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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.
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Aus der
DE 199 00 405 A1 ist bereits ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, das ein elektromagnetisches Betätigungselement mit einer Magnetspule, mit einem Innenpol und mit einem äußeren Magnetkreisbauteil und einen bewegbaren Ventilschließkörper, der mit einem einem Ventilsitzkörper zugeordneten Ventilsitz zusammenwirkt, umfasst. Der Ventilsitzkörper und der Innenpol werden in einer inneren Öffnung einer dünnwandigen Ventilhülse sowie die Magnetspule und das äußere Magnetkreisbauteil am äußeren Umfang der Ventilhülse angeordnet. Zur Befestigung der einzelnen Bauteile in und an der Ventilhülse wird zuerst das in Form eines Magnettopfes ausgebildete Magnetkreisbauteil auf die Ventilhülse aufgeschoben, anschließend der Ventilsitzkörper in die innere Öffnung der Ventilhülse gepresst, so dass allein durch das Einpressen des Ventilsitzkörpers eine feste Verbindung von Ventilhülse und Magnetkreisbauteil erzielt wird. Nach dem Einbau einer axial beweglichen Ventilnadel in die Ventilhülse wird darauf folgend der Innenpol durch Einpressen in der Ventilhülse befestigt. Bei dem Verpressen des Magnetkreisbauteils auf der Ventilhülse allein durch das Einpressen des Ventilsitzkörpers besteht die große Gefahr eines möglichen Lösens der Pressverbindung. Das Einpressen des Innenpols in die Ventilhülse verursacht unerwünschte Kaltverschweißungen im Pressbereich.
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es auf besonders einfache Art und Weise kostengünstig herstellbar ist. Erfindungsgemäß zeichnet sich die feste Pressverbindung wenigstens zweier metallischer Bauteile des Brennstoffeinspritzventils dadurch aus, dass wenigstens einer der Bauteilpartner in seinem Pressbereich wenigstens zwei aufeinanderfolgende Zonen bzw. Teilzonen besitzt, die eine Struktur mit Riefen aufweisen, wobei sich die Profiltiefe der Riefen einzelner Zonen bzw. Teilzonen unterscheidet.
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Von Vorteil ist es, dass mit kostengünstigen Bauteilen, die als Tiefzieh- bzw. Drehteile bereitgestellt werden, Pressverbindungen zwischen metallischen Bauteilpartnern herstellbar sind, die sicher und zuverlässig über eine große Zeitdauer unter Vermeidung von Kaltverschweißungen fest und dicht halten. Dabei sind die Pressverbindungen sehr einfach und kostengünstig hergestellt, da in vorteilhafter Weise auf bekannte und üblicherweise notwendige separate Arbeitsgänge, wie Beschichten oder Einölen zum verbesserten Fügen der Bauteilpartner bzw. auf eine Erwärmung der Bauteilpartner zum Aufschrumpfen verzichtet werden kann.
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In vorteilhafter Weise ist bei einem neben dem Pressen zusätzlichen Verbinden der beiden Bauteile mittels eines stoffschlüssigen Fügeverfahrens sichergestellt, dass die volle Wirksamkeit der Dichtheit und Stabilität einer solchen Verbindung erbracht ist. Die erfindungsgemäße unterschiedliche Profiltiefe der furchen- bzw. rillenartigen Riefen in den verschiedenen Zonen des Pressbereichs erlaubt es, dass ein sehr porenarmes Schweißen ermöglicht wird.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.
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Besonders vorteilhaft ist es, den Pressbereich eines Bauteilpartners aufeinanderfolgend aus einer Einführfase, einem zylindrischen Pressabschnitt und einem Schweißbereich zusammenzusetzen, wobei die größte Profiltiefe der Riefen dann im Bereich der Einführfase und die kleinste Profiltiefe der Riefen im auf der gegenüberliegenden Seite des Pressabschnitts liegenden Schweißbereich erzeugt ist. Über seine axiale Länge kann der Pressabschnitt eine Zone weitgehend gleicher Profiltiefe oder mehrere Teilzonen unterschiedlicher Profiltiefe aufweisen.
