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Stand der Technik
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Bei
bisher eingesetzten Kraftstoffinjektoren werden Haltekörper, Düsenkörper, gegebenenfalls eine
anlegbare Drosselplatte sowie eine Ventilplatte eingesetzt. Die
erwähnten
Komponenten werden mit einer als Überwurfmutter gestalteten Düsenspannmutter
als Schraubverbund miteinander fixiert. Bei Aufbringung des Drehmomentes
an der Düsenspannmutter
folgt die Einleitung einer in axialer Richtung wirkenden Vorspannkraft
auf alle vorstehend beispielhaft erwähnten Komponenten.
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Im
Normalfalle stellt sich aufgrund der planen Ausbildung einander
gegenüberliegender
kontaktierender Stirnflächen
von Haltekörper,
Drosselplatte, Ventilplatte und Planseite des Düsenkörpers bei Aufbringen des definierten
Anzugsdrehmoments an der Düsenspannmutter
mit dem Aufbringen des definierten Anzugsdrehmomentes durch die
erzeugte Axialkraft die erforderliche Abdichtung ein.
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Kraftstoffinjektoren
werden mit unter einem hohen Systemdruck stehenden Kraftstoff beaufschlagt,
ungeachtet der Tatsache, ob es sich um ein mittels eines Pumpendüsensystems
beaufschlagten Injektor oder um einen Kraftstoffinjektor handelt,
der über
ein Hochdruckspeichereinspritzsystem (Common-Rail) beaufschlagt
ist. In derartigen Kraftstoffeinspritzsystemen herrschen Systemdrücke von
1600 bar und mehr, so dass die diesem Systemdruck ausgesetzten Komponenten
wie nicht zuletzt der Kraftstoffinjektor entsprechend abgedichtet
sein müssen, um
zu verhindern, dass einerseits Kraftstoff in die Umgebung austritt
und andererseits aufgrund von übermäßigen Leckageverlusten
der hydraulische Wirkungsgrad solcher Kraftstoffinjektoren in unzulässiger Weise
beeinträchtigt
wird.
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Um
den ständig
steigenden Anforderungen an die Kraftstoffinjektoren angesichts
ständig
steigender Systemdrücke
Rechnung zu tragen, ist eine Verbesserung der Abdichtung im Schraubverbund
eines Kraftstoffinjektors erforderlich.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen,
einen Kraftstoffinjektor mit einem Haltekörper, einem Düsenkörper sowie
mehreren Einlegeteilen, so zum Beispiel Drosselplatte und Ventilplatte,
so auszubilden, dass zumindest die Stirnseite, die der Ventilplatte
des Kraftstoffinjektorverbundes zuweist, zumindest eine Flächenfreisetzung
aufweist, die bei Kontakt mit der gegenüberliegenden Planseite der
Ventilplatte einer maximalen Flächenpressung
zwischen diesen einander kontaktierenden Komponenten die Aufbringung
des definierten Anzugsdrehmomentes an der Düsenspannmutter erzeugt. Durch
die mindestens eine vorgesehene Flächenfreisetzung wird ein lokales
Setzen an der Stirnfläche
sowie ein Verkippen minimiert sowie die Robustheit bei Mehrfachverschraubung
gesteigert.
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Bevorzugt
wird die mindestens eine Flächenfreilegung
an der Stirnseite eines der miteinander zu kontaktierenden Komponenten
in einer Tiefe von wenigen Zehnteln Millimeter, bevorzugt 0,2 Millimeter ausgebildet.
Dabei kann die mindestens eine Flächenfreilegung sowohl an der
Stirnfläche
des Haltekörpers
als auch an der dieser gegenüberliegenden Ventilplatte
oder auch an anderen Komponenten, die innerhalb des Schraubverbundes
axial gegeneinander verspannt werden, ausgebildet werden. Durch die
Flächenfreilegung,
die bevorzugt durch die mindestens eine Flächenfreilegung, bevorzugt in
einer Tiefe von wenigen Zehnteln Millimeter ausgebildet wird, wird
die Pressung an der verbleibenden, erhaben hervorstehenden Restfläche an der
betreffenden Stirnseite bei gleicher Axialkraft, die im Wege der Verschraubung
als Bohrvorspannkraft aufgebracht wird, wirksam erhöht. Die
mindestens eine Flachenfreilegung kann in mehreren Varianten ausgebildet werden,
bei denen anzustreben ist, eine möglichst symmetrische Form zu
erhalten und den resultierenden Flächenschwerpunkt in Bezug auf
die mindestens eine Flächenfreilegung
möglichst
nahe an die Zylinderachse des Haltekörpers zu verlagern.
