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Technisches
Gebiet
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Bei
Kraftstoffeinspritzsystemen für
direkteinspritzende Verbrennungskraftmaschinen kommen Kraftstoffinjektoren
zum Einsatz, welche ein oder mehrere elektrisch ansteuerbare Ventile
enthalten. So kann beispielsweise ein elektrisch ansteuerbares Magnet-
oder Piezoventil zur Steuerung eines Nadelventils und somit zur
Steuerung des Einspritzverlaufs vorgesehen sein. Weitere Ventile
können
beispielsweise für
eine Druckübersetzung
eingesetzt werden. Die elektrische Kontaktierung dieser Ventile
stellt jedoch häufig
eine Herausforderung dar.
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Da
das bzw. die elektrisch ansteuerbaren Ventile typischerweise im
Inneren eines Injektorkörpers
untergebracht sind, bereitet die elektrische Kontaktierung dieser
elektrisch ansteuerbaren Ventile erheblich technische Schwierigkeiten.
In vielen Fällen befindet
sich an der Oberseite des Injektorkörpers ein elektrischer Kontakt,
welcher mit einem entsprechenden, außerhalb des Injektorkörpers befindlichen Steuersystem
und Energieversorgungssystem verbunden werden kann. Im Inneren des
Injektorkörpers muss
dieser elektrische Kontakt mit entsprechenden Kontakten des bzw.
der elektrisch ansteuerbaren Ventile des Einspritzsystems verbunden
werden. Diese Verbindung erfolgt üblicherweise mittels flexibler
elektrischer Kabel und eines einfachen Lötprozesses.
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Dieses
Verfahren zur elektrischen Kontaktierung der elektrisch ansteuerbaren
Ventile ist jedoch mit verschiedenen Nachteilen verbunden. So ist
das Verfahren technisch sehr aufwändig, da üblicherweise die Kabel von
Hand an die entsprechenden elektrischen Kontakte angelötet werden
müssen.
Dieser Prozessschritt verursacht in der Praxis einen hohem Aufwand
und Zeitbedarf. Weiterhin ist die Verbindung zwischen den elektrisch
ansteuerbaren Ventilen und dem elektrischen Kontakt auf dem Injektorkörper nur schwer
wieder lösbar.
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Für eine Demontage
bzw. ein Zerlegen des Injektorkörpers
müssen
typischerweise die gelöteten Verbindungen
wieder abgelötet
werden. Ein derartig aufwändiger
Prozess bewirkt, dass eine Wartung der Injektoren bzw. einen Austausch
von Einzelteilen des Injektorkörpers
in vielen Fällen
unrentabel ist.
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Darstellung
der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird daher
ein Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkammer
eines Verbrennungsmotors, sowie eine Ausrichthülse zum Einsatz in einem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor
und ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors
vorgeschlagen, wobei die beschriebenen Nachteile des Standes der
Technik vermieden bzw. verringert werden. Der Kraftstoffinjektor
weist einen Injektorkörper mit
einer Injektorachse, mindestens ein in den Injektorkörper eingelassenes
elektrisch ansteuerbares Ventil sowie mindestens ein von einer Außenseite des
Injektorkörpers
zugänglichen
elektrischen Injektorkörperkontakt
auf. Mindestens eines der elektrisch ansteuerbaren Ventile soll
mindestens einen elektrischen Ventilkörperkontakt aufweisen.
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Ein
Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, für die elektrische
Verbindung zwischen dem mindestens einen Ventilkontakt und dem mindestens
einen Injektorkörperkontakt
einen Massivleiter einzusetzen, welcher sich unter Einwirkung seiner
eigenen Gewichtskraft im Gegensatz zu einem einfachen Kabel oder
Draht nicht verformt und anstelle einer Lötverbindung beispielsweise
auch über
Steckkontakte kontaktierbar ist. Leichte plastische Verformungen
des Massivleiters unter Einwirkung seiner eigenen Gewichtskraft
sowie unter zusätzlicher
Krafteinwirkung können
dabei in Kauf genommen werden, wenn die Gestalt des Massivleiters im
Wesentlichen unverändert
bleibt. Der mindestens eine Massivleiter stellt somit eine Art künstlicher
Verlängerung
der elektrischen Ventilkontakte dar.
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Dabei
besteht allerdings das Problem, dass der Massivleiter beim Zusammensetzen
des Kraftstoffinjektors zumeist durch einen oder mehrere Leiterkanäle geführt werden
muss, welche in verschiedenen Bereichen bzw. Modulen des Kraftstoffinjektors verschiedene
Neigungswinkel zur Injektorachse aufweisen können. Somit wird beispielsweise
ein Massivleiter unter einem ersten Winkel aus einem Modul hinausgeführt und
muss dann beim Hineinführen
in einen Leiterkanal eines zweiten Moduls, welcher einen von dem
ersten Neigungswinkel verschiedenen Neigungswinkel zur Injektorachse
aufweist, an diesen Neigungswinkel angepasst werden. Dadurch wird
die Montage der einzelnem Module des Kraftstoffinjektors erschwert.
Weiterhin kann die Winkelanpassung insbesondere auch beim Einstecken
des Massivleiters in einen Steckkontakt, welcher nur eine gewisse
Winkeltoleranz aufweist, zu Problemen führen. Der erfindungsgemäße Grundgedanke
zur Lösung
dieser Problematik der Winkelanpassung besteht darin, mindestens
eine Ausrichthülse
einzusetzen. Durch diese Ausrichthülse wird dem mindestens einen
Massivleiter in mindestens einem Modul ganz oder teilweise eine
vorgegebene Neigung, beispielsweise die Neigung 0°, zur Injektorachse
aufgezwungen. Somit kann beispielsweise einem Massivleiter beim
Herausführen
aus einem Leiterkanal eines Moduls der Neigungswinkel des Leiterkanals
in einem benachbarten oder eines weiteren Moduls aufgezwungen werden,
in welches der Massivleiter anschließend eingeführt wird.
