-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Druckrohr mit umgeformtem Anschlusskopf.
-
Druckrohre, wie sie der Erfindung zugrunde liegen, werden als Kraftstoffeinspritzrohre zur Zuführung des Kraftstoffes an die Einspritzanlage oder auch als Hydraulikrohre verwendet. Um die Druckrohre abdichtend an eine weitere Komponente anschließen zu können, werden die Enden der Druckrohre in Form eines Kegelstumpfes ausgebildet. Als kostengünstige Variante zur Herstellung solcher Anschlussköpfe hat sich im Stand der Technik die Kaltumformung erwiesen. Ein Erzeugnis des, aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens ist beispielsweise in der Offenlegungsschriften
US 6,286,556 B1 und
DE 103 58 373 A1 anhand von Kraftstoffrohren dargestellt.
-
Dieser Stand der Technik ist auch in beiliegender 1 dargestellt, einem Querschnitt, der den kegelstumpfförmigen Anschlusskopf und das durch Stauchen des Druckrohrs deformierte Rohrinnere zeigt. Die Abdichtung gegenüber einem Bauteil, an welches das Druckrohr angeschlossen werden soll, erfolgt bei dieser Ausführungsform des Standes der Technik über die schrägen Mantelflächen des Anschlusskopfes und eine Überwurfmutter (nicht dargestellt), die über die Druckschulter 2 eine Vorspannkraft auf das Druckrohr ausübt, so dass das Druckrohr bzw. die schräge Mantelfläche des Anschlusskopfes an einen entsprechenden Sitz des anzuschließenden Bauteils gedrückt wird.
-
Im Stand der Technik entsteht allerdings, bedingt durch das Verschieben des Rohrmantels beim Kaltumformen bzw. Stauchen in radiale Richtung nach außen, am Innendurchmesser des Rohres eine ringförmige, scharfe Stauchfalte 4. Das Kraftstoffeinspritzrohr ist jedoch während des Betriebes hohen, schwellenden Innendrücken ausgesetzt, wodurch die Stauchfalte 4 zu einem Ermüdungsbruch des Druckrohrs führen kann. Ferner ist der Innendurchmesser im Bereich des Anschlusskopfes nicht einheitlich, sondern weist diverse Einschnürungen 5 auf, die zur Drosselung des Kraftstoffstromes führen, und auch aufgrund der Querschnittsänderungen Druckänderungen und damit Kavitationsgefahr bedeuten. Im Stand der Technik wird diesem ungleichmäßigen Innendurchmesser sowie der Stauchfalte 4 dadurch begegnet, dass der Innendurchmesser des Rohres an der Stirnseite mittels einer Kegelreibahle aufgerieben wird bis sowohl Stauchfalte 4 als auch Einschnürungen 5 beseitigt sind. Bei dieser Nachbearbeitung, die sich nachteilig auf die Oberflächenbeschaffenheit im Rohrinneren auswirkt, muss sichergestellt sein, dass die durch die Kaltumformung erzeugte Stauchfalte 4 restlos entfernt wird.
-
Im Bereich der Hochdrucktechnik, z.B. bei Einspritzdrücken von etwa 1600 bar und darüber, wie sie bei Schiffsmotoren Anwendung finden, tritt das oben dargestellte Problem auf besondere Weise in den Vordergrund. Eine Möglichkeit hohen Drücken zu begegnen ist, das Durchmesserverhältnis zwischen Außen- und Innendurchmesser des Rohres entsprechend anzupassen, d.h. einen im Vergleich zum Innendurchmesser großen Außendurchmesser zu wählen und damit einen dicken Rohrmantel zu bilden. Allerdings hat auch diese Maßnahme ihre Grenzen, so dass die Verwendung von Rohren aus höherfestem Material erforderlich ist. Es sinkt jedoch mit zunehmender Zugfestigkeit die Duktilität des Werkstoffs und so auch die Umformbarkeit. Bei Rohrwerkstoffen mit einer Bruchdehnung von A < 20% besteht bei der Formgebung des Anschlusskopfes die Gefahr einer deutlich tieferen Ausbildung der Stauchfalte. Durch Aufreiben mittels oben genannter Kegelreibahle ist diese Stauchfalte dann oft nicht mehr vollständig zu beseitigen.