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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 1 ein Brennstoffeinspritzventil gemäß dem Stand der Technik, 2 eine Detailansicht einer Ventilhülse, 3 eine Detailansicht eines Anschlussrohres, 4 eine Detailansicht eines Anschlussrohres vor einer erfindungsgemäßen Profilierung, 5 eine Detailansicht eines alternativen Anschlussrohres vor einer erfindungsgemäßen Profilierung, 6 eine Detailansicht eines Anschlussrohres mit einer ersten erfindungsgemäßen Profilierung, 7 einen Ausschnitt der Ansicht gemäß 6 mit einem zu vermeidenden störenden Absatz und 8 eine Detailansicht eines Anschlussrohres mit einer zweiten erfindungsgemäßen Profilierung in einer Einbausituation in einer Ventilhülse.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele Zum besseren Verständnis der erfindungsgemäßen Maßnahmen wird im Folgenden anhand von 1 ein Brennstoffeinspritzventil gemäß dem Stand der Technik mit seinen grundsätzlichen Baugruppen erläutert.
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Das in der 1 beispielhaft dargestellte, elektromagnetisch betätigbare Ventil in der Form eines Einspritzventils für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen hat einen von einer Magnetspule 1 umgebenen, als Innenpol und teilweise als Brennstoffdurchfluss dienenden weitgehend rohrförmigen Kern 2. Die Magnetspule 1 ist von einem äußeren, hülsenförmigen und gestuft ausgeführten, z. B. ferromagnetischen Ventilmantel 5, der ein als Außenpol dienendes äußeres Magnetkreisbauteil in Form eines Magnettopfes darstellt, in Umfangsrichtung vollständig umgeben. Die Magnetspule 1, der Kern 2 und der Ventilmantel 5 bilden zusammen ein elektrisch erregbares Betätigungselement.
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Während die in einem Spulenkörper 3 eingebettete Magnetspule 1 eine Ventilhülse 6 von außen umgibt, ist der Kern 2 in einer inneren, konzentrisch zu einer Ventillängsachse 10 verlaufenden Öffnung 11 der Ventilhülse 6 eingebracht. Die z.B. ferritische Ventilhülse 6 ist lang gestreckt und dünnwandig ausgeführt. Die Öffnung 11 dient auch als Führungsöffnung für eine entlang der Ventillängsachse 10 axial bewegliche Ventilnadel 14. Die Ventilhülse 6 erstreckt sich in axialer Richtung z.B. über mehr als die Hälfte der axialen Gesamterstreckung des Brennstoffeinspritzventils.
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Neben dem Kern 2 und der Ventilnadel 14 ist in der Öffnung 11 des weiteren ein Ventilsitzkörper 15 angeordnet, der an der Ventilhülse 6 z.B. mittels einer Schweißnaht 8 befestigt ist. Der Ventilsitzkörper 15 weist eine feste Ventilsitzfläche 16 als Ventilsitz auf. Die Ventilnadel 14 wird beispielsweise von einem rohrförmigen Ankerabschnitt 17, einem ebenfalls rohrförmigen Nadelabschnitt 18 und einem kugelförmigen Ventilschließkörper 19 gebildet, wobei der Ventilschließkörper 19 z.B. mittels einer Schweißnaht fest mit dem Nadelabschnitt 18 verbunden ist. An der stromabwärtigen Stirnseite des Ventilsitzkörpers 15 ist eine z.B. topfförmige Spritzlochscheibe 21 angeordnet, deren umgebogener und umfangsmäßig umlaufender Halterand 20 entgegen der Strömungsrichtung nach oben gerichtet ist.
