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Die
Erfindung betrifft eine Anschlusseinrichtung zum Verbinden zweier
Fluidleitungsenden gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1. Ein bevorzugtes, aber nicht ausschließliches
Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Bildung einer Fluidverbindung
zwischen einem Druckspeicher und einem Kraftstoffinjektor an einem
Verbrennungsmotor.
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Allgemein
bekannte und gebräuchliche
Einrichtungen zum Verbinden der Enden zweier Fluidleitungen enthalten
eine zwischen den beiden Leitungsenden anzuordnende ringförmige Dichtungsvorrichtung,
die Dichtungsmaterial aufweist. Die beiden Leitungsenden bilden
jeweils einen ringförmigen
Sitz für den
Dichtungsring, und wenn sie mittels einer Spannvorrichtung unter
Zwischenlage des Dichtungsringes fest aneinandergefügt werden,
schmiegt sich das Dichtungsmaterial fluiddicht an die Oberflächen der beiden
Sitze. Als Spannvorrichtung wird üblicherweise ein Klemmring
verwendet, der durch Festspannen beide Leitungsenden in Axialrichtung
aufeinanderpressen kann. In vielen bekannten Fällen ist der Klemmring als Überwurfmutter
ausgebildet, deren Vorderteil auf ein Außengewinde an dem einen Leitungsende
aufschraubbar ist, während
ihre hintere, nach innen stehende Ringschulter an einem entsprechenden
Flansch am zweiten Leitungsende angreift.
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Verbindungseinrichtungen
dieser allgemeinen Bauart sind weit verbreitet, z.B. als Kupplungen zum
Verbinden zweier Schlauch- oder Rohrleitungen oder zum Anschließen einer
Schlauch- oder Rohrleitung an ein Leitungsende, das ein an einem
Gerät fest
installierter Stutzen ist. Ausführungsformen,
die speziell zum Verbinden einer Kraftstoffleitung mit einem den
Kraftstoff empfangenden Gerät
dienen, sind in der
EP
0 238 156 A1 beschrieben. Im dortigen Fall müssen, ebenso
wie bei anderen allgemein bekannten Bauformen, die Längsachsen
der beiden aneinanderzufügenden
Leitungsenden miteinander fluchten, damit letztere vom Klemmring
aufeinandergepresst werden können.
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Dieses
Erfordernis schreibt sehr enge Toleranzen für die relative Lage der beiden
zu verbindenden Leitungsenden vor. Gehört das eine Leitungsende zu
einer starren Verbindungsleitung, die zwischen zwei fest installierten
Stutzen verlaufen soll, dann müssen
entsprechend enge Toleranzen auch für die Relativlage der beiden
Stutzen eingehalten werden. Dies ist jedoch nicht immer möglich.
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Ein
Beispiel hierfür
ist der Anschluss von Injektoren zur Kraftstoffeinspritzung in die
Zylinder eines Verbrennungsmotors. Solche Injektoren werden üblicherweise
aus einem gemeinsamen Fluiddruckspeicher ("Rail")
versorgt. Aufgrund von Fertigungstoleranzen der Zylinderköpfe und
Positionstoleranzen der Anschlussstutzen am Druckspeicher kommt es
nur selten vor, dass alle Druckspeicherstutzen genau mit den Injektoranschlüssen fluchten
und somit über
eine starre geradlinige Leitung verbunden werden können. Es
bleibt dann nur der Ausweg, die Leitung entweder flexibel zu machen
oder sie von Fall zu Fall jeweils speziell hinsichtlich ihrer Verlaufsform und
Länge anzumessen,
damit auf jeder Seite der Leitung der Anschluss an den jeweiligen
Stutzen mittels jeweils einer bekannten Anschlusseinrichtung erfolgen
kann.
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Aus
DE 26 31 984 A ist
eine Rohrverschraubung mit Anschweißstutzen bekannt, bei der ein Ende
eines Leitungsrohres über
eine Spannhülse
auf ein Anschlussstück
aufgeschraubt wird. Das Leitungsrohr weist einen Anschlusskopf auf,
der teilweise kugelförmig
ausgebildet ist und an eine entsprechend kugelförmig ausgebildete Anschlussfläche des Anschlussstutzens
anliegt. Der Anschlusskopf weist einen ringförmig umlaufenden Dichtring
auf, der die Anschlussfläche
in einen schmäleren
vorderen Bereich und einen größeren hinteren
Bereich unterteilt. Der größere Bereich
weist zudem den größeren Durchmesser
als der kleinere Bereich auf.
