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Vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung mit
integrierter Drossel für ein Kraftstoffeinspritzsystem zur
Anschlussverbindung einer Leitung an einen Kraftstoffspeicher
(Rail).
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Bei Kraftstoffeinspritzsystemen wie z. B. Common-Rail-Systemen
ist ein Kraftstoffspeicher (Rail) vorhanden, von welchem
mehrere Abzweigleitungen zu den jeweiligen Injektoren abgehen.
Die Abzweigleitungen werden in einer am Rail angeordneten
Hülse positioniert und mittels einer Überwurfmutter an der
Hülse befestigt. Eine Abdichtung zwischen der Leitung und dem
Rail wird dabei durch das Anzugsmoment der Überwurfmutter
sichergestellt. Bei einer derartigen Befestigung der Leitung am
Rail können jedoch Verspannungen zwischen den einzelnen
Bauteilen infolge von Fertigungstoleranzen der jeweiligen
Bauteile auftreten, so dass beim Anziehen der Überwurfmutter
erhebliche mechanische Spannungen in die Leitung und das Rail
eingebracht werden können. Da Speichereinspritzsysteme unter
sehr hohem Druck betrieben werden, können diese zusätzlichen
Spannungszustände zu Defekten an der Verbindungsanordnung
zwischen Leitung und Rail führen.
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Aus der DE 196 06 946 ist eine Anschlussverbindung für eine
Kraftstoffhochdruckleitung bekannt, bei der zwischen dem Rail
und der Leitung ein Leitungszwischenstück angeordnet ist.
Dieses Leitungszwischenstück ist dabei für einen Ausgleich
von Maß- und Winkeltoleranzen vorgesehen.
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Um bei Motoren mit Hochdruckeinspritzsystem eine optimale
Motorabstimmung zu erreichen, ist es notwendig, sehr genaue
Einspritzmengen zu realisieren. Hierzu ist es notwendig, die
im Betrieb auftretenden Druckpulsationen im Speichervolumen
und den Leitungen durch die Hochdruckpumpe und die
Einspritzvorgänge zu reduzieren bzw. möglichst vollständig zu
eliminieren. Hierzu werden bisher Drosseln am Pumpenausgang bzw.
am Injektor vorgesehen. Weiterhin ist bekannt, durch
Ausbildung einer Stufenbohrung im Rail an der Anschlussstelle zur
Leitung eine Drosselwirkung hervorzurufen. Diese
Stufenbohrung bringt jedoch ungewünschte Spannungen in das Rail, wobei
insbesondere an den Ecken der Stufenbohrung aufgrund der
hohen Drücke Rissbildungen usw. auftreten können. Weiterhin
sind die bekannten Verbindungsanordnungen sehr aufwendig und
weisen hohe Herstellungskosten auf.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Verbindungsanordnung für ein Kraftstoffeinspritzsystem
bereitzustellen, welches bei einfachem Aufbau und einfacher,
kostengünstiger Herstellbarkeit einen Ausgleich fertigungsbedingter
Toleranzen und eine Anordnung einer Drossel an der
Verbindungsstelle zwischen Rail und Leitung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verbindungsanordnung mit den
Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung für ein
Kraftstoffeinspritzsystem zur Anschlussverbindung einer Leitung an
einen Kraftstoffspeicher (Rail) ermöglicht eine einfache
Anordnung einer Drosseleinrichtung an die Übergangsstelle zwischen
der Leitung und dem Rail. Die Drosseleinrichtung wird hierbei
in die Verbindungsanordnung integriert. Die
Verbindungsanordnung umfasst eine am Rail befestigte erste Hülse und eine
zweite Hülse, welche innerhalb der ersten Hülse angeordnet
ist. Hierbei ist die Drosseleinrichtung in der zweiten Hülse
angeordnet. Weiterhin dient die zweite Hülse zum Ausgleich
toleranzbedingter Maßabweichungen der Bauteile der
Verbindungsanordnung, so dass Spannungen nach der Montage der
Leitung am Rail in größtmöglichem Umfang vermieden werden
können. Durch die Anordnung der Drossel an der Übergangsstelle
zwischen dem Rail und der Leitung kann somit eine verbesserte
Verringerung der im Betrieb des Motors auftretenden
Druckpulsationen im Kraftstoffzuleitungsbereich erreicht werden. Die
erfindungsgemäße Verbindungsanordnung weist weiterhin den
Vorteil auf, dass sie auch bei schon im Einsatz befindlichen
Einspritzsystemen einfach nachgerüstet werden kann, da
üblicherweise die ersten Hülsen (Außenhülsen) am Rail vorhanden
sind. Weiterhin kann durch die erfindungsgemäße
Verbindungsanordnung mit integrierter Drossel für jede Zuleitung zum
Injektor eine unterschiedliche Drosselwirkung durch Einbau
verschiedener Innenhülsen mit unterschiedlichen
Drosseleinrichtungen erreicht werden. Dadurch kann eine Optimierung
hinsichtlich der Verringerung der Druckpulsationen für jeden
Injektor erreicht werden.
