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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der
Gattung des Anspruchs 1.
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Bei
bekannten elektromagnetisch betätigbaren Brennstoffeinspritzventilen
für die Saugrohreinspritzung ist ein Ventilrohr als Grundkörper
des Brennstoffeinspritzventils aus drei Teilen gebildet. Ein Kern
und ein Ventilsitzträger sind über ein nichtmagnetisches
Zwischenteil hydraulisch dicht miteinander verbunden, wobei mindestens
zwei Füge- und Verbindungsstellen notwendig sind.
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Aus
der
DE 195 03 821
A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei dem die
Anzahl der Bauteile des Ventilrohrs verringert ist, so dass auch
die Anzahl der Verbindungs- und Fügestellen reduziert ist.
Das gesamte Ventilrohr ist aus einem magnetisch leitenden Material
hergestellt, so dass auf magnetisch nicht leitende Zwischenstücke
verzichtet werden kann. Diese Ausbildung des Gehäuses eignet sich
für viele Anwendungsfälle bei der direkten Brennstoffeinspritzung
nicht, da es im Hinblick auf die vorhandene Einbausituation zu kurz
ist und in einer Aufnahmebohrung eines Zylinderkopfes nicht gegen den
Motorraum genügend abgedichtet werden kann.
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Aus
der
DE 101 03 932
A1 ist deshalb bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt,
das sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff direkt
in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eignet, wobei besonders
in Einbausituationen, in denen im Zylinderkopf eine sehr lange Aufnahmebohrung für
das Brennstoffeinspritzventil vorgesehen ist, ein Einsatz denkbar
ist. Das Brennstoffeinspritzventil umfasst einen Düsenkörper,
der mit einem Außenpol und einem Spulengehäuse
einen Gehäusekörper bildet, eine Magnetspule,
die über eine Leitung und einen Steckkontakt elektrisch
erregbar ist, und eine zentrale Brennstoffzufuhr. Die elektrische
Leitung und die zentrale Brennstoffzufuhr sind gemeinsam in einem
das Brennstoffeinspritzventil erheblich verlängernden Adapter
angeordnet, der auf ein zulaufseitiges Ende des Gehäusekörpers
aufsteckbar und mit diesem verbindbar ist. Die festen Verbindungen
von Adapter und Gehäusekörper werden durch Schweißen
erzielt, wobei die zu verbindenden Bauteile stumpf aufeinander liegen.
Insbesondere bei großen Längen des Adapters besteht
beim Fügen und Laserschweißen die Gefahr eines
negativen Fluchtungsfehlers, wenn die Planflächen nicht
exakt rechtwinklig zur Bauteilachse stehen. Ein mögliches
Zentrieren der Bauteile zur Vermeidung solcher Fluchtungsfehler
kann dazu führen, dass keilförmige Spalte an den Anlageflächen
entstehen. Dies führt zu Problemen beim Schweißen
oder zu großem Schweißverzug wegen eines ungleichmäßigen
Spalts über den Umfang der Fügestelle.
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Offenbarung der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil,
dass auch bei großen Ventillängen, wie sie insbesondere
bei einem zentralen Einbau in einem Zylinderkopf mit sehr langer
Aufnahmebohrung für das Brennstoffeinspritzventil erforderlich
sind, auf einfache und kostengünstige Weise eine sehr gute
Zentrierbarkeit gewährleistet ist und beim Fügen
und Laserschweißen von hydraulischen Verlängerungsteilen
die Gefahr eines negativen Fluchtungsfehlers minimiert ist. Probleme beim
Schweißen oder zu großer Schweißverzug
wegen eines ungleichmäßigen Spalts in den Verbindungsbereichen
sind damit weitgehend ausgeschlossen. Die Verbindungsbereiche im
hydraulischen Anschluss sind erfindungsgemäß so
ausgestaltet, dass wenigstens eine der sich jeweils gegenüberstehenden
Stirnflächen der zu verbindenden Bauteile konvex gewölbt,
insbesondere sphärisch gewölbt mit einem konstanten
Radius ausgeführt ist. Die erfindungsgemäße
Ausführung führt zu wesentlich verbesserter Qualität
des Rundlaufs und vermeidet Probleme beim Einbau in den Zylinderkopf.
