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Die
Erfindung betrifft einen hydraulischen Anschluss für ein Fluidelement
und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
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Fluidelemente
wie Pumpen und Ventile werden vorzugsweise für ein Speichereinspritzsystem für Brennkraftmaschinen
von Kraftfahrzeugen verwendet. Derartige Pumpen werden insbesondere
als Hochdruckpumpen zur Förderung
von Fluid für
diese Speichereinspritzsysteme eingesetzt.
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Speichereinspritzsysteme
für Brennkraftmaschinen
von Kraftfahrzeugen, beispielsweise in Common-Rail-Systemen, sollen
den notwendigen Volumenstrom und den erforderlichen Fluiddruck bereitstellen
können.
Die Pumpen in Speichereinspritzsystemen für Kraftfahrzeuge unterliegen
starken Belastungen, insbesondere mechanischen Beanspruchungen.
Insbesondere müssen
von derartigen Pumpen große
Kräfte
aufgenommen werden können.
Damit werden sowohl hohe Anforderungen an die Materialien, aus denen
die Komponenten der Pumpen bestehen, als auch an die Konstruktion
der Pumpen gestellt. Da diese Pumpen hohen Drücken ausgesetzt sein können, müssen sie
starken Beanspruchungen standhalten.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, einen hydraulischen Anschluss für ein Fluidelement
zu schaffen, der einen zuverlässigen
und präzisen
Betrieb des Fluidelements ermöglicht.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines
hydraulischen Anschlusses für
ein Fluidelement zu schaffen, das kostengünstig ausgeführt werden
kann.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Gemäß eines
ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch einen hydraulischen
Anschluss für
ein Fluidelement, der aufweist einen Anschlussstutzen mit einer
in diesem ausgebildeten, sich in Richtung einer Längsachse
erstreckenden, im Wesentlichen zylinderförmigen Ausnehmung mit einer
Wand, und ein sich in Richtung der Längsachse erstreckendes Rohr,
das ein in der Ausnehmung angeordnetes Rohrendstück mit einer äußeren Mantelwand
und einer Stirnwand hat, wobei das Rohr und der Anschlussstutzen
im Bereich einer Kontaktfläche zwischen
der Wand der Ausnehmung und der äußeren Mantelwand
des Rohrs einen Pressverband ausbilden, und der Anschlussstutzen
aufweist ein an der Wand der Ausnehmung ausgebildetes Dichtelement, das
mit der Stirnwand des Rohrs so zusammenwirkt, dass das Rohrendstück und das
Dichtelement so gegeneinander plastisch verformt sind, dass sie
miteinander eine in Bezug auf die Längsachse umlaufende metallische
Dichtung bilden.
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Der
Begriff Fluidelement ist hier in einem weiten Sinne zu verstehen,
das Fluidelement kann also beispielsweise eine Pumpe, ein Ventil,
ein Rohr oder ein anderes hydraulisches Bauteil sein. Der Begriff
Fluid ist in seinem weiteren Sinne zu verstehen, das Fluid kann
also sowohl eine Flüssigkeit
als auch ein Gas sein. Die plastische Verformung kann entweder das
Rohrendstück
oder das Dichtelement oder beide Bauteile betreffen.
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Die
metallische Dichtung aus plastisch verformten Rohr und Dichtelement
des Anschlussstutzens hat den Vorteil, dass eine hohe Dichtheit
des hydraulischen Anschlusses ermöglicht ist.
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Damit
kann eine niedrige Ausfallwahrscheinlichkeit des Fluidelements ermöglicht werden.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
hat das Dichtelement eine Dichtfläche, die von der Längsachse
abgewandt ist, und das Rohrendstück und
das Dichtelement sind im Bereich der Dichtfläche gegeneinander plastisch
verformt, derart, dass sie miteinander eine metallische Dichtung
bilden. Dies hat den Vorteil, dass auf das Rohrendstück im Bereich
der Stirnwand eine nach außen
wirkende Radialkraft ausgeübt
werden kann. Damit kann eine besonders hohe Dichtheit des hydraulischen
Anschlusses erreicht werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Dichtfläche im Wesentlichen
kegelmantelförmig
ausgebildet. Damit kann das Dichtelement einfach ausgebildet werden.
