WO2016184599A1 - Hochdruckanschlussvorrichtung, kraftstoffhochdruckpumpe und verfahren zum herstellen einer hochdruckanschlussvorrichtung für eine kraftstoffhochdruckpumpe - Google Patents

Hochdruckanschlussvorrichtung, kraftstoffhochdruckpumpe und verfahren zum herstellen einer hochdruckanschlussvorrichtung für eine kraftstoffhochdruckpumpe Download PDF

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connection device
fuel
outlet
weld
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PCT/EP2016/057442
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Eyk Heinemann
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • High-pressure connection device high-pressure fuel pump and method for producing a high-pressure connection device for a high-pressure fuel pump
  • the invention relates to a high-pressure connection device with which a high-pressure fuel pump can be connected to elements of a motor ⁇ fuel injection system, which are downstream of the high-pressure fuel pump in the flow direction of a motor ⁇ substance. Furthermore, the application relates to a method for producing such a high-pressure connection device and a high-pressure fuel pump, which is equipped with such a high-pressure connection device.
  • Fuel injection systems are commonly used for injecting a fuel such as diesel or gasoline into combustion chambers of internal combustion engines.
  • the fuel is pressurized in the fuel injection system with a high pressure in the range of 200 bar - 300 bar when using gasoline as fuel and in the range of 2000 bar - 3000 bar when using diesel as a fuel.
  • the pressure ⁇ impingement takes place in a high-pressure fuel pump, in which a pump piston is moved in translation, that it the volume of a pressure chamber, in which the fuel is arranged periodically increased and decreased, whereby the high pressure is generated in the fuel.
  • the thus acted upon with high pressure fuel is then forwarded to elements of the fuel ⁇ injection system, which are downstream of the high-pressure fuel pump.
  • the fuel ⁇ injection system which are downstream of the high-pressure fuel pump.
  • the object of the invention is therefore to propose a high-pressure connection ⁇ device that can oppose the forces acting a high resistance.
  • a high-pressure fuel pump which has the high-pressure connection ⁇ device and a method for producing such a high-pressure connection device are the subject of the independent claims.
  • a high-pressure connection device for connecting a high-pressure fuel pump to elements of a Kraftlichin- that are downstream of the high-pressure fuel pump in Strö ⁇ flow direction of a fuel, has an outlet for discharging pressurized in the high-pressure fuel pump fuel out of the ⁇ high pressure fuel pump and a connection means for connecting the outlet means with the in the flow direction of
  • the high-pressure connection device has a weld seam for high-pressure-tight connection of the outlet device and the connection device and a pretensioning device for exerting a prestressing force on the weld seam in the direction of the outlet device.
  • the outlet device is preferably formed by a housing of the high-pressure fuel pump and has an outlet bore which connects the surroundings of the high-pressure fuel pump with a pressure chamber of the high-pressure fuel pump.
  • the fuel flows from the pressure chamber of the fuel high ⁇ pressure pump through the outlet hole in the connection device and is forwarded from there to the downstream elements of the fuel injection system.
  • the fuel accordingly flows in a flow direction out of the outlet device into the connection device, which is usually arranged parallel to a longitudinal axis of the connection device.
  • the longitudinal axis of the connection device and the flow axis of the fuel accordingly generally coincide.
  • the high-pressure connection device it is accordingly provided, instead of a simple connection of the outlet device and the connection device, to provide a stabilized connection by applying a prestressing force to the connecting weld seam is applied, counteracts the forces acting on the weld. It combines advantages of a pure preload connection and a pure welded joint together to be able to oppose against ever higher pressures a compound stabilizing force. Because in particular ⁇ sondere is formed the high-pressure fuel pump to the fuel at a high pressure of between 300 bar and 800 bar to pressurize (applications in the gasoline range). In the diesel area, even pressures up to 3000 bar can be achieved. The high-pressure connection device is significantly more robust against such high pressures than a high-pressure connection device, in which only a pure screw connection or a pure
  • Welded joint has been used. Accordingly, a combination of a welding process such as laser, electron beam, capacitor discharge or friction welding, etc. is selected with a biasing means by which the high pressure port including the weld is biased. Thus, a welding process takes place first and then the overall construction is tightened . This transfers forces and stresses away from the weld in less loaded areas of the high pressure port, the pretensioner, and into a surrounding housing. Moreover, the load in the high-pressure connection device itself can be set to or limited so by a combination of pre-tensioning force and a suitable configuration that the operational stability in the high-pressure ⁇ connection device and all other mounted parts to be maintained even with further increase in pressure requirements.
  • a welding process such as laser, electron beam, capacitor discharge or friction welding, etc.
  • the upper pressure limit for the high-pressure connection device results from the combination of material load capacity, maximum achievable preload force F v over the lifetime and diameter of the connection device.
  • the larger achievable preload force F v becomes smaller and smaller with larger diameters due to thread losses, etc., so that an optimum should be achieved when using small diameters.
  • Small diameters bring higher achievable preload forces F v in combination with smaller axial forces.
  • a Druckentlas ⁇ venting valve is advantageously arranged such that a valve opening of the pressure relief valve opens in a fuel intake volume in the connecting device, which is designed for introducing the flowing out of the outlet fuel into the connection device.
  • a pressure relief valve is advantageous for securing the elements downstream of the high-pressure fuel pump.
  • the valve opening of the pressure relief valve In order for the valve opening of the pressure relief valve to open into the fuel inlet volume of the connection device, it is advantageous to provide a sufficient space, which results in the diameter of the connection device compared to an arrangement without such Pressure relief valve significantly increased. This larger diameter can have a negative effect on the connection between the outlet device and the connection device, since a contact pressure is reduced due to a larger connection area between the outlet device and the connection device.
  • the larger diameter has negative effects on previously used pure preload connections as well as on pure welded joints.
  • a possible roundness deviation or deviations from squareness a biting edge have increases by ⁇ knife in addition a much greater impact because the biting edge is much farther from the center.
  • the soft metal disk which is intended primarily to compensate the tolerances should be applied on the biting edge at a sufficiently high preload force F v, in order to achieve a balance of tolerance deviation about plastic De ⁇ formation.
  • this biasing force F v decreases because of the aforementioned reasons and must now be transferred to a larger area.
  • a welded joint Due to the size of the molten zone, a welded joint can compensate for significantly more tolerances without losing its tightness. Limited to the pressure level
  • a narrow connection length of frequently used microwelding seams which leads to a construction that leads loads away from the weld in the on ⁇ closing device and the surrounding housing. This decreases the achievable thicknesses of the connection device, and with increasing pressure to reach a point at which the material is overloaded.
  • the advantages of preload and weld connections to achieve higher pressure levels are, for example, 300 bar - 800 bar or higher with a comparatively large diameter of
  • the pretensioning device preferably has a pretensioning surface directed toward the outlet device, which is supported on a contact surface of the connecting device for applying the pretensioning to the weld seam.
  • the biasing force can be applied to the weld.
  • a contact region of the biasing surface and the contact surface in the flow direction of the fuel is arranged substantially perpendicularly above the weld seam.
  • the contact surface is circumferentially provided on the on ⁇ closing device , so that the biasing force can be applied uniformly over the circumference of the connecting device via the weld.
  • the contact region in the flow direction of the fuel is arranged substantially perpendicular to the flow direction, so that the biasing force can preferably counteract exactly the forces acting by the flowing fuel forces.
  • This has the advantage that a connection device with a smaller outer diameter can be used.
  • the biasing means is formed so that it is pulled over the connection device, in order then to be mounted in a corresponding arrangement, so that the biasing means must have a minimum inner diameter.
  • the connection means in the area where the weld seam is arranged, a small outer diameter on ⁇ can thus may not contact region of the contact surface and biasing surface come more into existence. By an angled contact area, however, it is still possible to exert a biasing force on the weld.
  • a recess is formed on the outlet device, wherein the biasing device is designed to engage in the recess.
  • the biasing device can advantageously divert forces into the outlet device.
  • the recess is preferably arranged circumferentially on the outlet device, and the biasing device has a likewise on the circumference of the biasing device _
  • the recess has a remindsprungau ⁇ Hzgewinde and the biasing means a biasing device internal thread for engaging in the return external thread.
  • the preload force can be applied particularly uniformly and firmly to the weld seam by screwing the pretensioning device onto the return.
  • the biasing device is formed by a nut.
  • the biasing means may also be formed by a flange-screw arrangement.
  • the training as a mother has the advantage that the biasing force over the entire circumference of the connection device can be applied uniformly to the weld.
  • a flange-screw arrangement has the advantage that this allows more degrees of freedom and more space can be made available than in an arrangement with a nut.
  • a flanged-screw arrangement has at least two screws which cooperate with a corresponding recess in the outlet device.
  • a groove is arranged in the outlet device, which is designed in particular substantially circular.
  • the weld is arranged in a preferred embodiment in the groove and thus advantageously sunk in the outlet ⁇ device provided.
