EP2298940B1 - Autofrettagevorrichtung für Hochdruckbauteile, insbesondere für Rohrleitungen - Google Patents

Autofrettagevorrichtung für Hochdruckbauteile, insbesondere für Rohrleitungen Download PDF

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EP2298940B1
EP2298940B1 EP09010857A EP09010857A EP2298940B1 EP 2298940 B1 EP2298940 B1 EP 2298940B1 EP 09010857 A EP09010857 A EP 09010857A EP 09010857 A EP09010857 A EP 09010857A EP 2298940 B1 EP2298940 B1 EP 2298940B1
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EP
European Patent Office
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pressure
valve
component
autofrettage
shut
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EP09010857A
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EP2298940A1 (de
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Armin Merkle
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Felss Burger GmbH
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Felss Burger GmbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
    • C21D7/10—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the whole cross-section, e.g. of concrete reinforcing bars
    • C21D7/12—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the whole cross-section, e.g. of concrete reinforcing bars by expanding tubular bodies

Definitions

  • the present invention relates to a device for applying high-pressure components, in particular pipelines, with an autofrettage pressure, comprising: a high-pressure generating unit for pressurizing the high-pressure component with the autofrettage pressure assigned to a first end of the high-pressure component to be acted upon, and a high-pressure valve unit associated with a second end of the high-pressure component Shut-off body for closing a valve seat to separate a flushing passage formed at the high-pressure valve unit in the application of the autofrettage pressure from the high-pressure component when the high-pressure component is acted upon, and a pressure detection unit for detecting the autofrettage pressure.
  • the autofrettage device 1 has a high-pressure generating unit 2 which, with an adapter nozzle 4, adopts a first end 3a of a high-pressure component to be acted upon in the form of a diesel injection line 5 .
  • a second, opposite end 3b of the diesel injection line 5 is adapted by an adapter nozzle 6 of a high-pressure valve unit 7 .
  • the two pipe ends 3a, 3b provided with a flare are provided with a union nut 9a, 9b and are pressed against a respective counter-holder 10a, 10b during the adaptation.
  • an essentially cylindrical main body 11 of the high-pressure generating unit 2 is supplied with oil as autofrettage fluid via a transverse bore 12 , which passes into the interior of the diesel injection line 5 and from there into a high-pressure region 13 which is located in a valve main body 14 (valve block ) of the high-pressure valve unit 7 is formed.
  • a valve ball 15 is provided as a shut-off body, which rests against a high-pressure region 13 formed on the valve main body 14 in the closed valve state and separates the high-pressure region 13 from a flushing bore 16 provided in the valve block 14.
  • the autofrettage pressure in the diesel injection line 5 can be generated with a closed flushing bore 16.
  • a pressure sensing unit 19 (high-pressure sensor) communicating with the high-pressure area 13 via a measuring bore 18 extending in the transverse direction serves to detect the autofrettage pressure in order to be able to perform pressure regulation or pressure monitoring.
  • the pressure applied by the high-pressure piston 17 is reduced and the connection to the flushing bore 16 is released by raising the valve ball 15 attached to an opener pin 20 by means of a pneumatic cylinder 21 .
  • the ⁇ ffnerstatt 20 with the pneumatic cylinder 21 is here as well as the valve block 14 is provided on a piston rod 22 of a hydraulic cylinder 23 , which serves for pressing the Adaptierdüse 6 against the anvil 10b.
  • the high-pressure generating unit 2 can, via the transverse bore 12, apply a flushing fluid, e.g. Air, are supplied to dissipate the remaining oil in the device 1 via the flushing bore 16 on the high-pressure valve unit 7.
  • a flushing fluid e.g. Air
  • valve block 14 may not withstand the autofrettage pressure permanently. After a longer period of operation, the valve block 14 may burst from the inside, starting at the point at which the measuring bore 18 opens into the high-pressure region 13. Even attempts to achieve a sufficient reduction of the material stresses by optimizing the geometry at the bore branch were unsuccessful.
  • a high-pressure channel for connection of the pressure detection unit is formed with the high-pressure component to be acted upon.
  • the high-pressure valve unit has an adapter nozzle for connection to the second end of the high-pressure component, which forms the valve seat for the shut-off body at its end facing away from the high-pressure component.
  • the valve seat can in this case be designed, in particular, as a conical seat on which a shut-off body, e.g. comes in the form of a pin or needle-shaped high-pressure tube or nozzle when closing the flushing channel to the plant.
  • the high-pressure sensor is hereby typically arranged in the axial extension of the adapter nozzle.
  • the Adaptierdüse is slidably mounted in a valve body or valve block of the high-pressure valve unit against a spring force.
  • the Adaptierdüse is axially movable, wherein the valve seat between the adapter nozzle and shut-off during rinsing, in which the adapter nozzle is pressed against the end of the high-pressure component, is held open by the spring force, so that the flushing passage with the high-pressure component remains connected.
  • the dynamic pressure occurring when flushing the high-pressure component with the Autofrettagemedium at the flushing hole presses the Adaptierdüse in addition to the spring force in the direction of the second end of the high-pressure component, thereby increasing the sealing effect.
  • valve body of the high-pressure valve unit is mounted on a piston rod of a path-controlled hydraulic cylinder.
