DE102005063545B4

DE102005063545B4 - Hochdruckverschraubung mit Durchflussbegrenzungsanordnung

Info

Publication number: DE102005063545B4
Application number: DE200510063545
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Burkhardt; Peter Spaniol
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2013-12-12
Anticipated expiration: 2025-03-10

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Hochdruckverschraubungen mit Durchflussbegrenzungsanordnung mit kegelförmigen Dichtflächen. Die Hochruckverschraubung (1) weist einen Zylinderförmigen Anschlussnippel (3) mit einem Außengewinde und eine koaxial zu seiner Mittelachse (2) angeordneter Bohrung auf, in dem freien Ende des Anschlussnippels (3), koaxial zu der Bohrung, ist eine trichterförmige Vertiefung vorgesehen, korrespondierend zu der trichterförmigen Vertiefung am freien Ende einer rohrförmigen Leitung ist ein Dichtkegel (7) angeordnet. Zur Verbindung des Anschlussnippels (3) mit der rohrförmigen Leitung ist eine Überwurfmutter (8) an dieser angeordnet, derart, dass die Überwurfmutter (8) eine umlaufende Schulter am Dichtkegel (7) umgreift, und über ihr Innengewinde mit dem Außengewinde des Anschlussnippels (3) verschraubbar ist. Der Durchflussbegrenzer (14) ist trichterförmig ausgebildet, wobei eine den Durchfluss begrenzende Drosselbohrung an der Trichterspitze angeordnet ist. Die Innenfläche sowie die Außenfläche des Trichters sind so ausgebildet, dass sie mit den kegelförmigen Dichtflächen der Hochdruckverschraubung (1) korrespondieren. die Verdrehsicherung ist dadurch realisiert, dass Ausformungen am Durchflussbegrenzer 14 wechselseitig mit gegenläufigen Ausformungen am Anschlussnippel 3 bzw. am Dichtkegel 7 korrespondieren.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Hochdruckverschraubungen mit kegelförmigen Dichtflächen in Common-Rail-Einspritzsystemen gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.
In modernen Dieselmotoren kommen vermehrt Common-Rail-Einspritzsysteme zur Anwendung, die in ihrem Hochdruckbereich zahlreiche Hochdruckverschraubungen aufweisen. Über diese Hochdruckverschraubungen werden die Verbindung des Druckspeichers mit der Hochdruckpumpe einerseits und mit den Einspritzventilen andererseits hergestellt. Ausgeführt sind die Hochdruckverschraubungen häufig als Dichtkegelverbindungen zwischen den Anschlussnippeln am Duckspeicher und den Anschlussleitungen, wobei an die Anschlussleitungen jeweils ein Dichtkegel angestaucht ist, der mit einer dazu korrespondierenden Aufnahme im Anschlussnippel zusammenwirkt. Die Verbindung zwischen Dichtkegel und Aufnahme erfolgt mittels einer, den Dichtkegel an seinem der Dichtfläche abgewandten Ende entlang einer umlaufenden Schulter umgreifenden, mit dem Anschlussnippel verschraubbaren Überwurfmutter. Hochdruckverschraubungen dieser Art sind z. B. aus der DE 38 01 703 C1 bekannt.