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In
einer ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäß vorgeschlagenen,
an einer Kontaktfläche
des Haltekörpers
zum Beispiel auszubildenden mindestens einen Flächenfreilegung können an
der Stirnseite, unter Berücksichtigung
des Bohrbildes für Stiftbohrungen,
eine Aktorraumbohrung zur Aufnahme eines Aktors, wie zum Beispiel
eines Piezoaktors oder eines Magnetventiles, vier Flächenfreilegungen in
Kleeblattform aufgebracht werden. Unter Berücksichtigung des Bohrbildes,
d. h. des Verlaufes von Stiftbohrungen, Leckölbohrungen, Aktorraumbohrungen
sowie Hochdruckleitungen, können
diese Umfangserstreckungen zwischen 45° und 90° aufweisen, wobei diese Werte
unter Berücksichtigung
der Verläufe
der genannten Bohrungen variieren können. Durch die zum Beispiel
in der ersten Ausführungsform
in vorteilhafter Weise gewählte
Anordnung der Flächenfreilegungen
in Form eines vierblättrigen Kleeblattes
wird eine symmetrische Anordnung der Flächenfreilegungen erreicht,
wodurch der Flächenschwerpunkt
der Flächenfreilegungen
mit der Zylinderachse zum Beispiel des Haltekörpers zusammenfällt. In
der in der ersten Ausführung
dargestellten Anordnung in Form eines vierblättrigen Kleeblattes laufen
die Stiftbohrungen zum Beispiel außerhalb der Flächenfreilegungen
in der erhaben hervorstehenden Restfläche, so dass eine Gratbildung
beim Fertigungsprozess unterbleibt.
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In
einer anderen vorteilhaften Ausführungsvariante
kann in vorteilhafter Weise eine schmetterlingsförmige Anordnung von zwei sich
zum Beispiel über
170° erstreckenden
Flächenfreilegungen
erreicht werden. Diese Ausführungsvariante
stellt das Optimum bezüglich
der beiden Forderungen einer möglichst
großen
Flächenfreilegung
einerseits, der Wahrung einer möglichst
symmetrischen Anordnung der Flächenfreilegungen
andererseits dar. Gemäß der zweiten
Ausführungsvariante
verlaufen die Hochdruckbohrungen, die um 180° versetzt zueinander verlaufen,
im erhabenen Bereich außerhalb
der beiden in Schmetterlingsform angeordneten Flächenfreilegungen.
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In
den beiden genannten vorteilhaften Ausführungsformen der der Erfindung
zugrunde liegenden Lösung
ist in Bezug auf die Flächenfreilegungen gewährleistet,
dass der verbleibende, erhaben hervorstehende Kontaktbereich der
Stirnseite zum Beispiel eines Haltekörpers einer anderen Komponente des
Schraubverbundes eines Kraftstoffinjektors eine ausreichende Reststegbreite
aufweist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Anhand
der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 die
Ansicht eines Kraftstoffinjektors,
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2 einen
Schnitt durch den Haltekörper des
Kraftstoffinjektors gemäß des Schnittverlaufes II-II
in 4,
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3 einen
Längsschnitt
durch den Haltekörper
des Kraftstoffinjektors gemäß des in 4 eingetragenen
Schnittverlaufes III-III,
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4 eine
Draufsicht auf die Stirnseite des Haltekörpers,
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5 die
Draufsicht auf die erfindungsgemäß gestaltete
Stirnseite eines Haltekörpers
des Kraftstoffinjektors,
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6 eine
weitere Ausführungsform
der Gestaltung der Stirnfläche
des Haltekörpers
eines Krafststoffinjektors,
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7 eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform
der Gestaltung der Stirnfläche
des Haltekörpers eines
Kraftstoffinjektors, und
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8 eine
Ausführungsform
der Stirnfläche des
Haltekörpers
mit einer mehr als 270° überstreichenden
Flächenfreilegung.
