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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein derartiger Kraftstoffinjektor ist aus der nachveröffentlichten
DE 10 2015 224 177 A1 der Anmelderin bekannt. Der bekannte Kraftstoffinjektor weist zur Einstellung des Ankerhubs des Magnetankers, der durch den Abstand zwischen einem Dichtsitz zwischen einem als Ventilglied wirkenden Magnetanker und dem Ventilstück sowie einem oberen Hubanschlag - üblicherweise in Form einer Restluftspaltscheibe - im Bereich der Magnetbaugruppe bestimmt ist, einen Kronenring auf, der die Magnetbaugruppe entgegen der Federkraft eines als Tellerfeder ausgebildeten Federelements axial verspannt. Dabei durchsetzt der Kronenring bereichsweise in entsprechenden Ausschnitten den im Querschnitt scheiben- bzw. hutförmig ausgebildeten Magnetanker, sodass der Kronenring in Kontakt mit der Magnetbaugruppe angeordnet ist. Die Verwendung eines derartigen Kronenrings hat eine relativ aufwendige Konstruktion des Kraftstoffinjektors zur Folge. Weiterhin ist der zum Zusammenwirken mit der Magnetbaugruppe (Magnetspule und Magnetkern) dienende Magnetanker in seinem Querschnitt reduziert, so dass nicht der volle Querschnitt mit der Magnetbaugruppe zusammenwirken kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass der Ankerhub bei relativ einfacher konstruktiver Ausgestaltung des Kraftstoffinjektors sehr genau (vor-) eingestellt werden kann. Dadurch ergibt sich über den gesamten Temperatur- und Druckbereich des aus der Magnetbaugruppe und dem Magnetanker bestehenden Schaltventils eine genaue Einstellmöglichkeit für den Ankerhub, so dass die über das Schaltventil stattfindende Druckentlastung des Steuerraums im Ventilstück sehr genau erfolgen kann, was wiederum eine genaue Zumessung der Einspritzmenge durch den Kraftstoffinjektor zur Folge hat.
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Die oben genannten Vorteile werden im Wesentlichen dadurch ermöglicht, dass das zur Einstellung des Ankerhubs dienende Spannelement die bei üblichen Konstruktionen des Kraftstoffinjektors vorhandene Magnetspannmutter ist, wobei der Haltekörper oder die Magnethülse eine Ausnehmung aufweist, in die die Magnethülse oder der Haltekörper auf der der Ausnehmung zugewandten Seite unmittelbar oder mittels eines mit der Magnethülse in Wirkverbindung angeordneten Elements in Abhängigkeit von der durch die Magnetspannmutter erzeugbaren Spannkraft in axialer Richtung eintaucht. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass es durch eine Ausnehmung und eines in die Ausnehmung (axial) eintauchenden Abschnitts ermöglicht wird, den bei der Betätigung bzw. Montage der Magnetspannmutter auf die Magnethülse übertragenen axialen Hub in hohem Maße in eine Axialbewegung der Magnethülse zur Verstellung des Ankerhubs umzuwandeln. Gemeint sind hierbei der Voreinstellung dienende Ankerhübe von typischerweise bis zu mehr als 50 µm.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Kraftstoffinjektors zur Umsetzung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Ausnehmung in dem Haltekörper in Form einer radial um die Längsachse des Kraftstoffinjektors umlaufenden Nut und der in die Ausnehmung axial eintauchende Abschnitt an der Magnethülse ausgebildet sind. Eine derartige Ausbildung ist deshalb vorteilhaft, da die Wandstärke im Bereich des Haltekörpers üblicherweise größer ausgebildet ist als die Wandstärke an der Magnethülse, so dass zum Ausbilden der Ausnehmung ohne strukturelle Schwächung des Bauteils an dem Haltekörper ein größerer Bauraum zur Verfügung steht als an der Magnethülse.
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Um einerseits beim Betätigen der Magnetspannmutter an der Magnethülse eine Reaktionskraft zu erzeugen, und andererseits diese Reaktionskraft jedoch nicht zu hoch werden zu lassen, damit die gewünschte Axialverschiebung der Magnethülse in Richtung des Ventilstücks stattfinden kann, ist es vorgesehen, dass die Ausnehmung in Bezug zur Längsachse des Kraftstoffinjektors eine in einem schrägen Winkel angeordnete erste Kontaktfläche aufweist, die mit einer an der Magnethülse oder dem Element ausgebildeten gegengleichen zweiten Kontaktfläche zusammenwirkt, und dass zwischen der der Ausnehmung zugewandten Stirnseite der Magnethülse oder des Elements und dem Grund der Ausnehmung ein Abstand bzw. Freiraum ausgebildet ist.
