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Patent Searching and Data


Title:
NUT AND LINE CONNECTION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/081137
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a nut, in particular a union nut for a line connection, the nut extending along a longitudinal direction, wherein the nut has at least one expansion region, and wherein the expansion region has circumferentially one or more recesses which extend transversely and/or obliquely to the longitudinal direction.

Inventors:
REILÄNDER, Udo (Schleißheimer Straße 435g, München, 80935, DE)
Application Number:
EP2018/075560
Publication Date:
May 02, 2019
Filing Date:
September 21, 2018
Export Citation:
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Assignee:
BAYERISCHE MOTOREN WERKE AKTIENGESELLSCHAFT (Petuelring 130, München, 80809, DE)
International Classes:
F16B31/04; F02M55/00; F16L19/02; F16L19/025
Foreign References:
EP2986882B12017-05-17
US2289309A1942-07-07
US0168597A1875-10-11
CH397341A1965-08-15
DE102015102877A12016-09-01
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

1 . Mutter (10), insbesondere Überwurfmutter für eine Leitungsverbindung, wobei sich die Mutter (10) entlang einer Längsrichtung (L) erstreckt, wobei die Mutter (10) zumindest einen Dehnbereich (20) aufweist, und wobei der Dehnbereich (20) umfänglich eine oder mehrere Ausnehmungen (22) aufweist, welche sich quer und/oder schräg zur Längsrichtung (L) erstrecken.

2. Mutter (10) nach Anspruch 1 ,

wobei eine Vielzahl von Ausnehmungen (22) umfänglich einen geschlossenen Ring formt.

3. Mutter (10) nach Anspruch 1 oder 2,

wobei der Dehnbereich (20) eine Vielzahl von in Reihen angeordneten Ausnehmungen (22) aufweist.

4. Mutter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei eine Vielzahl von Ausnehmungen (22) vorgesehen ist, und wobei die Ausnehmungen (22) knochenförmig geformt sind.

5. Mutter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei die Mutter (10) einen Schulterbereich (12), einen Gewindebereich (1 6) sowie einen dazwischenliegenden Mittelbereich (14) aufweist, und

wobei der Dehnbereich (20) im Mittelbereich (14) und/oder im Gewindebereich (1 6) angeordnet ist.

6. Leitungsverbindung (40), insbesondere Kegel- oder Kugelverbindung, umfassend zwei Leitungsenden (41 ; 42) sowie zumindest eine Mutter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mittels welcher die Leitungsenden (41 ; 42) verbunden oder verbindbar sind.

7. Leitungsverbindung nach Anspruch 6,

wobei ein erstes Leitungsende (41 ) eine erste Dichtfläche (41 ') aufweist, und

wobei ein zweites Leitungsende (42) eine zweite Dichtfläche (42') aufweist, und

wobei der Dehnbereich (20) der Mutter (10) im verschraubten Zustand zumindest zwischen der ersten Dichtfläche (41 ') und der zweiten Dichtfläche (42') positioniert ist.

8. Leitungsverbindung nach Anspruch 6 oder 7,

wobei der Dehnbereich (20) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass bei Undichtigkeit ein Medium über den Dehnbereich (20) austreten kann.

9. Leitungsverbindung nach einem der Ansprüche 6-8,

wobei die Leitungsverbindung (40) eine Hochdruckleitung eines Kraftfahrzeugs ist.

10. Verwendung einer Mutter (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bei Leckagetests.

Description:
Mutter sowie Leitungsverbindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine (Schrauben-)Mutter, insbesondere eine Überwurfmutter für eine Leitungsverbindung, wie eine Kegel- oder Kugelverbindung, eine Leitungsverbindung sowie eine Verwendung einer Mutter.

