DE19851286C2 - Vorrichtung mit Bohrungsverschneidung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer Bohrungs­ verschneidung

Bei vielen Vorrichtungen wird mit unter hohem Druck stehenden Medien gearbeitet. Durch den Druck entstehen Spannungen in den die Medien führenden Rohren oder Kanälen. Bei Rohren tre­ ten dabei axiale Spannungen, radiale Spannungen und Spannun­ gen in Umfangsrichtung auf, von denen die Spannung in Um­ fangsrichtung den größten Anteil an der Rohrbelastung haben. An Bohrungsverschneidungen wie beispielsweise sich verzwei­ genden Kanälen oder Bohrungen entstehen insbesondere bei spitzen Winkeln durch die Überlagerung der Spannungen aus beiden oder mehreren Bohrungen besonders hohe Spannungen in Form von Zugspannungen im Material. Das Spannungsmaximum wird direkt an der Verschneidungskante erreicht. Diese Stellen sind besonders bei nicht konstanten Drücken, also bei schwel­ lender Belastung, stark bruchgefährdet. Es ist deshalb in er­ ster Linie erforderlich, die Umfangsspannungen zu reduzieren.

Aus DE 198 08 807 A1 ist ein Kraftstoffverteiler bekannt, von dem aus radial Anschlußstutzen ausgehen. Zur Erhöhung der Fe­ stigkeit wird der Kraftstoffverteiler in radialer Richtung bzw. der Anschlußstutzen in paralleler Richtung verformt.

Die Festigkeit des die Bohrungsverschneidung aufweisenden Festkörpers wurde bisher soweit als möglich durch konstrukti­ ve Änderungen reduziert. Derartige konstruktive Änderungen umfassen beispielsweise das Erhöhen des Verschneidungswinkels zwischen den Kanälen auf mindestens 90°, Verkleinern der Boh­ rungsdurchmesser sowie das Verrunden der Verschneidungskante. Derartige konstruktive Änderungen sind aber in vielen Fällen aus den verschiedensten Gründen nicht einsetzbar.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der ein­ gangs genannten Art anzugeben, bei der die auftretenden Span­ nungen an einer Bohrungsverschneidung herabgesetzt werden können.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Patent­ anspruch 1. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfin­ dungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß werden durch eine von außen auf eine bei­ spielsweise gefährdete Stelle aufgebrachte Kraft Druckspan­ nungen an dieser Stelle eingebracht. Vorteil dabei ist, daß auf einfache Weise gezielt an den Stellen kritischer Bela­ stung die Spannung im Festkörper durch einen Eingriff von au­ ßen reduziert werden kann. Dies kann beispielsweise durch ei­ ne Schraube geschehen, die so auf die Kanalverschneidung drückt, daß dadurch die Spannungen, welche aus dem Innendruck in den Kanälen und damit der Bohrungsverschneidung entstehen, reduziert werden. Das Einbringen der Spannungen kann dabei sowohl durch eine elastische, als auch durch eine plastische Verformung realisiert werden. Weiterhin ist vorteilhaft, daß auch bei komplizierten Geometrien die Festigkeit des Festkör­ pers auf einfache Weise erhöht werden kann. Darüber hinaus kann die kompensierende Kraft vorteilhafterweise gleichzeitig zur Befestigung bestimmter Bauteile verwendet werden. Schließlich können die von außen eingebrachten Spannungen auch durch eine Klemmeinrichtung in den Festkörper einge­ bracht werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Schraube zur Spannungserzeugung,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Klemmeinrichtung zur Spannungserzeugung

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform mit einer plastischen Verformung zur Spannungserzeugung und

