DE102007046203A1

DE102007046203A1 - Verbindungsanordnung für Rohrleitungen

Info

Publication number: DE102007046203A1
Application number: DE200710046203
Authority: DE
Inventors: Udo Rein; Christoph Tapp; Matthias Gittel; Guido Schiedt
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2008-05-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung (1) zum Verbinden eines Stirnendes (2) einer Rohrleitung (3) mit einem Hohlkörper, insbesondere mit einer weiteren Rohrleitung (5), mit einem über einer Bohrung (7) in der Wand (6) des Hohlkörpers angebrachten Gewindestutzen (8), der an seinem von der Bohrung (7) abgewandten Stirnende einen Dichtsitz (10) aufweist, sowie einer das Stirnende (2) der Rohrleitung (3) umgebenden, auf den Gewindestutzen (8) aufschraubbaren Überwurfmutter (12), die beim Festziehen gegen eine vom Gewindestutzen (8) abgewandte gekrümmte Andruckfläche (19) auf dem Stirnende (2) der Rohrleitung (3) drückt und das Stirnende (2) der Rohrleitung (3) mit einer dem Gewindestutzen (8) zugewandten gekrümmten Dichtfläche (20) gegen den Dichtsitz (10) des Gewindestutzens (8) presst. Um Undichtigkeiten bzw. Spannungen in der Verbindungsanordnung (1) zu vermeiden, weisen die gekrümmte Andruckfläche (19) und die gekrümmte Dichtfläche (20) am Stirnende (2) der Rohrleitung (3) einen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt (M) auf.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine Verbindungsanordnung zum Verbinden eines Stirnendes einer Rohrleitung mit einem Hohlkörper und insbesondere mit einer weiteren Rohrleitung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft speziell eine Verbindungsanordnung, die zum Verbinden von Hochdruck- oder Niederdruck-Kraftstoffleitungen einer Otto-Brennkraftmaschine geeignet ist und einen gewissen Winkelausgleich zwischen der Längsachse des Stirnendes der Rohrleitung und der Längsachse des Gewindestutzens ermöglicht.
Eine Verbindungsanordnung der eingangs genannten Art zum Anschluss einer Rohrleitung an einen Verteiler von Kraftstoff- oder Hydrauliksystemen ist aus der DE 2005 003 519 A1 bekannt. Um zu vermeiden, dass in der Verbindungsanordnung Spannungen auftreten, wenn die Längsachse des Stirnendes der Rohrleitung aufgrund von Fertigungstoleranzen nicht genau mit der Längsachse des Gewindestutzens fluchtet, wird das Stirnende der Rohrleitung von einem Dichtkopf gebildet, der mit einer vom Gewindestutzen abgewandten kugelsegmentförmigen Andruckfläche und einer dem Gewindestutzen zugewandten kugelsegmentförmigen Dichtfläche versehen ist. Beim Festziehen der Überwurfmutter drückt diese letztere mit einer konischen Schrägfläche gegen die Andruckfläche, wodurch der Dichtkopf mit der Dichtfläche gegen einen konischen Dichtsitz des Gewindestutzens angepresst wird. Durch die konische Form der Schrägfläche bzw. des Dichtsitzes und die ballige Form der Andruckfläche und der Dichtfläche ist ein Winkelausgleich zwischen der Längsachse des Dichtkopfes und der Längsachse des Gewindestutzens möglich, so das sich der Dichtkopf in Bezug zum Dichtsitz ausrichten kann. Bei der bekannten Verbindungsanordnung befindet sich der Krümmungsmittelpunkt der Dichtfläche noch innerhalb des Dichtkopfs, während sich der in einem axialen Abstand vom Krümmungsmittelpunkt der Dichtfläche angeordnete Krümmungsmittelpunkt der Andruckfläche bereits außerhalb des Dichtkopfs im Bereich des Gewindestutzens befindet. Wenn die Längsachse des Dichtkopfes und die Längsachse des Gewindestutzens nicht genau miteinander fluchten, liegt jedoch aufgrund der axial gegeneinander versetzten Krümmungsmittelpunkte entweder die Dichtfläche oder die Andruckfläche entlang ihrer jeweiligen ringförmigen Kontaktfläche in Umfangsrichtung nicht mit einer gleichbleibenden Flächenpressung am Dichtsitz bzw. an der Überwurfmutter an, wodurch es ggf. zu Undichtigkeiten bzw. Spannungen in der Verbindungsanordnung kommen kann.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsanordnung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass Undichtigkeiten bzw. Spannungen vermieden werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die gekrümmte Andruckfläche und die gekrümmte Dichtfläche einen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt aufweisen. Der auf der Längsachse des Stirnendes der Rohrleitung angeordnete gemeinsame Krümmungsmittelpunkt bewirkt, dass sich die Dichtfläche und die Andruckfläche um ihren gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt als Drehpunkt drehen können, ohne dass sich die Flächenpressung entlang des ringförmigen Kontakts zwischen der Dichtfläche und dem Dichtsitz oder die Flächenpressung entlang des ringförmigen Kontakts zwischen der Andruckfläche und einer gegenüberliegenden Oberfläche der Überwurfmutter verändert, wenn infolge einer nicht-fluchtenden Ausrichtung der Längsachsen des Stirnendes der Rohrleitung und des Gewindestutzens ein Winkelausgleich erforderlich ist.
Bei der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung kann daher ein erheblich größerer Winkel als bei der bekannten Verbindungsanordnung ausgeglichen werden, ohne dass es zu Spannungen in der Verbindungsanordnung kommt bzw. deren Dichtigkeit beeinträchtigt wird.
