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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anschließen einer Hochdruckleitung an einen Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Kraftstoffinjektor mit einer solchen Vorrichtung.
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Stand der Technik
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Ein Kraftstoffinjektor weist üblicherweise einen Hochdruckanschluss auf, der mit einer Hochdruckleitung verbindbar ist. Der Hochdruckanschluss kann insbesondere einen Druckrohrstutzen umfassen, der von einem Hochdruckkanal durchsetzt ist und ein erstes Außengewinde zur Verschraubung mit dem Injektorkörper und ein zweites Außengewinde zur Verbindung mit der Hochdruckleitung aufweist. Beispielsweise kann die Hochdruckleitung über eine Leitungsmutter mit dem Druckrohrstutzen verschraubt werden. Beim Herstellen und/oder Lösen der Verschraubung gilt es eine Verdrehung des Druckrohrstutzens gegenüber dem Injektorkörper zu verhindern, da andernfalls die erforderliche Abdichtung gegenüber Hochdruck im Kontaktbereich des Druckrohrstutzens mit dem Injektorkörper nicht mehr gewährleistet ist. Aus dem Stand der Technik sind daher bereits Maßnahmen bekannt, die ein Losdrehen des Druckrohrstutzens verhindern sollen.
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Aus der
DE 101 25 439 A1 geht beispielsweise eine Hochdruckanschlussvorrichtung mit einem stiftförmigen Sicherungselement als Verdrehsicherung hervor.
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Der
DE 10 2014 214 110 A1 ist eine Hochdruckanschlussvorrichtung mit einem Druckrohrstutzen zu entnehmen, der unter Ausbildung einer Verschraubung in ein Gehäuse eingesetzt ist, wobei die Verschraubung zumindest eine Flanke aufweist, die zur Erhöhung des Lösemoments zwei unterschiedliche Flankenwinkel besitzt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckanschlussvorrichtung der vorstehend genannten Art anzugeben, die aufgrund eines erhöhten Lösemoments auf Dauer dicht gegenüber Hochdruck ist und zugleich eine Überbelastung im Verschraubungsbereich vermeidet.
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Zur Lösung der Aufgabe wird die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird ein Kraftstoffinjektor mit einer solchen Vorrichtung angegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die zum Anschließen einer Hochdruckleitung an einen Kraftstoffinjektor vorgeschlagene Vorrichtung umfasst einen Injektorkörper mit einer Aufnahmeöffnung, in die ein von einem Hochdruckkanal durchsetzter Druckrohrstutzen eingeschraubt ist, so dass eine ringförmige Dichtfläche des Druckrohrstutzens zur dichtenden Anlage an einer innerhalb der Aufnahmeöffnung ausgebildeten Sitzfläche gelangt, im Bereich welcher ein im Injektorkörper ausgebildeter Zulaufkanal in die Aufnahmeöffnung mündet. Erfindungsgemäß weist ein Gewinde der Schraubverbindung zwischen dem Injektorkörper und dem Druckrohrstutzen eine gestufte Steigung auf, so dass ein erster Gewindeabschnitt A und ein zweiter Gewindeabschnitt B ausgebildet werden, die durch einen Übergangsbereich voneinander getrennt sind.
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Bei dem Gewinde mit gestufter Steigung kann es sich um ein Innengewinde handeln, das in der Aufnahmeöffnung zur Aufnahme des Druckrohrstutzens ausgebildet ist. Es kann sich bei dem Gewinde mit gestufter Steigung aber auch um ein Außengewinde handeln, das außen am Druckrohrstutzen zur Verschraubung mit dem Injektorkörper ausgebildet ist.
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Der Begriff „Steigung“ bezeichnet allgemein den Weg, der durch eine Umdrehung beim Ein- oder Ausschrauben zurückgelegt wird oder, anders ausgedrückt, den axialen Abstand zwischen zwei Gewindespitzen. Besitzt ein Gewinde eine gestufte Steigung, dann variieren die Abstände zwischen den Gewindespitzen. Dies führt im vorliegenden Fall zur Ausbildung eines Übergangsbereichs, der das Gewinde in zwei Gewindeabschnitte unterteilt. Zugleich wird ein axialer Versatz gegenüber einem Gewinde mit konstanter Steigung erreicht. Der axiale Versatz hat zur Folge, dass der erste und der zweite Gewindeabschnitt jeweils mit unterschiedlichen Flankenseiten an dem Gegengewinde anliegen. Auf diese Weise wird eine gestauchte oder eine gestreckte Belastung des Gewindes erreicht.