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Die feste Verbindung von Ventilsitzkörper 15 und Spritzlochscheibe 21 ist z. B. durch eine umlaufende dichte Schweißnaht realisiert. Im Nadelabschnitt 18 der Ventilnadel 14 sind eine oder mehrere Queröffnungen 22 vorgesehen, so dass den Ankerabschnitt 17 in einer inneren Längsbohrung 23 durchströmender Brennstoff nach außen treten und am Ventilschließkörper 19 z.B. an Abflachungen 24 entlang bis zur Ventilsitzfläche 16 strömen kann.
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Die Betätigung des Einspritzventils erfolgt in bekannter Weise elektromagnetisch. Zur axialen Bewegung der Ventilnadel 14 und damit zum Öffnen entgegen der Federkraft einer an der Ventilnadel 14 angreifenden Rückstellfeder 25 bzw. Schließen des Einspritzventils dient der elektromagnetische Kreis mit der Magnetspule 1, dem inneren Kern 2, dem äußeren Ventilmantel 5 und dem Ankerabschnitt 17. Der Ankerabschnitt 17 ist mit dem dem Ventilschließkörper 19 abgewandten Ende auf den Kern 2 ausgerichtet.
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Der kugelförmige Ventilschließkörper 19 wirkt mit der sich in Strömungsrichtung kegelstumpfförmig verjüngenden Ventilsitzfläche 16 des Ventilsitzkörpers 15 zusammen, die in axialer Richtung stromabwärts einer Führungsöffnung im Ventilsitzkörper 15 ausgebildet ist. Die Spritzlochscheibe 21 besitzt wenigstens eine, beispielsweise vier durch Erodieren, Laserbohren oder Stanzen ausgeformte Abspritzöffnungen 27.
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Die Einschubtiefe des Kerns 2 im Einspritzventil ist unter anderem entscheidend für den Hub der Ventilnadel 14. Dabei ist die eine Endstellung der Ventilnadel 14 bei nicht erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ventilschließkörpers 19 an der Ventilsitzfläche 16 des Ventilsitzkörpers 15 festgelegt, während sich die andere Endstellung der Ventilnadel 14 bei erregter Magnetspule 1 durch die Anlage des Ankerabschnitts 17 am stromabwärtigen Kernende ergibt. Die Hubeinstellung erfolgt durch ein axiales Verschieben des beispielsweise durch ein spanendes Verfahren wie Drehen hergestellten Kerns 2, der entsprechend der gewünschten Position nachfolgend fest mit der Ventilhülse 6 verbunden wird.
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In eine konzentrisch zu der Ventillängsachse 10 verlaufende Strömungsbohrung 28 des Kerns 2, die der Zufuhr des Brennstoffs in Richtung der Ventilsitzfläche 16 dient, ist außer der Rückstellfeder 25 ein Einstellelement in der Form einer Einstellhülse 29 eingeschoben. Die Einstellhülse 29 dient zur Einstellung der Federvorspannung der an der Einstellhülse 29 anliegenden Rückstellfeder 25, die sich wiederum mit ihrer gegenüberliegenden Seite an der Ventilnadel 14 abstützt, wobei auch eine Einstellung der dynamischen Abspritzmenge mit der Einstellhülse 29 erfolgt. Ein Brennstofffilter 32 ist oberhalb der Einstellhülse 29 in der Ventilhülse 6 angeordnet.
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Das bis hierher beschriebene Einspritzventil zeichnet sich durch seinen besonders kompakten Aufbau aus, so dass ein sehr kleines, handliches Einspritzventil entsteht. Diese Bauteile bilden eine vormontierte eigenständige Baugruppe, die nachfolgend Funktionsteil 30 genannt wird. Das Funktionsteil 30 umfasst also im wesentlichen den elektromagnetischen Kreis 1, 2, 5 und ein Dichtventil (Ventilschließkörper 19, Ventilsitzkörper 15) mit einem nachfolgenden Strahlaufbereitungselement (Spritzlochscheibe 21) sowie als Grundkörper die Ventilhülse 6.
