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Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Benzin- oder Dieseleinspritzsystem, bevorzugt ein Common-Rail-System, für Verbrennungsmotoren, mit mindestens einer Verbindungsstelle zwischen einer ersten und einer zweiten Systemkomponente, insbesondere zwischen einer ersten und einer zweiten Druckleitung, umfassend eine Überwurfmutter mit Innengewinde und Ringschulter, mit der die erste Systemkomponente axial zur Realisierung einer kraftstoffdichten Verbindung (gegen die zweite Systemkomponente) axialkraftbeaufschlagt ist, wobei das Innengewinde längsschnittlich mehrere axial über jeweils einen Gewindezahn beabstandete Profiltäler (eines Gewindegangs) aufweist. Die Überwurfmutter weist eine Durchgangsöffnung auf, deren Innenumfang abschnittsweise von dem Innengewinde gebildet ist.
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Ferner wird eine Verwendung eines solchen Kraftstoffsystems im Rahmen einer Gasdichtheitsprüfung zur Überprüfung der Dichtheit der mindestens einen Verbindungsstelle, d.h. ein Dichtheitsprüfverfahren unter Einsatz einesKraftstoffeinspritzsystems, offenbart.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Überwurfmutter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7 zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystem zur (bevorzugt dichten) Verbindung von zwei Systemkomponenten (d.h. einer ersten Systemkomponente, insbesondere einer ersten Druckleitung mit einer zweiten Systemkomponente, insbesondere einer zweiten Druckleitung), umfassend ein längsschnittlich mehrere axial jeweils über einen Gewindezahn beabstandete Profiltäler aufweisendes, sich koaxial um eine Längsmittelachse der Überwurfmutter herum erstreckendes Innengewinde sowie eine innere Ringschulter zur Anlage an (und Axialkraftbeaufschlagung) einer ersten Systemkomponente gegen die zweite Systemkomponente.
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Darüber hinaus beschreibt die Offenbarung ein Herstellverfahren für eine derartige Überwurfmutter .
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Um die Dichtigkeit von Kraftstoffeinspritzsystemen (Einspritzanlagen) von Verbrennungsmotoren sicherzustellen bzw. zu überprüfen, werden die Systeme einer Dichtigkeitsprüfung unterzogen, im Rahmen deren das System mit Druck beaufschlagt wird. Ein etabliertes Prüfverfahren sieht vor das System mit einem Gas, insbesondere Helium, mit Druck zu beaufschlagen, welches im Falle einer Undichtigkeit durch „Abschnüffeln“ des Systems detektierbar ist bzw. detektiert wird. Im Bereich der Verbindungsstellen zwischen zwei Systemkomponenten, insbesondere zwei Druckleitungen, in denen im Betrieb hohe Kraftstoffdrücke, meist von mehreren 100 bar und neuerdings sogar von über 1000 bar vorherrschen werden die axial erforderlichen (Dicht-)Kräfte durch eine Verschraubung mit Überwurfmutter sichergestellt. Die Überwurfmutter weist dabei ein Innengewinde und eine dieses radial nach innen überragende Ringschulter zum axialen Abstützen an einer ersten Systemkomponente auf, wenn das Innengewinde mit einem ortsfest zur zweiten Systemkomponente angeordneten Außengewinde verschraubt ist bzw. wird. Über die durch das Verschrauben des Innengewindes aufgebrachte Axialkraft werden die Systemkomponenten dicht miteinander verbunden. Sollte es zu einer unzulässigen Undichtigkeit im Bereich einer solchen Verbindungsstelle kommen, kann dies über das vorerwähnte Dichtigkeitsprüfverfahren überprüft werden, indem ein Austreten des Mediums, insbesondere Gas detektiert wird. Bei herkömmlichen Überwurfmuttern muss das Prüfmedium den Weg entlang des Gewindeganges durch das Innengewinde nehmen, bis es aus der Verbindungsstelle austritt und detektiert werden kann. Dies nimmt eine gewisse Zeit in Anspruch und wirkt sich entsprechend negativ auf die Prozesszeit für diese Prüfung aus.
