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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Aktor, der sich an einem Aktorfuß abstützt, der mindestens ein Durchgangsloch umfasst, durch das sich eine elektrische Leitung hindurch erstreckt, und mit einer Hochdruckabdichtung in einem Ringraum zwischen der Leitung und dem Durchgangsloch. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einer derartigen Anordnung.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2005 039 911 A1 ist eine Anordnung mit einem Piezoaktor, mit einem Aktorfuß und einem Anbindeteil bekannt, in das zur elektrischen Isolation von Leitern Keramik- oder Kunststoffbuchsen eingepresst werden. Ein Ausspritzen mit einem Kunststoff oder einem weiteren Keramikteil ist ebenfalls möglich sowie ein Eintauchen einer isolierenden Leitungsummantelung in die Aussparungen zur Aufnahme der Leiter sowie deren Umspritzung mit Kunststoff.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Abdichtung zwischen dem Aktorfuß und den elektrischen Leitungen bei einer Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beziehungsweise einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10 zu verbessern.
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Die Aufgabe ist bei einer Anordnung mit einem Aktor, der sich an einem Aktorfuß abstützt, der mindestens ein Durchgangsloch umfasst, durch das sich eine elektrische Leitung hindurch erstreckt, und mit einer Hochdruckabdichtung in einem Ringraum zwischen der Leitung und dem Durchgangsloch, dadurch gelöst, dass die Hochdruckabdichtung einen Metallring umfasst, der teilweise mit Kunststoff ummantelt ist. Bei dem Aktor handelt es sich vorzugsweise um einen Piezoaktor. Der Aktorfuß kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein. Der Aktorfuß ist vorzugsweise aus Stahl gebildet. Der Metallring dient dazu, die Hochdruckabdichtung aus Kunststoff so in dem Aktorfuß zu positionieren und fixieren, dass im Betrieb über die Lebensdauer des Aktors eine definierte Verpressung aufrechterhalten wird. Die Kombination der Hochdruckabdichtung aus Kunststoff mit dem Metallring liefert den Vorteil, dass die Hochdruckabdichtung auch bei einer im Betrieb auftretenden Erwärmung sicher in ihrer gewünschten Lage gehalten wird. Der Metallringwerkstoff ist vorzugsweise an den Werkstoff angepasst, aus dem der Aktorfuß gebildet ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass sich der Aktorfuß und der Metallring beim Erwärmen und Abkühlen gleich ausdehnen beziehungsweise zusammenziehen. Durch die Ummantelung mit dem Kunststoff wird eine Isolation zwischen dem Metallring und dem stromführenden elektrischen Leiter sichergestellt. Das Durchgangsloch ist vorzugsweise als Bohrung, insbesondere als abgesetzte Bohrung, ausgeführt.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Metallring in das Durchgangsloch eingepresst ist. Dadurch wird ein unerwünschtes Verrutschen des Metallrings mit der Kunststoffummantelung in dem Ringraum sicher verhindert.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Metallring einen in seiner Grundform rechteckigen Querschnitt aufweist. Der Außendurchmesser des Metallrings ist an den Innendurchmesser des Durchgangslochs angepasst beziehungsweise in diesen eingepresst. Im Rahmen der Erfindung sind konstruktive Abweichungen von der rechteckigen Grundform möglich.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffummantelung des Metallrings einen in seiner Grundform U-förmigen Querschnitt aufweist. Der U-förmige Querschnitt umfasst eine Basis, die zwischen dem Metallring und dem elektrischen Leiter angeordnet ist und von der zwei Schenkel ausgehen, die den Metallring umgreifen. Die beiden Schenkel des U-förmigen Querschnitts erstrecken sich von der Basis zum Aktorfuß im Wesentlichen in radialer Richtung. Der Begriff radial bezieht sich auf eine Längsachse der Anordnung.
