DE102006025132A1 - Endfitting und Verfahren für eine Hochdruckkraftstoffleitung - Google Patents
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruckverbindungsanordnung für eine Kraftstoffleitung mit einem Endfitting, das konstruiert ist, um eine Winkelfehlausrichtung einer Hochdruckkraftstoffleitung zu einem Anschlussfitting in der Verbindung zu erlauben, um den Spannungskonzentrationsfaktor zwischen dem Endfitting und der Kraftstoffleitung zu verringern.
- Eine Hochdruckkraftstoffleitung kann verwendet werden, um verschiedene Komponenten in einem Hochdruckkraftstoffsystem (das Drücken bis zu 180 bar ausgesetzt ist) zu verbinden, siehe
1 . Diese Kraftstoffsysteme verwenden oft eine Metall-zu-Metall-Abdichtung zwischen zusammenpassenden Komponenten16 ,18 für eine robuste Abdichtung unter verschiedenen Umweltbedingungen. Einige Endfittings16 sind mit einer flachen Rückseite35 und einer als eine Halbkugel geformten Vorderseite22 konstruiert, mit versetzten Radiusmittelpunkten A und B zum Abdichten gegen die Konusfläche19 mit 60 Grad eines Anschlussfittings18 . Eine Rohrmutter8 wird dann verwendet, um die Kraftstoffleitung9 , die flexibel sein kann, an dem Anschlussfitting mit einer ausreichenden Anpresskraft zum Abdichten der Metall-zu-Metall-Verbindung zu befestigen. Die Rohrmutter bringt eine Kraft auf das Endfitting durch eine flache Rückseite35 des Endfittings16 auf, das derart ausgebildet ist, dass es mit dem Anschlussfitting18 unter einem Winkel von 90 Grad koppelt. - Fehlausrichtungen zwischen dem Endfitting und dem Anschlussfitting können durch eine flexible Kraftstoffleitung, die Crimpverbindungen zwi schen dem Leitungssystem der Kraftstoffleitung und ihrem Endfitting umfasst, aufgenommen werden.
- Wünschenswert ist eine Hochdruckverbindungsanordnung für eine Kraftstoffleitung mit einem Endfitting und einem Anschlussfitting, die derart ausgebildet sind, dass sie den Spannungskonzentrationsfaktor zwischen dem Endfitting und der Kraftstoffleitung verringert. Die Verbindungsanordnung umfasst ein Anschlussfitting und eine Haltestruktur und verwendet zwei kleinere Fügeverbindungen, d. h., beseitigt die flexiblen Leitungs-Crimpverbindungen.
- Das Endfitting besitzt eine kugelförmige Vorderseite und Rückseite, die jeweils die konischen Innenflächen des Anschlussfittings und der Haltestruktur ergänzen.
- In einer Ausführungsform der Erfindung definieren die konischen Passflächen der Haltestruktur und des Anschlussfittings eine Konusfläche mit 60 Grad.
- Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst eine Kraftstoffleitungsanordnung mit einer Kraftstoffleitung, die ausgebildet ist, um ein Fluid bei einem hohen Druck zu transportieren, und eine Verbindungsanordnung mit einem Endfitting, das an der Kraftstoffleitung befestigt werden kann. Die Verbindungsanordnung definiert einen Hohlraum, in den das Endfitting eingesetzt werden kann, und der zugewandte Doppelkonusflächen aufweist, die mit dem Endfitting zusammenwirken, um eine Abdichtung zu bewirken.
- Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Verringerung einer durch eine Fehlausrichtung verursachten Spannungskonzent ration in einer Hochdruckkraftstoffleitungsanordnung, die eine Kraftstoffleitung, ein Endfitting, ein Anschlussfitting und eine Haltestruktur umfasst. Das Verfahren umfasst die Schritte: Ausbilden eines inneren Hohlraumes zwischen dem Anschlussfitting und der Haltestruktur mit abgewinkelten Wänden, Ausbilden des Endfittings mit einer Rückseite und einer Vorderseite, die mit den gespiegelten, abgewinkelten Wänden des Anschlussfittings bzw. der Haltestruktur zusammenwirken können, und Anordnen der Endfittings in dem Hohlraum zwischen den gespiegelten, abgewinkelten Wänden, so dass zumindest eine von der Rückseite und der Vorderseite in Dichtkontakt mit zumindest einer der gespiegelten, abgewinkelten Wänden steht.
- Im Spezielleren umfasst die vorliegende Erfindung eine Hochdruckverbindungsanordnung für eine Kraftstoffleitung, die ein Anschlussfitting mit einer ersten Verbindungsfläche aufweist; ein Endfitting, das an der Kraftstoffleitung befestigt werden kann und mit dem Anschlussfitting zusammengepasst werden kann; und eine Haltestruktur zum Verbinden des Endfittings mit dem Anschlussfitting und die eine zweite Verbindungsfläche aufweist. Das Endfitting definiert eine Öffnung, die derart ausgebildet ist, dass sie zulässt, dass Kraftstoff von der Kraftstoffleitung zu dem zusammenpassbaren Fitting strömt. Darüber hinaus definiert das Endfitting eine Vorderseite und eine Rückseite. Die Vorderseite ist derart ausgebildet, dass sie ausreichend an dem Anschlussfitting auf eine Weise anliegt, um eine Abdichtung dazwischen zu bewirken. Die Rückseite des Endfittings, die mit der zweiten Verbindungsfläche der Haltestruktur zusammenwirkt, ist in Bezug auf die zweite Verbindungsfläche abgewinkelt oder kugelförmig ausgebildet, um die Abdichtung zwischen der Vorderseite des Endfittings und dem Anschlussfitting auf solche Weise zu ergänzen, dass der Spannungskonzentrationsfaktor zwischen der Kraftstoffleitung und dem Endfitting verringert wird.
- Das ganz kugelförmige Ende des Kraftstoffleitungsfittings eliminiert die Spannungen in der Kraftstoffleitung, die durch eine Winkelfehlausrichtung zwischen der Kraftstoffleitung und dem Anschlussfitting verursacht werden. Das kugelförmige Ende erlaubt einen einfacheren Zusammenbau, wenn eine Winkelfehlausrichtung zwischen dem kugelförmigen Ende des Fittings und seinem konischen Anschlussfitting besteht. Die geringeren Spannungen und der einfachere Zusammenbau nehmen eine größere Fehlausrichtung zwischen zusammenpassenden Komponenten auf und können die Notwendigkeit flexibler Kraftstoffleitungen vermeiden.
- Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen ist:
-
1 eine schematische seitliche Schnittdarstellung, teilweise vergrößert, eines Endfittings mit einer flachen Rückseite und einer Vorderseite, die im Wesentlichen als eine Halbkugel ausgebildet ist, um mit einem Anschlussfitting unter einem Winkel von 90 Grad zu koppeln; -
2 eine schematische seitliche Schnittdarstellung, teilweise vergrößert, eines im Wesentlichen ganz kugelförmigen Endfittings mit einer Rückseite, die gemäß der Erfindung im Wesentlichen kugelförmig ausgebildet ist, so dass sie mit dem Anschlussfitting auf solch eine Weise koppelt, dass der Spannungskonzentrationsfaktor zwischen dem Endfitting und einer Kraftstoffleitung verbessert wird; -