  • the weld may also be arranged perpendicular to a flow axis of the fuel in the direction of the flow axis of the fuel next to the groove, ie directed towards the longitudinal axis of the connection device.
  • the groove when placed next to the weld, can apply forces to the weld act, advantageously dissipate and thus relieve the weld.
  • a projecting portion of the connecting device is arranged at a in contact with the outlet end of the first connecting device, wherein the projection ⁇ region has a welding surface on which the weld seam is arranged.
  • the projecting portion is advantageously a surface available over which the force can be exerted on the weld by the biasing means.
  • Projecting region contacted the biasing means, preferably arranged opposite to the welding surface, where the weld is located.
  • the protrusion area accordingly transmits the biasing force from the biasing means to the opposite weld.
  • connection region of the connection device for connecting the connection device with elements of the fuel injection system arranged downstream in the direction of flow of the fuel is arranged at a second end of the connection device with respect to the first end.
  • the connection device has an external thread at the second end, by means of which advantageously the elements connected downstream can easily be attached to the connection device.
  • an outer diameter of the terminal device is greater at the first end than at the second end.
  • a smallest inner diameter of the biasing means is greater than the outer diameter at the second end and smaller than the outer diameter at the first end so as to be able to easily pull the biasing means over the terminal means and on the other hand make secure contact with the To be able to produce projecting area of the connection device.
  • a high-pressure fuel pump for applying a force with the substance has a high pressure above described high ⁇ pressure attachment device.
  • connection device for connecting the outlet device downstream in the flow direction of the fuel elements of a fuel injection system
  • the weld can be produced by various welding methods such as beam welding from the outside (using electron beams or laser beams) or by capacitor discharge welding or friction welding as internal welding.
  • the weld is allowed to solidify before the biasing means is placed on the terminal means so as to provide good transfer of the biasing force from the terminal
  • FIG. 1 is a perspective view of a fuel high ⁇ pressure pump with an outlet device for discharging a pressurized in the high-pressure fuel pump fuel;
  • FIG 2 is a detailed perspective view of the fuel ⁇ high-pressure pump of Figure 1 having arranged on the outlet connection means..;
  • FIG. 3 shows a sectional view through the high-pressure fuel pump with connection device from FIG. 2;
  • Figure 4 is a further sectional view of a fuel high-pressure pump ⁇ with a connection device, an outlet valve and a pressure relief valve.
  • FIG. 5 shows a sectional view of a high-pressure connection device on a high-pressure fuel pump according to a first embodiment shown in FIG. 1;
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a stress distribution in individual regions of the high-pressure connection device according to FIG. 5;
  • FIG. 7 shows a sectional view of a high-pressure connection device on a high-pressure fuel pump according to a second embodiment shown in FIG. 1;
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of a stress distribution in individual regions of the high-pressure connection device according to FIG. 5;
  • FIG. 9 shows a sectional view of a high-pressure connection device on a high-pressure fuel pump according to a third embodiment shown in FIG. 1;
  • FIG. 10 shows a schematic illustration of a stress distribution in individual regions of the high-pressure closing device according to FIG. 9;
  • FIG. 11 is a perspective view of a Hochdruckan ⁇ closing device to the fuel high pressure pump of Figure 1 according to a fourth embodiment. and 12 is another perspective view of the high ⁇ pressure connection device of FIG. 11th
  • Fig. 1 shows a perspective view of a high-pressure fuel pump 10, as used for example in a motor ⁇ injection system.
  • a housing 12 of the high-pressure fuel pump 10 a not visible in the perspective view in Fig. 1 pressure chamber 24 (see FIG. 3) is present, in which a fuel 14 is subjected to high pressure.
  • Fig. 2 shows a perspective detail view of the force ⁇ high pressure fuel pump 10 of FIG. 1, wherein a connecting device 22 is arranged at the Auslassein ⁇ direction 18, with which the outlet is to be 18 connected to the downstream elements of the fuel injection system.
  • Fig. 3 shows a sectional view through the detailed perspective view in Fig. 2, 26, the outlet bore can be seen 20 in the outlet 18 of the housing 12 in the housing 12 of the power ⁇ high pressure fuel pump 10 is now the pressure chamber 24, an inlet to the pressure chamber 24 and ,
  • the connecting device 22 is at a first end 28 via a circumferential weld 30 with the outlet 18 ver ⁇ prevented.
  • the connection device 22 has an area over which it is located downstream Elements of the fuel injection system can be connected.
  • an external thread 34 may be provided for connection to the downstream elements.
  • FIG. 4 shows a further sectional view of a high-pressure fuel pump 10 with a connection device 22, wherein an outlet valve 36 is arranged in the outlet device 18, in particular in the outlet bore 20. Further, in the off ⁇ lass familiar 18, a pressure relief valve 38 is provided, which prevents the high-pressure fuel pump 10 downstream elements are subjected to excessive fuel pressure and thus damaged.
  • the pressure relief valve 38 has a valve port 40, which opens into a fuel inlet volume 42 of the connection device 22.
  • the outlet bore 20 also opens into this fuel inlet volume 42.
  • the fuel inlet volume 42 tapers from the first end 28 of the connection device 22 to the second end 32 of the connection device 22 and thus supplies the pressurized fuel 14 to the downstream elements of the fuel injection system.
  • connection device 22 has a longitudinal axis 44 for guiding the fuel 14, which coincides with a flow axis 46 which runs along the flow direction 48 of the fuel 14.
  • connection device 22 To connect the outlet device 18 and connection device 22 is now not only only the weld 30 as shown in Fig. 3 used, but it is additionally a Biasing device 52 is applied, which is arranged so that it can apply a biasing force F v to the weld 30.
  • the combination of weld 30 and pretensioning device 52 will be explained in more detail below with reference to FIGS. 5 to 12.
  • the outlet device 18 has a recess 54 in which a parallel to the flow axis 46 of the fuel 14 to ⁇ ordered wall 56 of the connection device 22 can engage to support it.
  • the recess 54 preferably has a depth of at least 5 mm in order to be able to ensure good support of the connection device 22 on the outlet device 18.
  • a groove 58 is disposed in the outlet means 18 to facilitate the assembly and welding operation in attaching the weld 30, i. more spatial
  • the groove is preferably circumferentially at one
  • connection device 22 has a projection region 60 which, on a side which is directed towards the outlet device 18, comprises a welding surface 62 on which the weld seam 30 is arranged.
  • the An ⁇ final device 22 on a contact surface 64, with which it is in contact with the biasing means 52.
  • the projecting portion 60 is arranged at the first end 28 of the connection device 22.
  • the connection device 22 has a connection region 66, via which the high-pressure connection device 50 can be connected to downstream elements of the fuel injection system.
  • a neck region 68 is provided, in which the connection device 22 has the smallest outer diameter.
  • the connection region 66 may optionally have the external thread 34 and also has a smaller outer diameter than the projection region 60.
  • the outer diameter of the protrusion portion 60 is due to the required fuel intake volume 42, into which not only the outlet bore 20 of the high-pressure fuel pump 12, but also the valve opening of the pressure relief valve 38, as shown in Fig. 4, open. This results in an inner diameter in the projection area 60 of, for example, 16 mm, which causes the outer diameter of the projection area 60.
  • the biasing means 52 has a biasing surface 70 with which the contact surface 64 is in contact to apply the biasing force F v to the weld 30.
  • An inner diameter of the biasing means 52 is larger than the outer diameter at the connecting portion 66, so that the biasing means can be pulled via the connecting device 22.
  • the smallest inner diameter of the biasing means 52 is smaller than the outer diameter of the projecting portion 60, so that the biasing means 52 can be supported on the projecting portion 60.
  • a connection length of, for example, about 1.9 mm to 2.2 mm and a width of z. B. about 0.2 mm to 0.4 mm, a biasing force of, for example, about 4 kN - 8 kN are applied.
  • FIGS. 5 and 6 show sectional views of a first embodiment of the high-pressure connection device 50.
  • the biasing means 52 is here formed as a nut 72, wherein the recess 54 has a recessed external thread 74 and the nut 72 has a biasing internal thread 76 which engages in the return external thread 74.
  • the contact surface 64 of the connection device 22 and the biasing surface 70 of the biasing device 52 are in a contact region 78 in contact, which is arranged perpendicular to the flow direction 48 of the fuel 14. Further, the Kon ⁇ contact region 78 is disposed vertically above the weld seam 30 as shown in Fig. 5 and Fig.
  • FIG. 6 shows a detail of the sectional view in FIG. 5 with stresses acting in the individual regions shown, the voltages being the lower, the darker the inputs are. coloring is.
  • the weld 30 extends in the embodiment according to FIG. 5 / FIG. 6 in the groove 58.
  • a weld 30 conventionally welded from the outside is shown with a nut 72 as a union nut.
  • known arrangements of high-pressure connection devices 50 and the associated processes which are known from the production of high-pressure fuel pumps 10 lower pressure levels, can be adopted without major change.
