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Die
Erfindung betrifft eine Verdrehsicherungsvorrichtung zum verdrehsicheren
Befestigen einer Einspritzleitung mittels einer Befestigungsvorrichtung
an einem Zylinderkopf. In Nutzfahrzeugen werden häufig
Dieselmotoren mit Direkteinspritzung des Kraftstoffs eingesetzt,
die mit Einspritzdrücken von etwa 1.800 bar bei einer Common-Rail-Einspritzung
oder mit bis zu 2.500 bar bei einer Pumpe-Düse-Einspritzung
betrieben werden.
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Aufgrund
dieses hohen Einspritzdruckes und der Vibrationen des Motors im
Betrieb sind die Einspritzleitungen der Kraftstoffeinspritzungen
im Motor hohen Belastungen ausgesetzt; der Anordnung und Befestigung
derartiger Einspritzleitungen liegen hohe Anforderungen zu Grunde.
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Bereits
bei der Montage, wenn die Einspritzleitungen an dem Zylinderkopf
befestigt werden, unterliegt die Einspritzleitung einer hohen Belastung; ihre
Montage an dem Zylinderkopf erfolgt mittels einer Überwurfsmutter,
mit der die Einspritzleitung mit einem im Zylinderkopf angeordneten
Druckrohrstutzen verschraubt wird. Das beim Aufschrauben erzeugte
Drehmoment kann bei über 40 Nm liegen und dadurch ein Verdrehen
des Druckrohrstutzens bewirken, was zur Torsion der Einspritzleitung
führen kann.
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Diese
Torsion der Einspritzleitung reduziert die Eigenspannung der Wandung
einer Einspritzleitung, die im Autofrettage-Verfahren eingebracht
wurde: Hochdruckleitungen wie die vorgenannte Einspritzleitung werden
oft bezüglich ihrer Form dem Einsatzort angepasst gebogen,
wodurch ungleichmäßig über den Querschnitt
verteilte Eigenspannungen in das gebogene Rohrstück eingeführt
werden und dort verbleiben. Daher wird in der Autofrettage-Nachbehandlung
zur Verbesserung der Materialstruktur des die Rohrwandung bildenden
Werkstoffes die Materialstruktur verändert, indem im Rohrinneren eine
außerordentlich hohe Druckbelastung erzeugt wird, die das
Elastizitätsmodul des Materials überschreitet
und dabei eine Plastifizierung des Materials und einen Aufbau von
Eigenspannungen der Einspritzleitung bewirkt, verbunden mit einer
Selbstverfestigung der Lei tung. Wird die Einspritzleitung bei der
Montage verdreht, so wird die vorgenannte Eigenspannung nachteilig
beeinflußt und eine ungewünschte Verringerung
der Druckschwellfestigkeit der Einspritzleitung ist die Folge, die
in einer verringerten Lebensdauer und Druckbeständigkeit
resultieren kann. Ziel ist daher, ein unerwünschtes Verdrehen
der Einspritzleitung bei der Montage zu verhindern.
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In
der
DE 39 08 796 wird
bereits eine Verdrehsicherung für den Halter der Kraftstoff-
Einspritzdüse beim Festspannen im Zylinderkopf des Motors beschrieben.
Diese Verdrehsicherung weist eine am Düsenhalter befestigte
Kugel auf, die in eine Längsnut in der Wand der die Einspritzdüse
aufnehmenden Öffnung im Zylinderkopf hineinragt und so
eine Drehung des Düsenhalters durch die Kugel vermieden wird.
Allerdings werden durch die Kugel Seitenkräfte eingeführt,
die auf den Düsenhalter wirken und zu Dichtproblemen führen.
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Die
DE 10 2004 0360 518 beschreibt
eine andere Art einer Verdrehsicherung, die eine Torsion der Einspritzleitungen
verhindern soll. Diese wird in der Verbindung der Einspritzleitung
mit einem am Druckrohrstutzen angebrachten Anschluss bereitgestellt,
wobei eine Dichtkegelverbindung zwischen der Einspritzleitung zur
Kraftstoffeinspritzung und einem an einem Druckrohrstutzen angebrachten
Anschluss hergestellt wird. Der Dichtkegel oder die korrespondierende
Aufnahme des Dichtkegels im Anschluss sind so ausgebildet, dass
beim Anschrauben einer Überwurfmutter, die den an der Einspritzleitung
ausgebildeten Dichtkegel an den Anschluss presst, ein Formschluss
zwischen dem Dichtkegel und der korrespondierenden Aufnahme hergestellt
wird. Hierzu können der Dichtkegel und/oder die Aufnahme
senkrecht zur Kegelachse der Kreisform abweichen. Allerdings ist
es erforderlich, dass Dichtkegel und Aufnahme bei der Montage eine
bestimmte Winkelstellung zueinander aufweisen, was eine hohe Maßhaltigkeit erfordert
und durch die spezielle Ausformung zusätzliche Kosten verursacht.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es wünschenswert, eine
vereinfachte, verbesserte und preisgünstige Verdrehsicherungsvorrichtung
für eine Einspritzleitung an einem Zylinderkopf bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Weiterbildungen
der Vorrichtungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen
ausgeführt.