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Unabhängig vom Funktionsteil 30 wird eine zweite Baugruppe erzeugt, die im folgenden als Anschlussteil 40 bezeichnet wird. Das Anschlussteil 40 zeichnet sich vor allen Dingen dadurch aus, dass es den elektrischen und den hydraulischen Anschluss des Brennstoffeinspritzventils umfasst. Das weitgehend als Kunststoffteil ausgeführte Anschlussteil 40 besitzt deshalb einen als Brennstoffeinlassstutzen dienenden rohrförmigen Grundkörper 42. Eine konzentrisch zur Ventillängsachse 10 verlaufende Strömungsbohrung 43 eines inneren Anschlussrohres 44 im Grundkörper 42 dient als Brennstoffeinlass und wird von dem zuströmseitigen Ende des Brennstoffeinspritzventils aus in axialer Richtung vom Brennstoff durchströmt.
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Eine hydraulische Verbindung von Anschlussteil 40 und Funktionsteil 30 wird beim vollständig montierten Brennstoffeinspritzventil dadurch erreicht, dass die Strömungsbohrungen 43 und 28 beider Baugruppen so zueinander gebracht werden, dass ein ungehindertes Durchströmen des Brennstoffs gewährleistet ist. Bei der Montage des Anschlussteils 40 an dem Funktionsteil 30 ragt ein unteres Ende 47 des Anschlussrohres 44 zur Erhöhung der Verbindungsstabilität in die Öffnung 11 der Ventilhülse 6 hinein. Der Grundkörper 42 aus Kunststoff kann auf das Funktionsteil 30 aufgespritzt werden, so dass der Kunststoff unmittelbar Teile der Ventilhülse 6 sowie des Ventilmantels 5 umgibt. Eine sichere Abdichtung zwischen dem Funktionsteil 30 und dem Grundkörper 42 des Anschlussteils 40 wird beispielsweise über eine Labyrinthdichtung 46 am Umfang des Ventilmantels 5 erzielt.
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Zu dem Grundkörper 42 gehört auch ein mitangespritzter elektrischer Anschlussstecker 56. An ihrem dem Anschlussstecker 56 gegenüberliegenden Ende sind die Kontaktelemente mit der Magnetspule 1 elektrisch verbunden.
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In den 2 bis 8 sind metallische Bauteile des Brennstoffeinspritzventils gezeigt, die mit wenigstens jeweils einem anderen metallischen Bauteil mittels Pressen fest verbunden sind. Insbesondere handelt es sich um die Bauteile Ventilhülse 6 und Anschlussrohr 44, wobei ausdrücklich betont werden soll, dass die dargestellten und beschriebenen erfindungsgemäßen Maßnahmen auf alle Pressbereiche zweier metallischer Bauteile im Brennstoffeinspritzventil adäquat übertragbar sind.
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Um metallische Bauteile im Brennstoffeinspritzventil fest miteinander zu verbinden, bieten sich Presspassungen zwischen den beiden zu befestigenden Bauteilen an. Presspassungen führen aber allgemein in den Bauteilen zu Stauchungen oder Dehnungen plastischer oder elastischer Art, je nach Toleranzlage, Werkstoff und Bauteilgeometrie. Können sich die Bauteilpartner aufgrund ihrer Steifigkeit nicht dehnen oder stauchen oder sind sie vom Material her zu weich, wie z.B. weichmagnetische Chromstähle, so kommt es mit großer Wahrscheinlichkeit zu Kaltverschweißungen („Fresser“) während dem Fügevorgang des Einpressens. Zu beachten sind außerdem die Einbaubedingungen der Bauteilpartner. Ist die Pressverbindung z.B. im verbauten Zustand mit einem Innendruck beaufschlagt, so kann dies zu Dehnungen und Aufweitungen führen. Dabei besteht wiederum die Gefahr des Lockerns der Pressverbindung und im schlimmsten Fall des Lösens der Verbindung. Um dies zu verhindern, sollte also eine möglichst große Pressung erzeugt werden, was aber wiederum die Neigung der Bauteile zu Kaltverschweißungen erhöht. Mit aufwendigen genauen und kostenintensiven Bearbeitungsverfahren, wie Feinschleifen oder Honen können die Toleranzen selbstverständlich eingeengt werden und Pressverbindungen verbessert werden.