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Zeichnung
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Anhand
der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1 eine
Schnittdarstellung eines Kraftstoffinjektors mit einem Magnetventil
zur Düsennadelsteuerung
und einem Massivleiter zur elektrischen Verbindung des Magnetventils
mit einem außen
liegenden Injekorkörperkontakt;
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2 das
Magnetventil mit seinen beiden elektrischen Ventilkontakten und
an den Ventilkontakten befestigten Massivleitern;
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3 eine
Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines Leitungsanschlussmoduls
zur Verdeutlichung des Problems der Anpassung des Neigungswinkels
des Massivleiters;
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4 eine
Draufsicht einer Winkelanpassung zweier Massivleiter mittels eines
Prismas;
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5 eine
Seitenansicht einer Ausrichtung eines Massivleiters mittels eines
Anschlags und eines Prismas;
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6 eine
Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines Injektorkörpers zur
Verdeutlichung der Wirkung einer Ausrichthülse;
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7 ein
Ausführungsbeispiel
einer Ausrichthülse;
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8 eine
Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines Injektorkörpers vor
dem Einstecken eines Massivleiters in einen Steckkontakt;
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9 eine
Schnittdarstellung des Ausschnitts gemäß 8 nach dem
Einstecken des Massivleiters in den Steckkontakt;
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10 einen
Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung eines Kraftstoffinjektors;
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11 eine
Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Injektorkörpers mit
einer doppelten Ausrichthülse;
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12 eine
perspektivische Darstellung der im Ausführungsbeispiel gemäß 11 dargestellten doppelten
Ausrichthülse;
und
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13 eine
perspektivische Darstellung eines Einsteckvorgangs der in 12 dargestellten doppelten
Ausrichtülse
in einen als Langloch ausgebildeten Leiterkanal in der Dichtplatte
des Ausführungsbeispiels
gemäß 11.
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Ausführungsvarianten
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In 1 ist
eine Gesamtansicht eines Injektorkörpers 110 für ein Common-Rail-Einspritzsystem dargestellt.
Der Injektorkörper 110 ist
an Trennlinien 124, 126, 128 und 130 in
im Wesentlichen fünf
Funktionsmodule 132, 134, 136, 138, 140 zerlegbar:
ein Steuermodul 132, eine Dichtplatte 134, ein
Leitungsanschlussmodul 136, ein Druckübersetzermodul 138 und
ein Düsenmodul 140.
Das Druckübersetzermodul 138 dient
im Wesentlichen dazu, einen Kraftstoffdruck, welcher von einer externen
Druckquelle beispielsweise über
einen Hochdrucksammelraum (Common Rail), an dem Kraftstoffinjektor
zur Verfügung
gestellt wird (beispielsweise 1000 bar), in einen zweiten Druck
(beispielsweise 2200 bar) zu übersetzen,
damit zwei Arbeitsdrücke
für den
Einspritzvorgang zur Verfügung
stehen.
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Weiterhin
weist der Injektorkörper 110 zwei Magnetventile 111, 112 auf:
ein im Steuermodul 132 angeordnetes erstes Magnetventil 111 zur
Steuerung der Druckübersetzung
im Druckübersetzermodul 138,
sowie ein zweites, im Düsenmodul 140 angeordnetes
Magnetventil 112 zur Steuerung des eigentlichen Einspritzvorgangs über eine
(nicht dargestellte) Ventilnadel.
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Von
erheblicher praktischer Bedeutung ist die Trennung zwischen dem
Steuermodul 132 von restlichen Injektorkörper 110 entlang
der ersten Trennlinie 124. Diese Trennbarkeit bewirkt,
dass das („trockene") Steuermodul 132 und
der unterhalb der ersten Trennlinie 124 liegende („nasse") Teil des Injektorkörpers 110 getrennt
konstruiert, gefertigt und getestet werden können, um anschließend zusammengesetzt
zu werden. Zudem lassen sich aufgrund dieser Trennbarkeit zu Wartungszwecken
beispielsweise leicht einzelne Komponenten des Injektorkörpers 110 austauschen.
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Das
Magnetventil 112 im Düsenmodul 140 ist über zwei
elektrische Ventilkontakte 114 elektrisch ansteuerbar.
Der Injektorkörper 110 weist
an seinem oberen Ende einen von oben zugänglichen elektrischen Injektorkörperkontakt 116 auf.
Die Realisierung einer Zerlegbarkeit des Injektorkörpers 110 bzw. einer
einfachen modularen Montage besteht bei der dargestellten modularen
Bauweise des Injektorkörpers 110 darin,
die Ventilkontakte 114 derart elektrisch mit dem Injektorkörperkontakt 116 zu
verbinden, dass weiterhin eine einfache Montage und Zerlegbarkeit
des Injektorkörpers
gewährleistet
ist.
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Zur
Verbindung der beiden elektrischen Ventilkontakte 114 mit
dem Injektorkörperkontakt 116 sind
in diesem Ausführungsbeispiel
zwei Leiterkanäle 120 vorgesehen,
welche sich durch die Module 138, 136 und 134 erstrecken.
Die Leiterkanäle 120 werden
dabei durch Bohrungen im Druckübersetzermodul 138,
im Leitungsanschlussmodul 136 und in der Dichtplatte 134 gebildet.
Bei zusammengesetztem Injektorkörper 110 sind
diese Bohrungen jeweils an den Trennlinien 128 und 126 bündig, so
dass sich ein einzelner durchgehender Leiterkanal 120 ergibt.
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Die
einzelnen Bohrungen des Leiterkanals 120 weisen in diesem
Ausführungsbeispiel
in den einzelnen Modulen 138, 136, 134 jeweils
einen geraden Verlauf auf. Auch ein gekrümmter Verlauf der Bohrungen
ist mit der erfindungsgemäßen Lösung realisierbar.
Die Bohrungen in den einzelnen Modulen 138, 136, 134 weisen
jedoch jeweils eine unterschiedliche Neigung zu einer Injektorachse 142 auf. Während der
Leiterkanal 120 im Druckübersetzermodul 138 eine
Neigung von 1° zur
Injektorachse 142 aufweist, beträgt die Neigung in diesem Ausführungsbeispiel
im Leitungsanschlussmodul 136 2,2°. Diese unterschiedlichen Neigungswinkel
relativ zur Injektorachse 142 sind dadurch bedingt, dass
sich der Injektorkörper 110 nach
unten hin, vom Steuermodul 132 hin zum Düsenmodul 140,
in seinem Querschnitt verjüngt.
