlang der Längenausdehnung der Verlängerung 4. Es hat sich gezeigt, dass unstetige Übergänge der Steifigkeit von der Überwurfmutter 2 zur Rohrleitung 5 bei Verbiegung ein Verlassen des runden Querschnittes begünstigen, was Ursache für Leckagen ist.
Verläuft die Steifigkeit jedoch stetig oder gleichmäßig gestuft, so wird der besagten Rohrquerschnittsverformung an der Dichtlinie entgegen gewirkt.
Bestimmte Rillenquerschnittkonturen und/oder die Tiefe der Rillen 10 haben daher Einfluss auf diese Wirkung. Hierbei sind rechteckige Querschnitte möglich, so wie dreieckige, runde, trapezförmige etc.
Im rechten Bildteil ist dies auch zu erkennen. Hier sieht man, dass nach erfolgter seitlicher Krafteinwirkung die Rohrleitung 5 zwar verbogen ist, aber die Verlängerung 4 der Rohrleitung 5 bei der Verbiegung nachgeht, so dass der Rohrquerschnitt im Dichtbereich unverändert bleibt und Leckagen damit vermieden werden.
4 zeigt ein Beispiel, bei dem die Verlängerung 4 im Wandquerschnitt konkav verläuft. Auch dies hat einen stetigen Steifigkeitsverlauf bis in eine wirksame Entfernung zur Dichtfläche 3 zur Folge.
Der rechte Bildteil zeigt, dass bei einer seitlichen Krafteinwirkung auch hier die Rohrleitung 5 so gestützt wird, dass eine gute Dichtfunktion erhalten bleibt.
Der erfindungsgemäße Verbinder eignet sich somit zur Verwendung in Kraftstoffleitungssystemen von Kraftfahrzeugen, insbesondere von gasbetriebenen Kraftfahrzeugen. Kraftstoffe sind dabei Erdgas, aber auch zukunftsweisend Wasserstoff.
Ferner besteht auch eine gute Verwendungsmöglichkeit für Druckarmaturen, oder Druckmittelsysteme pneumatischer oder hydraulischer Art.

1: Verbinder
2: Überwurfmutter
3: Dichtfläche
4: Rohrförmige Verlängerung
5: Rohrleitung
6: Schnittebene
10: Rillen, verschiedene Querschnittsprofile
A: Leckstelle

Claims

Verbinder für Druckleitungen, insbesondere in der Kraftstoffversorgung von gasbetriebenen Kraftfahrzeugen, mit zumindest einem Gewindeabschnitt und einer Überwurfmutter, die mit dem Gewindeabschnitt bei der Befestigung einer Rohrleitung zusammenwirkt, wodurch an der Rohrleitung und/oder an der Überwurfmutter durch Verpressung eine Dichtfläche (3) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwurfmutter (2) im Bereich außerhalb der Dichtfläche (3) eine rohrförmige Verlängerung (4) aufweist.
Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerung (4) im Längsschnitt außen konisch mit in Richtung zum freien Ende abfallender Wanddicke ausgebildet ist.
Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerung (4) im Längsschnitt außen konkav ausgebildet ist.
Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerung (4) am Außenmantel quergerillt ist.
Verbinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (10) ein rechteckförmiges Querschnittsprofil aufweisen.
Verbinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (10) ein trapezförmiges Querschnittsprofil aufweisen.
Verbinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (10) ein halbrundes Querschnittsprofil aufweisen.
Verbinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (10) ein dreieckförmiges Querschnittsprofil aufweisen.
Verbinder nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Außenmantel der Verlängerung (4) mehrere verschiedene Rillen (10) der besagten Art mit verschiedenen Querschnittsprofilen gemäß der Ansprüche 5 bis 8 auf ein und derselben Verlängerung (4) angeordnet sind.
Verbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerung (4) einteilig mit der Überwurfmutter (2) ausgebildet ist.