DE102005047275B4 - Pressure tube with deformed connection head - Google Patents
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Abstract
Druckrohr mit einem kegelstumpfartig mittels Kaltumformung hergestellten Anschlusskopf (1) an einem Ende einer Rohrleitung (16) zum Anschluss an ein Einspritzsystem eines Verbrennungsmotors, wobei der Anschlusskopf (1) an einer Mantelfläche eine umlaufende Dichtfläche (13) zum Abdichten des Anschlusskopfs (1) gegenüber einem Anschlussstück, an einer Deckfläche (18) eine Rohröffnung (19) und an einer der Deckfläche gegenüberliegenden Seite eine Druckschulter (10), die an der Rohrleitung (16) anliegt, zum Einleiten einer für die Abdichtung der Dichtfläche (13) erforderlichen Vorspannkraft aufweist, wobei eine Außenfläche der Rohrleitung (16) mit einer Fläche der Druckschulter (10) einen Winkel zwischen 100° und 110° einschließt, die Innenfläche (17) des Druckrohrs im Bereich des Anschlusskopfes (1) einen inneren Kegel (9) ausbildet, derart, dass der Rohrinnendurchmesser an der Grundfläche des inneren Kegels (9), d.h. die Aufweitung an der Stirnseite des Druckrohres, in einem Bereich von 1,02 bis 1,4 x Rohrinnendurchmesser der Rohrleitung liegt, und die Mantelfläche des Anschlusskopfs (1) im Bereich zwischen Dichtfläche (13) und Druckschulter (10) eine im wesentlichen konkave Ausbuchtung (12) aufweist.Pressure pipe with a connection head (1) produced by cold forming truncated cone at one end of a pipe (16) for connection to an injection system of an internal combustion engine, wherein the connection head (1) on a lateral surface opposite a circumferential sealing surface (13) for sealing the connection head (1) a connection piece, on a cover surface (18) has a tube opening (19) and on a side opposite the top surface a pressure shoulder (10) which abuts the pipe (16), for introducing a required for the sealing of the sealing surface (13) biasing force , wherein an outer surface of the pipe (16) with an area of the pressure shoulder (10) encloses an angle between 100 ° and 110 °, the inner surface (17) of the pressure tube in the region of the connection head (1) forms an inner cone (9), such in that the inner diameter of the pipe is at the base of the inner cone (9), ie the expansion on the end face of the pressure tube, in a range of 1.02 to 1.4 x pipe inside diameter of the pipe, and the lateral surface of the connection head (1) in the region between the sealing surface (13) and pressure shoulder (10) has a substantially concave bulge (12).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Druckrohr mit umgeformtem Anschlusskopf.The present invention relates to a pressure tube with a reshaped connection head.
Druckrohre, wie sie der Erfindung zugrunde liegen, werden als Kraftstoffeinspritzrohre zur Zuführung des Kraftstoffes an die Einspritzanlage oder auch als Hydraulikrohre verwendet. Um die Druckrohre abdichtend an eine weitere Komponente anschließen zu können, werden die Enden der Druckrohre in Form eines Kegelstumpfes ausgebildet. Als kostengünstige Variante zur Herstellung solcher Anschlussköpfe hat sich im Stand der Technik die Kaltumformung erwiesen. Ein Erzeugnis des, aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens ist beispielsweise in der Offenlegungsschriften
Dieser Stand der Technik ist auch in beiliegender
Im Stand der Technik entsteht allerdings, bedingt durch das Verschieben des Rohrmantels beim Kaltumformen bzw. Stauchen in radiale Richtung nach außen, am Innendurchmesser des Rohres eine ringförmige, scharfe Stauchfalte
Im Bereich der Hochdrucktechnik, z.B. bei Einspritzdrücken von etwa 1600 bar und darüber, wie sie bei Schiffsmotoren Anwendung finden, tritt das oben dargestellte Problem auf besondere Weise in den Vordergrund. Eine Möglichkeit hohen Drücken zu begegnen ist, das Durchmesserverhältnis zwischen Außen- und Innendurchmesser des Rohres entsprechend anzupassen, d.h. einen im Vergleich zum Innendurchmesser großen Außendurchmesser zu wählen und damit einen dicken Rohrmantel zu bilden. Allerdings hat auch diese Maßnahme ihre Grenzen, so dass die Verwendung von Rohren aus höherfestem Material erforderlich ist. Es sinkt jedoch mit zunehmender Zugfestigkeit die Duktilität des Werkstoffs und so auch die Umformbarkeit. Bei Rohrwerkstoffen mit einer Bruchdehnung von A < 20% besteht bei der Formgebung des Anschlusskopfes die Gefahr einer deutlich tieferen Ausbildung der Stauchfalte. Durch Aufreiben mittels oben genannter Kegelreibahle ist diese Stauchfalte dann oft nicht mehr vollständig zu beseitigen.In the field of high pressure technology, e.g. at injection pressures of about 1600 bar and above, as they are used in marine engines, the problem presented above comes in a special way in the foreground. One way to counteract high pressures is to adjust the diameter ratio between the outer and inner diameters of the tube accordingly, i. to choose a larger compared to the inner diameter outer diameter and thus to form a thick tube shell. However, even this measure has its limitations, so that the use of pipes made of higher-strength material is required. However, it decreases with increasing tensile strength, the ductility of the material and so the formability. For pipe materials with an elongation at break of A <20%, there is the danger of a significantly deeper formation of the compression fold during the shaping of the connection head. By rubbing using the above-mentioned conical reamer this crease is then often no longer completely eliminate.