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Die
Verbindung zwischen den beiden elektrischen Ventilkontakten 114 des
Magnetventils 112 und dem Injektorkörperkontakt 116 erfolgt
in diesem Ausführungsbeispiel
teilweise über
zwei Massivleiter 118. Die Massivleiter 118 erstrecken
sich durch die beiden Leiterkanäle 120 und
verbinden die Ventilkontakte 114 mit elektrischen Steckkontakten 122,
welche wiederum über
eine elektrische Verbindung 144 (beispielsweise zwei jeweils
an einem Ende mit einem elektrischen Steckkontakt 122 und
an einem anderen Ende mit dem Injektorkörperkontakt 116 verlöteten Kabeln)
mit dem Injektorkörperkontakt 116 verbunden
sind. Dabei sind die Massivleiter 118 fest oder lösbar mit
den Ventilkontakten 114 elektrisch verbunden, beispielsweise über eine
Schweißverbindung
oder eine Steckverbindung.
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Die
Verbindung der Massivleiter 118 mit den Steckkontakten 122 erfolgt
reversibel, so dass diese Verbindung bei der Montage des Injektorkörpers 110 durch
einfaches Hineinpressen der Massivleiter 118 in die Steckkontakte 122 erfolgen
kann. Bei einer Wartung lassen sich die Massivleiter 118 hingegen leicht
wieder aus den Steckkontakten 122 entfernen und somit der
Injektorkörper 110 ohne
Ablöten
von elektrischen Verbindungen wieder zerlegen. Die Massivleiter 118 sind
dabei steif genug gewählt,
dass sie einerseits ihre Form unter ihrem Eigengewicht nicht wesentlich
verändern
und sich somit problemlos durch die Leiterkanäle 120 mit ihren verschiedenen
Neigungen zur Injektorachse 142 hindurchfädeln und
in die Steckkontakte 122 einstecken lassen. Dabei sollten
die Massivleiter eine gewisse Plastizität aufweisen, damit auch am Übergang
zwischen Abschnitten der Leiterkanäle 120 mit verschiedenen Neigungswinkeln
keine mechanischen Spannungen auftreten. Die Bezeichnung „Massivleiter" engt die Auswahl
der Materialien nicht notwendigerweise auf Vollmaterialien ein,
sondern es lassen sich beispielsweise auch Hohlleiter (Röhren) als
Massivleiter 118 einsetzen, sofern sie eine ausreichende
mechanische Steifigkeit aufweisen.
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Insbesondere
beim Einstecken der Massivleiter 118 in die Steckkontakte 122 bzw.
beim Zusammensetzen der einzelnen Module 132, 134, 136, 138, 140 bereitet
jedoch die in den einzelnen Modulen variierende Neigung der Leiterkanals 120 Probleme. Ein
Zusammenstecken der einzelnen Module 132, 134, 136, 138, 140 erfolgt
typischerweise mittels einer Bewegung und einer Krafteinwirkung
parallel zur Injektorachse 142. Somit bereitet die Neigung
von 2,2° der
Massivleiter 118 im Leitungsanschlussmodul 136 beispielsweise
beim Einstecken der Massivleiter 118 in die Steckkontakte 122,
welche in unter 0° zur Injektorachse 142 verlaufenden
Teilstücken
der Leiterkanäle 120 im
Steuermodul 132 angeordnet sind, Schwierigkeiten. Für ein optimiertes
Einstecken der Massivleiter 118 in die Steckkontakte 122 müssten die
Massivleiter 118 parallel zur Injektorachse 142 verlaufen.
Dieses Problem ist erfindungsgemäß in diesem
Ausführungsbeispiel
dadurch gelöst,
dass den beiden Massivleitern 118 durch jeweils eine (unten
näher beschriebene)
Ausrichthülse 146 ein
paralleler Verlauf zur Injektorachse 142 aufgezwungen wird.
Anstelle zweier Aus richthülsen 146 kann
auch eine enzelne Ausrichthülse 146 eingesetzt
werden, welche beide Massivleiter 118 gleichzeitig ausrichtet.
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Die
Ausrichthülsen 146 werden
teilweise in die Leiterkanäle 120 im
Leitungsanschlussmodul 136 eingeschoben, dergestelt, dass
die Enden der Massivleiter 118 durch die Ausrichthülsen 146 geschoben werden.
Dabei wird den Enden der Massivleiter 118, welche ohne
Ausrichthülsen 146 unter
einem Neigungswinkel von 2,2° zur
Injektorachse 142 aus den Leiterkanälen 120 austreten
würden,
ein paralleler Verlauf zur Injektorachse 142 aufgezwungen.
Die Ausrichthülsen 146 ragen
nach dem Zusammensetzen der Module 134 und 136 teilweise
in die (parallel zur Injektorachse 142 verlaufenden) Leiterkanäle 120 in
der Dichtplatte 134 hinein.
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In
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Massivleiter 118 einen
Durchmesser von einem Millimeter sowie als Werkstoff CuSn6 mit einer
Brinell-Härte
zwischen 80 und 90 HB auf, welches sonst beispielsweise als Schweißzusatz eingesetzt
wird. Alternativ lassen sich jedoch beispielsweise auch CuAl8, CuAl8Ni2,
CuAl8Ni6, CuAl9Fe, CuMn13Al7, CuSi3, CuSn, Kupfer oder Neusilber
einsetzen. Diese Werkstoffe erfüllen
die oben genannten Anforderungen an die Härte und die Plastizität und sind
weiterhin auch leicht durch Schweißen mit den Ventilkontakten 114 verbindbar. Die
Härte der
Werkstoffe sollte dabei zwischen 50 und 100 HB liegen, vorzugsweise
zwischen 60 und 95 HB und besonders vorteilhaft zwischen 75 und
90 HB.
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In 2 ist
das Magnetventil 112 dargestellt sowie zwei Massivleiter 118 von
jeweils 127 mm Länge,
welche mit den Ventilkontakten 114 verbunden sind. Die
Verbindung zwischen den Massivleitern 118 und den Ventilkontakten 114 ist
in diesem Fall mit einem elektrisch isolierenden thermoplastischen Kunststoff 210 umspritzt
und daher in dieser perspektivischen Darstellung nicht sichtbar.