3 eine fragmentarische perspektivische Darstellung des im Wesentlichen kugelförmigen Endfittings an einer von dem Anschlussfitting getrennten Hochdruckkraftstoffleitung; -
4a eine schematische perspektivische Darstellung einer Hochdruckkraftstoffleitung mit einer Haltstruktur, die relativ drehbar mit dem Endfitting verbunden und daran befestigt ist; und -
4b eine schematische perspektivische Darstellung einer Hochdruckkraftstoffleitung mit dem verbesserten, im Wesentlichen kugelförmigen Endfitting und ohne die in4a gezeigte Haltestruktur. - Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
2 bis4b , wobei gleiche Bezugsziffern durchgehend die gleichen oder entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten darstellen, ist in2 eine schematische seitliche Schnittdarstellung einer Hochdruckverbindungsanordnung10 für eine Kraftstoffleitung12 mit einem Endfitting14 , das eine im Wesentlichen kugelförmige Außenfläche15 aufweist, gezeigt. Im Grunde umfasst die vorliegende Erfindung eine Hochdruckverbindungsanordnung10 für eine Kraftstoffleitung12 , die ein Anschlussfitting18 mit einer ersten Verbindungsfläche19 aufweist; ein Endfitting14 , das an der Kraftstoffleitung befestigt werden kann und mit dem Anschlussfitting zusammengepasst werden kann; und eine Haltestruktur oder Rohrmutter28 zum Verbinden des Endfittings mit dem Anschlussfitting und die eine zweite Verbindungsfläche34 aufweist (wie in2 gezeigt). Das Endfitting14 definiert eine Öffnung30 , die derart ausgebildet ist, dass sie zulässt, dass Kraftstoff von der Kraftstoffleitung12 zu dem Anschlussfitting18 strömt. Darüber hinaus definiert das Endfitting14 eine Vorderseite20 und eine Rückseite36 . Die Vorderseite20 ist derart ausgebildet, dass sie ausreichend an dem Anschlussfitting18 auf eine Weise anliegt, um eine robuste Abdichtung dazwischen zu bewirken. Die Rückseite36 des Endfittings14 , die mit der zweiten Verbindungsfläche34 der Haltestruktur28 zusam menwirkt, ist in Bezug auf die zweite Verbindungsfläche34 abgewinkelt ausgebildet, um die Abdichtung zwischen der Vorderseite20 und dem Anschlussfitting18 auf solch eine Weise zu ergänzen, dass der Spannungskonzentrationsfaktor zwischen der Kraftstoffleitung12 und dem Endfitting14 verringert wird. Der Ausdruck „abgewinkelt ausgebildet in Bezug auf" bezieht sich auf die zwei Flächen, die einen relativen Winkel aufweisen (d. h., nicht parallel sind), wie z. B. eine kugelförmige Fläche, die gegen eine Konusfläche angeordnet ist, wie hierin beschrieben. - In Hochdruckanwendungen muss das Endfitting sicher an dem Anschlussfitting
18 abgedichtet sein, um zu verhindern, dass Kraftstoff austritt. Darüber hinaus sollten das Endfitting und das Anschlussfitting18 im Wesentlichen abgedichtet sein, um das gewünschte Druckniveau innerhalb der Kraftstoffleitung12 beizubehalten. Der obere und untere Abschnitt24 bzw.26 der Vorderseite20 der Endfittings14 und16 definieren im Wesentlichen halbkugelförmige Flächen, wobei die zwei Abschnitte (24 und26 ) geringfügig versetzte Radiusmittelpunkte (A für den oberen Abschnitt bzw. B für den unteren Abschnitt) aufweisen. Die