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Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Hochdruckpumpe.
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Stand der Technik
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Eine Hochdruckpumpe der vorstehend genannten Art geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 043 500 A1 hervor. Sie umfasst ein als Zylinderkopf ausgebildetes Gehäuseteil mit einer Axialbohrung, in welcher zur Begrenzung eines Pumpenarbeitsraumes ein Pumpenkolben axial verschiebbar aufgenommen ist. Der Pumpenarbeitsraum wird ferner von einem Saugventil begrenzt, das ebenfalls in der Axialbohrung aufgenommen und über ein mit dem Gehäuseteil verschraubtes Druckstück lagefixiert ist. Im Bereich des Saugventils bildet das Gehäuseteil einen ringförmigen Kragen zur formschlüssigen Verbindung mit einem ringförmigen Steg einer Niederdruckeinheit aus, welche der Versorgung der Hochdruckpumpe mit Kraftstoff dient. Der Formschluss wird dadurch bewirkt, dass der ringförmige Steg den ringförmigen Kragen hintergreift. Auf diese Weise wird eine Rastverbindung zwischen der Niederdruckeinheit und dem Gehäuseteil der Hochdruckpumpe hergestellt, die den Anbau der Niederdruckeinheit in einer beliebigen Winkellage ermöglicht. Zugleich wird über die Verbindung eine Abdichtung der Niederdruckeinheit nach außen erreicht.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckpumpe mit einem Niederdruckanschlussmodul bereit zu stellen, deren Winkellage zur Ausrichtung eines Niederdruckanschlusses frei wählbar ist und die derart mit der Hochdruckpumpe verbunden bzw. verbindbar ist, dass eine kompakte bauraumschonende Anordnung erreicht wird. Zugleich soll die Hochdruckpumpe einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar sein.
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Zur Lösung der Aufgaben wird eine Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Hochdruckpumpe vorgeschlagen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorgeschlagene Hochdruckpumpe umfasst ein Gehäuseteil mit einem hohlzylinderförmigen Ansatz, in dem ein Saugventil zur Versorgung eines Pumpenarbeitsraums der Hochdruckpumpe mit Kraftstoff angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist der der hohlzylinderförmige Ansatz des Gehäuseteils unter Ausbildung eines hydraulischen Ringraums zumindest teilweise in einem Ringkörper eines Niederdruckanschlussmoduls aufgenommen, wobei der Ringkörper eine radial oder schräg verlaufende Bohrung zur Verbindung des hydraulischen Ringraums mit einem Niederdruckanschluss besitzt.
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Das Niederdruckanschlussmodul umgibt demnach den hohlzylinderförmigen Ansatz des Gehäuseteils der Hochdruckpumpe, wobei zwischen dem Niederdruckanschlussmodul und dem hohlzylinderförmigen Ansatz ein hydraulischer Ringraum ausgebildet wird. Der hydraulische Ringraum dient der Zuführung von Kraftstoff und bildet demnach einen Teil des Zulaufpfades der Hochdruckpumpe aus. Der hydraulische Ringraum ist hierzu über eine radial oder schräg verlaufende Bohrung im Ringkörper des Niederdruckanschlussmoduls mit einem Niederdruckanschluss verbunden bzw. verbindbar, je nachdem, ob der Niederdruckanschluss Bestandteil des Niederdruckanschlussmoduls oder ein separates Bauteil ist. Der Niederdruckanschluss kann beispielsweise die Form eines Stutzens aufweisen, der an das Niederdruckanschlussmodul angeformt oder mit dem Niederdruckanschlussmodul verbunden bzw. verbindbar ist. Indem der hydraulische Ringraum über den gesamten Umfang des hohlzylinderförmigen Ansatzes des Gehäuseteils der Hochdruckpumpe geführt ist, ist die Winkellage der radial oder schräg verlaufenden Bohrung zur Verbindung des hydraulischen Ringraums mit dem Niederdruckanschluss frei wählbar. Dies erhöht die Zahl der Anschlussmöglichkeiten und trägt somit kundenspezifischen Anforderungen Rechnung. Ferner ermöglicht der Ringkörper des Niederdruckanschlussmoduls einen kompaktbauenden Anschluss einer Hochdruckpumpe an einen Niederdruckkreislauf, der wenig Bauraum erfordert und somit vielseitig einsetzbar ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Niederdruckanschlussmodul zur Festlegung der Winkellage des Niederdruckanschlusses gegenüber dem Gehäuseteil zumindest temporär verdrehbar. Das heißt, dass das Niederdruckanschlussmodul derart mit dem Gehäuseteil verbunden sein kann, dass es dauerhaft verdrehbar gegenüber dem Gehäuseteil der Hochdruckpumpe ist, um ggf. eine Korrektur der Lage des Niederdruckanschlusses zu ermöglichen. Vorzugsweise erfordert da Verdrehen des Niederdruckanschlussmoduls gegenüber dem Gehäuseteil einen gewissen Kraftaufwand, um zu verhindern dass das Niederdruckanschlussmodul unbeabsichtigt seine Winkellage verändert. Die Verdrehbarkeit kann auch nur temporär gegeben sein, beispielsweise bis zum Einbau der Hochdruckpumpe in ein Kraftstoffeinspritzsystem. Nach erfolgtem Einbau und nach erfolgter Ausrichtung des Niederdruckanschlusses wird das Niederdruckanschlussmodul dann vorzugsweise zusätzlich lagefixiert. Auf diese Weise kann eine unbeabsichtigte Änderung der Winkellage des Niederdruckanschlussmoduls bzw. des Niederdruckanschlusses wirksam verhindert werden.
