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Die Erfindung betrifft ein Verbindungsmodul eines Kraftstoffeinspritzsystems mit einem Verbindungsrohr und einer an einem Ende des Verbindungsrohrs vorgesehenen Injektoraufnahme sowie einen Kraftstoffverteiler und ein Verfahren zur Herstellung eines Verbindungsmoduls.
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Bei der Kraftstoffversorgung von Verbrennungsmotoren mit einem Kraftstoffeinspritzsystem wird statisch komprimierter Kraftstoff in einem Verteilerrohr, auch Druckspeicherrohr genannt, gespeichert und verteilt den Injektoren bzw. Einspritzventilen einer Zylinderbank zur Verfügung stellt. Bauraumbedingt erfolgt hierbei die Verbindung zwischen Verteilerrohr und den einzelnen Injektoraufnahmen häufig über Verbindungsrohre.
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Durch die
EP 1 967 728 B1 zählt eine Kupplungsvorrichtung zum hydraulischen Kuppeln eines Kraftstoff-Injektors an ein Kraftstoffverteilerrohr eines Verbrennungsmotors zum Stand der Technik. Die Kupplungsvorrichtung umfasst eine Injektoraufnahme, die ausgelegt ist, um mit einem Kraftstoff-Einlassabschnitt des Kraftstoff-Injektors in Eingriff zu stehen, und ein Rohr bzw. eine Rohrleitung mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei das erste Ende an das Kraftstoff-Verteilerrohr und das zweite Ende an die Injektoraufnahme gekoppelt werden kann (siehe hierzu
2 und
3 der
EP 1 967 728 B1 ). Das zweite Ende der Rohrleitung ist an die Injektoraufnahme gelötet oder geschweißt.
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Ein Kraftstoffverteiler mit einem Verbindungsmodul, welches ein Verbindungsrohr und eine an einem Ende des Verbindungsrohres vorgesehene Injektoraufnahme aufweist, ist in der
DE 10 2009 051 065 B3 offenbart. Zum technologischen Hintergrund zählt ferner die
JP 2007-40248 A .
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Bei dem in der
EP 2 006 530 B1 offenbarten Kraftstoffverteiler weisen die Injektoranschlüsse jeweils einen Anschlussadapter und eine mit dem Anschlussadapter gefügte Injektoraufnahme auf. An dem vom Verteilerrohr abgewandten Ende des rohrfömigen Anschlussadapters besitzt dieser einen im Durchmesser erweiterten Stutzen. Die Injektoraufnahme ist topfförmig konfiguriert und in den Stutzen eingeschoben und dort dicht gefügt.
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Durch die
EP 2 910 768 A1 zählt eine Kraftstoffleitungseinheit bzw. ein Verbindungsmodul zum Stand der Technik, bei welchem das Verbindungsrohr ein oberes Rohr und ein unteres Rohr umfasst. Das untere Rohr mündet in die Injektoraufnahme. Das obere Rohr und das untere Rohr sind über eine starre Verbindung gekoppelt.
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Aufgrund der in Kraftstoffeinspritzsystemen herrschenden hohen Drücke unterliegen die Verbindungen hohen insbesondere statischen Belastungen. Grundsätzlich können hierbei die Verbindungsstellen, insbesondere auch Lotverbindungen, Schwachstellen hinsichtlich der Dauerfestigkeit darstellen.
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Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik, die Aufgabe zugrunde, ein fertigungstechnisch vorteilhaftes und qualitativ verbessertes Verbindungsmodul, ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie einen für den betrieblichen Einsatz in Kraftstoffeinspritzsystemen verbesserten Kraftstoffverteiler aufzuzeigen.
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Ein erfindungsgemäßes Verbindungsmodul ist Gegenstand von Anspruch 1.
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Ein gemäß der Erfindung ausgestalteter Kraftstoffverteiler zum Zuführen von Kraftstoff zu Einspritzventilen einer Brennkraftmaschine ist in Anspruch 6 charakterisiert.
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Das Verfahren zur Herstellung eines Verbindungsmoduls ist Gegenstand von Anspruch 7.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verbindungsmoduls sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 5.