Haltestruktur oder Rohrmutter28 ist an der Kraftstoffleitung12 für eine relative Drehung in Bezug auf das Endfitting14 und das Anschlussfitting18 mit einem Gewinde befestigt, um eine Anpresskraft bereitzustellen, die ausreicht, um das Anschlussfitting18 an dem Endfitting14 abzudichten. Das Endfitting14 definiert eine Öffnung30 , um zuzulassen, dass Kraftstoff von der Kraftstoffleitung12 zu dem Anschlussfitting18 gelangt. Das Anschlussfitting18 definiert ebenfalls eine Öffnung32 , die den Kraftstoff bei einem vorbestimmten Druck in die gewünschte Richtung leitet. - Ein technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das Endfitting
14 auf eine Weise ausgebildet ist, dass Winkelfehlausrichtungen zwischen der Kraftstoffleitung und dem Anschlussfitting kompen siert werden, und dadurch der Spannungskonzentrationsfaktor in der Kraftstoffleitung12 , falls vorhanden, verringert wird. Daher wird die Funktion der Verbindung durch eine moderate Fehlausrichtung zwischen dem Anschlussfitting18 und dem Endfitting14 auf Grund der ganz kugelförmigen Außenfläche15 wie in den2 bis4b gezeigt, nicht beeinträchtigt. Insbesondere und in Bezug auf die2 und3 weist das Endfitting14 eine im Wesentlichen kugelförmige Vorderseite20 und Rückseite36 auf. Diese Konfiguration lässt zu, dass das Endfitting14 und die Kraftstoffleitung12 moderate Fehlausrichtungen zwischen der Kraftstoffleitung und dem Anschlussfitting18 aufnehmen, wodurch der Spannungskonzentrationsfaktor zwischen dem Endfitting14 und der Kraftstoffleitung12 verringert wird. Die komplementäre kugelförmige Fläche an der Rückseite36 des Endfittings14 weist ebenso wie die Vorderseite einen oberen und unteren Abschnitt (24 bzw.26 ) auf, die durch Radien mit ähnlich versetzten Zentren gebildet sind. Die Versetzung ist jedoch minimiert, so dass die Außenfläche des Endfittings14 kreisförmiger ist. Die Außenfläche des Endfittings14 ist derart ausgebildet, dass sie mit den konischen Innenflächen19 und34 des Anschlussfittings18 und der Haltestruktur28 kompatibel ist. Sowohl das Fitting18 als auch die Haltestruktur28 definieren annähernd eine Konusfläche19 bzw.34 mit einem Winkel von 60 Grad. Zusammen bilden sie einen Hohlraum27 mit zugewandten Doppelkonusflächen19 und34 . Solche gespiegelte, abgewinkelten Wände wirken mit dem kugelförmigen Endfitting zusammen, um eine Abdichtung zu bewirken, wenn das Endfitting zwischen den Konusflächen angeordnet ist. Die im Wesentlichen kugelförmigen Flächen20 und36 des Endfittings14 sind derart konstruiert, dass sie diese Konusflächen ergänzen. Die Haltestruktur28 ist an40 angeschraubt, um sie an dem Anschlussfitting18 zu befestigen. - Die Haltestruktur
28 , wie in4a gezeigt bringt eine Kraft auf die Rückseite36 des kugelförmigen Endfittings14 durch die konische Innenfläche34 auf. Die Haltestruktur28 verstärkt und sichert die Abdichtung oder Verbindung zwischen dem Endfitting14 und dem Anschlussfitting18 für die Kraftstoffleitung12 . Ein Endfitting14 und eine Haltestruktur28 können relativ drehbar an jedem Ende der Kraftstoffleitung12 aneinander montiert werden, wie in den4a und4b gezeigt. - Die Anordnung