  • Particular importance is placed next to the exhaust valve 36 to mostly also built under this connecting device 22 pressure relief valve 38 to since this subsequent part of the power ⁇ fabric high-pressure pump 10 components as ⁇ play as safeguards the injectors and the rail, against high pressure ⁇ pointed. The excess medium is then deactivated via the pump high-pressure area.
  • FIG. 7 and FIG. 8 show a sectional view of a second embodiment of the high-pressure connection device 50, which has essentially the same structure as the high-pressure connection device 50 of FIGS. 5 and 6, with the difference that the weld seam 30 is not located inside the Groove 58 extends, but is arranged offset in the direction of the flow axis 46 of the fuel 14 away from the groove 58.
  • the groove 58 contributes here to divert forces acting on the weld 30 from the weld 30 and thus relieve them even more.
  • FIGS. 9 and Fig. 10 respectively show a sectional view of a third embodiment of the high-pressure connection device 50, wherein the contact region 78 is not aligned here perpendicular to Strö ⁇ flow direction 48 of the fuel 14, but at an angle which is in a range of 30 ° to 80 °, in the present example of 45 °, moves.
  • the other arrangement in the high pressure port device 50 corresponds to the arrangement shown in FIG. FIG. 10 shows schematically, analogously to FIG. 6 and FIG. 8, the voltages acting in the third embodiment.
  • the protrusion portion 60 has a smaller inner diameter and also a smaller outer diameter than in the previous embodiments, whereby the weld 30 moves inwardly toward the flow axis 46, so that the introduction of the biasing force F v directly above the weld 30 - as shown in the embodiment of FIG. 5 - is no longer possible.
  • the prestressing device 52 which is to be pulled over the connection device 22, requires a minimum inner diameter in order to be able to pass through the connection region 66 with the external thread 34 arranged thereon. Therefore, in the embodiment according to FIG. 9, it is proposed to provide an oblique weld 30 and a contact surface 64 or pretensioning surface 70 executed at a similar angle thereto. As a result, the forces can be specifically introduced and distributed so that the weld 30 and the other components involved are not overloaded.
  • Weld 30 was produced here by means of capacitor discharge welding.
  • FIGS. 11 and 12 show perspective views of a fourth embodiment, in which, instead of a nut 72 as pretensioning device 52, a flange-screw arrangement 80 is used, in which a flange 82 is supported with its biasing surface 70 on the contact surface 64 of the connection device 22, and screw holes 84 are provided through which screws can engage in the housing 12 of the high-pressure fuel pump 10 and in the outlet device 18.
  • a nut 72 as a biasing means 52 may also be a flange-screw assembly 18 are used.
  • the nut 72 has over the flange-screw assembly 80 has the advantage that the introduced biasing force F v is uniformly introduced into all areas. When using a flange 82 this is usually not the case. However, a flange 82 has the advantage that it can be made much more flexible with respect to the space.
  • the high-pressure connection fixedly connected to the housing 12 of the high-pressure fuel pump 10 by welding is subjected to a high mechanical load in and around the weld seam 30 via the forces generated in the high-pressure connection by the pump high pressure that occurs.
  • the described design of the high pressure port device 50 attempts to minimize the load on the weld 30 by minimizing the projected axial area and stress-testing performance of the construction.
  • the high-pressure connection device 50 which, using a biasing device 52, such as a nut 72 or a flange-screw assembly 80, a bias of the weld 30 causes, so that at the same ⁇ remaining axial surface and increased pressure level further a simple welding process for sealing and cohesive connection can be used.
  • a biasing device 52 such as a nut 72 or a flange-screw assembly 80

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckanschlussvorrichtung (50) für eine Kraftstoffhochdruckpumpe (10), aufweisend: - eine Auslasseinrichtung (18) zum Auslassen von Kraftstoff (14) aus der Kraftstoffhochdruckpumpe (10); - eine Anschlusseinrichtung (22) zum Verbinden der Auslasseinrichtung (18) mit nachgelagerten Elementen; - eine Schweißnaht (30) zum Verbinden der Auslasseinrichtung (18) und der Anschlusseinrichtung (22); - eine Vorspanneinrichtung (52) zum Ausüben einer Vorspannkraft (Fv) auf die Schweißnaht (30) in Richtung auf die Auslasseinrichtung (18). Weiter betrifft die Erfindung eine Kraftstoffhochdruckpumpe (10), die eine solche Hochdruckanschlussvorrichtung (50) aufweist sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Hochdruckanschlussvorrichtung (50).

Description

Beschreibung
Hochdruckanschlussvorrichtung, Kraftstoffhochdruckpumpe und Verfahren zum Herstellen einer Hochdruckanschlussvorrichtung für eine Kraftstoffhochdruckpumpe
Die Erfindung betrifft eine Hochdruckanschlussvorrichtung, mit der eine Kraftstoffhochdruckpumpe an Elemente eines Kraft¬ stoffeinspritzsystems angeschlossen werden kann, die der Kraftstoffhochdruckpumpe in Strömungsrichtung eines Kraft¬ stoffes nachgelagert sind. Weiter betrifft die Anmeldung ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Hochdruckanschlussvorrichtung sowie eine Kraftstoffhochdruckpumpe, die mit einer solchen Hochdruckanschlussvorrichtung ausgestattet ist.
Kraftstoffeinspritzsysteme werden allgemein zum Einspritzen eines Kraftstoffes wie beispielsweise Diesel oder Benzin in Brennräume von Brennkraftmaschinen verwendet. Der Kraftstoff wird in dem Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Hochdruck im Bereich von 200 bar - 300 bar bei der Verwendung von Benzin als Kraftstoff und im Bereich von 2000 bar - 3000 bar bei der Verwendung von Diesel als Kraftstoff beaufschlagt. Die Druck¬ beaufschlagung erfolgt dabei in einer Kraftstoffhochdruckpumpe, in der sich ein Pumpenkolben translatorisch so bewegt, dass er das Volumen eines Druckraumes, in dem der Kraftstoff angeordnet ist, periodisch vergrößert und verkleinert, wodurch der hohe Druck in dem Kraftstoff erzeugt wird. Der solchermaßen mit hohem Druck beaufschlagte Kraftstoff wird dann an Elemente des Kraft¬ stoffeinspritzsystems weitergeleitet, die der Kraftstoffhoch- druckpumpe nachgelagert sind. Beispielsweise erfolgt die
Einspritzung des Kraftstoffes in die Brennräume der Brenn¬ kraftmaschine häufig über einen Druckspeicher, das sog. Rail, weshalb der Kraftstoff von der Kraftstoffhochdruckpumpe über entsprechende Ventile zunächst in das Rail eingeleitet wird. Um die der Kraftstoffhochdruckpumpe in Strömungsrichtung des Kraftstoffes nachgelagerten Elemente des Kraftstoffeinspritz- systems mit dem druckbeaufschlagten Kraftstoff versorgen zu können, ist dementsprechend eine Anschlusseinrichtung vorge- sehen, mit der die Kraftstoffhochdruckpumpe an diese nachge¬ lagerten Elemente angeschlossen werden kann.
Durch den hohen Druck, der in dem Kraftstoff vorherrscht, und die dadurch generierten Kräfte ist eine Verbindung der Kraft- stoffhochdruckpumpe und der Anschlusseinrichtung mechanisch hoch belastet. Die dadurch auftretenden schwellenden Zugspannungsspitzen können bei ungünstiger Konstruktion und Dimensionierung der Verbindung bzw . der Anschlusseinrichtung u . a. zu einem Versagen der dynamisch beanspruchten Verbindung zwischen Anschlusseinrichtung und Kraftstoffhochdruckpumpe führen. Das kann in der Folge zum Austreten von Kraftstoff und damit verbundenen Sicherheitsproblemen führen und sollte vorteilhaft vermieden werden. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Hochdruckanschluss¬ vorrichtung vorzuschlagen, die den wirkenden Kräften eine hohe Widerstandskraft entgegensetzen kann.
Diese Aufgabe wird mit einer Hochdruckanschlussvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Eine Kraftstoffhochdruckpumpe, die die Hochdruckanschluss¬ vorrichtung aufweist sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Hochdruckanschlussvorrichtung sind Gegenstand der nebengeordneten Ansprüche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Eine Hochdruckanschlussvorrichtung zum Anschließen einer Kraftstoffhochdruckpumpe an Elemente eines Kraftstoffein- spritzsystems , die der Kraftstoffhochdruckpumpe in Strö¬ mungsrichtung eines Kraftstoffes nachgelagert sind, weist eine Auslasseinrichtung zum Auslassen von in der Kraftstoffhochdruckpumpe druckbeaufschlagtem Kraftstoff aus der Kraft¬ stoffhochdruckpumpe und eine Anschlusseinrichtung zum Verbinden der Auslasseinrichtung mit dem in Strömungsrichtung des
Kraftstoffes nachgelagerten Elementen des Kraftstoffein- spritzsystems auf. Weiter weist die Hochdruckanschlussvorrichtung eine Schweißnaht zum hochdruckdichten Verbinden der Auslasseinrichtung und der Anschlusseinrichtung und eine Vorspanneinrichtung zum Ausüben einer Vorspannkraft auf die Schweißnaht in Richtung auf die Auslasseinrichtung auf.