Bei Kugel- bzw. Kegelverschraubungen, wie sie unter anderem in Kraftstoffsystemen bei Kraftfahrzeugen gebräuchlich sind, wird eine mehr oder weniger harte Kugel mittels einer Überwurfmutter gegen eine Dichtfläche gedrückt, wodurch an dem Berührkreis zwischen Dichtfläche und Kugel eine plastische Verformung der Kugel bzw. der Dichtfläche, welche beispielsweise als Kegel ausgebildet ist, eintritt. Der verformte Bereich wird als Dichtband bezeichnet und muss für seine Funktion eine Mindestbreite und eine Mindestpressung in der Kontaktfläche aufweisen. Durch Wärmezyklen, durch Setzverluste und aufgrund der Steifigkeit der Mutter wird die Pressung in der Kontaktstelle ggf. reduziert, was zu Undichtigkeiten führen kann. Da selbst kleinste Rückdrehwinkel einen vollständigen Verlust der Vorspannung bedeuten können, sind derartige Verschraubungen bzw. Verbindungen zudem auch äußerst empfindlich gegen ein unbeabsichtigtes Öffnen. Mit anderen Worten ist die elastische Reserve derartiger Verschraubungen/Verbindungen sehr gering. Zudem gestaltet sich das Erkennen einer etwaigen Undichtigkeit oft als schwierig, insbesondere wenn diese nur sehr gering ausfällt.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Mutter, insbesondere eine Überwurfmutter bzw. eine Leitungsverbindung derart weiterzubilden, dass die vorgenannten Nachteile beseitigt werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Mutter gemäß Anspruch 1 , durch eine Leitungsverbindung gemäß Anspruch 6 sowie durch eine Verwendung gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren. Erfindungsgemäß weist eine Mutter, insbesondere eine Überwurfmutter für eine Leitungsverbindung, wie eine Kegel- oder Kugelverbindung, wobei sich die Mutter entlang einer Längsrichtung erstreckt, zumindest einen Dehnbereich auf wobei der Dehnbereich umfänglich eine oder mehrere Ausnehmungen aufweist, welche sich quer und/oder schräg zur Längsrichtung erstrecken. Zweckmäßigerweise ist der Dehnbereich dahingehend konfiguriert und ausgelegt bzw. geformt, dass sich die Mutter in diesem Bereich elastisch verformen kann, insbesondere axial, also entlang der Längsrichtung, welche einer Verschraubungsrichtung entspricht. Mit Vorteil endet der Dehnbereich vor den Stirnflächen bzw. Stirnbereichen der Mutter, wodurch zusätzlich ein radiales Aufweiten bzw. Aufspreizen und ein daraus resultierendes unbeabsichtigtes Lösen der Mutter verhindert werden kann. Besonders bevorzugt ist die zumindest eine Ausnehmung quer und/oder schräg zur Längsrichtung orientiert, wodurch das axiale Dehnverhalten unterstützt wird. Insbesondere durch die umfängliche Anordnung bzw. Erstreckung oder Orientierung kann über den Umfang eine sehr gleichmäßiges Dehnungsverhalten erzielt werden.

Die zumindest eine Ausnehmung kann beispielsweise als eine spiralförmig verlaufende Ausnehmung bzw. als ein spiralförmig verlaufender Durchbruch oder eine spiralförmig verlaufende Öffnung in der Mantelfläche der Mutter ausgebildet sein. Eine derartige Spirale bzw. Helix umfasst beispielsweise eine, zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr Windungen. Gemäß einer Ausführungsform ist auch eine Vielzahl von Ausnehmungen vorgesehen, welche spiral- oder helixförmig angeordnet ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Vielzahl von Ausnehmungen, insbesondere von umfänglich angeordneten Ausnehmungen, vorgesehen, welche z. B. in Art eines Kreisringes umfänglich an der Mutter angeordnet sind. Mit anderen Worten formt eine Vielzahl von Ausnehmungen bevorzugt umfänglich einen Ring, insbesondere einen geschlossenen (Kreis- )Ring, wobei die Ausnehmungen entlang des Umfangs zweckmäßigerweise gleich beabstandet sind. Alternativ können aber auch unterschiedliche Abstände vorgesehen sein. Der (Kreis-)Ring steht bevorzugt senkrecht oder auch schräg zur Längsrichtung, wodurch ein gleichmäßiges Verformungsverhalten erzielt werden kann.

Die Ausnehmungen weisen zweckmäßigerweise eine längliche bzw. schmale, beispielsweise eine schlitzförmige, Gestalt auf. Durch die Orientierung der zumindest einen Ausnehmung, nämlich insbesondere quer und/oder schräg zu einer Verschraubungsrichtung bzw. Längsrichtung, wird eine Elastizität in axialer Richtung ermöglicht, nicht aber radial dazu, was ein selbstständiges Lösen der Verschraubung bedingen könnte. Die Ausnehmung(en) sind im Wesentlichen quer, d. h. etwa in einem 90° Winkel, wobei Abweichungen von +/- 5° ebenfalls noch als„quer" bezeichnet werden, zur Längsrichtung orientiert. Mit dem Ausdruck„schräg" sind Winkel bis zu einem Bereich von +/- 45° umfasst. Für eine optimale Auslegung können auch Reihen mit unterschiedlich orientierten Ausnehmungen bzw. auch mit unterschiedlichen Geometrien/Formen (der Ausnehmungen) zielführend sein. Bevorzugt ist der vorgenannte Winkel auch an einen Steigungswinkel eines Gewindes der (Überwurf-)Mutter angepasst. Gemäß verschiedener Ausführungsformen entspricht der Winkel dem Steigungswinkel bzw. dem Steigungswinkel des Gewindes bis zu einem Bereich von +/- 10 %.

