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Druckleitungsverbindung mit Druckleitungsnippel, Gegenstück und Überwurfmutter
(Zusatz zu Patent; ... Anmeldung P 19 37 975.0-12) Die erfindung bezieht sich auf
eine Druckleitungsverbindung mit i)ruckloitungsnipel, Gegenstück und dberwurfmutter,
wobei der innenkonus des Gegenstücks und ein Abstützhohlkegel der jberwurimutter
etwa gleiche Kegelwinkel im Bereich von 600 aulweisen und die rückwärtige Abstützfläche
des eine Art Aussenbund der Druckleitung bildenden Nippels die Porm einer Kugelzone
auSweist, und wobei der Aussendurehmesser des angestauchten Nippels den Aussendurchmesser
von dessen Endstirnfläche um etwa 35 bis 40% übersteigt und der Winkel zwischen
der zwischen Dichtkegel und der die rückwärtige Abstütz-Kugelzone des Nippels aufnehmenden
Kugel gebildeten Durchdringungsebene und der rangentenrichtung der Kugeloberfläche
an der Durchdringungsstelle etwa 3 bis 10' grösser als derjenige Winkelist, der
dem halben Betrag aus der Differenz von 180° und dem Kegelwinkel des Abstützhohlkegels
der Überwurfmutter entspricht, nach Patent (Anmeldung P 19 37 975.0-12).
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Während die noch heute genormten, an die Druckleitung mit einer quer
zu dieser verlaufenden rtickwärtigen Ringschulter angestauchten Nippel nach dem
Einbau der Druckleitung unter den in der Regel vorhandenen Betriebsschwingungen
leicht zu Kerbrissen an der Ubergangsstelle von der Druckleitung zum Nippel führen,
konnte die Kerbrissgefahr mit Druckleitungen vermieden werden,
deren
angestauchte Nippel eine rückwärtige Abstützfläche in Form einer Kugelzone aufweisen.
Der dadurch zwischen der Druekleitung und der genannten Abstützfläche gebildete
stumpre Winkel schliesst in Verbindung mit dem hier üblichen (Jbergangsraditts die
Kerbrissgefahr aus. während es bei den früher üblichen ngestauchten Nippeln mit
kugelzonenförmigen rückwärtigen Abstützilächen jedoch vorkommen konnte, dass der
an das Gegenstück .tnächst leicht verkantet herangeführte Nippel beim anschliessenden
Anziehen der Überwurfmutter, statt von selbst ausgerichtet in der verkanteten, nicht
zuverlässig abdichtenden Stellung 1estgehalten wurde, konnte durch die weitere eingangs
genannte lehre des Hauptpatentes sichergestellt werden, dass auch bei den hier betrolfenen,
an eine Druckleitung angestauchten Nippeln mit kugelzonenförmigen rückwärtigen Abstützflächen
trotz einer verkanteten Heranführung an das Gegenstück beim anschliessenden Anziehen
der Überwurfmutter die genaue Fluchtung von selbst herbeigeführt wird. Durch eine
erfindungsgemässe Wahl der eingangs genannten Durchmesserverhältnisse und Winkelverhältnisse
ist sichergestellt, dass an den Anlagestellen des verkantet eingeführten Nippels
am Gegenstück und an der Überwurfmutter bei deren wei-terem Anziehen stets im Sinne
der Selbstausrichtung wirksame, die übliche Reibungshaftung an den Anlagekanten
überwindende Kraitkomponenten auftreten.
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Nach der empirischen Auffindung der das gesuchte Ergebnis gewährleistenden
Massnahmen hat sich in der Praxis überraschend ergeben, dass auch noch solche Nippel
mit kugelzonenförmigen rückwärtigen Abstützflächen die gewünschte Selbstausrichtungswirkung
aufweisen, deren vorgenanntes Aussendurchmesserverhaltnie und deren vorgenanntes
Winkelverhältnis die genannten Verhältniswerte nach oben und unten überschreiten.
