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Title:
CONNECTION FOR HIGH-PRESSURE MEDIA CONDUITS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2006/010182
Kind Code:
A1
Abstract:
The inventive connection for high-pressure media conduits comprises a first conduit (1) provided with a connector piece (3) inserted into a second conduit (2), wherein said connector piece (3) and the second conduit (2) are provided with cylindrical sealing surfaces (4, 5) interacting with each other directly or by means of a seal (14) and the wall thickness of the connector piece (3) is reduced at least on one part of the sealing surface (4) thereof in such a way that it is less than 50 % of the wall thickness of the second conduit (2) in the sealing surface (5) area.

Inventors:
HLOUSEK JAROSLAW (AT)
LEIFERT VOLKER (AT)
SCHWAIGHOFER HERBERT (AT)
GUGGENBICHLER FRANZ (AT)
Application Number:
PCT/AT2005/000285
Publication Date:
February 02, 2006
Filing Date:
July 19, 2005
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
HLOUSEK JAROSLAW (AT)
LEIFERT VOLKER (AT)
SCHWAIGHOFER HERBERT (AT)
GUGGENBICHLER FRANZ (AT)
International Classes:
F02M55/00; F02M55/02; F16L21/02; F16L21/035; (IPC1-7): F16L21/035; F16L21/02; F02M55/00; F02M55/02
Foreign References:
US3656771A1972-04-18
US6374806B12002-04-23
US6418911B12002-07-16
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2000, no. 20 10 July 2001 (2001-07-10)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2003, no. 12 5 December 2003 (2003-12-05)
Attorney, Agent or Firm:
Haffner, Thomas M. (Wien, AT)
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Claims:
Patentansprüche:
1. Verbindung von Leitungen für Hochdruckmedien, bei welcher eine erste Leitung (1) ein in das Innere einer zweiten Leitung (2) eingeschobenes Anschlussstück (3) aufweist, wobei das Anschlussstück (3) und die zweite Leitung (2) ent¬ weder unmittelbar oder unter Zwischenschaltung einer Dich¬ tung (14) miteinander zusammenwirkende zylindrische Dicht¬ flächen (4,5) tragen, dadurch gekennzeichnet, dass das An schlussstück (3) im Bereich wenigstens eines Teils seiner Dichtfläche (4) mit verringerter Wandstärke ausgebildet ist, welche weniger als 50 % der Wandstärke der zweiten Leitung (2) im Bereich ihrer Dichtfläche (5) beträgt.
2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Anschlussstückes (3) im Bereich wenigs¬ tens eines Teils seiner Dichtfläche (4) weniger als 40%, be¬ vorzugt weniger als 30%, besonders bevorzugt weniger als 20% der Wandstärke der zweiten Leitung (2) im Bereich ihrer Dichtfläche (5) beträgt.
3. Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Wandstärke des Anschlussstücke (3) im Bereich wenigstens eines Teils seiner Dichtfläche (4) weniger als 15 %, bevorzugt weniger als 10%, besonders bevorzugt weniger als 5 % der Wandstärke der zweiten Leitung (2) im Bereich ihrer Dichtfläche (5) beträgt.
4. Verbindung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, dass die Dichtfläche (4) des Anschlussstücks (3) an einem hohlzylindrischen Ansatz (11) des Anschlussstücks (3) ausgebildet ist.
5. Verbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der hohlzylindrische Ansatz (11) einen Innendurchmesser (c) von 70 % bis 95 %, vorzugsweise 85 % bis 90 %, des Innen¬ durchmessers (b) der zweiten Leitung (2) aufweist.
6. Verbindung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Innenwand des hohlzylindrischen Ansatzes (11) an dessen freien Ende eine kegelförmige Freistellung auf¬ weist.
7. Verbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die kegelförmige Freistellung mit einem Kegelwinkel (α) von 10° bis 60°, vorzugsweise 30°, ausgeführt ist.
8. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Dichtfläche (4) des Anschlussstücks (3) wenigstens eine Ringnut (12) trägt.
9. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, dass die Dichtfläche (4) des Anschlussstücks (3) eine Mehrzahl von Ringnuten (12) trägt, welche durch we¬ nigstens eine axiale Nut verbunden sind.
10. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, dass sich der hohlzylindrischen Ansatz (11) über eine axiale Länge (a) von mindestens 1/3, vorzugsweise 1/3 bis 2/3, des Innendurchmessers (b) der zweiten Leitung (2) erstreckt.
11. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der hohlzylindrische Ansatz (3) an seiner Außenfläche einen zylindrischen Absatz (13) aufweist und in dem zwischen der Dichtfläche (5) der zweiten Leitung (2) und dem Absatz (13) ausgebildeten Ringraum eine Ring dichtung (14) angeordnet ist.
12. Verbindung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringdichtung (14) aus Kunststoff, insbesondere Polytetrafluoräthylen (PTFE), besteht und auf einem metallischen Stützring (15) aufliegt.
13. Verbindung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Ringdichtung (14) einen kreisrunden, ovalen, rautenförmigen oder trapezförmigen Querschnitt aufweist.
14. Verbindung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mit trapezförmigem Querschnitt ausgebildete Ring¬ dichtung (14) an ihrer dem Innenraum der zweiten Leitung (2) zugewandten Oberfläche eine ringförmige Ausnehmung aufweist.
15. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitung (1) als eine Hochdruckzuführungsleitung für Kraftstoff oder als ein Anschlussstück (13) für eine Hochdruckzuführungsleitung und die zweite Leitung (2) als Speicherraum eines Injektors eines Kraftstoffeinspritzsystems für Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, ausgebildet ist.
Description:
Verbindung von Leitungen für Hochdruckmedien