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Weist beispielsweise das Gewinde im Übergangsbereich eine Steigung auf, die ein Vielfaches der Steigung des Gegengewindes zuzüglich eines Werts x besitzt, liegen jeweils die Flankenseiten am Gegengewinde an, die dem Übergangsbereich abgewandt sind. Über die abgewandten Flankenseiten wird dann eine gestauchte Belastung des Gewindes erreicht. Beträgt die Steigung im Übergangsbereich ein Vielfaches der Steigung des Gegengewindes abzüglich eines Werts x, liegen jeweils die dem Übergangsbereich zugewandten Flankenseiten der beiden Gewindeabschnitte am Gegengewinde an, so dass eine gestreckte Belastung erreicht wird.
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Sowohl die gestauchte als auch die gestreckte Belastung führt zu Verspannungen im Verschraubungsbereich, welche hohe Reibmomente bewirken. Dadurch steigt das Lösemoment stark an, so dass einem unbeabsichtigten Lösen des Druckrohstutzens in der Aufnahmeöffnung des Injektorkörpers entgegengewirkt wird. Dies hat zur Folge, dass eine über die Dauer hochdruckfeste Abdichtung im Dichtkontakt zwischen dem Druckrohrstutzen und dem Injektorkörper erreicht wird.
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Bei einem herkömmlichen Gewinde mit mehreren Gewindegängen und einer stirnseitigen Dichtkante, wirken alle Gewindekräfte in die gleiche Richtung, und zwar entgegengesetzt zu den Kräften auf die Dichtkante. Bei dem vorgeschlagenen Gewinde wirken - aufgrund der Stauchung bzw. Streckung - Gewindekräfte, die einander entgegengesetzt sind. Ein erster Gewindeabschnitt erzeugt beispielsweise eine Gewindekraft F1 , die eine Druckkraft auf den Dichtkontakt bewirkt. Ein zweiter Gewindeabschnitt erzeugt eine Gegenkraft F2 , die eine der Druckkraft entgegengesetzte Zugkraft ausübt. Da die auf den Dichtkontakt wirkende Dichtkraft die resultierende Kraft aus F1 und F2 ist, ist das Gewinde vorzugsweise derart auszulegen, dass die Gegenkraft F2 kleiner als die Gewindekraft F1 ist.
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Das vorgeschlagene Gewinde zeichnet sich ferner durch eine gleichmäßige Belastung der Gewindeflanken eines Gewindeabschnitts aus. Dies ist bei einem Regelgewinde grundsätzlich nicht der Fall. Denn der am Dichtkontakt liegende erste Gang ist in der Regel einer höheren Belastung als die übrigen Gänge ausgesetzt, wobei die Belastung von Gang zu Gang abnimmt. Die höhere Belastung des ersten Gangs kann zu einer lokalen Überbelastung und damit zu einer plastischen Verformung führen. Ferner besteht die Gefahr einer Rissbildung und/oder Abscherung. Demgegenüber führt die gleichmäßige Belastung des vorgeschlagenen Gewindes nicht zu einer lokalen Überbelastung, so dass die Sicherheit gegen Rissbildung und/oder Abscherung steigt.
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Das jeweils andere Gewinde bzw. Gegengewinde, in welches das Gewinde mit der gestuften Steigung eingreift, weist vorzugsweise eine konstante Steigung auf. Das heißt, dass das Gegengewinde nicht verändert werden muss, um die vorstehend genannten Vorteile zu erreichen. Zugleich können die Fertigungskosten niedrig gehalten werden.
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Der erste Gewindeabschnitt A und der zweite Gewindeabschnitt B des Gewindes mit gestufter Steigung weisen vorzugsweise die gleiche Steigung auf. Das heißt, dass in Eingriff der beiden Gewindeabschnitte mit dem Gegengewinde, diese gleich stark belastet werden, wenn auch die Kräfte in entgegengesetzte Richtungen wirken. Bevorzugt entspricht die Steigung der beiden Gewindeabschnitte der Steigung des Gegengewindes. Auch diese Maßnahme trägt zu einer gleichmäßigen Belastung des Gewindes bei.
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Der Übergangsbereich weist bevorzugt eine Übergangssteigung auf, die von der Steigung des ersten Gewindeabschnitts A und/oder des zweiten Gewindeabschnitts B abweicht. Die Übergangssteigung kann beispielsweise durch den axialen Abstand zweier sich am Übergangsbereich gegenüberliegenden Gewindespitzen der beiden Gewindeabschnitte oder durch den Abstand einer an den Übergangsbereich angrenzenden Gewindespitze eines Gewindeabschnitts und einer im Übergangsbereich liegenden Gewindespitze vorgegeben sein. Die Übergangssteigung ist vorzugsweise kein Vielfaches der Steigung eines Gewindeabschnitts und/oder der Steigung des Gegengewindes, so dass der gewünschte axiale Versatz erreicht wird, der zu der gestauchten oder gestreckten Belastung des Gewindes führt.