Die Auslasseinrichtung ist vorzugsweise durch ein Gehäuse der Kraftstoffhochdruckpumpe gebildet und weist eine Auslassbohrung auf, die die Umgebung der Kraftstoffhochdruckpumpe mit einem Druckraum der Kraftstoffhochdruckpumpe verbindet.
Der Kraftstoff strömt von dem Druckraum der Kraftstoffhoch¬ druckpumpe durch die Auslassbohrung in die Anschlusseinrichtung und wird von dort weitergeleitet zu den nachgelagerten Elementen des Kraftstoffeinspritzsystems . Der Kraftstoff strömt dem- entsprechend in einer Strömungsrichtung aus der Auslasseinrichtung in die Anschlusseinrichtung, die üblicherweise parallel angeordnet ist zu einer Längsachse der Anschlusseinrichtung. Die Längsachse der Anschlusseinrichtung und die Strömungsachse des Kraftstoffes fallen demgemäß in der Regel zusammen.
In der Hochdruckanschlussvorrichtung ist es demgemäß vorgesehen, statt einer einfachen Verbindung von Auslasseinrichtung und Anschlusseinrichtung eine stabilisierte Verbindung vorzusehen, indem auf die verbindende Schweißnaht eine Vorspannkraft aufgebracht wird, die Kräften entgegenwirkt, welche auf die Schweißnaht wirken. Es werden dabei Vorteile einer reinen Vorspannverbindung und einer reinen Schweißverbindung miteinander vereint, um gegen immer höhere Drücke eine die Verbindung stabilisierende Kraft entgegensetzen zu können. Denn insbe¬ sondere ist die Kraftstoffhochdruckpumpe dazu ausgebildet, den Kraftstoff mit einem Hochdruck zwischen 300 bar und 800 bar (Anwendungen im Benzinbereich) zu beaufschlagen. Im Dieselbereich können sogar Drücke bis zu 3000 bar erreicht werden. Die Hochdruckanschlussvorrichtung ist gegen solche hohen Drücke deutlich robuster als eine Hochdruckanschlussvorrichtung, in der lediglich eine reine Schraubverbindung oder eine reine
Schweißverbindung verwendet worden ist. Es wird entsprechend eine Kombination eines Schweißprozesses wie beispielsweise mit einem Laser, Elektronenstrahl, Kondensatorentladung oder Reibschweißen usw. mit einer Vorspanneinrichtung gewählt, durch welche der Hochdruckanschluss samt Schweißnaht vorgespannt wird. Es findet also zuerst ein Schweiß- prozess statt und anschließend wird die Gesamtkonstruktion ver¬ spannt. Dadurch werden Kräfte und Spannungen weg von der Schweißnaht in weniger belasteten Bereiche des Hochdruckanschlusses, der Vorspanneinrichtung und in ein umliegendes Gehäuse transferiert. Überdies kann so durch Kombination von Vor- Spannkraft und geeigneter Ausgestaltung auch die Belastung in der Hochdruckanschlussvorrichtung selbst so eingestellt bzw. begrenzt werden, dass die Betriebsfestigkeit in der Hochdruck¬ anschlussvorrichtung und allen anderen verbauten Teilen auch bei weiter gestiegenen Druckanforderungen gewährleistet bleibt.
Durch diese neue Lösung lässt sich unter weiter gestiegenen hydraulisch-mechanischen Anforderungen und einen gestiegenen Druck (im Bereich von 300 bar - 800 bar bei Benzin und im Bereich von 1500 bar - 3000 bar bei Diesel) eine kostengünstige n
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Schweißverbindung realisieren bzw . aufrechterhalten. Zusätzlich wird lediglich die zusätzliche Vorspanneinrichtung sowie der notwendige Bauraum benötigt. Die von niedrigeren Druckstufen bekannten Bauteile können so mit leichten Modifikationen weiter verwendet werden. Zusätzlich ergibt sich die Möglichkeit der Aufdickung von Wandstärken im Hochdruckanschluss , ohne eine Mehrbelastung der Schweißnaht zu bewirken, was einer erhöhten Sicherheit gegen Abscheren beim Anzug/Befestigen von externen Verrohrungen an der Anschlusseinrichtung zugutekommt.
Die Druckobergrenze für die Hochdruckanschlussvorrichtung ergibt sich durch Kombination von Materialbelastbarkeit, maximal erreichbare Vorspannkraft Fv über die Lebenszeit und Durchmesser der Anschlusseinrichtung. Insbesondere wird die maximal er- reichbare Vorspannkraft Fv bei größeren Durchmessern aufgrund von Gewindeverlusten usw. immer kleiner, so dass bei Verwendung kleiner Durchmesser ein Optimum liegen sollte. Kleine Durchmesser bringen höhere erreichbare Vorspannkräfte Fv in Kom¬ bination mit kleineren Axialkräften.
Vorteilhaft ist in der Auslasseinrichtung ein Druckentlas¬ tungsventil derart angeordnet, dass eine Ventilöffnung des Druckentlastungsventils in ein Kraftstoffeinlassvolumen in der Anschlusseinrichtung mündet, das zum Einlassen des aus der Auslasseinrichtung strömenden Kraftstoffes in die Anschlusseinrichtung ausgebildet ist.
Ein Druckentlastungsventil ist zum Absichern der Elemente vorteilhaft, die der Kraftstoffhochdruckpumpe nachgelagert sind. Damit die Ventilöffnung des Druckentlastungsventils in das Kraftstoffeinlassvolumen der Anschlusseinrichtung münden kann, ist es vorteilhaft, einen ausreichenden Bauraum vorzusehen, welcher dazu führt, dass sich der Durchmesser der Anschlusseinrichtung im Vergleich zu einer Anordnung ohne ein solches Druckentlastungsventil deutlich vergrößert. Dieser höhere Durchmesser kann negative Auswirkungen auf die Verbindung zwischen Auslasseinrichtung und Anschlusseinrichtung haben, da sich ein Kontaktdruck aufgrund einer größeren Verbindungsfläche zwischen Auslasseinrichtung und Anschlusseinrichtung verringert .
Der höhere Durchmesser hat negative Auswirkungen auf bislang verwendete reine Vorspannverbindungen wie auch auf reine Schweißverbindungen.
Denn bei einer reinen Vorspannverbindung ist zur Abdichtung meist eine innenliegende Beißkante und eine Weichmetallscheibe zum Toleranzausgleich vorgesehen. Der Durchmesser dieser Beißkante steigt nun durch den für den Bauraum des Druckentlastungsventils notwendigen größeren Durchmesser. Damit sinkt der Kontaktdruck zwischen den verspannten Teilen aufgrund der größeren Fläche. Zusätzlich sinkt aber auch die maximal mögliche axiale Vor¬ spannkraft Fv aufgrund der größeren Reibverluste im Gewinde.
Eine mögliche Rundheitsabweichung bzw. Abweichungen von der Rechtwinkligkeit einer Beißkante haben mit steigendem Durch¬ messer zusätzlich einen deutlich größeren Einfluss, da die Beißkante deutlich weiter vom Mittelpunkt entfernt ist. Die Weichmetallscheibe, welche primär die Toleranzen ausgleichen soll, sollte über die Beißkante mit einer genügend hohen Vorspannkraft Fv beaufschlagt werden, um über plastische De¬ formation einen Ausgleich der Toleranzabweichung zu erreichen. Diese Vorspannkraft Fv sinkt aber wegen vorgenannter Gründe ab und muss nun auf eine größere Fläche übertragen werden.
Eine Schweißverbindung kann aufgrund der Größe der aufgeschmolzenen Zone deutlich mehr Toleranzen ausgleichen, ohne an Dichtheit zu verlieren. Begrenzend auf das Druckniveau wirken sich hier vor allem eine schmale Anbindungslänge von häufig verwendeten Mikroschweißnähten aus, welche zu einer Konstruktion führt, die Belastungen weg von der Schweißnaht in die An¬ schlusseinrichtung und das umliegende Gehäuse führt. Damit sinken die erreichbaren Dicken der Anschlusseinrichtung, und bei steigendem Druck erreicht man einen Punkt, an welchem das Material überlastet wird.
In der Hochdruckanschlussvorrichtung sind die Vorteile von Vorspann- und Schweißverbindungen zur Erreichung von höheren Druckniveaus im Bereich von beispielsweise 300 bar - 800 bar oder höher bei einem vergleichsweise großen Durchmesser des
Kraftstoffeinlassvolumens der Anschlusseinrichtung aufgrund des Druckentlastungsventils vereint. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass bereits vorhandene Montagelinien mit bereits bekannten und sehr gut beherrschten Bearbeitungs- und
Schweißprozessen weiter verwendet werden können.