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Aus
US 4,556,227 ist eine Anschlusseinrichtung
einer Leitung an ein Anschlussgehäuse bekannt, wobei das Anschlussgehäuse einteilig
ausgebildet ist. Als Dichtmittel werden in das Anschlussgehäuse ein
innerer, mittlerer und ein äußerer Ring
eingeführt,
die deformierbar sind und über
eine Anschlussöffnung
in einen Dichtraum des Anschlussgehäuses eingeführt werden. Anschließend wird
die Leitung in das Anschlussstück
eingeschoben. Das Anschlussgehäuse
ist in der Weise ausgebildet, dass eine Verkippung der Leitung zu
einer Längsachse des
Abschlussgehäuses
möglich
ist, ohne dass die Dichtwirkung der drei Ringe beeinträchtig wird.
Dazu weisen sowohl das Anschlussgehäuse als auch die drei Dichtringe
im wesentlichen sphärische
Dichtflächen
auf, die auch bei einer Verkippung der Leitung gegenüber dem
Anschlussgehäuse
dichten.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anschlusseinrichtung zum
Verbinden zweier Fluidleitungsenden so auszubilden, dass Toleranzen hinsichtlich
der Relativlage der beiden zu verbindenden Leitungsenden aufgenommen
werden können und
zudem eine sichere Abdichtung gewährleistet ist, ohne dass ein
elastischer Dichtring beschädigt
wird.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Eine
zuverlässige
Abdichtung ohne Beschädigung
eines elastischen Dichtringes wird dadurch erreicht, dass als Dichtvorrichtung
drei Einzelringe vorgesehen sind, wobei ein mittlerer Einzelring
aus einem sich unter Druck verformenden Dichtungsmaterial vorgesehen
ist, und das der radiale Durchmesser einer sphärischen Mantelfläche der
Dichtungsvorrichtung im Bereich des Klemmrings zugewandten formbeständigen Einzelrings
liegt und größer ist als
die Öffnungsweite
der Kugelgelenkpfanne.
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Die
Erfindung wird realisiert an einer Anschlusseinrichtung, die zum
Verbinden zweier Fluidleitungsenden dient und eine zwischen den
beiden Leitungsenden anzuordnende, Dichtungsmaterial enthaltende
ringförmige
Dichtungsvorrichtung aufweist, und außerdem eine einen Klemmring
enthaltenden Spannvorrichtung aufweist zum Aneinanderfügen der
beiden Leitungsenden unter Zwischenlage der Dichtungsvorrichtung,
derart dass sich bei festgespanntem Klemmring die Dicht tungsvorrichtung fluiddicht
an beide Leitungsenden schmiegt. Erfindungsgemäß hat die ringförmige Dichtungsvorrichtung
eine zur engen Umschließung
der Außenwand des
ersten Leitungsendes dimensionierte Innenwandung und weist zumindest
auf ihrer dem zweiten Leitungsende zugewandten Seite eine sphärische äußere Oberfläche auf,
die der Oberflächengestalt
einer mit der Mittelachse der Dichtungsvorrichtung konzentrischen
Kugel entspricht. Am zweiten Leitungsende ist eine sphärisch-konkave
Ringfläche vorgesehen,
die eine Kugelgelenkpfanne für
die Dichtungsvorrichtung bildet.
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Das
erste Leitungsende kann z.B. ein Ende einer im wesentlichen starren
Rohrleitung sein, während
das zweite Leitungsende das äußere Ende
eines Stutzens an einer Baueinheit einer fluidbetriebenen Anlage
ist. Wenn es erwünscht
ist, zwei Stutzen zu verbinden, die sich an verschiedenen Baueinheiten
der Anlage befinden und deren Öffnungen
im Abstand einander zugewandt liegen, dann lassen sich mit der Erfindung
die beiden Stutzen auch dann über ein
starres und geradliniges Rohrstück
verbinden, wenn die Stutzen nicht genau miteinander fluchten. Man
kann hierzu für
die Verbindung jedes Stutzens mit dem ihm zugeordneten Ende des
Rohrstückes
jeweils eine erfindungsgemäße Anschlußeinrichtung vorsehen.
