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Technisches Anwendungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine lösbare Hochdruckverbindung zwischen
einem Druckspeicher und/oder Druckverteiler und einer Druckleitung, insbesondere
zwischen einer Common-Rail und einer Injektorleitung, bei der zumindest
eine Verbindungsbohrung in einer Wandung des Druckspeichers oder
Druckverteilers ausgebildet und ein Ende der Druckleitung in die
Verbindungsbohrung eingeführt ist.
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Für die Zuführung des
Kraftstoffs in den Verbrennungsraum von Kolbenverbrennungsmaschinen haben
sich im Kraftfahrzeugbereich 3 Systeme durchgesetzt, die Verteilereinspritzung,
die Common-Rail-Einspritzung und das Pumpe-Düse-System. Bei der Common-Rail-Einspritzung
sind die Druckerzeugung und die Kraftstoffeinspritzung voneinander
entkoppelt. Dabei wird von einer Hochdruckpumpe in Radialausführung ein
Druck in der Größenordnung
von 1300·105–1600·105 Pa erzeugt und in der zentralen Druckleitung,
der so genannten Common-Rail, gespeichert. Über kurze Hochdruckleitungen,
den Injektorleitungen, wird der Kraftstoff aus der Common-Rail über Einspritzdüsen (Injektoren)
in den Verbrennungsraum des Motors eingebracht. Die Einspritzdüsen werden
entweder elektromagnetisch oder piezoelektrisch betätigt.
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Die
Hochdruckverbindung zwischen der Common-Rail und den angeschlossenen
Hochdruckleitungen muss eine hohe Beständigkeit im Hochdruckbereich
sowie eine ausreichende Dichtheit gegen austretenden Kraftstoff
in einem weiten Druckbereich aufweisen. Weiterhin ist eine schnelle
und unkomplizierte Montage und Demontage der Hochdruckleitungen
an die Common-Rail wünschenswert. Zur
Minimierung des Kraftstoffverbrauchs sollten die für die die
Hochdruckverbindungen erforderlichen Bauteile zudem ein möglichst
geringes Gewicht aufweisen.
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Stand der Technik
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Aus
der
JP 10299610 A ist
eine Hochdruckverbindung zwischen einer Common-Rail und einer Injektorleitung
beschrieben, bei der an der Common-Rail eine diese in Umfangsrichtung
umhüllende Schelle
befestigt wird. Die Schelle ist im Bereich der Verbindungsbohrungen
der Common-Rail mit Öffnungen
versehen. Die Injektorleitung wird durch die Öffnungen hindurchgeführt und
mittels einer Übergangsmuffe
zwischen der Common-Rail und der Schelle über einen Schnappverschluss
befestigt. Durch die erforderliche Schelle führt eine derartige Hochdruckverbindung
jedoch zu einer nicht vernachlässigbaren
Gewichtszunahme des Common-Rail-Systems, die sich ungünstig auf
den Kraftstoffverbrauch auswirkt. Der zusätzliche Materialeinsatz für die Schelle
erhöht
zudem die Fertigungskosten des Common-Rail-Systems, die das Betriebsergebnis
schmälern.
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Aus
der
JP 10259894 A ist
eine weitere Hochdruckverbindung zwischen einer Common-Rail und
den Injektorleitungen bekannt. Bei dieser Verbindung sind die Verbindungsbohrungen
in der Common-Rail mit herausragenden Stutzen versehen, an denen
ein Außengewinde
ausgebildet ist. Über
dieses Außengewinde
wird eine Überwurfmutter
mit innen liegendem konischem Widerlager gedreht. Die Injektorleitung
verfügt über ein
außen
liegendes konisches Widerlager und wird vor dem Festschrauben der Überwurfmutter
an den Stutzen gesteckt. Die gesamte Common-Rail mit den Stutzen
ist dabei aus einem Teil geschmiedet. Ein derartiger Schmiedevorgang
ist jedoch sehr kosten-, energie- und zeitintensiv. Durch die langsame,
spannungsarme Abkühlung des
Schmiede-Bauteils wird zudem die Produktionszeit erheblich verlängert. Dies
erfordert größere Produktionskapazitäten und
erhöht
damit zusätzlich
die Produktionskosten. Auch hier wird infolge des zusätzlichen
Stutzens das Gewicht des Common-Rail-Systems merklich erhöht.