Als thermoplastischer Kunststoff kann neben weiteren Alternativen beispielsweise
PPS oder PA verwendet werden, insbesondere Glasfaser-gefülltes PPS
bzw. PA (z. B. PPS GF 30 oder PA 66 GF 30), wobei hierbei Glasfaserfüllung die
mechanische Stabilität
der Verbindung zusätzlich
verstärkt.
Der elektrisch isolierende thermoplastische Kunststoff 210 erhöht die Formstabilität der Verbindungen
zwischen den Ventilkontakten 114 und den Massivleitern 118.
Dadurch ist zusätzlich
sichergestellt, dass die Massivleiter 118 im Wesentlichen
ihre Ausrichtung beibehalten, was bei der Montage des Injektorkörpers 110 ein
Hindurchstecken der Massivleiter 118 durch die Leiterkanäle 120 der einzelnen
Module 138, 136, 134 und ein anschließendes Einstecken
in die Steckkontakte 122 erleichtert. Weiterhin isoliert
der thermoplastische Kunststoff 210 der Verbindungsstellen
elektrisch gegeneinander, so dass keine Kurzschlüsse zwischen den Ventilkontakten 114 auftreten
können.
Im Vergleich zu herkömmlichen Drahtverbindungen
oder Kabelverbindungen ist also die Montage der des Injektorkörpers 110 stark
vereinfacht.
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Weiterhin
sind die Massivleiter 118 in diesem Ausführungsbeispiel
weitgehend mit Schrumpfschläuchen 212 umhüllt. Die
Schrumpfschläuche 212 isolieren
die Massivleiter 118 elektrisch gegen die Wände der
Leiterkanäle 120 des
Injektorkörpers 110. Die
Schrumpfschläuche 212 sind
dabei, um Kosten zu sparen, nicht vollständig auf die Massivleiter 118 aufgeschrumpft,
sondern lediglich in einigen Abschnitten. Die Schrumpfschläuche 212 erstrecken sich
von dem elektrisch isolierenden thermoplastischen Kunststoff 210 an
aufwärts.
Alternativ zu einem Schrumpfschlauch 212 lassen sich auch
beispielsweise starre oder elastische elektrisch isolierende Kunststoffhülsen als
elektrische Isolierungen der Massivleiter 118 verwenden.
Die elektrische Isolierung, insbesondere der Schrumpfschlauch 212, endet
jedoch jeweils unterhalb der oberen Enden 214 der Massivleiter 118,
so dass die oberen Enden 214 der Massivleiter 218 nicht
elektrisch isolierend umhüllt
sind und elektrisch verbindend in die Steckkontakte 122 eingesteckt
werden können.
Auf diese Weise kann ohne einen aufwändigen Löt- oder Schweißprozess
durch einfaches Zusammenstecken der Segmente des Injektorkörpers 110 eine
elektrisch leitende Verbindung zwischen den Ventilkontakten 114 und
dem Injektorkörperkontakt 116 hergestellt
werden. Andererseits lässt
sich der Injektorkörper 110 zu Wartungszwecken
wiederum leicht demontieren, wobei die Steckverbindung 122 einfach
durch Krafteinwirkung wieder von den Massivleitern 118 getrennt wird.
Ein Ablöten
bzw. anderweitiges Trennen der Verbindung ist nicht erforderlich,
da die Verbindung reversibel ist.
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In 3 ist
eine Schnittdarstellung eines Ausschnittes des Leitungsanschlussmoduls 136 dargestellt,
anhand dessen die oben beschriebene Problematik der Anpassung der
Neigungswinkel verdeutlicht werden soll.
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Das
Leitungsanschlussmodul 136 weist einen im Wesentlichen
zylindrischen Leiterkanal 120 mit einem Durchmesser D von
2 mm auf. Dieser Leiterkanal 120 ist um einen Winkel α von 2,2° gegenüber der
Injektorachse 142 geneigt. Das Leitungsanschlussmodul 136 weist
eine Höhe
h von 40,8 mm auf und verfügt
an seinem oberen, der Dichtplatte 134 zugewandten Ende 310 über einen
ringförmigen Absatz 312.
Der Leiterkanal 120 ist auf einer Länge von x = 15 mm vom oberen,
der Dichtplatte 134 zugewandten Ende 310 auf einen
Durchmesser d von 3 mm aufgeweitet 314. Im Bereich dieser
Aufweitung 314 auf einen Durchmesser von d = 3 mm ändert sich auch
der Neigungswinkel des Leiterkanals 120 relativ zur Injektorachse 142,
da in diesem aufgeweiteten Bereich 314 der Leiterkanal 120 parallel
zur Injektorachse 142 verläuft.
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Durch
den Leiterkanal 120 erstreckt sich ein Massivleiter 118.
Der Massivleiter 118 ist mittels eines (nicht dargestellten)
Schrumpfschlauches 212 gegen das Leitungsanschlussmodul 136 elektrisch isoliert.
Das obere Ende 214 des Massivleiters 118 ragt
in diesem Ausführungsbeispiel
um h' = 10,5 mm aus
dem Leitungsanschlussmodul 136 heraus. Bedingt durch die
beschriebene Geometrie des Leiterkanals 120 kann das obere
Ende 214 des Massivleiters 118 im ungünstigsten
Fall einen Neigungswinkel β zur
Injektorachse 142 von 2,8° aufweisen. Das obere Ende 214 des
Massivleiters 118, welches weiterhin für eine leichtere Einsteckbarkeit
in die Steckkontakte 122 abgerundet ist, weist in dieser
Geometrie einen Taumelkreis mit einem Durchmesser von 3,0 mm auf.