Die bereits erwähnte Offenlegungsschrift
Weiterhin ist aus der
Aus dem dargestellten Stand der Technik ergibt sich als Aufgabe für die vorliegende Erfindung, ein neues Druckrohr bereitzustellen, das nach Kaltumformung eines Anschlusskopfes weder eine Stauchfalte, noch einen eingeschnürten Innendurchmesser aufweist.From the illustrated prior art, it is an object of the present invention to provide a new pressure tube, which after cold forming a connection head neither a Buckle fold, still a constricted inner diameter.
Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 der Erfindung gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.This object is achieved according to claim 1 of the invention. The dependent claims are advantageous embodiments of the invention.
Die Erfindung umfasst ein Druckrohr, das z.B. als Kraftstoffeinspritzrohr einer Einspritzanlage eines Dieselmotors verwendet werden kann, mit einem kegelstumpfartig umgeformten Anschlusskopf. Das Druckrohr weist demnach eine Rohrleitung und einen Anschlusskopf auf. Der Anschlusskopf ist dabei am Ende einer Rohrleitung mittels Kaltumformung hergestellt. Der Anschlusskopf, der im Wesentlichen einen Kegelstumpf ausbildet, besteht aus einer Mantelfläche an der Seite, einer Deckfläche am Ende des Rohres und einem Teil einer Grundfläche eines geometrischen Kegelstumpfes. Das Innere dieser geometrischen Grundfläche ist einstückig mit dem übrigen Druckrohr verbunden, und der freiliegende, äußere Teil der Grundfläche liegt nicht auf der selben Ebene wie der innere Teil der Grundfläche, weshalb der Anschlusskopf hier als kegelstumpfartig bezeichnet wird und nicht einen geometrisch einwandfreien Kegelstumpf bildet. An der Mantelfläche ist die Fläche zum Abdichten des Anschlusskopfes gegenüber einem Gegenstück ausgebildet, wobei das Gegenstück z.B. ein Teil eines Einspritzsystems für Dieselmotoren sein kann. An der Deckfläche ist die Rohröffnung ausgebildet und an der der Deckfläche gegen-überliegenden Seite ist eine Druckschulter zum Einleiten einer für die Abdichtung der Dichtfläche erforderlichen Vorspannkraft ausgebildet. Die Außenfläche des nicht umgeformten Druckrohrs, d.h. der Rohrleitung, schließt dabei mit einer Fläche der Druckschulter einen Winkel von > 90° ein.The invention comprises a pressure tube, e.g. can be used as a fuel injection pipe of an injection system of a diesel engine, with a truncated cone-shaped connection head. The pressure tube therefore has a pipeline and a connection head. The connection head is made at the end of a pipeline by cold forming. The connection head, which essentially forms a truncated cone, consists of a lateral surface on the side, a cover surface at the end of the tube and a part of a base surface of a geometric truncated cone. The interior of this geometric base is integrally connected to the rest of the pressure tube, and the exposed, outer part of the base surface is not on the same plane as the inner part of the base, so the connection head is referred to here as a truncated cone and does not form a geometrically perfect truncated cone. On the lateral surface, the surface for sealing the connection head with respect to a counterpart is formed, the counterpart being e.g. may be part of an injection system for diesel engines. At the top surface of the pipe opening is formed and on the cover surface opposite side is formed a pressure shoulder for introducing a required for the sealing of the sealing surface biasing force. The outer surface of the unformed pressure tube, i. the pipeline, encloses an angle of> 90 ° with a surface of the pressure shoulder.