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Zur Begrenzung und/oder zur Ausbildung des hydraulischen Ringraums wird vorgeschlagen, dass der Ringkörper eine Innenumfangsfläche mit einer Stufe oder einer Ringnut besitzt. Alternativ oder ergänzend kann auch der hohlzylinderförmige Ansatz des Gehäuseteils eine Außenumfangsfläche mit einer Stufe oder einer Ringnut zur Begrenzung und/oder Ausbildung des hydraulischen Ringraums besitzen. In allen Fällen wirken der Ringkörper des Niederdruckanschlussmoduls und der hohlzylinderförmige Ansatz des Gehäuseteils ringraumbildend zusammen.
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Sofern in der Innenumfangsfläche des Ringkörpers oder in der Außenumfangsfläche des hohlzylinderförmigen Ansatzes eine Ringnut vorgesehen ist, kann die jeweils andere Umfangsfläche ohne Stufe oder Ringnut ausgeführt werden, was die Herstellung des jeweiligen Bauteils vereinfacht. Sofern die Innenumfangsfläche des Ringkörpers oder die Außenumfangsfläche des hohlzylinderförmigen Ansatzes eine Stufe aufweist bzw. ausbildet, wirkt diese bevorzugt mit einer Stufe der jeweils anderen Umfangsfläche ringraumbildend zusammen. Die Stufen sind hierzu bevorzugt gegengleich ausgeführt und in einem axialen Abstand zueinander angeordnet, so dass zwischen ihnen der hydraulische Ringraum ausgebildet wird.
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Zur Ausbildung der Stufen weisen die Innenumfangsfläche des Ringkörpers und die Außenumfangsfläche des hohlzylinderförmigen Ansatzes bevorzugt Abschnitte mit unterschiedlichen Innen- bzw. Außendurchmessern auf. Dabei sind weiterhin bevorzugt die jeweiligen Innen- bzw. Außenkonturen hinterschneidungsfrei ausgebildet, um eine einfache Montage der Hochdruckpumpe mit Niederdruckanschlussmodul zu ermöglichen.
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Die hinterschneidungsfreie Ausführung vereinfacht zudem die Herstellung des Niederdruckanschlussmoduls. Denn dieses kann beispielsweise ein Spritzgussteil sein, das sich aufgrund der hinterschneidungsfreien Geometrie leicht entformen lässt. Als Werkstoffe eignen sich insbesondere Kunststoffe, beispielsweise thermoplastische Kunststoffe und/oder faserverstärkte Kunststoffe. Das Niederdruckanschlussmodul kann alternativ auch aus einem metallischen Werkstoff gefertigt sein.
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Vom hydraulischen Ringraum, der zwischen dem Ringkörper des Niederdruckanschlussmoduls und dem hohlzylinderförmigen Ansatz des Gehäuseteils ausgebildet wird, gilt es den Kraftstoff dem Saugventil der Hochdruckpumpe zuzuführen. Als weiterbildende Maßnahme wird daher vorgeschlagen, dass der hydraulische Ringraum über wenigstens eine radial oder schräg verlaufende Bohrung des hohlzylinderförmigen Ansatzes des Gehäuseteils mit einem weiteren hydraulischen Ringraum und/oder dem Saugventil hydraulisch verbunden ist.