Vorzugsweise weist die Vorspanneinrichtung eine zu der Aus- lasseinrichtung gerichtete Vorspannfläche auf, die sich zum Aufbringen der Vorspannung auf die Schweißnaht auf einer Kontaktfläche der Anschlusseinrichtung abstützt. Somit kann vorteilhaft über die Anschlusseinrichtung selbst die Vorspannkraft auf die Schweißnaht aufgebracht werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Kontaktbereich der Vorspannfläche und der Kontaktfläche in Strömungsrichtung des Kraftstoffes im Wesentlichen senkrecht über der Schweißnaht angeordnet. Dadurch kann die Schweißnaht vorzugsweise so ef- fizient wie möglich entlastet werden, da einem Abheben bzw.
Aufklaffen der Schweißnaht effektiv entgegengewirkt und die dazu notwendige Vorspannkraft reduziert wird. Vorzugsweise ist die Kontaktfläche umlaufend an der An¬ schlusseinrichtung vorgesehen, so dass die Vorspannkraft gleichmäßig über den Umfang der Anschlusseinrichtung über die Schweißnaht aufgebracht werden kann.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung ist der Kontaktbereich in Strömungsrichtung des Kraftstoffes im Wesentlichen senkrecht zu der Strömungsrichtung angeordnet, so dass die Vorspannkraft vorzugsweise den durch den strömenden Kraftstoff wirkenden Kräften genau entgegenwirken kann.
In einer alternativen Ausgestaltung kann der Kontaktbereich jedoch auch in einem Winkel , insbesondere in einem Winkel 30° < < 80°, insbesondere = 45°, zu der Strömungsrichtung angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass eine Anschluss¬ einrichtung mit einem kleineren Außendurchmesser verwendet werden kann. Denn vorzugsweise ist die Vorspanneinrichtung so ausgebildet, dass sie über die Anschlusseinrichtung gezogen wird, um dann in entsprechender Anordnung montiert zu werden, so dass die Vorspanneinrichtung einen Mindest-Innendurchmesser aufweisen muss. Weist die Anschlusseinrichtung in dem Bereich, in dem die Schweißnaht angeordnet ist, einen kleinen Außen¬ durchmesser auf, kann so möglicherweise kein Kontaktbereich von Kontaktfläche und Vorspannfläche mehr zustande kommen. Durch einen abgewinkelten Kontaktbereich ist es jedoch weiterhin möglich, eine Vorspannkraft auf die Schweißnaht auszuüben.
Vorzugsweise ist an der Auslasseinrichtung ein Rücksprung ausgebildet, wobei die Vorspanneinrichtung zum Eingreifen in den Rücksprung ausgebildet ist. Dadurch kann sich die Vorspanneinrichtung Kräfte vorteilhaft in die Auslasseinrichtung ableiten. Der Rücksprung ist vorzugsweise umlaufend an der Auslasseinrichtung angeordnet, und die Vorspanneinrichtung weist eine ebenfalls an dem Umfang der Vorspanneinrichtung _
y angeordnete umlaufende Wand auf, die in den Rücksprung eingreift. So ist ein besonders sicherer Kontakt zwischen dem Rücksprung und der Vorspanneinrichtung gewährleistet. Besonders vorteilhaft weist der Rücksprung ein Rücksprungau¬ ßengewinde und die Vorspanneinrichtung ein Vorspanneinrichtungsinnengewinde zum Eingreifen in das Rücksprungaußengewinde auf. Dadurch kann vorteilhaft durch Aufschrauben der Vorspanneinrichtung auf den Rücksprung die Vorspannkraft besonders gleichmäßig und fest auf die Schweißnaht aufgebracht werden.
Beispielsweise ist die Vorspanneinrichtung durch eine Mutter gebildet. Alternativ kann die Vorspanneinrichtung jedoch auch durch eine Flansch-Schrauben-Anordnung gebildet sein. Die Ausbildung als Mutter hat den Vorteil, dass die Vorspannkraft über den gesamten Umfang der Anschlusseinrichtung gleichmäßig auf die Schweißnaht aufgebracht werden kann. Eine Flansch- Schrauben-Anordnung hat den Vorteil, dass dadurch mehr Freiheitsgrade und mehr Platz zur Verfügung gestellt werden können als bei einer Anordnung mit einer Mutter. Beispielsweise hat eine Flansch-Schrauben-Anordnung wenigstens zwei Schrauben, die mit einer entsprechenden Ausnehmung in der Auslasseinrichtung zusammenwirken . Vorteilhaft ist in der Auslasseinrichtung eine Nut angeordnet, die insbesondere im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet ist. Die Schweißnaht ist in einer bevorzugten Ausführungsform in der Nut angeordnet und somit vorteilhaft versenkt in der Auslass¬ einrichtung vorgesehen. In einer alternativen Ausgestaltung kann die Schweißnaht jedoch auch senkrecht zu einer Strömungsachse des Kraftstoffes in Richtung auf die Strömungsachse des Kraftstoffes hin neben der Nut angeordnet sein, d. h. zu der Längsachse der Anschlusseinrichtung hin gerichtet. Die Nut kann, wenn sie neben der Schweißnaht angeordnet ist, Kräfte, die auf die Schweißnaht einwirken, vorteilhaft ableiten und somit die Schweißnaht entlasten .
Vorzugsweise ist ein Vorsprungsbereich der Anschlusseinrichtung an einem in Kontakt mit der Auslasseinrichtung stehenden ersten Ende der Anschlusseinrichtung angeordnet, wobei der Vorsprungs¬ bereich eine Schweißfläche aufweist, an der die Schweißnaht angeordnet ist. Durch den Vorsprungsbereich steht vorteilhaft eine Fläche zur Verfügung, über die von der Vorspanneinrichtung die Kraft auf die Schweißnaht ausgeübt werden kann. Dabei ist die Kontaktfläche, mit der die Anschlusseinrichtung an dem
Vorsprungsbereich die Vorspanneinrichtung kontaktiert, vorzugsweise gegenüberliegend zu der Schweißfläche angeordnet, an der sich die Schweißnaht befindet. Der Vorsprungsbereich überträgt demgemäß von der Vorspanneinrichtung die Vorspannkraft auf die gegenüberliegende Schweißnaht.
In bevorzugter Ausgestaltung ist ein Verbindungsbereich der Anschlusseinrichtung zum Verbinden der Anschlusseinrichtung mit in Strömungsrichtung des Kraftstoffes nachgelagerten Elementen des Kraftstoffeinspritzsystems an einem zweiten Ende der An¬ schlusseinrichtung gegenüber des ersten Endes angeordnet. Vorteilhaft weist die Anschlusseinrichtung dabei an dem zweiten Ende ein Außengewinde auf, worüber vorteilhaft der An- Schlusseinrichtung nachgeordnete Elemente einfach an der Anschlusseinrichtung befestigt werden können. Vorzugsweise ist ein Außendurchmesser der Anschlusseinrichtung an dem ersten Ende größer als an dem zweiten Ende. Vorzugsweise ist ein kleinster Innendurchmesser der Vorspanneinrichtung größer als der Au- ßendurchmesser an dem zweiten Ende und kleiner als der Außendurchmesser an dem ersten Ende, um so einerseits einfach die Vorspanneinrichtung über die Anschlusseinrichtung drüber ziehen zu können und andererseits einen sicheren Kontakt mit dem Vorsprungsbereich der Anschlusseinrichtung herstellen zu können .
Eine Kraftstoffhochdruckpumpe zum Beaufschlagen eines Kraft- Stoffes mit Hochdruck weist eine oben beschriebene Hoch¬ druckanschlussvorrichtung auf.
In einem Verfahren zum Herstellen einer Hochdruckanschlussvorrichtung für eine Kraftstoffhochdruckpumpe werden die folgenden Schritte durchgeführt:
- Bereitstellen einer Auslasseinrichtung zum Auslassen eines Kraftstoffes aus der Kraftstoffhochdruckpumpe ;
- Bereitstellen einer Anschlusseinrichtung zum Verbinden der Auslasseinrichtung mit in Strömungsrichtung des Kraftstoffes nachgelagerten Elemente eines Kraftstoffeinspritzsystems ;
- Erzeugen einer Schweißnaht zum Verbinden der Auslasseinrichtung und der Anschlusseinrichtung;
- Anordnen einer Vorspanneinrichtung an der Anschlusseinrichtung derart, dass eine Vorspannkraft auf die Schweißnaht in Richtung auf die Auslasseinrichtung wirkt.
Die Schweißnaht kann dabei durch verschiedene Schweißverfahren erzeugt werden wie beispielsweise Strahlschweißen von außen (mittels Elektronenstrahlen oder Laserstrahlen) oder mittels Kondensatorentladungsschweißen bzw. Reibschweißverfahren als innenliegende Schweißverfahren.