Hinsichtlich der Form der Ausnehmungen handelt es sich, wie bereits erwähnt, bevorzugt um längliche Schlitze, wobei ein Seitenverhältnis derartiger Schlitze in einem Bereich von 2:1 bis etwa 6:1 , bevorzugt in einem Bereich von 3:1 bis 5:1 liegt. Eine Länge eines Schlitzes ist beispielsweise also sechsmal so lang wie dessen Breite, wobei sich die Breite in axialer Richtung, also entlang einer Verschraubungsrichtung, bemisst (im Falle einer 90°- Orientierung). Die tatsächliche Größe ist abhängig von der Größe der Mutter. In bevorzugten Ausführungsformen sind die Schlitze wenige Millimeter lang, beispielsweise 0,5 bis 3 mm. Die Breite der Schlitze ergibt sich zweckmäßigerweise aus dem zugrundeliegenden Fertigungsverfahren. In bevorzugten Ausführungsform liegt eine minimale Breite beispielsweise bei etwa 0,1 mm. Es hat sich herausgestellt, dass damit der weiter hinten beschriebene Leckagetest zuverlässig durchführbar ist. Die Breite der zwischen den Schlitzen verbleibenden„Balken" oder Stege wird bevorzugt mittels Berechnungsmethoden oder Versuchen ausgelegt und ist zweckmäßigerweise derart bemessen, dass bei der durch die Verschraubung auftretenden Kräfte keine oder nur wenig plastische Verformung eintritt. Eine weitere bevorzugte

Form/Geometrie, da leicht herzustellen, ist eine ovale oder runde, insbesondere kreisrunde, Geometrie. Auch eckige Formen, wie dreieckige oder viereckige, wie quadratische, oder allgemein mehreckige, sind mit Vorteil einsetzbar.

Bevorzugt ist die zumindest eine Ausnehmung bzw. sind die Ausnehmungen als durchgehende Öffnungen und/oder Löcher ausgebildet. Alternativ kann die Ausnehmung auch lediglich als (Material-) Rücksprung oder dergleichen ausgebildet sein, also als eine gezielte Materialschwächung, wodurch je nach Auslegung ebenfalls eine Elastizität in axialer Richtung bereitgestellt werden kann. Eine derartige Ausgestaltung kann beispielsweise bei einer spiralförmigen Ausnehmung sinnvoll sein.

Gemäß einer Ausführungsform weist der Dehnbereich eine Vielzahl von in Reihen oder Kreisringen angeordneten Ausnehmungen auf. Zweckmäßigerweise ist entlang der Längsrichtung bzw. Verschraubungsrichtung also eine Vielzahl von beispielsweise zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr Reihen/Kreisringen angeordnet, wobei jede dieser Reihen ihrerseits eine Vielzahl von Ausnehmungen umfasst. Diese können zueinander gleich beabstandet sein oder auch nicht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Vielzahl von Ausnehmungen vorgesehen, wobei die Ausnehmungen knochenförmig geformt sind. Mit Vorteil ist die Geometrie der Ausnehmung(en) einer Geometrie nachgebildet, wie sie von sogenannten Rohrfedern zum Vorspannen von Piezosta- peln bzw. Piezostacks (z. B. im Bereich der Einspritztechnik von Verbrennungsmotoren) bekannt ist. Zweckmäßigerweise sind die Ausnehmungen/Schlitze demnach knochenförmig, verlaufen quer zur Verschraubungs- richtung und sind über den Umfang in gleichen oder auch unterschiedlichen Abständen zueinander verteilt angeordnet, wobei entlang der Verschrau- bungsrichtung, also in axialer Richtung, Schlitz auf Brücke auf Schlitz etc. folgt.