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Vorzugsweise sind mehrere radial oder schräg verlaufende Bohrungen im hohlzylinderförmigen Ansatz des Gehäuseteils zur Verbindung des hydraulischen Ringraums mit einem weiteren hydraulischen Ringraum und/oder dem Saugventil vorgesehen, die in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet sind. Beispielsweise können zwei Bohrungen im Winkelabstand von 180°, drei Bohrungen im Winkelabstand von 120°, vier Bohrungen im Winkelabstand von 90° oder sechs Bohrungen im Winkelabstand von 60° vorgesehen sein. Die Anzahl der Bohrungen und deren Durchmesser sind vorzugsweise derart gewählt, dass der freie Strömungsquerschnitt der wenigstens einen Bohrung bzw. aller Bohrungen gemeinsam größer als der freie Strömungsquerschnitt des Niederdruckanschlusses ist. Vorteilhafterweise ist der freie Strömungsquerschnitt der Bohrungen etwa doppelt so groß wie der des Niederdruckanschlusses, der vorzugsweise einen Durchmesser von 6–9 mm besitzt.
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Vorteilhafterweise ist die Bohrung, welche den hydraulischen Ringraum mit dem weiteren hydraulischen Ringraum und/oder dem Saugventil hydraulisch verbindet, im Bereich ihrer Mündung in den weiteren hydraulischen Ringraum verrundet und/oder entgratet. Die Verrundung und/oder Entgratung verbessert bzw. verbessern die Strömung des Kraftstoffs. Die Entgratung erfolgt vorzugsweise durch umlaufende ECM-Bearbeitung.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der hydraulische Ringraum nach außen abgedichtet ist, wobei die Abdichtung vorzugsweise durch wenigstens ein Dichtelement, eine Dichtmasse und/oder eine Pressverbindung des Niederdruckanschlussmoduls mit dem Gehäuseteil bewirkt wird. Vorteilhafterweise ist sowohl oberhalb als auch unterhalb des hydraulischen Ringraums ein Dichtelement, beispielsweise ein Dichtring, eingelegt und/oder eine Dichtmasse angeordnet. Zur Aufnahme des Dichtelementes oder der Dichtmasse ist in der Innenumfangsfläche des Ringkörpers des Niederdruckanschlussmoduls und/oder in der Außenumfangsfläche des hohlzylinderförmigen Ansatzes des Gehäuseteils bevorzugt wenigstens eine Ringnut ausgebildet. Die wenigstens eine Ringnut dient der Lagefixierung des Dichtelementes und/oder der Dichtmasse beim Aufsetzen des Niederdruckanschlussmoduls auf den hohlzylinderförmigen Ansatz des Gehäuseteils. Dies erweist sich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn zugleich – zumindest abschnittsweise – eine Pressverbindung hergestellt werden soll.
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Bevorzugt ist das Niederdruckanschlussmodul mit dem Gehäuseteil der Hochdruckpumpe kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden. Die Verbindung kann dabei dergestalt sein, dass das Niederdruckanschlussmodul gegenüber dem Gehäuseteil verdrehbar ist. Nach dem endgültigen Ausrichten des Niederdruckanschlusses kann dann ggf. das Niederdruckanschlussmodul lagefixiert werden. Vorzugsweise ist das Niederdruckanschlussmodul über eine Steck-, Press-, Schraub- und/oder Klebeverbindung mit dem Gehäuseteil der Hochdruckpumpe verbunden. Während Steck-, Press- oder Schraubverbindungen eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung unter Beibehaltung der Verdrehbarkeit des Niederdruckanschlussmoduls gegenüber dem Gehäuseteil ermöglichen, kann alternativ oder ergänzend über eine Klebeverbindung eine stoffschlüssige Verbindung bewirkt werden, die eine vollständige Lagefixierung des Niederdruckanschlussmoduls bewirkt. Ferner können Verbindungsmittel, wie beispielsweise ein Sprengring oder ein geschraubter Niederhalter, zur Verbindung des Niederdruckanschlussmoduls mit dem Gehäuseteil der Hochdruckpumpe eingesetzt werden.
