DE4116540C2 - Abzweigverbindung in einer Hochdruck-Kraftstoffschiene - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abzweigverbindung für eine Hockdruck-Kraftstoffschiene, die einen Durchgang, durch den Hochdruckkraftstoff in axialer Richtung fließt, und eine Anzahl Durchgangsbohrungen aufweist, die in einer Umfangs­ wand des Durchganges ausgebildet sind und die entsprechende Druckaufnahmeflächen einschließt, die vom Durchgang radial nach außen konisch verlaufen, wobei die Abzweigverbindung ein Abzweigelement aufweist, das einen Durchlass, der mit dem Durchgang der Kraftstoffschiene kommuniziert, und an einem Ende einen Druckkopf einschließt, der mit der Druck­ aufnahmefläche durch eine Abdichtung in Eingriff ist, um mittels Schraubengewinde das Abzweigelement auf der Kraft­ stoffschiene zu befestigen.

Aus der DE 38 17 413 A1 ist eine Verbindungsanordnung für Abzweigrohre in einem Hochdruckkraftstoff-Rohrverteiler be­ kannt, bei der das Hauptrohr für den Kraftstoff in der Au­ ßenwand mehrere Durchgangsöffnungen mit einer sich nach au­ ßen erweiternden Sitzfläche aufweist. Ein darin lagerndes Abzweigrohr ist mit einem Druckverbinderkopfabschnitt ver­ sehen. Zwischen der Stirnseitenfläche des Druckverbinder­ kopfabschnittes und der sich konisch erweiternden Sitzflä­ che in der Durchgangsöffnung des Hauptrohres ist ein sich konisch verjüngender Dichtring eingebracht. Das Abzweigrohr wird mittels einer Mutter und einem Verbindungsstück gegen den Dichtsitz des Hauptrohres gepresst. Dabei besteht die Gefahr, dass die Verbindung im Stirnseitenabschnitt undicht wird und infolge von Motorvibrationen zu Leckagen führt, da nur eine seitliche Abdichtwirkung im Druckkopfbereich er­ zielt wird.

Eine weitere bekannte Abzweigverbindung ist beispielhaft in den Fig. 12 und 13 dargestellt. Die Hauptleitung 11 einer Kraftstoffschiene weist eine Innenbohrung oder einen Durch­ gang 12 auf. Eine Anzahl konischer oder bogenförmiger Druckaufnahmeflächen 13 ist in der Umfangswand der Hauptlei­ tung 11 ausgebildet. Ein Abzweigrohr 15 besitzt ein koni­ sches oder bogenförmiges Ende oder einen Druckkopf 16, der in die korrespondierende Druckaufnahmefläche 13 der Haupt­ leitung 11 eingreift. Eine Abdichtung 14 ist in Form einer Schale ausgebildet und zwischen der Druckaufnahmefläche 13 und dem Druckkopf 16 angeordnet. Die Abdichtung 14 schließt eine zentrale geradlinige Bohrung 14' und eine gekrümmte Wand 14" ein, die sich nach innen von der zentralen Bohrung 14' erstreckt. Bei Befestigung des Abzweiges mit der Haupt­ leitung wird ein Abstand 17 durch die gekrümmte Wand 14" der Abdichtung, der Umfangskante der Druckaufnahmefläche 13 und dem Durchgang 12 begrenzt.

Bei einer solchen Verbindung wird ein hoher Druck von mehr als 1.000 kgf/cm² auf die Dichtung 14 ausgeübt, um zwei Komponenten bzw. Teilkräfte P1 und P2 zu erzeugen. Die Kom­ ponente P1 ist eine Kraft (Flüssigkeitsdruck × sinθ), die ausgeübt wird, um die Dichtung von der Druckaufnahmefläche 13 zu trennen. Diese Kraft in Verbindung mit Vibrationen des Motors kann dazu führen, dass Kraftstoff zwischen die Abdichtung 14 und die Druckaufnahmefläche 13 eindringt und dadurch ein Leck in der Hauptleitung verursacht.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abzweigver­ bindung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Abdichtwirkung im Verbindungsbereich beim Auftreten von Vi­ brationen des Motors eines Fahrzeuges verbessert wird und somit Leckagen verhindert werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Abdichtung in Form einer Schale ausgebildet ist, deren Bo­ den eine sich konisch verjüngende Bohrung aufweist, wobei sich die innere und äußere Bohrungskante der Abdichtung im Eingriff mit der entsprechenden Stirnseitenfläche des Druckkopfes befindet und dass der Winkel zwischen der Um­ fangsfläche der sich konisch verjüngenden Bohrung in der Abdichtung und der Druckaufnahmefläche der Kraftstoffschie­ ne geringer als 90° ist. Zusätzlich ist der Winkel zwischen der Umfangsfläche der sich konisch verjüngenden Bohrung und der Stirnseitenfläche des Druckkopfes geringer als 90 Grad. Die Abdichtung besteht aus Metall und zumindest eine ihrer Flächen ist mit Silber, Indium, Kupfer, Messing oder Alumi­ nium plattiert.