Aufgrund dieser Anordnung von Druckschulter und Außenfläche des Druckrohres, ist die Druckschulter zumindest leicht abgeschrägt, wodurch ein homogenerer Faserverlauf im Anschlusskopf erreicht wird. Durch den homogeneren Faserverlauf wird die Betriebsfestigkeit des Anschlusskopfes, insbesondere am kritischen Bereich des Übergangs von der Druckschulter zur Außenfläche des Druckrohres, verbessert. Desweiteren wird durch diese Ausführung der Druckschulter die Stauchfaltenbildung reduziert.Due to this arrangement of pressure shoulder and outer surface of the pressure tube, the pressure shoulder is at least slightly beveled, whereby a more homogeneous fiber profile is achieved in the connection head. Due to the more homogeneous fiber flow, the operational stability of the connection head, in particular at the critical region of the transition from the pressure shoulder to the outer surface of the pressure pipe, is improved. Furthermore, the compression fold is reduced by this embodiment of the pressure shoulder.
Gemäß der Erfindung ist die Innenfläche des Druckrohrs im Bereich des Anschlusskopfs von außen nach innen konisch verjüngt. Diese Verjüngung wird im Stauchvorgang mittels eines entsprechenden Gesenkdornes eingebracht. D.h., während des Stauchens kommt es zu einer geringfügigen Aufweitung des Innendurchmessers des Druckrohres. Durch Verwendung des Dorns am Gesenk bei der Herstellung des Druckrohres kommt es demnach nicht zu Verformungen der Innenfläche des Druckrohres, so dass eine Nachbearbeitung mittels einer Kegelreibahle zum Ausbilden eines gleichförmig verlaufenden Innendurchmessers nicht mehr notwendig ist. Die Oberflächengüte an der Innenseite des Druckrohres wird somit im Bereich des Anschlusskopfes verbessert.According to the invention, the inner surface of the pressure tube in the region of the connection head tapers conically from the outside to the inside. This taper is introduced in the upsetting process by means of a corresponding Gesenkdornes. That is, during the upsetting, there is a slight widening of the inner diameter of the pressure tube. By using the mandrel on the die in the production of the pressure tube, therefore, there is no deformation of the inner surface of the pressure tube, so that a reworking by means of a conical reamer to form a uniform inner diameter is no longer necessary. The surface quality on the inside of the pressure tube is thus improved in the region of the connection head.
Gemäß der Erfindung weist die Mantelfläche des Anschlusskopfes im Bereich zwischen der Dichtfläche und der Druckschulter eine im Wesentlichen konkave Ausbuchtung auf. Die Ausbuchtung am Anschlusskopf, die beim Kaltumformen durch ein entsprechend geformtes Gesenk erstellt wird, führt zu einer Reduzierung des Materialvolumens unterhalb der Druckschulter. Es wird demnach bei der Kaltumformung darauf geachtet, dass das Material des Druckrohres nicht in Richtung des Innendurchmessers, sondern davon weg geschoben wird, so dass es nicht zu Einschnürungen am Innendurchmesser kommen kann.According to the invention, the lateral surface of the connection head in the region between the sealing surface and the pressure shoulder on a substantially concave bulge. The bulge at the connection head, which is created by a correspondingly shaped die during cold forming, leads to a reduction of the material volume below the pressure shoulder. It is therefore ensured during the cold forming that the material of the pressure tube is not pushed in the direction of the inner diameter, but away from it, so that it can not lead to constrictions on the inner diameter.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist an der Rohröffnung des Anschlusskopfes eine Fase als Autofrettagedichtfläche vorgesehen. Diese Fase dient dazu, Schädigungen an der Dichtfläche bei der Autofrettage zu vermeiden. Kraftstoffdruckrohre werden zur Dauerfestigkeitserhöhung üblicherweise autofrettiert. Dazu wird das Rohr kurzzeitig einem hohen Innendruck ausgesetzt, der infolge plastischer Verformung zum Aufbau von Druckeigenspannungen nach Druckentlastung führt. Da der Autofrettagedruck deutlich oberhalb des späteren Betriebsdruckes des Druckrohrs liegt, sollte eine Abdichtung auf der eigentlichen Dichtfläche an der Mantelfläche des kegelstumpfartigen Anschlusskopfes vermieden werden. Denn die zur Gewährleistung der Dichtheit bei der Autofrettage notwendigen hohen Kräfte auf eine Autofrettagedichtfläche, führen im drucklosen Zustand zu einer plastischen Verformung und damit einer Schädigung der Autofrettagedichtfläche. Die Fase kann dabei durch eine entsprechende Gestaltung des Gesenks bereits beim Stauchen des Anschlusskopfes geformt werden. Durch die hier erwähnten erfindungsgemäßen Ausgestaltungen ist demnach keine Nachbearbeitung des Druckrohranschlusskopfes mehr notwendig, wenn der Anschlusskopf mit dem dargestellten Herstellungsprozess