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Eine
weitere Variante einer Hochdruckverbindung zwischen einer Common-Rail
und den Injektorleitungen ist in der
JP 10220320 A beschrieben. Die Verbindungsbohrungen
sind bei dieser Verbindung oval ausgeführt und mit Stutzen versehen,
die ein innen liegendes Gewinde aufweisen. Wie in der vorgenannten
Druckschrift wird auch hier die gesamte Common-Rail aus einem Teil
geschmiedet. Über eine
Nippelverschraubung mit außen
liegendem Gewinde wird die Injektorleitung mit der Common-Rail verbunden
und gegen die Umgebung abgedichtet. Für die Herstellung dieser Hochdruckverbindung
sind daher kosten-, energie- und zeitintensive Schmiedevorgänge erforderlich.
Auch die Erstellung der ovalen Verbindungsbohrungen erfordert einen
erhöhten
Fertigungsaufwand.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine lösbare Hochdruckverbindung
zwischen einem Druckspeicher und/oder Druckverteiler und einer Druckleitung
anzugeben, insbesondere zwischen einer Common-Rail und einer Injektorleitung, die
eine gegenüber
dem vorgenannten Stand der Technik verringerte Gewichtszunahme verursacht
und sich kostengünstig
umsetzen lässt.
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Darstellung der Erfindung
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Die
Aufgabe wird mit der lösbaren
Hochdruckverbindung gemäß Patentanspruch
1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Hochdruckverbindung sind Gegenstand der Unteransprüche oder
lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen
entnehmen.
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Bei
der vorliegenden lösbaren
Hochdruckverbindung zwischen einem Druckspeicher und/oder Druckverteiler
und einer Druckleitung ist zumindest eine Verbindungsbohrung in
einer Wandung des Druckspeichers oder Druckverteilers ausgebildet
und ein Ende der Druckleitung in die Verbindungsbohrung eingeführt. Die
vorliegende Hochdruckverbindung zeichnet sich dadurch aus, dass
das Ende der Druckleitung in der Verbindungsbohrung bis auf einen
Innendurchmesser der Verbindungsbohrung verbreitert ist oder mit
einem die Verbreiterung bewirkenden Aufsatz versehen ist, ein zur
Verbreiterung zumindest annähernd
komplementär
geformter Dichtungsring auf der Druckleitung in die Verbindungsbohrung
eingesetzt und mit einem Sicherungsring in einer umlaufenden Nut
der Verbindungsbohrung gegen eine Bewegung aus der Verbindungsbohrung gesichert
ist.
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Der
Druckspeicher und/oder Druckverteiler kann dabei eine beliebige
geometrische Form aufweisen und bspw. als Verteilerblock oder Verteilerrohr,
als Druckkessel oder auch als Hochdruckrohr mit ein oder mehreren
Abzweigungsöffnungen,
die durch die Verbindungsbohrungen gebildet werden, ausgeführt sein.
Die vorliegende Hochdruckverbindung lässt sich somit nicht nur bei
den eingangs beschriebenen Common-Rail-Systemen zur Verbindung zwischen
der Common-Rail und den Injektorleitungen anwenden, sondern auch
bei anderen Flüssigkeit
oder Gas unter Hochdruck führenden
Systemen, wie bspw. in Hydraulikanlagen oder Gas-Hochdrucksystemen. Die vorliegende Hochdruckverbindung
erfordert lediglich einen Dichtungs- und Sicherungsring sowie eine
Verbreiterung der Druckleitung an ihrem Ende und weist damit ein
sehr geringes Gewicht auf, so dass sie sich besonders für Common-Rail-Systeme
im Kraftfahrzeugbereich eignet.
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Bei
der vorliegenden Hochdruckverbindung wird das verbreiterte Ende
der Druckleitung in Folge des im Druckspeicher bzw. Druckverteiler
vorliegenden Innendrucks zusammen mit dem Dichtungsring gegen den
Sicherungsring gepresst. Durch die zum verbreiterten Ende komplementäre Innenform
des Dichtungsrings werden der Dichtungsring und das verbreiterte
Ende dabei leicht gegeneinander verschoben und zusammengepresst.
