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Technischer Hintergrund
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Die vorliegende Erfindung betrifft gasdichte Stopfen, die einen Öffnungsabschnitt eines Hohlbauteils lösbar und hermetisch verschließen, und insbesondere einen gasdichten Stopfen, der für eine Prüfvorrichtung verwendet wird, die einen von einem Rohr abzweigenden Öffnungsabschnitt bei einer Dichtheitsprüfung verschließt. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen gasdichten Stopfen in einer Inspektionsvorrichtung, um die Gasdichtheit vor dem Versand eines Kraftstoffzufuhrrohrs für Injektoren zu prüfen.
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Stand der Technik
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Das Kraftstoffzufuhrrohr ist ein Metallrohr zum Zuführen von Kraftstoff zu wenigstens einer Einspritzdüse, die an einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors angebracht ist, wobei typischerweise mehrere Einspritzdüsen vorgesehen sind. Bei der Anwendung wird der Injektor in eine becherförmige Injektorbuchse eingesetzt. Die Injektorbuchsen sind so hergestellt, dass sie durch Hartlöten oder dergleichen am Rohrkörper des Kraftstoffzufuhrrohrs befestigt werden. Die Dichtheit solcher Kraftstoffzufuhrrohre wird nach der Fertigung und vor der Auslieferung geprüft.
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Bei einer Dichtheitsprüfung, die vor dem Versand des Kraftstoffzufuhrrohrs durchgeführt wird, umfasst die Inspektion beispielsweise das hermetische Schließen der Kraftstoffzufuhröffnung des Kraftstoffzufuhrrohrs; Verschließen der Injektoranschlüsse mit Ausnahme von einer Injektorbuchse mit je einem gasdichten Stopfen; Verschließen der verbleibenden Injektorbuchse mit einem Stopfen zum Einleiten von Testfluid, wobei ein Durchgang vorgesehen ist, um das Testfluid in das Kraftstoffzufuhrrohr zu leiten; Druckzufuhr der Testflüssigkeit in das Kraftstoffzufuhrrohr im geschlossenen Zustand; und dann Messen einer zeitabhängigen Änderung des Innendrucks und dergleichen.
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Die JP H11-37884 (PTL 1) offenbart ein Dichtheitsprüfgerät für einen Injektoranschluss, wobei eine Undichtigkeit einer Befestigungsbohrung eines Injektors an einem Zylinderkopf erfasst werden soll. Die Vorrichtung umfasst ein ringförmiges Kissen zum Verschließen der Öffnung der Befestigungsbohrung am Umfang; eine Stange zum Verschließen der Mitte des Kissens; und einen Kanal zum Zuführen von Druckluft zwischen Kissen und Stange, wobei ein Leck der zugeführten Druckluft im Vergleich zu einem vorbestimmten Einstelldruck durch einen Lecktest erfasst wird.
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Ferner offenbart die
JP 2006-220242 (PTL 2) eine Dichtungsstruktur eines Rohrkörpers, in den ein ringförmiges Dichtungselement zwischen einem Öffnungsabschnitt des Rohrkörpers und einem Abschnitt mit verringertem Durchmesser in einem geeigneten Abstand vom Ende des Öffnungsabschnitts abdichtend eingepasst wird, wobei zur Erhöhung der Dichtheit eine in axialer Richtung bewegliche Buchse eingepasst wird. Das ringförmige Dichtungselement ist beweglich zwischen einem Basisabschnitt und der Buchse eingepasst, wobei ein Abschnitt mit kleinem Durchmesser an einem Endabschnitt der Buchse in einem Bewegungsbereich des ringförmigen Dichtungselements ausgebildet ist. Zudem ist ein Abschnitt mit großem Durchmesser an der Seite des Basisabschnitts ausgebildet, wobei der Schaftabschnitt des Befestigungselements in den Rohrkörper eingeführt wird und die Buchse in Richtung des Basisabschnitts bewegt wird. Dabei kommt die Buchse mit dem durchmesserkleineren Abschnitt des Rohrkörpers in Kontakt und das ringförmige Dichtungselement wird durch die Buchse vom Abschnitt mit kleinem Durchmesser zum Abschnitt mit großem Durchmesser bewegt, so dass das ringförmige Dichtungselement in Richtung der Innenumfangsfläche des Öffnungsabschnitts gedehnt und verformt wird, sowie gegen die innere Umfangsfläche des Rohrkörpers gedrückt wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Wie oben in der PTL 1 erwähnt, wurden in den letzten Jahren vermehrt Benzinmotoren mit direkter Kraftstoffeinspritzung entwickelt, so dass ähnlich wie bei Dieselmotoren eine Direkteinspritzung realisiert wurde, wobei der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors angepasst wird und somit Abgase reduziert werden, sowie auch die Motorleistung verbessert wird. Da der Injektor gegenüber Saugrohreinspritzanlagen erheblichen Druckwerten ausgesetzt ist, ist es wichtig, die Abdichtung der Injektoren sicherzustellen, d. h. es ist notwendig, Defekte wie Grübchen und Kratzer an den Dichtflächen zu prüfen. Weiterhin wird in der PTL 1 angedeutet, dass bei Zufuhr von Druckluft am Befestigungsabschnitt, um die oben beschriebenen Dichtigkeitsprüfung durchzuführen, Luft in den Injektor strömen kann, wodurch ein Messfehler verursacht wird.