Daraufhin ergab eine nunmehrige nähere systematische Untersuchung, dass die gewünschte
Selbstausrichtung bei den vorgenannten Nippeln stets dann gewährleistet ist, wenn
erfindungegemäss der Winkel zwischen
der zwischen Dichtkegel und
der die rückwärtige Abstütz-Kugelzone des Nippels aufnehmenden Kugel gebildeten
Durchdringungsebene und der 'i'angentenrichtung der Kugeloberfläche in einem Bereich
zwischen dL und 1,2 ut, und das Durchmesserverhältnis des Aussendurchmessers des
Nippels zum Aussendurchmesser von dessen Endstirnfläehe im bereich 1,30 # D/d #
1,65 α/ß liegt.
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Diese allgemeinere Lehre besagt, dass es einen gegenüber dem Hauptpatent
noch weit grösseren Abmessungsbereich der genannten Grössen gibt, in dem die gewünschte
Selbstausrichtung gewährleistetbleibt. Wird der Abmessungsbereich des Hauptanspruchs
erweitert, dann ist allerdings die zusätzliche, aus der vorgenannten Formel ersichtliche
Abhängigkeit zwischen den betroffenen Einflussgrössen zu beachten.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht;
es zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemässe Druckleitungsverbindung in einem Längsschnitt;
Fig. 2 ein die Bedeutung der erfindungsgemässen Formel erläuterndes Diagramm.
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Die in Fig. 1 dargestellte Druckleitungsverbindungsstelle befindet
sich am einen Ende einer Einspritzleitung 1, die beispielsweise Bestandteil des
Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine sein kann. Das dargestellte Ende der Einspritzleitung
1 weist einen angestauchten Anschlussnippel auf, der an seinem freien Ende einen
üblichen Dichtkegel 2 aufweist, dessen ruckwärtige Abstützfläche 3 an ihrem Abstützbereich
eine Kugelzone 4 bildet, die am
äusseren'Rand des Nippels in den
Dichtkegel 2 über eine Abrundungsstelle 5 übergeht.
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Der Dichtkegel 2 und der Innenkonus 6 eines Gegenstückes 7 der Verbindungsstelle
weisen beide einen Kegelwinkel von etwa 600 auf. Zur Festlegung der Einspritzleitung
1 am Gegenstück 7 dient eine Überwurfmutter 8, die mit ihrem Innengewinde auf ein
Aussengewinde 9 des Gegenstückes '7 aufschraubbar ist. Am inneren Ende ihrer axialen
Bohrung 10 ist die dberwurfmutter mit einem Abstützhohlkegel 11 mit einem Kegelwinkel
@ von ebenfalls etwa 600 versehen.
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Der Aussendurchmesser D des Nippels übersteigt den Aussendurchmesser
d von dessen Endstirnfläche um nur etwa 31. Die Durchdringungsebene 12 zwischen
der die Kugelzone 4 aufweisenden Kugelfläche 13 und der Kegeliläche des Dichtkegels
2 schliesst mit der Tangente 14 an die Kugelfläche 13 an deren Durchdringungsstelle
mit der Durchdringungsebene 12 einen Winkel ß von etwa 720 ein, was zugleich etwa
20% mehr ist als der Winkel @ , der dem halben Betrag aus der Di:ferenz von 1:eO°
und dem Kegelwinkel 8 des Abstützhohlkegels der Überwurfmutter entspricht.
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Nachstehend ist angenommen, dass die Einspritzleitung 1 in der dargestellten
Weise an das Gegenstück 7 nicht genau fluchtend herangeführt ist, und zwar aus der
axialen Richtung im Uhrzeigersinn herausgeschwenkt. Beim ersten Anziehen der £Jberwurfmutter
U kommt der Nippel am Innenkonus 6 des Gegenstückes 7 an den Stellen 14i und 15
und am Abstützhohlkegel 11 der Überwurfmutter ü lediglich an der Stelle 16 zur Anlage.
Die angestrebte Selbstausrichtung beim anschliessenden weiteren Anziehen der Überwurfmutter
3 tritt ein, wenn dabei zu den Anlagestellen 14', 16 und 15 solche von einem gemeinsamen
Punkt, gemäss Fig. 1 dem Punkt 19, im Nippel ausgehende Reaktionskraitrichtungen,
emäss Fig. 1 die
@ichtungen 17, 1@ und 20, möglich sind, die an
den Anlagestellen 14', 16 und 15 gegenüber den in der dortigen Axialschnittebene
verlaufenden Erzeugenden in der gewïnschten Ausrichtrichtung jeyjeils einen Winkel
@ bilden, der um mehr als der Gleitreibungswinkel @ grösser als 90° ist. Der Gleitreibungswinkel
@ ist im vorliegenden Fall der Reibungsanlage leicht gefetteter Stahlteile 0 au@
einander mit @ anzunemen.