Dieser Taumelkreis ist in seinem Durchmesser zu groß, als dass
dieser von den Steckkontakten 122 (siehe 1)
zuverlässig
aufgenommen werden könnte.
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In
den 4 und 5 ist eine mögliche Maßnahme dargestellt, mittels
derer beim Zusammenfügen
der einzelnen Module 136, 134 und 132 das
Problem der Winkelanpassung der Massivleiter 118 überwunden
werden kann. Dabei ist in 4 das Leitungsanschlussmodul 136 mit
aus den Leiterkanälen 120 herausragenden
Massivleitern 118 in Draufsicht dargestellt, in 5 in
Seitenansicht. Vor dem Zusammenstecken von Dichtplatte 134 (in 4 und 5 nicht
dargestellt) und Leitungsanschlussmodul 136 werden die
Enden 214 der Massivleiter 118 mittels eines Prismas 410 und
eines mechanischen Anschlags 412 plastisch verformt. Dazu werden
zunächst
die Massivleiter 118 nahe ihrem Austritt aus den Leiterkanälen 120 mittels
des Anschlags 412 in ihrer Position fixiert, wobei eine
Kraft gegen die Massivleiter 118 in Pfeilrichtung 414 ausgeübt wird.
Anschließend
werden die oberen Enden 214 der Massivleiter 118 in
zwei Nuten 416 des Prismas 410 eingefügt und in
Verformungsrichtung 418 mittels des Prismas 410 eine
Kraft auf die Enden 214 der Massivleiter 118 ausgeübt. Dabei
werden die Enden 214 der Massivleiter 118 plastisch
verformt, wobei sich der Neigungswinkel gegenüber der Injektorachse 142 von
zuvor γ =
2,2° auf
einen parallelen Verlauf zur Injektorachse 142 ausgerichtet.
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Das
in den 4 und 5 dargestellte Verfahren hat
den Nachteil, dass die Massivleiter 118 plastisch verformbar
sein müssen.
Außerdem
ist eine Positionierung des Prismas 410 und des Anschlags 412 apparativ
aufwendig und kann oft nur in Handarbeit erfolgen. Das dargestellte
Verfahren erweist sich also in der Praxis häufig als unzureichend.
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In
den 6 bis 9 ist daher eine bevorzugte
Anordnung beziehungsweise ein bevorzugtes Verfahren dargestellt,
bei der die Anpassung der Neigungswinkel der Massivleiter 118 mittels
zweier Ausrichthülsen 146 erfolgt.
Dabei zeigt 6 eine Schnittdarstellung des
gesamten Verlaufs des Leiterkanals 120 von den Ventilkontakten 114 bis
hin zu den Steckkontakten 122. In 7 ist eine
Schnittdarstellung einer Ausrichthülse 146 dargestellt.
In den 8 und 9 ist das Zusammenfügen des
Leitungsanschlussmoduls 136, der Dichtplatte 134 und des
Steuermoduls 132 mittels der Ausrichthülse 146 dargestellt.
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Wie
bereits oben anhand von 2 erläutert, sind in diesem Ausführungsbeispiel
zwei Massivleiter 118 mit den Ventilkontakten 114 eines
Magnetventils 112 (in 6 nicht
dargestellt) verbunden. Diese Massivleiter 118 werden in
Steckrichtung 610 nacheinander durch die Leiterkanäle 120 des
Druckübersetzermoduls 138,
des Leitungsanschlussmoduls 136, der Dichtplatte 134 und
des Steuermoduls 132 gesteckt. Dabei weisen die Leiterkanäle 120 im Bereich
des Druckübersetzermoduls 138 einen
Neigungswinkel von 1,0° zur
Injektorachse 142 auf, im Bereich des Leitungsanschlussmoduls 136 einen Neigungswinkel
von 2,2° und
im Bereich der Dichtplatte 134 und des Steuermoduls 132 einen
parallelen Verlauf zur Injektorachse 142. Die Ausrichtung der
Massivleiter 118 zwischen dem Leitungsanschlussmodul 136,
der Dichtplatte 134 und dem Steuermodul 132 erfolgt
in diesem Ausführungsbeispiel
mittels der Ausrichthülse 146,
welche in den aufgeweiteten Bereich 314 der Leiterkanäle 120 am oberen
Ende des Leitungsanschlussmoduls 136 eingesteckt ist.
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In 7 ist
exemplarisch ein Ausführungsbeispiel
einer Ausrichthülse 146 dargestellt.
Die Ausrichthülse 146 weist äußerlich
eine zylindrische Gestalt auf, wobei die Enden 710 der
Ausrichthülse 146 zur
Erleichterung eines Einfügens
der Ausrichthülse 146 in
die aufgeweiteten Bereiche 314 der Leiterkanäle 120 abgeschrägt sind.
Die Ausrichthülse 146 ist in
diesem Ausführungsbeispiel
aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff hergestellt, beispielsweise
(z. B. glasfasergefülltem)
PP oder PA66 GF35, PA66 GF 30, PPS GF35 oder PPS GF30. Alternativ
kann auch beispielsweise ein keramisches Material eingesetzt werden
kann. Weiterhin ist die Ausrichthülse 146 in diesem
Ausführungsbeispiel
spiegelsymmetrisch zu einer Spiegelebene 712. Dies erleichtert
die Montage des Kraftstoffinjektors erheblich, da so die Gefahr
einer Verwechslung der beiden Enden der Ausrichthülse 146,
welche bei asymmetrischer Ausrichthülse 146 zu einer Fehlmonatge
führen
würde,
eliminiert wird („Poka
Yoke").
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Im
Inneren der Ausrichthülse 146 befindet sich
eine Bohrung, welche rotationssymmetrisch ist zu einer Hülsenachse 714.
Die Bohrung ist unterteilt in zwei äußere Fangbereiche 716 und
einen innen liegenden Ausrichtbereich 718. Dabei weist
die Bohrung im Bereich des Fangbereichs 718 einen zylinderförmigen,
zur Hülsenachse 714 parallelen
Verlauf auf. Die Fangbereiche 716 weisen zunächst einen ersten
konischen Bereich 720 mit einem Öffnungswinkel von in diesem
Ausführungsbeispiel
30° (also einer
Wandneigung von 15° zur
Hülsenachse 714) auf.