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Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Kraftstoffeinspritzsystem für Verbrennungsmotoren anzugeben, dessen Verbindungsstellen zwischen jeweils zwei Systemkomponenten innerhalb einer kürzen Prozesszeit auf Undichtigkeiten überprüfbar sind.
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Ferner besteht die Aufgabe darin eine Überwurfmutter zur Verwendung in einem solchen Kraftstoffeinspritzsystem anzugeben, die eine schnelle Dichtheitsprüfung gewährleistet.
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Darüber hinaus wird ein optimiertes Verfahren zur Herstellung einer derartig verbesserten Überwurfmutter angegeben.
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Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Kraftstoffeinspritzsystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, d.h. bei einem gattungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystem dadurch, dass mindestens zwei der Profiltäler des Innengewindes axial über mindestens eine, insbesondere geradlinige, den zwischen den Profiltälern angeordneten Gewindezahn durchsetzende (also das Innengewinde durchsetzende bzw. durchbrechende) Nut zur Prüfmediumleitung, insbesondere Gasleitung, im Rahmen einer Dichtheitsprüfung miteinander verbunden sind.
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Ferner wird die Verwendung eines solchen Kraftstoffeinspritzsystems im Rahmen einer Dichtheitsprüfung zur Überprüfung der Dichtheit der mindestens einen Verbindungsstelle angegeben, wobei im Undichtigkeitsfall ein Prüfmedium, insbesondere ein Gas, bevorzugt Helium, durch die mindestens eine Nut strömt und der Prüfmediumaustritt aus der Verbindung detektiert wird.
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Hinsichtlich der Überwurfmutter wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst, d.h. bei einer gattungsgemäßen Überwurfmutter dadurch, dass mindestens zwei der Profiltäter von einer, insbesondere geradlinigen, den mindestens einen zwischen den (zu verbindenden) Profiltälern ausgebildeten Gewindezahn durchsetzenden Nut zur Prüfmediumleitung, insbesondere Gasleitung, im Rahmen einer Dichtheitsprüfung axial miteinander verbunden sind.
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Hinsichtlich des Herstellungsverfahrens wird die mindestens eine Nut durch Kaltfließpressen, insbesondere Napfrückwärtsfließpressen, unter Einsatz eines die Negativform der Nut aufweisenden Werkzeugs, insbesondere Stempels, in einen, bevorzugt vorgenapften, Rolling eingebracht und anschließend wird das Innengewinde, insbesondere durch Pressen oder Rollieren, in dem, bevorzugt metallischen, ganz besonders bevorzugt aus Stahl ausgebildeten, Rohling eingeformt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
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Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale auch als vorrichtungsgemäß offenbart gelten.