Auf das Rohrendstück kann
im Bereich der Stirnwand besonders einfach eine nach außen wirkende
Radialkraft ausgeübt
werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform begrenzen die Stirnwand
des Rohrs und die Wand der Ausnehmung eine fluiddicht ausgebildete Kammer.
Dies hat den Vorteil, dass Partikel, die bei der Montage des Rohrs
in dem Anschlussstutzen oder anderweitig entstehen, in der Kammer
aufgenommen werden können.
Des Weiteren kann verhindert werden, dass die in der Kammer eingeschlossenen
Partikel wieder in den Fluidkreislauf gelangen. Damit kann eine
Störung
des entsprechenden Fluidelements, das mit dem hydraulischen Anschluss
versehen ist, durch freigesetzte Partikel vermieden werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform hat das Dichtelement
in Richtung der Längsachse
ein stufenförmig
ausgebildetes Querschnittsprofil. Damit kann das Dichtelement einfach
ausgebildet werden. Weiter kann so eine gute Dichtheit des hydraulischen
Anschlusses erreicht werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist auf der äußeren Mantelwand
des Rohrs ein Vorsprung angeordnet, der so ausgebildet ist, dass das
Rohr und die Wand der Ausnehmung miteinander in Eingriff sind. Dies
hat den Vorteil, dass bei Einwirken von Drehkräften auf das Rohr ein Verdrehen des
Rohrs gegenüber
dem Anschlussstutzen vermieden werden kann.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind auf der äußeren Mantelwand
des Rohrs mehrere Vorsprünge
angeordnet, und die Vorsprünge
sind über
den Umfang des Rohrs gleichmäßig verteilt
angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass ein Verdrehen des Rohrs gegenüber dem
Anschlussstutzen auch bei Einwirken größerer Drehkräfte vermieden werden
kann.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Fluidelement
eine Pumpe oder ein Ventil. Damit ist eine besonders dichte Ausführung des
hydraulischen Anschlusses im Bereich des Anschlussstutzens von Pumpen
oder Ventilen möglich.
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Gemäß eines
zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren
zur Herstellung eines hydraulischen Anschlusses für ein Fluidelement,
wobei ein Anschlussstutzen und ein Rohr bereitgestellt werden, das
Rohrendstück
des Rohrs in die Ausnehmung des Anschlussstutzens eingeführt wird,
auf das Rohr eine Kraft in Richtung der Längsachse ausgeübt wird,
um es in die Ausnehmung des Anschlussstutzens einzupressen, derart,
dass das Rohr und der Anschlussstutzen im Bereich der Kontaktfläche zwischen
der Wand der Ausnehmung und der äußeren Mantelwand
des Rohrs einen Pressverband ausbilden, und auf das Rohr solange
eine weitere Kraft in Richtung der Längsachse ausgeübt wird, um
es in die Ausnehmung des Anschlussstutzens einzupressen, bis das
Rohrendstück
und der Dichtelement so gegeneinander plastisch verformt sind, dass
sie miteinander eine umlaufende metallische Dichtung bilden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht eines hydraulischen Anschlusses für ein Fluidelement
in einer ersten Ausführungsform
in einem Längsschnitt,
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2 den
hydraulischen Anschluss für
ein Fluidelement in einer schematischen Detaildarstellung des Ausschnitts
II der 1,
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3 eine
schematische Ansicht des hydraulischen Anschlusses für ein Fluidelement
in einer weiteren Ausführungsform
in einem Längsschnitt, und
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4 einen
Anschlussstutzen des hydraulischen Anschlusses für ein Fluidelement in einer
Seitenansicht.
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Elemente
gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
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Die
Figuren zeigen einen hydraulischen Anschluss 10 für ein Fluidelement 12.