Solche Verbindungsgarnituren, die aus zwei Anschlußeinrichtungen
bestehen, eignen sich z.B. hervorragend, um das "Rail" in
einer Kraftstoff-Einspritzanlage mit den Injektoren zu verbinden.
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Die
Erfindung und besondere Ausgestaltungen werden nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand
von Zeichnungen näher
erläutert.
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1 veranschaulicht eine vorteilhafte
Anwendungsart der Erfindung.
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2 ist eine Schnittdarstellung
einer Verbindungsgarnitur mit erfindungsgemäßen Anschlußeinrichtungen einer ersten
Ausführungsform.
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3 ist eine Schnittdarstellung
einer Verbindungsgarnitur mit erfindungsgemäßen Anschlußeinrichtungen einer zweiten
Ausführungsform.
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In
der 1 ist schematisch
ein Kraftstoffinjektor 10 und das "Rail" 20 (Druckspeicher)
einer Kraftstoff-Einspritzanlage
für einen
Verbrennungsmotor dargestellt. Der Injektor 10 sitzt ortsfest
im Kopf eines zugeordneten Zylinders des Motors (nicht dargestellt)
und empfängt
an seinem Einlaßstutzen Druckfluid
unter einem Druck von z.B. 100 bis 300 bar von einem zugeordneten
Auslaßstutzen
des Rails 2 über
ein Rohrstück 30.
Insgesamt sind mehrere Injektoren (an den verschiedenen Zylinderköpfen) und
entsprechend viele Auslaßstutzen
am Rail 20 vorgesehen, die der Übersichtlichkeit halber in
der Figur nicht gezeigt sind.
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Aufgrund
von Fertigungstoleranzen von Zylinderköpfen und Toleranzen in der
Position der Anschlußstutzen
am Rail 20 kann es vorkommen, daß nicht alle diese Stutzen
genau mit den zugeordneten Einlaßstutzen der Injektoren fluchten.
Ebenso könnte es
auch vorkommen, daß die
Abstände
zwischen Rail- und Injektor-Stutzen nicht immer gleich sind. Um
diese Toleranzen auszugleichen, mußte man bisher das Rohr 30 entweder
flexibel gestalten, oder man mußte
seine Verlaufsform und Länge
von Fall zu Fall zurechtschneiden. Wie in 1 gezeigt, läßt sich dies vermeiden, wenn
man die Anschlußeinrichtungen
zwischen den Enden des Rohrs 30 und dem jeweiligen Stutzen
so gestaltet, daß das
Rohr 30 schräg
(und gewünschtenfalls
auch längsverschieblich)
in die Stutzen münden
kann.
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Die
erfindungsgemäße Ausbildung
der Anschlußeinrichtung
ermöglicht
dies, wie es nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen anhand der 2 und 3 erläutert
wird.
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Wie
in der vergrößerten Darstellung
nach 2 erkennbar, bildet
der Einlaßstutzen 1 des
Injektors 10 ein Leitungsende mit sphärisch-konkaver Innenkontur.
Das heißt,
am Ende des Stutzens 1 befindet sich eine Ringfläche, die
als Kugelgelenkpfanne wirken kann. In dieser Kugelgelenkpfanne sitzt eine
Dichtungsvorrichtung in Form dreier übereinandergestapelter Einzelringe 4, 5 und 6,
die insgesamt ein Ringpaket bilden, dessen äußere Mantelfläche sphärisch gewölbt ist.
In der zylindrischen Mittelöffnung
des Ringpaketes 4, 5, 6 ist ein anderes
Leitungsende 3 aufgenommen, welches das in jektorseitige
Ende des Rohrstückes 30 nach 1 ist. Die äußere sphärische Mantelfläche des
Ringpaketes 4, 5, 6 entspricht einem
Teil der Oberfläche
einer Kugel, deren Mittelpunkt auf der Mittelachse des Ringpaketes 4, 5, 6 und
des Leitungsendes 3 liegt. Die Oberflächenkontur der ringförmigen Kugelgelenkpfanne am
Ende des Stutzens 1 ist ebenfalls dieser Kugel entsprechend.