10 kann auf ein zweifaches Abdichtsystem stützen, wie in2 gezeigt. Eine erste Abdichtung wird durch den Kontakt zwischen der abgewinkelten Fläche36 des Endfittings14 und der Konusfläche34 der Haltestruktur28 bereitgestellt. Wenn die erste Abdichtung beeinträchtigt ist – z. B. wenn die kugelförmigen Flächen20 mit den Konusflächen19 fehlausgerichtet sind – kann eine zweite Abdichtung wünschenswert sein. Ein optionales flexibles Abdichtelement44 kann in der Anordnung10 ebenfalls enthalten sein, wie in2 gezeigt, um zu verhindern, dass Kraftstoff aus der Anordnung austritt, und um das gewünschte Druckniveau darin beizubehalten. Das Abdichtelement44 (oder wie es allgemein bezeichnet werden kann: der „O-Ring") kann zwischen dem Anschlussfitting18 und der Haltestruktur28 eingesetzt werden. Das Abdichtelement44 wirkt als eine zweite Abdichtung und dichtet den Gewindeabschnitt40 des Anschlussfittings18 von der rechten Seite 46 der Haltestruktur28 ab. - Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Verbindungsanordnung
10 weniger Teile als die Anordnung42 nach dem Stand der Technik benötigt. Im Speziellen weist die Kraftstoffleitung12 um zwei flexible Leitungs-Crimpverbindungen zwischen den Endfittings14 und der Kraftstoffleitung12 weniger auf als bisherige Hochdruckkraftstoffverbindungen. Darüber hinaus sind das Endfitting14 , das Anschlussfitting18 und die Haltestruktur28 vorzugsweise aus Edelstahl hergestellt, um eine Korrosion der Anordnungsteile bei wiederholtem Kontakt mit verschiedenen Kraftstoffen zu verringern. - Ein Verfahren zur Verringerung einer durch eine Fehlausrichtung verursachte Spannungskonzentration in einer Hochdruckkraftstoffleitungsanordnung erfordert ein Ausbilden eines inneren Hohlraumes
27 zwischen dem Anschlussfitting18 und der Haltestruktur28 mit gespiegelten, abgewinkelten Wänden19 ,34 und ein Ausbilden des Endfittings14 mit einer Rückseite36 und einer Vorderseite20 , die mit den gespiegelten, abgewinkelten Wänden19 ,34 des Anschlussfittings18 und der Haltestruktur25 zusammenwirken. Das Anordnen des Endfittings in dem Hohlraum27 zwischen den gespiegelten, abgewinkelten Wänden erfolgt derart, dass zumindest eine von der Rückseite und der Vorderseite in Dichtkontakt mit zumindest einer der gespiegelten, abgewinkelten Wänden steht. - Die Verringerung einer Spannung in der Kraftstoffleitung
12 in Folge des Endfittings14 lässt zu, dass die Verbindungsanordnung in 100 % aller addierten Sechs-Sigma-Bedingungen betrieben werden kann. Obwohl jedes Produktionsteil (Endfitting14 , Kraftstoffleitung12 , Anschlussfitting18 und Haltestruktur28 ) innerhalb bestimmter Toleranzen schwanken kann, ist das Endfitting14 derart ausgebildet, dass es Teileschwankungen aufnimmt, so dass die Funktion der Druckleitungsverbindungsanordnung10 nicht beeinträchtigt ist. - Zusammengefasst betrifft die Erfindung eine Verbindungsanordnung und ein Verfahren, die für Hochdruckanwendungen geeignet sind. Im Speziellen können Endfittings, die an einer Kraftstoffleitung befestigt werden können, derart ausgebildet sein, dass sie den Spannungskonzentrationsfaktor zwischen der Kraftstoffleitung und dem Endfitting verringern. Das Endfitting ist kugelförmig und die Anschlussstrukturen weisen Konusflä chen auf, die mit dem kugelförmigen Endfitting in Kontakt stehen, um die Toleranz der Anordnung gegenüber Fehlausrichtungen zwischen dem Endfitting und dem Anschlussfitting zu erhöhen.