Zweckmäßigerweise sind die Ausnehmungen entlang der Verschraubungs- richtung/Längsrichtung versetzt zueinander angeordnet, wodurch umfänglich ein sehr gleichmäßiges Verformungsverhalten realisiert werden kann.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Mutter einen Schulterbereich, einen Gewindebereich sowie einen dazwischenliegenden Mittelbereich auf, wobei der Dehnbereich im Mittelbereich und/oder im Gewindebereich angeordnet ist. Mit Vorteil kann durch die Ausbildung des Dehnbereichs im Mittelbereich erreicht werden, dass die Elastizität bzw. Dehnung bevorzugt hysteresefrei und somit nicht verlustbehaftet ist, wodurch eine sehr konstante Dichtkraft in der Leitungsverbindung gewährleistet und eine ausreichend große elastische Reserve bereitgestellt werden kann. Durch eine alternative bzw. zusätzliche Ausbildung des Dehnbereichs im Gewindebereich kann durch die daraus resultierende Dehnung im Gewindebereich die Reibung im Gewinde erhöht werden, wodurch mit Vorteil ein unbeabsichtigtes Lösen der Verschraubung verhindert werden kann. Mit Vorteil kann die Schraubverbindung auch derart ausgelegt werden, dass ein maximales Anzugsmoment nicht überschritten werden kann, da die unterschiedlichen Steigungen (verformte Mutter und unverformtes Leitungsende) zu einem extremen Anstieg der Reibmomente führen. In der Folge kann eine sehr robuste und reproduzierbare Schraubverbindung geschaffen werden, welche ohne teure Werkzeuge realisierbar ist bzw. auskommt.

Die Erfindung richtet sich auch auf eine Leitungsverbindung, insbesondere eine Kegel- oder Kugelverbindung, umfassend zwei Leitungsenden sowie zumindest eine erfindungsgemäße Mutter, mittels welcher die Leitungsenden verbunden oder verbindbar sind.

Zweckmäßigerweise weist ein erstes Leitungsende eine erste Dichtfläche auf, wobei ein zweites Leitungsende eine zweite Dichtfläche aufweist, und wobei der Dehnbereich der Mutter im verschraubten Zustand der Leitungsverbindung zumindest zwischen der ersten Dichtfläche und der zweiten Dichtfläche positioniert ist. In dieser Anordnung bzw. Konfiguration kann die Elastizität der Mutter ideal wirken, mit anderen Worten auf die Einflüsse von Wärmezyklen, Setzverlusten etc. automatisch reagieren.

Zweckmäßigerweise ist der Dehnbereich der Mutter derart angeordnet und ausgebildet, dass bei Undichtigkeit ein Medium über den Dehnbereich austreten kann. Zweckmäßigerweise kann also durch die Schlitzstruktur beispielsweise ein Prüfmedium austreten, welches zur Überprüfung der Dichtheit der Verbindung genutzt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Leitungsverbindung eine Druckleitung bzw. Hochdruckleitung eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere handelt es sich um eine Leitung, wie eine Kraftstoffleitung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Otto- oder Dieselmotors.

Die Erfindung richtet sich weiter auf eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Mutter bei Leckagetests. Wie bereits angedeutet, kann durch die vorteilhafte Ausgestaltung des Dehnbereichs, umfassend die zumindest eine Ausnehmung, eine Leitungsverbindung sehr einfach und schnell auf Dichtigkeit überprüft werden. Zur Überprüfung wird die Mutter aufgeschraubt. Über einen etwaigen Austritt eines Prüfmediums bzw. allgemein eines Fluids, wie einer Flüssigkeit oder eines Gases, welches in der Leitung transportiert wird, kann die Leitungsverbindung in der Folge schnell auf Dichtigkeit überprüft werden. Die im Zusammenhang mit der Mutter erwähnten Vorteile und Merkmale gelten analog und entsprechend auch für die Leitungsverbindung sowie für die Verwendung bzw. umgekehrt und untereinander.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen von Muttern bzw. Leitungsverbindungen.

Es zeigen:

Fig. 1 : eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform einer

Leitungsverbindung;

Fig. 2: eine weitere schematische Schnittansicht einer Ausführungsform einer Leitungsverbindung;

Fig. 3: eine Außenansicht einer Ausführungsform einer Mutter.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine Leitungsverbindung 40, umfassend ein erstes Leitungsende 41 und ein zweites Leitungsende 42. Dieses ist in der hier gezeigten Ausführungsform als eine Art Kegelendstück ausgebildet, in welches eine nicht weiter bezeichnete Leitung eingeführt ist. Die Leitungsverbindung 40 wird durch eine Mutter 10 abgedichtet bzw. verschraubt. Dabei weist die Mutter 10, insbesondere die Überwurfmutter 10, einen Mantelbereich, umfassend einen Schulterbereich 12, einen Mittelbereich 14 sowie einen Gewindebereich 1 6, auf. Der Mantelbereich endet stirnseitig in zwei Stirnbereichen 1 1 . Der Gewindebereich 1 6 wirkt mit einem Gewinde 44 des ersten Leitungsendes 41 zusammen. Die Mutter 10 umfasst im Schulterbereich 12 einen Dichtbereich 18, welcher auf eine zweite Dichtfläche 42' des zweiten Leitungsendes 42 wirkt bzw. drückt. Das zweite Leitungsende 42 wiederum wirkt bzw. drückt mit einem Dichtbereich 43 auf eine erste Dichtfläche 41 ' des ersten Leitungsendes 41 . Deutlich zu erkennen ist, dass ein Dehnbereich 20 der Mutter 10, umfassend eine Vielzahl von Aus- nehmungen 22, in einem Mittelbereich 14 und damit auch zwischen der ersten Dichtfläche 41 ' und der zweiten Dichtfläche 42' angeordnet ist. Dadurch kann eine Verschraubung mit einer elastischen Reserve realisiert werden, welche die Verschraubung robuster gegen ein unbeabsichtigtes Lösen bzw. gegen ein unbeabsichtigtes Öffnen durch ein Setzen der Verbindung bzw. andere Einflüsse ermöglicht. Die Ausnehmungen 22 sind in mehreren Reihen entlang einer Längsrichtung bzw. Verschraubungsrichtung L angeordnet.

