Titel

Vorrichtung zur mediendichten Verbindung von zwei Hochdruckbauteilen Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur mediendichten Verbindung von zwei Hochdruckbauteilen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Hochdruckbauteile werden zum Beispiel in selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt, bei denen Kraftstoff unter hohem Druck in die einzelnen Brennkammern der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird. Hierzu wird beispielsweise die so genannte „Common-Rail"-Technologie eingesetzt, bei der unter hohem Druck stehender Kraftstoff in einem Hochdruckspeicher bei im Wesentlichen konstantem Druck gespeichert wird. Die einzelnen Brennkammern der Verbrennungskraftmaschinen werden über den

Hochdruckspeicher mit Kraftstoff versorgt.

Um die einzelnen Komponenten zu testen, werden auch Versuchsanlagen eingesetzt, die entsprechende Hochdruckkomponenten enthalten.

Da die einzelnen eingesetzten Hochdruckbauteile gegen Verunreinigungen empfindlich sind, werden im Allgemeinen Hochdruckfilter in Zwischenstücken in den Zulaufleitungen zu den Hochdruckbauteilen verbaut. In den Hochdruckfiltern werden Partikel, die in der unter hohem Druck durch die Hochdruckbauteile strömende Flüssigkeit beziehungsweise in der in den Hochdruckbauteilen enthaltenen Flüssigkeit enthalten sind, entfernt. Neben dem Einsatz von Hochdruckfiltern in Zwischenstücken, die in die Zulaufleitungen eingesetzt werden, werden teilweise auch Filter direkt in Hochdruckkbauteilen, beispielsweise in einem Druckregelventil angebracht. Um eine Mediendichtheit bei Drücken von mehr als 250 MPa zu gewährleisten, ist üblicherweise an einem Hochdruckbauteil eine Beißkante integriert, die sich bei der Montage der Hochdruckbauteile in eine Oberfläche des Gegenstückes, mit dem das Hochdruckbauteil verbunden wird, einschneidet. Hierdurch entsteht eine Rille in der Oberfläche des

Gegenstücks, im Allgemeinen einem zweiten Hochdruckbauteil. Zusätzlich verformt sich auch die Beißkante. Durch das Einschneiden der Beißkante wird die Oberfläche des zweiten Hochdruckbauteils geschädigt. Wenn es aufgrund von Verschleiß, Verschmutzung,

Instandhaltung oder Ähnlichem notwendig ist, eines der Hochdruckbauteile auszubauen oder zu tauschen, wird mit jeder weiteren Befestigung des ersten Hochdruckbauteils am zweiten Hochdruckbauteil die durch das Einschneiden der Beißkante entstandene Rille weiter vertieft und das zweite Hochdruckbauteil weiter geschädigt. Nach einer begrenzten Anzahl von Montagen und Demontagen kann keine ausreichende Abdichtung mehr gewährleistet werden und das Hochdruckbauteil mit der glatten Oberfläche, im Allgemeinen der

Hochdruckspeicher, muss getauscht werden.

Insbesondere bei Einsatz des Hochdruckspeichers zu Prüfzwecken in einem Labor werden einzelne Bauteile, die getestet werden, regelmäßig ausgetauscht. Dies führt zu einer schnellen Schädigung des Hochdruckspeichers und damit dem notwendigen Austausch. Auch Komponenten wie Druckregelventile, die einen integrierten Filter haben, müssen regelmäßig ausgebaut werden, um den Filter zu reinigen. Auch dies führt zu einer

Schädigung des Hochdruckspeichers. Ein weiterer Nachteil des notwendigen häufigen Ausbaus der Druckregelventile ist, dass zusätzliche Komponenten benötigt werden und dadurch die Kosten für die Prüfung steigen. Der Einsatz von in Zwischenstücke eingesetzten Hochdruckfiltern, die in den Zulaufleitungen montiert sind, ist, dass zusätzliche Dichtstellen erforderlich sind. Insbesondere bei Einsatz der Hochdruckbauteile zur Prüfung sind aufgrund des häufigen Wechsels der Prüflinge, insbesondere der Einspritzpumpen, starre Leitungen, die für die Verwendung von in

Zwischenstücke verbauten Hochdruckfiltern notwendig sind, unpraktisch.

Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur mediendichten Verbindung von zwei Hochdruckbauteilen umfasst einen Dichtkegel mit einem zentralen Kanal, der von einem unter Hochdruck stehenden Medium durchströmbar ist, wobei der Dichtkegel zur Abdichtung gegen das unter Hochdruck stehende Medium in einen Dichtsitz gepresst wird und in den Kanal im Dichtkegel ein Hochdruckfilter aufgenommen ist.

Der Einsatz eines Dichtkegels, der im Bereich der Verbindungsstelle von zwei

Hochdruckbauteilen montiert wird, hat den Vorteil, dass durch den Dichtkegel einerseits eine mediendichte Verbindung erzielt wird und andererseits direkt aufgrund des in den Dichtkegel integrierten Hochdruckfilters Partikel, die in der durch den Dichtkegel strömenden Flüssigkeit enthalten sind, entfernt werden. Ein weiterer Vorteil des Einsatzes eines Dichtkegels ist, dass dieser auf einfache Weise bei Demontage der Hochdruckbauteile entnommen werden kann, um zum Beispiel den Hochdruckfilter zu reinigen, oder alternativ bei verschmutztem Hochdruckfilter den Dichtkegel auszutauschen. Durch die Verwendung des Dichtkegels, der nicht mit einer Beißkante ausgestattet ist, wird die Oberfläche des zweiten

Hochdruckbauteiles nicht geschädigt und ein beliebig häufiger Austausch des Dichtkegels ist möglich.

Die Befestigung des Hochdruckfilters im Dichtkegel erfolgt zum Beispiel durch Einpressen. Alternativ ist es auch möglich, insbesondere wenn ein Hochdruckfilter aus Metall verwendet wird, den Hochdruckfilter im Dichtkegel zu verschweißen. Auch ein Einschrauben des Hochdruckfilters oder eine beliebige andere Befestigungsart des Hochdruckfilters in dem Dichtkegel ist möglich. In einer ersten Ausführungsform ist der Dichtkegel als Konus ausgebildet und weist einen Öffnungswinkel auf, der 0,5 bis 5°, bevorzugt 1 bis 3°, beispielsweise 2° kleiner ist als der Öffnungswinkel des Dichtsitzes. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Dichtkegel einen Konus von 58° auf, der Dichtsitz entsprechend einem Winkel von 60°. Alternativ ist zum Beispiel auch ein Winkel von 43° für den Dichtkegel und ein Winkel von 45° für den Dichtsitz bevorzugt.

In einer alternativen, besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Dichtkegel eine konvexe Form auf. Um einen dichten Sitz zu erzielen ist es dabei bevorzugt, wenn der Radius der konvexen Oberfläche größer ist als die Höhe des Dichtkegels. Im Allgemeinen ist eine nur leichte Wölbung ausreichend. Durch die konvexe Gestaltung des Dichtkegels wird eine gleichmäßigere Spannung am Dichtsitz erzielt, da aufgrund der konvexen Form ein gleichmäßiges Anliegen an den Dichtsitz gewährleistet wird. Durch die konvexe Form können größere Toleranzen ausgeglichen werden als mit einem konischen Dichtkegel. Um die zwei Hochdruckbauteile miteinander zu verbinden, ist es zum Beispiel möglich, an den Hochdruckbauteilen jeweils ein Gewinde auszubilden und die Bauteile miteinander zu verschrauben, wobei der Dichtkegel in diesem Fall in eine Ausnehmung zwischen den Hochdruckbauteilen eingesetzt wird. Alternativ ist es auch möglich, zum Beispiel am ersten Hochdruckbauteil ein Außengewinde anzubringen und am zweiten Hochdruckbauteil eine Erweiterung, wobei das zweite Bauteil von einer Überwurfmutter umschlossen ist und zur Verbindung die Überwurfmutter auf der Erweiterung am zweiten Hochdruckbauteil aufliegt und mit dem Gewinde am ersten Hochdruckbauteil so verschraubt wird, dass eine zur Abdichtung notwendige Anpresskraft auf dem Dichtkegel, der an der Verbindungsstelle von erstem Hochdruckbauteil und zweitem Hochdruckbauteil positioniert ist, aufgebracht wird. Hierbei ist es für die Montage auch möglich, dass die Erweiterung nicht direkt am zweiten Hochdruckbauteil ausgebildet ist sondern eine Stirnfläche eines Druckrings, der auf das erste Hochdruckbauteil aufgeschraubt ist, ist.