mittels des weiter unten erwähnten erfindungsgemäßen Gesenks produziert wird.According to a further embodiment of the invention, a bevel is provided as an autofrettage sealing surface on the pipe opening of the connection head. This bevel serves to prevent damage to the sealing surface during autofrettage. Fuel pressure pipes are usually autofrettiert to fatigue increase. For this purpose, the tube is briefly exposed to a high internal pressure, which leads to the development of residual compressive stresses after pressure relief due to plastic deformation. Since the autofrettage pressure is significantly above the later operating pressure of the pressure tube, a seal on the actual sealing surface on the lateral surface of the frustoconical connection head should be avoided. Because the necessary to ensure tightness in the autofrettage high forces on a Autofrettagedichtfläche, lead in the pressureless state to a plastic deformation and thus damage to the Autofrettagedichtfläche. The chamfer can be formed by a corresponding design of the die already during compression of the connection head. Accordingly, no further processing of the pressure pipe connection head is necessary as a result of the embodiments according to the invention mentioned here when the connection head is produced with the production process described by means of the die according to the invention mentioned below.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Dichtfläche an der Mantelfläche kugelförmig ausgebildet. Dadurch wird die Druckverteilung an der Dichtfläche, insbesondere bei einer Winkelabweichung der Achse des Anschlusskopfes gegenüber der Achse des Gegenstückes, verbessert. Ferner besteht die Möglichkeit, bei mechanischer Beschädigung der Dichtfläche diese einfacher nachzuschleifen. Denn im Zusammenspiel mit der konkaven Ausbuchtung des Anschlusskopfes wird sichergestellt, dass beim Nachschleifen der Dichtfläche keine Schleifkerben an der Mantelfläche des Anschlusskopfes entstehen.According to a further embodiment of the invention, the sealing surface is formed on the lateral surface spherical. As a result, the pressure distribution at the sealing surface, in particular at an angular deviation of the axis of the connection head with respect to the axis of the counterpart, is improved. Furthermore, it is possible to regrind this easier with mechanical damage to the sealing surface. Because in conjunction with the concave bulge of the connection head ensures that when regrinding the sealing surface no grinding notches are formed on the lateral surface of the connection head.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Druckschulter im Wesentlichen eben ausgebildet, wodurch der Zusammenbau mit und die Geometrie eines Druckrings, der bei Verbau des Druckrohres an der Druckschulter anliegt, vereinfacht wird.According to a further embodiment of the invention, the pressure shoulder is substantially planar, whereby the assembly with and the geometry of a pressure ring, which rests when the pressure tube is installed on the pressure shoulder, is simplified.
Desweiteren ist ein Gesenk zum Stauchen eines Druckrohrs zu einem Anschlusskopf mit einer im Wesentlichen kegelstumpfförmigen, sich nach innen verjüngenden Aussparung, die einer Außenkontur des zu stauchenden Anschlusskopfes entspricht, vorgesehen. Dabei weist das Gesenk eine Form auf, die beim Stauchen einen Anschlusskopf erzeugt, der eine Druckschulter hat, die mit der Außenfläche der Rohrleitung des Druckrohrs einen Winkel von > 90° einschließt.Furthermore, a die for upsetting a pressure tube to a connection head with a substantially frusto-conical, inwardly tapering recess, which corresponds to an outer contour of the connection head to be compressed, is provided. In this case, the die has a shape that generates a connection head during compression, which has a pressure shoulder, which forms an angle of> 90 ° with the outer surface of the pipe of the pressure tube.
Das Gesenk muss hier nicht zwangsweise einteilig ausgebildet sein, sondern besteht vorzugsweise aus zwei Teilen, wobei ein erstes Teil ein Gegenstück eines zweiten Teiles ist. D.h. ein erstes Teil wird gegen das Rohrende gedrückt, wobei das zweite Teil die Druckschulter des Anschlusskopfes ausbildet.The die need not necessarily be formed in one piece here, but preferably consists of two parts, wherein a first part is a counterpart of a second part. That a first part is pressed against the pipe end, wherein the second part forms the pressure shoulder of the connection head.
Die Aussparung weist eine konvexe Auswölbung in dem ersten Teil des Gesenks auf, so dass der Anschlusskopf mit oben erwähnter Ausbuchtung an der Mantelfläche ausgebildet wird.The recess has a convex bulge in the first part of the die, so that the connection head is formed with the above-mentioned bulge on the lateral surface.