Fig. 2 zeigt im Wesentlichen eine Leitungsverbindung 40, wie sie bereits aus Fig. 1 bekannt ist. Ein zweites Leitungsende 42 ist hier unterschiedlich ausgebildet, wobei sich hinsichtlich der Funktion allerdings keine Unterschiede ergeben. Der Fokus liegt vorliegend insbesondere auf einer Mutter 10, welche ebenfalls einen Schulterbereich 12, einen Mittelbereich 14 sowie einen Gewindebereich 1 6 aufweist. In der hier skizzierten Ausführungsform ist ein Dehnbereich 20, umfassend eine Vielzahl von Ausnehmungen 22, sowohl im Mittelbereich 14 als auch am Gewindebereich 12 ausgebildet. Mit anderen Worten sind also Ausnehmungen 22 auch im Bereich eines Gewindes 44 eines ersten Leitungsendes 41 angeordnet. Durch den beim Verschrauben eintretenden Steigungsunterschied der sich verformenden Mutter 10 und des sich nicht verformenden Gewindes 44 kann durch die auftretende Reibung eine zusätzliche Klemmwirkung erreicht werden, was eine derartige Leitungsverbindung äußerst robust gegen ein unbeabsichtigtes Lösen macht. Tatsächlich kann die Verschraubung sogar so ausgelegt werden, dass ein maximales Anzugsmoment nicht überschritten werden kann, da die unterschiedlichen Steigungen in den Gewinden (verformte Mutter und unverform- tes Gewinde am Leitungsende) zu einem extremen Anstieg des Reibmoments führen. Mit dem Bezugszeichen B ist ein Pfeil skizziert, welcher eine Richtung oder einen Pfad angibt, den ein Prüfmedium oder allgemein ein Medium, welches innerhalb der Leitungsverbindung transportiert wird bzw. werden soll, annehmen kann, wenn eine Dichtwirkung, hier beispielsweise zwischen einem Dichtbereich 43 des zweiten Leitungsendes 42 und einer ersten Dichtfläche 41 ' des ersten Leitungsendes 41 nicht gegeben ist. Im Übrigen wird, um Wiederholungen zu vermeiden, auf Fig. 1 verwiesen.

Fig. 3 zeigt eine Mutter 10 umfassend einen Dehnbereich 20, welcher vier Reihen von Ausnehmungen 22 aufweist, wobei jede der Ausnehmungen 22 knochenförmig ausgebildet ist. Mit Vorteil sind die Ausnehmungen 22 entlang einer Längsrichtung bzw. Verschraubungsrichtung L auch versetzt zueinander angeordnet. Entlang der Längsrichtung L folgt auf eine Ausnehmung 22 bzw. einen Schlitz eine Brücke bzw. ein Steg und umgekehrt etc. Eine derartige Geometrie ist angelehnt an die Ausbildung von Rohrfedern, welche z. B. zum Vorspannen von Piezostacks im Bereich der Einspritztechnik von Verbrennungsmotoren verwendet werden. Insbesondere zeichnet sich diese Geometrie dadurch aus, dass über den Umfang eine sehr gleichmäßige Elastizität bzw. ein sehr gleichmäßiges Dehnungsverhalten bereitgestellt werden kann.

Bezugszeichenliste

10 Mutter

1 1 Stirnbereich

12 Schulterbereich

14 Mittelbereich

16 Gewindebereich

18 Dichtbereich

20 Dehnbereich

22 Ausnehmung

40 Leitungsverbindung

41 erstes Leitungsende

41 ' erste Dichtfläche

42 zweites Leitungsende

42 1 zweite Dichtfläche

43 Dichtbereich

44 Gewinde

L Längsrichtung, Verschraubungsrichtung

P Pfad