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Das Verbindungsmodul weist ein Verbindungsrohr und eine an einem Ende des Verbindungsrohres vorgesehene Injektoraufnahme auf. Die Injektoraufnahme wird fachterminologisch auch als Injektortasse oder Injektorbecher bezeichnet. Die Injektoraufnahme befindet sich vom Kraftstoffverteilerrohr des Kraftstoffeinspritzsystems ausgehend am stromabwärtigen ersten Ende des Verbindungsrohres. Erfindungswesentlicher Aspekt ist, dass die Injektoraufnahme am Ende des Verbindungsrohres stauchtechnisch hergestellt ist. Die Injektoraufnahme ist materialeinheitlich einstückiger Bestandteil des Verbindungsrohrs. Die Injektoraufnahme ist direkt am Verbindungsrohr ausgeformt. Diese einteilige Lösung hat den Vorteil, dass eine Fügestelle, insbesondere eine Lötnaht, weniger notwendig ist. Hierdurch kann eine potentielle Schwachstelle hinsichtlich der Dichtigkeit und Dauerfestigkeit eliminiert werden.
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Ein weiterer Vorteil besteht in der Reduzierung der Teilevielfalt. Das erfindungsgemäße Verbindungsmodul mit Verbindungsrohr und Injektoraufnahme lässt sich aus einem Halbzeug, einem Rohr bzw. einer Rohrleitung herstellen. Durch die einteilige Ausgestaltung kann zumindest eine Fügenaht zwischen Verbindungsrohr und Injektoraufnahme eingespart werden. Damit gibt es auch im Übergangsbereich vom Verbindungsrohr zur Injektoraufnahme keine kritischen Gefügestrukturen.
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Das Verbindungsmodul mit der durch eine Stauchoperation herstellte Injektoraufnahme weist einen homogenen Faserverlauf auf. Dieser nicht unterbrochene Faserverlauf lässt im Gegensatz zu herkömmlich hergestellten Verbindungen höhere Belastungen bei gleichem Materialeinsatz erwarten.
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Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, eine gezielte Wandstärkenverteilung in der Injektoraufnahme und/oder im Übergangsbereich vom Verbindungsrohr zur Injektoraufnahme vorzunehmen. Dies lässt eine Gewichtsoptimierung und ggfs. auch eine Materialersparnis zu.
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Vorzugsweise weist die Injektoraufnahme einen zylinderischen Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme eines Einlassabschnitts eines Kraftstoffinjektors auf. An diesen Aufnahmeabschnitt schließt sich ein sich in Richtung zum Verbindungsrohr konisch verjüngender Übergangsabschnitt an.
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Eine bauteiltechnisch und montagetechnisch vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Injektoraufnahme an ihrer zum Zylinderkopf gerichteten Öffnungsseite, also öffnungsseitig, zumindest einen radial ausgerichteten Stützabschnitt aufweist. Vorzugsweise ist der Stützabschnitt als umlaufender Radialkragen ausgebildet. An die Injektoraufnahme ist ein Injektor direkt anschließbar. An dem Stützabschnitt, insbesondere einem äußeren Radialkragen, kann sich eine Feder abstützen, die einen eingebauten Injektor axial vorspannt, damit dieser in Position bleibt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verbindungsmoduls sieht vor, dass am verteilerrohrseitigen Ende, also dem zweiten Ende des Verbindungsrohrs, ein Anschlussadapter vorgesehen ist. Der Anschlussadapter ist insbesondere stoffschlüssig, vorzugweise mittels einer Lotverbindung, mit dem zweiten Ende gefügt.
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Mittels des Anschlussadapters wird die fluidleitende Verbindung zwischen dem Verteilerrohr und dem Verbindungsmodul hergestellt. Das Verteilerrohr weist Abzweigbohrungen auf, an welche jeweils ein Verbindungsrohr eines Verbindungsmoduls angeschlossen ist.