Ein Dorn ist in dem ersten Teil des Gesenks vorgesehen, der in die Rohröffnung des Druckrohres eingeführt wird, so dass es nicht zu Verformungen des Innendurchmessers des zu stauchenden Druckrohres kommen kann. Dazu muss der Außendurchmesser des Dorns im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Druckrohres entsprechen.A mandrel is provided in the first part of the die, which is inserted into the tube opening of the pressure tube, so that it can not lead to deformation of the inner diameter of the pressure tube to be compressed. For this purpose, the outer diameter of the mandrel must substantially correspond to the inner diameter of the pressure tube.
Der Dorn kann auch_kegelförmig ausgebildet ist. Dabei weist eine Grundfläche dieses Dorns einen Außendurchmesser auf, der größer ist als der Innendurchmesser des zu stauchenden Druckrohres. Deshalb kommt es beim Stauchen zu einer Aufweitung des Innendurchmessers des Druckrohres, wodurch weiter verhindert wird, dass es zu Verformungen des Innendurchmessers kommen kann. The mandrel may also be tapered. In this case, a base surface of this mandrel has an outer diameter which is greater than the inner diameter of the pressure tube to be compressed. Therefore, when upsetting, the inner diameter of the pressure tube widens, which further prevents deformation of the inner diameter.
Darüber hinaus kann das Gesenk dahingehend ausgestaltet sein, dass an der Grundfläche des Dorns eine weitere Schräge vorgesehen ist, um dem Druckrohr an der Rohröffnung eine Fase zu geben. Wie bereits erwähnt, ist eine Fase am Rohrende dahingehend vorteilhaft, dass sie beim Autofrettagevorgang als Abdichtung des Druckrohres verwendet werden kann. Als Abdichtungsfläche wird erfindungsgemäß demnach nicht die spätere Dichtfläche des Druckrohres verwendet. Um eine möglichst kostengünstige Herstellung der Fase zu ermöglichen, wird diese mit dem Kaltumformungsprozess ausgebildet, weshalb die entsprechende Schräge an dem Gesenk vorzusehen ist.In addition, the die may be designed such that a further bevel is provided on the base surface of the mandrel in order to give the pressure tube at the tube opening a chamfer. As already mentioned, a chamfer at the pipe end is advantageous in that it can be used as a seal of the pressure pipe in the autofrettage process. As a sealing surface according to the invention therefore not the later sealing surface of the pressure tube is used. In order to enable the most cost-effective production of the chamfer, it is formed with the cold forming process, which is why the corresponding slope is provided on the die.
Der Dorn des Gesenks kann auch kegelstumpfartig ausgebildet sein und an der Deckfläche des Dorns kann eine weitere Fase vorgesehen sein, um den Dorn einfacher koaxial zum Druckrohr auszurichten.The mandrel of the die may also be frusto-conical and a further chamfer may be provided on the top surface of the mandrel to more easily align the mandrel coaxially with the pressure tube.
Die Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. Es zeigt:
-
1 : ein Druckrohrende mit Anschlusskopf im Querschnitt, gemäß dem Stand der Technik; -
2 : ein Druckrohrende mit Anschlusskopf im Querschnitt, gemäß der vorliegenden Erfindung; -
3 : ein Gesenkteil im Querschnitt, gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
1 a pressure tube end with a connection head in cross-section, according to the prior art; -
2 a pressure tube end with a connection head in cross-section, according to the present invention; -
3 a swaging part in cross-section, according to the present invention.
Eine Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung, d.h. ein erstes Teil des Gesenks (
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Anschlusskopfconnection head
- 22
- Druckschulter im Stand der TechnikPressure shoulder in the prior art
- 33
- Auswölbungbulge
- 44
- Stauchfalteedging fold
- 55
- Einschnürung am InnendurchmesserConstriction on the inside diameter
- 66
- Deckfläche des GesenksTop surface of the die
- 77
- Gesenkdie
- 88th
- Dornmandrel
- 99
- Innerer KegelInner cone
- 1010
- Druckschulter gemäß der ErfindungPressure shoulder according to the invention
- 1111
- Druckringpressure ring
- 1212
- Ausbuchtung an der MantelflächeBulge on the lateral surface
- 1313
- Dichtflächesealing surface
- 1414
- Fasechamfer
- 1515
- Schrägeslope
- 1616
- Rohrleitungpipeline
- 1717
- Innenflächepalm
- 1818
- Deckflächecover surface
- 1919
- Rohröffnungtube opening
- 2020
- Aussparungrecess
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