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Eine
Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Verdrehsicherungsvorrichtung, die zur verdrehsicheren Befestigung
einer Einspritzleiste an einem Zylinderkopf geeignet ist, umfasst
eine Befestigungsvorrichtung, die an einem Zylinderkopf vorliegt.
Die Befestigungsvorrichtung umfasst eine hohle Druckschraube, die
bei einem montierten Zustand in dem Zylinderkopf angeordnet ist
und eine Öffnung des Zylinderkopfes durchtritt, so dass
sie mit einem Druckrohrstutzen verbunden werden kann. Der Druckrohrstutzen
hat einen umlaufenden Bund, der einen Anschlag bildet, so dass die
Druckschraube einen Abschnitt des Druckrohrstutzens koaxial aufnimmt,
bis sie an dem Bund anschlägt. Der Anschlag wird durch eine
an einem Einlaß der Druckschraube vorliegenden Anlagefläche
bereitgestellt, die an einer Anlagefläche des Anschlags-Bundes
des Druckrohrstutzens anliegt. Erfindungsgemäß weisen
nun die Anlagefläche der Druckschraube und die Anlagefläche
des Druckrohrstutzens Vertiefungen der Art auf, dass sie, wenn sie
aneinander anliegen, einen Formschluss bilden. So kann gefahrlos
und unter Aufbringen des erforderlichen Drehmoments die Einspritzleitung
in das rückwärtige Ende des Druckrohrstutzens
eingeführt und montiert werden, ohne dass es zum Verdrehen
des Druckrohrstutzens kommt, da der Formschluss einem Verdrehen
entgegenwirkt.
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Die
vorgesehenen Vertiefungen können makroskopische oder mikroskopische
Vertiefungen sein; als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch
erweisen, wenn die Vertiefungen auf den Anlageflächen radial
nach außen weisen und etwa die Form von Furchen haben.
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Günstig
fertigbare Vertiefungen werden durch einfache Sandstrahlflächen
geschaffen. Da durch Sandstrahlen nur eine Raustruktur erreicht werden
kann, werden zum Aufbringen präziser Vertiefungen, beziehungsweise
Furchen, Laser eingesetzt. Über die Lasergeschwindigkeit
kann hierbei zudem noch die Rautiefe, das heißt die Tiefe
dieser Vertiefung beziehungsweise Furche bestimmt werden. Je geringer
die Lasergeschwindigkeit ist, desto größer ist
die Rautiefe. Beispielsweise wurden mit Lasergeschwindigkeiten von
200 mm/s oder auch 100 mm/s geeignete Vertiefungen für
die formschlüssige Verbindung der Anlageflächen
erhalten.
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Der
Einlaß der Druckschraube – auch als „Stirnseite” bezeichnet – an
dem die Anlagefläche bereitgestellt ist, verläuft
in einem günstigen Fall konisch, und die Anlagefläche
des Anschlags-Bundes des Druckstutzens ist entsprechend komplementär ausgebildet,
da sich diese Gestaltung gerade mit radialen Furchen als besonders
verdrehsicher erweist.
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Die
Anlagefläche an dem konische Einlaß der Druckschraube
kann einen Winkel in einem Bereich von 1° bis 45°,
bevorzugt von 10 bis 45° in Richtung der Öffnung
des Einlasses der Druckschraube aufweisen.
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Wenn
die Befestigungsvorrichtung, die die Verdrehsicherung gemäß der
Erfindung bereitstellt, montiert ist, durchtritt die Druckschraube
eine Öffnung des Zylinderkopfes und der Druckrohrstutzen ist
auf einer der Druckschraube gegenüber liegenden Seite in
der Öffnung des Zylinderkopfes angeordnet; in ihn kann
die Einspritzleitung montiert werden.
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Durch
den mittels der Anlagefläche der Druckschraube und der
Anlagefläche des Druckrohrstutzens bereitgestellten Formschluss
wird das Haltemoment des Druckrohrstutzens auf zumindest das Niveau
des Montagemoments der Druckschraube erhöht.
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Diese
und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung
unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt.
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Der
Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung
der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des
Gegenstandes. Gegenstände oder Teile von Gegenständen,
die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können
mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der
Erfindung.
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Dabei
zeigt:
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1a eine
Seitenschnittdarstellung der Druckschraube mit darin aufgenommenem
Druckrohrstutzen,
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1b eine
perspektivische Ansicht der Druckschraube,
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1c ein
Detail der Anlagefläche der Druckschraube mit Furchen,
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2a eine
perspektivische Ansicht eines Druckrohrstutzens aus 1b,
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2b ein
Detail der Anlagefläche des Druckrohrstutzens der Druckschraube
aus
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2a mit
Furchen.