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Ausführungsformen
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Der
Darstellung gemäß 1 ist
ein Kraftstoffinjektor zu entnehmen, der im Wesentlichen aus einer
Anzahl von miteinander einen Schraubverbund bildenden Komponenten
besteht.
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Der
in 1 dargestellte Kraftstoffinjektor 10 umfasst
einen Haltekörper 12,
in dem ein Aktor 14 untergebracht ist. Bei dem im Haltekörper 12 untergebrachten
Aktor 14 kann es sich sowohl um einen Piezoaktor als auch
um ein Magnetventil handeln. Zur Bestromung des Aktors 14 ist
im oberen Bereich des in 1 dargestellten Kraftstoffinjektors 10 ein Steckeranschluss
vorgesehen.
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Des
Weiteren ist im Haltekörper 12 des
Kraftstoffinjektors 10 ein Kopplermodul 16 aufgenommen. Der
Haltekörper
weist darüber
hinaus eine Stirnfläche 28 auf,
mit welcher der Haltekörper 12 eine
Stirnfläche 30 einer
Ventilplatte 18 kontaktiert. Unterhalb der Ventilplatte,
in der das über
das Kopplermodul 16 betätigte
Schaltventil aufgenommen ist, befindet sich eine Drosselplatte 20,
in der mindestens ein Drosselquerschnitt ausgebildet ist. Unterhalb
der Drosselplatte 20 des Kraftstoffinjektors 10 befindet
sich ein Steuerraum, durch dessen Druckentlastung bzw. Druckbeaufschlagung
ein bevorzugt nadelförmig ausgebildetes
Einspritzventilglied 24 betätigt wird. Das Einspritzventilglied 24 wiederum
ist in einem Düsenkörper 22 aufgenommen.
Der Düsenkörper 22, die
Drosselplatte 20, die Ventilplatte 18 sowie der Haltekörper 12 werden über eine
Düsenspannmutter 26 miteinander
verschraubt. Die Düsenspannmutter 26 wird
bei der Montage der obenstehend erwähnten Komponenten mit einem
definierten Anzugsdrehmoment beaufschlagt, so dass eine dem aufgebrachten Anzugsdrehmoment
unter Berücksichtung
der inneren Reibung entsprechende Axialkraft in den Schraubverbund
des Kraftstoffinjektors 10 eingeleitet wird. Neben einer
definierten in Axialrichtung wirkenden Axialkraft entsteht durch
die Vorspannung auch eine Abdichtung an den Kontaktflächen der
einzelnen Komponenten des Kraftstoffinjektors 10 zueinander.
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Die
Kontaktflächen
sind in der Darstellung gemäß 1 als
erste Dichtfuge 66 zwischen dem Haltekörper 12 und der Ventilplatte 18,
als zweite Dichtfuge 68 zwischen der Ventilplatte 18 und
der Drosselplatte 20 sowie als dritte Dichtfuge 70 zwischen
der Drosselplatte 20 und dem Düsenkörper 22 näher dargestellt.
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2 zeigt
den Schnitt durch den Haltekörper 12 des
Kraftstoffinjektors gemäß 1 entsprechend
des Schnittverlaufes II-II in 4.
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Aus
der Darstellung gemäß 2 geht
hervor, dass der Haltekörper 12 in
dieser Schnittebene eine Leckölbohrung 32 aufweist,
welche den Haltekörper 12 senkrecht
durchzieht. Oberhalb der Stirnfläche 28 an
der Unterseite des Haltekörpers 12 befindet
sich ein Gewinde 34, auf welches – wie in 1 dargestellt – der Düsenkörper 22,
die Drosselplatte 20 und die Ventilplatte 18 aufnehmende
Düsenspannmutter 26 aufgeschraubt
wird.