Bei Einspritzsystemen der genannten Art erzeugt das abrupte Schließen der Einspritzventile, das durch Vor-, Haupt- und Nacheinspritzung in jedem Einspritzzyklus mehrfach erfolgt, Druckpulsationen, die sich ohne Gegenmaßnahmen im gesamten Einspritzsystem fortpflanzen. Um dem entgegenzuwirken, ist es bekannt, insbesondere zwischen dem Druckspeicher und der Einspritzleitung Durchflussbegrenzer mit gegenüber dem Durchflussquerschnitt der Einspritzleitung stark reduziertem Durchflussquerschnitt vorzusehen. Eine entsprechende Anordnung, mit einem Durchflussbegrenzer im Bereich der Hochdruckverschraubung zeigt die DE 100 60 785 A1 . Der dort zwischen Druckspeicher und Einspritzleitung angeordnete Durchflussbegrenzer besteht aus einer in die verschraubungsseitige Mündung der Einspritzleitung eingeschobene Hülse, deren Außendurchmesser im wesentlichen dem Innendurchmesser der Einspritzleitung entspricht und deren Innendurchmesser dem gegenüber wesentlich kleiner ist. Nachteilig bei dieser Anordnung ist, dass, bei ungünstiger Addition der unvermeidlichen Toleranzen des Innendurchmessers der Einspritzleitung einerseits und des Außendurchmessers der Hülse andererseits, die Hülse entweder zu lose in der Einspritzleitung sitzt oder im anderen Fall starken nach innen gerichteten Radialkräften ausgesetzt ist. Sitzt die Hülse zu locker, kann sie auf dem Transport oder bei der Montage verloren gehen, sitzt sie dagegen zu fest, kann es, insbesondere auch wegen der im montierten Zustand durch das Einpressen des Dichtkegels in das Gegenstück der Verschraubung in Richtung Hülse wirkenden Radialkräfte, zu Brüchen an der Hülse kommen, so dass Bruchstücke im Einspritzsystem vagabundieren können.
Aus der DE 101 03 195 A1 ist eine Hochdruckverschraubungen mit kegelförmigen Dichtflächen und einem einlegbaren Durchflussbegrenzer bekannt, wobei der Durchflussbegrenzer trichterförmig ausgebildet sein kann, eine den Durchfluss begrenzende Drosselbohrung an der Trichterspitze aufweist und die Innenfläche, sowie die Außenfläche des Trichters so ausgebildet sind, dass sie mit den kegelförmigen Dichtflächen der Hochdruckverschraubung korrespondieren. Weiter ist in der DE 101 03 195 A1 ein Durchflussbegrenzer beschrieben, dessen Drosselbohrung ein Hartmetallrohr enthält und bei dem für den Dichtungsbereich ein weiches Material vorgesehen ist.
Einen ebenfalls trichterförmigen Durchflussbegrenzer zeigt die JP 09-303232 A . Auch dort ist der Durchflussbegrenzer Teil einer Hochdruckverschraubung für ein Common-Rail-Einspritzsystem.
Die JP 10-169528 A schließlich zeigt eine Hochdruckverschraubung des gleichen Typs, wobei der äußere Rad des Durchflussbegrenzers in Richtung auf den Anschlussnippel der Hochdruckverschraubung umgeformt ist und mit diesem in Eingriff stehen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, dem gegenüber eine Hochdruckverschraubung mit einem Durchflussbegrenzer anzugeben, der als einfaches, von anderen Bauteilen und deren Maßtoleranzen weitgehend unabhängiges Bauteil gestaltet ist, leicht ausgewechselt werden kann und als Verdrehsicherung für die Dichtkegelverbindung wirkt.
Gelöst wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1, vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Der trichterförmig ausgebildete Durchflussbegrenzer ist in vorteilhafter Weise als unabhängig handhabbares Bauteil ausgeführt und kann bei der Montage ohne Aufwand in die als Dichtkegelverbindung ausgebildete Hochdruckverschraubung zwischen den Außenkonus z. B. der Einspritzleitung und den Innenkonus des Gegenstückes eingelegt werden.
Durch entsprechende Materialwahl bzw. Materialbeeinflussung lassen sich die Eigenschaften des Durchflussbegrenzers vorteilhaft so gestalten, dass einerseits an den Berührungsflächen mit der Hochdruckverschraubung eine optimale Dichtwirkung eintritt und andererseits die Durchflussöffnung keinem nennenswerten Verschleiß unterliegt.
Zur weiteren Optimierung der Eigenschaften kann es darüber hinaus vorteilhaft sein, den Durchflussbegrenzer aus zwei unterschiedlichen Materialien auszubilden, derart, dass im Bereich der Berührungsflächen mit der Hochdruckverschraubung ein erstes die Dichtwirkung verbesserndes Material angeordnet ist, während im Bereich der Durchflussöffnung ein Material mit günstigen Verschleißeigenschaften hinsichtlich des unter hohem Druck durchströmenden Kraftstoffes angeordnet ist.