Das Innengewinde der Überwurfmutter umfasst mindestens einen, bevorzugt ausschließlich einen Gewindegang, der sich mit entsprechender Steigung koaxial um die Längsmittelachse der Überwurfmutter windet. Längsschnittlich in einem die Längsmittelachse aufnehmenden (Längs-) Schnitt betrachtet ergeben sich dadurch eine Vielzahl von entlang der Längserstreckung (Axialerstreckung) des Innengewindes hintereinander angeordnete Profiltäler, die begrenzt sind von Gewindezahnflanken eines jeweils zwischen zwei der axial benachbarten der Profiltäler angeordneten Gewindezahns. Der Erfindung liegt nun der Gedanke zugrunde, mindestens zwei dieser Profiltäler direkt, d.h. unter Durchsetzung des dazwischen befindlichen Gewindezahns miteinander zu verbinden, um somit die von einem Prüfmedium in Richtung offenem bzw. freien Gewindeende (Einschraubende) zu verkürzen und dadurch die Zeit bis zum Austritt des Prüfmediums, insbesondere Gas zu reduzieren und damit wiederum eine frühere bzw. schnellere Detekierung zu ermöglichen, was dann zu reduzierten Prozesszeiten führt. Zu (direkten) axialen Verbindung von mindestes zwei der Profiltäler, bevorzugt von mehr als zwei der Profiltäler, ist erfindungsgemäß eine, insbesondere geradlinige Nut vorgesehen, die den zwischen jeweils zwei der miteinander zu verbindenden bzw. axial benachbarten Profiltäler angeordneten Gewindezahn durchsetzt. Diese nach radial innen offene Nut bzw. Rille dient zur Prüfmediumleitung, insbesondere Gasleitung, bevorzugt in axialer Richtung von der Ringschulter weg, welche das Innengewinde nach radial innen überragt. Dabei ist eine Ausführungsform ganz besonders bevorzugt, bei der sich die mindestens eine Nut, ausgehend von einem freien bzw. offenen Gewindeende axial, insbesondere achsparallel zur Längsmittelachse in Richtung der Ringschulter, bevorzugt bis zu dieser, erstreckt.
Im montierten Zustand ist das Innengewinde mit einem bevorzugt ortsfest zur zweiten Systemkomponente angeordneten, insbesondere materialschlüssig mit dieser verbundenen Außengewinde verschraubt. Die Nut befindet sich dabei in einem Bereich radial zwischen dem Überwurfmutterkörper und dem Außengewinde, erstreckt sich in axialer Richtung und beschleunigt somit einen Prüfmediumaustritt bzw. eine Prüfmediumströmung in axialer Richtung.
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Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des Kraftstoffeinspritzsystems, bei der nicht lediglich zwei der Profiltäler über eine Nut bzw. die Nut axial miteinander verbunden sind, sondern mehrere der Profiltäler, ganz besonders bevorzugt die Mehrzahl der Profiltäler, noch weiter bevorzugt sämtliche Profiltäler, um somit ein Optimum an Prüfzeitreduzierung zu erreichen. Die mindestens eine Nut durchsetzt dabei die zwischen den Profiltälern angeordneten Gewindezähne. Besonders zweckmäßig ist eine Ausführungsform, bei der sich die Nut über den Großteil der Axialerstreckung, bevorzugt über die gesamte Axialerstreckung des Innengewindes erstreckt. Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn die mindestens eine Nut axial von der Ringschulter bis zum freien (offenen) Einschraub-Ende des Innengewindes reicht. Im Hinblick auf eine erleichterte Fertigbarkeit ist es bevorzugt, wenn sich die Nut ausgehend von einem von der Ringschulter abgewandten Innengewindeende in Richtung der Ringschulter erstreckt.
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Grundsätzlich ist es denkbar die Nut schräg, d.h. in Umfangsrichtung geneigt bzw. unter einem Winkel zur Längsmittelachse der Überwurfmutter anzuordnen. Insbesondere im Hinblick auf eine erleichterte Fertigbarkeit und einen verkürzten Prüfmediumweg ist es bevorzugt, wenn die mindestens eine Nut achsparallel zur Längsmittelachse verläuft.