Vorzugsweise wird die Schweißnaht sich verfestigen lassen, bevor die Vorspanneinrichtung an der Anschlusseinrichtung angeordnet wird, um so eine gute Übertragung der Vorspannkraft von der
Vorspanneinrichtung auf die Schweißnaht gewährleisten zu können.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Kraftstoffhoch¬ druckpumpe mit einer Auslasseinrichtung zum Auslassen eines in der Kraftstoffhochdruckpumpe mit Druck beaufschlagten Kraftstoffes;
Fig. 2 eine perspektivische Detailansicht der Kraftstoff¬ hochdruckpumpe aus Fig. 1 mit an der Auslasseinrichtung angeordneter Anschlusseinrichtung;
Fig. 3 eine Schnittansicht durch die Kraftstoffhochdruckpumpe mit Anschlusseinrichtung aus Fig. 2; Fig. 4 eine weitere Schnittansicht einer Kraftstoffhoch¬ druckpumpe mit einer Anschlusseinrichtung, einem Auslassventil und einem Druckentlastungsventil;
Fig. 5 eine Schnittansicht einer Hochdruckanschlussvorrichtung an einer in Fig. 1 gezeigten Kraftstoff- hochdruckpumpe gemäß einer ersten Ausführungsform;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Spannungsverteilung in einzelnen Bereichen der Hochdruckanschlussvorrichtung gemäß Fig. 5;
Fig. 7 eine Schnittansicht einer Hochdruckanschlussvor- richtung an einer in Fig. 1 gezeigten Kraftstoffhochdruckpumpe gemäß einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Spannungsverteilung in einzelnen Bereichen der Hochdruckanschlussvorrichtung gemäß Fig. 5;
Fig. 9 eine Schnittansicht einer Hochdruckanschlussvorrichtung an einer in Fig. 1 gezeigten Kraftstoffhochdruckpumpe gemäß einer dritten Ausführungsform;
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Spannungsverteilung in einzelnen Bereichen der Hochdruckan- Schlussvorrichtung gemäß Fig. 9;
Fig. 11 eine perspektivische Ansicht einer Hochdruckan¬ schlussvorrichtung an der Kraftstoffhochruckpumpe gemäß Fig. 1 gemäß einer vierten Ausführungsform; und Fig. 12 eine weitere perspektivische Ansicht der Hoch¬ druckanschlussvorrichtung aus Fig. 11.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Kraftstoff- hochdruckpumpe 10, wie sie beispielsweise in einem Kraft¬ stoffeinspritzsystem verwendet wird. In einem Gehäuse 12 der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 ist ein in der perspektivischen Ansicht in Fig. 1 nicht zu sehender Druckraum 24 (siehe Fig. 3) vorhanden, in dem ein Kraftstoff 14 mit Hochdruck beaufschlagt wird.
Nachdem der Kraftstoff 14 mit Hochdruck beaufschlagt worden ist, wird er über eine in dem Gehäuse 12 angeordnete Auslassein¬ richtung 18, die eine Auslassbohrung 20 aufweist, aus der Kraftstoffhochdruckpumpe 12 ausgelassen, um dann zu Elementen weitergeleitet zu werden, die in Strömungsrichtung 48 des Kraftstoffes 14 der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 nachgelagert sind . Fig. 2 zeigt eine perspektivische Detailansicht der Kraft¬ stoffhochdruckpumpe 10 aus Fig. 1, wobei an der Auslassein¬ richtung 18 eine Anschlusseinrichtung 22 angeordnet ist, mit der die Auslasseinrichtung 18 mit den nachgelagerten Elementen des Kraftstoffeinspritzsystems verbunden werden soll.
Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht durch die perspektivische Detailansicht in Fig. 2, wobei in dem Gehäuse 12 der Kraft¬ stoffhochdruckpumpe 10 nun der Druckraum 24, ein Zulauf 26 zum Druckraum 24 und die Auslassbohrung 20 in der Auslasseinrichtung 18 des Gehäuses 12 zu sehen sind. Weiter ist zu sehen, dass die Anschlusseinrichtung 22 an einem ersten Ende 28 über eine umlaufende Schweißnaht 30 mit der Auslasseinrichtung 18 ver¬ bunden ist. An einem zweiten Ende 32 weist die Anschlusseinrichtung 22 einen Bereich auf, über den sie mit nachgelagerten Elementen des Kraftstoffeinspritzsystems verbunden werden kann. Beispielsweise kann hier ein Außengewinde 34 zum Anschluss an die nachgelagerten Elemente vorgesehen sein. Fig. 4 zeigt eine weitere Schnittansicht einer Kraftstoff¬ hochdruckpumpe 10 mit einer Anschlusseinrichtung 22, wobei in der Auslasseinrichtung 18, insbesondere in der Auslassbohrung 20, ein Auslassventil 36 angeordnet ist. Weiter ist in der Aus¬ lasseinrichtung 18 ein Druckentlastungsventil 38 vorgesehen, das verhindert, dass der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 nachgelagerte Elemente mit zu hohem Kraftstoffdruck beaufschlagt und somit beschädigt werden. Das Druckentlastungsventil 38 hat eine Ventilöffnung 40, die in ein Kraftstoffeinlassvolumen 42 der Anschlusseinrichtung 22 mündet. In dieses Kraftstoffeinlass- volumen 42 mündet auch die Auslassbohrung 20. Von dem ersten Ende 28 der Anschlusseinrichtung 22 zu dem zweiten Ende 32 der Anschlusseinrichtung 22 verjüngt sich das Kraftstoffeinlass¬ volumen 42 und führt somit den druckbeaufschlagten Kraftstoff 14 den nachgelagerten Elementen des Kraftstoffeinspritzsystems zu.
Die Anschlusseinrichtung 22 weist zum Führen des Kraftstoffes 14 eine Längsachse 44 auf, die mit einer Strömungsachse 46, die entlang der Strömungsrichtung 48 des Kraftstoffes 14 verläuft, zusammenfällt .
Die Auslasseinrichtung 18 und die Anschlusseinrichtung 22 bilden, wenn sie miteinander verbunden sind, eine Hochdruckanschlussvorrichtung 54, mit der die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 an Elemente des Kraftstoffeinspritzsystems angeschlossen werden kann, die der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 nachgelagert sind.
Zur Verbindung von Auslasseinrichtung 18 und Anschlusseinrichtung 22 wird nun nicht mehr nur lediglich die Schweißnaht 30 wie in Fig. 3 gezeigt verwendet, sondern es wird zusätzlich eine Vorspanneinrichtung 52 aufgebracht, die so angeordnet ist, dass sie eine Vorspannkraft Fv auf die Schweißnaht 30 aufbringen kann. Die Kombination von Schweißnaht 30 und Vorspanneinrichtung 52 wird nachfolgend anhand der Fig. 5 - Fig. 12 näher erläutert.
Allen nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen sind die im Folgenden zunächst beschriebenen Merkmale der Elemente der Hochdruckanschlussvorrichtung 50 gemeinsam. Die Auslasseinrichtung 18 weist einen Rücksprung 54 auf, in dem eine parallel zur Strömungsachse 46 des Kraftstoffes 14 an¬ geordnete Wand 56 der Anschlusseinrichtung 22 eingreifen kann, um sich daran abzustützen. Dabei weist der Rücksprung 54 vorzugsweise eine Tiefe von mindestens 5 mm auf, um so eine gute Abstützung der Anschlusseinrichtung 22 an der Auslasseinrichtung 18 gewährleisten zu können.
Zusätzlich ist in der Auslasseinrichtung 18 eine Nut 58 angeordnet, um die Montage und den Schweißvorgang beim Anbringen der Schweißnaht 30 zu flexibilisieren, d.h. mehr räumliche
Freiheitsgrade zur Anbringung der Schweißnaht 30 zur Verfügung zu stellen. Die Nut ist vorzugsweise umlaufend an einer
Oberfläche der Auslasseinrichtung 18 angeordnet. Die Anschlusseinrichtung 22 weist einen Vorsprungsbereich 60 auf, der an einer Seite, die zu der Auslasseinrichtung 18 hin gerichtet ist, eine Schweißfläche 62 umfasst, an welcher die Schweißnaht 30 angeordnet ist. An der gegenüberliegenden Seite des Vorsprungsbereiches 60, d. h. der Seite, die von der Auslass- einrichtung 18 weg gerichtet angeordnet ist, weist die An¬ schlusseinrichtung 22 eine Kontaktfläche 64 auf, mit der sie in Kontakt steht mit der Vorspanneinrichtung 52. Der Vorsprungsbereich 60 ist an dem ersten Ende 28 der Anschlusseinrichtung 22 angeordnet. Entgegengesetzt zu dem Vorsprungsbereich 60 an dem zweiten Ende 32 der Anschlusseinrichtung 22 weist die Anschlusseinrichtung 22 einen Verbindungsbereich 66 auf, über den die Hochdruckanschlussvorrichtung 50 mit nachgelagerten Elementen des Kraftstoffeinspritzsystems verbunden werden kann. Zwischen Verbindungsbereich 66 und Vorsprungsbereich 60 ist ein Halsbereich 68 vorgesehen, in dem die Anschlusseinrichtung 22 den geringsten Außendurchmesser aufweist. Der Verbindungsbereich 66 kann optional das Außengewinde 34 aufweisen und weist zudem einen geringeren Außendurchmesser auf als der Vorsprungsbereich 60.