  • the valve body is in this case provided on the high-pressure component end facing the typically hollow-bore piston rod.
  • the hollow-bored piston rod can serve to receive or guide a high-pressure tube, which is screwed into the valve body and serves as a shut-off.
  • a travel control of the hydraulic cylinder e.g. by way of a proportional return path return valve is required in the present embodiment to adjust the position of the piston rod so that when the adapter nozzle is pressed against the end of the high pressure component during purging, the valve seat remains open and closed during autofrettage.
  • the device has a first hydraulic cylinder for displacing the shut-off body in a valve main body of the high-pressure valve unit.
  • the shut-off is displaceable in the valve body, while the valve seat forming Adaptierdüse is firmly anchored in the valve body.
  • a second hydraulic cylinder is provided for pressing the adapter nozzle of the valve body against the second end of the high-pressure component during the rinsing process.
  • the shut-off body is designed as a high-pressure pipe or communicates with a high-pressure pipe in connection, at the end facing away from the high-pressure component, the pressure detection unit is mounted.
  • the high-pressure tube can be screwed into the valve body in an axial extension to the adapter, so that it can be dispensed with the provision of a transverse bore for the arrangement of the pressure detection unit in the valve block.
  • the high-pressure pipe can either itself serve as a shut-off body or with another component, e.g. a rinsing nozzle to be connected as a shut-off.
  • the shut-off body is formed by an adapter nozzle for connecting the high-pressure valve unit to the second end of the high-pressure component.
  • the second end of the high-pressure component here serves - as in the embodiments described above - as a seat for fluid-tight adaptation of the adapter.
  • the adapter nozzle is not pressed against the second end of the high-pressure component during rinsing but only during autofretting, while the adaptation during rinsing is opened in order to release the connection to the rinsing channel, i. the second end of the high pressure component acts as a valve seat for the adapter nozzle.
  • valve seat Since the high autofrettage pressure of up to 15000 bar requires high forces in the sealing of the valve, the valve seat is subject to a certain wear over a longer service life of the device.
  • the provision of the valve seat on the high-pressure component is advantageous since the valve seat on the high-pressure component only has to be actuated once to change from rinsing to autofretting.
  • the Adaptierdüse of a rinsing sleeve slidably mounted against a spring force for connection to an outer edge of the second end of the high pressure component, wherein between the rinsing sleeve and the Adaptierdüse a connected to the purge passage gap is formed.
  • the high-pressure component is designed in the form of a pipeline, this typically has a flange at both ends, which can be adapted by the flushing sleeve, wherein the geometry of the flushing sleeve is adapted or adapted to the geometry of the flange.
  • the autofrettage fluid can reach the flushing channel through the gap formed between the flushing sleeve and the adaptation nozzle. Due to the high flow velocity of the fluid creates a dynamic pressure, which presses the flushing sleeve in addition to the spring force and thus increases the sealing effect. Autofretting takes place here after adapting or pressing the adapter nozzle against the second end of the high-pressure component, in which the gap is closed and thus the connection to the flushing channel is interrupted.
  • the device has a path-controlled hydraulic cylinder with a piston rod on which a valve main body of the high-pressure valve unit is formed.
  • the piston rod with the valve body can be moved away by means of a proportional directional control valve with Wegegur arrangement to first adapt the purging sleeve and then the Adaptierdüse at the second end of the high-pressure component or the pipeline and so to realize the two valve positions for rinsing and autofrettage.
  • the pressure detection unit is arranged on an end remote from the high-pressure component of a pressure port formed in the hollow-drilled piston rod.
  • the pressure port communicates with the adapter nozzle via a pressure screw and is inserted into the hollow-bored piston rod.
  • it can be dispensed with the provision of a high-pressure tube as a connection between the adapter and the pressure detection unit.
  • the flushing channel is typically formed as a transverse bore in a valve main body of the high-pressure valve unit.
  • the connection of the flushing channel or the transverse bore is separated when the high-pressure component is subjected to the autofrettage pressure from the high-pressure component, so that the flushing channel is not exposed to the autofrettage pressure.
  • FIGS. 2a , b show a high pressure valve unit 7a, which the high pressure valve unit 7 in the Autofrettagevortechnik 1 of Fig. 1 replaced.
  • the high pressure valve unit 7a is different from that of FIG Fig. 1 initially characterized in that the Adaptierdüse 6 at its end facing away from the pipe 5 forms a conical valve seat 24 .
  • the Adaptierdüse 6 is also slidably mounted along its longitudinal axis in the valve block 14.
  • a coil spring 25 generates a spring force on the adapter nozzle 6 in the direction of the second end 3b of the pipeline 5.
  • the valve block 14 is provided on a piston rod 22 of a hydraulic cylinder 23.
  • the piston rod 23 is controlled by means of a (not shown) proportional directional valve with position feedback.
  • a high-pressure channel 27 is formed in the form of a longitudinal bore, which in the in Fig. 2b shown, closed valve position directly adjoins the adapter nozzle 6 to the high pressure sensor 19, which is arranged at the end remote from the pipe 5 end of the high pressure passage 27, to connect to the pipe 5.
  • FIGS. 3a , b An alternative embodiment of the high-pressure valve unit 7b, in which the function of rinsing and autofrettage is taken over by two independently actuable hydraulic cylinders 23a, 23b , is in FIGS. 3a , b and will be described below.