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3 zeigt
einen weiteren Schnitt durch den Haltekörper des Kraftstoffinjektors
gemäß des in 4 dargestellten
Schnittverlaufes III-III.
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Aus
dieser Schnittdarstellung, die vor der Längsachse des Haltekörpers 12 liegt,
geht hervor, dass der Haltekörper 12 im
oberen Bereich eine Stabfilterbohrung 40 umfasst, von der
aus eine erste Hochdruckbohrung 36 und eine zweite Hochdruckbohrung 38 ausgehen.
Die Hochdruckbohrungen 36 bzw. 38 verlaufen im
Wesentlichen parallel zu einer Aktorraumbohrung 42. Im
Aktorraum 42 kann – wie
in 1 dargestellt – der Aktor 14 aufgenommen
werden, bei dem es sich zum Beispiel um einen Piezoaktor handeln
kann.
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Auch
in der Darstellung gemäß 3 ist
die untere Stirnseite des Haltekörpers 12 durch
das Bezugszeichen 28 gekennzeichnet.
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4 zeigt
eine Draufsicht auf die Stirnseite des in 2 und 3 in
den Schnitten II-II und III-III dargestellten Haltekörpers.
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Aus 4 geht
hervor, dass an der Stirnseite 28 des Haltekörpers 12 mehrere
Bohrungen münden.
Zum einen mündet
an der Stirnfläche 28 des Haltekörpers 12 die
Aktorraumbohrung 42, in der der in 1 schematisch
dargestellte Aktor 14 eingebaut ist. Darüber hinaus
münden
im Bereich einer erhabenen Fläche 46,
welche die Kontaktfläche
beispielswei se zur Stirnfläche 30 der
Ventilplatte 18 darstellt, Stiftbohrungen 44 zur
lagerichtigen Ausrichtung des Haltekörpers 12 in Bezug
auf die Ventilplatte 18 und deren Anschlussbohrungen.
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Aus
der Draufsicht gemäß 4 geht
darüber
hinaus hervor, dass in der erhabenen Fläche 46 an der Stirnseite 28 des
Haltekörpers 12 die
beiden in 3 im Schnitt dargestellten Hochdruckbohrungen 36 und 38,
in Bezug auf einander um 180° versetzt
münden.
Schließlich
mündet
in der erhabenen Fläche
der Stirnfläche 28 des
Haltekörpers 12 die
im Schnittverlauf gemäß 2 dargestellte
Leckölbohrung 32, über welche
abgesteuerte Menge oder Rücklaufmenge
in den Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems, in welches
der Kraftstoffinjektor 10 integriert ist, zurückgefördert wird.
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In
der Darstellung gemäß 4 stellt
die erhabene Fläche 46 die
Kontaktfläche
dar, auf welcher der Haltekörper 12 im
Schraubverbund gemäß der Darstellung
in 1 die Stirnfläche 30 der
Ventilplatte 18 kontaktierend, aufsitzt.
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5 ist
eine erste Ausführungsform
der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Gestaltung der Stirnseite des Haltekörpers zu entnehmen.
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Der
Darstellung gemäß 5 ist
zu entnehmen, dass an der Stirnseite 28 mehrere Freilegungen aus 48, 50, 52, 54 ausgebildet
sind. Wie aus 5 hervorgeht, liegen die Freilegungen 48, 50, 52, 54 nahezu
kleeblattförmig
um die Aktorbohrung 42 herum. Die in der Ausführungsform
gemäß 5 dargestellten
vier lokalen Freilegungsbereiche 48, 50, 52, 54 sind
in Form eines vierblättrigen
Kleeblattes angeordnet. Die vier Flächenfreilegungen haben eine
Umfangserstreckung von 65° in
Bezug auf den ersten Freilegungsbereich 48 und den zweiten
Freilegungsbereich 50, von 90° in Bezug auf den dritten Freilegungsbereich 52 und
von 45° in
Bezug auf den vierten Freilegungsbereich 54. In den Bereichen,
in denen die ersten bis vierten Freilegungsbereiche 48 bis 54 liegen,
verbleibt eine Stegbreite 56 an einer verbleibenden Kontaktfläche 64.