Der Außendurchmesser des Vorsprungsbereichs 60 ist durch das benötigte Kraftstoffeinlassvolumen 42 bedingt, in das nicht nur die Auslassbohrung 20 der Kraftstoffhochdruckpumpe 12, sondern auch die Ventilöffnung des Druckentlastungsventils 38, wie in Fig. 4 gezeigt, münden. Dadurch ergibt sich ein Innendurchmesser im Vorsprungsbereich 60 von beispielsweise 16 mm, der den Außendurchmesser des Vorsprungsbereiches 60 bedingt.
Die Vorspanneinrichtung 52 weist eine Vorspannfläche 70 auf, mit der die Kontaktfläche 64 in Kontakt ist, um die Vorspannkraft Fv auf die Schweißnaht 30 aufzubringen. Ein Innendurchmesser der Vorspanneinrichtung 52 ist größer als der Außendurchmesser an dem Verbindungsbereich 66, so dass die Vorspanneinrichtung über die Anschlusseinrichtung 22 gezogen werden kann. Gleichzeitig ist der kleinste Innendurchmesser der Vorspanneinrichtung 52 kleiner als der Außendurchmesser des Vorsprungsbereiches 60, so dass sich die Vorspanneinrichtung 52 auf den Vorsprungsbereich 60 abstützen kann. Über die Vorspanneinrichtung 52 kann auf die Schweißnaht 30, die eine Anbindungslänge von beispielsweise etwa 1,9 mm bis 2,2 mm und eine Breite von z. B. etwa 0,2 mm bis 0,4 mm aufweist, eine Vorspannkraft von beispielsweise etwa 4 kN - 8 kN aufgebracht werden . Fig. 5 und Fig. 6 zeigen Schnittansichten einer ersten Ausführungsform der Hochdruckanschlussvorrichtung 50.
Die Vorspanneinrichtung 52 ist hier als eine Mutter 72 aus- gebildet, wobei der Rücksprung 54 ein Rücksprungaußengewinde 74 und die Mutter 72 ein Vorspanneinrichtungsinnengewinde 76 aufweist, das in das Rücksprungaußengewinde 74 eingreift. Die Kontaktfläche 64 der Anschlusseinrichtung 22 und die Vorspannfläche 70 der Vorspanneinrichtung 52 sind in einem Kon- taktbereich 78 in Kontakt, der senkrecht zu der Strömungsrichtung 48 des Kraftstoffes 14 angeordnet ist. Weiter ist der Kon¬ taktbereich 78 in der in Fig. 5 und Fig. 6 gezeigten Ausführungsform in Strömungsrichtung 48 des Kraftstoffes 14 im Wesentlichen senkrecht über der Schweißnaht 30 angeordnet und weist damit in etwa den gleichen Abstand d zur Strömungsachse 46 auf wie die Schweißnaht 30. Dadurch wird die Schweißnaht 30 so effizient wie möglich entlastet, da einem Abheben bzw . Aufklappen der Schweißnaht effektiv entgegengewirkt werden kann. Die dazu notwendige Vorspannkraft Fv wird gleichzeitig reduziert im Vergleich zu dem Fall, in dem die Schweißnaht 30 nicht entlastet ist und somit eine höhere Vorspannkraft Fv zu Stabilisieren der Schweißnaht 30 aufgebracht werden muss. Somit wird auch eine Mittelspannung, die an dem Außengewinde 34 im Verbindungsbereich 66 angreift, geringer und damit die Betriebsfestigkeit höher. Bei der in Fig. 5 dargestellten Anordnung sind auch nahezu alle möglichen Schweißnahtwinkel einer Kontaktfläche der Schweißnaht mit der Auslasseinrichtung 18 relativ zu der Strömungsrichtung 48 im Bereich von 0° bis 90° bei der Verbindung von Auslasseinrichtung 18 und Anschlusseinrichtung 22 möglich.
Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt der Schnittansicht in Fig. 5 mit in den einzelnen dargestellten Bereichen wirkenden Spannungen, wobei die Spannungen umso geringer sind, je dunkler die Ein- färbung ist. Die Schweißnaht 30 verläuft in der Ausführungsform gemäß Fig. 5/Fig. 6 in der Nut 58.
In der in Fig. 5 und Fig. 6 gezeigten ersten Ausführungsform ist also eine konventionell von außen geschweißte Schweißnaht 30 mit einer Mutter 72 als Überwurfmutter dargestellt. Besonders vorteilhaft bei dieser Ausführung ist, dass bekannte Anordnungen von Hochdruckanschlussvorrichtungen 50 und die damit verbundenen Prozesse, die von der Herstellung von Kraftstoffhochdruckpumpen 10 niedrigerer Druckstufen bekannt sind, ohne größere Änderung übernommen werden können. Weiterhin bietet sich die Möglichkeit, den Bauraum und damit evtl. vorhandene Komponenten unterhalb der Anschlusseinrichtung 22 trotz Drucksteigerung beizubehalten. Besondere Bedeutung kommt dabei neben dem Auslassventil 36 dem meist ebenfalls unter dieser Anschlusseinrichtung 22 eingebauten Druckbegrenzungsventil 38 zu, da dieses zum Teil der Kraft¬ stoffhochdruckpumpe 10 nachfolgende Komponenten wie bei¬ spielsweise die Injektoren und das Rail, vor zu hohen Druck¬ spitzen absichert. Das überschüssige Medium wird dann über den Pumpenhochdruckbereich abgesteuert.
Fig. 7 und Fig. 8 zeigen eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Hochdruckanschlussvorrichtung 50, die im Wesentlichen gleich aufgebaut ist wie die Hochdruckanschluss- Vorrichtung 50 der Fig. 5 und Fig. 6, mit dem Unterschied, dass die Schweißnaht 30 hier nicht innerhalb der Nut 58 verläuft, sondern in Richtung auf die Strömungsachse 46 des Kraftstoffes 14 von der Nut 58 weg versetzt angeordnet ist. Die Nut 58 trägt hier dazu bei, Kräfte, die auf die Schweißnaht 30 einwirken, von der Schweißnaht 30 wegzuleiten und diese somit noch stärker zu entlasten .
Die in dieser Ausführungsform wirkenden Spannungen sind analog zu Fig. 6 schematisch in Fig. 8 dargestellt. Fig. 9 und Fig. 10 zeigen jeweils eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der Hochdruckanschlussvorrichtung 50, wobei der Kontaktbereich 78 hier nicht senkrecht zur Strö¬ mungsrichtung 48 des Kraftstoffes 14 ausgerichtet ist, sondern in einem Winkel , der sich in einem Bereich von 30° bis 80°, im vorliegenden Beispiel von 45°, bewegt. Die sonstige Anordnung in der Hochdruckanschlussvorrichtung 50 entspricht der Anordnung, die in Fig. 7 gezeigt ist. Fig. 10 zeigt dabei schematisch, analog zu Fig. 6 und Fig. 8, die in der dritten Ausführungsform wirkenden Spannungen.
In der Ausführungsform in Fig. 9 weist der Vorsprungsbereich 60 einen kleineren Innendurchmesser und auch einen kleineren Außendurchmesser auf als in den vorangehenden Ausführungsformen, wodurch die Schweißnaht 30 in Richtung auf die Strömungsachse 46 nach innen rückt, so dass die Einleitung der Vorspannkraft Fv direkt oberhalb der Schweißnaht 30 - wie in der Ausführungsform gemäß Fig. 5 gezeigt - nicht mehr möglich ist. Denn die Vor- spanneinrichtung 52, die über die Anschlusseinrichtung 22 gezogen werden soll, benötigt einen Mindest-Innendurchmesser, um den Verbindungsbereich 66 mit dem daran angeordneten Außengewinde 34 passieren zu können. Daher wird in der Ausführungsform gemäß Fig. 9 vorgeschlagen, eine schräge Schweißnaht 30 und eine im ähnlichen Winkel dazu ausgeführte Kontaktfläche 64 bzw. Vorspannfläche 70 vorzusehen. Hierdurch können die Kräfte gezielt so eingeleitet und verteilt werden, dass die Schweißnaht 30 und die weiteren beteiligten Bauteile nicht überlastet werden. Die Schweißnaht 30 wurde hier mittels Kondensatorentladungs- schweißen erzeugt.
Fig. 11 und Fig. 12 zeigen perspektivische Ansichten einer vierten Ausführungsform, in der statt einer Mutter 72 als Vorspanneinrichtung 52 eine Flansch-Schrauben-Anordnung 80 verwendet ist, bei der sich ein Flansch 82 mit seiner Vorspannfläche 70 auf der Kontaktfläche 64 der Anschlusseinrichtung 22 abstützt, und Schraubenbohrungen 84 vorgesehen sind, durch die Schrauben hindurch in das Gehäuse 12 der Kraftstoffhoch- druckpumpe 10 bzw. in die Auslasseinrichtung 18 eingreifen können .