Fig. 4 eine Ausführungsform, bei der sowohl elastische als auch plastische Verformungen eingesetzt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind in einen Fest­ körper 2 drei Bohrungen 4, 5, 6 derart eingebracht, daß sie an einer Stelle ineinander münden, wobei die beiden Bohrungen 4 und 6 in spitzem Winkel zueinander, eine Verschneidungskan­ te 3 bildend angeordnet sind. Die Bohrungen 4, 5, 6 bilden Kanäle für ein in der Zeichnung nicht näher dargestelltes, unter Druck stehendes Medium, wie beispielsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit. Durch den Druck des Mediums bauen sich Druckspannungen im Festkörper 2 auf, deren Maximum an der spitzen Verschneidungskante 3 der Bohrungen 4 und 6 auftritt. Senkrecht zur Bohrungsverschneidung ist eine Gewindebohrung 7 eingebracht, in die eine Schraube 1 als Gewindeelement derart eingedreht ist, daß durch das Einschrauben der Schraube 1 Druckspannungen im Festkörper 2 entstehen, die den Zugspan­ nungen aus dem Innendruck der Bohrungen 4, 5, 6 entgegenwir­ ken und dadurch auch das an der Verschneidungskante 3 auftre­ tende Spannungsmaximum zumindest herabsetzen, wenn nicht neu­ tralisieren.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind in einem Fest­ körper 12 zwei Bohrungen 13 und 14 eingebracht, die im Inne­ ren des Festkörpers 12 unter einem bestimmten Winkel ineinan­ der münden. Die wiederum Kanäle bildenden Bohrungen 13 und 14 sind ebenfalls mit einem unter Druck stehenden Medium beauf­ schlagt, wodurch Spannungen im Festkörper 12 erzeugt werden, die an der von den Bohrungen 13 und 14 eingeschlossenen Ver­ schneidungskante 15 am stärksten sind. Zum Erzeugen der von außen zugeführten Kompensationsspannung ist eine Klemmvor­ richtung vorgesehen, die aus einem den Festkörper 12 ringför­ mig umschließenden, starren Klemmenkörper 10 besteht, an des­ sen einer Innenseite ein Widerlager 16 und an der gegenüber­ liegenden Innenseite eine durchgängige Gewindebohrung 17 an­ geordnet ist. In die Gewindebohrung ist eine Schraube 11 ein­ gedreht. Zwischen den Stirnflächen des Widerlagers 16 und der Schraube 11 befindet sich der Festkörper 12 derart, daß die Verbindungsachse zwischen Widerlager 16 und Schraube 11 senk­ recht zur Bohrungsverschneidung durch diese hindurchführt.

Die Schraube 11 ist dabei festgedreht und übt in Verbindung mit dem Widerlager 16 eine Kraft auf den Festkörper 12 aus. Auch hier wird durch eine äußere Kraft die Spannung an der kritischsten Stelle reduziert.

Waren bei den bisherigen Ausführungsbeispiel die kompensie­ renden Spannungen durch elastische Verformungen in dem Fest­ körper 2 erzeugt worden, so wird bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 die Spannung durch eine plastische Verformung erzielt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind in einem Fest­ körper 22 durch entsprechende Bohrungen gebildete Kanäle 23, 24, 25 derart eingebracht, daß diese von außen in das Fest­ körperinnere führend an einer Stelle ineinander münden. Aus­ gehend von dieser Stelle trennen sich die Kanäle 24 und 25 in einem spitzen Winkel zueinander und bilden dort eine Ver­ schneidungskante 26. Um die Spannung an der Bohrungsver­ schneidung 26 zu verringern sind zwei plastische Verformungen 20 und 21 vorgesehen, die als entsprechende Vertiefungen in den parallel zu den Bohrungen 23, 24, 25 und parallel zuein­ ander angeordneten Stirnflächen 27 und 28 des Festkörpers 22 ausgebildet sind.