Wenn der Dichtkegel mit dem integrierten Hochdruckfilter als Verschleißteil eingesetzt wird, ist es zum Beispiel möglich, dass der Dichtkegel eine konisch ausgebildete Seite und eine ebene Oberfläche aufweist. Mit der konischen Seite wird der Dichtkegel in einen Dichtsitz gestellt. Auf die glatte Oberfläche des Dichtkegels wirkt zum Beispiel eine Beißkante des ersten oder des zweiten Hochdruckbauteils. Durch den Austausch des Dichtkegels wird die durch das Einwirken der Beißkante entstehende Rille nicht weiter vertieft, so dass durch den Einsatz eines jeweils neuen Dichtkegels immer eine dichte Verbindung von erstem

Hochdruckbauteil und zweitem Hochdruckbauteil erzielt wird.

In einer alternativen Ausführungsform ist der Dichtkegel als Doppelkegel ausgebildet. In diesem Fall ist sowohl im ersten Hochdruckbauteil als auch im zweiten Hochdruckbauteil jeweils ein konisch ausgebildeter Dichtsitz ausgebildet, in den der Dichtkegel jeweils eingesetzt wird. Durch Einpressen des Dichtkegels in den jeweiligen Dichtsitz wird die mediendichte Verbindung erzielt.

Zur Verbindung des ersten Hochdruckbauteils und des zweiten Hochdruckbauteils wird ein erster Konus des Doppelkegels in einen ersten Dichtsitz am ersten Hochdruckbauteil und ein zweiter Konus des Doppelkegels in einen zweiten Dichtsitz am zweiten Hochdruckbauteil gepresst. Die Verbindung des ersten Hochdruckbauteils und des zweiten Hochdruckbauteils kann dabei beispielsweise wieder durch ein Verschrauben der beiden Bauteile entweder direkt oder mit einer Überwurfmutter erfolgen.

Als Material zur Herstellung des Dichtkegels eignen sich insbesondere metallische

Werkstoffe. Alternativ ist es jedoch auch möglich, den Dichtsitz zum Beispiel aus einem keramischen Werkstoff zu bilden. Der eingesetzte Werkstoff muss gegenüber dem auf den Dichtkegel wirkenden Druck stabil sein und zusätzlich eine Druckkraft durch die Anpressung des Dichtkegels gegen den jeweiligen Dichtsitz standhalten.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das erste Hochdruckbauteil ein

Hochdruckspeicher und das zweite Hochdruckbauteil eine Zuleitung zum Hochdruckspeicher oder ein Zulauf zu einem Druckregelventil, das mit dem Hochdruckspeicher verbunden wird. Der Hochdruckspeicher kann dabei sowohl ein Hochdruckspeicher in einer selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine in einem Fahrzeug sein als auch ein Hochdruckspeicher für eine Prüfeinrichtung für Einspritzdüsen oder andere Hochdruckbauteile.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine Vorrichtung zur Prüfung von Hochdruckbauteilen,

Figur 2 einen erfindungsgemäßen Dichtkegel in einer ersten Einführungsform, Figur 3 einen erfindungsgemäßen Dichtkegel in einer zweiten Ausführungsform.