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Die PTL 1 gibt als Mittel zur Lösung dieses Problems ein Dichtheitsprüfgerät an, das sich auf die Struktur des ringförmigen Kissens konzentriert, sowie auf eine das Einspritzloch verschließende Stange benachbart zum Luftzufuhrkanal.
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Die oben erwähnte PTL 2 zeigt mehrere Einspritzdüsenbecher bzw. Injektorbuchsen, die durch Hartlöten am Rohrkörper des Kraftstoffzufuhrrohrs befestigt werden; die Prüfung der Dichtheit wird dabei durchgeführt, um die Gasdichtheit des gesamten Rohrkörpers zu überprüfen, indem Luft mit einem vorbestimmten Druck in den Rohrkörper zugeführt wird, wobei alle Öffnungsabschnitte des Rohrkörpers mit gasdichten Stopfen verschlossen sind, und indem der Druck im Innenraum nach einer vorgegebenen Zeit mit einem Manometer gemessen wird.
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Die PTL 2 schlägt auch eine Dichtungsstruktur eines Rohrkörpers vor, wobei der Injektoranschluss in einfacher Weise (ohne Schrauben) durch einen gasdichten Stopfen geschlossen werden kann. Der Dichtstopfen gemäß der PTL 2 ist so konfiguriert, dass durch Drücken gegen die Injektorkappe diese abgeschlossen wird und der Stopfen wieder einfach herausgezogen werden kann. Wenn die Injektorbuchse und der Stopfen in engem Kontakt miteinander sind, fallen die Achse der Injektorbuchse und die Achse des Stopfens zusammen. Wenn die Achsen jedoch nicht übereinstimmen, kann die Gasdichtheit nicht aufrechterhalten werden. Dies bedeutet, dass beim Anbringen des Dichtstopfens an der Injektorbuchse die Achsen übereinstimmen müssen.
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Bei der herkömmlichen Dichtheitsprüfung für ein Kraftstoffzufuhrrohr mit wenigstens einer Einspritzdüse sind die Position und die axiale Richtung des gasdichten Stopfens durch den Hauptkörper der Prüfvorrichtung festgelegt, wie in PTL 1 und PTL 2 oben beschrieben ist. Zudem ist in der PTL 2 ein Flanschabschnitt der Basis des Dichtstopfens in einer breiten, planen Form ausgebildet ist, wobei dessen flache Oberfläche in Kontakt mit einer breiten, planen Basis des Hauptkörpers des Dichtheitsprüfgeräts steht. Die Injektorbuchse wird somit relativ gegen den gasdichten Stopfen gedrückt, dessen Position und Richtung festgelegt sind, und so angebracht.
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Meist sind mehrere Injektorbuchsen an einem Kraftstoffzufuhrrohr vorgesehen, das beispielsweise durch Hartlöten als gemeinsames Rohr ausgebildet ist. Dabei variieren die Positionen der Vielzahl von Einspritzdüsenbecher innerhalb einer zulässigen Toleranz (z. B. ein Grad der Position Φ von 0,4).
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Wenn die Positionen der Injektorkappen auch innerhalb einer zulässigen Toleranz variieren, können die Injektorbuchsen bzw. Einspritzdüsenbecher nur schwer gegen die herkömmlichen Dichtstopfen gedrückt werden, da deren axiale Richtung am Hauptkörper des Dichtheitsprüfgeräts festgelegt ist. Somit ist nicht möglich, die Achsen der Stopfen und die axialen Richtungen aller Injektoranschlüsse gleichzeitig übereinstimmen zu lassen.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gasdichten Stopfen vorzuschlagen, der durch einfaches Drücken gegen einen Öffnungsabschnitt eines Hohlbauteils angebracht werden kann, wobei der gasdichte Stopfen unter Verwendung einer Anpresskraft in den Öffnungsabschnitt eingeführt wird, um automatisch ausgerichtet zu werden. Wenn die Positionen einer Vielzahl von Öffnungsabschnitten innerhalb einer zulässigen Toleranz variieren, werden die axialen Richtungen aller Öffnungsabschnitte und die axialen Richtungen der jeweiligen Dichtstopfen automatisch zusammenfallen.