Die Erfindung betrifft eine Verbindung von Leitungen für Hochdruckmedien, bei welcher eine erste Leitung ein in das Innere einer zweiten Leitung eingeschobenes Anschlussstück aufweist, wobei das Anschlussstück und die zweite Leitung entweder unmittelbar oder unter Zwischenschaltung einer Dichtung miteinander zusammenwirkende zylindrische Dicht¬ flächen tragen.

Eine derartige LeitungsVerbindung wird beispielsweise be¬ nötigt, um die einzelnen Komponenten von Kraftstoffein- spritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere Diesel¬ einspritzsystemen, wie beispielsweise Commonraileinspritz- Systemen von Dieselmotoren miteinander zu verbinden. Common- raileinspritzsysteme finden in Kraftfahrzeugen sowie auch in den Großdieselapplikationen für Stationärmotoren, Bau- und Landmaschinen, Lokomotiven und Schiffen Verwendung. Dabei werden Hochdruckleitungen, welche der Zuführung des Kraft- Stoffes dienen, mit anderen Komponenten des Einspritz¬ systems, wie beispielsweise dem Injektor einer Commonrail- einspritzanlage, dichtend verbunden, wobei mit Rücksicht auf die in derartigen Systemen herrschenden hohen Drucke die Leitungen und insbesondere die Anschluss- und Verbin- dungssteilen entsprechend ausgelegt werden müssen. Zur aus¬ reichenden Abdichtung von Anschlussteilen mit ebenen An¬ schlussflächen sind erhebliche Anpresskräfte erforderlich, die einen Anpressdruck bis zum Dreifachen des abzudichtenden Innendruckes aufbringen müssen. Dies bedingt einen großen konstruktiven Aufwand, verbunden mit erheblichem Raumbedarf und hohen Kosten. Bei zylindrischen Dichtflächen muss neben dem Aufbringen der axialen Anpresskräfte auch darauf geachtet werden, dass die miteinander zusammenwirkenden Dichtflächen des AnschlussStücks der einen Leitung und der zweiten Leitung, in welche das Anschlussstück eingeschoben ist, mit ausreichender Kraft in radialer Richtung aneinander gepresst werden, sodass das Austreten von Flüssigkeiten und insbesondere von Kraftstoffen in die Umgebung verhindert wird.