Mit der vorliegenden Erfindung kann ein Hochdruck von mehr als 1.000 kgf/cm² ausgeübt werden, um zwei Teilkräfte zu erzeugen. Eine der Teilkräfte dient dazu, die Abdichtung gegen die Stirnsaite des Druckkopfes und insbesondere die Druckaufnahmefläche zu pressen, um dazwischen eine volle Abdichtung zu erreichen. Dadurch kann der Kraftstoff nicht zwischen die Abdichtung und den Druckkopf und die Druckauf­ nahmefläche eintreten, so dass Leckagen über einen langen Zeitraum verhindert werden.

Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die dazugehörigen Zeichnungen näher erläu­ tert werden. Dabei zeigen die Zeichnungen in:

Fig. 1: eine vertikale Schnittansicht einer Ab­ zweigverbindung einer Hochdruck- Kraftstoffschiene,

Fig. 2: eine Schnittansicht einer Abdichtung gemäß in Fig. 1,

Fig. 3: eine Schnittansicht der Abdichtung ge­ mäß Fig. 2 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 4A und 4B: verschiedene Ansichten, die das Prinzip der Kraftverteilung im Verbindungsbe­ reich zeigen;

Fig. 5 bis 8: Ansichten verschiedener Abwandlungen der Abdichtung gemäß Fig. 3,

Fig. 9 und 10: vertikale Schnittansichten unterschied­ licher Ausführungsformen von Abzweig­ verbindungen,

Fig. 11A: eine Perspektivansicht einer erfin­ dungsgemäßen Abzweigverbindung in einer weiteren Ausführungsform,

Fig. 11B: einer Schnittansicht, die den wesentli­ chen Teil einer Abzweigverbindung gemäß Fig. 11A zeigt,

Fig. 12: eine Teilschnittansicht einer Abzweig­ verbindung nach dem Stand der Technik,

Fig. 13: einer Teilschnittansicht einer Abdich­ tung gemäß Fig. 12 und

Fig. 14: eine Ansicht, die die im Stand der Technik auftretende Kraftverteilung im Bereich der Abzweigverbindung zeigt.

Die Abzweigverbindung für eine Kraftstoffschiene gemäß den Fig. 1 bis 8 umfasst eine Hochdruck-Hauptleitung 1, die aus Kohlenstoffstahl, einer Stahllegierung oder rostfreiem Stahl besteht. Die Hauptleitung 1 weist einen relativ ge­ ringen Durchmesser von etwa 20 mm und eine Dicke von etwa 6 mm Dicke auf. Die Hauptleitung 1 schließt einen Durchgang 2 ein. Eine Anzahl konischer Durchgangsbohrungen 3a sind in der Umfangswand der Hauptleitung 1 ausgebildet und weisen korrespondierende Druckaufnahmeflächen 3 auf. Jede Durch­ gangsbohrung 3a verläuft sich radial nach außen erweiternd vom Durchgang 2 und ist mit diesem verbunden. Ein separa­ tes, kurzes Verbindungsteil 4 ist in koaxialer Ausrichtung zur Druckaufnahmefläche 3 jeder Duchgangsbohrung 3a ange­ ordnet. Ein als Abzweigelement ausgebildetes Abzweigrohr 5 schließt einen Durchgang 20 ein. Das Abzweigrohr 5 besitzt an einem Ende einen kegelstumpfförmigen Druckkopf 6. Der kegelstumpfförmige Druckkopf 6 erstreckt sich durch das Verbindungsteil 4 und weist eine Druckfläche 6a auf, die sich in Eingriff mit der dazu korrespondierenden Druckauf­ nahmefläche 3 befindet. Eine Abdichtung 8 ist in Form einer Schale ausgebildet und zwischen der Druckfläche 6a und der Druckaufnahmefläche 3 angeordnet. Eine Schraubenmutter 7 ist um das Abzweigrohr 5 mittels einer Buchse 28 befestigt. Die Schraubenmutter 7 ist an einer Gewindebohrung 16 des Verbindungsteils 4 befestigt.