  • the first hydraulic cylinder 23a serves to displace the high-pressure pipe 26 mounted in a hollow-drilled piston rod 22a of the first hydraulic cylinder 23a in a valve main body 14.
  • a scavenging nozzle 28 which serves as a shut-off body and in which a high-pressure channel 27 is formed which connects the high-pressure sensor 19 to the pipeline 5 via the immediately adjoining high-pressure pipe 26.
  • the valve body 14 is attached to a piston rod 22b of the second hydraulic cylinder 23b.
  • the piston rod 22b of the second hydraulic cylinder 23b encloses the piston rod 22a of the first hydraulic cylinder 23a.
  • the piston rod 22a of the first hydraulic cylinder 23a is moved so far until the flushing nozzle 28 on Valve seat 24 of the adapter nozzle 6 sealingly abuts, as in Fig. 3b is shown.
  • FIGS. 4a , b A third embodiment of the high-pressure valve unit 7c, in which the valve seat 24 is formed for the fitting 6 serving as shut-off at the second end 3b of the pipe 5, is in FIGS. 4a , b shown.
  • the integral in the valve body 14 Adaptierdüse 6 is in this case surrounded by a rinsing sleeve 29 , which in the in Fig. 4a shown rinsing process is pressed against a bead formed on the outer edge 30 of the second end 3b of the pipe 5.
  • the flushing sleeve 29 is displaceable in the valve main body 14 in the longitudinal direction against the spring force of a coil spring 25 and sealed against the valve body 14 by means of a hydraulic seal 31 .
  • a gap 32 is formed, which at the in Fig. 4a shown rinsing the Spülbohrung 16 connects to the pipe 5.
  • Fig. 4b shown Autofrettage the Adaptierdüse 6 by means of a hydraulic cylinder 23 to which the valve body 14 is mounted, and the valve seat 24 is closed at the second end 3b of the pipe 5.
  • the piston rod 22 with the valve body 14 is hereby moved away by means of a proportional directional valve control with Wegegur arrangement to first adapt the rinsing sleeve 29 and subsequently the Adaptierdüse 6 at the second end 3b of the pipe 5 and so can realize the two valve positions for rinsing and autofrettage.
  • a pressure port 33 is formed in the hollow piston rod 22 and is connected to the adapter nozzle 6 via a pressure screw 34 .
  • the pressure detection unit 19 is arranged at the end of the pressure connection 33 facing away from the pipeline 5, so that the provision of a high-pressure pipe for connecting the pressure detection unit 19 can be dispensed with in this case.
  • a cable connection 35 extending in the hollow-bored piston rod 22 serves to make contact with the pressure detection unit 19 arranged in the piston rod 22.
  • valve seat 24 in contrast to the in FIGS. 2a, b and FIGS. 3a, b shown embodiments not formed on the adapter nozzle 6, but on the pipe 5 itself, so that no wear of the valve seat can occur during repeated switching between rinsing and autofrettage.
  • the high-pressure valve unit 7a-c it is possible to dispense with a bore branch in the region of the valve main body 14 in which the autofrettage pressure is applied, whereby the fatigue strength of the autofrettage device 1 or the high-pressure valve unit 7 can be increased significantly.
  • the high-pressure valve units 7a-c possibly suitably modified, can be used not only for autofrettage of pipelines, but also for autofrettage of other high-pressure components, such as e.g. used in diesel injection systems of motor vehicles, in water jet cutting or in the high-pressure pasteurization of foods.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beaufschlagen von Hochdruckbauteilen, insbesondere von Rohrleitungen, mit einem Autofrettagedruck, umfassend: eine einem ersten Ende des zu beaufschlagenden Hochdruckbauteils zugeordnete Hochdruckerzeugungseinheit zur Druckbeaufschlagung des Hochdruckbauteils mit dem Autofrettagedruck, sowie eine einem zweiten Ende des Hochdruckbauteils zugeordnete Hochdruckventileinheit mit einem Absperrkörper zum Verschließen eines Ventilsitzes, um einen an der Hochdruckventileinheit gebildeten Spülkanal bei der Beaufschlagung des Hochdruckbauteils mit dem Autofrettagedruck von dem Hochdruckbauteil zu trennen, sowie eine Druckerfassungseinheit zur Erfassung des Autofrettagedrucks.
  • Mit Hilfe von Autofrettagevorrichtungen werden Hochdruckbauteile, z.B. in Form von Rohrleitungen, insbesondere in Form von Dieseleinspritzleitungen, mehrere Sekunden mit hohen Innendrücken (Autofrettagedrücken) von typischer Weise ca. 1000 bis 15000 bar beaufschlagt. Die Beaufschlagung löst eine Materialumwandlung aus, welche bewirkt, dass die so behandelten Rohrleitungen hohen Innendrücken dauerhaft standhalten können.