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Die vorstehend genannten Vorteile kommen insbesondere bei einer als Steckpumpe ausgebildeten Hochdruckpumpe zum Tragen, die in der Regel lediglich ein als Zylinderkopf ausgebildetes Gehäuseteil besitzt. In Ermangelung eines Grundgehäuses kann der Kraftstoffzulauf demnach regelmäßig nicht über gehäuseseitige Bohrungen in dem Grundgehäuse geführt werden, sondern muss auf andere Weise gestaltet werden. Vorzugsweise ist daher die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe als Steckpumpe mit einem Niederdruckanschlussmodul ausgeführt. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass Gehäuseteil der Hochdruckpumpe, das mit dem Niederdruckanschlussmodul ringraumbildend zusammenwirkt ein Zylinderkopf ist.
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Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe vorgeschlagen, bei welchem der Ringkörper des Niederdruckanschlussmoduls auf den hohlzylinderförmigen Ansatz des Gehäuseteils aufgesetzt und durch Verdrehen gegenüber dem Gehäuseteil ausgerichtet wird bis der Niederdruckanschluss eine vorgegebene Winkellage eingenommen hat. Anschließend kann das Niederdruckmodul verdrehsicher mit dem Gehäuseteil verbunden werden, falls dies erforderlich ist. Beispielsweise kann das Niederdruckmodul nachträglich mit dem Gehäuseteil der Hochdruckpumpe in axialer Richtung verspannt werden, wobei ein Sprengring oder ein Niederhalter zum Einsatz gelangen kann. Alternativ oder ergänzend kann das Niederdruckanschlussmodul mit dem Gehäuseteil verklebt werden.
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Besonders bevorzugt wird die Verbindung des Niederdruckanschlussmoduls mit dem Gehäuseteil jedoch über eine Pressverbindung hergestellt, wobei die Presskraft derart ausgelegt ist, dass ein unbeabsichtigtes Verdrehen des Niederdruckanschlussmoduls gegenüber dem Gehäuseteil wirksam verhindert wird und nur bei äußerer Krafteinwirkung ein Verdrehen des Niederdruckanschlusses gegenüber dem Gehäuseteil möglich ist. Die Pressverbindung weist weiterhin den Vorteil auf, dass zugleich eine Abdichtung bewirkt wird.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erste erfindungsgemäße Hochdruckpumpe im Bereich des Niederdruckanschlussmoduls,
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2 eine perspektivische Darstellung eines Niederdruckanschlussmoduls,
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3 einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite erfindungsgemäße Hochdruckpumpe mit einem Niederdruckanschlussmodul gemäß der 2,
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4 einen vergrößerten Ausschnitt der 3 im Bereich des Niederdruckanschlussmoduls und
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5 einen schematischen Querschnitt durch die Hochdruckpumpe der 3 im Bereich des Niederdruckanschlussmoduls.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in der 1 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Hochdruckpumpe umfasst ein als Zylinderkopf ausgebildetes Gehäuseteil 1 mit einem hohlzylinderförmigen Ansatz 2, in welchem ein Saugventil 3 aufgenommen ist. Das Saugventil 3 ist über einen Magnetaktor 19 ansteuerbar, der auf einen mit einem Ventilschließelement 20 des Saugventils 3 verbundenen Anker 21 einwirkt. Das Ventilschließelement 20 ist in einer Axialbohrung 23 einer Ventilplatte 22 hubbeweglich aufgenommen und stellt in Abhängigkeit von der Hubposition des Ventilschließelementes 20 eine Verbindung einer als Kraftstoffzulauf dienenden Radialbohrung 24 mit einem Pumpenarbeitsraum 4 (vergleiche 3) der Hochdruckpumpe her. Der Kraftstoff wird der Radialbohrung 24 über einen hydraulischen Ringraum 17 zugeführt, der zwischen dem hohlzylinderförmigen Ansatz 2 des Gehäuseteils 1 und der Ventilplatte 22 des Saugventils 3 ausgebildet wird.