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Durch
die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch
angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
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Von
besonderem Vorteil ist es, ein hydraulisches Verlängerungsteil
als Zwischenstück zwischen einem anschlussseitigen Zulaufstutzen
und einem Funktionsteil vorzusehen, das in beiden Verbindungsbereichen
von Verlängerungsteil/Zulaufstutzen und Verlängerungsteil/Funktionsteil
jeweils mit einer konvex gewölbten Anlagefläche
ausgebildet ist.
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Bei
einer Ausbildung von korrespondierenden konvexen und konkaven Anlageflächen
von Zulaufstutzen, Verlängerungsteil und Funktionsteil
wirken durch ihre komplementäre Ausgestaltung diese Flächen
kugelschalenartig bzw. kugelgelenkartig zusammen.
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Eine
in der Herstellung kostengünstigere Variante sieht vor,
dass eine der Anlageflächen pro Verbindungsbereich eine
konische abgeschrägte Anfasung besitzt.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
Brennstoffeinspritzventil mit einem verlängerten hydraulischen
Anschluss,
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2 einen
schematischen Schnitt durch ein Brennstoffeinspritzventil gemäß 1,
wobei die Darstellungen der 1 und 2 nur
die Ventile teilweise zeigen (ohne elektrischen Aktuator, elektrischen
Anschluss und Kunststoffumspritzung)
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3 einen
vergrößerten Ausschnitt III des Brennstoffeinspritzventils
gemäß 2,
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4 einen
vergrößerten Ausschnitt IV des Brennstoffeinspritzventils
gemäß 2,
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5 eine
Teilansicht eines ersten erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
in einem Ausschnitt analog der 3,
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6 eine
Teilansicht eines ersten erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
in einem Ausschnitt analog der 4,
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7 eine
Teilansicht eines zweiten erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
in einem Ausschnitt analog der 3 und
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8 eine
Teilansicht eines zweiten erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
in einem Ausschnitt analog der 4.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In
der 1 ist ein Beispiel eines Brennstoffeinspritzventils 1 in
der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für
Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten
Brennkraftmaschinen dargestellt, das sich insbesondere durch einen
verlängerten hydraulischen Anschluss auszeichnet. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet
sich insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen
nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine. In dieser
Bauform, in der das Brennstoffeinspritzventil 1 besonders
für den zentralen Einbau in einer vergleichsweise langen
Aufnahmebohrung eines nicht dargestellten Zylinderkopfes geeignet
ist, besteht das Brennstoffeinspritzventil 1 aus drei wesentlichen
Komponenten für die hydraulische Durchflussstrecke, die
zusammen ein metallisches Ventilinnenrohr bilden: einem hydraulischen Zulaufstutzen 10,
einem hydraulischen Verlängerungsteil 11 und einem
Funktionsteil 12, das ebenfalls über seine Länge
den Brennstoffdurchfluss ermöglicht.
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2 zeigt
einen schematischen Schnitt durch das teilweise dargestellte Brennstoffeinspritzventil 1 gemäß 1,
wobei die Darstellungen der 1 und 2 das
Brennstoffeinspritzventil 1 jeweils nur bzgl. ihrer hydraulisch
relevanten Bauteile zeigen, also ohne elektrischen Aktuator, elektrischen Anschluss, äußeres
Magnetbauteil und Kunststoffumspritzung. Die wesentlichen Bauteile
im Funktionsteil 12 des Brennstoffeinspritzventils 1 sind
im Folgenden nur kurz beschrieben.
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Das
Brennstoffeinspritzventil 1 besteht aus einem Düsenkörper 2,
in welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 steht
mit einem Ventilschließkörper 4 in Wirkverbindung,
der mit einer an einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten
Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt.
Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im
Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes
Brennstoffeinspritzventil 1, welches über wenigstens
eine Abspritzöffnung 7 verfügt. Der Düsenkörper 2 bildet durch
seine langgestreckte Hülsenform das Gehäuse einer
Hydraulikpatrone für das Funktionsteil 12. Der elektromagnetische
Kreis umfasst u. a. eine nicht dargestellte Magnetspule, die z.
B. auf einen Spulenträger gewickelt ist, der wiederum in
einem äußeren, auf das Funktionsteil 12 aufschiebbaren
Kunststoffteil eingebettet ist. Ein Innenpol 13 ist in
der inneren Längsöffnung des Düsenkörpers 2 eingebracht.