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Ziel ist es jedoch, mit möglichst kostengünstigen Bauteilen, die als Drehteile bereitgestellt werden, Pressverbindungen zwischen metallischen Bauteilpartnern herzustellen, die sicher und zuverlässig über eine große Zeitdauer unter Vermeidung von Kaltverschweißungen fest und dicht halten. Dabei sollen die Pressverbindungen jedoch sehr einfach und kostengünstig hergestellt werden, weshalb auf einen separaten Arbeitsgang des Beschichtens oder des Einölens bzw. eine Erwärmung der Bauteilpartner zum Aufschrumpfen verzichtet wird.
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In der 2 ist beispielhaft eine dünnwandige Ventilhülse 6 dargestellt, die sich über einen großen Teil der axialen Länge des Brennstoffeinspritzventils erstreckt und in die das Anschlussrohr 44 (3) in einem Bereich a und der Kern 2 in einem Bereich b einpressbar sind und auf die der Ventilmantel 5 in einem Bereich c aufpressbar ist.
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Das Anschlussrohr 44 gemäß 3 besitzt entsprechend einen äußeren Pressbereich a’, der im in der Ventilhülse 6 eingebauten Zustand mit dem Bereich a zu einer Pressverbindung korrespondiert. Mit a und a’ sind dabei Bereiche gekennzeichnet, die prinzipiell für einen Materialkontakt in der Pressverbindung in Frage kommen; es muss jedoch keineswegs über die gesamte Länge von a und a’ die Pressverbindung zustande kommen, wie anhand der 4 bis 8 erläutert werden wird. Das Anschlussrohr 44 soll mit einer möglichst minimalen Einpresskraft in die Ventilhülse 6 eingebaut werden. Die in 3 dargestellten Einlaufverrundungen 59 im Übergang des Pressbereichs a’ zu den axial auf beiden Seiten folgenden Abschnitten liegen erfindungsgemäß modifiziert vor.
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4 zeigt eine Detailansicht eines Anschlussrohres 44 vor einer erfindungsgemäßen Profilierung. Dabei wird deutlich, dass sich der Pressbereich a’ am Anschlussrohr 44 in drei Zonen untergliedert. Die Zone I zeichnet sich durch eine Einführfase 50 aus, die entweder als schräg geneigte oder leicht gewölbt ausgeführte ringförmig umlaufende Materialreduzierung ausgebildet ist. Diese Einführfase 50 dient dem sicheren, zentrierten und spanverhindernden Einbringen der zu verpressenden Bauteilpartner 6, 44 ineinander. An die Zone I schließt sich die Zone II an, die den eigentlichen zylindrischen Pressabschnitt 51 bildet. Diesem zylindrischen Pressabschnitt 51 folgt auf der der Einführfase 50 gegenüberliegenden Seite eine Zone III, die ähnlich der Einführfase 50 zurückgenommen verläuft und einen Schweißbereich 52 definiert. Im in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft der Schweißbereich 52 unter einem Winkel α schräg geneigt zurückversetzt gegenüber der äußeren Mantelfläche des zylindrischen Pressabschnitts 51. Der Winkel α beträgt dabei ca. 1° bis 5°.
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5 zeigt eine Detailansicht eines alternativen Anschlussrohres 44 vor einer erfindungsgemäßen Profilierung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Zone III gegenüber der als Pressabschnitt 51 dienenden Zone II über einen Absatz 53 sprunghaft zurückversetzt, so dass die äußere Mantelfläche des Schweißbereichs 52 mit einem geringeren Außendurchmesser überwiegend parallel zur äußeren Mantelfläche des zylindrischen Pressabschnitts 51 verläuft.