Daran schließt
sich ein zylindrischer Bereich 722 mit einem größeren Durchmesser
als die Bohrung des Ausrichtbereichs 718 an. Hierin kann
bei eingescho benem Massivleiter 118 beispielsweise das Ende
des Schrumpfschlauchs 212 aufgenommen sein, so dass der
Massivleiter 118 durchgehend elektrisch gegenüber dem
Kraftstoffinjektor isoliert ist. An den zylindrischen Bereich 722 schließt sich
schließlich
ein zweiter konischer Bereich 724 an, welcher unmittelbar
in den Ausrichtbereich 718 mündet. In diesem zweiten konischen
Bereich 724 weist die Rohrwandung in diesem Ausführungsbeispiel
wieder einen Öffnungswinkel
von 30° (also
wiederum einen Winkel von 15° zur
Hülsenachse) 714 auf.
Wie oben beschrieben kann die Ausrichthülse 146 auch als Doppel-Ausrichthülse 146 ausgestaltet
sein, wobei beispielsweise zwei Ausrichthülsen von dem in 7 dargestellten
Ausführungsbeispiel
miteinander parallel verbunden sind, wobei jeweils die Hülsenachsen 714 derart
beabstandet sind, dass sie dem Abstand der Leiterkanäle 120 entsprechen.
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In
den 8 und 9 ist der Zusammenbau des Steuermoduls 132,
der Dichtplatte 134 und des Leitungsanschlussmoduls 138 dargestellt.
Dabei ist der Kraftstoffinjektor in 8 vor dem
Zusammenfügen
dargestellt, wobei die Dichtplatte 134 bereits auf das
Steuermodul 132 aufgesetzt wurde, die Dichtplatte 134 jedoch
noch entlang der Trennlinie 126 von dem Leitungsanschlussmodul 136 getrennt ist.
In 9 sind alls Module zusammengesetzt dargestellt.
Für den
Zusammenbau wird zunächst
der Massivleiter 118 durch die Leiterkanäle des Druckübersetzermoduls 138 (siehe 6)
und des Leitungsanschlussmoduls 136 geschoben. Der Schrumpfschlauch 212,
welcher den Massivleiter 118 elektrisch vom Injektorkörper 110 isoliert,
endet dabei an der Stelle 810. Anschließend wird die Ausrichthülse 146 in
den aufgeweiteten Bereich 314 des Leiterkanals 120 des
Leitungsanschlussmoduls 136 eingeschoben, so dass das obere
Ende 214 des Massivleiters 118 durch die Ausrichthülse 146 hindurchragt und
parallel zur Injektorachse 142 ausgerichtet wird. Die Ausrichthülse 146 ragt
dabei aus dem Leitungsanschlussmodul 136 heraus.
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Die
oberen Enden 214 der Massivleiter 118, welche
nun parallel zur Injektorachse 142 ausgerichtet sind, lassen
sich nach dieser Ausrichtung durch die Ausrichthülse 146 in Steckrichtung 610 parallel zur
Injektorachse durch die Dichtplatte 134 in die Steckkontakte 122 einstecken.
Diese Steckkontakte wiederum sind elektrisch leitend über die
elektrischen Verbindungen 144 mit dem Injektorkontakt 116 auf
der Oberseite des Kraftstoffinjektors verbunden. Beim Zusammenstecken
des Leitungsanschlussmoduls 136, der Dichtplatte 134 und
des Steuermoduls 132 wird das aus dem Leitungsanschlussmodul 136 herausragende
Ende der Ausrichthülse 146 durch den
Leiterkanal 120 der Dichtplatte 134 hindurch in den
Leiterkanal 120 des Steuermoduls 132 eingeschoben.
Weiterhin wird das obere Ende 214 des Massivleiters 118 in
den Steckkontakt 122 eingesteckt. Vor dem Zusammenbau wird
zusätzlich
jeweils ein O-Ring 812 vor die Steckkontakte 122 in
die Leiterkanäle 120 des
Steuermoduls 132 eingeschoben. Dieser O-Ring 812 verhindert,
dass Kraftstoff, insbe sondere Dieselöl, in das Steuermodul 132 eindringen
kann. Somit wird durch die O-Ringe 812 der „Nassbereich" der Module 134, 136, 138 und 140 von dem „trockenen" Steuermodul 132 abgetrennt.
Nach dem Zusammenfügen
der Module 132, 134 und 136 werden diese
Module mittels einer Überwurfmutter 814 gegeneinander
verschraubt. Zu Wartungszwecken ist diese Verschraubung und auch
die elektrische Steckverbindung des Massivleiters 118 und
des Steckkontaktes 122 leicht wieder lösbar, so dass beispielsweise
auf einfache Weise und ohne das Erfordernis eines Ablötens einzelne
Module ausgetauscht beziehungsweise überprüft werden können.
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In 10 ist
ein Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung
eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors
dargestellt. Das Verfahren ist jedoch nicht auf die dargestellten
Schritte beschränkt,
und es können
auch zusätzliche,
in 10 nicht dargestellte Verfahrensschritte, durchgeführt werden.
Weiterhin kann das Verfahren auch in einer anderen als der dargestellten
reihenfolge durchgeführt
werden. Das Verfahren lässt
sich beispielsweise anhand der in den 8 und 9 dargestellten
Anordnungen verdeutlichen.
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Zunächst wird
in einem ersten Verfahrensschritt 1010 ein erstes Modul,
beispielsweis das Steuermodul 132, des Kraftstoffinjektors
hergestellt. Das erste Modul 132 soll dabei mindestens
einen Injektorkörperkontakt 116 aufweisen.