Die verdrehsichere Ausgestaltung der Hochdruckverschraubung wird durch die Ausbildung des Durchflussbegrenzers einerseits und der Dichtkegelverbindung andererseits erreicht. Dies geschieht dadurch, dass im Randbereich des Durchflussbegrenzers Ausformungen vorgesehen sind, die entsprechende Gegenstücke an der Dichtkegelverbindung hintergreifen und so beim Aufbringen des für das Verschrauben der Hochdruckverbindung notwendigen Drehmomentes ein Verdrehen des Innenkonus im Außenkonus verhindern. Auf diese Weise kann vorteilhaft verhindert werden, dass auf eine bereits einseitig befestigte Leitung, z. B. eine Einspritzleitung, durch Verschrauben der Hochdruckverbindung ein Torsionsmoment auf diese Leitung aufgebracht wird.
Neben den vorstehend erwähnten Vorteilen ergeben sich weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung in Verbindung mit den Beispielen, die nachfolgend unter Zuhilfenahme der Zeichnungen näher beschrieben sind. Es zeigen:
1 Eine Schnittdarstellung durch eine Hochruckverschraubung mit Durchflussbegrenzer (Stand der Technik)
2 Eine Schnittdarstellung durch eine Hochruckverschraubung mit einem Durchflussbegrenzers aus einem Verbund unterschiedlicher Materialien
3 Eine Schnittdarstellung einer Hochruckverschraubung mit einem Durchflussbegrenzers und Verdrehsicherung
4 Perspektivische Darstellung eines Durchflussbegrenzers mit Verdrehsicherung Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Durchflussbegrenzers wird nachfolgend von einer Hochdruckverschraubung ausgegangen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Erfindung bezieht sich auf den Durchflussbegrenzer und seine Anordnung in der Hochdruckverschraubung.
1 zeigt in schematischer Darstellung einen Schnitt durch eine an einem Druckspeicher (nicht dargestellt) angeordnete Hochdruckverschraubung 1 entlang ihrer Mittelachse 2.
Die Hochdruckverschraubung 1 umfasst, koaxial zur Mittelachse 2 angeordnet, einen an einem Druckspeicher (nicht dargestellt) angeordneten zylinderförmigen Anschlussnippel 3 mit Außengewinde 4, einen Durchflussbegrenzer 5, einen an eine röhrenförmig ausgebildete Einspritzleitung 6 angestauchten Dichtkegel 7 und eine mit dem Außengewinde 4 des Anschlussnippels 3 verschraubte Überwurfmutter 8.
Im Anschlussnippel 3 ist, ebenfalls koaxial zur Mittelachse 2, eine Bohrung 9 vorgesehen, die eine am freien Ende des Anschlussnippels 3 koaxial zur Mittelachse 2 angeordnete trichterförmige Ausnehmung 10 mit dem Speicherraum (nicht dargestellt) des Druckspeichers (nicht dargestellt) verbindet. In die trichterförmige Ausnehmung 10 ist der ebenfalls trichterförmig ausgebildete Durchflussbegrenzer 5 eingelegt, in dessen Trichteröffnung der an der Einspritzleitung 6 angestauchte Dichtkegel 7 eintaucht. Verbunden wird die Anordnung mittels der Überwurfmutter 8, die sich an einer umlaufenden Schulter 11 des Dichtkegels 7 abstützt und über ihr Innengewinde 12 mit dem Außengewinde 4 am Anschlussnippel 3 zusammenwirkt, derart, dass eine koaxial zur Mittelachse 2 wirkende Kraft den Dichtkegel 7 in den Durchflussbegrenzer 5 und diesen in die trichterförmige Ausnehmung 10 im Anschlussnippel 3 presst. Im Durchflussbegrenzer 5 ist, in seiner Trichterspitze angeordnet, eine Drosselbohrung 13 vorgesehen, deren Durchmesser sowohl gegenüber dem Durchmesser der Bohrung 9, als auch gegenüber dem Innendurchmesser der Einspritzleitung 6 wesentlich kleiner ist.