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Die oben angegebene Aufgabe ist bei einer Anordnung mit einem Aktor, der sich an einem Aktorfuß abstützt, der mindestens ein Durchgangsloch umfasst, durch das sich eine elektrische Leitung hindurch erstreckt, und mit einer Hochdruckabdichtung in einem Ringraum zwischen der Leitung und dem Durchgangsloch, auch dadurch gelöst, dass zwischen einem Führungsschuh und einem Pressschuh zur Hochdruckabdichtung ein Dichtelement in dem Ringraum zwischen der Leitung und dem Durchgangsloch verformt ist. Bei dem Aktor handelt es sich vorzugsweise um einen Piezoaktor. Der Aktorfuß kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein. Der Aktorfuß ist vorzugsweise aus Stahl gebildet. Der Führungsschuh dient dazu, einen Verband aus Führungsschuh, Pressschuh und Dichtelement in den Ringraum zwischen der Leitung und dem Durchgangsloch einzuführen. Darüber hinaus dient der Führungsschuh dazu, ein unerwünschtes Austreten des Dichtelements zu verhindern. Der Führungsschuh ist vorzugsweise nicht als Pressverband zu der elektrischen Leitung und dem Aktorfuß ausgebildet, um die Montagekräfte gering zu halten. Der Pressschuh ist so ausgelegt, dass er mit relativ geringen Montagekräften in den Ringraum zwischen der elektrischen Leitung und dem Durchgangsloch eingepresst werden kann. Der Pressschuh dient dazu, das Dichtelement zwischen dem Führungsschuh und dem Pressschuh zusammenzupressen und somit in dem Ringraum zwischen der Leitung und dem Aktorfuß vorzuspannen beziehungsweise plastisch und/oder elastisch zu verformen. Dabei wird der Führungsschuh gegen eine Schulter oder einen Absatz gepresst, die beziehungsweise der in Richtung der Längsachse des Durchgangslochs einen Längsanschlag für den Führungsschuh darstellt. Durch das Verpressen und die axiale Fixierung in dem Ringraum kann eine gleich bleibende Vorspannung des Dichtelements über die Lebensdauer des Aktors erreicht werden. Das Dichtelement wird beim Verpressen durch Stauchen radial so verformt, dass das Dichtelement sowohl dichtend an der Leitung als auch dichtend an dem Aktorfuß zur Anlage kommt. Das Durchgangsloch ist vorzugsweise als Bohrung, insbesondere als abgesetzte Bohrung oder konische Bohrung, ausgeführt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsschuh und der Pressschuh als Ringkörper ausgeführt sind. Der Führungsschuh und der Pressschuh können zum Beispiel einen L-förmigen Querschnitt aufweisen. An dem Führungsschuh und dem Pressschuh können auch Fixiernasen zur Fixierung des Dichtelements vorgesehen sein.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement als Ringkörper ausgeführt ist. Das Dichtelement kann zum Beispiel einen T-förmigen oder U-förmigen Querschnitt aufweisen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Pressschuh, der Führungsschuh und das Dichtelement zur einfacheren Montage verliersicher miteinander verbunden sind. Der verliersichere Verband oder Verbund kann zum Beispiel durch Verkleben, Vulkanisieren, Umspritzen oder Verstemmen erreicht werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Pressschuh und der Führungsschuh aus einem Kunststoffmaterial gebildet sind, das eine geringe Wärmedehnung und eine hohe Härte besitzt und/oder eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist beziehungsweise sich elektrisch neutral verhält. Der Führungsschuh und der Pressschuh begrenzen in axialer Richtung einen Zwischenraum, in dem das Dichtelement angeordnet ist und zusammengepresst wird. Die Querschnitte des Pressschuhs und des Führungsschuhs sind so gewählt, dass ein unerwünschtes Herausdrücken des Dichtelements aus dem Zwischenraum bei der Montage und dem Betrieb des Aktors sicher verhindert wird. Der Führungsschuh und der Pressschuh verhalten sich im Betrieb elektrisch neutral.