Die Abdichtung 8 besteht aus einem relativ weichen Metall, beispielsweise Silber, Indium, Kupfer, Messung oder Alumi­ nium oder einem beschichteten Metall oder ist mit diesen Metallen plattiert. Weiterhin weist die Abdichtung 8 mittig eine sich konisch erweiternde Bohrung 8' auf. Bei Befesti­ gung des Abzweigrohres 5 mit der Hauptleitung 1 werden die innere und die äußere Bohrungskante der sich konisch erwei­ ternden Bohrung 8' in Berührung mit einer entsprechenden Stirnseitenfläche 6' des Druckkopfes 6 und der Druckaufnah­ mefläche 3 der Hauptleitung 1, wie in Fig. 3 gezeigt, ge­ bracht. Ein Winkel α, der zwischen der sich konisch erwei­ ternden Bohrung 8' und der Stirnseitenfläche 6' des Druck­ kopfes 6 ausgebildet ist, beträgt weniger als 90 Grad.

Ein solcher Winkel von wenigstens 90° im Zusammenhang mit der Kräfteverteilung ist in Fig. 4A dargestellt. Ein Hoch­ druck P von mehr als 1.000 kgf/cm² wird in einem rechten Winkel zur Fläche der zentralen Bohrung 8' ausgeübt, um zwei Teilkräfte P1 und P2 zu erzeugen. Die Teilkraft P2 dient dazu, die Abdichtung 8 gegen die Druckaufnahmefläche 3 unter einem Druck von P × sinα zu pressen. Eine solche Kraft presst die Abdichtung fest gegen die Druckaufnahme­ fläche 3 der Hauptleitung 1, um die vollständige Abdicht­ wirkung zu erzielen.

Ähnlich verhält es sich mit der Stirnseitenfläche 6' des Druckkopfes 6 und der Abdichtung 8, wie in Fig. 4B ge­ zeigt. In diesem Fall wird die Stirnseitenfläche 6' des Druckkopfes 6 in Berührung mit der Abdichtung 8 unter einem Druck von P × sinα gebracht. In dieser Ausführungsform weist die sich konisch erweiternde Bohrung 8' eine ebene, konische Wand mit einem Winkel β zwischen der Umfangsfläche der sich konisch erweiternden Bohrung 8' und der Druckauf­ nahmefläche 3 auf und der Winkel α zwischen der Umfangsflä­ che der sich konisch erweiternden Bohrung 8' und der Stirn­ seitenfläche 6' des Druckkopfes 6 beträgt weniger als 90 Grad. Alternativ dazu kann die sich konisch erweiternde Bohrung 8' zwei oder drei Flächen aufweisen, die winkelig zueinander ausgerichtet sind, wie in den Fig. 5 oder 6 ge­ zeigt. In diesen Fällen betragen die Winkel α und β weniger als 90 Grad. In einer anderen Alternative kann die zentrale Bohrung 8' eine bogenförmige Fläche, wie in Fig. 7 gezeigt, aufweisen. In solch einem Fall ist der Winkel a, der zwi­ schen Druckaufnahmefläche 3 und einer imaginären Linie aus­ gebildet ist, die sich vom Punkt X zwischen der inneren Um­ fangskante der Abdichtung 8 und der Stirnseitenfläche 6' des Druckkopfes 6 zum Punkt Y zwischen der äußeren Umfangs­ kante der Abdichtung 8 und der Druckaufnahmefläche 3 er­ streckt, ebenfalls geringer als 90 Grad. Der Winkel β, der zwischen der imaginären Linie und der Stirnseitenfläche 6' des Druckkopfes 6 ausgebildet ist, ist gleichfalls geringer als 90 Grad.

Gemäß Fig. 8 besitzen der Druckkopf 6 und die Druckaufnah­ mefläche 3 eine Bogenform. Der Winkel zwischen dem äußeren Umfang des Druckkopfes 6 und dem inneren Umfang der Druck­ aufnahmefläche 6 ist geringer als 90 Grad.

Fig. 9 ist eine vertikale Schnittansicht einer anderen Aus­ führungsform der Erfindung, in der das Abzweigelement in Form eines Abzweigfittings 5' ausgebildet ist. Die Haupt­ leitung 1 dient als Kraftstoffschiene. Der Abzweigfitting dient dazu, ein Ineinandergreifen mit anderen Komponenten zu verhindern, wenn ein Abzweigrohr 5' mit großer Krümmung gebogen wird. Der Abzweigfitting kann in Form eines Winkel­ stückes ausgebildet sein oder kann ein Konstantdruckventil, ein Dämpfungsventil, ein Förderventil oder ein Ausströmven­ til einschließen.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 9 dient der Abzweigfit­ ting 5' als Abzweigelement, das mit der Hauptleitung 1 ver­ bunden ist. Der Abzweigfitting 5' weist endseitig einen ke­ gelstumpfförmigen Druckkopf auf und besitzt eine mit Gewin­ de versehene Wand 25 für den Gewindeeingriff mit einer Ge­ windebohrung 16 eines Verbindungsteils 4. Der Abzweigfit­ ting 5' ist somit in Eingriff mit der Druckaufnahmefläche 3' der Hauptleitung 1 durch die Abdichtung 8. Eine Über­ wurfmutter 24 ist auf das andere Ende des Abzweigfittings 5' mittels einer Buchse 23 verschraubt. Gemäß dieser Anord­ nung kann sich ein Abzweigrohr 5" parallel beabstandet zur Längsachse der Hauptleitung 1 erstrecken.