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Um eine besonders einfache und kostengünstige Herstellbarkeit
der integrierten Drosseleinrichtung bereitzustellen, ist die
Drosseleinrichtung durch einen Leitungsinnendurchmesser der
zweiten Hülse bestimmt. Besonders bevorzugt bleibt der
Leitungsinnendurchmesser der zweiten Hülse dabei über die Länge
des Leitungsstücks in der zweiten Hülse konstant. Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
ändert sich der Leitungsinnendurchmesser über die Länge der
Leitung in der zweiten Hülse. Dies kann beispielsweise
kontinuierlich oder in abgestufter Weise erfolgen.
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Um einen besonders sicheren und einfachen Ausgleich von
Toleranzabweichungen, insbesondere Winkeltoleranzabweichungen, zu
ermöglichen, ist zwischen der zweiten Hülse und dem Rail eine
kugelsegmentförmige Dichtung ausgebildet. Hierbei ist am Rail
eine konusförmige Geometrie und an der zweiten Hülse eine
kugelsegmentförmige Fläche ausgebildet. Weiterhin bevorzugt ist
an der Leitung eine kugelsegmentförmige Dichtung und an der
zweiten Hülse eine konusförmige Dichtfläche ausgebildet, so
dass ein Winkelausgleich ohne Reduzierung der Dichtigkeit
zwischen der zweiten Hülse und den anderen Bauteilen
auftritt. Durch Ausgestaltung der Dichtflächenpaare als
Konus-/Kugelsegmentfläche kann eine hochdichte, linienförmige
Abdichtung erhalten werden.
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Weiter bevorzugt weist die zweite Hülse an den Dichtbereichen
zum Rail bzw. zur Leitung unterschiedliche Härten auf. Dies
kann beispielsweise durch eine gezielte Wärmebehandlung der
jeweiligen Dichtflächen der zweiten Hülse, beispielsweise
mittels Induktionshärten, Glühen usw. ermöglicht werden.
Dadurch kann auf beiden Dichtseiten der Hülse jeweils eine
optimale Konfiguration hinsichtlich der Dichtheit auf das
jeweils anliegende Bauteil erreicht werden. Hierbei sei
angemerkt, dass, um Beschädigungen am Rail zu vermeiden, die
Dichtfläche der zweiten Hülse, welche zum Rail hin gerichtet
ist, vorzugsweise nicht so hart ist, wie die Dichtfläche am
Rail, so dass eine Verformung der Dichtfläche am Rail
verhindert werden kann.
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Vorzugsweise ist zwischen der ersten Hülse und der zweiten
Hülse ein O-Ring angeordnet. Dieser O-Ring ermöglicht eine
ideale Zentrierung der zweiten Hülse in der ersten Hülse.
Weiterhin ermöglicht der O-Ring eine Sicherung der zweiten Hülse
gegen Verlust nach der Montage.
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Weiterhin bevorzugt ist zwischen der zweiten Hülse und der
ersten Hülse eine Führungsfläche ausgebildet. Dadurch kann
eine extreme Schrägstellung der zweiten Hülse in der ersten
Hülse verhindert werden, was zur Stabilität der Verbindung im
montierten Zustand beiträgt.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung
beschrieben. Die einzige Figur zeigt eine schematische
Schnittdarstellung einer Verbindungsanordnung für ein
Kraftstoffeinspritzsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung.
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Wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst die erfindungsgemäße
Verbindungsanordnung eine erste Hülse 2, welche mittels Schweißen
am Rail 1 befestigt ist. Das Rail 1 ist eine längliche
Speichereinrichtung zur Speicherung von Kraftstoff unter hohem
Druck mit einem vorbestimmten Volumen. In radialer Richtung
des Rails sind eine Vielzahl von Radialleitungen 15
vorgesehen, um Kraftstoff vom Speichervolumen zu einem Injektor über
eine Leitung 3 zu führen.
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Wie in Fig. 1 gezeigt, ist innerhalb der ersten Hülse 2 eine
zweite Hülse 5 angeordnet. Die zweite Hülse 5 weist eine
Durchgangsbohrung auf, in der eine Drossel 7 angeordnet ist.
Die Drossel 7 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als
Durchgangsbohrung mit gleichbleibendem Durchmesser D1
ausgebildet. An dem zum Rail gerichteten Ende der zweiten Hülse 5
ist eine kugelsegmentförmige Dichtfläche 8 ausgebildet und am
entgegengesetzten, zur Leitung 3 gerichteten Ende der Hülse 5
ist eine konusförmige Dichtfläche 12 gebildet. Weiterhin
weist die zweite Hülse 5 an ihrem Außenumfang eine
ringförmige Ausnehmung 16 zur Aufnahme eines O-Rings 6 auf.