Das Fluidelement 12 ist vorzugsweise eine hydraulische
Pumpe, ein Ventil zur Steuerung eines Fluidstroms oder ein hydraulisches
Rohrelement.
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Der
hydraulische Anschluss 10 hat einen Anschlussstutzen 14 und
ein Rohr 20.
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Der
Anschlussstutzen 14 weist eine Außenwand 15 und eine
Ausnehmung 16 auf, die sich in Richtung einer Längsachse
L erstreckt und im Wesentlichen zylinderförmig ist. Vorzugsweise ist
die Ausnehmung 16 kreiszylinderförmig. Die Ausnehmung 16 bildet
eine Wand 18 aus.
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Das
Rohr 20 ist in der Ausnehmung 16 angeordnet und
erstreckt sich ebenfalls in Richtung der Längsachse L der Ausnehmung 16.
Das Rohr 20 ist in seiner Querschnittsform der Querschnittsform
der zylinderförmigen
Ausnehmung 16 angepasst. Vorzugsweise hat das Rohr 20 einen
Kreisquerschnitt. Das Rohr 20 kann jedoch auch andere Querschnittsformen,
wie sie für
hydraulische Rohre bekannt sind, aufweisen.
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Das
Rohr 20 hat einen Kragen 36, dessen Funktion weiter
unten beschrieben wird.
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Das
Rohr 20 hat weiter ein Rohrendstück 22, das in der
Ausnehmung 16 angeordnet ist. Das Rohrendstück 22 hat
eine äußere Mantelwand 24,
die an der Wand 18 der Ausnehmung 16 anliegt.
Weiter hat das Rohrendstück 22 eine
Stirnwand 26, die im Wesentlichen in einer Richtung abgewandt
von der Außenwand 15 des
Anschlussstutzens 14 angeordnet ist.
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An
der Wand 18 der Ausnehmung 16 des Anschlussstutzens 14 ist
ein Dichtelement 28 ausgebildet. Das Dichtelement 28 ist
vorzugsweise einstückig mit
dem Anschlussstutzen 14 ausgebildet und umlaufend an der
Wand 18 angeordnet, das heißt, dass es von der Längsachse
L aus gesehen radial in allen Richtungen angeordnet ist.
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In
der Ausführungsform
des hydraulischen Anschlusses 10 der 1 und 2 hat
das Dichtelement 28 eine Dichtfläche 29, die von der
Längsachse
L abgewandt und im Wesentlichen kegelmantelförmig ausgebildet ist. In der
Ausführungsform
des hydraulischen Anschlusses 10 der 3 hat
das Dichtelement 28 ein in Richtung der Längsachse
L ausgebildetes, stufenförmiges
Querschnittsprofil 32.
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Das
Rohr 20 ist derart in dem Anschlussstutzen 14 eingepresst,
dass das Rohr 20 und der Anschlussstutzen 14 im
Bereich einer Kontaktfläche 38 zwischen
der Wand 18 der Ausnehmung 16 und der äußeren Mantelwand 24 des
Rohrendstücks 22 einen
Pressverband ausbilden. Dies heißt, dass entweder das Rohr 20 oder
der Anschlussstutzen 14 im Bereich der Kontaktfläche derart
elastisch verformt ist, dass ein fluiddicht ausgebildeter Pressverband ausgebildet
ist.
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Das
Rohr 20 ist derart in dem Anschlussstutzen 14 eingepresst,
dass das Rohrendstück 22 und/oder
das Dichtelement 28 so gegeneinander plastisch verformt
sind, dass sie im Bereich der Dichtfläche 29 eine umlaufende
metallische Dichtung ausbilden. Eine derartige metallische Dichtung
aus dem plastisch verformten Rohrendstück 22 und/oder dem plastisch
verformten Dichtelement 28 des Anschlussstutzens 14 ermöglicht eine
hohe Dichtheit des hydraulischen Anschlusses 10.