Die vorliegende Erfindung zielt nun darauf ab eine Leitungs- Verbindung zu schaffen, bei der eine ausreichende Dichtkraft in radialer Richtung zwischen einem Anschlussstück einer ersten Leitung und einer zweiten Leitung, in welche das An¬ schlussstück eingeschoben ist, aufzubringen, wobei die Dichtheit der LeitungsVerbindung mit Rücksicht auf die bei Dieseleinspritzsystemen vorherrschenden Drucke auch bei Innendrücken von 2000 bar und mehr gewährleistet sein soll. Der konstruktive Aufwand sowie der Raumbedarf für die Leitungsverbindung darf jedoch die üblichen Standards nicht überschreiten, wobei auch die Kosten in vertretbaren Grenzen gehalten werden sollen. Die LeitungsVerbindung soll auch derart gestaltet werden, dass sie den stark wechselnden Innendrücken angepasst ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung im Wesentli- chen darin, dass das Anschlussstück im Bereich wenigstens eines Teils seiner Dichtfläche mit verringerter Wandstärke ausgebildet ist, welche weniger als 50 % der Wandstärke der zweiten Leitung im Bereich ihrer Dichtfläche beträgt. Da¬ durch, dass im Bereich der miteinander zusammenwirkenden Dichtflächen die Wandstärke des inneren Teils, d.h. die Wandstärke des in die zweite Leitung eingeschobenen An¬ schlussstücks im Wesentlichen geringer ist, als die Wand¬ stärke des äußeren Teils, d.h. der zweiten Leitung, gelingt es den in den Leitungen herrschenden Innendruck zur Auf- rechterhaltung der Dichtheit zu nutzen. Aufgrund der gerin¬ geren Wandstärke dehnt sich der innere Teil infolge des Innendruckes stärker aus als der äußere Teil, sodass eine Anpressung des inneren Teils an den äußeren Teil erfolgt. Die dabei auftretende Anpresskraft ist direkt abhängig vom vorliegenden Innendruck, sodass sich selbsttätig die jeweils erforderliche Anpresskraft einstellt. Grundsätzlich wurde festgestellt, dass eine Wandstärke des inneren Teiles, welche weniger als 50 % der Wandstärke des äußeren Teiles aufweist, ausreicht, um auch bei weniger elastischen Materi¬ alien eine ausreichende Dichtheit zu erreichen. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich jedoch bei kleineren Wand- stärken für das innere Anschlussstück, wobei naturgemäß die Stabilität des Teiles bei zu dünnen Wandstärken nicht ge¬ fährdet werden soll. Bevorzugt ist daher vorgesehen die Wandstärke des Anschlussstücks im Bereich wenigstens eines Teiles seiner Dichtfläche kleiner als 40 %, kleiner als 30 %, kleiner als 20 %, kleiner als 15 %, kleiner als 10 % oder kleiner als 5 % der Wandstärke der zweiten Leitung im Bereich ihrer Dichtfläche zu wählen.

Mit Vorteil ist die Ausbildung derart weitergebildet, dass die Dichtfläche des Anschlussstücks an einem hohlzylin- drischen Ansatz des Anschlussstücks ausgebildet ist, wobei der hohlzylindrische Ansatz bevorzugt einen Innendurchmesser von 70 % bis 95 %, vorzugsweise 85 % bis 90 %, des Innen¬ durchmessers der zweiten Leitung aufweist und sich vorzugs- weise über eine axiale Länge von mindestens 1/3, vorzugs¬ weise 1/3 bis 2/3, des Innendurchmessers der zweiten Leitung erstreckt. Derartige Dimensionierungen ergeben insbesondere dann eine optimale Abdichtung, wenn es sich um ein Diesel¬ einspritzsystem handelt, bei welchem, wie es einer be- vorzugten Ausbildung entspricht, die erste Leitung eine Hochdruckzuführungsleitung für Kraftstoff und die zweite Leitung als Speicherraum eines Injektors eines Kraftstoff¬ einspritzsystems für Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, ausgebildet ist.

Eine verbesserte' Abdichtung, ohne die Stabilität des hohlzy- lindrischen Ansatzes zu gefährden, ergibt sich gemäß einer bevorzugten Ausbildung dadurch, dass die Innenwand des hohl- zylindrischen Ansatzes an dessen freiem Ende eine kegel- förmige Freistellung aufweist, wobei bevorzugt die kegel¬ förmige Freistellung mit einem Kegelwinkel von 10 bis 60°, vorzugsweise 30°, ausgeführt ist. Aufgrund der höheren Elastizität an der Stelle der kegelförmigen Freistellung ergibt sich eine noch bessere Anschmiegung des hohlzylin- drischen Ansatzes an die Dichtfläche der zweiten Leitung.

