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Die Erfindung betrifft eine Niederdruck-Anschlusseinheit für eine Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere in einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit einer solchen Niederdruck-Anschlusseinheit.
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Eine Niederdruck-Anschlusseinheit der vorstehend genannten Art dient dem Anschluss einer Hochdruckpumpe an eine Niederdruckleitung, insbesondere an eine Zulauf- oder Rücklaufleitung. Die Niederdruck-Anschlusseinheit ist demnach mit einem Niederdruckbereich der Hochdruckpumpe verbunden.
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Stand der Technik
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2009 000 857 A1 geht beispielhaft eine Pumpenanordnung für eine Brennstoffeinspritzanlage einer luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschine mit einer Niederdruckeinheit hervor, die der Befüllung eines Pumpenarbeitsraums der Pumpenanordnung mit Brennstoff dient. Die Niederdruckeinheit ist hierzu über einen Zulaufstutzen mit einer Zulaufleitung verbindbar. Der Zulaufstutzen mündet in einen Brennstoffkanal, der den Brennstoff einer in die Niederdruckeinheit integrierten Zumesseinheit zuführt. Diese wiederum versorgt ein in den Pumpenarbeitsraum öffnendes Saugventil der Hochdruckpumpe mit Brennstoff. Zur Rückführung einer überschüssigen Menge Brennstoff ist der Brennstoffkanal über ein Überströmventil mit einer Rücklaufleitung verbindbar. Um den Anschluss der Rücklaufleitung zu erleichtern, weist die Niederdruckeinheit neben dem Zulaufstutzen ferner einen Rücklaufstutzen auf. Die Niederdruckeinheit bildet eine separate mit der Hochdruckpumpe verbindbare Einheit aus.
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Aufgrund oszillierender und/oder rotierender Bewegungen der Antriebskomponenten einer Hochdruckpumpe kommt es zu Druck- und/oder Mengenwellen, die im Niederdruckbereich der Hochdruckpumpe unerwünschte Druckpulsationen verursachen. Diese belasten nicht nur pumpeninterne Schnittstellendichtungen, sondern auch solche, die im Bereich kundenseitiger Schnittstellen liegen. Ferner steigt die Belastung vor- oder nachgeschalteter Komponenten, insbesondere von Injektoren, Ventilen, Filtern, Kraftstoffleitungen und/oder -verbindungen. Des Weiteren können sich Druckpulsationen, insbesondere bei hohen Drehzahlen, negativ auf die Fördermenge der Hochdruckpumpe auswirken.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt daher der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Niederdruck-Anschlusseinheit für eine Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere in einem Common-Rail-Einspritzsystem, anzugeben, die unerwünschte Druckpulsationen verhindert oder zumindest deutlich verringert, um die Belastung pumpeninterner sowie externer Komponenten zu reduzieren. Auf diese Weise soll eine Hochdruckpumpe geschaffen werden, die eine hohe Lebensdauer aufweist.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Niederdruck-Anschlusseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Ferner wird eine Hochdruckpumpe mit einer solchen Niederdruck-Anschlusseinheit vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die für eine Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere in einem Common-Rail-Einspritzsystem, vorgeschlagene Niederdruck-Anschlusseinheit umfasst ein Gehäuse, das mindestens einen Anschlussstutzen zur Verbindung mit einem Gehäuseteil der Hochdruckpumpe ausbildet, wobei der Anschlussstutzen von einem Niederdruckkanal durchsetzt ist. Erfindungsgemäß ist in dem Gehäuse ein mit dem Niederdruckkanal verbundenes Zusatzvolumen zur Dämpfung von Druckpulsationen ausgebildet.