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Die Radialleitung 15 des Rails 1 weist einen Durchmesser D3
auf und bildet an ihrem nach außen gerichteten Ende eine
konusförmige Dichtfläche 9. Der Durchmesser D1 an der Drossel 7
ist dabei kleiner als der Durchmesser D3 der Radialleitung 15
bzw. der Durchmesser D2 der Leitung 3. Dadurch können an der
Drossel 7 Druckpulsationen im Einspritzsystem gedämpft
werden. Die konusförmige Dichtfläche 9 steht dabei im montierten
Zustand mit der kugelsegmentförmigen Dichtfläche 8 in
Kontakt, um eine Abdichtung zwischen dem Rail 1 und der zweiten
Hülse 5 sicherzustellen. An ihrem anderen Ende steht die
konusförmige Dichtfläche 12 der zweiten Hülse 5 mit einer an
einem Ende der Leitung 3 gebildeten Nippel 14 in Verbindung.
Am Nippel 14 ist ebenfalls eine kugelsegmentförmige
Dichtfläche 13 ausgebildet, um eine Abdichtung zwischen der Leitung 3
und der zweiten Hülse 5 zu erreichen.
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Wie in Fig. 1 gezeigt, erfolgt eine Befestigung der Leitung
3 am Rail 1 mittels einer Überwurfmutter 4, welche in ein an
der ersten Hülse 2 ausgebildetes Außengewinde eingreift.
Dabei weist die Überwurfmutter 4 eine im Wesentlichen
topfförmige Form mit einer Durchgangsöffnung für die Leitung 3 auf
und liegt am hinteren Ende des Nippels 14 an, um die Leitung
3 am Rail 1 zu befestigen.
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Um eine möglichst geringe Neigung der zweiten Hülse 5
innerhalb der ersten Hülse 2 zu erreichen, ist zwischen den beiden
Hülsen ein Führungsbereich 10 vorgesehen. Dabei ist
vorzugsweise zwischen Hülse 5 und Führung 10 ein Spalt vorzusehen,
um Fertigungstoleranzen (Koaxialität zwischen Hülse 2 und
Dichtfläche 9) ausgleichen zu können.
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Weiterhin ist an der Innenseite der ersten Hülse 2 eine
zylinderringförmige Ausnehmung 11 vorgesehen, welche zur
Aufnahme des O-Rings 6 dient (vgl. Fig. 1).
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Wenn beispielsweise aufgrund einer ungünstigen Aufsummierung
von Toleranzabweichungen der einzelnen Bauteile die zweite
Hülse 5 nicht mehr senkrecht auf dem Rail, sondern mit einer
gewissen Winkligkeit stehen sollte, kann dies durch die
kugelsegmentförmigen Dichtflächen zwischen der zweiten Hülse 5
und dem Rail 1 bzw. zwischen der zweiten Hülse 5 und dem
Nippel 14 ausgeglichen werden. Wie weiterhin aus Fig. 1
ersichtlich ist, kann durch einfache Auswahl des
Innendurchmessers D1 die Drosselwirkung der Drossel 7 einfach vorbestimmt
werden. Dabei ist es auch einfach möglich, beispielsweise
aufgrund veränderter Betriebsparameter, die zweite Hülse 5
durch eine andere Hülse mit anderer Drosselwirkung
auszutauschen. Weiterhin kann durch Vorsehen der erfindungsgemäßen
kugelsegmentförmigen Dichtflächen auch ein vorbestimmter
Schwenkbereich von ca. ±2° zwischen der Leitung und dem Rail
realisiert werden, wodurch insbesondere die Montage
erleichtert wird. Weiterhin kann durch gezielte Wärmebehandlung der
Dichtflächen 8, 12 der zweiten Hülse 5 eine optimale
Anpassung der Härte der Hülse 5 an die jeweils anliegenden
Bauteile erreicht werden. Vorzugsweise erfolgt Härtung der
Dichtflächen 8, 12 dabei derart, dass die Dichtflächen keine so
große Härte wie die Dichtfläche 9 am Rail 1 bzw. die
Dichtfläche 13 am Nippel 14 aufweisen, so dass bei einer eventuell
beim Anziehen der Überwurfmutter auftretenden Überbelastung
eine Verformung an der zweiten Hülse 5 auftritt und nicht an
den anderen Bauteilen. Weiterhin können durch gezieltes
Härten der jeweiligen Dichtflächen an den Bauteilen bzw. der
zweiten Hülse 5 optimale Dichteigenschaften eingestellt
werden.
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Da die zweite Hülse 5 einfach austauschbar ist, ist die
erfindungsgemäße Verbindungsanordnung besonders gut für eine
Serienfertigung geeignet, da beispielsweise für Motoren
unterschiedlicher Fahrzeughersteller jeweils nur die Innenhülse
5 ausgetauscht werden muss, um das Einspritzsystem an die
jeweiligen speziellen Einsatzbedingungen anzupassen. Dadurch
kann eine signifikante Kosteneinsparung durch eine große
Anzahl von Gleichteilen an der Verbindung zwischen Rail und
Leitung erreicht werden. Weiterhin ist die erfindungsgemäße
Verbindungsanordnung auch gut für eine Nachrüstung von schon
im Einsatz befindlichen Einspritzsystemen geeignet, bei denen
noch keine Drosseleinrichtung zwischen dem Rail und der
Leitung vorhanden ist.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das dargestellte
Ausführungsbeispiel beschränkt. Es können verschiedene
Abweichungen und Änderungen ausgeführt werden, ohne den
Erfindungsumfang zu verlassen.