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Die Herstellung eines erfindungsgemäßen Verbindungsmoduls erfolgt mittels einer Formvorrichtung, die ein Außenwerkzeug und einen Dorn umfasst. Zur Herstellung wird ein Rohr bzw. eine Rohrleitung bereitgestellt. Dieses wird in der Formvorrichtung gehalten. Ein Ende des Verbindungsrohrs wird in einem Außenwerkzeug aufgenommen. Das Außenwerkzeug weist eine Formkontur auf, welche der Außenkontur der Injektoraufnahme entspricht bzw. dafür vorgesehen ist, die Injektoraufnahme auszuformen. In das Ende wird innen der Dorn axial eingeführt. Das Ende wird mit Hilfe des Dorns aufgeweitet und die Injektoraufnahme ausgeformt. Beim Stauchformvorgang wird sowohl die Außenkontur als auch die Innenkontur der Injektoraufnahme einschließlich des Übergangsabschnittes geformt. Auch der oder die radial ausgerichteten Stützabschnitte an der Öffnungsseite der Injektoraufnahme werden bei dem Stauchvorgang ausgebildet.
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Der Stauchvorgang erfolgt vorzugsweise einstufig. Grundsätzlich ist aber auch ein mehrstufiger Formprozess möglich.
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Vorteilhafter Weise erfolgt der Umform- bzw. Stauchprozess kalt. Dies ist energetisch vorteilhaft. Falls notwendig, kann das Ausformen der Injektoraufnahme am Ende des Verbindungsrohres auch im warmen Zustand in einem stauchformtechnischen Warmformprozess erfolgen. Die Umformtemperaturen hierbei können in einem Bereich zwischen 200 °C und 800 °C liegen.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels ergänzend beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Verbindungsmoduls angeschlossen an einem Verteilerrohr eines Kraftstoffverteilers;
- 2 einen endseitigen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Verbindungsmoduls und
- 3 die Darstellung gemäß der 2 in einer Schnittdarstellung.
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1 zeigt einen Schnitt durch das Verteilerrohr 1 eines Kraftstoffverteilers mit einem am Verteilerrohr 1 festgelegten Verbindungsmodul 2.
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Der Kraftstoffverteiler gehört zum Kraftstoffeinspritzsystem eines Verbrennungsmotors. Die Druckerzeugung und die Kraftstoffeinspritzung sind bei solchen Speichereinspitzsystemen voneinander entkoppelt. Eine separate Hochdruckpumpe erzeugt kontinuierlich Druck. Dieser unabhängig von der Einspritzfolge aufgebaute Druck steht im Kraftstoffverteiler permanent zur Verfügung. Der Kraftstoffverteiler wird fachterminologisch auch als „Common Rail“ bezeichnet.
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Das Verteilerrohr 1 des Kraftstoffverteilers weist einen hier nicht dargestellten pumpenseitigen Kraftstoffeinlass auf, durch welchen Kraftstoff in den Druckraum 3 im Inneren des Verteilerrohrs 1 geführt wird. Der statisch komprimierte Kraftstoff wird im Verteilerrohr 1 gespeichert und über jeweils ein Verbindungsmodul 2 verteilt den Injektoren einer Zylinderbank zur Verfügung gestellt. Das Verbindungsmodul 2 fungiert als Kraftstoffleitungseinheit. Im Verteilerrohr 1 sind radiale Abzweigbohrungen 4 vorgesehen, über welche der Druckraum 3 mit den einzelnen Verbindungsmodulen 2 in Verbindung steht.
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Das Verbindungsmodul 2 (siehe hierzu auch 1 und 2) umfasst ein Verbindungsrohr 5 aus Stahl, insbesondere Edelstahl, mit einem ersten Ende 6 und einem zweiten Ende 7. Am ersten Ende 6 ist eine Injektoraufnahme 8 vorgesehen. Die Injektoraufnahme 8 wird in der Praxis häufig auch als Injektortasse oder Injektorbecher bezeichnet. Die Injektoraufnahme 8 ist am Ende 6 des Verbindungsrohrs 5 materialeinheitlich einstückig aus dem Ende 6 des Verbindungsrohrs 5 durch einen Stauchprozess, also stauchtechnisch, hergestellt.