In Fig. 4 ist eine Ausführungsform dargestellt, die bevor­ zugt in Radialkolbenpumpen für Common-Rail-Systeme Anwendung findet. Dabei sind in einem Festkörper, beispielsweise einem Gehäuse 30, drei Bohrungen 31, 32, 33 eingearbeitet. Diese Bohrungen verbinden die einzelnen Zylinder einer nicht höher gezeigten Kraftstoffpumpe und stehen im Betrieb unter Hoch­ druck. Als Hochdruckausgang der Kraftstoffpumpe dient ein Stutzen 35, der über eine Bohrung 34 mit den Bohrungen 31, 32, 33 verbunden ist. Die Bohrungen 31, 32, 33, 34 münden an einer bestimmten Stelle ineinander, wobei die Bohrungen 31 und 32 in einem bestimmten Winkel zueinander angeordnet sind und eine Verschneidungskante 36 mit einschließen. Die Ver­ schneidungskante 36 ist der Ort, an dem die maximale Spannung auftritt. Die Bohrung 34 setzt sich dabei innerhalb des Stut­ zens 35 fort, welcher in eine Gewindebohrung 37 eingedreht ist. Der Stutzen 35 dient folglich zum einen als Fortsetzung der Bohrung 34, beispielsweise zum Zwecke des Anschlusses ei­ ner Hochdruckleitung, und zum anderen zur Spannungsverringe­ rung im Gehäuse 30 und dabei insbesondere an der Verschnei­ dungskante 36 aufgrund des in die Gewindebohrung 37 einge­ drehten, als Gewindeelement dienenden Stutzens 35. Schließ­ lich ist an der der Stirnseite des Stutzens 35 gegenüberlie­ genden Oberfläche des Gehäuses 30 eine Vertiefung 38 einge­ bracht, welche als plastische Verformung zusätzlich zu des elastischen Verformung durch den Stutzen 35 und der Gewinde­ bohrung 37 eine Spannung hervorruft, die der durch den Innen­ druck erzeugten Spannung im Gehäuse 30 und insbesondere an der Verschneidungskante 36 entgegenwirkt.

Claims (9)

1. Vorrichtung mit einem Festkörper (2, 12, 22, 30), einer in den Festkörper (2, 12, 22, 30) eingebrachten, mit Innendruck beaufschlagten Bohrungsverschneidung (4, 5, 6, 13, 14, 23, 24, 25, 31, 32, 33, 34) und außen am Festkörper (2, 12, 22, 30) im Bereich der Bohrungsverschneidung derart angeordneten Druckerzeugungsmitteln (1, 10, 11, 16, 20, 21, 35, 38), daß diese im wesentlichen senkrecht zur Bohrungsverschneidung in den Festkörper (2, 12, 22, 30) eine Spannung einbringen, die der von dem Innendruck der Bohrungsverschneidung (4, 5, 6, 13, 14, 23, 24, 25, 31, 32, 33, 34) erzeugten Spannung entge­ genwirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der als Druckerzeugungs­ mittel eine Druckspannungen erzeugende plastische Verformung (20, 21) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der als Drucker­ zeugungsmittel eine Bohrung (7, 37) und in diese eingeführte Elemente (1, 35) vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der als Druckerzeugungs­ mittel eine Bohrung (7, 37) mit einem Gewinde vorgesehen ist, in die ein Gewindeelement (1, 35) eine Spannung erzeugend eingedreht ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der als Drucker­ zeugungsmittel eine Klemmeinrichtung (10, 11, 16, 17) vorge­ sehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Klemmeinrichtung (10) ein Gewindeelement (17), eine darin eingedrehte Schraube (11) und ein der Schraube (11) gegenüberliegendes, mit der Klemmvorrichtung (10)starr verbundenes Widerlager (16) auf­ weist und der Festkörper (12) zwischen Schraube (11) und Wi­ derlager (16) unter Druck angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Druckerzeugungsmittel (1, 10, 11, 16, 20, 21, 35, 38) derart angeordnet sind, daß die durch die Druckerzeugungsmit­ tel (1, 10, 11, 16, 20, 21, 35, 38) erzeugte Spannung am größten ist dort, wo auch die von dem Innendruck der Boh­ rungsverschneidung (4, 5, 6, 13, 14, 23, 24, 25, 31, 32, 33, 34) erzeugte Spannung am größten ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der das Gewindelement (35) zur Befestigung eines weiteren Teils vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der zwei der an die Bohrungsverschneidung (4, 5, 6, 13, 14, 23, 24, 25, 31, 32, 33, 34) grenzenden Kanäle im spitzen Winkel aufeinander treffen.