-
Die bereits erwähnte Offenlegungsschrift
DE 103 58 373 A1 schlägt zur Vermeidung dieser Stauchfalten vor, eine stufenförmige Anschlussscheibe auf der Druckschulter des Anschlusskopfes zu verwenden. Nachteilig an diesem Stand der Technik ist die Verwendung der aufwändigen stufenförmigen Anschlussscheibe sowie die Tatsache, dass sich die Deformationen des Innendurchmessers bei Kaltumformung durch das in diesem Stand der Technik gewählte Verfahren nicht verhindern lassen. Aus dem Stand der Technik ist daher bekannt, dass auf eine Umformung der Druckrohre bei hochfesten Stählen vollständig verzichtet wird, und stattdessen der Anschlusskopf des Druckrohres mittels spanabhebender Bearbeitungsformen gebildet wird.
-
Weiterhin ist aus der
DD 225 480 A1 ein Druckrohr mit einem kegelstumpfartig umgeformten Anschlusskopf an einem Ende einer Rohrleitung zum Anschluss an ein Einspritzsystem bekannt, wobei der Anschlusskopf an einer Mantelfläche eine umlaufende Dichtfläche, an einer Deckfläche eine Rohröffnung und an einer der Deckfläche gegenüberliegenden Seite eine Druckschulter, die an der Rohrleitung anliegt, zum Einleiten einer für die Abdichtung der Dichtfläche erforderlichen Vorspannkraft aufweist. Eine Außenfläche der Rohrleitung schließt mit einer Fläche der Druckschulter einen Winkel von größer 90° ein. Auch die
DE 40 32 554 A1 , die
JP 2005-2806 A und die
DE 39 27 288 A1 , sowie die
DE 100 61 015 A1 zeigen jeweils eine Vorrichtung mit allen diesen Merkmalen.
-
Aus dem dargestellten Stand der Technik ergibt sich als Aufgabe für die vorliegende Erfindung, ein neues Druckrohr bereitzustellen, das nach Kaltumformung eines Anschlusskopfes weder eine Stauchfalte, noch einen eingeschnürten Innendurchmesser aufweist.
-
Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 der Erfindung gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
-
Die Erfindung umfasst ein Druckrohr, das z.B. als Kraftstoffeinspritzrohr einer Einspritzanlage eines Dieselmotors verwendet werden kann, mit einem kegelstumpfartig umgeformten Anschlusskopf. Das Druckrohr weist demnach eine Rohrleitung und einen Anschlusskopf auf. Der Anschlusskopf ist dabei am Ende einer Rohrleitung mittels Kaltumformung hergestellt. Der Anschlusskopf, der im Wesentlichen einen Kegelstumpf ausbildet, besteht aus einer Mantelfläche an der Seite, einer Deckfläche am Ende des Rohres und einem Teil einer Grundfläche eines geometrischen Kegelstumpfes. Das Innere dieser geometrischen Grundfläche ist einstückig mit dem übrigen Druckrohr verbunden, und der freiliegende, äußere Teil der Grundfläche liegt nicht auf der selben Ebene wie der innere Teil der Grundfläche, weshalb der Anschlusskopf hier als kegelstumpfartig bezeichnet wird und nicht einen geometrisch einwandfreien Kegelstumpf bildet. An der Mantelfläche ist die Fläche zum Abdichten des Anschlusskopfes gegenüber einem Gegenstück ausgebildet, wobei das Gegenstück z.B. ein Teil eines Einspritzsystems für Dieselmotoren sein kann. An der Deckfläche ist die Rohröffnung ausgebildet und an der der Deckfläche gegen-überliegenden Seite ist eine Druckschulter zum Einleiten einer für die Abdichtung der Dichtfläche erforderlichen Vorspannkraft ausgebildet. Die Außenfläche des nicht umgeformten Druckrohrs, d.h. der Rohrleitung, schließt dabei mit einer Fläche der Druckschulter einen Winkel von > 90° ein.