Um zu verhindern, dass sich zwischen den miteinander zu¬ sammenwirkenden Dichtflächen ein Flüssigkeitspolster bildet, welcher eine Leckstelle ausbilden könnte, ist die Ausbildung mit Vorteil derart weitergebildet, dass die Dichtfläche des Anschlussstücks wenigstens eine Ringnut trägt. Bei einer Mehrzahl von Ringnuten an der Dichtfläche des Anschluss¬ stücks kann bevorzugt weiters eine axiale Nut vorgesehen sein, welche die Mehrzahl von Ringnuten verbindet.

Gewünschtenfalls kann zwischen den miteinander zusammenwir- kenden Dichtflächen des Anschlussstücks und der zweiten Leitung eine Ringdichtung angeordnet werden, wobei sich eine Ausbildung ergibt, bei welcher der hohlzylindrische Ansatz an seiner Außenfläche einen zylindrischen Absatz aufweist und in dem zwischen der Dichtfläche der zweiten Leitung und dem Absatz ausgebildeten Ringraum eine Ringdichtung ange¬ ordnet ist. Dabei wird durch die Auswirkung des in der Leitung herrschenden Innendruckes die Ringdichtung gegen die Schulter des zylindrischen Absatzes gepresst und verformt sich dabei derart, dass sie auch eine hohe Anpresskraft an die einander gegenüberliegenden Dichtflächen des Anschluss¬ stücks und der zweiten Leitung ausübt, womit ein hervor¬ ragender Dichteffekt erzielt wird. Bevorzugt besteht die Ringdichtung hierbei aus Kunststoff, insbesondere Polytetra- fluoräthylen (PTFE) und liegt auf einem metallischen Stütz- ring auf. Die Ringdichtung kann einen kreisrunden, ovalen, rautenförmigen oder trapezförmigen Querschnitt aufweisen, wobei eine verbesserte Anpressung der Ringdichtung an die Dichtflächen erreicht wird, wenn eine Ringdichtung mit trapezförmigem Querschnitt verwendet wird, die an ihrer dem Innenraum der zweiten Leitung zugewandten Oberfläche eine ringförmige Ausnehmung aufweist. Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier in der Zeich¬ nung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In dieser zeigt Fig. 1 eine erste Ausbildung der Leitungsverbindung und Fig. 2 eine zweite Ausbildung der er¬ findungsgemäßen Leitungsverbindung.

In Fig. 1 ist eine erste Leitung 1 mit einer zweiten Leitung 2 verbunden, wobei die erste Leitung 1 ein ins Innere der zweiten Leitung 2 ragendes Anschlussstück 3 aufweist. Das Anschlussstück 3 und die zweite Leitung 2 weisen miteinander zusammenwirkende zylindrische Dichtflächen 4 und 5 auf. Die zweite Leitung 2 ist als Injektorkörper eines Injektors eines CommonraileinspritzSystems für einen Dieselmotor aus- gebildet. Im Injektorkörper 2 ist ein Speicherraum 6 ange¬ ordnet, in welchem sich Kraftstoff unter hohem Druck von beispielsweise 2000 bar befindet. Die Zuführung des von einer Hochdruckpumpe gelieferten Kraftstoffes erfolgt über die Leitungen 1, welche als Hochdruckleitungen ausgebildet sind und über Anschlussstücke Ib und über Schraubanschlüsse Ia in die Dichtkegel 7 des Anschlussstücks 3 gepresst sind. Über eine Längsbohrung 8 und einen Stabfilter 9 gelangt der Kraftstoff in den Speicherraum 6, aus dem er von einem nicht dargestellten magnetventilgesteuerten Einspritzventil in den Brennraum des Motors eingespritzt werden kann. Das An¬ schlussstück 3 wird durch eine Verschlussschraube 10 in seiner Position im Injektorkörper 2 gehalten.