Fig. 10 zeigt eine vertikale Schnittansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform. Hierbei wird eine Über­ wurfmutter 26 verwendet, um das Abzweigrohr 5 als Abzweige­ lement mit der Hauptleitung 1 als Kraftstoffschiene zu ver­ binden. Die Überwurfmutter 26 ist mittig ausgerichtet und bildet einen Vorsprung 27. Die Überwurfmutter 26 weist an ihrem inneren Umfang ein Gewinde 26' auf. Das Verbindungs­ teil 4 besitzt an seinem äußeren Umfang ein dazu korrespon­ dierendes Gewinde 16'. Während das Gewinde 26' der Über­ wurfmutter 26 in Eingriff mit dem Gewinde 16' des Verbin­ dungsteils 4 gebracht wird, drückt der Vorsprung 27 auf ei­ nen ringförmigen Vorsprung 21a, um die Druckfläche 6a durch die Abdichtung 8 in Eingriff mit der Druckaufnahmefläche 3 der Hauptleitung 1 zu bringen.

Die Fig. 11A und 11B sind Ansichten, die einen Kraftstoff­ block, der als eine Kraftstoffschiene ausgebildet ist, an­ stelle der Hauptleitung zeigen. Ein relativ dicker Block 30 weist ein Paar Durchgänge 31 und 32 auf, durch die Hoch­ druckkraftstoff fließt. Eine Anzahl Befestigungsbohrungen 33a bis 33d und 34a bis 34d sind in dem Block 30 ausgebil­ det, die mit den entsprechenden Durchgängen 31 und 32 kom­ munizieren. Diese Befestigungsbohrungen 33a bis 33d und 34a bis 34d weisen entsprechende Druckaufnahmeflächen 3 auf, wie in den zuvor genannten Ausführungen und besitzen eben­ falls mit Gewinde versehene innere Umfangsflächen.

Wenn der Kraftstoffblock 30 als eine Kraftstoffschiene ver­ wendet wird, ist eine Überwurfmutter 7 mit der mit einem Gewinde versehenen inneren Umfangsfläche jeder Befesti­ gungsbohrung 33a bis 33d und 34a bis 34d verschraubt, um das Abzweigelement am Block zu befestigen. Dadurch ergibt sich ein Eingriff der Druckfläche 6' des Druckkopfes 6 durch die Abdichtung 8 mit der Druckaufnahmefläche 3.

Claims (3)

1. Abzweigverbindung für eine Hockdruck-Kraftstoff­ schiene, die einen Durchgang (2), durch den Hochdruck­ kraftstoff in axialer Richtung fließt, und eine Anzahl Durchgangsbohrungen (3a) aufweist, die in einer Um­ fangswand des Durchganges (2) ausgebildet sind und die entsprechende Druckaufnahmeflächen (3) einschließt, die vom Durchgang (2) radial nach außen konisch ver­ laufen, wobei die Abzweigverbindung ein Abzweigelement (5) aufweist, das einen Durchlass (20), der mit dem Durchgang (2) der Kraftstoffschiene kommuniziert, und an einem Ende einen Druckkopf (6) einschließt, der mit der Druckaufnahmefläche (3) durch eine Abdichtung (8) in Eingriff ist, um mittels Schraubengewinde (7) das Abzweigelement (5) auf der Kraftstoffschiene zu befe­ stigen, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung (8) in Form einer Schale ausgebildet ist, deren Boden eine sich konisch verjüngende Bohrung (8') aufweist, wobei sich die innere und äußere Bohrungskante der Ab­ dichtung (8) im Eingriff mit der entsprechenden Stirn­ seitenfläche (6') des Druckkopfes (6) befindet und dass der Winkel (α) zwischen der Umfangsfläche der sich konisch verjüngenden Bohrung (8') in der Abdich­ tung (8) und der Druckaufnahmefläche (3) der Kraft­ stoffschiene geringer als 90° ist.

2. Abzweigverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Winkel β zwischen der Umfangsfläche der sich konisch verjüngenden Bohrung (8') und der Stirnseitenfläche des Druckkopfes (6) geringer als 90 Grad ist.

3. Abzweigverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Abdichtung (8) aus Metall besteht und zumindest eine ihrer Flächen mit Silber, Indium, Kupfer, Messing oder Aluminium plattiert ist.