  • Eine bekannte Autofrettagevorrichtung 1 wird nachfolgend anhand von Fig. 1 beschrieben. Die Autofrettagevorrichtung 1 weist eine Hochdruckerzeugungseinheit 2 auf, die mit einer Adaptierdüse 4 ein erstes Ende 3a eines zu beaufschlagenden Hochdruckbauteils in Form einer Dieseleinspritzleitung 5 adaptiert. Ein zweites, gegenüberliegendes Ende 3b der Dieseleinspritzleitung 5 wird von einer Adaptierdüse 6 einer Hochdruckventileinheit 7 adaptiert. Die beiden mit einem Bördel versehen Rohrenden 3a, 3b sind mit einer Überwurfmutter 9a, 9b versehen und werden bei der Adaptierung gegen einen jeweiligen Gegenhalter 10a, 10b angepresst.
  • Zur Beaufschlagung der Dieseleinspritzleitung 5 mit dem Autofrettagedruck wird einem im Wesentlichen zylindrischen Grundkörper 11 der Hochdruckerzeugungseinheit 2 über eine Querbohrung 12 Öl als Autofrettagefluid zugeführt, das in das Innere der Dieseleinspritzleitung 5 und von dort in einen Hochdruckbereich 13 gelangt, der in einem Ventilgrundkörper 14 (Ventilblock) der Hochdruckventileinheit 7 gebildet ist. In dem Hochdruckbereich 13 der Hochdruckventileinheit 7 ist eine Ventilkugel 15 als Absperrkörper vorgesehen, die im geschlossenen Ventilzustand an einem an dem Ventilgrundkörper 14 gebildeten Hochdruckbereich 13 anliegt und den Hochdruckbereich 13 von einer in dem Ventilblock 14 vorgesehenen Spülbohrung 16 trennt.
  • Mittels eines an der Hochdruckerzeugungseinheit 2 vorgesehenen Hochdruckkolbens 17 kann bei verschlossener Spülbohrung 16 der Autofrettagedruck in der Dieseleinspritzleitung 5 erzeugt werden. Ein über eine in Querrichtung verlaufende Messbohrung 18 mit dem Hochdruckbereich 13 in Verbindung stehende Druckerfassungseinheit 19 (Hochdrucksensor) dient der Erfassung des Autofrettagedrucks, um eine Druckregelung bzw. Drucküberwachung vornehmen zu können.
  • Für die Spülung der Autofrettagevorrichtung 1 nach dem Beaufschlagen mit dem Autofrettagedruck wird der durch den Hochdruckkolben 17 aufgebrachte Druck reduziert und die Verbindung zur Spülbohrung 16 freigegeben, indem die an einem Öffnerstift 20 angebrachte Ventilkugel 15 mittels eines Pneumatikzylinders 21 angehoben wird. Der Öffnerstift 20 mit dem Pneumatikzylinder 21 ist hierbei ebenso wie der Ventilblock 14 an einer Kolbenstange 22 eines Hydraulikzylinders 23 vorgesehen, der zum Anpressen der Adaptierdüse 6 gegen den Gegenhalter 10b dient.
  • Für den Spülvorgang kann der Hochdruckerzeugungseinheit 2 über die Querbohrung 12 ein Spülfluid, z.B. Luft, zugeführt werden, um das in der Vorrichtung 1 noch vorhandene Öl über die Spülbohrung 16 an der Hochdruckventileinheit 7 abzuführen.
  • Bei der in Fig. 1 gezeigten Autofrettagevorrichtung 1 tritt das Problem auf, dass der Ventilblock 14 ggf. dem Autofrettagedruck nicht dauerhaft standhalten kann. Nach einer längeren Betriebsdauer kann der Ventilblock 14 von innen her platzen, beginnend an der Stelle, an der die Messbohrung 18 in den Hochdruckbereich 13 mündet. Auch Versuche, durch eine Optimierung der Geometrie an der Bohrungsverzweigung eine ausreichende Verringerung der Materialspannungen zu erreichen, blieben erfolglos.
  • Bekannte Autofrettagevorrichtungen sind in DE 102006054440B3 oder DE4312589A1 erwähnt.
    • Aufgabe der Erfindung
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Dauerfestigkeit einer Autofrettagevorrichtung der eingangs genannten Art zu erhöhen.
    • Gegenstand der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird gemäß den Anspruch 1 dadurch gelöst, dass in dem Absperrkörper der Hochdruckventileinheit ein Hochdruckkanal zur Verbindung der Druckerfassungseinheit mit dem zu beaufschlagenden Hochdruckbauteil gebildet ist. Durch das Vorsehen eines Hochdruckkanals in dem Absperrkörper ist es möglich, die Druckerfassungseinheit in der axialen Verlängerung einer in dem Ventilblock vorgesehenen, den Hochdruckbereich bildenden Bohrung vorzusehen, so dass auf eine Verzweigung zu einer Messbohrung verzichtet und die Verschleißanfälligkeit der Hochdruckventileinheit verringert werden kann.
  • Bei einer Ausführungsform weist die Hochdruckventileinheit eine Adaptierdüse zur Verbindung mit dem zweiten Ende des Hochdruckbauteils auf, die an ihrem dem Hochdruckbauteil abgewandten Ende den Ventilsitz für den Absperrkörper bildet. Der Ventilsitz kann hierbei insbesondere als Kegelsitz ausgebildet sein, an dem ein Absperrkörper z.B. in Form eines stift- bzw. nadelförmigen Hochdruckrohrs oder -düse beim Verschließen des Spülkanals zur Anlage kommt. Der Hochdrucksensor ist hierbei in typischer Weise in der axialen Verlängerung der Adaptierdüse angeordnet.
  • Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist die Adaptierdüse in einem Ventilgrundkörper bzw. Ventilblock der Hochdruckventileinheit gegen eine Federkraft verschiebbar gelagert. In diesem Fall ist die Adaptierdüse axial beweglich, wobei der Ventilsitz zwischen Adaptierdüse und Absperrkörper während des Spülens, bei dem die Adaptierdüse gegen das Ende des Hochdruckbauteils angepresst wird, durch die Federkraft offen gehalten wird, so dass der Spülkanal mit dem Hochdruckbauteil verbunden bleibt. Der beim Spülen des Hochdruckbauteils mit dem Autofrettagemedium an der Spülbohrung auftretende Staudruck presst die Adaptierdüse zusätzlich zur Federkraft in Richtung des zweiten Endes des Hochdruckbauteils und erhöht dadurch die Abdichtwirkung.
  • Bei einer Weiterbildung ist der Ventilgrundkörper der Hochdruckventileinheit an einer Kolbenstange eines weggesteuerten Hydraulikzylinders angebracht. Der Ventilgrundkörper ist hierbei am dem Hochdruckbauteil zugewandten Ende der typischer Weise hohlgebohrten Kolbenstange vorgesehen. Die hohlgebohrte Kolbenstange kann zur Aufnahme bzw. Führung eines Hochdruckrohrs dienen, das in den Ventilgrundkörper eingeschraubt wird und als Absperrkörper dient. Eine Wegsteuerung des Hydraulikzylinders z.B. mittels eines Proportionalwegeventils mit Wegerückführung ist bei der vorliegenden Ausführungsform erforderlich, um die Position der Kolbenstange so einzustellen, dass beim Anpressen der Adaptierdüse gegen das Ende des Hochdruckbauteils während des Spülens der Venilsitz geöffnet bleibt und bei der Autofrettage geschlossen wird.
  • Bei einer alternativen Weiterbildung weist die Vorrichtung einen ersten Hydraulikzylinder zum Verschieben des Absperrkörpers in einem Ventilgrundkörper der Hochdruckventileinheit auf. In diesem Fall ist der Absperrkörper im Ventilgrundkörper verschiebbar, während die den Ventilsitz bildende Adaptierdüse fest im Ventilgrundkörper verankert ist.
  • In einer weiteren Weiterbildung ist ein zweiter Hydraulikzylinder zum Andrücken der Adaptierdüse des Ventilgrundkörpers gegen das zweite Ende des Hochdruckbauteils während des Spülvorgangs vorgesehen. Durch die Aufteilung der Funktionen Spülen und Autofrettieren auf zwei Hydraulikzylinder können die Adaptierkraft an der Adaptierdüse und die Schließkraft am Ventilsitz mit Hilfe von Druckregelventilen getrennt geregelt werden, so dass auf ein Proportionalwegeventil mit
  • Wegerückführung verzichtet werden kann.
  • In einer Ausführungsform ist der Absperrkörper als Hochdruckrohr ausgebildet oder steht mit einem Hochdruckrohr in Verbindung, an dessen dem Hochdruckbauteil abgewandetem Ende die Druckerfassungseinheit angebracht ist. Das Hochdruckrohr kann in den Ventilgrundkörper in axialer Verlängerung zur Adaptierdüse eingeschraubt werden, so dass auf das Vorsehen einer Querbohrung zur Anordnung der Druckerfassungseinheit in dem Ventilblock verzichtet werden kann. Das Hochdruckrohr kann hierbei entweder selbst als Absperrkörper dienen oder mit einem weiteren Bauelement, z.B. einer Spüldüse, als Absperrkörper verbunden sein.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Absperrkörper durch eine Adaptierdüse zur Verbindung der Hochdruckventileinheit mit dem zweiten Ende des Hochdruckbauteils gebildet. Das zweite Ende des Hochdruckbauteils dient hierbei - wie in den weiter oben beschriebenen Ausführungsformen - als Sitz zur fluiddichten Adaptierung der Adaptierdüse. Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Ausführungsformen wird im vorliegenden Fall die Adaptierdüse jedoch nicht beim Spülen, sondern nur beim Autofrettieren gegen das zweite Ende des Hochdruckbauteils angepresst, während die Adaptierung beim Spülen geöffnet wird, um die Verbindung zum Spülkanal freizugeben, d.h. das zweite Ende des Hochdruckbauteils wirkt als Ventilsitz für die Adaptierdüse. Da der hohe Autofrettagedruck von bis zu 15000 bar hohe Kräfte bei der Abdichtung des Ventils erfordert, unterliegt der Ventilsitz bei längerer Betriebsdauer der Vorrichtung einem gewissen Verschleiß. Das Vorsehen des Ventilsitzes an dem Hochdruckbauteil ist vorteilhaft, da der Ventilsitz an dem Hochdruckbauteil nur ein einziges Mal beim Wechseln vom Spülen zum Autofrettieren betätigt werden muss.