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Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, ist die Erfindung auf einen gasdichten Stopfen gerichtet, der wie folgt definiert ist:
- Gasdichter Stopfen, umfassend einen Endabschnitt, der hermetisch mit einem Öffnungsabschnitt eines Hohlbauteils durch Andrücken gegen den Öffnungsabschnitt mit einem Anpressmechanismus angebracht ist und vom Öffnungsabschnitt durch Ziehen lösbar ist, wobei ein Kontaktteil eines Basisabschnitts des gasdichten Stopfens mit einer Basis des Anpressmechanismus in Kontakt kommt und eine kreisförmige, flache Oberfläche oder eine sphärische Oberfläche aufweist, die koaxial zum Endabschnitt sind; wobei das Kontaktteil mit kreisförmiger, flacher Oberfläche einen Durchmesser W aufweist, der mehr als das 0,12-fache und weniger als das 0,2-fache der Gesamtlänge L des gasdichten Stopfens beträgt; und bei sphärischer Oberfläche des Kontaktteils die sphärische Oberfläche einen Krümmungsradius R aufweist, der größer ist als die Gesamtlänge L des gasdichten Stopfens.
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Bevorzugt weist dieser Stopfen einen abgeschrägten Abschnitt durch Verjüngung an einem Endschulterabschnitt des Stopfens auf. Vorzugsweise umfasst der gasdichte Stopfen ein Gehäuse; einen vom Gehäuse gehaltenen Zylinder; einen im Zylinder axial beweglichen Kolben; und einen O-Ring, der zwischen einem Ende des Kolbens und einem Ende des Zylinders angebracht ist, wobei der Kolben durch die Wirkung eines Arbeitsfluids bewegbar ist und sich der Kolben so bewegt, dass das Ende des Kolbens auf den O-Ring zur Zylinderseite hin drückt und der O-Ring axial zusammengedrückt und radial aufgeweitet wird.
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Insbesondere ist das Hohlbauteil als Kraftstoffzufuhrrohr geformt und der Öffnungsabschnitt für eine Einspritzdüse ist an dem Kraftstoffzufuhrrohr durch Hartlöten befestigt.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen Dichtstopfen der Erfindung wird bei einer Abweichung zwischen einer Position des Öffnungsabschnitts und einer Position des Stopfens dieser so gekippt, dass der Basisabschnitt des gasdichten Stopfens in Linienkontakt oder Punktkontakt mit der Basis ist, und wenn der Öffnungsabschnitt relativ gegen den Stopfen gedrückt wird, bewegt sich der Linien- oder Punktkontaktabschnitt auf der Oberfläche des Basisabschnitts so, dass die axiale Richtung des Öffnungsabschnitts und die axiale Richtung des Stopfens in Übereinstimmung gelangen. Als Ergebnis wird durch Andrücken der Basis in Richtung des Öffnungsabschnitts die Basis in einem Zustand bewegt, in dem die Achse des Öffnungsabschnitts und die Achse des Stopfens miteinander zusammenfallen und der gasdichte Stopfen lösbar am Öffnungsabschnitt angebracht ist. Wie oben beschrieben, wird der Stopfen ausgerichtet in den Öffnungsabschnitt eingesetzt, so dass die Inspektionsgenauigkeit ohne erhöhte Kosten und ohne komplizierte Prüfverfahren verbessert wird. Da außerdem die zur Ausrichtung erforderliche Kraft gering sein kann, werden Fehler wie Verformungen, Kratzer und Positionsabweichungen aufgrund des Inspektionsprozesses vermieden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine konzeptionelle Seitenansicht eines gasdichten Stopfens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
- 2 ist eine konzeptionelle Seitenansicht eines gasdichten Stopfens gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
- 3 ist eine konzeptionelle Seitenansicht, die eine Beziehung zwischen einem Kraftstoffzufuhrrohr und einem Stopfen bei der Durchführung einer Dichtheitsprüfung am Kraftstoffzufuhrrohr darstellt, unter Verwendung eines Gasdichtheitsprüfgeräts.
- 4 ist eine konzeptionelle Seitenansicht der Prüfvorrichtung für das Kraftstoffzufuhrrohr.
- 5 ist eine Draufsicht und eine vergrößerte Ansicht von Hauptteilen, die ein Beispiel der Konfiguration eines Begrenzungselements für den Stopfen darstellen.
- 6 ist eine Seitenansicht zum Beschreiben einer Funktion zum Ausrichten der Achse des Einspritzbechers des Kraftstoffzufuhrrohrs mit der Achse des Stopfens.
- 7 ist eine Seitenansicht zum Beschreiben der Funktion des Ausrichtens der Achse der Injektorbuchse des Kraftstoffzufuhrrohrs mit der Achse des Stopfens.
Ausführungsformen eines gasdichten Stopfens und einer Vorrichtung zur Prüfung der Gasdichtigkeit für ein Hohlbauteil unter Verwendung des gasdichten Stopfens gemäß der Erfindung werden nachfolgend im Detail anhand der Zeichnungen beschrieben.
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1 ist eine konzeptionelle Ansicht eines gasdichten Stopfens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Ein gasdichter Stopfen 10 ist an einem Öffnungsabschnitt 51 eines Hohlbauteils 50 angebracht, wobei durch Andrücken gegen den Öffnungsabschnitt 51 dieser geschlossen wird und durch Ziehen der Stopfen 10 aus dem Öffnungsabschnitt 51 gelöst wird.