Ausführungsformen der Erfindung

In Figur 1 ist eine Vorrichtung zur Prüfung von Hochdruckbauteilen dargestellt. Eine

Vorrichtung zur Prüfung von Hochdruckbauteilen umfasst ein Gehäuse 1 , in dem ein Hochdruckspeicher aufgenommen ist. Über einen ersten Anschluss 3 ist der im Gehäuse 1 aufgenommene Hochdruckspeicher mit einem Eingangsrail 5 verbunden. Über das

Eingangsrail 5 wird der Hochdruckspeicher mit unter Druck stehender Flüssigkeit versorgt. Das Eingangsrail 5 weist einen ersten Zulauf 7 und einen zweiten Zulauf 9 für die unter Druck stehende Flüssigkeit auf.

In der Verbindung zwischen Eingangsrail 5 und Hochdruckspeicher ist ein

erfindungsgemäßer Dichtkegel 1 1 aufgenommen. Der Dichtkegel 1 1 ist dabei als

Doppelkegel ausgebildet. In den Dichtkegel 1 1 ist ein Hochdruckfilter 13 integriert.

Um ein Verstopfen des Hochdruckfilters 13 anzuzeigen ist am Eingangsrail 5 ein erster Drucksensor 15 und am Hochdruckspeicher ein zweiter Durcksensor 17 positioniert. Mit dem ersten Drucksensor 15 wird der Druck der Flüssigkeit im Eingangsrail 5 gemessen. Der zweite Drucksensor 17 misst den Druck im Hochdruckspeicher. Bei einer Druckdifferenz zwischen Eingangsrail 5 und Hochdruckspeicher ist davon auszugehen, dass der

Hochdruckfilter 13 verstopft ist.

In der hier dargestellten Ausführungsform sind an den Hochdruckspeicher drei

Druckregelventile 19 angeschlossen. An der Verbindung zwischen dem Druckregelventil 19 und dem Hochdruckspeicher befindet sich ein zweiter Dichtkegel 21 . Im Unterschied zum Dichtkegel 1 1 zwischen Eingangsrail 5 und Hochdruckspeicher ist der zweite Dichtkegel 21 zwischen Druckregelventil 19 und Hochdruckspeicher als einfacher Konus ausgebildet, der an seiner dem Druckregelventil 19 zuweisenden Oberseite eine ebene Fläche 23 aufweist. Zur Abdichtung ist am Druckregelventil 19 eine Beißkante ausgebildet, die gegen die ebene Fläche 23 gepresst wird. Hierbei schneidet sich die Beißkante in die ebene Fläche 23 ein und bildet so eine mediendichte Verbindung.

Die Druckregelventile 19 münden mit ihrem Ausgang jeweils in einen Sammler 25, in dem die austretende Flüssigkeit unter einem niedrigeren Druck gesammelt wird.

In der hier dargestellten Ausführungsform weist die Vorrichtung einen Anschluss 27 auf, über den der Hochdruckspeicher mit einem weiteren Hochdruckspeicher mit weiteren

Vorrichtungen verbunden werden kann. Über den Anschluss 27 kann unter hohem Druck stehende Flüssigkeit aus dem Hochdruckspeicher entnommen werden. Da sich aufgrund des hohen Drucks die Vorrichtung erwärmt, ist zusätzlich eine Kühlung vorgesehen. Hierzu wird ein Kühlmedium über einen Zulauf 29 zugeführt, umströmt innerhalb des Gehäuses 1 den Hochdruckspeicher und wird über einen Ablauf 31 entnommen. Zusätzlich kann durch die Kühlung eine gleichmäßige Temperatur des

Hochdruckspeichers realisiert werden.