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Die Injektoraufnahme 8 weist einen zylindrischen Aufnahmeabschnitt 9 auf. Dieser dient zur Aufnahme eines Einlassabschnittes eines hier nicht dargestellten Kraftstoffinjektors. Öffnungsseitig an der Injektoraufnahme 8 ist am Aufnahmeabschnitt 9 ein radial ausgerichteter, kranzförmig umlaufender Stützabschnitt 10 ausgebildet. Gegen diesen Stützabschnitt 10 kann sich eine Feder abstützen, die einen eingebauten Injektor axial vorspannt, damit dieser in Position bleibt.
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Über einen Übergangsabschnitt 11 geht der Aufnahmeabschnitt 9 der Injektoraufnahme 8 in das Verbindungsrohr 5 über. Der Übergangsabschnitt 11 ist konisch ausgebildet und verjüngt sich vom Aufnahmeabschnitt 9 ausgehend in Richtung zum Verbindungsrohr 5.
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Jedes Verbindungsmodul 2 ist mit dem Verteilerrohr 1 verbunden. Hierzu ist das Verbindungsrohr 5 jeweils über einen Anschlussadapter 12 mit dem Verteilerrohr 1 gefügt. Das Anschlussadapter 12 ist am zweiten Ende 7 des Verbindungsrohres 5 mit diesem stoffschlüssig gefügt.
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Der Anschlussadapter 12 ist einstückig und besitzt einen an die Außenkontur des Verteilerrohres 1 angepassten Montageflansch 13, über den der Anschlussadapter 12 mit dem Verteilerrohr 1 gefügt ist. Der Anschlussadapter 12 weist eine gestufte Durchgangsbohrung 14 auf. Die Durchgangsbohrung 14 kommuniziert mit der Abzweigbohrung 4 im Verteilerrohr 1. Über eine Stufe 15 vergrößert sich der vordere Abschnitt der Durchgangsbohrung 14 in einen hinteren Aufnahmeabschnitt 16. Der Aufnahmeabschnitt 16 weist einen an den Außendurchmesser des Verbindungsrohres 5 angepassten Innendurchmesser auf. Das zweite Ende 7 des Verbindungsrohres 5 ist in den Aufnahmeabschnitt 16 eingeführt und stützt sich stirnseitig an der Stufe 15 des Anschlussadapters 12 ab. Der Anschlussadapter 12 und das zweite Ende 7 des Verbindungsrohres 5 sind stoffschlüssig durch eine Lotverbindung fluiddicht gefügt.
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Zur Herstellung des Verbindungsmoduls 1 und der direkten einteiligen Ausbildung der Injektoraufnahme 8 am ersten Ende 6 des Verbindungsrohres 5 wird das Verbindungsrohr 5 in einer hier nicht dargestellten Formvorrichtung gehalten. Die Formvorrichtung umfasst ein Außenwerkzeug mit einer Formkontur. Diese Formkontur dient zur Ausbildung der Außenkontur der Injektoraufnahme. Weiterhin umfasst das Formwerkzeug einen Dorn. Das Ende 6 des Verbindungsrohres 5 wird in dem Außenwerkzeug aufgenommen. Hierzu wird das Außenwerkzeug über das Ende 6 geschoben. Der Dorn wird axial in das Ende 6 des Verbindungsrohres 5 eingeführt und weitet hierbei das Ende 6 auf. Das Ende 6 wird stauchtechnisch umgeformt und die Injektoraufnahme 8 ausgeformt.
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Bezugszeichenliste
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- 1-
- Verteilerrohr
- 2-
- Verbindungsmodul
- 3-
- Druckraum
- 4-
- Abzweigbohrung
- 5-
- Verbindungsrohr
- 6-
- erstesEndevon5
- 7-
- zweitesEndevon5
- 8-
- Injektoraufnahme
- 9-
- Aufnahmeabschnitt
- 10-
- Stützabschnitt
- 11-
- Übergangsabschnitt
- 12-
- Anschlussadapter
- 13-
- Montageflansch
- 14-
- Durchgangsbohrung
- 15-
- Stufe
- 16-
- Aufnahmeabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1967728 B1 [0003]
- DE 102009051065 B3 [0004]
- JP 2007040248 A [0004]
- EP 2006530 B1 [0005]
- EP 2910768 A1 [0006]