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Die vorgeschlagene Niederdruck-Anschlusseinheit unterscheidet sich demnach von der aus dem Stand der Technik bekannten und als einfacher Anschlussstutzen ausgebildeten Niederdruck-Anschlusseinheit durch ein zusätzliches Volumen. Das zusätzliche Volumen vergrößert zwar den Bauraumbedarf der Niederdruck-Anschlusseinheit, ist aber zugleich unkompliziert herstellbar. Das Zusatzvolumen dient der Dämpfung von Druck- und/oder Mengenwellen. Hierzu ist das Zusatzvolumen mit dem Niederdruckkanal der Niederdruck-Anschlusseinheit verbunden. Bilden sich im Niederdruckkanal Druck- und/oder Mengenwellen aus, wird deren Energie auf das Zusatzvolumen übertragen, so dass schädliche Druckspitzen abgebaut oder zumindest abgeschwächt werden.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Zusatzvolumen zumindest bereichsweise von einem elastisch verformbaren Gehäuseteil des Gehäuses begrenzt ist. Das heißt, dass zumindest eine das Zusatzvolumen begrenzende Wandung nachgiebig ausgestaltet ist. Durch die Nachgiebigkeit der Wandung können Druckspitzen weiter abgebaut werden.
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Das elastisch verformbare Gehäuseteil kann beispielsweise ein mit dem Gehäuse verbindbares Deckelteil sein. Die Elastizität des Gehäuseteils kann dabei auf das Material und/oder die Form des Gehäuseteils zurückzuführen sein. Beispielsweise kann das Gehäuseteil zumindest teilweise aus einer elastischen Membran gebildet sein. Alternativ oder ergänzend kann das Gehäuseteil einen Faltenbalg oder dergleichen umfassen.
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Vorzugsweise ist das zumindest bereichsweise elastisch verformbare Gehäuseteil mit dem Gehäuse der Niederdruck-Anschlusseinheit verschweißt oder verklebt. Denn mittels einer Verschweißung oder Verklebung kann zugleich eine fluiddichte Verbindung des Gehäuseteils mit dem Gehäuse gewährleistet werden. Die Verschweißung kann insbesondere mittels Heißgasschweißen bewirkt werden.
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Zur Optimierung der Dämpferwirkung wird ferner vorgeschlagen, dass das Gehäuse und/oder das Gehäuseteil rippenartige Umlenkeinrichtungen ausbildet bzw. ausbilden, die in das Zusatzvolumen hineinragen. Dadurch, dass die rippenartigen Umlenkeinrichtungen in das Zusatzvolumen hineinragen, werden etwaige Druck- und/oder Mengenwellen umgelenkt bzw. reflektiert. Durch Umlenkung der Druck- und/oder Mengenwellen, werden diese abgeschwächt. Die Reflexion hat zur Folge, dass gegenläufige Wellenbewegungen die Druck- und/oder Mengenwellen aufheben.
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Vorzugsweise sind die rippenartigen Umlenkeinrichtungen an gegenüberliegenden Seiten des Zusatzvolumens in der Weise versetzt zueinander angeordnet, dass ein mäanderförmiger Strömungskanal im Zusatzvolumen ausgebildet wird.
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Als weiterbildende Maßnahme wird ferner vorgeschlagen, dass in dem Zusatzvolumen ein Gasvolumen eingeschlossen ist, wobei das Gas vorzugsweise Luft ist. Ein Gas, wie beispielsweise Luft, lässt sich komprimieren, so dass hierüber ebenfalls eine Dämpfungswirkung erzielbar ist.
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Vorteilhafterweise ist das Zusatzvolumen über einen Entlastungskanal, der in den Niederdruckkanal oder einen weiteren Niederdruckkanal mündet, entlastbar. Die Entlastung über den Entlastungskanal führt zu einer Vergrößerung des Zusatzvolumens. Ferner bildet der Entlastungskanal eine Art Ablauf aus, der ein Spülen des Zusatzvolumens gewährleistet. Der Entlastungskanal kann hierzu an einen als Rücklaufkanal oder als Zulaufkanal dienenden Niederdruckkanal angebunden sein.