Durch dieses allein durch den Innendruck im System bewirkte Zusammenpressen
wird eine hohe Dichtheit erzielt. Die vorgeschlagene Hochdruckverbindung
ist damit metallisch selbstdichtend. Durch die Abdichtung ohne Verschraubung
der Hochdruckleitung mit der Verbindungsbohrung kann die Montage
und Demontage schneller und kostengünstiger als bei bestehenden Lösungen durchgeführt werden.
Für die
Umsetzung in einem Common-Rail-System können für die Common-Rail herkömmliche,
dickwandige Rohre eingesetzt werden. Eine aufwendige, kostenintensive
und umweltbelastende Anfertigung von Schmiedestücken ist nicht erforderlich.
In die Verbindungsbohrungen muss lediglich die umlaufende Nut für die Fixierung
des Sicherungsringes eingefräst
werden. Infolge der Materialeinsparung und durch den Verzicht auf
eine Verschraubung mit der Common-Rail wird ein niedriges Stückgewicht
erzielt, das bei Einsatz in Kraftfahrzeugen zur Reduzierung des
Kraftstoffverbrauchs beiträgt.
Der geringe Materialeinsatz und die einfache Fertigung führen gegenüber bestehenden Lösungen zu
sehr geringen Stückkosten.
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Vorzugsweise
ist die Verbreiterung am Ende der Druckleitung als konisch zulaufende
Verbreiterung ausgeführt,
wobei der Dichtungsring dann entsprechend ein dazu komplementäres konisches
Innenprofil aufweist, d. h. als zylindrischer Dichtungskeilring
ausgeführt
ist. Nach dem Einführen
des verbreiterten Endes der Druckleitung in die Verbindungsbohrung,
wobei der Dichtungsring vom anderen Ende her auf die Druckleitung
aufgeschoben ist, wird der Sicherungsring in die Nut der Verbindungsbohrung
eingesetzt. Weitere Montageschritte sind nicht erforderlich.
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Das
verbreiterte Ende der Druckleitung kann entweder bereits bei der
Herstellung der Druckleitung durch eine entsprechende Formgebung
erreicht werden oder durch nachträgliches Aufbringen eines Aufsatzes
auf das Ende der Druckleitung, die dann in üblicher Weise als Rohr mit
konstantem Außendurchmesser
ausgeführt
sein kann. In der letztgenannten Ausgestaltung wird der Aufsatz
vorzugsweise durch eine Schraubverbindung mit dem Ende der Druckleitung
verbunden, die dann an dieser Stelle ein entsprechendes Außengewinde
für den
Eingriff in ein Innengewinde am Aufsatz aufweist. Das verbreiterte Ende
bildet zusammen mit dem komplementären Dichtungsring einen Abschnitt
mit einem konstanten Außendurchmesser
am Ende der Druckleitung, der im Wesentlichen dem Innendurchmesser
der Verbindungsbohrung entspricht, so dass bei dem oben erläuterten
Zusammenpressen eine ausreichende Dichtwirkung erzielt wird.
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Sollen
Hochdruckverbindungen zwischen einem Druckspeicher und/oder Druckverteiler
mit mehreren Druckleitungen hergestellt werden, so wird jede der
Hochdruckverbindungen in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildet. Dies
betrifft insbesondere den Einsatz in einem Common-Rail-System, bei
dem mehrere Injektorleitungen mit der Common-Rail verbunden werden
müssen.
Die radial verlaufenden Verbindungsbohrungen sind hierbei in regelmäßigen Abständen in
der Common-Rail ausgebildet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
vorliegende lösbare
Hochdruckverbindung wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei
zeigen:
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1 ein
erstes Beispiel einer Ausgestaltung der vorliegenden Hochdruckverbindung
und
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2 ein
zweites Beispiel für
eine Ausgestaltung der vorliegenden Hochdruckverbindung.