-
Aufgrund dieser Anordnung von Druckschulter und Außenfläche des Druckrohres, ist die Druckschulter zumindest leicht abgeschrägt, wodurch ein homogenerer Faserverlauf im Anschlusskopf erreicht wird. Durch den homogeneren Faserverlauf wird die Betriebsfestigkeit des Anschlusskopfes, insbesondere am kritischen Bereich des Übergangs von der Druckschulter zur Außenfläche des Druckrohres, verbessert. Desweiteren wird durch diese Ausführung der Druckschulter die Stauchfaltenbildung reduziert.
-
Gemäß der Erfindung ist die Innenfläche des Druckrohrs im Bereich des Anschlusskopfs von außen nach innen konisch verjüngt. Diese Verjüngung wird im Stauchvorgang mittels eines entsprechenden Gesenkdornes eingebracht. D.h., während des Stauchens kommt es zu einer geringfügigen Aufweitung des Innendurchmessers des Druckrohres. Durch Verwendung des Dorns am Gesenk bei der Herstellung des Druckrohres kommt es demnach nicht zu Verformungen der Innenfläche des Druckrohres, so dass eine Nachbearbeitung mittels einer Kegelreibahle zum Ausbilden eines gleichförmig verlaufenden Innendurchmessers nicht mehr notwendig ist. Die Oberflächengüte an der Innenseite des Druckrohres wird somit im Bereich des Anschlusskopfes verbessert.
-
Gemäß der Erfindung weist die Mantelfläche des Anschlusskopfes im Bereich zwischen der Dichtfläche und der Druckschulter eine im Wesentlichen konkave Ausbuchtung auf. Die Ausbuchtung am Anschlusskopf, die beim Kaltumformen durch ein entsprechend geformtes Gesenk erstellt wird, führt zu einer Reduzierung des Materialvolumens unterhalb der Druckschulter. Es wird demnach bei der Kaltumformung darauf geachtet, dass das Material des Druckrohres nicht in Richtung des Innendurchmessers, sondern davon weg geschoben wird, so dass es nicht zu Einschnürungen am Innendurchmesser kommen kann.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist an der Rohröffnung des Anschlusskopfes eine Fase als Autofrettagedichtfläche vorgesehen. Diese Fase dient dazu, Schädigungen an der Dichtfläche bei der Autofrettage zu vermeiden. Kraftstoffdruckrohre werden zur Dauerfestigkeitserhöhung üblicherweise autofrettiert. Dazu wird das Rohr kurzzeitig einem hohen Innendruck ausgesetzt, der infolge plastischer Verformung zum Aufbau von Druckeigenspannungen nach Druckentlastung führt. Da der Autofrettagedruck deutlich oberhalb des späteren Betriebsdruckes des Druckrohrs liegt, sollte eine Abdichtung auf der eigentlichen Dichtfläche an der Mantelfläche des kegelstumpfartigen Anschlusskopfes vermieden werden. Denn die zur Gewährleistung der Dichtheit bei der Autofrettage notwendigen hohen Kräfte auf eine Autofrettagedichtfläche, führen im drucklosen Zustand zu einer plastischen Verformung und damit einer Schädigung der Autofrettagedichtfläche. Die Fase kann dabei durch eine entsprechende Gestaltung des Gesenks bereits beim Stauchen des Anschlusskopfes geformt werden. Durch die hier erwähnten erfindungsgemäßen Ausgestaltungen ist demnach keine Nachbearbeitung des Druckrohranschlusskopfes mehr notwendig, wenn der Anschlusskopf mit dem dargestellten Herstellungsprozess mittels des weiter unten erwähnten erfindungsgemäßen Gesenks produziert wird.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Dichtfläche an der Mantelfläche kugelförmig ausgebildet. Dadurch wird die Druckverteilung an der Dichtfläche, insbesondere bei einer Winkelabweichung der Achse des Anschlusskopfes gegenüber der Achse des Gegenstückes, verbessert. Ferner besteht die Möglichkeit, bei mechanischer Beschädigung der Dichtfläche diese einfacher nachzuschleifen. Denn im Zusammenspiel mit der konkaven Ausbuchtung des Anschlusskopfes wird sichergestellt, dass beim Nachschleifen der Dichtfläche keine Schleifkerben an der Mantelfläche des Anschlusskopfes entstehen.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Druckschulter im Wesentlichen eben ausgebildet, wodurch der Zusammenbau mit und die Geometrie eines Druckrings, der bei Verbau des Druckrohres an der Druckschulter anliegt, vereinfacht wird.