Das zylindrische Anschlussstück 3 ragt weit in den als zylindrische Bohrung ausgeführten Speicherraum 6 und weist an seinem Ende einen hohlzylindrischen Ansatz 11 auf, dessen Länge a etwa 1/3 bis 2/3 des Durchmessers b des Speicher¬ raumes 6 beträgt. Am Umfang des AnschlussStückes 3 sind eine oder mehrere Ringnuten 12 angeordnet, die über Längsnuten miteinander verbunden sind und eventuell auftretenden Leck¬ kraftstoff über einen nicht dargestellten Anschluss drucklos nach außen ableiten. Der Durchmesser des Anschlussstückes 3 ist geringfügig klei¬ ner, gleich oder geringfügig größer als der Innendurchmesser des Speicherraumes 6. Dies ermöglicht eine einfache Montage und Positionierung. Für den Fall eines geringfügig größeren Durchmessers des Anschlussstückes 3 im Vergleich zum Durch¬ messer des Speicherraumes 6 erfolgt die axialkraftfreie Mon¬ tage durch Kühlen des Anschlussstückes 6 und/oder Erwärmen des Injektorkörpers 2. Im Betrieb bewirkt der im Speicher¬ raum 6 herrschende hohe Kraftstoffdruck auf Grund des elas- tischen Verhaltens der Werkstoffe des Injektorkörpers 2 und des Anschlussstückes 3 eine Durchmesservergrößerung beider Dichtpartner im Bereich der zylindrischen Dichtflächen 4,5. Diese Durchmesservergrößerung verursacht wegen dessen stär¬ kerer elastischer Verformung auf Grund dessen geringerer Wandstärke ein Anschmiegen des hohlzylindrischen Ansatzes 11 des Anschlussstückes 3 an die Innenwand des Injektorkörpers 2. Die dabei auftretende Anpresskraft ist direkt abhängig vom vorliegenden Kraftstoffdruck. Die nach außen drucklos entlasteten Ringnuten 12 sorgen dafür, dass sich in der Dichtfläche kein Kraftstoffpolster bilden kann, welcher die Dichtheit der Anordnung gefährden könnte.

Die Bearbeitung der Dichtflächen 4,5 von Speicherraum 6 und hohlzylindrischem Ansatz 11 am Anschlussstück 3 erfolgt vor- zugsweise derart, dass Bearbeitungsriefεn radial und nicht axial verlaufen. Damit wird dem Auftreten von Leckwegen wirksam vorgebeugt.

An dem dem Speicherraum 6 zugewandten Ende des hohlzylindri- sehen Ansatzes 11 kann weiters eine kegelförmige Frei¬ stellung mit dem Kegelwinkel α vorgesehen sein, welche die. Anpressung auf Grund der höheren Elastizität an dieser Stelle noch erhöht.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung muss von der Verschluss¬ schraube 10 lediglich eine Axialkraft aufgebracht werden, die geringfügig über jener Kraft liegt, die sich als Produkt aus der Querschnittsfläche des Speicherraums 6 und dem Kraftstoffdruck ergibt.

Fig. 2 zeigt ebenfalls einen Längsschnitt durch einen In- jektor eines Common Rail Einspritzsystems für einen Diesel¬ motor. Das Anschlussstück 3 weist an seinem speicherraum- seitigen Ende einen zylindrischen Absatz 13 auf. Über diesen Absatz 13 ist ein ringförmiges Kunststoffelement 14 ge¬ schoben,, das über einen metallischen Stützring 15 an der Schulter 16 anliegt. Durch die Auswirkung des im Speicher¬ raum 6 auftretenden Kraftstoffdruckes wird das Kunststoff¬ element 14 gegen den Stützring 15 und die Schulter 16 ge- presst. Es verformt sich dabei derart, dass es auch eine hohe Anpresskraft an die Innenwand des Speicherraums 6 und an den Absatz 13 des Anschlussstückes 3 ausübt. Damit wird ein hervorragender Dichteffekt erzielt.

Die Querschnittsform des ringförmigen Kunststoffelements 14 kann quadratisch oder rechteckig sein. Vorzugsweise kann auch ein runder, ovaler, rautenförmiger oder trapezförmiger Querschnitt Anwendung finden wie teilweise in den Fig. 2a, 2b, 2c und 2d dargestellt. Eine Ausnehmung im Trapezquer¬ schnitt des Kunststoffelementes 14 gemäß Fig. 2a bewirkt eine weitere Verbesserung der Anpressung an die Seitenwände. Die Montage des Stützrings und des ringförmigen Kunststoff- elements kann durch einen kegelförmigen Ansatz 17 unter¬ stützt werden. Als Werkstoff für das Kunststoffelement 14 eignet sich besonders Polytetrafluoräthylen (PTFE).

Die dargestellten Anordnungen sind nicht auf Bauteile von Common Rail Systemen beschränkt, sondern allgemein für An¬ schlüsse von unter hohem Flüssigkeitsdruck stehenden Be¬ hältern, Rohren und Armaturen wirksam anwendbar.