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Der Aufbau des dargestellten gasdichten Stopfens 10 ist wie folgt:
- An einem (oberen) Endabschnitt des Stopfens 10 ist ein Kolben 11 angeordnet, der in einem Zylinder 12 axial beweglich ist. Der Zylinder 12 wird von einem Gehäuse 13 gehalten, und der Kolben 11 bewegt sich im Zylinder 12, indem ein Arbeitsfluid über Fluidanschlüsse 14 und 15 in den Zylinder 12 ein- bzw. ausgeleitet wird. Ein O-Ring 16 ist zwischen einem Endabschnitt 11a des Kolbens 11 und einem Endabschnitt 12a des Zylinders 12 angeordnet. Wenn sich der Kolben 11 bewegt, wird der O-Ring 16 zum Zylinder 12 hin gepresst, so dass der O-Ring 16 axial komprimiert und radial expandiert, sowie stark gegen eine Innenwandfläche des Öffnungsabschnitts 51 gedrückt wird. Ein abgeschrägter Abschnitt 17 ist durch Verjüngung an einem Schulterabschnitt des Stopfens 10, d. h. einer Endumfangskante des Kolbens 11 gebildet. Der Grund zum Ausbilden des abgeschrägten Abschnitts 17 wird später beschrieben.
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Der gasdichte Stopfen 10 gemäß der Erfindung ist insbesondere durch die Struktur eines Basisabschnitts 20 des Stopfens 10 gekennzeichnet. In der Ausführungsform von 1 ist der Basisabschnitt 20 des Stopfens 10 verjüngt, um seinen Durchmesser zu verringern, so dass ein abgeflachter Abschnitt 21 mit einem Durchmesser W gebildet wird. So ist eine Basis 30, die den gasdichten Stopfen 10 trägt, in Kontakt mit dem kreisförmig flachen Abschnitt 21 des Basisabschnitts 20. Die Größe und Funktion des Durchmessers W des kreisförmig flachen Abschnitts 21 wird später beschrieben.
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2 ist eine Konzeptansicht, die einen gasdichten Stopfen gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellt. Der in 2 dargestellte gasdichte Stopfen 10 umfasst auch den Kolben 11, den Zylinder 12 und gleich bezeichnete Bauteile wie in 1. Auch hier wird der O-Ring 16 durch den Kolben 11 zusammengedrückt und so an die Innenwandfläche der Öffnung 51 angepresst. Ebenso ist der abgeschrägte Abschnitt 17 am oberen Endabschnitt des Stopfens 10 durch Verjüngen ausgebildet.
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Bei dem gasdichten Stopfen 10 gemäß 2 ist anders als bei der Ausführung von 1 der Basisabschnitt 20 des Stopfens 10 zu einem teils kugelförmigen bzw. sphärischen Abschnitt 22 mit einem Krümmungsradius R geformt, so dass zur Basis 30 hin ein Punktkontakt geformt wird. Der kugelförmige Abschnitt 22 kann am untersten Ende einen mikroflachen Abschnitt (W ≤ 0,016 L) aufweisen. Die Größe und Funktion des Krümmungsradius R des sphärischen Abschnitts 22 wird später beschrieben. Es ist anzumerken, dass in 2 die gleichen Elemente wie in 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und daher deren Beschreibung entfallen kann.
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3 ist eine Konzeptansicht des Kraftstoffzufuhrrohrs 1 und des Stopfens 10 darstellt, wobei eine Dichtheitsprüfung an dem Kraftstoffzufuhrrohr 1 (als spezielles Hohlbauteil 50) durchgeführt wird, nämlich mit einem entsprechenden Dichtheitsprüfgerät. Das Kraftstoffzufuhrrohr 1 ist ein Metallrohr zum Zuführen von Kraftstoff zu wenigstens einer Einspritzdüse, meist mehreren Injektoren, die am Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine angebracht sind, und umfasst einen Rohrkörper 2 und eine Mehrzahl von Injektorbuchsen 3 (bzw. Einspritzdüsenbecher 3A, 3B, 3C und 3D). Beim Einsatz wird ein Injektor in ein Öffnungsende 3a der Injektorbuchse 3 eingeführt und befestigt. Die meist mehreren Injektorbuchsen 3 sind am Kraftstoffzufuhrrohr 1 durch Hartlöten oder dergleichen angebracht. Da das Kraftstoffzufuhrrohr 1 somit eine Vielzahl von Fügestellen aufweist, wird eine Dichtheitsprüfung durchgeführt, um nach der Herstellung zu kontrollieren, dass die Dichtheit der Fügenähte sichergestellt ist.