Die minimale Stegbreite 56 im Bereich mindestens einer
Freilegung ist so bemessen, dass es beim Verschrauben des Schraubverbundes
des Kraftstoffinjektors 10 gemäß der Darstellung in 1 zu
keinen lokalen Setz- bzw. Verkippungserscheinungen
kommt und eine einwandfreie Montage des Kraftstoffinjektors 10 bzw.
einer einwandfreien Einleitung der Axialkraft in den Schraubverbund
gemäß des Kraftstoffinjektors 10 nach 1 gewährleistet
ist.
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Durch
die Anordnung der Freilegungsbereiche 48 bis 54 gemäß der in 5 dargestellten
ersten Ausführungsform
ist gewährleistet,
dass ein Flächenschwerpunkt 62 der
Freilegungsbereiche 48 bis 54 mit der Achse des
Haltekörpers 12 zusammenfällt. Aus
der Dar stellung gemäß 5 geht
des Weiteren hervor, dass die beiden um ca. 180° einander gegenüberliegenden
Stiftbohrungen 44 in der verbleibenden Kontaktfläche 64 münden. Dadurch
ist sichergestellt, dass die Stiftbohrungen 44 bei der
Erzeugung der Freilegungsbereiche 48 bis 54 nicht
angeschnitten werden. Dadurch unterbleibt auch eine Gratbildung
im Rahmen der Stiftbohrung 44, die höchst unerwünscht ist. Die in 5 in
Kleeblattform angeordneten Freilegungsbereiche 48, 50, 52 und 54 werden in
einer Tiefe von nur wenigen Zehnteln Millimeter in die Stirnseite 28 des
Haltekörpers 12 eingebracht. Bevorzugt
beträgt
die Tiefe, in der die Freilegungsbereiche 48, 50, 52, 54 ausgebildet
werden, lediglich 0,2 Millimeter.
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Aus
der Darstellung gemäß 6 geht
eine weitere vorteilhafte Ausführungsform
der Gestaltung der Stirnseite des Haltekörpers des Kraftstoffinjektors hervor.
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6 zeigt,
dass an der Stirnseite 28 des Haltekörpers 12 zwei annähernd symmetrisch
gegenüberliegende
Freilegungsbereiche, nämlich
der fünfte
Freilegungsbereich 58 sowie der sechste Freilegungsbereich 60 ausgebildet
sind, die jeweils einen Winkel von ca. 170° überstreichen. Die beiden einander
gegenüber
liegenden Freilegungsbereiche 58 bzw. 60 stellen
eine besonders vorteilhafte Ausführungsform
der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Gestaltung
der Stirnfläche 28 des
Haltekörpers 12 dar.
Die Forderungen einerseits, eine möglichst große Flächenfreisetzung und andererseits
eine symmetrische Anordnung derselben zu wahren, ist durch die in 6 dargestellte
Ausführungsform
und Gestaltung des fünften
Freilegungsbereiches 58 und des sechsten Freilegungsbereiches 60 in
optimaler Weise erfüllt.
Der aus den beiden Freilegungsbereichen 58 bzw. 60 resultierende
Flächenschwerpunkt 62 fällt mit
der Achse des Haltekörpers 12 des
Kraftstoffinjektors 10 gemäß der Darstellung in 1 zusammen.
Aus der Darstellung gemäß 6 geht
hervor, dass auch gemäß dieser
Ausführungsform
der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Gestaltung der Stirnfläche 28 des
Haltekörpers 12 im
Bereich des fünften
Freilegungsbereiches 58 und des sechsten Freiliegungsbereiches 60 eine
ausreichende Stegbreite 56 verbleibt, die ein Kippen bzw.
lokales Setzen beim Verschrauben des Haltekörpers 12 im Rahmen
des in 1 dargestellten Schraubverbundes des Kraftstoffinjektors 10 wirksam
vermeidet.