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Bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in einem Brennraum einer Brennkraftmaschine ist die vorab angegebene Aufgabe durch eine vorab beschriebene Anordnung gelöst. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Dichtelements zwischen dem Pressschuh und dem Führungsschuh kann im Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung eine unerwünschte Mikrobewegung des Dichtelements, die zu einer Pressungsverringerung führen könnte, verhindert werden. Dadurch kann ein unerwünschter Durchtritt von Feuchtigkeit an der Schnittstelle zwischen der elektrischen Leitung und dem Aktorfuß sicher verhindert werden. Das kann alternativ oder zusätzlich mit dem Metallring erreicht werden, der teilweise mit Kunststoff ummantelt ist und sich elektrisch neutral verhält.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch einen herkömmlichen Piezoaktor zur Steuerung einer Düsennadel in Kraftstoffeinspritzsystemen zur Erläuterung des prinzipiellen Aufbaus und die
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2–8 jeweils einen Ausschnitt im Bereich einer Hochdruckabdichtung zwischen einer elektrischen Leitung und einem Durchgangsloch in teilweise vereinfachter Darstellung und im Längsschnitt gemäß sechs verschiedenen Ausführungsbeispielen.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist ein prinzipieller Aufbau einer Anordnung mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 gezeigt, die beispielsweise zur Nadelhubsteuerung im Einspritzsystem für Kraftstoff bei einem Verbrennungsmotor eingesetzt werden kann. Im oberen Teil ist ein Haltekörper 2 vorhanden, der in seinen geometrischen Abmessungen im Wesentlichen an den spezifischen Einsatzort angepasst werden kann. Es ist ein Steckerteil 3 zu erkennen, durch das mit einer ebenfalls spezifisch an den Anwendungsfall angepassten Steckerausführung die elektrische Spannung und Stromstärke für die Steuerung eines Aktors, insbesondere eines Piezoaktors 5, angeschlossen werden kann. Die Führung der elektrischen Leitung und eine eventuelle Zuführung des mit dem Piezoaktor 5 zu steuernden Kraftstoffs im Haltekörper 2 ist hierbei nicht zu erkennen und für die Funktion der Erfindung auch nicht wesentlich.
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In einem Innenraum 4 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 ist der Piezoaktor 5 angeordnet, der bei einer Betätigung über eine sich hier senkrecht unterhalb befindliche mechanische Anordnung mit einem Koppler 6 auf eine Düsennadel 7 derart wirkt, dass hier eine Freigabe einer Düsenöffnung 8 erfolgen kann. Ein im Inneren der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 durch den Innenraum 4 geführter Kraftstoff kann somit in den Brennraum eines hier nicht dargestellten Verbrennungsmotors injiziert werden.
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Der Piezoaktor 5 liegt nach der 1 über einen Aktorfuß 9 oben an einem balligen Dichtsitz im Innenraum 4 an, wobei der Piezoaktor zur Bewirkung eines guten Dichtsitzes mit einer Feder 10 angedrückt wird. Insbesondere bei den eingangs erwähnten Common-Rail-Systemen ist hier eine Hochdruckabdichtung zu einem elektrischen Anschlussraum 11 notwendig, durch den zwei hier schematisch angedeutete elektrische Leitungen 12 und 13 an den Piezoaktor 5 geführt sind.
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In den 2 bis 6 ist jeweils eine Anordnung 20; 30; 40; 60; 70 im Bereich eines Aktorfußes 21; 41; 61 vereinfacht im Längsschnitt dargestellt. Die Anordnung 20; 30; 40; 60; 70 stellt einen Ausschnitt der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 aus 1 dar. Der Aktorfuß 21; 41; 61 ist einteilig als Stahlteil ausgeführt und mit jeweils einem Durchgangsloch 22; 32; 42; 62 ausgeführt, durch das eine elektrische Leitung 23; 33; 43; 63 hindurch geführt ist. Die elektrische Leitung 23; 33; 43; 63 ist ganz oder teilweise mit einer Kunststoffisolierung 25 versehen. Die Durchgangslöcher 22; 32; 42; 62 sind vorzugsweise als Bohrungen ausgeführt, insbesondere als abgesetzte Bohrungen.
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Zwischen der elektrischen Leitung 23; 33; 43; 63 und dem Durchgangsloch 22; 32; 42; 62 ist ein Ringraum 24; 38; 48; 68; 78 ausgebildet, in welchem eine Hochdruckabdichtung angeordnet ist, um die Schnittstelle zwischen der elektrischen Leitung 23; 33; 43; 63 und dem Aktorfuß 21; 41; 61 hochdruckfest abzudichten. Die Hochdruckabdichtung soll einen unerwünschten Durchtritt von Wasser und/oder elektrisch leitenden Medien, wie Diesel, beziehungsweise Flüssigkeit oder Feuchtigkeit zwischen der elektrischen Leitung 23; 33, 43; 63 und dem Durchgangsloch 22; 32; 42; 62 beziehungsweise dem Aktorfuß 21; 41; 61 verhindern.
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Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Hochdruckabdichtung eine Dichtbuchse 26 aus Kunststoff und eine zusätzliche Hochdruckabdichtung 27. Die Dichtbuchse 26 ist im Wesentlichen als Ringkörper aus Kunststoff ausgeführt. Die zusätzliche Hochdruckabdichtung 27 ist als Zweikomponenten-Pressscheibe mit einem Metallring 28 und einer Kunststoffkomponente 29 ausgeführt.