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Grundsätzlich ist es für eine schnellere Prüfmediumleitung hin zum freien Gewindeende (Einschraubende) möglich und von der Erfindung umfasst, wenn der Nutgrund die gleiche radiale Tiefe aufweist wie die den Gewindegang bildenden Profiltäler - anders ausgedrückt ist gemäß einer ersten Ausführungsform vorgesehen, dass der Nutgrund den gleichen Radialabstand zur Längsmittelachse aufweist wie der Profiltälergrund (Gewindeganggrund). Bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei der die Nut die Profiltäler in radialer Richtung überragt, also in radialer Richtung tiefer nach radial außen in den Überwurfmutterkörper hineinragt als die Profiltäler. Bevorzugt liegt also die Tiefe der mindestens einen Nut, sprich der Nutgrund über bzw. radial außerhalb des Kopfkreises (größter Gewindedurchmesser) des Innengewindes. Dies bedeutet, dass ein radial äußerer Nutgrund der mindestens einen Nut einen größeren Radialabstand zur Längsmittelachse aufweist als der radial äußere Grund der Profiltäler, sodass das Prüfmedium radial außen in axialer Richtung an den Profiltälern bzw. den Gewindezahnspitzen eines mit dem Innengewinde verschraubtem Außengewindes der zweiten Systemkomponente vorbeiströmen kann. Bevorzugt ist der Unterschied zwischen dem Radialabstand des Grundes der Profiltäler und des Nutgrundes von der Längsmittelachse aus einem Wertebereich zwischen 0 mm und 2 mm, bevorzugt zwischen 0,1 mm und 0,5 mm gewählt.
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Um einen möglichst (in Umfangsrichtung gemessen) breiten Prüfmediumdurchgang bereitzustellen ist es bevorzugt, wenn die mindestens eine Nut eine Umfangserstreckung aus einem Wertebereich zwischen 0,2 mm und 3 mm, bevorzugt zwischen 0,5 mm und 1 mm aufweist.
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Grundsätzlich ist es möglich und im Rahmen der Erfindung vorgesehen, lediglich eine einzige vorerwähnte (Verbindungs-)Nut vorzusehen. Bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei der mehrere der Profiltäler an über den Umfang beabstandeten Stellen über eine solche Nut, d.h. insgesamt über mehrere, insbesondere gleichmäßig, in Umfangsrichtung beabstandete Nuten axial miteinander verbunden sind, wobei die Nuten die zwischen den verbundenen Profiltälern angeordneten Gewindezähne durchsetzen.
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Das Prüfverfahren unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems sieht vor, dass das Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Prüfmedium, insbesondere Gas unter Druck gesetzt wird, wobei im Undichtigkeitsfall ein Prüfmedium, insbesondere ein Gas, bevorzugt Helium, durch die mindestens eine Nut strömt, insbesondere axial von der Ringschulter der Überwurfmutter weg und der Prüfmediumaustritt aus der Verbindungsstelle, insbesondere durch Abschnüffeln detektiert wird.
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Die erfindungsgemäße, eine axial abschnittsweise von dem Innengewinde begrenzte Durchgangsöffnung aufweisende, Überwurfmutter wurde bereits zuvor im Rahmen der Erläuterung des Systems im Detail beschrieben, sodass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehenden Ausführungen zur Überwurfmutter verwiesen wird, für die auch in Alleinstellung zur Verwendung in einem Kraftstoffeinspritzsystem Schutz beansprucht wird. Die Überwurfmutter zeichnet sich dadurch aus, dass ihr Innengewinde axial zumindest abschnittsweise durchsetzt ist von einer (Verbindungs-)Nut mit der mindestens zwei axial über einen Gewindezahn beabstandete Profiltäler unter Durchsetzung des Gewindezahns, also quasi auf direktem Weg miteinander verbunden sind. Im Hinblick auf die Ausbildung und Anordnung der Nut sowie die mögliche Anzahl der Nuten wird, wie erwähnt, auf vorstehende Ausführungsformen verwiesen.