Claims (13)
- Hochdruckverbindungsanordnung für eine Kraftstoffleitung, umfassend: ein Anschlussfitting mit einer ersten Verbindungsfläche; ein Endfitting, das an der Kraftstoffleitung befestigt werden kann und mit dem Anschlussfitting zusammengepasst werden kann; eine Haltestruktur zum Verbinden des Endfittings mit dem Anschlussfitting und die eine zweite Verbindungsfläche aufweist; wobei das Endfitting eine Öffnung definiert, die derart ausgebildet ist, dass sie zulässt, dass Kraftstoff von der Kraftstoffleitung zu dem Anschlussfitting strömt; und wobei das Endfitting eine Vorderseite und eine Rückseite definiert, wobei die Vorderseite derart ausgebildet ist, dass sie ausreichend an dem Anschlussfitting auf eine Weise anliegt, um eine Abdichtung dazwischen zu bewirken; und die Rückseite des Endfittings, die mit der zweiten Verbindungsfläche der Haltestruktur zusammenwirkt, in Bezug auf die zweite Verbindungsfläche abgewinkelt ausgebildet ist, um die Abdichtung zwischen der Vorderseite und dem Anschlussfitting zu ergänzen, um so eine Winkelfehlausrichtung der Kraftstoffleitung zu dem Anschlussfitting zu erlauben.
- Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderseite und Rückseite des Endfittings eine im Wesentlichen kugelförmige Außenfläche aufweisen.
- Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Verbindungsfläche konische Passflächen für die Vorderseite bzw. die Rückseite des Endfittings definieren.
- Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Passflächen eine Konusfläche mit 60 Grad definiert.
- Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestruktur einen Gewindeabschnitt zum Verbinden des Endfittings mit dem Anschlussfitting aufweist.
- Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner ein Abdichtungselement umfasst, das zwischen der Haltestruktur und dem Anschlussfitting eingesetzt werden kann und derart ausgebildet ist, dass es im Wesentlichen verhindert, dass Kraftstoff darüber hinaus austritt.
- Kraftstoffleitungsanordnung, umfassend: eine Kraftstoffleitung, die ausgebildet ist, um ein Fluid bei einem hohen Druck zu transportieren; eine Verbindungsanordnung, die an der Kraftstoffleitung befestigt werden kann; wobei die Verbindungsanordnung ein Endfitting umfasst, das an der Kraftstoffleitung befestigt werden kann; und wobei die Verbindungsanordnung einen Hohlraum definiert, in den das Endfitting eingesetzt werden kann, und wobei der Hohlraum zugewandte Doppelkonusflächen aufweist, von denen zumindest eine mit dem Endfitting zusammenwirken kann, um eine Abdichtung zu bewirken.
- Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Endfitting kugelförmig ist, so dass es mit der zumindest einen der Flächen des Hohlraums der Verbindungsanordnung zusammenwirkt.
- Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsanordnung ein Anschlussfitting umfasst, das an dem Endfitting durch eine Haltestruktur befestigt werden kann.
- Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestruktur einen Gewindeabschnitt zum Verbinden des Endfittings mit dem Anschlussfitting aufweist.
- Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede Konusfläche der Doppelkonusflächen des Hohlraums konisch unter 60 Grad ausgebildet ist.
- Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner ein Abdichtungselement umfasst, das in Bezug auf die Verbindungsanordnung eingesetzt werden kann und derart ausgebildet ist, dass es im Wesentlichen verhindert, dass Kraftstoff über die Verbindungsanordnung hinaus austritt.
- Verfahren zum Verringerung einer durch eine Fehlausrichtung verursachten Spannungskonzentration in einer Hochdruckkraftstoffleitungsanordnung mit einer Kraftstoffleitung, einem Endfitting, einem Anschlussfitting und einer Haltestruktur, umfassend die Schritte: Ausbilden eines inneren Hohlraumes zwischen dem Anschlussfitting und der Haltestruktur mit gespiegelten, abgewinkelten Wänden; Ausbilden des Endfittings mit einer Rückseite und einer Vorderseite, die mit den gespiegelten, abgewinkelten Wänden des Anschlussfittings bzw. der Haltestruktur zusammenwirken können; und Anordnen des Endfittings in dem Hohlraum zwischen den gespiegelten, abgewinkelten Wänden, so dass zumindest eine von der Rückseite und der Vorderseite in Dichtkontakt mit zumindest einer der gespiegelten, abgewinkelten Wände steht.
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