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Der Metallring 28 hat einen rechteckigen Querschnitt und ist in das Durchgangsloch 22 eingepresst. Durch das Verpressen des Metallrings 28 in dem Aktorfuß 21 wird ein unerwünschtes Verrutschen der zusätzlichen Hochdruckabdichtung 27 im Betrieb, insbesondere bei Abkühlung und/oder Erwärmung verhindert. Der Werkstoff des Metallrings 28 ist an den Werkstoff angepasst, aus dem der Aktorfuß 21 gebildet ist. Dadurch wird eine gleiche Wärmedehnung von Aktorfuß 21 und Metallring 28 sichergestellt.
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Durch die Kunststoffkomponente 29, mit der der Metallring 28 teilweise ummantelt ist, wird die elektrische Leitung 23 gegenüber dem Aktorfuß 21 isoliert. Die Kunststoffkomponente 29 hat einen U-förmigen Querschnitt, der den Metallring 28 so umgreift, dass ein Kontakt zwischen dem Metallring 28 beziehungsweise dem Aktorfuß 21 und der elektrischen Leitung 23 sicher verhindert wird. Durch die zusätzliche Hochdruckabdichtung 27 wird des Weiteren die Dichtbuchse 26 in ihrer dargestellten Position gehalten.
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Bei den in den 3 bis 6 dargestellten Anordnungen 30; 40; 60; 70 umfasst die Hochdruckabdichtung jeweils einen Führungsschuh 34; 44; 64; 74 und einen Pressschuh 35; 45; 65; 75. Zwischen dem Pressschuh und dem Führungsschuh ist jeweils ein Dichtelement 36; 46; 66; 76 angeordnet.
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Der Führungsschuh 34; 44; 64; 74 ist aus einem Kunststoff gebildet, der eine geringe Wärmeausdehnung und eine hohe Härte aufweist. Der Führungsschuh 34; 44; 64; 74 dient dazu, die Hochdruckabdichtung, die den Führungsschuh 34; 44; 64; 74, den Pressschuh 35; 45; 65; 75 und das Dichtelement 36; 46; 66; 76 umfasst, in den Ringraum 38; 48; 68; 78 zwischen der elektrischen Leitung 23; 43; 63 und dem Durchgangsloch 32; 42; 62 einzuführen und am axialen Ende des Durchgangslochs 32; 42; 62 in dem Aktorfuß 21; 41; 61 zu fixieren.
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Zwischen dem Führungsschuh 34; 44; 64, 74 und der elektrischen Leitung 23; 33; 43; 63 beziehungsweise dem Durchgangsloch 32; 42; 62 ist einerseits ausreichendes Spiel in radialer Richtung vorgesehen, um die Montagekräfte gering zu halten. Andererseits ist der Führungsschuh so gestaltet, dass ein unerwünschtes Durchtreten von Kunststoff verhindert wird, wenn das Dichtelement 36; 46; 66; 76 bei der Montage mit Hilfe des Pressschuhs 35; 45; 65; 75 gezielt verformt wird. Das Dichtelement 36; 46; 66; 76 ist in radialer Richtung sowohl zu der elektrischen Leitung 33; 43; 63 als auch zum Aktorfuß 41; 61 mit Spiel versehen, so dass das Fügen der Teile der Hochdruckdichtung vereinfacht wird.
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Der Pressschuh 35; 45; 65; 75 ist konstruktiv so ausgelegt, dass er in das Durchgangsloch 32; 42; 62 eingepresst werden kann, ohne dass dabei unnötig hohe Montagekräfte entstehen. Beim Einpressen des Pressschuhs 35; 45; 65; 75 wird das Dichtelement 36; 46; 66; 76 definiert verformt, insbesondere in radialer Richtung gestaucht, so dass das Dichtelement 36; 46; 66; 76 mit Vorspannung sowohl an der elektrischen Leitung 33; 43; 63 als auch an dem Aktorfuß 41; 61 dichtend zur Anlage kommt. Durch das Verpressen und die axialer Fixierung des Dichtelements 36; 46; 66; 76 zwischen dem Führungsschuh 34; 44; 64; 74 und dem Pressschuh 35; 45; 65; 75 wird eine gleich bleibende Vorspannung des Dichtelements 36; 46; 66; 76 über die Lebensdauer erreicht.