Der Dichtkegel 1 1 , der in der hier dargestellten Ausführungsform zwischen dem Eingangsrail 5 und dem Hochdruckspeicher positioniert ist, ist im Detail in Figur 2 dargestellt.

Das Eingangsrail 5 weist einen Verbindungsstutzen 33 auf, der mit einem Zulauf 35 zum Hochdruckspeicher verbunden ist.

Zur Verbindung wird der Verbindungsstutzen 33 mit einer Überwurfmutter 37 mit dem Gehäuse 1 verschraubt.

Um die Überwurfmutter 37 auf den Verbindungsstutzen 33 aufsetzen können, ist am

Verbindungsstutzen 33 ein Gewinde 39 ausgebildet. Nach dem Aufsetzen der

Überwurfmutter 37 wird auf das Gewinde 39 ein Druckring 41 aufgeschraubt. Der Druckring 41 weist eine obere Stirnfläche 43 auf, an der die Überwurfmutter 37 anliegt.

Um eine mediendichte Verbindung zu erzielen, ist im Gehäuse 1 im Bereich des Zulaufs 35 ein erster Dichtsitz 45 ausgebildet. Der erste Dichtsitz 45 ist dabei konisch ausgebildet. Am Verbindungsstutzen 33 ist ein zweiter, ebenfalls konisch ausgebildeter Dichtsitz 47 ausgebildet. In der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform ist der Dichtkegel 1 1 als

Doppelkegel gestaltet. Mit einem ersten Konus 49 liegt der Dichtkegel 1 1 am ersten Dichtsitz 45 an. Am zweiten Dichtsitz 47 liegt der Dichtkegel 1 1 mit einem zweiten Konus 51 an.

Um eine mediendichte Verbindung zu erzielen, wird der Dichtkegel jeweils mit dem ersten Konus 49 gegen den ersten Dichtsitz 45 und dem zweiten Konus 51 gegen den zweiten Dichtsitz 47 mithilfe der Überwurfmutter 37 gepresst.

Eine mediendichte Verbindung wird dadurch erzielt, dass der Öffnungswinkel des ersten Konus 49 beziehungsweise des zweiten Konus 51 0,5 bis 5°, bevorzugt 1 bis 3°, insbesondere 2° kleiner ist als der Öffnungswinkel des ersten Dichtsitzes 45 beziehungsweise des zweiten Dichtsitzes 47.

Durch den Einsatz des als Doppelkegel gestalteten Dichtkegels 1 1 ist es möglich, bei Verschmutzung den Hochdruckfilter 13 auf einfache Weise zu entnehmen. Hierzu wird die Überwurfmutter 37 gelöst und das Eingangsrail 5 abgenommen. Nach dem Abnehmen des Eingangsrails 5 ist der Dichtkegel 1 1 frei zugänglich und kann entnommen werden. Nach Entnahme des Dichtkegels 1 1 ist es möglich, den Hochdruckfilter 13 zu reinigen. Nach der Reinigung des Hochdruckfilters kann der Dichtkegel 1 1 dann wieder eingesetzt und mithilfe der Überwurfmutter 37 mediendicht verschraubt werden.

Bei einer Schädigung des Dichtkegels 1 1 oder bei einer nicht entfernbaren Verschmutzung des Hochdruckfilters 13 ist es alternativ auch möglich, den Dichtkegel 1 1 gegen einen neuen Dichtkegel auszutauschen.

Durch die Gestaltung des Dichtkegels 1 1 mit dem Doppelkonus werden beim Verschrauben und dem damit ausgeübten Druck auf die Konusse 49, 51 des Dichtkegels beziehungsweise die Dichtsitze 45, 47 wirkenden Druck die Hochdruckbauteile nicht beschädigt. Hierdurch ist ein regelmäßiger Austausch beziehungsweise ein regelmäßiges Reinigen des

Hochdruckfilters 13 möglich.