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Beispielsweise kann das im Gehäuse der Niederdruck-Anschlusseinheit ausgebildete Zusatzvolumen mit einem Rücklaufkanal verbunden sein, um im Rücklaufkanal auftretende Druck- und/oder Mengenwellen zu dämpfen. Der Entlastungskanal kann in diesem Fall in denselben Rücklaufkanal oder in einen Zulaufkanal müden, der vorzugsweise ebenfalls in der Niederdruck-Anschlusseinheit ausgebildet ist. Darüber hinaus kann es sich auch umgekehrt verhalten, d. h., dass das vorgeschlagene Zusatzvolumen zur Dämpfung von Druck- und/oder Mengenwelle mit einem als Zulauf dienenden Niederdruckkanal verbunden ist und der Entlastungskanal in diesen oder in einen als Rücklauf dienenden Niederdruckkanal mündet.
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Zur Optimierung der Entlastung des Zusatzvolumens wird ferner vorgeschlagen, dass der Niederdruckkanal, d. h. der Rücklauf- oder Zulaufkanal, im Bereich der Mündung des Entlastungskanals eine düsenartige Querschnittsverengung besitzt. Die düsenartige Querschnittsverengung bewirkt, dass sich die Strömungsgeschwindigkeit im Niederdruckkanal erhöht, während zugleich der statische Druck abnimmt (Prinzip der Venturi-Düse). Dies führt zu einem Unterdruck im Niederdruckkanal, der wiederum eine Sogwirkung erzeugt, so dass sich der Entlastungskanal schneller entleert. Da üblicherweise die Strömungsgeschwindigkeit im Zulaufkanal größer als im Rücklaufkanal ist, mündet der Entlastungskanal bevorzugt in den Zulaufkanal, der im Bereich der Mündung einen verengten Querschnitt besitzt.
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Da die Niederdruck-Anschlusseinheit dem Anschluss einer Hochdruckpumpe an mindestens eine Niederdruckleitung, insbesondere an eine Rücklauf- und/oder Zulaufleitung, dient, wird ferner vorgeschlagen, dass das Gehäuse mindestens einen weiteren Anschlussstutzen zur Verbindung mit einer Niederdruckleitung ausbildet. Der weitere Anschlussstutzen kann dabei in Verlängerung des Anschlussstutzens ausgebildet sein, welcher der Verbindung der Niederdruck-Anschlusseinheit mit einem Gehäuseteil der Hochdruckpumpe dient. Alternativ kann der weitere Anschlussstutzen in einem Winkel hierzu angeordnet sein. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der weitere Anschlussstutzen an die Niederdruck-Anschlusseinheit derart angebunden, insbesondere angelenkt, dass seine räumliche Lage veränderbar ist. Die Anschlusssituation kann dann in einfacher Weise an die jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden.
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Vorzugsweise ist das Gehäuse der Niederdruck-Anschlusseinheit zumindest teilweise aus Kunststoff gefertigt. Ein aus Kunststoff gefertigtes Gehäuse lässt sich besonders kostengünstig realisieren. Beispielsweise kann das Gehäuse mittels Spritzgießen hergestellt werden. Alternativ kann das Gehäuse zumindest teilweise aus Metall hergestellt werden, wobei Metall vorzugsweise nur in Kombination mit Kunststoff zum Einsatz gelangt.
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Darüber hinaus wird eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit einer erfindungsgemäßen Niederdruck-Anschlusseinheit und einem Gehäuseteil vorgeschlagen. Das Gehäuseteil besitzt mindestens eine Aufnahmebohrung, in der ein Anschlussstutzen der Niederdruck-Anschlusseinheit eingesetzt, vorzugsweise eingepresst, ist. Der Presssitz bewirkt eine Abdichtung zwischen dem Gehäuseteil der Hochdruckpumpe und dem Gehäuse der Niederdruck-Anschlusseinheit, wobei der Presssitz über ein radiales Übermaß des Anschlussstutzens gegenüber der Aufnahmebohrung und/oder durch mindestens einen zwischenliegenden elastischen Dichtring bewirkbar ist.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Niederdruck-Anschlusseinheit über mindestens eine Befestigungsschraube am Gehäuseteil der Hochdruckpumpe fixiert ist. Die Befestigungsschraube bewirkt eine zusätzliche Fixierung und damit Lagesicherung der Niederdruck-Anschlusseinheit gegenüber der Hochdruckpumpe.