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Der hohlzylinderförmige Ansatz 2 des Gehäuseteils 1 ist von einem Ringkörper 6 eines mit dem Gehäuseteil 1 verbundenen Niederdruckanschlussmoduls 7 umgeben, wobei zwischen dem Ringkörper 6 und dem hohlzylinderförmigen Ansatz 2 ein weiterer hydraulischer Ringraum 5 ausgebildet wird, der über radial verlaufende Bohrungen 16 im hohlzylinderförmigen Ansatz 2 mit dem hydraulischen Ringraum 17 verbunden ist. Der hydraulische Ringraum 5 wird vorliegend durch eine in einer Innenumfangsfläche 10 des Ringkörpers 6 ausgebildete Ringnut 12 und eine die Ringnut 12 begrenzende Außenumfangsfläche 13 des hohlzylinderförmigen Ansatzes 2 ausgebildet. Eine im Ringkörper 6 ausgebildete Bohrung 8 (vergleiche 4) verbindet den hydraulischen Ringraum 5 mit einem Niederdruckanschluss 9 (vergleiche 4), so dass hierüber der Zulauf von Kraftstoff zur Hochdruckpumpe sichergestellt ist. Jeweils ein oberhalb und unterhalb des hydraulischen Ringraums 5 in einer Ringnut der Außenumfangsfläche 13 des hohlzylinderförmigen Ansatzes 2 eingelassenes Dichtelement 18 stellt die Abdichtung des Ringraums 5 nach außen sicher. Zur axialen Lagefixierung des Niederdruckanschlussmoduls 7 ist ferner ein Sprengring 25 vorgesehen.
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Eine alternative Ausführungsform eines Niederdruckanschlussmoduls 7 einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe ist in der 2 dargestellt. Dieses besitzt anstelle einer Ringnut 12 eine Stufe 11, die ringraumbildend mit einer gegengleich ausgebildeten Stufe 14 im Bereich der Außenumfangsfläche 13 des hohlzylinderförmigen Ansatzes 2 zusammenwirkt. Ferner ist an den Ringkörper 6 des Niederdruckanschlussmoduls 7 ein Niederdruckanschluss 9 in Form eines Stutzens angeformt, über welchen dem hydraulischen Ringraum 5 Kraftstoff zuführbar ist.
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In der 3 ist das Niederdruckanschlussmodul 7 der 2 im eingebauten Zustand, d. h. in Verbindung mit einer Hochdruckpumpe, dargestellt. Wie der 3 ferner zu entnehmen ist, handelt es sich bei der Hochdruckpumpe um eine Steckpumpe, die lediglich ein als Zylinderkopf ausgebildetes Gehäuseteil 1 besitzt. Dieses weist einen hohlzylinderförmigen Ansatz 2 mit einer Außenumfangsfläche 13 auf, in welcher eine Stufe 14 ausgebildet ist, die mit der Stufe 11 der Innenumfangsfläche 10 des Ringkörpers 6 ringraumbildend zusammenwirkt (siehe 4). Oberhalb und unterhalb wird der Ringraum 5 über in die Außenumfangsfläche 13 des hohlzylinderförmigen Ansatzes 2 eingelassene Dichtelemente 18 nach außen hin abgedichtet. Radial verlaufende Bohrungen 16 im hohlzylinderförmigen Ansatz 2 des Gehäuseteils 1 verbinden den Ringraum 5 mit dem Ringraum 17, der das Saugventil 3 umgibt, das im Übrigen gleich dem Saugventil 3 der Ausführungsform gemäß der 1 ausgebildet ist.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe mit einem Niederdruckanschlussmodul 7 ist der 5 zu entnehmen. Hier wird der hydraulische Ringraum 5 nicht über zwei gegengleich ausgebildete Stufen 11, 14 der Innenumfangsfläche 10 des Ringkörpers 6 und der Außenumfangsfläche 13 des hohlzylinderförmigen Ansatzes 2 ausgebildet, sondern über eine Ringnut 15 in der Außenumfangsfläche 13 des hohlzylinderförmigen Ansatzes 2 des Gehäuseteils 1. Die Innenumfangsfläche 10 des Ringkörpers 6 ist demgegenüber ohne Stufe und/oder Ringnut ausgebildet und begrenzt den Ringraum 5 lediglich in radialer Richtung. Das dargestellte Niederdruckanschlussmodul 7 ist demzufolge besonders einfach und kostengünstig herstellbar.
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Wie der Draufsicht der 5 ferner zu entnehmen ist, verbinden vier Bohrungen 16, die in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet sind, den Ringraum 5 mit dem hydraulischen Ringraum 17, der innerhalb des hohlzylinderförmigen Ansatzes 2 ausgebildet wird. Der freie Strömungsquerschnitt der Bohrungen 16 ist in der Summe etwa doppelt so groß wie der freie Strömungsquerschnitt des Niederdruckanschlusses 9.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008043500 A1 [0002]