Vorzugsweise sind die gekrümmte Dichtfläche und die gekrümmte Andruckfläche kugelsegmentförmige bzw. teilsphärische Flächen, deren jeweiliger Krümmungsradius über die Dichtfläche bzw. über die Andruckfläche hinweg gleich ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist sowohl der Dichtsitz des Gewindestutzens als auch die gegen die Andruckfläche anliegende Oberfläche der Überwurfmutter eine konische Form auf, so dass sowohl zwischen Dichtfläche und Dichtsitz als auch zwischen Andruckfläche und Überwurfmutter ein ringförmiger Linienkontakt geschaffen wird.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Krümmungsradius der Dichtfläche kleiner als der Krümmungsradius der Andruckfläche ist, wodurch die zwischen der Dichtfläche und dem Dichtsitz wirkenden Flächenpressung größer als die Flächenpressung zwischen der Überwurfmutter und der Andruckfläche wird und somit eine Druckverstärkung erreicht wird.
Vorzugsweise ist das Verhältnis des Krümmungsradius der Dichtfläche zum Krümmungsradius der Andruckfläche größer als 1,1.
Zur Ausbildung der Dichtfläche und der Andruckfläche wird das Stirnende der Rohrleitung zweckmäßig von einem Dichtkopf gebildet, der zum Beispiel durch Löten starr mit einem angrenzenden Abschnitt der Rohrleitung verbunden und mit der Dichtfläche sowie mit der Anlagefläche versehen ist, von denen die letztere zweckmäßig auf einer vom Rohrstutzen abgewandten Seite des Dichtkopfs ausgebildet ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung.
Die in der Zeichnung dargestellte Verbindungsanordnung 1 dient zum Anschließen des Stirnendes 2 einer Rohrleitung 3 an einen Abschnitt 4 einer Hoch- oder Niederdruckleitung 5 eines Kraftstoffsystems einer Otto-Brennkraftmaschine.
Zum Anschließen der Rohrleitung 3 ist die Leitung 5 in ihrer Wand 6 mit einer radialen Bohrung 7 versehen. Auf der Außenseite der Leitung 5 ist über der Bohrung 7 ein Anschlussstutzen 8 angelötet oder angeschweißt, der eine mit der Bohrung 7 fluchtende zylindrische Durchtrittsöffnung 9 umschließt, an seinem von der Bohrung 7 abgewandten Stirnende mit einem konischen Dichtsitz 10 versehen ist und ein zur Durchtrittsöffnung 9 koaxiales Außengewinde 11 aufweist, auf das eine das Stirnende 2 der Rohrleitung 3 umgebende Überwurfmutter 12 mit einem zum Außengewinde 11 komplementären Innengewinde 13 aufgeschraubt werden kann.
Das Stirnende 2 der Rohrleitung 3 wird von einem Dichtkopf 14 gebildet, der zum Beispiel durch Löten oder Schweißen fest mit einem benachbarten, in eine Anschlussmuffe 15 des Dichtkopfs 14 eingeführten Endabschnitt 16 der Rohrleitung 3 verbunden ist. Der Dichtkopf 14 umschließt eine innere zylindrische Durchgangsöffnung 17 und weist auf seiner zur Anschlussmuffe 15 entgegengesetzten Seite ein erweitertes Stirnende 18 auf. Das erweiterte Stirnende 18 wird auf seiner vom Anschlussstutzen 8 abgewandten Seite von einer kugelsegmentförmigen oder teilsphärischen Andruckfläche 19 und auf seiner dem Anschlussstutzen 8 zugewandten Seite von einer kugelsegmentförmigen oder teilsphärischen Dichtfläche 20 begrenzt, die durch eine gerundete Schulter 21 verbunden sind.
Die beiden kugelsegmentförmigen oder teilsphärischen Flächen 19, 20 weisen denselben Krümmungsmittelpunkt M auf, besitzen jedoch unterschiedliche Krümmungsradien R1 und R2. Der Krümmungsmittelpunkt M beider Flächen 19, 20 liegt innerhalb der Durchgangsbohrung 17 des Dichtkopfs 14 auf dessen Längsachse 22, wobei er sich etwa in Höhe der gerundeten Schulter 21 befindet. Der Krümmungsradius R1 der Andruckfläche 19 ist größer als der Krümmungsradius R2 der Dichtfläche 20, wobei das Verhältnis der beiden Radien R1:R2 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 1,2:1 beträgt.
Die mit einem Außensechskant versehene Überwurfmutter 12 weist in ihrer vom Anschlussstutzen 8 abgewandten Stirnseite eine Durchtrittsöffnung 23 auf, deren Innendurchmesser so bemessen ist, dass sich die Überwurfmutter 12 über die Anschlussmuffe 15 auf einen verengten zylindrischen Mittelteil 24 des Dichtkopfs 14 schieben lässt und diesen im radialen Abstand umgibt, um ein Verschwenken der Längsachse 22 des Dichtkopfs 14 in Bezug zur Längsachse 25 des Anschlussstutzens 8 und der Überwurfmutter 12 zu ermöglichen. An die Durchtrittsöffnung 23 grenzt eine vom Anschlussstutzen 8 weg konisch verjüngte Schulterfläche 26 an, die beim Festziehen der Überwurfmutter 12 auf dem Außengewinde 11 des Anschlussstutzens 8 gegen die Andruckfläche 19 des Dichtkopfs 14 gepresst wird und dadurch für eine Anpressung der Dichtfläche 20 gegen die Konusfläche 27 des Dichtsitzes 10 sorgt. Da sich der Dichtkopf 14 um den Krümmungsmittelpunkt M drehen kann, wenn seine Längsachse 22 nicht genau mit der Längsachse 25 des Anschlussstutzens 8 fluchtet, wird sichergestellt, dass sowohl entlang des ringförmigen Kontakts der Flächen 19 und 26 als auch entlang des ringförmigen Kontakts der Flächen 20 und 27 eine konstante Flächenpressung gewährleistet ist. Da der Krümmungsradius R2 der Dichtfläche 20 kleiner als der Krümmungsradius R1 der Andruckfläche 19 ist, ist die Flächenpressung zwischen der Dichtfläche 20 und dem Dichtsitz 10 größer als die Flächenpressung zwischen der Andruckfläche 19 und der Schulterfläche 26 der Überwurfmutter 12, wodurch eine Verstärkung des von der Überwurfmutter 12 auf den Dichtkopf 14 aufgebrachten Drucks erzielt werden kann.