In der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform ist der Hochdruckfilter 13 in den Dichtkegel 1 1 eingepresst. Neben einer Presspassung zum Einbringen des Hochdruckfilters 13 ist es alternativ auch möglich, den Hochdruckfilter 13 zum Beispiel im Dichtkegel 1 1 zu verschrauben oder den Hochdruckfilter 13 durch ein Schweißverfahren mit dem Dichtkegel 1 1 zu verbinden.

Insbesondere bei einem verschraubten Hochdruckfilter 13 ist es möglich, nur den

Hochdruckfilter 13 bei Verschmutzung oder Beschädigung zu entnehmen und durch einen neuen Hochdruckfilter 13 auszutauschen. In diesem Fall kann der Dichtkegel 1 1 wieder verwendet werden.

Ein Dichtkegel in einer zweiten Ausführungsform ist in Figur 3 dargestellt. Im Unterschied zu dem in Figur 2 dargestellten Dichtkegel weist der in Figur 3 im Detail dargestellte zweite Dichtkegel 21 einen Konus 53 mit einer konvexen Oberfläche auf. Zudem ist der zweite Dichtkegel 21 nicht als Doppelkegel gestaltet, sondern hat eine ebene Fläche 23, die als zweite Dichtfläche wirkt.

Um eine mediendichte Verbindung zu erzielen, ist der Konus 53 mit konvexer Form gegen einen konischen Dichtsitz 55 gestellt. Aufgrund der konvexen Form des Konusses 53 wirkt eine gleichmäßige Kraft über den Umfang des Konusses 53 auf den Dichtsitz 55. Hierdurch ist es möglich, größere Toleranzen auszugleichen.

Um das Druckregelventil 19 mediendicht zu verbinden, sind am Druckregelventil 19

Beißkanten 57 ausgebildet. Mit der Beißkante 57 wird das Druckregelventil 19 gegen die ebene Fläche 23 des Dichtkegels 1 1 gepresst. Die Beißkante 57 schneidet in die ebene Fläche 23 des Dichtkegels 1 1 ein und bildet so eine mediendichte Verbindung. Durch die Beißkante ist es jedoch nicht möglich, den zweiten Dichtkegel 21 beliebig oft einzusetzen. Das Einschneiden der Beißkante 57 in die ebene Fläche 23 führt zu einer Schädigung des zweiten Dichtkegels 21 . Der zweite Dichtkegel 21 wird somit als Verschleißteil eingesetzt, das ausgetauscht werden kann. Alternativ zu den in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen ist es zum

Beispiel bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform auch möglich, einen Dichtkegel mit einer konischen Dichtfläche und einer ebenen Dichtfläche, analog dem in Figur 3

dargestellten, einzusetzen. In diesem Fall wäre zum Beispiel am Verbindungsstutzen 33 eine Beißkante auszubilden, die in die ebene Fläche des Dichtkegels einschneidet.

Weiterhin ist es alternativ zum ersten Konus 49 und zweiten Konus 51 , die als Kegel gestaltet sind, möglich, einen Konus mit konvexer Form, wie er in Figur 3 dargestellt ist, zu verwenden. Alternativ ist es auch möglich, zum Beispiel nur den ersten Konus 49 oder nur den zweiten Konus 51 konvex zu gestalten.

Alternativ zu der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform wäre es auch hier möglich, einen Dichtkegel einzusetzen, der als Doppelkegel gestaltet ist. In diesem Fall wäre am

Druckregelventil 19 nicht eine Beißkante auszubilden, sondern das Druckregelventil 19 müsste einen konisch gestalteten Dichtsitz aufweisen. Weiterhin ist es auch möglich, anstelle des in Figur 3 dargestellten Konuses mit konvexer Form einen kegelförmig gestalteten Konus, wie er in Figur 2 dargestellt ist, zu verwenden.