  • In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist die Adaptierdüse von einer gegen eine Federkraft verschiebbar gelagerten Spülhülse zur Verbindung mit einem Außenrand des zweiten Endes des Hochdruckbauteils umgeben, wobei zwischen der Spülhülse und der Adaptierdüse ein mit dem Spülkanal verbundener Spalt gebildet ist. Ist das Hochdruckbauteil in Form einer Rohrleitung ausgebildet weist diese typischer Weise an beiden Enden einen Bördel auf, der von der Spülhülse adaptiert werden kann, wobei die Geometrie der Spülhülse an die Geometrie des Bördels angepasst ist bzw. angepasst wird. Das Autofrettagefluid kann hierbei durch den zwischen Spülhülse und Adaptierdüse gebildeten Spalt zum Spülkanal gelangen. Durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit des Fluids entsteht ein Staudruck, der die Spülhülse zusätzlich zur Federkraft andrückt und so die Abdichtungswirkung erhöht. Das Autofrettieren erfolgt hierbei nach dem Adaptieren bzw. Anpressen der Adaptierdüse gegen das zweite Ende des Hochdruckbauteils, bei dem der Spalt verschlossen und so die Verbindung zum Spülkanal unterbrochen wird.
  • Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform weist die Vorrichtung einen weggesteuerten Hydraulikzylinder mit einer Kolbenstange auf, an der ein Ventilgrundkörper der Hochdruckventileinheit gebildet ist. Die Kolbenstange mit dem Ventilgrundkörper kann weggesteuert mittels einer Proportionalwegeventilsteuerung mit Wegerückführung verschoben werden, um zunächst die Spülhülse und nachfolgend die Adaptierdüse am zweiten Ende des Hochdruckbauteils bzw. der Rohrleitung zu adaptieren und so die beiden Ventilstellungen zum Spülen und zur Autofrettage zu realisieren.
  • In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist die Druckerfassungseinheit an einem dem Hochdruckbauteil abgewandten Ende eines in der hohlgebohrten Kolbenstange gebildeten Druckanschlusses angeordnet. Der Druckanschluss steht mit der Adaptierdüse über eine Druckschraube in Verbindung und ist in die hohlgebohrte Kolbenstange eingesetzt. In diesem Fall kann auf das Vorsehen eines Hochdruckrohrs als Verbindung zwischen der Adaptierdüse und der Druckerfassungseinheit verzichtet werden.
  • In den oben beschriebenen Fällen ist typischer Weise der Spülkanal als Querbohrung in einem Ventilgrundkörper der Hochdruckventileinheit ausgebildet. Die Verbindung des Spülkanals bzw. der Querbohrung wird beim Beaufschlagen des Hochdruckbauteils mit dem Autofrettagedruck von dem Hochdruckbauteil getrennt, so dass der Spülkanal dem Autofrettagedruck nicht ausgesetzt ist.
  • Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Autofrettage einer Diesel-Einspritzleitung mit einer Hochdruckerzeugungseinheit und einer Hochdruckventileinheit zur Adaptierung der Leitung,
    Fign. 2a,b
    schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform einer Hochdruckventileinheit in einer ersten Ventilstellung zum Spülen (Fig. 2a) sowie in einer zweiten Ventilstellung zum Autofrettieren (Fig. 2b),
    Fign. 3a,b
    schematische Darstellungen analog zu Fign. 2a,b von einer zweiten Ausführungsform einer Hochdruckventileinheit, sowie
    Fign. 4a,b
    schematische Darstellungen analog zu Fign. 2a,b von einer dritten Ausführungsform einer Hochdruckventileinheit.
  • Fign. 2a ,b zeigen eine Hochdruckventileinheit 7a, welche die Hochdruckventileinheit 7 in der Autofrettagevorrichtung 1 von Fig. 1 ersetzt. Die Hochdruckventileinheit 7a unterscheidet sich von derjenigen von Fig. 1 zunächst dadurch, dass die Adaptierdüse 6 an ihrem der Rohrleitung 5 abgewandeten Ende einen konischen Ventilsitz 24 bildet.
  • Die Adaptierdüse 6 ist ferner entlang ihrer Längsachse in dem Ventilblock 14 verschiebbar gelagert. Eine Schraubenfeder 25 erzeugt eine Federkraft auf die Adaptierdüse 6 in Richtung des zweiten Endes 3b der Rohrleitung 5. Analog zur in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung 1 ist der Ventilblock 14 an einer Kolbenstange 22 eines Hydraulikzylinders 23 vorgesehen. Um sowohl die in Fig. 2a gezeigte Ventilstellung zum Spülen als auch die in Fig. 2b gezeigte Ventilstellung zur Autofrettage zu realisieren, wird die Kolbenstange 23 mittels eines (nicht gezeigten) Proportionalwegeventils mit Wegerückführung angesteuert.
  • Während des in Fig. 2a gezeigten Spülvorgangs wird beim Anpressen der Adaptierdüse 6 gegen das zweite Ende 3b der Rohrleitung 5 der Ventilsitz 24 zwischen der Adaptierdüse 6 und einem Hochdruckrohr 26, welches als Absperrkörper dient, mit Hilfe der Schraubenfeder 25 offen gehalten, so dass die Spülbohrung 16 mit der Rohrleitung 5 verbunden bleibt. Der beim Spülen der Rohrleitung 5 mit dem Autofrettagemedium an der Spülbohrung 16 auftretende Staudruck presst die Adaptierdüse 6 zusätzlich zur Federkraft in Richtung des zweiten Endes 3b der Rohrleitung 5 und erhöht dadurch die Dichtwirkung.