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Auf
der Ventilnadel 3 ist ein Anker 20 axial beweglich
angeordnet. Dieser ist im unerregten Zustand von einem oberen Flansch,
welcher durch eine Schweißnaht fest mit der Ventilnadel 3 verbunden
ist, durch einen Vorhubspalt beabstandet. Auf dem oberen Flansch
stützt sich eine Rückstellfeder 23 ab, welche
in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch
eine Einstellhülse 24 auf Vorspannung gebracht
wird, wobei mit Hilfe der Einstellhülse 24 die
Federvorspannung der Rückstellfeder 23 eingestellt
wird.
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Die
axial bewegbare Ventilnadel 3 wird in einem oberen und
einem unteren Führungsbereich geführt. Die obere
Führung wird vom Anker 20 in der inneren Öffnung
des Düsenkörpers 2 übernommen, während
die untere Führung durch den Ventilschließkörper 4 in
einem Führungselement 25 erfolgt. Im Innenpol 13,
im Anker 20 und an dem Führungselement 25 verlaufen
Brennstoffkanäle, durch die Brennstoff bis hin zu den Abspritzöffnungen 7 strömen
kann. Die Brennstoffzufuhr in das Funktionsteil 12 erfolgt über
ein gestuftes Zulaufteil 26, das z. B. mittels Schweißen
an dem Düsenkörper 2 befestigt ist. Im
Inneren des Zulaufteils 26 kann beispielsweise ein Filterelement 27 angeordnet
sein. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 am
Düsenkörper 2 gegen einen nicht dargestellten
Zylinderkopf abgedichtet.
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An
der Ventilnadel 3 ist noch ein unterer Flansch angeordnet,
der den axialen Bewegungsweg des Ankers 20 begrenzt und
der ebenfalls über eine Schweißnaht fest mit der
Ventilnadel 3 verbunden ist. Bei dieser Ausführung
kann der Anker 20 gegenüber der Ventilnadel 3 eine
Relativbewegung vollführen, die als Ankerfreiweg bezeichnet
wird und der Vermeidung von Prellern der Ventilnadel 3 an
der Ventilsitzfläche 6 dient. Im Ruhezustand des
Brennstoffeinspritzventils 1 wird die Ventilnadel 3 von
der Rückstellfeder 23 entgegen ihrer Hubrichtung
so beaufschlagt, dass der Ventilschließkörper 4 an
der Ventilsitzfläche 6 in dichtender Anlage gehalten
wird. Bei Erregung der Magnetspule 10 baut diese ein Magnetfeld
auf, welches den Anker 20 zunächst in Hubrichtung
bewegt, wobei der Vorhub bzw. der Ankerfreiweg durch den Vorhubspalt
vorgegeben ist. Nach Durchlaufen des Vorhubs wird der Anker 20 entgegen
der Kraft der Rückstellfeder 23 an den Innenpol 13 des
Magnetkreises gezogen, wobei der Anker 20 den oberen Flansch 21 mitnimmt,
wodurch die Ventilnadel 3 ebenfalls in Hubrichtung mitgenommen
wird. Der mit der Ventilnadel 3 in Verbindung stehende Ventilschließkörper 4 hebt
von der Ventilsitzfläche 6 ab, und der über
die Brennstoffkanäle zugeführte Brennstoff wird
durch die wenigstens eine Abspritzöffnung 7 abgespritzt.
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Wie
zuvor bereits erwähnt, besteht das Brennstoffeinspritzventil 1 aus
drei wesentlichen Komponenten für die hydraulische Durchflussstrecke.
Dabei sind dem Funktionsteil 12 stromaufwärts die
beiden Komponenten hydraulischer Zulaufstutzen 10 und hydraulisches
Verlängerungsteil 11 vorgebaut, die das gesamte Brennstoffeinspritzventil 1 damit
beispielsweise auf eine Länge bringen, die der doppelten
bis dreifachen Länge des klassischen Funktionsteils 12 entspricht.