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Durch die erfindungsgemäße Niederdruck-Anschlusseinheit kann die Hochdruckpumpe in einfacher Weise an eine Niederdruckleitung angeschlossen werden. Zugleich mindert bzw. verhindert die Niederdruck-Anschlusseinheit das Auftreten von Druckpulsationen. Pumpeninterne Komponenten, wie beispielsweise Dichtungen, werden weniger belastet, so dass die Lebensdauer der Hochdruckpumpe steigt. Mit der Dämpfung von Druckpulsationen geht ferner eine Reduzierung der Geräuschanregung einher. Dabei können verschiedenen vorstehend beschriebenen Dämpfungsprinzipien jeweils allein oder in unterschiedlichen Kombinationen zum Einsatz gelangen.
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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 bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Niederdruckanschlusseinheit,
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2 einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Niederdruckanschlusseinheit,
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3 einen schematischen Längsschnitt durch eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Niederdruckanschlusseinheit,
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4 einen schematischen Längsschnitt durch eine vierte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Niederdruckanschlusseinheit und
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5 eine schematische Draufsicht auf eine fünfte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Niederdruckanschlusseinheit.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in der 1 dargestellte Niederdruck-Anschlusseinheit umfasst ein Gehäuse 1 mit einem Anschlussstutzen 2, der in einer Aufnahmebohrung 15 eines Gehäuseteils 4 einer Hochdruckpumpe eingesetzt ist. Auf dem Anschlussstutzen 2 angeordnete Dichtringe 18 stellen die erforderliche Abdichtung sicher. Der Anschlussstutzen 2 ist von einem Niederdruckkanal 5 durchsetzt, der über einen Abzweig 19 mit einem Zusatzvolumen 7 verbunden ist, das der Dämpfung von Druck- und/oder Mengenwellen dient. Die Dämpfungswirkung wird bereits allein durch die Volumenvergrößerung bewirkt.
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Darüber hinaus weist das Gehäuse 1 der Niederdruck-Anschlusseinheit ein elastisch verformbares Gehäuseteil 8 auf, das die Form eines Faltenbalgs besitzt, in den sich das Zusatzvolumen 7 hinein erstreckt. Die Nachgiebigkeit des als Faltenbalg ausgebildeten, elastisch verformbaren Gehäuseteils 8 ermöglicht bei Bedarf eine zusätzliche Vergrößerung des Zusatzvolumens 7. Auf diese Weise können insbesondere Druckspitzen abgebaut werden. Zur Abdichtung des Zusatzvolumens 7 nach außen sind das Gehäuseteil 8 und das Gehäuse 1 im Bereich einer Fügestelle 21 fluiddicht gefügt.
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Das sich in den Faltenbalg hinein erstreckende Zusatzvolumen 7 umfasst ferner ein Gasvolumen 10, wobei es sich bei dem Gas um Luft handelt. Da Luft komprimierbar ist, wird hierüber eine weitere Optimierung der Dämpfungswirkung erzielt.
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Das Gehäuse 1 der in der 1 dargestellten Niederdruck-Anschlusseinheit ist mittels einer Befestigungsschraube 17 am Gehäuseteil 4 der Hochdruckpumpe befestigt, so dass über die Befestigungsschraube 17 eine zusätzliche Lagefixierung bewirkt wird.