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Die Ausführungsform von 3 verwendet den in 1 bzw. 2 dargestellten Stopfen 10 gemäß der Erfindung, wobei drei Stopfen 10A, 10B und 10D (der hier insgesamt vier Stopfen) jeweils den Kolben 11 aufweisen, der mit seinem oberen Ende in die jeweilige Injektorbuchse 3 verschoben wird, wobei jeweils ein Gehäuse 13 zum Halten des Zylinders 12 angebracht ist. Der Stopfen 10 ist jeweils dazu ausgelegt, den O-Ring 16 zusammenzudrücken und ihn stark gegen die Innenwandfläche der Injektorbuchse 3 zu pressen. An der unteren Umfangswand des Gehäuses 13 ist eine Ringnut bzw. Kerbe 18 am Basisabschnitt 20 ausgebildet, so dass die Schwenkbewegung des Stopfens 10 auf der Oberfläche der Basis 30 durch ein Begrenzungselement 31 beschränkt wird, welches lose mit der Kerbe 18 in Eingriff steht. Das Begrenzungselement 31 wird später beschrieben.
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4 ist eine konzeptionelle Ansicht der Dichtheitsprüfvorrichtung für das Kraftstoffzufuhrrohr. Im dargestellten Dichtigkeitsprüfgerät sind drei Injektorbuchsen 3A, 3B und 3D der vier Einspritzdüsenbecher 3 des Kraftstoffzufuhrrohrs 1 durch die gasdichten Stopfen 10A, 10B und 10D gemäß der Erfindung verschlossen, wie oben beschrieben, und die verbleibende eine Injektorbuchse 3C wird unter Verwendung eines Stopfens 10C zum Einführen von Testfluid über einen Fluidkanal 19 dann hermetisch abgedichtet. Nachdem die vier Injektorbuchsen in dieser Weise verschlossen sind, wird ein Hochdruck-Testfluid (beispielsweise Heliumgas mit 25 MPa) durch den Fluidkanal 19 des Stopfens 10C in das Kraftstoffzufuhrrohr 1 eingeleitet, so dass das Innere des Kraftstoffzufuhrrohrs 1 unter Druck steht und die Dichtheit des Kraftstoffzufuhrrohrs 1 dann durch Erfassen der Leckmenge des Testfluids in einer umgebenden Kammer 4 durch einen angeschlossenen Leckdetektor 5 überprüft wird.
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3 zeigt schematisch die Anordnung zwischen den Stopfen 10 und dem Kraftstoffzufuhrrohr 1 unmittelbar vor der Dichtheitsprüfung. Die gasdichten Stopfen 10A, 10B und 10D gemäß der Erfindung werden auf der Basis 30 der Prüfvorrichtung in einem Zustand platziert, in dem die Stopfen leicht beweglich und nur durch das Begrenzungselement 31 eingeschränkt sind, und dann noch der Stopfen 10C zum Zuführen von Testfluid über den die Basis 30 durchdringenden Fluidkanal 19 angebracht.
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5 ist eine konzeptionelle Ansicht, die ein Beispiel des Begrenzungselements 31 zeigt. Beim Begrenzungselement 31 sind die Randbereiche der beiden Stopfen 10A und 10B durch drei Elemente 31a, 31b und 31c mit jeweils einen hakenförmigen Querschnitt abgestützt. Ein Hakenteil 32 greift lose in die Kerbe 18 ein, die am Stopfen 10 mit einem Spalt dazwischen vorgesehen ist, wobei die Stopfen 10A und 10B auf der Oberfläche der Basis 30 so randseitig begrenzt sind, dass sich die Basisabschnitte 20 der Stopfen 10A und 10B geringfügig entlang der Oberfläche der Basis 30 bewegen können. In gleicher Weise ist die Position des Stopfens 10D auf der Oberfläche mit einem Spielraum durch das ähnliche Begrenzungselement 31 (nicht dargestellt) eingeschränkt.
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Die vier Stopfen 10A, 10B, 10C und 10D sind an Positionen angeordnet, die den vier Injektorbuchsen 3A, 3B, 3C und 3D des Kraftstoffzufuhrrohrs 1 entsprechen, so dass ihre Achsen mit den Achsen des jeweiligen Injektors übereinstimmen. Wenn die vier Injektorbuchsen 3A, 3B, 3C und 3D des Kraftstoffzufuhrrohrs 1 exakt ausgerichtet sind, kann sich das Kraftstoffzufuhrrohr 1 relativ in Richtung zur Basis 30 des Dichtheitsprüfgeräts bewegen. Unter Verwendung eines Anpressmechanismus (nicht dargestellt), wie durch den Pfeil in 3 dargestellt, werden die Stopfen sanft in die jeweiligen Öffnungsenden der Injektoranschlüsse eingeführt, um diese zu verschließen, wobei die Ausrichtungen der vier Injektorbuchsen 3A, 3B, 3C und 3D und der vier Stopfen 10A, 10B, 10C und 10D miteinander übereinstimmen.
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Da die (hier) vier Injektorbuchsen 3A, 3B, 3C und 3D durch Hartlöten oder ähnliche Fügetechniken am Kraftstoffzufuhrrohr 1 befestigt sind, können Abweichungen in der Befestigungsposition innerhalb einer zulässigen Toleranz nicht vermieden werden. So kann eine Situation auftreten, in der die Ausrichtungen der vier Injektorbuchsen 3A, 3B, 3C und 3D und die Positionen der Stopfen 10A, 10B, 10C und 10D nicht gleichzeitig übereinstimmen.