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In 4, welche die eingebaute Version von 3 darstellt, ist angedeutet, dass das Einpressen des Pressschuhs 45 mit Hilfe eines Einpressstempels 49 erfolgen kann, dessen Gestalt an die Größe des Ringraums 48 beziehungsweise die Gestalt des Pressschuhs 45 angepasst ist. Durch das Einpressen mit Hilfe des Einpressstempels 49 wird der Pressschuh 45 in einem Pressbereich 51 in den Aktorfuß 41 eingepresst.
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In einem Verbindungsbereich 52 ist das Dichtelement 46 verliersicher mit dem Pressschuh 45 verbunden. Die verliersichere Verbindung kann zum Beispiel durch Stoffschluss und/oder durch Formschluss erfolgen. Die verliersichere Verbindung zwischen dem Dichtelement 46 und dem Führungsschuh 44 ist in ähnlicher Weise ausgeführt. Die verliersichere Verbindung kann durch konstruktive Maßnahmen, sowie durch Verkleben, Vulkanisieren, Umspritzen oder Verstemmen der zu verbindenden Teile miteinander erreicht werden.
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Bei den in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen hat der Führungsschuh 34; 44 und der Pressschuh 35; 45 jeweils einen L-förmigen Querschnitt. Das Dichtelement 36; 46 hat einen T-förmigen Querschnitt, der in axialer Richtung zwischen den Führungsschuh und den Pressschuh eingespannt ist.
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Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel hat das Dichtelement 66 einen U-förmigen Querschnitt mit einem Schenkel, der an dem Aktorfuß 61 anliegt, und einem weiteren Schenkel, der an der elektrischen Leitung 63 anliegt. Der Führungsschuh 64 und der Pressschuh 65 haben jeweils einen T-förmigen Querschnitt. Der Führungsschuh 64 ist in einem Gleit- und Führungsbereich 69 in dem Führungsschuh 64 geführt. Zu diesem Zweck erstreckt sich der Pressschuh 65 durch die Basis des U-förmigen Querschnitts des Dichtelements 66 hindurch.
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Bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel hat das Dichtelement 76 ein Doppel-T-Profil mit Nuten. Der Führungsschuh 74 und der Pressschuh 75 haben jeweils ein T-Profil mit einer Fixiernase 79; 80. Die Fixiernasen 79; 80 erstrecken sich in die Nuten des Dichtelements 76. Das Verpressen und Dichten funktioniert wie bei den in den 3 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispielen.
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Die in den 3 bis 6 dargestellten Führungsschuhe, Pressschuhe und Dichtelemente sind ebenso wie die in 2 dargestellte zusätzliche Hochdruckabdichtung jeweils als Ringkörper ausgeführt, die sich in einem Durchgangsloch des Aktorfußes um die elektrische Leitung herum erstrecken. Der Ringraum 24; 38; 48; 68; 78 wird durch die Hochdruckabdichtung beziehungsweise zusätzliche Hochdruckabdichtung gemäß den Anordnungen 20; 30; 40; 60; 70 so ausgefüllt, dass ein unerwünschter Durchtritt von Flüssigkeit oder Feuchtigkeit beziehungsweise elektrisch leitenden Medien sicher verhindert wird.
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In 7 ist anhand eines Pressschuhs 85 gezeigt, dass die Pressschuhe bei den in den 3 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispielen zum Beispiel mit einem Sägezahnprofil 86 ausgeführt sein können, um das Verpressen in dem Aktorfuß zu verbessern und die Montage zu erleichtern. Durch einen Pfeil 87 ist die Montagerichtung des Pressschuhs 85 angedeutet. Das Material des Pressschuhs 85 mit dem Sägezahnprofil 86 sollte so hart sein, dass beim Einpressen keine Beschädigung stattfindet, jedoch eine gewünschte Pressung in dem Durchgangsloch über die Lebensdauer oder Lebenszeit gewährleistet ist. Das Sägezahnprofil 86 ist vorzugsweise auf der dem Aktorfuß zugewandten Seite des Pressschuhs 85 vorgesehen. Ein entsprechendes Sägezahnprofil kann aber alternativ oder zusätzlich auch auf der der elektrischen Leitung zugewandten Seite des Pressschuhs 85 ausgebildet sein.
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In 8 ist ein Pressschuh 95 mit einem Wellenprofil 96 dargestellt. Das Wellenprofil 96 verformt sich beim Einpressen des Pressschuhs 95. Dadurch kann eine hohe Pressung sichergestellt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005039911 A1 [0002]