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Auch ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Überwurfmutter zur Verwendung in einem Kraftstoffeinspritzsystem ist offenbart. Dabei ist es vorgesehen, die mindestens eine Nut durch Kaltfließpressen (Kaltmassivumformung), ganz besonders bevorzugt durch Napfrückwärtsfließpressen in einen, bevorzugt vorgenapften, Rohling einzubringen, wobei im Rahmen des gewählten Verfahrens ein Werkzeug, insbesondere ein Stempel mit einer Negativform der mindestens einen Nut eingesetzt wird, der bevorzugt axial in den Rohling hineinverfahren wird und dabei bzw. dadurch das Rohlingsmaterial, insbesondere Metall, ganz besonders bevorzugt Stahl, entgegen der Einpressrichtung formt und sich an das Werkzeug (Stempel) sowie die Negativform der Nut anlegt und somit die Nut (zusammen mit der Durchgangsöffnung) eingeformt wird. Ganz besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die Rohlinge, wie erwähnt, bereits in einem früheren Prozessschritt, insbesondere an einer anderen Station, d.h. einer Vorstation gesetzt bzw. vorgenapft werden, wobei bei diesem Vornapfen eine Einprägung bzw. Markierung an der späteren Nutposition in den Rohling eingebracht wird. Für das Verfahren ist es von Vorteil, wenn sich die Nut ausgehend von einem freien (Einschraub-)Ende in Richtung, bevorzugt bis zur inneren Umfangsschulter (Ringschulter) erstreckt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
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Diese zeigen in:
- 1: in einer stark schematisierten Darstellung eine mögliche Ausführungsform eines nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Kraftstoffeinspritzsystems,
- 2a und 2b: unterschiedliche, teilweise geschnittene Darstellungen einer erfindungsgemäßen, im Rahmen des Kraftstoffeinspritzsystems zum Einsatz kommenden Überwurfmutter, und
- 3: eine schematische, vergrößerte Längsschnittansicht zur Dokumentation von Profiltälern, Gewindezähnen sowie der Nut.
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In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 ist stark schematisiert ein nach dem Konzept der Erfindung ausgebildetes Kraftstoffeinspritzsystem 1 für Verbrennungsmotoren, insbesondere in Kraftfahrzeugen gezeigt. Das System umfasst einen Kraftstoffverteiler 2, der im Betrieb unter Kraftstoffdrücken von mehreren 100 bar bis über 1000 bar steht. Der Kraftstoff wird dem Kraftstoffverteiler 2 (Drucktank) über eine Zuleitung 3 (Druckleitung) mittels einer nicht gezeigten Pumpe zugeführt.
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Aus dem Kraftstoffverteiler 2 münden mehrere, hier beispielhaft nur drei gezeigte (Druck-)Kraftstoffleitungen 4, 5, 6 aus. Das System umfasst mehrere Verbindungsstellen 7, an denen jeweils zwei Systemkomponenten, vorliegend jeweils zwei Druckleitungen miteinander verbunden sind, und zwar unter jeweiligem Einsatz einer Überwurfmutter 8, die eine erste der Komponenten gegen eine zweite der Komponenten kraftbeaufschlagt und hierzu mit einem der jeweiligen zweiten Systemkomponenten zugeordneten Außengewinde verschraubt ist und dadurch die erste Systemkomponente (erste Druckleitung) mit einer Ringschulter axial gegen die zweite Systemkomponente (zweite Druckleitung) kraftbeaufschlagt.
Eine mögliche Ausführungsform einer solchen Überwurfmutter 8 ist in den 2a und 2b gezeigt, wobei 2a eine Draufsicht auf ein (freies) Einschraubende darstellt, während in 2b eine Längsschnittansicht entlang einer Längsmittelachse L gezeigt ist. 3 zeigt wiederum in einer vereinfachten Darstellung das Grundprinzip einer erfindungsgemäßen Überwurfmutter.
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Wie sich aus 3 ergibt weist die Überwurfmutter 9 einen metallischen Überwurfmutterkörper 9 auf, in welchen ein einen gewendelten Gewindegang 10 aufweisendes Innengewinde 11 eingebracht ist.
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Aus der in 3 gezeigten Längsschnittansicht ist ersichtlich, dass das Innengewinde 11 gebildet ist bzw. aufweist eine Mehrzahl von axial benachbarten Profiltälern 12, wobei axial zwischen jeweils zwei der Profiltäler 12 ein nach radial innen ragender bzw. vorstehender Gewindezahn 13 ausgebildet ist, dessen in unterschiedliche Axialrichtungen gewandete Flanken 14, 15 jeweils eines der Profiltäler in einer Axialrichtung begrenzen.