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Bevorzugt wird der Übergangsbereich zumindest abschnittsweise durch eine umlaufende Nut gebildet. Die Nut ist vergleichsweise einfach herzustellen, was sich günstig auf die Fertigungskosten auswirkt. Beispielsweise kann erst die Nut und dann das Gewinde eingedreht werden. Beim Eindrehen des Gewindes kann im Bereich der Nut, in welchem der Drehmeißel nicht in Eingriff mit dem Werkstück steht, der Axialvorschub widerstandslos geändert werden, um die Steigung zu erhöhen oder zu verringern. Nach Durchfahren der Nut wird auf den anfänglichen Axialvorschub zurückgeschaltet. Alternativ kann anstelle des Vorschubs die Drehzahl des Werkstücks verändert bzw. die Rotation des Werkstücks angehalten werden, um den Übergangsbereich auszubilden. Darüber hinaus kann auch ein Rollwerkzeug zur Fertigung des Gewindes mit gestufter Steigung verwendet werden.
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Des Weiteren bevorzugt führt der Übergangsbereich zu einem axialen Versatz der beiden Gewindeabschnitte A und B gegenüber dem jeweils anderen Gewinde bzw. Gegengewinde, der größer als ein maximales Gewindespiel eines entsprechenden Regelgewindes mit konstanter Steigung ist. Dadurch ist sichergestellt, dass es zu der gewünschten gestauchten bzw. gestreckten Belastung des Gewindes kommt.
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Vorteilhafterweise weist der Druckrohrstutzen andernends ein Außengewinde für den Anschluss einer Hochdruckleitung auf. Das Außengewinde erleichtert den Anschluss der Hochdruckleitung, da diese beispielsweise mittels einer Leitungsmutter auf dem Außengewinde des Druckrohrstutzens fixiert werden kann.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass der Druckrohrstutzen ein Profil zum formschlüssigen Ansetzen eines Schraubwerkzeugs aufweist, wobei vorzugsweise das Profil ein Mehrkant-Profil, insbesondere ein Sechskant- oder Achtkant-Profil, ist. Der Formschluss zwischen dem Profil und dem Schraubwerkzeug erleichtert das Aufbringen eines Drehmoments, um beispielsweise den Druckrohrstutzen in die Aufnahmeöffnung des Injektorkörpers einzuschrauben. Ferner kann mittels des Schraubwerkzeugs eine Gegenkraft beim Aufschrauben einer Leitungsmutter auf den Druckrohrstutzen erzeugt werden, so dass sich der Druckrohrstutzen innerhalb der Aufnahmeöffnung nicht verdrehen kann.
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Bevorzugt ist zumindest das Gewinde mit der gestuften Steigung geschnitten, gedreht und/oder rolliert worden. Das heißt, dass gängige Fertigungsverfahren zur Herstellung des vorgeschlagenen Gewindes einsetzbar sind, so dass die Fertigungskosten - wenn überhaupt - nur unwesentlich steigen.
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Darüber hinaus wird ein Kraftstoffinjektor mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Anschließen einer Hochdruckleitung vorgeschlagen. Die Vorteile der Vorrichtung, insbesondere der auf Dauer hochdruckdichte Dichtkontakt zwischen dem Druckrohrstutzen und dem Injektorkörper, wirken sich ebenfalls als Vorteil in Bezug auf den Kraftstoffinjektor aus. Wird dieser in einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs verbaut, ist er besonderen Belastungen, wie beispielsweise Schwingungen, Temperaturschwankungen und dergleichen, ausgesetzt, die zu einem unbeabsichtigten Lösen des Druckrohrstutzens führen könnten. Dies ist nicht der Fall, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einsatz gelangt, da diese ein erhöhtes Lösemoment aufweist.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen:
- 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform,
- 2 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform,
- 3 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform,
- 4 eine Seitenansicht eines Druckrohrstutzens einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform und
- 5 eine Seitenansicht eines Druckrohrstutzens einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in der 1 dargestellte Vorrichtung zum Anschließen einer Hochdruckleitung umfasst einen von einem Hochdruckkanal 3 durchsetzten Druckrohrstutzen 4, der über ein Gewinde 9 bzw. ein Außengewinde in eine Aufnahmeöffnung 2 eines Injektorkörpers 1 eingeschraubt ist. Die Aufnahmeöffnung 2 weist hierzu ein Gewinde 8 bzw. ein Innengewinde auf. Der Druckrohrstutzen 4 ist so weit in die Aufnahmeöffnung 2 eingeschraubt, dass eine stirnseitige ringförmige Dichtfläche 5 zur Anlage an einer Sitzfläche 6 des Injektorkörpers 1 gelangt, im Bereich welcher ein Zulaufkanal 7 in die Aufnahmeöffnung 2 mündet. Auf diese Weise ist eine Verbindung des Hochdruckkanals 3 mit dem Zulaufkanal 7 hergestellt.