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Wege zur Ausführung der Erfindung
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1 zeigt
ein erstes Beispiel einer möglichen
Ausgestaltung der vorliegenden Hochdruckverbindung zwischen einer
Injektorleitung 5 und einem als Druckspeicher dienenden
Hochdruckrohr 1, das bspw. die Common-Rail eines Common-Rail-Systems
sein kann. In der Wandung des Hochdruckrohrs 1 ist eine
Verbindungsbohrung 2 ausgebildet, die zur Anbindung der
Injektorleitung 5 dient. Der Innendurchmesser 1' des Rohres 1 ist
dabei größer als
der Innendurchmesser 5' der
Injektorleitung 5. Die Injektorleitung 5 weist
hierbei über
die in der Figur gezeigte Länge
einen konstanten Außendurchmesser
auf. Auf das Ende der Injektorleitung 5 wird ein sich konisch
verbreiternder metallischer Aufsatz 6, im Folgenden aufgrund
seiner Funktion auch als Dichtungskeil bezeichnet, aufgeschraubt.
Durch diesen Aufsatz 6 verbreitert sich das Ende der Injektorleitung 5 auf
einen Außendurchmesser,
der dem Innendurchmesser der Verbindungsbohrung 2 entspricht. Dieses
verbreiterte Ende der Injektorleitung 5 wird in die Verbindungsbohrung 2 eingeführt.
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Anschließend wird
ein metallischer Dichtungsring 3 mit konischem Innenprofil,
das komplementär
zur konischen Verbreiterung des Aufsatzes 6 ausgebildet
ist, auf die Injektorleitung 5 aufgeschoben und in die
Verbindungsbohrung 2 bis an das Ende der Injektorleitung
geführt.
Der Dichtungsring 3, ein zylindrischer Dichtungskeilring,
kann auch bereits vor dem Aufschrauben des Aufsatzes 6 auf
die Injektorleitung 5 aufgeschoben werden. Der Dichtungsring 6 selbst
hat einen Außendurchmesser,
der dem Innendurchmesser der Verbindungsbohrung 2 entspricht,
d. h. er ist fluchtend zum Innendurchmesser der Verbindungsbohrung 2 ausgeführt.
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Die
Verbindungsbohrung 2 weist eine umlaufende Nut 7 auf,
in die ein Sicherungsring bzw. Seegering 8 eingesetzt wird.
Die Nut ist hierbei an einer Position in der Verbindungsbohrung
angeordnet, die in etwa der axialen Ausdehnung des Aufsatzes 6 bzw.
des Dichtungsringes 3 entspricht. Die Nut 7 und der
Sicherungsring 8 sind dabei so aufeinander und auf die
Injektorleitung 5 abgestimmt, dass der Sicherungsring 8 eine
Verschiebung des Dichtungsringes 3 aus der Verbindungsbohrung
heraus verhindert. Die Dichtheit dieser Hochdruckverbindung wird
dadurch gewährleistet,
dass in Folge des Common-Rail-Innendrucks
die beiden Dichtungsringe 3 und 6 gegeneinander
verschoben und gegen den Sicherungsring 8 gepresst werden.
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2 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Ausgestaltung
der vorliegenden Hochdruckverbindung. Diese Ausgestaltung unterscheidet
sich von der Ausgestaltung der 1 lediglich
darin, dass anstelle des Aufsatzes 6 die Injektorleitung 5 bereits von
vorneherein ein konisch verbreitertes Ende (Verbreiterung 9)
aufweist. Auf einen zusätzlichen
Aufsatz 6 kann dabei verzichtet werden. Ansonsten ist die
Ausgestaltung und Funktionsweise dieser Hochdruckverbindung identisch
der bereits in Verbindung mit 1 erläuterten,
so dass darauf nicht mehr näher
eingegangen werden muss.
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- 1
- Hochdruckrohr
- 1'
- Innendurchmesser
des Hochdruckrohrs
- 2
- Verbindungsbohrung
- 3
- Dichtungskeilring
- 4
- Gewinde
- 5
- Injektorleitung
- 5'
- Innendurchmesser
der Injektorleitung
- 6
- Aufsatz
- 7
- Nut
- 8
- Sicherungsring
- 9
- Verbreiterung