-
Desweiteren ist ein Gesenk zum Stauchen eines Druckrohrs zu einem Anschlusskopf mit einer im Wesentlichen kegelstumpfförmigen, sich nach innen verjüngenden Aussparung, die einer Außenkontur des zu stauchenden Anschlusskopfes entspricht, vorgesehen. Dabei weist das Gesenk eine Form auf, die beim Stauchen einen Anschlusskopf erzeugt, der eine Druckschulter hat, die mit der Außenfläche der Rohrleitung des Druckrohrs einen Winkel von > 90° einschließt.
-
Das Gesenk muss hier nicht zwangsweise einteilig ausgebildet sein, sondern besteht vorzugsweise aus zwei Teilen, wobei ein erstes Teil ein Gegenstück eines zweiten Teiles ist. D.h. ein erstes Teil wird gegen das Rohrende gedrückt, wobei das zweite Teil die Druckschulter des Anschlusskopfes ausbildet.
-
Die Aussparung weist eine konvexe Auswölbung in dem ersten Teil des Gesenks auf, so dass der Anschlusskopf mit oben erwähnter Ausbuchtung an der Mantelfläche ausgebildet wird.
-
Ein Dorn ist in dem ersten Teil des Gesenks vorgesehen, der in die Rohröffnung des Druckrohres eingeführt wird, so dass es nicht zu Verformungen des Innendurchmessers des zu stauchenden Druckrohres kommen kann. Dazu muss der Außendurchmesser des Dorns im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Druckrohres entsprechen.
-
Der Dorn kann auch_kegelförmig ausgebildet ist. Dabei weist eine Grundfläche dieses Dorns einen Außendurchmesser auf, der größer ist als der Innendurchmesser des zu stauchenden Druckrohres. Deshalb kommt es beim Stauchen zu einer Aufweitung des Innendurchmessers des Druckrohres, wodurch weiter verhindert wird, dass es zu Verformungen des Innendurchmessers kommen kann.
-
Darüber hinaus kann das Gesenk dahingehend ausgestaltet sein, dass an der Grundfläche des Dorns eine weitere Schräge vorgesehen ist, um dem Druckrohr an der Rohröffnung eine Fase zu geben. Wie bereits erwähnt, ist eine Fase am Rohrende dahingehend vorteilhaft, dass sie beim Autofrettagevorgang als Abdichtung des Druckrohres verwendet werden kann. Als Abdichtungsfläche wird erfindungsgemäß demnach nicht die spätere Dichtfläche des Druckrohres verwendet. Um eine möglichst kostengünstige Herstellung der Fase zu ermöglichen, wird diese mit dem Kaltumformungsprozess ausgebildet, weshalb die entsprechende Schräge an dem Gesenk vorzusehen ist.
-
Der Dorn des Gesenks kann auch kegelstumpfartig ausgebildet sein und an der Deckfläche des Dorns kann eine weitere Fase vorgesehen sein, um den Dorn einfacher koaxial zum Druckrohr auszurichten.