Eine solch lange Ausführung eines Brennstoffeinspritzventils 1 kann
bei einem zentralen Einbau in einer Aufnahmebohrung eines Zylinderkopfes
für die Direkteinspritzung erforderlich sein. Der hydraulische
Zulaufstutzen 10 weist einen zulaufseitigen Anschlussabschnitt 30 auf,
der dem hydraulischen Anschluss des Brennstoffeinspritzventils 1 an
einem Anschlussstutzen einer nicht gezeigten Brennstoffverteilerleitung,
an einer Schlauchleitung oder an einer Metallleitung dient. Der
Anschlussabschnitt 30 kann z. B. mit einem Gewinde versehen
sein. Das hydraulische Verlängerungsteil 11 ist
ein metallisches Rohr, das in idealer Weise einen konstanten Innen-
und Außendurchmesser aufweist und insofern sehr einfach
und kostengünstig herstellbar ist. Das Verlängerungsteil 11 dient
dabei der Weiterleitung des über den Zulaufstutzen 10 eingetretenen
Brennstoffs zum Funktionsteil 12 hin. Außerdem
kann das Verlängerungsteil 11 auch Axialkräfte
zum Niederhalten des Brennstoffeinspritzventils 1 übertragen.
Die drei Komponenten 10, 11, 12 der hydraulischen
Durchflussstrecke sind dabei jeweils mittels einer Schweißnaht 32, 33 fest
und dicht miteinander verbunden.
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In
den 2 bis 4 ist eine Lösung eines dreiteiligen
Ventilinnenrohres dargestellt, bei dem entsprechend bekannter Schweißverbindungen
die Komponenten 10, 11, 12 mit ihren
ebenen Stirnflächen plan und stumpf aneinander liegen. 3 zeigt dabei
einen vergrößerten Ausschnitt III des Brennstoffeinspritzventils
gemäß 2 mit dem ersten Verbindungsbereich
und der Schweißnaht 32, 4 einen
vergrößerten Ausschnitt IV des Brennstoffeinspritzventils
gemäß 2 mit dem zweiten Verbindungsbereich
und der Schweißnaht 33. Insbesondere bei großen
Längen des Verlängerungsteils 11 besteht
beim Fügen und Laserschweißen die Gefahr eines
negativen Fluchtungsfehlers, wenn die Planflächen nicht
exakt rechtwinklig zur Bauteilachse stehen. Ein mögliches
Zentrieren der Komponenten 10, 11, 12 zur
Vermeidung solcher Fluchtungsfehler kann dazu führen, dass
keilförmige Spalte an den Anlageflächen entstehen.
Dies führt zu Problemen beim Schweißen oder zu
großem Schweißverzug wegen eines ungleichmäßigen
Spalts über den Umfang der Fügestelle.
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Um
diese negativen Folgen der zuvor beschriebenen konstruktiven Ausführungen
zu vermeiden, sind die Verbindungsbereiche erfindungsgemäß ausgestaltet.
Wenigstens eine der sich jeweils gegenüberstehenden Stirnflächen
der Bauteile hydraulischer Zulaufstutzen 10, hydraulisches
Verlängerungsteil 11 und Funktionsteil 12 ist
dabei gewölbt bzw. sphärisch mit einem konstanten
Radius ausgeführt.
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5 zeigt
eine Teilansicht eines ersten erfindungsgemäßen
Brennstoffeinspritzventils 1 in einem Ausschnitt analog
der 3, während in 6 eine Teilansicht
eines ersten erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 in
einem Ausschnitt analog der 4 dargestellt
ist. Der hydraulische Zulaufstutzen 10 ist mit seiner dem
Verlängerungsteil 11 zugewandten Anlagefläche
konkav, insbesondere sphärisch konkav ausgebildet; die
dem Zulaufstutzen 10 zugewandte Anlagefläche des
Verlängerungsteils 11 hingegen ist konvex, insbesondere
sphärisch konvex ausgebildet. Auf diese Weise ergibt sich
ein Verbindungsbereich, bei dem die beiden korrespondierenden Anlageflächen
durch ihre komplementäre Ausgestaltung kugelschalenartig
bzw. kugelgelenkartig aneinanderliegen und in dem nachfolgend eine
Schweißnaht 32 angebracht werden kann. Das Funktionsteil 12 ist
mit seiner dem Verlängerungsteil 11 zugewandten
Anlagefläche sphärisch konkav ausgebildet; die
dem Funktionsteil 12 zugewandte Anlagefläche des
Verlängerungsteils 11 hingegen ist wiederum sphärisch
konvex ausgebildet. Auch hier wirken die korrespondierenden Anlageflächen
durch ihre komplementäre Ausgestaltung kugelschalenartig
bzw. kugelgelenkartig zusammen.