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Die
Funktion der Dichtung soll insbesondere anhand der 1 und
der Ausschnittsvergrößerung der 2 im
Detail dargestellt werden:
Durch das Einpressen des Rohrs 20 in
die Ausnehmung 16 des Anschlussstutzens 14 bildet
sich, abhängig
von der Härte
des Rohrs 20 und des Anschlussstutzens 14, im
Bereich der Dichtfläche 29 die metallische
Dichtung aus. Ist insbesondere das Material des Anschlussstutzens 14 härter als
das Material des Rohrs 20, so verformt sich im Wesentlichen das
Material des Rohrendstücks 22 und
es bildet sich die Dichtfläche 29(A) aus.
Weist dagegen das Material des Rohrs 20 und damit des Rohrendstücks 22 eine
größere Härte auf
als das Material des Anschlussstutzens 14, so verformt
sich im Wesentlichen der Anschlussstutzen 14 und es bildet
sich die Dichtfläche 29(B) mit
einer geringfügigen
Abweichung der gesamten Dichtfläche 29 von
der Form des Kegelmantels aus. Je nach Härteverhältnissen des Rohrs 20 und
des Anschlussstutzens 14 kann sich die Dichtfläche auch
innerhalb des gepunkteten Bereichs zwischen der Dichtfläche 29(A) und
der Dichtfläche 29(B) der 2 ausbilden.
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In
der Ausführungsform
des hydraulischen Anschlusses 10 der 1 und 2 ist
zwischen der Stirnwand 26 des Rohrs 20 und der
Wand 18 der Ausnehmung 16 ist eine fluiddichte
Kammer 30 ausgebildet. Die Kammer 30 ermöglicht die
Aufnahme von Partikeln, wie sie während der Montage des Rohrs
in dem Anschlussstutzen 14 entstehen können, wie weiter unten noch
näher erläutert wird.
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In 3 ist
eine weitere Ausführungsform des
hydraulischen Anschlusses 10 dargestellt. Das Dichtelement 28 mit
dem in der Richtung der Längsachse
L stufenförmig
ausgebildeten Querschnittsprofil 32 stellt eine besonders
einfache Ausführung
des Dichtelements 28 dar. Zwischen dem Rohr 20 und dem
Anschlussstutzen 14 ist hier die Dichtfläche 29(A) entsprechend
dem stufenförmig
ausgebildeten Querschnittsprofil 32 des Dichtelements 28 ausgebildet,
wenn das Material des Dichtelements 28 härter ist
als das Material des Rohrendstücks 22.
Hat das Rohr 20 ein härteres
Material als das Dichtelement 28, so bildet sich die Dichtfläche 29(B) zwischen
dem Rohrendstück 22 und
dem Anschlussstutzen 14 aus. Je nach Härteverhältnissen des Rohrs 20 und
des Anschlussstutzens 14 kann sich die Dichtfläche auch innerhalb
des gepunkteten Bereichs zwischen der Dichtfläche 29(A) und der
Dichtfläche 29(B) der 3 ausbilden.
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4 zeigt
das Rohr 20 in Form eines Rohrbogens mit dem Kragen 36.
Das Rohr 20 weist auf der äußeren Mantelwand 24 Vorsprünge 34 auf.
Die Vorsprünge 34 sind
so ausgebildet, dass das Rohr 20 und die Wand 18 der
Ausnehmung 16 des Anschlussstutzens 14 miteinander
in Eingriff sind. Wirken nun Rotationskräfte um die Längsachse
L auf das Rohr 20 ein, so kann vermieden werden, dass sich
das Rohr 20 gegenüber
dem Anschlussstutzen 14 verdrehen lässt. Sind insbesondere mehrere
Vorsprünge 34 über den
Umfang des Rohrs gleichmäßig verteilt
angeordnet, so kann auch bei Einwirken größerer Drehkräfte vermieden
werden, dass sich das Rohr 20 gegenüber dem Anschlussstutzen 14 verdrehen
lässt.