Durch die Drosselbohrung 13 wird das Volumen im Druckspeicher von dem Volumen in der Einspritzleitung weitgehend schwingungstechnisch entkoppelt, so dass Druckpulsationen in der Einspritzleitung 6 sich in nur geringem Umfang in den Druckspeicher und über diesen in die anderen Einspritzleitungen fortpflanzen.
Wie unschwer erkennbar sind hinsichtlich der Beschaffenheit des Durchflussbegrenzers 5 zwei unterschiedliche Anforderungen zu erfüllen, nämlich einerseits die sichere Abdichtung der Hochdruckverbindung 1 bei Drücken von deutlich über 2000 bar und andererseits die Verschleißfestigkeit des Bereiches um die Drosselbohrung 13 hinsichtlich der Durchströmung der Drosselbohrung unter hohem Druck. Es kann daher sinnvoll sein, den Durchflussbegrenzer 5 aus einem Verbund unterschiedlicher Werkstoffe zu fertigen, ein entsprechendes Beispiel ist in 2 gezeigt. Nachdem die Darstellung in 2 mit Ausnahme des Durchflussbegrenzers identisch mit der in 1 gezeigten ist, erübrigt sich eine nochmalige Beschreibung, es wird vielmehr auf die diesbezüglichen Beschreibungsteile zur 1 verwiesen.
Der Durchflussbegrenzer 5 ist in dem Beispiel nach 2 aus einem Verbund zweier unterschiedlicher Materialien hergestellt. Der erste die Trichterspitze 5b bildende Bereich besteht aus einem gegenüber dem durchströmenden Kraftstoff sehr verschleißfestem Material. Es kommen hier bevorzugt zähe Stähle in Frage. Der die Abdichtung übernehmende Trichter 5a des Durchflussbegrenzers 5 ist demgegenüber aus einem relativ weichen die Dichtwirkung verstärkenden Material gefertigt. Als Materialien kommen hier weiche Eisenlegierungen aber auch Buntmetalle oder Buntmetalllegierungen in Frage. Die Fertigung solcher Bauteile aus Verbundwerkstoffen ist dem Fachmann geläufig, der die Drosselbohrung enthaltende verschleißfeste Bereich kann durch Einpressen, Eingießen, Umspritzen, Einschrumpfen usw. in dem weichen die Dichtwirkung verbessernden Bereich verankert werden.
Hinsichtlich der Orientierung der einzelnen Bereiche des Durchflussbegrenzers 5 zu den benachbarten Bauteilen ist es von Vorteil, wenn der Durchmesser des die Trichterspitze 5b bildende Bereiches geringfügig größer ist als der Durchmesser der Bohrung 9, aber auch geringfügig größer als der Innendurchmesser der Einspritzleitung 6. Es wird dadurch erreicht, dass im montierten Zustand die Trichterspitze 5b lagegesichert zwischen dem Anschlussnippel 3 und dem Dichtkegel 7 eingeklemmt ist. Weiter wird erreicht, dass die die Abdichtung übernehmenden Teile des Trichters 5a in einem möglichst großen Flächenbereich den Dichtflächen am Anschlussnippel 3 bzw. am Dichtkegel 7 gegenüber liegen.
Abweichend zum in 2 gezeigten Beispiel besteht die Möglichkeit, die Materialdicke im Bereich des relativ weichen Trichters 5a zumindest partiell etwas stärker auszuführen als im Bereich der härteren Trichterspitze, so dass in dem Bereich des Trichters 5a, durch eine geringfügige plastische Verformung der Oberfläche beim Festziehen der Verschraubung der Hochdruckverbindung 1, eine optimale Anpassung der Trichteroberfläche an die Dichtflächen am Anschlussnippel 3 bzw. am Dichtkegel 7 erreicht wird.