Anschließend wird
in Verfahrensschritt 1012 ein zweites Modul hergestellt,
wobei es sich beispielsweise um das Düsenmodul 140 handeln
kann. Dieses zweite Modul 140 soll mindestens ein elektrisch
ansteuerbares Ventil 112 mit mindestens einem elektrischen
Ventilkontakt 114 aufweisen. Anschließend wird in Verfahrensschritt 1014 der
mindestens eine elektrische Ventilkontakt 114 mit mindestens
einem unter seiner eigenen Gewichtskraft im Wesentlichen formstabilen elektrischen
Massivleiter 118 verbunden. Dem mindestens einem Massivleiter 118 wird
dann in Verfahrensschritt 1016 durch mindestens einer Ausrichthülse 146 ganz
oder teilweise eine vorgebenen Neigung zur Injektorachse 142 aufgezwungen.
Anschließend werden
die beiden Module 132, 140 direkt oder indirekt
(siehe zum Beispiel 8 und 9) zu einem Injektorkörper 110 verbunden,
wobei der mindestens eine Massivleiter 118 reversibel direkt
oder indirekt (also beispielsweise über eine elektrische Verbindung 144)
in Verfahrensschritt 1018 mit dem mindestens einen Injektorkörperkontakt 116 verbunden
wird.
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Die
beschriebene Anordnung in einer ihrer Ausgestaltungen und das beschriebene
erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung der Kraftstoffinjektoren stellt eine erhebliche
Verbesserung gegenüber
herkömmlichen
Verfahren und Anordnungen, bei denen elektrische Kabel zur Verbindung
zwischen den Ventilkontakten 114 und den Injektorkörperkontakten 116 eingesetzt
werden, dar. Aufwendige Lötprozesse
und mühsames
Hindurchfüh ren
von Kabeln durch die einzelnen Module des Injektorkörpers 110 entfallen
somit. Dadurch werden die Montagen der Kraftstoffinjektoren und
auch eine entsprechende Wartung der Kraftstoffinjektoren stark vereinfacht.
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In
den 11 bis 13 ist
ein zweites Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors
in Teilschnittdarstellung dargestellt. Wiederum weist der Kraftstoffinjektor
einen Injektorkörper 110 auf,
welcher modular aufgebaut ist und entlang der Trennlinien 124, 126, 128 und 130 in
ein Steuermodul 132, eine Dichtplatte 134, ein
Leitungsanschlussmodul 136, ein Druckübersetzermodul 138 und
ein Düsenmodul 140 zerlegbar
ist. Wiederum wie schon im Ausführungsbeispiel
gemäß 1,
weist der Kraftstoffinjektor ein im Düsenmodul 140 angeordnetes
Magnetventil 112 auf, welches über zwei Ventilkontakte 114 (in 11 hintereinander
liegend) elektrisch kontaktiert werden kann. Diese Ventilkontakte 114 sind über Massivleiter 118,
welche sich wiederum durch entsprechende Leiterkanäle 120 erstrecken,
mit elektrischen Steckkontakten 122 verbunden. Im Gegensatz
zum Ausführungsbeispiel
gemäß 1 wird
in diesem Ausführungsbeispiel
gemäß 11 keine
einzelne Ausrichthülse 146 verwendet, sondern
eine doppelte Ausrichthülse 146.
Diese doppelte Ausrichthülse 146,
welche in perspektivischer Darstellung in 12 abgebildet
ist, kann die beiden Massivleiter 118 gleichzeitig ausrichten.
Vom Aufbau her ist die in 11 und 12 dargestellte
doppelte Ausrichthülse 146 ähnlich gestaltet
wie das Ausführungsbeispiel
gemäß 7,
wobei jedoch lediglich eine Hälfte
der Ausrichthülse 146 gemäß 7 eingesetzt
wird (beispielsweise die Hälfte
links der Spiegelebene 712). Statt dessen sind zwei dieser „halben" Ausrichthülsen 146 parallel
aneinander gefügt, so
dass gleichzeitig die beiden Massivleiter 118 ausgerichtet
werden. Wiederum verfügt
die Ausrichthülse 146 im
Wesentlichen über
zwei Bereiche, einen Fangbereich 716 und einen Ausrichtbereich 718.
Der Fangbereich 716 dient wiederum, wie breits im Ausführungsbeispiel
gemäß 7,
dazu, die „Einfangtoleranz", also die Toleranz
des Winkels, unter dem die Ausrichthülse 146 einen gewinkelt
zur Injektorachse 142 in die Ausrichthülse eintretenden Massivleiter 118 aufnehmen
kann, zu erhöhen.
Zu diesem Zweck weist der Fangbereich 716 wiederum einen
größeren Durchmesser
als der Massivleiter 118 auf. Weiterhin ist der Durchmesser
im Fangbereich 716 so groß, dass der Schrumpfschlauch 212 der
Massivleiter 118 in diesem Fangbereich 716 mit
aufgenommen werden kann. Der Schrumpfschlauch 212 entdet
in diesem Fangbereich 716 der Ausrichthülse 146. Somit ist
eine durchgehende Isolierung des Massivleiters 118 gegenüber dem
Injektorkörper 110 gewährleistet.
Der Ausrichtbereich 718 umfasst einen im Wesentlichen zylindrischen
Bereich, in welchem dem Massivleiter 118 eine Richtung
parallel zur Injektorachse 142 aufgezwungen wird.
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Im
Gegensatz zum Ausführungsbeispiel
gemäß 1 wird
im Ausführungsbeispiel
gemäß 11 die
Ausrichthülse 146 jedoch
nicht in das Leitungsanschlussmodul 136 eingesteckt, sondern
in einen Leiterkanal 120 in der Dichtplatte 134.
Dieser Leiterkanal 120 ist, wie in 13 dargestellt,
in diesem Fall für
beide Massivleiter als gemeinsamer Leiterkanal 120 ausgestaltet,
also in Form eines Langlochs 120. Im übrigen Bereich des Injektorkörper 110 sind
die beiden Leiterkanäle 120 der
beiden Massivleiter 118 jedoch als separate Bohrungen ausgeführt. Die
Leiterkanäle 120 weisen
in diesem Ausführungsbeispiel
im Bereich des Druckübersetzermoduls 138 eine
Neigung von 1° gegenüber der
Injektorachse 142 auf, im Bereich des Leitungsanschlussmoduls 136 eine
Neigung von jeweils 1,795° zur
Injektorachse und in der Dichtplatte 134 schließlich eine
Neigung von 0°.