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Die gedrehten Anschlussrohre 44 führen bei großem Übermaß zum Kaltverschweißen. Um dies zu verhindern, ist es bereits bekannt, furchen- bzw. rillenartige Riefen 61 im Pressbereich a’ anzuformen. Für das eigentliche Verpressen der Bauteilpartner, hier des Anschlussrohres 44 in der Ventilhülse 6, ist diese Profilierung des Pressbereichs a’ eine sehr wirksame Maßnahme zur Vermeidung des oben beschriebenen unerwünschten Effekts. Werden die beiden Bauteile 6, 44 jedoch noch zusätzlich mittels eines stoffschlüssigen Fügeverfahrens, wie Schweißen oder Laserschweißen, gegeneinander gesichert und abgedichtet, so kann die Profilierung im Pressbereich a’ ggf. nicht ihre volle Wirksamkeit erbringen. Aus Festigkeitsgründen kann es notwendig sein, dass die Einschweißtiefe im Schweißbereich 52 (siehe 8) z.B. ca. 0,8 bis 1,2 mm beträgt. Beim Aufschmelzen des Pressbereichs a’ kann es zu einer ungewollten und festigkeitsbeeinträchtigenden Porenbildung in der Schweißnaht 54 kommen. Dies resultiert wiederum aus einer Volumenvergrößerung der erwärmten und gekammerten Luft im mit Riefen 61 durchzogenen Pressbereich a’ bedingt durch den Wärmeeintrag vom Schweißen.
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Erfindungsgemäß ist deshalb eine variable Profiltiefe der furchen- bzw. rillenartigen Riefen 61 in den Zonen I, II, III des Pressbereichs a’ vorgesehen, wodurch ein porenarmes Schweißen ermöglicht wird. In der 6 ist eine Detailansicht eines Anschlussrohres 44 mit einer ersten erfindungsgemäßen Profilierung dargestellt. Im hier durch einen Absatz 53 zurückversetzten Schweißbereich 52 (Zone III) liegt die geringste Profiltiefe vor. Die Profiltiefe der Riefen 61 im Pressabschnitt 51 (Zone II) kann der der Zone II entsprechen oder geringfügig größer sein. In jedem Fall weist die Zone I mit der Einführfase 50 den Bereich von Riefen 61 auf, die die größte Profiltiefe haben. Wichtig ist, dass der Übergang von einer groben Profilierung zu einer feineren Profilierung, wie hier von Zone I zu Zone II, tangential ausgeführt wird, so dass sich ein harmonischer Profiltiefenübergang ergibt. 7 zeigt dazu einen Ausschnitt der Ansicht gemäß 6 mit einem unbedingt zu vermeidenden störenden Absatz 55 oder einer sonstigen sprunghaften Erhöhung.
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Es sei angemerkt, dass die erfindungsgemäßen furchen- bzw. rillenartigen Riefen 61 mit ihren Profiltiefen nicht maßstabsgetreu dargestellt sind, sondern zum besseren Verständnis der Erfindung deutlich überzeichnet sind.
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In der 8 ist eine Detailansicht eines Anschlussrohres 44 mit einer zweiten erfindungsgemäßen Profilierung in einer Einbausituation in einer Ventilhülse 6 dargestellt. Im Unterschied zur in 6 gezeigten Ausführung ist hier der mittlere zylindrische Pressabschnitt 51 in zwei Teilzonen IIa und IIb untergliedert. Während die Riefen 61 der ersten Teilzone IIa ausgehend von der Zone I noch die gleich große Profiltiefe wie die Riefen 61 der Einführfase 50 besitzen, weisen die Riefen 61 der Teilzone IIb des Pressabschnitts 51 weniger tiefe Riefen 61 auf, deren geringe Profiltiefe sich dann bis in den Schweißbereich 52 fortsetzt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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