Eine weitere Möglichkeit der Materialbeeinflussung besteht in Abweichung zum Beispiel nach 2 darin, die Materialeigenschaften Verändernde Beschichtungen vorzusehen. So kann z. B. der Bereich um die Drosselbohrung 13 mit einer verschleißfesten Beschichtung versehen sein, während der mit den kegelförmigen Dichtflächen korrespondierende Bereich eine weiche die Dichtwirkung verstärkende Beschichtung trägt. Verschleißfeste Beschichtungen können z. B. solche auf Titan-Basis sein, als die Dichtwirkung erhöhende Beschichtungen bieten sich z. B. solche aus Buntmetallen oder Buntmetalllegierungen an.
Hochdruckverschraubungen wie sie vorstehend in Verbindung mit den 1 und 2 beschrieben sind bergen das Problem, dass, bedingt durch die Reibung zwischen der Überwurfmutter 8 und der umlaufenden Schulter 11 an dem Dichtkegel 7, beim festziehen der Verschraubung ein Torsionsmoment in die angeschlossene Leitung 6 (z. B. Einspritzleitung) eingebracht wird, wenn deren anders Ende bereits angeschlossen ist. Solche Torsionsmomente stellen eine erhebliche mechanische Belastung dar, die in Verbindung mit den hohen Drücken in den Leitungen und den Vibrationen, denen diese Leitungen z. B. an Brennkraftmaschinen ausgesetzt sind, zu Leitungsbrüchen führen kann. Es wird deshalb in Weiterbildung des erfindungsgemäßen Durchflussbegrenzers vorgeschlagen, diesen so auszuführen, dass er die Funktion einer Verdrehsicherung übernimmt. Ein entsprechendes Beispiel für eine verdrehsichere Hochdruckverschraubung ist in Verbindung mit den 3 und 4 beschrieben.
Das in 3 gezeigte Beispiel ist in weiten Teilen mit dem in 1 gezeigten Beispiel identisch, es wurden daher die Bezugszeichen für die identischen Teile soweit notwendig aus der 1 übernommen. Die nachfolgende Beschreibung ist vornehmlich auf die gegenüber dem Beispiel nach 1 abweichenden Aspekte gerichtet, alles Übrige ist der Beschreibung zu 1 zu entnehmen.
Der in 3 und 4 gezeigte trichterförmige Durchflussbegrenzer 14 weist eine erste Abbiegung 15 und eine gegenüberliegende zweite Abbiegung 16 auf. Die Abbiegungen 15, 16 sind aus freigeschnitten Zungen gebildet, wobei die Freischneidungen vom Rand 17 des Durchflussbegrenzers in Richtung auf dessen Trichterspitze parallel zueinander verlaufen. Die erste Abbiegung 15 erfolgt auf die Mittelachse 2 zu in eine Ebene parallel zu dieser, während die zweite Abbiegung von der Mittelachse weg in eine Ebene senkrecht zur Mittelachse 2 erfolgt. Zur Verdrehsicherung greift die erste Abbiegung 15 in eine erste Ausnehmung 18 im Dichtkegel 7 ein, während die zweite Abbiegung 16 mit einer zweiten Ausnehmung 19 am Anschlussnippel 3 korrespondiert.
Werden bei der vorstehend beschriebenen Anordnung die Überwurfmutter 8 und der Anschlussnippel 3 miteinander verschraubt, verhindert der eingelegte Durchflussbegrenzer 14 jede Rotation des Dichtkegels 7 relativ zum Anschlussnippel 3. Es kann damit durch den Montagevorgang kein Torsionsmoment in die Leitung (z. B. Einspritzleitung) eingeleitet werden.
Selbstverständlich lässt sich die vorstehend beschriebene Verdrehsicherung auf viele unterschiedliche Arten realisieren, allen diesen unterschiedlichen Möglichkeiten ist gemeinsam, das Ausformungen am Durchflussbegrenzer 14 wechselseitig mit gegenläufigen Ausformungen am Anschlussnippel 3 bzw. am Dichtkegel 7 korrespondieren.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungen lassen sich selbstverständlich mit dem Fachmann zugänglichem Fachwissen auf vielfältige Weise ausgestalten, ohne den grundlegenden erfinderischen Gedanken zu verlassen, den beschriebenen Ausführungsformen kommt somit nur Beispielcharakter zu.