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Ferner ist zu erkennen, dass die Überwurfmutter 8 eine innere Ringschulter 16 aufweist, die das Innengewinde 11 in radialer Richtung nach innen überragt. Insgesamt weist die erfindungsgemäße Überwurfmutter 8 eine Durchgangsöffnung zum Hindurchführen einer Systemkomponente, insbesondere einer Druckleitung auf. Mittels der Ringschulter 16 kann auf eine jeweilige erste Systemkomponente in Richtung einer zweiten, mit einem Außengewinde versehenen Systemkomponente eine Axialkraft aufgebracht werden.
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Aus 3 ist ersichtlich, dass das Innengewinde 11, vorliegend axial durchgehend unterbrochen ist von einer achsparallelen, geradlinigen Nut 17, deren radial äußerer Nutgrund 18 radial nach außen beabstandet ist von dem Grund des von den Profiltälern 12 gebildeten Gewindegangs 10. Die Nut 17 bildet einen Prüfmediumleitkanal, vorliegend einen Gasleitkanal, über welchen Prüfmedium von einem (undichten) Spalt zwischen den Systemkomponenten in axialer Richtung hin zum freien Einschraubgewindeende 19 strömen und dort detektiert, insbesondere abgeschnüffelt werden kann.
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Im Hinblick auf die Dimensonierung und Anordnung der Nut 17 sowie deren Anzahl gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, die im Rahmen der allgemeinen Beschreibung diskutiert sind.
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2a und 2b zeigen eine technische Zeichnung einer ebenfalls nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Überwurfmutter mit insgesamt drei, vorliegend beispielhaft gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordneten Nuten 17, deren jeweiliger Nutgrund 18 in vorteilhafter Weise radial außerhalb des Grundes 20 der Profiltäler 12 angeordnet ist, sodass erleichtert Prüfmedium, insbesondere Gas axial an dem mit dem Innengewinde 11 verschraubten Außengewinde vorbei im Überwurfmutterkörper 9 strömen kann. Anders ausgedrückt überragen die Nuten 17 den Grund 20 in radialer Richtung nach außen.
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Zur Herstellung einer in den 2a, 2b oder 3 gezeigten Überwurfmutter wird ein Rohling bevorzugt zunächst vorgenapft und erhält an der mindestens einen Umfangsposition der späteren Nut 17 eine Axialvertiefung. An der jeweiligen Nutposition setzt dann an einer späteren Bearbeitungsposition ein Negativformabschnitt der Nut eines Werkzeugs, insbesondere eines Stempels, an, der dann in den Rohling axial hineingetrieben wird, wodurch Rohlingmaterial, vorliegend Stahl entgegen der Einform- bzw. Einpressrichtung axial strömt und sich um das Werkzeug und insbesondere auch um die Negativform der Nut legt, sodass im Ergebnis die mindestens eine Nut 17 entsteht. Das Innengewinde 11 wird dann in an sich bekannter Weise in einem nachgelagerten Gewindeeinformschritt eingebracht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftstoffeinspritzsystem
- 2
- Kraftstoffverteiler
- 3
- Zuleitung
- 4
- Kraftstoffdruckleitungen
- 5
- Kraftstoffdruckleitungen
- 6
- Kraftstoffdruckleitungen
- 7
- Verbindungsstellen
- 8
- Überwurfmutter
- 9
- Überwurfmutterkörper
- 10
- Gewindegang
- 11
- Innengewinde
- 12
- Profiltäler
- 13
- Gewindezähne
- 14
- Flanken
- 15
- Flanken
- 16
- Ringschulter
- 17
- Nut
- 18
- Nutgrund
- 19
- Einschraubgewindeende
- 20
- Grund der Profiltäler (und damit des Gewindegangs)