  • Während des in Fig. 2b gezeigten Autofrettagevorgangs wird die Kolbenstange 22 so weit verschoben, dass die Spitze des Hochdruckrohrs 26 den konischen Ventilsitz 24 verschließt, so dass die Spülbohrung 16 von der Rohrleitung 5 getrennt wird und der Autofrettagedruck aufgebaut werden kann. In dem Hochdruckrohr 26 ist ein Hochdruckkanal 27 in Form einer Längsbohrung gebildet, der sich bei der in Fig. 2b gezeigten, geschlossenen Ventilstellung unmittelbar an die Adaptierdüse 6 anschließt, um den Hochdrucksensor 19, der an dem der Rohrleitung 5 abgewandten Ende des Hochdruckkanals 27 angeordnet ist, mit der Rohrleitung 5 zu verbinden.
  • Eine alternative Ausführung der Hochdruckventileinheit 7b, bei der die Funktion des Spülens und der Autofrettage von zwei unabhängig voneinander ansteuerbaren Hydraulikzylindern 23a, 23b übernommen wird, ist in Fign. 3a ,b gezeigt und wird nachfolgend beschrieben.
  • Der erste Hydraulikzylinder 23a dient der Verschiebung des in einer hohlgebohrten Kolbenstange 22a des ersten Hydraulikzylinders 23a angebrachten Hochdruckrohrs 26 in einem Ventilgrundkörper 14. An die Spitze des Hochdruckrohrs 26 schließt sich eine Spüldüse 28 an, die als Absperrkörper dient und in der ein Hochdruckkanal 27 gebildet ist, der über das sich unmittelbar anschließende Hochdruckrohr 26 den Hochdrucksensor 19 mit der Rohrleitung 5 verbindet.
  • Um die Adaptierdüse 6 des Ventilgrundkörpers 14 bei dem in Fig. 3a gezeigten Spülvorgang gegen das zweite Ende 3b der Rohrleitung 5 anpressen zu können, ist der Ventilgrundkörper 14 an einer Kolbenstange 22b des zweiten Hydraulikzylinders 23b angebracht. Die Kolbenstange 22b des zweiten Hydraulikzylinders 23b umschließt hierbei die Kolbenstange 22a des ersten Hydraulikzylinders 23a. Für den Autofrettagevorgang wird die Kolbenstange 22a des ersten Hydraulikzylinders 23a so weit verschoben, bis die Spüldüse 28 am Ventilsitz 24 der Adaptierdüse 6 dichtend anliegt, wie in Fig. 3b gezeigt ist.
  • Durch die Aufteilung der Funktionen Spülen und Autofrettieren auf zwei verschiedene Hydraulikzylinder 23a, 23b können bei der in Fign. 3a, b gezeigten Ausführung die Adaptierkraft an der Adaptierdüse 6 und die Schließkraft am Ventilsitz 24 mit Hilfe von zwei Druckregelventilen unabhängig voneinander geregelt werden.
  • Eine dritte Ausführung der Hochdruckventileinheit 7c, bei welcher der Ventilsitz 24 für die als Absperrkörper dienende Adaptierdüse 6 am zweiten Ende 3b der Rohrleitung 5 gebildet ist, ist in Fign. 4a ,b dargestellt. Die fest in den Ventilgrundkörper 14 integrierte Adaptierdüse 6 ist hierbei von einer Spülhülse 29 umgeben, die beim in Fig. 4a gezeigten Spülvorgang gegen einen am Außenrand 30 des zweiten Endes 3b der Rohrleitung 5 gebildeten Bördel angepresst wird. Die Spülhülse 29 ist in dem Ventilgrundkörper 14 in Längsrichtung gegen die Federkraft einer Schraubenfeder 25 verschiebbar und gegen den Ventilgrundkörper 14 mittels einer Hydraulikdichtung 31 abgedichtet.
  • Zwischen der Adaptierdüse 6 und der Spülhülse 29 ist ein Spalt 32 gebildet, welcher bei dem in Fig. 4a gezeigten Spülvorgang die Spülbohrung 16 mit der Rohrleitung 5 verbindet. Bei der nachfolgenden, in Fig. 4b gezeigten Autofrettage wird die Adaptierdüse 6 mit Hilfe eines Hydraulikzylinders 23, an dem der Ventilgrundkörper 14 angebracht ist, verschoben und der Ventilsitz 24 am zweiten Ende 3b der Rohrleitung 5 geschlossen. Die Kolbenstange 22 mit dem Ventilgrundkörper 14 wird hierbei mittels einer Proportionalwegeventilsteuerung mit Wegerückführung weggesteuert verschoben, um zunächst die Spülhülse 29 und nachfolgend die Adaptierdüse 6 am zweiten Ende 3b der Rohrleitung 5 adaptieren und so die beiden Ventilstellungen zum Spülen und zur Autofrettage realisieren zu können.
  • Bei der in Fign. 4a,b gezeigten Ausführung der Hochdruckventileinheit 7c ist in der hohlen Kolbenstange 22 ein Druckanschluss 33 gebildet, der über eine Druckschraube 34 mit der Adaptierdüse 6 verbunden ist. Die Druckerfassungseinheit 19 ist an dem der Rohrleitung 5 abgewandten Ende des Druckanschlusses 33 angeordnet, so dass auf das Vorsehen eines Hochdruckrohres für das Anschließen der Druckerfassungseinheit 19 in diesem Fall verzichtet werden kann. Eine in der hohlgebohrten Kolbenstange 22 verlaufende Kabelverbindung 35 dient der Kontaktierung der in der Kolbenstange 22 angeordneten Druckerfassungseinheit 19.