Claims

Hochdruckverschraubung (1) mit einem Durchflussbegrenzer (5) in Common-Rail-Einspritzsystemen, wobei – die Hochruckverschraubung (1) einen zylinderförmigen Anschlussnippel (3) mit einem Außengewinde (4) und koaxial zu seiner Mittelachse (2) angeordneter Bohrung (9) aufweist, – in dem freien Ende des Anschlussnippels (3), koaxial zu der Bohrung (9), eine trichterförmige Vertiefung vorgesehen ist, – korrespondierend zu der trichterförmigen Vertiefung am freien Ende einer rohrförmigen Leitung (Einspritzleitung 6) ein Dichtkegel (7) angeordnet ist, – eine Überwurfmutter (8) zur Verbindung des Anschlussnippels (3) mit der rohrförmigen Leitung (Einspritzleitung 6) an dieser angeordnet ist, derart, dass die Überwurfmutter (8) eine umlaufende Schulter (11) am Dichtkegel (7) umgreift, und über ihr Innengewinde (12) mit dem Außengewinde (4) des Anschlussnippels (3) verschraubbar ist, – zwischen der trichterförmigen Vertiefung und dem Dichtkegel (7) ein trichterförmiger Durchflussbegrenzer (5) angeordnet ist, wobei dessen Außenfläche zumindest in einem umlaufendem Teilbereich mit der trichterförmigen Vertiefung in unmittelbarem Kontakt ist, während der Dichtkegel (7) die Innenfläche zumindest mit einem umlaufenden Teil seiner Mantelfläche unmittelbar berührt und wobei in der Trichterspitze (5b) des Durchflussbegrenzers (5) eine Drosselbohrung (13) angeordnet ist, die mit der Bohrung (9) einerseits und mit dem Inneren der rohrförmigen Leitung (6) andererseits fluchtet. dadurch gekennzeichnet, dass an dem Durchflussbegrenzer (5) an seinem die Trichteröffnung bildenden Rand (17) wenigstens eine erste Ausformung (erste Abbiegung 15) vorgesehen ist, wobei diese erste Ausformung (erste Abbiegung 15) mit wenigstens einer zweiten Ausformung (erste Ausnehmung 18) am Dichtkegel (7) zusammenwirkt, derart, dass diese beiden Ausformungen eine Rotationsbewegung zwischen Durchflussbegrenzer (5) und Dichtkegel (7) unterbinden, wenn der Dichtkegel (7) mit seiner Mantelfläche mit der Innenfläche des Durchflussbegrenzers (5) in Berührung ist und wobei an dem die Trichteröffnung bildenden Rand (17) wenigstens eine dritte Ausformung (zweite Abbiegung 16) vorgesehen ist, die mit wenigstens einer vierten Ausformung (zweite Ausnehmung 19) am Anschlussnippel (3) zusammenwirkt, derart, dass diese beiden Ausformungen eine Rotationsbewegung zwischen dem Durchflussbegrenzer (5) und dem Anschlussnippel (3) unterbinden, wenn der trichterförmige Durchflussbegrenzer (5) mit seiner Außenfläche mit der trichterförmige Begrenzungsfläche der Vertiefung im Anschlussnippel (3) in Berührung ist.
Hochdruckverschraubung (1) mit einem Durchflussbegrenzer (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussbegrenzer (5) aus einem Materialverbund besteht, wobei ein erstes Material an seiner Trichterspitze (5b) den Verschleiß minimierende Eigenschaften besitzt, während ein zweites Material in den Bereichen, die mit den kegelförmigen Dichtflächen korrespondieren, die Abdichtung verbessernde Eigenschaften aufweist.
Hochdruckverschraubung (1) mit einem Durchflussbegrenzer (5) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussbegrenzer (5) an seinen mit den kegelförmigen Dichtflächen korrespondierenden Bereichen durch eine die Materialeigenschaften beeinflussende Beschichtung in seinen Materialeigenschaften dahingehend verändert ist, dass die mit den kegelförmigen Dichtflächen korrespondierenden Bereiche eine hohe Dichtfähigkeit besitzen.