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Für die Montage
des Kraftstoffinjektors gemäß 11 werden
zunächst
die Massivleiter 118 mit den Ventilkontakten 114 verbunden.
Anschließend
werden das Leitungsanschlussmodul 136 und das Druckübersetzermodul 138 miteinander
(beispielsweise durch eine Überwurfmutter)
verbunden. Dann werden das Leitungsanschlussmodul 136 und das
Druckübersetzermodul 138 gemeinsam
auf das Düsenmodul 140 aufgesetzt,
wobei die Massivleiter 118 durch die Leiterkanäle 120 des
Druckübersetzermoduls 136 und
des Leitungsanschlußmoduls 138 geschoben
werden. Anschließend
wird das Druckübersetzermodul 138 mit
dem Düsenmodul 140 verbunden,
beispielsweise wiederum durch eine Überwurfmutter.
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Unabhängig davon
wird das Steuermodul 132 für eine Verbindung mit dem Leitungsanschlußmodul 136 vorbereitet.
Zu diesem Zweck werden die O-Ringe 812, wie insbesondere
in 13 und 11 zu
sehen, in die Leiterkanäle 120 des
Steuermoduls 132 eingeschoben, so dass diese O-Ringe 812 unmittelbar
vor den Steckkontakten 122 zu liegen kommen, und diese
gegen Eindringen von Kraftstoff abdichten. Anschließend wird
die Dichtplatte 134 auf das Steuermodul 132 aufgesetzt
und mit diesem über
eine Überwurfmutter 1110 verbunden.
Anschließend
wird die doppelte Ausrichthülse 146,
wie in 13 dargestellt, in den Leiterkanal 120 (Langloch)
der Dichtplatte 134 eingesteckt. Die doppelte Ausrichthülse 146 schließt dabei
vorzugsweise bündig
mit der der zweiten Trennlinie 126 zugewandten Oberfläche der
Dichtplatte 134 ab oder kann auch leicht über diese
hinausragen. Auch eine leichte Versenkung der doppelten Ausrichthülse 146 in
die Dichtplatte 134 ist denkbar.
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Anschließend wird
das Steuermodul 132 mit aufgesetzter Dichtplatte 134 und
eingesteckter Ausrichthülse 146 auf
das Leitungsanschlußmodul 136 aufgebracht.
Dabei werden die, wie oben beschrieben, unter einem winkel von 1,795° (auch andere Winkelstellungen
sind selbstverständlich
möglich) aus
dem Leitungsanschlußmodul 136 austretenden Massivleiter 118 von
den Fangbereichen 716 der doppelten Ausrichthülsen 146 ergriffen
und von den Ausrichtbereichen 718 der doppelten Dichthülse 146 auf
einen Winkel von 0° zur
Injektorachse 142 ausgerichtet, so dass die Massivleiter 118 durch
die O-Ringe 812 in die Steckkontakte 122 eintreten
können und
dort eine, beispielsweise kraftschlüssige, elektrische Verbindung
mit den Steckkontakten 122 eingehen können, wodurch eine elektrische
Verbindung zwischen den Ventilkontakten 114 und dem Injektorkörperkontakt 116 entsteht.
Das Aufsetzen der aus Steuermodul 132 und Druckübersetzer 134 bestehenden
Einheit auf die aus dem Leitungsanschlussmodul 136, dem
Druckübersetzermodul 138 und
dem Düsenmodul 140 bestehende
Einheit folgt durch blindes Fügen,
da aufgrund des Einsatzes der doppelten Ausrichthülse 146 eine
Justage der Massivleiter 118 nicht mehr erforderlich ist.
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- 110
- Injektorkörper
- 111
- Magnetventil
im Steuermodul
- 112
- Magnetventil
im Düsenmodul
- 114
- Ventilkontakt
- 116
- Injektorkörperkontakt
- 118
- Massivleiter
- 120
- Leiterkanal
- 122
- Steckkontakte
- 124
- erste
Trennlinie
- 126
- zweite
Trennlinie
- 128
- dritte
Trennlinie
- 130
- vierte
Trennlinie
- 132
- Steuermodul
- 134
- Dichtplatte
- 136
- Leitungsanschlussmodul
- 138
- Druckübersetzermodul
- 140
- Düsenmodul
- 142
- Injektorachse
- 144
- elektrische
Verbindung
- 146
- Ausrichthülse
- 210
- elektrisch
isolierender thermoplastischer Kunststoff
- 212
- Schrumpfschlauch
- 214
- oberes
Ende der Massivleiter
- 310
- der
Dichtplatte zugewandtes Ende des Leitungsanschlussmoduls
- 312
- ringförmiger Absatz
- 314
- aufgeweiteter
Bereich des Leiterkanals 120
- 410
- Prisma
- 412
- Anschlag
- 414
- Anschlagskraft
- 416
- Nute
- 418
- Verformungsrichtung
- 610
- Steckrichtung
der Massivleiter
- 710
- abgeschrägtes Ende
der Ausrichthülse
- 712
- Spiegelebene
- 714
- Hülsenachse
- 716
- Fangbereiche
- 718
- Ausrichtbereich
- 720
- erster
konischer Bereich
- 722
- zylindrischer
Bereich
- 724
- zweiter
konischer Bereich
- 810
- Ende
des Schrumpfschlauchs
- 812
- O-Ring
- 1010
- Herstellung
eines ersten Moduls 132 mit einem Injektorkörperkontakt 116
- 1012
- Herstellung
eines zweiten Moduls 140 mit einem elektrisch ansteuerbaren
Ventil 112
- 1014
- Verbindung
eines Ventilkontaktes 114 mit einem Massivleiter 118
- 1016
- Ausrichtung
des Massivleiters 118 mit mindestens einer Ausrichthülse 146
- 1018
- Verbindung
des ersten Moduls 132 und des zweiten Moduls 140
- 1110
- Überwurfmutter