Besonders vorteilhaft ist die Kombination der Vorsprünge 34 mit
der plastischen Verformung des Rohrendstücks 22 und/oder des
Dichtelements 28 unter Ausbildung der umlaufenden metallische Dichtung,
da so eine Verdrehsicherung im Bereich des Pressverbands mit einer
sehr dichten Ausbildung des hydraulischen Anschlusses 10 verbunden
sein kann.
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Im
Folgenden soll das Verfahren zur Herstellung eines hydraulischen
Anschlusses 10 für
ein Fluidelement 12 dargestellt werden:
Zuerst wird
das Rohr 20 und der Anschlussstutzen 14 bereitgestellt.
Das Rohrendstück 22 des
Rohrs 20 wird in die Ausnehmung 16 des Anschlussstutzens 14 eingeführt. Weist
das Rohr 20 den Kragen 36 auf, so wird vorzugsweise über den
Kragen 36 eine Kraft F in Richtung der Längsachse
ausgeübt,
um das Rohr 20 in die Ausnehmung 16 des Anschlussstutzens 14 einzupres sen.
Weist das Rohr 20 keinen Kragen auf, so wird die Kraft
F in anderer geeigneter Weise in Richtung der Längsachse L auf das Rohr 20 aufgebracht.
Die Kraft F wird derart auf das Rohr 20 in Richtung der
Längsachse
L aufgebracht, dass das Rohr 20 und der Anschlussstutzen 14 im
Bereich der Kontaktfläche
zwischen der Wand 18 und der Ausnehmung 16 und
der äußeren Mantelwand 24 des Rohrs 20 einen
Pressverband ausbilden. Dieser Pressverband führt zu einer elastischen Verformung des
Rohrs 20 und/oder des Anschlussstutzens 14.
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Die über den
Kragen 36 auf das Rohr 20 einwirkende Kraft F
in Richtung der Längsachse
L wird nun weiter so lange erhöht,
bis das Rohrendstück 22 und/oder
das Dichtelement 28 so plastisch verformt sind, dass sie
miteinander eine umlaufende metallische Dichtung ausbilden. Dabei
kann das Rohrendstück 22 und/oder
das Dichtelement 28 plastisch verformt werden. Zwischen
dem Rohrendstück 22 und dem
Dichtelement 28 bildet sich dabei die Dichtfläche 29(A), 29(B) oder
eine Dichtfläche
innerhalb des gepunkteten Bereichs zwischen der Dichtfläche 29(A) und
der Dichtfläche 29(B) im
Bereich der plastischen Verformung des Rohrendstücks 22 und des Dichtelements 28 aus.
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In
der Ausführungsform
des hydraulischen Anschlusses der 1 und 2 bildet
sich beim Einpressen des Rohrs 20 in die Ausnehmung 16 des Anschlussstutzens 14 zwischen
der Stirnwand 26 und der Wand 18 des Anschlussstutzens 14 die
Kammer 30 aus. Während
des Einpressens des Rohrs 20 in die Ausnehmung 16 des
Anschlussstutzens 14 können
von dem Rohr 20 und/oder dem Anschlussstutzen 14 Partikel
abgetragen werden, die zusammen mit dem Rohrendstück 22 in
Richtung auf das Dichtelement 28 hin verschoben werden,
und schließlich
in der Kammer 30 aufgefangen werden. Da zwischen dem Rohrendstück 22 und
dem Dichtelement 28 die umlaufende Dichtfläche 29(A), 29(B) ausgebildet
ist, ist es so möglich,
dass die abgetragenen Partikel dauerhaft in der Kammer 30 verbleiben, und
nicht in den Fluidkreislauf gelangen können. Damit kann eine Störung durch
freigesetzte Partikel in dem Fluidkreislauf, in dem das Fluidelement 12 angeordnet
ist, das mit dem hydraulischen Anschluss 10 versehen ist,
vermieden werden.
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In
der Ausführungsform
der 3 können während des
Einpressens des Rohrs 20 in den Anschlussstutzen 14 an
der Wand 18 oder der äußeren Mantelwand 24 entstehende
Partikel im Bereich der Dichtfläche 29 fixiert
werden.