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3 zeigt den Fall, in dem der Stopfen 10 verwendet wird, der gemäß 2 am Basisabschnitt 20 eine kugelförmige bzw. sphärische Oberfläche aufweist. Dieser kann auch für die 1 eingesetzt werden. Der Stopfen 10C zum Zuführen von Testfluid über den Fluidkanal 19 durchdringt die Basis 30 der Prüfvorrichtung und ist an der Basis 30 befestigt. Da die Basisabschnitte 20 der übrigen drei Stopfen 10A, 10B und 10D jeweils einen kugelförmigen Abschnitt 22 mit einem großen Krümmungsradius R aufweisen, ist die Ausrichtung jeder der Stopfen 10A, 10B und 10D nicht fixiert, sondern kommen mit der Basis 30 nur in Punktkontakt, wobei die Basisabschnitte 20 der Stopfen 10A, 10B und 10D durch jeweils ein Begrenzungselement 31 mit einem Freiheitsgrad abgestützt sind, um sich so relativ zur Basis 30 bewegen zu können, wenn eine externe Kraft ausgeübt wird.
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Da der jeweilige Basisabschnitt 20 der Stopfen 10A 10B und 10D, wie oben beschrieben, im sphärischen Abschnitt 22 mit einem großen Krümmungsradius R endet und jeweils in axialer Symmetrie ausgebildet ist, stehen die Stopfen im Ausgangszustand weitgehend aufrecht auf der Basis. Daher können sie sich relativ zu den vier Injektorbuchsen 3A, 3B, 3C und 3D des Kraftstoffzufuhrrohrs in der Nähe der Basis 30 des Dichtheitsprüfgeräts bewegen, wobei die Öffnungen 3a der Injektorbuchsen 3A, 3B, 3C, und 3D an den Enden der Stopfen anliegen, auch wenn deren Positionen bzw. Ausrichtungen geringfügig variieren. Dabei bewirkt der abgeschrägte Abschnitt 17, der durch Verjüngung im Endschulterabschnitt des Stopfens gebildet wird, dass der Stopfen und die Injektorbuchse leicht miteinander in Eingriff gebracht werden. Wenn die Positionen bzw. Ausrichtungen der Injektoranschlüsse 3A, 3B, 3C und 3D variieren, können einige der Stopfen leicht kippen, wodurch Unterschiede zwischen ihren axialen Richtungen und den entsprechenden Injektorachsen ausgeglichen werden.
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Da die gasdichten Stopfen 10A, 10B und 10D, wie oben beschrieben, entweder kippen und/oder sich geringfügig zur Basis 30 verschieben können, bewegen sich die vier Injektorbuchsen 3A, 3B, 3C und 3D des Kraftstoffzufuhrrohrs 1 leichtgängig zur Basis hin. Wenn die Achsen als solche nicht zusammenfallen, bewegen sie sich so, dass dann die Achsen der Stopfen 10A, 10B und 10D mit den Achsen der Injektorbuchsen 3A, 3B und 3D zusammenfallen. Als Resultat stimmen die Achsen der Injektorbuchsen 3A, 3B und 3D mit den Achsen der Stopfen 10A, 10B und 10D überein, und in diesem zentrierten Zustand wird der Stopfen 10C dann weitgehend entlang dieser Achsen zum Kraftstoffzufuhrrohr 1 hin angedrückt.
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So ist es möglich, dass alle Achsen zueinander ausgerichtet werden können, obwohl der Bodenabschnitt des Stopfens 10C zum Einführen des Testfluids nicht kugelförmig und an der Basis 30 fixiert ist, also seine Position und axiale Richtung entsprechend festgelegt sind. Jedoch ist es bei der Anbringung des Kraftstoffzufuhrrohrs 1 an das Prüfgerät möglich, zuerst die axiale Richtung der Injektorbuchse 3C mit der axialen Richtung des Stopfens 10C auszurichten. Somit richten sich die verbleibenden Stopfen 10A, 10B und 10D quasi automatisch zu den Axialachsen der verbleibenden Injektoranschlüsse aus. Daher kann die gleiche Ausrichtung in einfacher Weise durch Andrücken der vier Stopfen 10A, 10B, 10C und 10D gegen die vier Injektorkappen 3A, 3B, 3C und 3D erreicht werden. Mit anderen Worten, die Ausrichtung kann einfach durch Andrücken der Stopfen zum Kraftstoffzufuhrrohr erzielt werden. „Ausrichtung“ bedeutet hier, dass beide Achsen zur Übereinstimmung gelangen.