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Wie aus 1'i£;. 1 hervorgeht, betragen die Winkel @1 und @2 an den
anlagestellen 16 und 14' jeweils etwa 96,50, während der Winkel an der Anlagestelle
15 etwa 99° beträgt. Wenn die Überwurfmutter @ weiter angezogen wird, ergeben sich
somit an allen drei Anlagestellen 16, 14' und 15 Kraftrichtungen 18, 17 und 20,
die alle im Sinne der Drehung des Nippels im Uhrzeigersinn wirken und infolge der
vorgenannten Grössen der Winkel @1, @2 und @3 zu einer Drehung des Nippels im Sinne
seiner Selbstausrichtung führen.
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Unter der Voraussetzung, dass an den drei Anlagestellen 16, 14' und
15 genau gleiche Gleitreibungswiderstände herrschen, werden sich in der Praxis beim
weiteren Anziehen der Überwurfmutter 8 von selbst solche Kraftrichtungen von einem
gemeinsamen Punkt im Nippel zu den drei Anlagestellen ergeben, die mit den zugeordneten
Erzeugenden alle drei gleiche Winkel J bilden. In diesem Falle wird der Punkt 19
somit etwas höher als in Fig. 1 dargestellt liegen.
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Das in Fig. 2 dargestellte Diagramm zeigt das Ergebnis einer genaueren
Untersuchung derjenigen wählbaren Nippelabmessungen, iur die sich noch die vorgenannte
gewünschte Selbstausrichtung des Nippels ergibt. Ausgehend von einem Durchmesser
d der Endstirniläche des angestauchten Nippels von 6 mm ist auf der Abszisse ein
Bereich von 7,8 bis 9,9 mm Aussendurchmesser des Nipjlels aufgetragen. Eine zweite,
zur Abszisse parallele Skala
zeigt die zugeordneten Durchmesserverhältnisse
D/d. Die Ordinate ist in Winkelgrade zwischen 90 und 120° au geteilt und zeigt den
im vorgenannten Sinne Jeweils iür alle drei lt und zeigt !, 17 und 20 gleich grossen
Winkel @ an, der sich rür eine Anzahl Nippel mit unterschiedlichem Winkelverhältnis
B/α und unterschiedlich gewähltem Durchmesserverhältnis D/d ergibt. Das Diagramm
zeigt dementsprechend vier Kurven a, b, c und d, die bei Zugrundelegung eines üblichen
Winkels α von 60° jeweils einem ß winkelverna@@nis α von 1,00, @@@@@@@@@@@@@@@@
und 1,20 entsarechen.
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Die bei einem Winkel @ von 96° parallel zur Abszisse verlaufende Gerade
@ ist im Diagramm stark ausgezogen dargestellt und gibtnach Abzug eines rechten
Winkels vom Winkel @ - den Gleitreibungswinkel @ von 65 an.
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Aus dein diagramm ist leicht ersichtlich, dass die gewünschte Selbstausrichtung
überall dort srewährleis-t-et wird, wo iür den D Nippel Werte des Durchmesserverhältnisses
d und des Winkelverhältnisses B/α gewählt werden, die oberhalb der den Gleitreibungswinkel
@ markierenden waagerechten 96°-Linie @ verlaufen. Die der Lehre des Hauptpatents
entsprechende, im Diagramm schraffiert eingezeichnete Fläche f veranschaulicht,
um wieviel grösser der in der Praxis mögliche Abmessunsbereich von Nippeln liegt,
in dem noch die gewünschte Selbstausrichtung gewährleistet ist.
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Dabei wäre es theoretisch denkbar, das Diagramm noch nach links zu
erweitern, wobei das Durchmesserverhältnis D/d weiter verkleinert wird. Da durch
eine solche Verkleinerung jedoch die Anlagefläche des Nippels im Hohlkegel des Gegenstückes
zu klein wird, kommt praktisch kein kleineres Durchrnesserv erhaltnis Dd als 1,30
in Frage.
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P a t e n t a n s p r u c h :