  • Bei der in Fign. 4a,b gezeigten Ausführung der Hochdruckventileinheit 7c ist der Ventilsitz 24 im Gegensatz zu den in Fign. 2a,b und Fign. 3a, b gezeigten Ausführungen nicht an der Adaptierdüse 6, sondern an der Rohrleitung 5 selbst gebildet, so dass kein Verschleiß des Ventilsitzes beim mehrmaligen Wechsel zwischen Spülen und Autofrettage auftreten kann.
  • Bei allen gezeigten Ausführungen der Hochdruckventileinheit 7a-c kann auf eine Bohrungs-Verzweigung in dem Bereich des Ventilgrundkörpers 14, in dem der Autofrettagedruck anliegt, verzichtet werden, wodurch die Dauerfestigkeit der Autofrettagevorrichtung 1 bzw. der Hochdruckventileinheit 7 deutlich erhöht werden kann. Es versteht sich, dass die - ggf. geeignet modifizierten - Hochdruckventileinheiten 7a-c nicht nur zur Autofrettage von Rohrleitungen, sondern auch zur Autofrettage von anderen Hochdruckbauteilen eingesetzt werden können, wie sie z.B. in Dieseleinspritzsystemen von Kraftfahrzeugen, beim Wasserstrahlschneiden oder bei der Hochdruckpasteurisation von Lebensmitteln Verwendung finden.

Claims (11)

  1. Vorrichtung (1) zum Beaufschlagen von Hochdruckbauteilen, insbesondere von Rohrleitungen (5), mit einem Autofrettagedruck, umfassend:
    eine einem ersten Ende (3a) des zu beaufschlagenden Hochdruckbauteils zugeordnete Hochdruckerzeugungseinheit (2) zur Druckbeaufschlagung des Hochdruckbauteils mit dem Autofrettagedruck, sowie
    eine einem zweiten Ende (3b) des Hochdruckbauteils zugeordnete Hochdruckventileinheit (7a-c) mit einem Absperrkörper (26, 28, 6) zum Verschließen eines Ventilsitzes (24), um einen als Querbohrung in dem Ventilgrundkörper (14) der Hochdruckventileinheit (7a-c) ausgebildeten Spülkanal (16) bei der Beaufschlagung des Hochdruckbauteils mit dem Autofrettagedruck von dem Hochdruckbauteil zu trennen, wobei die Hochdruckventileinheit (7a-7c) eine Adaptierdüse (6) zur Verbindung mit dem zweiten Ende (3b) des Hochdruckbauteils aufweist, sowie eine Druckerfassungseinheit (19) zur Erfassung des Autofrettagedrucks,
    wobei in dem Absperrkörper (26, 28, 6) ein Hochdruckkanal (27) zur Verbindung der Druckerfassungseinheit (19) mit dem Hochdruckbauteil gebildet ist, und wobei die Druckerfassungseinheit (19) in der axialen Verlängerung der Adaptierdüse (6) angeordnet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaptierdüse (6) an ihrem dem Hochdruckbauteil abgewandten Ende den Ventilsitz (24) für den Absperrkörper (26, 28) bildet.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaptierdüse (6) in einem Ventilgrundkörper (14) der Hochdruckventileinheit (7a) gegen eine Federkraft verschiebbar gelagert ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilgrundkörper (14) an einer Kolbenstange (22) eines weggesteuerten Hydraulikzylinders (23) angebracht ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen ersten Hydraulikzylinder (23a) zum Verschieben des Absperrkörpers (28) in einem Ventilgrundkörper (14) der Hochdruckventileinheit (7b).
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen zweiten Hydraulikzylinder (23b) zum Andrücken der Adaptierdüse (6) gegen das zweite Ende des Hochdruckbauteils.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Absperrkörper als Hochdruckrohr (26) ausgebildet oder mit einem Hochdruckrohr (26) verbunden ist, an dessen dem Hochdruckbauteil abgewandetem Ende die Druckerfassungseinheit (19) angebracht ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Absperrkörper durch die Adaptierdüse (6) zur Verbindung der Hochdruckventileinheit (7c) mit dem zweiten Ende (3b) des Hochdruckbauteils gebildet ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaptierdüse (6) von einer gegen eine Federkraft verschiebbar gelagerten Spülhülse (29) zur Verbindung mit einem Außenrand (30) des zweiten Endes des Hochdruckbauteils umgeben ist, wobei zwischen der Spülhülse (29) und der Adaptierdüse (6) ein mit dem Spülkanal (16) verbundener Spalt (32) gebildet ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen weggesteuerten Hydraulikzylinder (23) mit einer hohlen Kolbenstange (22), an der ein Ventilgrundkörper (14) der Hochdruckventileinheit (7c) angebracht ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerfassungseinheit (19) an einem dem Hochdruckbauteil abgewandten Ende eines in der hohlen Kolbenstange (4) gebildeten Druckanschlusses (33) angeordnet ist.
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