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Die oben beschriebene, automatische Ausrichtfunktion für den Stopfen gemäß der Erfindung wird anhand von 6 ausführlicher beschrieben. 6 ist eine Seitenansicht zur Verdeutlichung der Ausrichtfunktion zwischen Injektorbuchse und Stopfen, wenn die Position des Stopfens in 2 anfänglich nicht exakt mit der Position der Injektorbuchse des Kraftstoffzufuhrrohrs 1 übereinstimmt. Wie oben beschrieben, weist der Stopfen 10 in 2 einen Basisabschnitt 20 mit dem kugelförmigen Abschnitt 22 auf. Obwohl der Stopfen 10 anfangs aufrecht ist, wird die Achse des Stopfens 10 gekippt, wenn sich das Kraftstoffzufuhrrohr 1 (mit jeweiliger Injektorbuchse) und der Stopfen 10 erstmals berühren und miteinander in Eingriff gebracht werden. 6 zeigt hierbei einen Neigungswinkel θ, wobei sich die Innenwand der Öffnung 3a der Injektorbuchse 3 und der abgeschrägte Abschnitt 17 mit Verjüngung berühren. Der Basisabschnitt 20 des Stopfens 10 weist den sphärischen Abschnitt 22 auf, so dass ein Freiheitsgrad hinsichtlich des Kippwinkels besteht, und der Stopfen 10 kann so leicht gekippt werden.
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Wenn sich das Kraftstoffzufuhrrohr 1 relativ weiter zum Stopfen 10 hin bewegt, wirkt in der Anordnung von 6 ein Drehmoment im Uhrzeigersinn, ausgehend von der oberen linken Ecke des Kolbens 11, so dass ein Kontaktpunkt 22a zwischen dem kugelförmigen Abschnitt 22 des Basisabschnitts und der Basis 30 in der linken Richtung in 6 wandert, das heißt, in der Richtung, in welcher der Stopfen 10 dann aufrecht steht. Somit bildet der Basisabschnitt mit sphärischem Abschnitt 22 einen Freiheitsgrad hinsichtlich des Neigungswinkels, und da nur Punktkontakt mit der Basis 30 besteht, auch einen translatorischen Freiheitsgrad, um sich auf der Oberfläche der Basis 30 zu verschieben. Da sich der Kontaktpunkt 22a des kugelförmigen Abschnitts 22 des Stopfens 10 bewegt, fällt schließlich die Achse des Stopfens 10 mit der Achse der Injektorbuchse zusammen, da der Stopfen 10 zudem im Uhrzeigersinn schwenkt. Wenn sich das Kraftstoffzufuhrrohr 1 relativ nahe zur Basis 30 befindet, wurde der Stopfen 10 so bewegt bzw. ausgerichtet, dass die Achse der Injektorbuchse 3 und die Achse des Stopfens 10 übereinstimmen.
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Wie in 2 dargestellt, ist die Gesamtlänge des Stopfens 10 in axialer Richtung L und der Krümmungsradius des kugelförmigen Abschnitts 22 ist R, wobei der Krümmungsradius R größer ist als die Gesamtlänge L des Stopfens (L < R) und damit der Stopfen anfänglich automatisch aufrecht steht, um ggf. bei der Ausrichtungsfunktion gekippt zu werden. Wenn der Krümmungsradius R zu groß ist, also in eine flache Oberfläche übergeht, kann der Stopfen nicht mehr gekippt werden, und die Winkel-Ausrichtfunktion würde entfallen. Daher gibt es eine praktische Obergrenze für den Krümmungsradius R, die auch von den Abmessungen anderer Elemente der Prüfvorrichtung abhängt, wobei allgemein die praktische Obergrenze ungefähr kleiner als das Zweifache von L ist (R < 2L).
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Als nächstes wird in 7 die Ausrichtfunktion für den Stopfen unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, wenn die Position des Stopfens und die Position der jeweiligen Injektorbuchse des Kraftstoffzufuhrrohrs 1 nicht übereinstimmen. Beim Stopfen 10 gemäß 1 ist der Basisabschnitt 20 als kreisförmig flacher Abschnitt 21 geformt. Da der Stopfen 10 zentral den kreisförmig flachen Abschnitt 21 am Basisabschnitt aufweist, steht der Stopfen 10 anfangs aufrecht. Wenn jedoch die Injektorbuchse 3 der Kraftstoffförderleitung 1 und der Stopfen 10 miteinander in Eingriff kommen, wird der Stopfen 10 zur Seite geneigt. 7 zeigt einen entsprechenden Neigungswinkel θ. Wenn der Abstand von der zentralen Achse zu der Umfangskante der kreisförmigen, flachen Abschnitt 21 zunimmt, wandert der Kontaktpunkt 21a auf der Basis 30 weiter nach außen, so dass infolgedessen der Stopfen 10 nicht mehr kippen könnte. Daher muss der Durchmesser W des kreisförmig flachen Abschnitts 21 kleiner sein als das 0,2 - fache der Gesamtlänge L des Stopfens (W < 0,2 L).