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Der
mittlere Einzelring 6 ist ein O-Ring, vorzugsweise aus
einem unter Druck verformbaren Dichtungsmaterial. Die beiden anderen
Einzelringe 4 und 5 bestehen vorzugsweise aus
formbeständigem und
verschleißfestem
Material, z.B. aus Metall. Der dem Stutzen 1 zugewandte
Einzelring 5 ist in Axialrichtung wesentlich kürzer als
der dem Stutzen 1 abgewandte Einzelring 4, so
daß der
O-Ring 6 relativ nahe am stutzenseitigen Ende des Ringpaketes
liegt und stets voll im Bereich der Kugelgelenkpfanne des Stutzens 1 bleibt,
wenn das Rohrende 3 und somit das gesamte Ringpaket 4, 5, 6 in
gewissen Grenzen (innerhalb eines vorgewählten Raumwinkels) gegenüber dem
Stutzen 1 geschwenkt wird.
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Um
das Ringpaket 4, 5, 6 in der stutzenseitgen
Kugelgelenkpfanne zu halten und dort einzuspannen, ist ein Klemmring 7 vorgesehen,
der ebenfalls eine dem Ringpaket zugewandte sphärisch-konkave Ringfläche aufweist,
die eine zweite Kugelgelenkpfanne für das Ringpaket bildet. Der
Klemmring 7 läßt sich
gegen den ihm zugewandten Einzelring 4 spannen; zu diesem
Zweck ist er in der Ausführungsform
nach 2 als Überwurfmutter
ausgebildet, welche das Leitungsende 3 umringt und auf
ein Außengewinde
am Stutzen 1 aufschraubbar ist.
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Vorzugsweise
ist der Einzelring 4 so ausgebildet, daß er seinen radial breitesten
Bereich außerhalb
der stutzenseitigen Kugelgelenkpfanne hat, sich also schon vor dem
Kontakt mit der stutzenseitigen Kugelgelenkpfanne und vor dem Ort
des O-Ringes 6 kugelig verjüngt. Das heißt, der
Maximaldurchmesser des Einzelringes 4 soll größer sein
als die Öffnungsweite
der Kugelgelenkpfanne, so daß der
Einzelring 4 nicht beliebig tief in diese Kugelgelenkpfanne
eindringen und den o-Ring 6 zerquetschen kann.
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Zum
Anschließen
des Rohrstückes 30 an den
Stutzen 1 wird das Ringpaket 4, 5, 6 mit
dem von ihm umschlossenen Ende 3 des Rohrstückes in
die stutzenseitige Kugelgelenkpfanne gesetzt und durch Anziehen
der den Klemmring 7 bildenden Überwurfmutter festgespannt.
Vor dem endgültigen
Festziehen des Klemmringes 7 kann das Rohrstück 30 in
die gewünschte
Winkelposition justiert werden, unter Verschwenken des Ringpaketes 4, 5, 6 in
seiner Kugelgelenklagerung. Auch kann das Rohrstück 30 in diesem noch
lockeren Zustand der Verbindung gewünschtenfalls in Axialrichtung
innerhalb des Ringpaketes 4, 5, 6 etwas
verschoben werden, um Längen-
bzw. Entfernungstoleranzen auszugleichen.
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Durch
anschließendes
Festspannen des Klemmringes 7 wird die Verbindung dann
fixiert. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, den O-Ring 6 so
zu bemessen, daß er
im unbelasteten Zustand innen und außen etwas über die Kontur der Einzelringe 4 und 5 vorsteht,
um sich beim Festspannen unter Verformung fluiddicht und mit großer Haftreibung
an die Fläche
der stutzenseitigen Kugelgelenkpfanne und an die Außenwandung
des Rohrendes 3 zu schmiegen.