Statt einer Mutter 72 als Vorspanneinrichtung 52 kann demgemäß auch eine Flansch-Schrauben-Anordnung 18 verwendet werden. Die Mutter 72 bietet gegenüber der Flansch-Schrauben-Anordnung 80 den Vorteil, dass die eingeleitete Vorspannkraft Fv gleichmäßig in alle Bereiche eingeleitet wird. Bei Verwendung eines Flansches 82 ist dies meistens nicht der Fall. Ein Flansch 82 hat jedoch den Vorteil, dass er bezüglich des Bauraum deutlich flexibler ausgestaltet werden kann.
In bekannten Anordnungen wird der durch Schweißung (beispielsweise mit einem Elektronenstrahl oder einem Laserstrahl) fest mit dem Gehäuse 12 der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 ver- bundene Hochdruckanschluss in und neben der Schweißnaht 30 über die durch den auftretenden Pumpenhochdruck im Hochdruckanschluss generierten Kräfte mechanisch hoch belastet.
Bisher wurden kreisförmige Schweißnähte 30 mit Strahlrichtung in senkrechter Richtung oder abgewinkelter Richtung zur Längsachse 44 der Anschlusseinrichtung 22 von außen in Richtung der Längsachse 44 entlang der Berührlinie der beiden zu verbindenden Teile erzeugt. Damit konnte die Eindringtiefe beim Schweißen maximiert werden, was wiederum zu einer Minimierung der axial resul- tierenden Kräfte aus der Druckinnenbelastung führt. Bei höheren Drücken steigen die Lasten und die dadurch an der Schweißnaht 30 angreifenden Spannungen trotz gleichbleibender projizierter Fläche. Durch ein Verfahren, bei dem der Hochdruckanschluss von Innen geschweißt wird (beispielsweise Kondensatorentladungs¬ schweißen) konnte diese Fläche weiter minimiert werden.
Die beschriebene Konstruktion der Hochdruckanschlussvorrichtung 50 versucht durch Minimierung der projizierten axialen Fläche sowie einer beanspruchungsgerechten betriebstesten Konstruktion die an der Schweißnaht 30 angreifenden Lasten zu minimieren.
Um die maximale Belastbarkeit weiter steigern zu können, wird die Hochdruckanschlussvorrichtung 50 vorgeschlagen, welche unter Verwendung einer Vorspanneinrichtung 52, wie beispielsweise einer Mutter 72 oder einer Flansch-Schrauben-Anordnung 80, eine Vorspannung der Schweißnaht 30 bewirkt, so dass bei gleich¬ bleibender Axialfläche und gestiegenem Druckniveau weiterhin ein einfacher Schweißprozess zur Abdichtung und Stoffschlüssigen Verbindung verwendet werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Hochdruckanschlussvorrichtung (50) zum Anschließen einer Kraftstoffhochdruckpumpe (10) an Elemente eines Kraftstoff- einspritzsystems , die der Kraftstoffhochdruckpumpe (10) in Strömungsrichtung (48) eines Kraftstoffes (14) nachgelagert sind, aufweisend:
- eine Auslasseinrichtung (18) zum Auslassen von in der
Kraftstoffhochdruckpumpe (10) druckbeaufschlagtem Kraftstoff (14) aus der Kraftstoffhochdruckpumpe (10);
- eine Anschlusseinrichtung (22) zum Verbinden der Auslasseinrichtung (18) mit den in Strömungsrichtung (48) des
Kraftstoffes (14) nachgelagerten Elementen des Kraftstoffeinspritzsystems ;
- eine Schweißnaht (30) zum hochdruckdichten Verbinden der Auslasseinrichtung (18) und der Anschlusseinrichtung (22);
- eine Vorspanneinrichtung (52) zum Ausüben einer Vorspannkraft (Fv) auf die Schweißnaht (30) in Richtung auf die Auslass¬ einrichtung (18) .
2. Hochdruckanschlussvorrichtung (50) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auslasseinrichtung (18) ein Druckentlastungsventil (38) derart angeordnet ist, dass eine Ventilöffnung des Druckentlastungsventils (38) in ein Kraft- stoffeinlassvolumen (42) in der Anschlusseinrichtung (22) mündet, das zum Einlassen des aus der Auslasseinrichtung (18) strömenden Kraftstoffes (14) in die Anschlusseinrichtung (22) ausgebildet ist.
3. Hochdruckanschlussvorrichtung (50) nach einem der
Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung (52) eine zu der Auslasseinrichtung (18) gerichtete Vorspannfläche (70) aufweist, die sich zum Aufbringen der Vorspannkraft (Fv) auf die Schweißnaht (30) auf einer Kontaktfläche (64) der Anschluss¬ einrichtung (22) abstützt.
4. Hochdruckanschlussvorrichtung (50) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kontaktbereich (78) der
Vorspannfläche (70) und der Kontaktfläche (64) in Strömungs¬ richtung (48) des Kraftstoffes (10) im Wesentlichen senkrecht über der Schweißnaht (30) angeordnet ist und/oder dass der Kontaktbereich (78) in Strömungsrichtung (48) des Kraftstoffes (14) im Wesentlichen senkrecht zu der Strömungsrichtung (48) angeordnet ist oder dass der Kontaktbereich (78) in einem Winkel ( ) , insbesondere in einem Winkel 30° < a < 80°, insbesondere a = 45° zu der Strömungsrichtung (48) angeordnet ist.
5. Hochdruckanschlussvorrichtung (50) nach einem der
Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass an der Auslasseinrichtung (18) ein Rücksprung (54) ausgebildet ist, wobei die Vorspanneinrichtung (52) zum Eingreifen in den Rücksprung (54) ausgebildet ist, wobei der Rücksprung (54) insbesondere ein Rücksprungaußengewinde (74) und die Vorspanneinrichtung (52) insbesondere ein Vorspanneinrichtungsinnengewinde (76) zum Eingreifen in das Rück¬ sprungaußengewinde (74) aufweist, wobei die Vorspanneinrichtung (52) insbesondere durch eine Mutter (72) oder durch eine Flansch-Schrauben-Anordnung (80) gebildet ist.
6. Hochdruckanschlussvorrichtung (50) nach einem der
Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass in der Auslasseinrichtung (18) eine Nut (58) angeordnet ist, die insbesondere im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet ist, wobei die Schweißnaht (30) in der Nut (58) oder senkrecht zu einer Strömungsachse (46) des Kraftstoffes (14) in Richtung auf die Strömungsachse (46) des Kraftstoffes (14) hin neben der Nut (58) angeordnet ist.
7. Hochdruckanschlussvorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorsprungsbereich (60) der Anschlusseinrichtung (22) an einem in Kontakt mit der Auslasseinrichtung (18) stehenden ersten Ende (28) der Anschlusseinrichtung (22) angeordnet ist, wobei der
Vorsprungsbereich (60) eine Schweißfläche (62) aufweist, an der die Schweißnaht ((30) angeordnet ist.
8. Hochdruckanschlussvorrichtung (50) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungsbereich (66) der Anschlusseinrichtung (22) zum Verbinden der Anschlusseinrichtung (22) mit in Strömungsrichtung (48) des Kraftstoffes (14) nachgelagerten Elementen des Kraftstoffeinspritzsystems an einem zweiten Ende (32) der Anschlusseinrichtung (22) gegenüber des ersten Endes (28) angeordnet ist, wobei die Anschluss- einrichtung (22) an dem zweiten Ende (32) insbesondere ein
Außengewinde (34) aufweist und/oder wobei ein Außendurchmesser der Anschlusseinrichtung (22) an dem ersten Ende (28) insbesondere größer ist als an dem zweiten Ende (32) .
9. Kraftstoffhochdruckpumpe (10) zum Beaufschlagen eines
Kraftstoffes (14) mit Hochdruck, aufweisend eine Hochdruck¬ anschlussvorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Verfahren zum Herstellen einer Hochdruckanschluss- Vorrichtung (50) für eine Kraftstoffhochdruckpumpe (10), aufweisend die Schritte:
- Bereitstellen einer Auslasseinrichtung (18) zum Auslassen eines Kraftstoffes (14) aus der Kraftstoffhochdruckpumpe (10); - Bereitstellen einer Anschlusseinrichtung (22) zum Verbinden der Auslasseinrichtung (18) mit in Strömungsrichtung (48) des Kraftstoffes (14) nachgelagerten Elementen eines Kraftstoff¬ einspritzSystems ;
- Erzeugen einer Schweißnaht (30) zum Verbinden der Auslasseinrichtung (18) und der Anschlusseinrichtung (22);
- Anordnen einer Vorspanneinrichtung (52) an der Anschlusseinrichtung (22) derart, dass eine Vorspannkraft (Fv) auf die Schweißnaht (30) in Richtung auf die Auslasseinrichtung (18) wirkt.
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