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Wenn sich das Kraftstoffzufuhrrohr 1 bei gekipptem Stopfen 10 relativ weiter zum Stopfen 10 hin bewegt, wirkt in der Anordnung von 7 ein Drehmoment im Uhrzeigersinn um die linke, obere Kante des Kolbens 11, welches versucht, den Kontaktpunkt 21a zwischen Umfangskante des kreisförmig flachen Abschnitts 21 und der Basis 30 nach links hin zu verschieben, d.h. in die Richtung, um den Stopfen 10 in 7 aufrecht zu stellen. Da der kreisförmige, flache Abschnitt 21 des Basisabschnitts am unteren Ende des Stopfens 10 in Kontakt an ihrem Umfangsrand kommt, gibt es einen Freiheitsgrad im Neigungswinkel und auch einen translatorischen Freiheitsgrad, um sich auf der Oberfläche der Basis 30 geringfügig zu bewegen. Daher wird der Kontaktpunkt 21a des kreisförmig flachen Abschnitts 21 des Stopfens 10 verschoben, um die gewünschte Ausrichtung zwischen Stopfen 10 und der Injektorbuchse zu erreichen. Um aus dem gekippten Zustand in den vertikalen Zustand zurückzukehren, wirkt eine resultierende Kraft aus der Gewichtskraft im Schwerpunkt des Stopfens 10 und die vom Öffnungsabschnitt am abgeschrägten Abschnitt 17 aufgenommene Kraft zusammen. Die Bedingung ist hierbei, dass bei einer Gesamtlänge L des Stopfens und bei einem Durchmesser W des kreisförmig flachen Abschnitts 21 am Basisabschnitt (siehe 1) gilt: Durchmesser W ist größer als das 0,12-fache der Gesamtlänge L (0,12 L <W). Wenn der Durchmesser W des kreisförmig flachen Abschnitts 21 des Stopfens 10 relativ zur Gesamtlänge L zu klein ist, kann der Stopfen 10 nicht aus seinem gekippten Zustand zurückbewegt werden. Wenn dieses Verhältnis zu groß ist, kann der Stopfen 10 nicht gekippt werden; und wenn 0,12 L < W <0,2 L gilt, steht der Stopfen automatisch aufrecht, um die Ausrichtung auch dann auszuführen, wenn er gekippt ist.
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Die gasdichten Stopfen gemäß der Erfindung sind nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und verschiedene Modifikationen und Änderungen sind innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, möglich.
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So sind in den obigen Ausführungsformen Beispiele vorgesehen, in denen der gasdichte Stopfen gemäß der Erfindung zum Verschließen der Injektorbuchsen 3 eines Kraftstoffzufuhrrohrs 1 verwendet wird; es versteht sich jedoch, dass der Stopfen auch allgemein zum Verschluss einer Öffnung genutzt werden kann, die in einem anderen Hohlbauteil gebildet ist.
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Darüber hinaus ist die Konfiguration des Stopfens 10 mit Kolben 11, Zylinder 12, O-Ring 16 und dergleichen zum Abdichten der Innenwandfläche der Öffnung 51 nur ein Beispiel und kann gegenüber den beschriebenen Ausführungsformen abgewandelt werden.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die vorliegende Erfindung stellt einen gasdichten Stopfen bereit, der einfach anbringbar ist, indem er gegen eine Öffnung eines Hohlbauteils angedrückt wird, wobei die Anpresskraft verwendet wird, um den Stopfen automatisch auszurichten, so dass selbst bei Toleranzabweichungen die Axialausrichtungen relativ zum jeweiligen Stopfen automatisch übereinstimmen. Daher kann der gasdichte Stopfen in großem Umfang als Vorrichtung zum Verschließen eines Öffnungsabschnitts eines zu prüfenden Objekts bei einer Dichtigkeitsprüfung verwendet werden, wie beispielsweise für ein durch Hartlöten gefügtes Hohlbauteil, beispielsweise ein Kraftstoffzufuhrrohr, an dem mehrere Injektorbuchsen für einen Fahrzeugmotor angebracht ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftstoffzufuhrrohr
- 2
- Rohrkörper
- 3, 3A,B,C,D
- Injektorkappe
- 3a
- Öffnungsabschnitt
- 4
- Kammer
- 5
- Leckdetektor
- 10, 10A,B,D
- Stopfen
- 10C
- Stopfen zum Zuführen des Testfluids
- 11
- Kolben
- 11a
- Kolben-Endabschnitt
- 12
- Zylinder
- 12a
- Zylinder-Endabschnitt
- 13
- Gehäuse
- 14, 15
- Betätigungsfluidanschluss
- 16
- O-Ring
- 17
- Abgeschrägter Abschnitt
- 18
- Kerbe
- 19
- Fluidkanal
- 20
- Basisabschnitt
- 21
- Kreisförmig flacher Abschnitt
- 21a
- Punktkontakt
- 22
- Sphärischer Abschnitt
- 22a
- Kontaktpunkt
- 30
- Basis
- 31, 31a,b,c
- Begrenzungselement
- 32
- Hakenteil
- 50
- Rohrkörper
- 51
- Öffnungsabschnitt
- L
- Gesamtlänge des Stopfens
- W
- Durchmesser des kreisförmig flachen Abschnitts
- R
- Radius des sphärischen Abschnitts
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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