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Aus
der Darstellung gemäß 6 geht überdies
hervor, dass gemäß dieser
Ausführungsform – im Gegensatz
zur Ausführungsform
gemäß 5 – die Stiftbohrungen 44,
die einander gegenüberliegend
verlaufen, sowohl in den Freilegungsbereichen 58 bzw. 60 als
auch teilweise in der verbleibenden Kontaktfläche 64 münden.
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Analog
zur Darstellung gemäß 5 münden die
beiden Hochdruckbohrungen 36 bzw. 38, die zueinander
um 180° versetzt
im Haltekörper 12 verlaufen,
in der verbleibenden Kontaktfläche 64 an
der Stirnseite 28 des Haltekörpers 12.
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Die
Mündung
der Leckölbohrung 32 wiederum
mündet
im sechsten Freilegungsbereich 60, der sich an der Stirnfläche 28 des
Haltekörpers 12 in
einem Winkel von ca. 170° erstreckt.
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In
den beiden in 5 und 6 dargestellten
Ausführungsformen
des der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens ist sichergestellt,
dass die verbleibende Kontaktfläche 64 an
der Stirnfläche 28 des Haltekörpers 12 eine
minimale Stegbreite 56 aufweist, die gewährleistet,
dass beim Herstellen des Schraubverbundes, d. h. beim Aufbringen
des definierten Anzugsdrehmomentes auf die Düsenspannmutter 26,
kein lokales Setzen bzw. Verkippen einer der im Schraubverbund enthaltenen
Komponenten, in diesem Falle des Haltekörpers 12, auftritt.
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7 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
Gestaltung der Stirnfläche
des Haltekörpers.
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Aus
der Darstellung gemäß 7 geht
hervor, dass gemäß dieser
Ausführungsform
in der Stirnseite 28 des Haltekörpers 12 Flächenfreilegungen
integriert sind. Dabei handelt es sich gemäß dieser Ausführungsform
um zwei vierte Freilegungsbereiche 54, die einen Winkel
zwischen 30° und
35° der Stirnfläche 28 überstreichen,
sowie um einen fünften Freilegungsbereich 58,
der in einem Winkel zwischen 150° und
170° der
Stirnfläche 28 zur
Ventilplatte 18 ausgebildet ist. Analog zu den vorstehend
beschriebenen Ausführungsvarianten
gemäß der 5 und 6 beträgt eine
verbleibende minimale Stegbreite 56 in der Größenordnung
von einigen Millimeter, so dass ein Verkippen oder das Auftreten
von Setzerscheinungen bei Kontakt zwischen der Ventilplatte 18 und
der die mit Freilegungsbereichen versehenen Stirnfläche 28 des
Haltekörpers 12 unterbleibt.
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In
der Darstellung gemäß 7 liegt
eine andere Orientierung der Hochdruckbohrungen 36, 38,
der Leckölbohrung 32 sowie
der Stiftbohrungen 44 im Vergleich zu den Ausführungsformen
gemäß 5 und 6 vor,
was jedoch unerheblich ist.
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8 schließlich zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer Flächenfreilegung 80,
die einen Winkel von 320° in
der Stirnfläche 28 des
Haltekörpers 12 des
Kraftstoffinjektors 10 überstreicht.
Gemäß der Flächenfreilegung 80 verlaufen
die Stiftbohrungen 44 sowie die Leckbohrung 32 innerhalb
des zurückgesetzten
Bereiches, d. h. liegen tiefer als die verbleibende, erhaben hervorstehende
Kontaktfläche 64 an der
Stirnfläche 28 zur
Ventilplatte 18.
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Lediglich
die erste Hochdruckbohrung 36 und die zweite Hochdruckbohrung 38 verlaufen durch
die verbleibende Kontaktfläche 64,
nur die Stiftbohrungen 44 sind angeschnitten, d. h. liegen
einerseits mit einem Durchmesserbereich innerhalb des siebten Freilegungsbereiches 80,
der um wenige Zehntel Millimeter tiefer in der Zeichenebene gemäß 8 liegt,
als die erhaben über
diesen hervorstehende verbleibende Kontaktfläche 64. Auch gemäß der Ausführungsform
in 8 ist die minimale Stegbreite durch Bezugszeichen 56 angedeutet.