-
Die Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. Es zeigt:
- 1: ein Druckrohrende mit Anschlusskopf im Querschnitt, gemäß dem Stand der Technik;
- 2: ein Druckrohrende mit Anschlusskopf im Querschnitt, gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 3: ein Gesenkteil im Querschnitt, gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
2 zeigt das Rohrende eines Kraftstoffeinspritzrohres mit einem Anschlusskopf (1) und einer Rohrleitung (16). Die abgeschrägte Druckschulter (10) stützt sich an einem Druckring (11) ab, der z.B. beim Verbau mit einer Überwurfmutter (nicht dargestellt) benötigt wird. Die Mantelfläche des kegelstumpfförmigen Anschlusskopfes (1) weist zum einen eine Ausbuchtung (12) und zum anderen eine Dichtfläche (13) auf. Die Dichtfläche (13) dichtet das Druckrohr gegenüber einem Gegenstück aus dem Einspritzsystem (nicht dargestellt) ab. An der Innenfläche (17) des Druckrohres ist im Bereich des Anschlusskopfes (1) ein innerer Kegel (9) ausgebildet. Der innere Kegel (9) bildet die Rohröffnung (19) an der Deckfläche (18). Die Druckschulter (10) bildet mit der Außenfläche der Rohrleitung (16) des Druckrohrs einen Winkel, der größer als 90° ist. Vorzugsweise liegt dieser Winkel zwischen 100° und 110°. In diesem Winkelbereich ist die Beanspruchung des Druckrings (11) vorteilhaft. Die Höhe H des Anschlusskopfes (1) hat ebenso Einfluss auf die Stauchfaltenausbildung und sollte für Druckrohre mit einem Außendurchmesser von > 10 mm in einem Bereich von 0,5 bis 1,0 x Außendurchmesser liegen. Der Rohrinnendurchmesser an der Grundfläche des inneren Kegels (9), d.h. die Aufweitung an der Stirnseite des Druckrohres, sollte in einem Bereich von 1,02 bis 1,4 x Rohrinnendurchmesser der Rohrleitung liegen. Dadurch, dass der Anschlusskopf (1) an der Dichtfläche (13) kugelförmig ausgebildet ist, kann auch bei Winkelabweichung zwischen den Achsen des Druckrohres und des Gegenstücks eine gleichmäßige Druckverteilung über den Umfang der Dichtfläche (13) erreicht werden.
-
Eine Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung, d.h. ein erstes Teil des Gesenks (7), der zum Stauchen gegen das Druckrohrende gedrückt wird, ist in 3 im Querschnitt dargestellt. Das Gesenk (7) weist einen Dorn (8) auf, der kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Am Fuße oder an der Grundfläche des Dorns ist eine Schräge (15) zur Ausbildung der Fase (14) an dem Anschlusskopf (1) vorgesehen. Die Deckfläche (6) ist über eine Fase mit der Mantelfläche des Kegelstumpfes verbunden. Das Gesenkteil weist eine Aussparung (20) auf, die wannenförmig das Negativ des zu stauchenden Anschlusskopfes (1) ausbildet, weshalb auch eine Auswölbung (3) im Profil der Wanne sichtbar ist. Die Länge des Dorns sollte mindestens 1,5 x die Höhe H des Anschlusskopfes (1) sein.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Anschlusskopf
- 2
- Druckschulter im Stand der Technik
- 3
- Auswölbung
- 4
- Stauchfalte
- 5
- Einschnürung am Innendurchmesser
- 6
- Deckfläche des Gesenks
- 7
- Gesenk
- 8
- Dorn
- 9
- Innerer Kegel
- 10
- Druckschulter gemäß der Erfindung
- 11
- Druckring
- 12
- Ausbuchtung an der Mantelfläche
- 13
- Dichtfläche
- 14
- Fase
- 15
- Schräge
- 16
- Rohrleitung
- 17
- Innenfläche
- 18
- Deckfläche
- 19
- Rohröffnung
- 20
- Aussparung