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Das Außengewinde 9 des Druckrohrstutzens 4 weist einen ersten Gewindeabschnitt A und einem zweiten Gewindeabschnitt auf, die durch einen Übergangsbereich 10 voneinander getrennt werden. Der ersten Gewindeabschnitt A und der zweite Gewindeabschnitt B weisen die gleiche Steigung S1 auf, während der Übergangsbereich 10 eine von der Steigung S1 abweichende Steigung S2 besitzt. Die Steigung des Außengewindes 9 ist demnach gestuft ausgeführt. Das Innengewinde 8 der Aufnahmeöffnung 2 weist demgegenüber eine konstante Steigung S3 auf, die gleich der Steigung S1 ist. Dies hat zu Folge, dass das vorliegend am Druckrohrstutzen 4 ausgebildete Gewinde 9 mit gestufter Steigung einer gestauchten Belastung ausgesetzt ist. Denn im Übergangsbereich 10 weist das Gewinde 9 eine höhere Steigung S2 als in den beiden angrenzenden Gewindeabschnitten A und B auf, so dass jeweils die außenliegenden bzw. dem Übergangsbereich 10 abgewandten Flanken 14 belastet werden. Dies führt zu einer in Richtung der Sitzfläche 6 wirkenden ersten Gewindekraft F1 sowie zu einer zweiten Gewindekraft F2 , die in die entgegengesetzte Richtung wirkt. Dadurch entsteht eine Verspannung, welche die Gewindereibung erhöht, so dass das Lösemoment steigt. Da der erste Gewindeabschnitt A mehr Gewindegänge als der zweite Gewindeabschnitt B aufweist, gilt F1 > F2 . Die resultierende Kraft F3 führt dementsprechend zu einer im Dichtkontakt wirkenden Dichtkraft.
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Hinsichtlich der geometrischen Auslegung wird daher empfohlen, die Anzahl der Gewindegänge, die in Richtung der Sitzfläche 6 belastet werden, stets größer zu wählen als die der Gewindegänge, die in die entgegengesetzte Richtung belastet werden.
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Eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der 2 zu entnehmen. Das am Druckrohrstutzen 4 ausgebildete Gewinde 9 weist einen Übergangsbereich 10 mit einer Steigung S2 auf, die größer als eine Steigung S1 der beiden angrenzenden Gewindeabschnitte A und B ist. Das heißt, dass das Gewinde 9 eine gestufte Steigung besitzt. Das Gewinde 9 steht in Eingriff mit einem Gewinde 8 der Aufnahmeöffnung 2, das eine konstante Steigung S3 besitzt, wobei S3 der Steigung S1 entspricht. Somit wird auch bei dieser Ausführungsform eine gestauchte Belastung des Gewindes 9 erreicht. Das heißt, dass die außenliegenden bzw. dem Übergangsbereich 10 abgewandten Flanken 14 belastet werden.
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Eine Abwandlung mit gestreckter Belastung des Gewindes 9 ist in der 3 dargestellt. Hier weist der Übergangsbereich 10 eine Steigung S2 auf, die kleiner als die Steigung S1 der angrenzenden Gewindeabschnitte A und B ist. Entsprechend werden die innenliegenden bzw. dem Übergangsbereich 10 zugewandten Flanken 14 belastet.
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Weitere Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den 4 und 5 dargestellt. Den Ausführungsformen gemein ist jeweils eine Nut 11, die im Übergangsbereich 10 zu der gewünschten Steigungsänderung führt. Bei der Ausführungsform der 4 wird durch die Nut 11 ein Übergangsbereich 10 geschaffen, der zu einer gestreckten Belastung des Gewindes 9 führt. Bei der Ausführungsform der 5 verhält es sich umgekehrt. Das heißt, dass die Nut 11 zu einer größeren Steigung im Übergangsbereich 10 führt, so dass eine gestauchte Belastung erzielt wird.
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Wie beispielhaft den 4 und 5 zu entnehmen ist, kann der Druckrohrstutzen andernends ein weiteres Außengewinde 12 zur Verbindung mit einer Hochdruckleitung (nicht dargestellt) aufweisen. Ferner kann der Druckrohrstutzen 4 ein Profil 13 besitzen, an das ein Schraubwerkzeug in der Weise ansetzbar ist, dass ein Formschluss bewirkt wird. Vorliegend ist das Profil 13 als Sechskant ausgeführt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10125439 A1 [0003]
- DE 102014214110 A1 [0004]