1: Verbindungsanordnung
2: Stirnende Rohrleitung
3: Rohrleitung
4: Abschnitt Hoch- oder Niederdruckleitung
5: Hoch- oder Niederdruckleitung
6: Wand Hoch- oder Niederdruckleitung
7: Bohrung
8: Anschlussstutzen
9: Durchtrittsöffnung Anschlussstutzen
10: Dichtsitz
11: Außengewinde
12: Überwurfmutter
13: Innengewinde
14: Dichtkopf
15: Anschlussmuffe
16: Rohrleitungsendabschnitt
17: Durchgangsöffnung
18: erweitertes Stirnende des Dichtkopfs
19: Andruckfläche
20: Dichtfläche
21: Schulter
22: Längsachse Dichtkopf
23: Durchtrittsöffnung
24: Mittelteil Dichtkopf
25: Längsachse Anschlussstutzen
26: konische Schulterfläche der Überwurfmutter
27: Konusfläche des Dichtsitzes
M: Krümmungsmittelpunkt
R1: Radius Andruckfläche
R2: Radius Dichtfläche

Claims

Verbindungsanordnung zum Verbinden eines Stirnendes einer Rohrleitung mit einem Hohlkörper, insbesondere mit einer weiteren Rohrleitung, mit einem über einer Bohrung in der Wand des Hohlkörpers angebrachten Gewindestutzen, der an seinem von der Bohrung abgewandten Stirnende einen Dichtsitz aufweist, sowie einer das Stirnende der Rohrleitung umgebenden, auf den Gewindestutzen aufschraubbaren Überwurfmutter, die beim Festziehen gegen eine vom Gewindestutzen abgewandte gekrümmte Andruckfläche auf dem Stirnende der Rohrleitung drückt und das Stirnende der Rohrleitung mit einer dem Gewindestutzen zugewandten gekrümmten Dichtfläche gegen den Dichtsitz des Gewindestutzens presst, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmte Andruckfläche (19) und die gekrümmte Dichtfläche (20) am Stirnende (2) der Rohrleitung (3) einen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt (M) aufweisen.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmte Dichtfläche (20) und die gekrümmte Andruckfläche (19) teilsphärische Flächen sind.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Krümmungsradius (R2) der Dichtfläche (20) kleiner als ein Krümmungsradius (R1) der Andruckfläche (19) ist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Krümmungsradius (R2) der Dichtfläche (21) zum Krümmungsradius (R1) der Andruckfläche (20) zwischen 1:1,1 bis 1:2 beträgt.
Verbindungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnende (2) der Rohrleitung (3) von einem mit der Dichtfläche (20) und der Andruckfläche (19) versehenen Dichtkopf (14) gebildet wird, der starr mit einem angrenzenden Endabschnitt (16) der Rohrleitung (3) verbunden ist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmte Andruckfläche (19) auf einer vom Gewindestutzen (8) abgewandten Seite des Dichtkopfs (14) ausgebildet ist.
Verbindungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtsitz (10) des Gewindestutzens (8) eine mit der Dichtfläche (20) in Anlagekontakt tretende konische Oberfläche umfasst.
Verbindungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwurfmutter (12) eine mit der Andruckfläche (19) in Anlagekontakt tretende konische Oberfläche (26) umfasst.