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In Verlängerung des Abzweigs 19 ist ein Anschlussstutzen 13 ausgebildet, der dem Anschluss einer Niederdruckleitung (nicht dargestellt) dient. Bei der Niederdruckleitung kann es sich sowohl um eine Rücklaufleitung als auch um eine Zulaufleitung handeln. Wie den Pfeilen 20 zu entnehmen ist, welche die Strömungsrichtung des Kraftstoffs wiedergeben, dient der Anschlussstutzen 13 vorliegend dem Anschluss einer Rücklaufleitung.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist der 2 zu entnehmen. Diese unterscheidet sich von der der 1 dadurch, dass das Gehäuseteil 8 als elastisches Deckelteil ausgebildet ist, das rippenartige Umlenkeinrichtungen 9 besitzt, die in das Zusatzvolumen 7 hineinragen. Die rippenartigen Umlenkeinrichtungen 9 wirken mit versetzt hierzu angeordneten gleichartig ausgebildeten rippenartigen Umlenkeinrichtungen 9 zusammen, die von der gegenüber liegenden Seite in das Zusatzvolumen 7 hineinragen. Das Zusatzvolumen 7 bildet demnach eine Art Labyrinth aus, in dem sich Druck- und/oder Mengenwellen totlaufen oder durch gegenläufige Wellenbewegungen aufgehoben werden sollen. Ferner ist auch hier in dem Zusatzvolumen 7 ein Gasvolumen 10 bzw. ein Luftvolumen eingeschlossen.
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Eine Weiterbildung der Ausführungsform der 2 ist der 3 zu entnehmen. Hier ist das Zusatzvolumen 7 über einen Entlastungskanal 11, der in den Niederdruckkanal 5 mündet, entlastbar. Um den Effekt der Entlastung zu verstärken weist der Niederdruckkanal 5 im Bereich der Mündung des Entlastungskanals 11 eine Querschnittsverengung 12 auf. Diese bewirkt, dass im Niederdruckkanal 5 ein Unterdruck herrscht, welcher nach Art einer Venturi-Düse eine Sogwirkung erzeugt. Die Mündung des Entlastungskanals 11 ist stromaufwärts des Abzweigs 19 angeordnet, so dass der Kraftstoff im Kreis geführt wird.
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Alternativ zur Ausführungsform der 3 kann der Entlastungskanal 11 auch an einen weiteren Niederdruckkanal 6 angebunden werden. Diese Ausführungsform ist in der 4 dargestellt. Der weitere Niederdruckkanal 6 durchsetzt einen Anschlussstutzen 3, der in eine Aufnahmebohrung 16 des Gehäuseteils 4 der Hochdruckpumpe eingesetzt ist. Der weitere Niederdruckkanal 6 dient dem Anschluss der Hochdruckpumpe an eine Zulaufleitung (nicht dargestellt), so dass es sich vorliegend um einen Zulaufkanal handelt (siehe Pfeile 20, welche die Strömungsrichtung wiedergeben). Die Abdichtung zwischen dem Gehäuseteil 4 der Hochdruckpumpe und dem Gehäuse 1 der Niederdruck-Anschlusseinheit wird wiederum über zwischenliegende Dichtringe 18 erreicht. Zur Verbindung mit der Zulaufleitung (nicht dargestellt) weist das Gehäuse 1 einen Anschlussstutzen 14 auf.
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Analog zur Ausführungsform der 3 weist der weitere Niederdruckkanal 6 im Bereich der Mündung des Entlastungskanals 11 eine Querschnittsverengung 12 auf. Der Unterdruck zur Erzeugung einer Sogwirkung wird demnach im weiteren Niederdruckkanal 6 bewirkt. Handelt es sich hierbei, wie vorliegend der Fall, um einen Zulaufkanal, kann die Sogwirkung noch verstärkt werden, da die Strömungsgeschwindigkeit im Zulaufkanal größer als im Rücklaufkanal ist.
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Vorteilhafterweise sind, wie in der 5 dargestellt, die Anschlussstutzen 13, 14, die der Verbindung der Niederdruck-Anschlusseinheit mit einer Niederdruckleitung dienen, an das Gehäuse 1 angelenkt. Dies ermöglicht die Winkellage der Anschlussstutzen 13, 14 zu verändern, um die Niederdruck-Anschlusseinheit den jeweiligen Bauraumerfordernissen anzupassen. Weist das Gehäuse 1 zudem eine bogenförmige Gestaltung auf, können über die Bogenform etwaige Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen ausgeglichen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009000857 A1 [0003]