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Durch
diese erfindungsgemäße Ausbildung der Anlageflächen
der Komponenten 10, 11, 12 ist ein Ausrichten
der Komponenten 10, 11, 12 über
ein Kugelgelenk möglich, ohne dass ein ungleichmäßiger
Spalt im Verbindungsbereich entsteht, der beim Schweißen
die oben beschriebenen Nachteile mit sich bringt. In der Fertigung
kann die Montage derart erfolgen, dass die beiden Teile hydraulischer
Zulaufstutzen 10 und hydraulisches Verlängerungsteil 11 zuerst
gefügt und miteinander verschweißt werden. Dabei
werden beide Komponenten 10, 11 mittels einer
geeigneten Vorrichtung zueinander ausgerichtet und in dieser ausgerichteten
Stellung festgehalten, in der sie dann verschweißt werden.
Nachfolgen wird das so entstandene Bauteil aus den Komponenten 10, 11 an
das Funktionsteil 12 gefügt und zueinander zentriert.
Das Ausrichten der beiden Längsachsen der Bauteile zueinander
ist über die kugelgelenkartigen Anlageflächen
möglich, ohne dass an den Anlageflächen ein Spalt
entsteht.
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7 zeigt
eine Teilansicht eines zweiten erfindungsgemäßen
Brennstoffeinspritzventils 1 in einem Ausschnitt analog
der 3, während in 8 eine Teilansicht
eines zweiten erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 in
einem Ausschnitt analog der 4 dargestellt
ist. Der hydraulische Zulaufstutzen 10 ist an seiner dem
Verlängerungsteil 11 zugewandten Anlagefläche
kegelförmig, und zwar in Strömungsrichtung gesehen
konisch sich erweiternd, ausgebildet; die dem kegelförmig,
und zwar in Strömungsrichtung gesehen konisch sich erweiternd,
zugewandte Anlagefläche des Verlängerungsteils 11 hingegen
ist sphärisch konvex ausgebildet. Auf diese Weise ergibt
sich ein Verbindungsbereich, bei dem die beiden korrespondierenden
Anlageflächen weitgehend linienartig aneinanderliegen und
in dem nachfolgend eine Schweißnaht 32 angebracht
werden kann. Das Funktionsteil 12 ist mit seiner dem Verlängerungsteil 11 zugewandten
Anlagefläche kegelförmig, und zwar in Strömungsrichtung
gesehen konisch sich verjüngend, ausgebildet; die dem Funktionsteil 12 zugewandte
Anlagefläche des Verlängerungsteils 11 hingegen
ist wiederum sphärisch konvex ausgebildet. Auch hier wirken
die korrespondierenden Anlageflächen durch ihre Ausgestaltung
weitgehend in einer Linienberührung zusammen.
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Die
jeweiligen konischen Anlageflächen am Zulaufstutzen 10 und
am Funktionsteil 12 sind mit dem Fasenwinkel α gekennzeichnet.
Die Berührlinien der beiden jeweiligen Komponenten 10, 11 und 11, 12 können
z. B. ca. in der Mitte der Wandstärke liegen. Der Radius
der konvexen Anlageflächen soll so gewählt werden,
dass sich auf beiden Seiten der Berührlinien nur minimal
kleine Spalte ergeben, die keinen störenden Einfluss beim
Schweißen haben. Auch bei dieser Lösung ist die
gewünschte Zentrierwirkung vorhanden. Die konischen Anfasungen
an den Anlageflächen der Komponenten Zulaufstutzen 10 und
Funktionsteil 12 lassen sich besonders einfach und kostengünstig
herstellen.
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Das
hydraulische Verlängerungsteil 11 kann auch anstelle
der sphärisch konvexen Anlageflächen mit konisch
verlaufenden Anlageflächen versehen sein, die dann jedoch
an jeweils sphärisch konvex ausgebildeten Anlageflächen
der zu verbindenden Komponenten hydraulischer Zulaufstutzen 10 und Funktionsteil 12 anliegen.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt und auch für andere Formen von Brennstoffeinspritzventilen 1 anwendbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19503821
A1 [0003]
- - DE 10103932 A1 [0004]