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Die 2 zeigt am anderen Ende
des Rohrstückes 30 eine
zweite Anschlußeinrichtung,
die genau so aufgebaut ist wie die vorstehend beschriebene Einrichtung,
um das andere Ende mit dem Rail 20 zu verbinden. Wegen
des gleichartigen Aufbaus kann eine Beschreibung dieser zweiten
Einrichtung entfallen. Die Teile der zweiten Einrichtung sind in 2 mit den gleichen Bezugszahlen
bezeichnet wie die gleichartigen Teile der ersten Einrichtung, lediglich ergänzt durch
den nachgestellten Kleinbuchstaben "a".
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Beide
Anschlußeinrichtungen
nach 2 bilden zusammen
eine Garnitur zum Verbinden zweier einander zugewandter Stutzen 1, 1a über ein
geradliniges starres Rohrstück 30,
wobei Toleranzen sowohl hinsichtlich der axialen Ausrichtung als
auch des Abstandes der Stutzen ausgeglichen werden können.
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Die 3 zeigt eine etwas abgewandelte Verbindungsgarnitur,
die sich von derjenigen nach 2 nur
dadurch unterscheidet, daß die
Spannvorrichtungen statt der beiden Über wurfmuttern 7, 7a zwei
Hülsen 8, 8a als "Klemmringe" enthält, die
das Rohrstück 30 umschließen und
sich an ihren einander zugewandten Enden über eine Schraubverbindung 9 aufeinander
abstützen.
Das jeweils andere Ende jeder Klemmhülse hat eine Sitzfläche, die
sich auf dem Einzelring 4 bzw. 4a der betreffenden
Anschlußeinrichtung
abstützen
kann. Die Schraubverbindung 9 ist so gestaltet, daß sich je
nach Drehrichtung der Schraubbewegung die Enden der beiden Klemmhülsen 8, 8a voneinander
weg oder zueinander hin bewegen, um so den festspannenden Druck auf
die Einzelringe 4, 4a auszuüben bzw. zu lockern. Im dargestellten
Fall besteht die Schraubverbindung 9 aus einem Außengewinde
an der Hülse 8 und
einem darüber
schraubbaren Innengewinde an der Hülse 8a.
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Neben
den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind natürlich auch
andere Ausgestaltungen im Rahmen der Erfindungsgedankens möglich. So
ist es nicht unbedingt notwendig, daß auch der Klemmring eine Kugelgelenkpfanne
für die Dichtungsvorrichtung
bildet. Bei der Ausführungsform
nach 3 beispielsweise
findet beim Verschwenken des Rohrstückes 30 keine Relativbewegung
gegenüber
den als Klemmringe wirkenden Hülsen 8, 8a statt,
so daß hier
keine Kugelgelenkigkeit erforderlich ist. Die Berührungsfläche zwischen
Dichtungsvorrichtung und Hülse
braucht also nicht sphärisch
zu sein.
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Auch
bei der Ausführungsform
nach 2 kann darauf verzichtet
werden, die am Klemmring 7 (bzw. 7a) befindliche
Andruckfläche
und den ihr zugewandten Oberflächenbereich
des Ringpaketes sphärisch
auszubilden; wichtig ist nur, daß der Klemmring 7 in
jeder Schwenklage des Ringpaketes 4, 5, 6 in
der Lage ist, beim Festspannen eine axial gerichtete Kraftkomponente
auf das Ringpaket auszuüben.
Die oben beschriebene sphärische
Ausbildung ist jedoch am vorteilhaftesten.
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Ferner
sei erwähnt,
daß für die Dichtungsvorrichtung
auch ein einstückiger
Körper
anstelle eines Ringpaketes verwendet werden kann. Ein solcher Körper kann
aus einer passend dimensionierten Kugel eines geeigneten Dichtungsmaterials
hergestellt sein.
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Erfindungsgemäße Anschlußeinrichtungen lassen
sich natürlich
nicht nur als Garnitur verwenden, wie es in den Figuren gezeigt
ist, sondern können
auch einzeln vorgesehen sein. Ihr Einsatz ist überall vorteilhaft, wo es gilt,
zwei Fluidleitungsenden zu verbinden, deren Axiallinien nicht genau
miteinander fluchten.