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Eine
erfindungsgemäße Verdrehsicherungsvorrichtung
dient dazu, eine verdrehsichere Befestigung einer Einspritzleitung
mittels einer Befestigungsvorrichtung an einem Zylinderkopf bereitzustellen.
Dazu umfasst die Befestigungsvorrichtung eine hohle Druckschraube 20,
wie sie in 1a und 1b deutlich
gezeigt ist. Die Druckschraube 20 weist eine durchgehende Öffnung 70 auf
und sie hat ein Außengewinde 40, über
das sie in ein in der Bohrung eines Zylinderkopfes angebrachtes
korrespondierendes Innengewinde eingeschraubt werden kann.
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Über
ihren Einlaß kann sie einen Druckrohrstutzen 10 aufnehmen,
siehe 1a, der mit der Einspritzleitung – nicht
gezeigt – verbunden wird. Der Druckrohrstutzen 10 hat
einen umlaufenden Bund 60, der einen Anschlag bereitstellt,
und an den die Druckschraube 20 anschlägt. Erfindungsgemäß sind die
am Anschlag aneinander zu liegen kommenden Anlageflächen 30, 30' der
Druckschraube 20 und des Druckrohrstutzens 10,
mit Vertiefungen versehen.
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Das
Detail der 1c und 2b zeigt
dazu radial nach außen weisende Vertiefungen bzw. Furchen 50,
die hier regelmäßig angeordnet sind. Die regelmäßige
Anordnung der Furchen 50 gelingt mittels eines Lasers.
Durch die Vertiefungen an den Anlageflächen 30, 30' der
Druckschraube des Druckrohrstutzens (10) wird ein Formschluss
bereitgestellt, wenn die Anlageflächen 30, 30' aneinander
anliegen.
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Dadurch,
dass die Druckschraube in dem Zylinderkopf festgelegt ist, kann
nun eine Haltekraft aufgebracht werden, die einem Drehmoment, das
bei einer Montage der Einspritzleitung entsteht, entgegenwirkt.
Damit wird die erfindungsgemäße Drehsicherung
bereitgestellt, wenn das Haltemoment des Formschlusses mindestens
ebenso groß ist wie das Drehmoment auf den Druckrohrstutzen.
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Je
nach gewünschtem Haltemoment des Drehrohrstutzens, das
mindestens dem Montagemoment der Einspritzleitungsmontage entsprechen
soll, kann die Tiefe der Furchen oder der anderen möglichen
Vertiefungen gewählt werden.
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Vorliegend
ist die Druckschraube 20, siehe 1a, an ihrem
Einlaß 20' konisiert; sie hat eine in Richtung
der Öffnung 70 der Schraube 20 um ca.
45° geneigte Anlagefläche 30, die besonders
geeignet ist zur Bereitstellung der erforderlichen Haltekräfte.
Natürlich sind auch andere Neigungswinkel möglich.
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1a zeigt
eine weitere Abbildung eines Druckrohrstutzens 10 mit seinem
umlaufenden Bund 60, dessen Schulter die Anlagefläche 30 als
Anschlag für die Druckschraube 20 bereitstellt.
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Bei
Verwendung der in 1a dargestellten konisierten
Schrauben 20 ist es notwendig, dass die Schulter des umlaufenden
Bundes 60 wie vorliegend am Druckrohrstutzen 10 um
denselben Winkel nach außen radial geneigt oder alternativ – hier
nicht gezeigt – die Auflagefläche 30 sphärisch
bei Konizität der Auflagefläche 30' ausgebildet
ist. So wird immer eine formschlüssige Verbindung der Auflageflächen 30, 30' gewährleistet,
bei der die Vertiefungen 50 der jeweiligen Anlageflächen
ineinander eingreifen können.
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Untersuchungen
haben gezeigt, dass die Montage der Einspritzleitung mittels einer
Befestigungsvorrichtung mit der erfindungsgemäßen
Verdrehsicherung, bei der die Anlageflächen der Druckschraube 20 und
des Druckrohrstutzens 10 formschlüssig miteinander
verbunden sind, bei einem Montagemoment von 40 Nm keine Verdrehung
des Druckrohrstutzens 10 bewirkt und somit eine Torsion der
Einspritzleitung verhindert wird, wodurch die die Lebensdauer erhöht
und Leitungsbrüche unter hohen Drücken verhindert
werden können.
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Die
erfindungsgemäße Verdrehsicherungsvorrichtung
und die erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung
bewirken somit eine Erhöhung der Sicherheit von insbesondere
PLD (Pumpe-Leitung-Düse) Einspritzmotoren und erweitern
damit auch die Anwendungsmöglichkeiten dieser Motoren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3908796 [0005]
- - DE 1020040360518 [0006]