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Als besonders bevorzugt mit Blick auf die Voreinstellung des Ankerhubs, bei der eine axiale Verschiebung der Magnethülse von mehr als 50 µm erzielt werden soll, hat es sich herausgestellt, dass der Winkel, um den die erste Kontaktfläche der Ausnehmung zur Längsachse geneigt ist, zwischen 10° und 60°, vorzugsweise zwischen 10° und 25° betragen soll.
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Eine weitere konstruktiv bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass der in die Ausnehmung des Haltekörpers eintauchende Abschnitt der Magnethülse oder des Elements im Querschnitt trapezförmig ausgebildet ist, und dass zwischen der Ausnehmung und dem Abschnitt auf der den beiden Kontaktflächen abgewandten Seite ein Radialspalt ausgebildet ist. Eine derartige Ausgestaltung bewirkt, dass beim axialen Verschieben bzw. Eintauchen der Magnethülse bzw. des ringförmigen Elements, das in Wirkverbindung mit der Magnethülse angeordnet ist, ein radiales Aufweiten des entsprechenden Abschnitts bzw. Elements ermöglicht wird, was die zur Axialverschiebung der Magnethülse benötigte, von der Magnetspannmutter auf die Magnethülse übertragende Kraft reduziert.
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Eine Ausbildung, bei der der Abstand der ersten Kontaktfläche von der Längsachse in Richtung der Längsachse betrachtet zum Ventilstück hin zunimmt, hat den Vorteil, dass die Deformation des in die Ausnehmung tauchenden Abschnitts bzw. Elements in radialer Richtung nach außen hin erfolgt und somit keinen Einfluss auf die Bauteile bzw. Strömungsverhältnisse in einem der Längsachse radial nahen Bereich hat.
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Bei einer Ausgestaltung, bei der nicht die Magnethülse unmittelbar in die Ausnehmung des Haltekörpers eintaucht, sondern sich axial über ein Element abstützt, welches bereichsweise in die Ausnehmung eintaucht, ist es darüber hinaus vorgesehen, dass das Element ringförmig ausgebildet ist, und dass die Magnethülse und das Element zusammenwirkende Anlageflächen aufweisen, die zumindest nahezu senkrecht zur Längsachse des Kraftstoffinjektors angeordnet sind.
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Eine derartige, zweiteilige Ausgestaltung von Magnethülse und Element hat insbesondere auch den Vorteil, dass beispielsweise das Element aus einem anderen Material bestehen kann als die Magnethülse, wobei das Material des Elements vorzugsweise einen geringeren Elastizitätsmodul aufweist als das Material der Magnethülse. Dadurch wird es ermöglicht, dass das Element in einem größeren Maße an einer Deformation teilnimmt als dies der Fall wäre, wenn die Magnethülse in die Ausnehmung eintauchen würde. Weiterhin werden dadurch keine in Umfangsrichtung wirkenden Kräfte auf die Magnethülse erzeugt, die eine dort ggf. vorhandene Schweißnaht bei einer gerollten Magnethülse beanspruchen.
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Zur Voreinstellung des Ankerhubs kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass zwischen dem Ventilstück und der Magnetbaugruppe eine Ankerhubeinstellscheibe angeordnet ist. Um bei einer Längs- bzw. Axialverschiebung der Magnethülse eine entsprechende Verschiebung der Magnetbaugruppe trotz Verwendung der Ankerhubeinstellscheibe zu ermöglichen, ist es in einer konstruktiv bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass zwischen der Ankerhubeinstellscheibe und dem Ventilstück ein Zwischenstück mit wenigstens einem in Richtung der Längsachse elastisch verformbaren, flügelartigen Abschnitt angeordnet ist, und dass die Ankerhubeinstellscheibe in Wirkverbindung mit dem wenigstens einen elastisch verformbaren Abschnitt angeordnet ist. Dadurch wird bei einer Axialverschiebung der Magnethülse gleichzeitig eine elastische Deformation am Zwischenelement realisiert, das in Wirkverbindung bzw. Kontakt mit der Ankerhubeinstellscheibe angeordnet ist, so dass diese sich zusammen mit der Magnetbaugruppe bewegen kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
- 1 einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor im Bereich eines Schaltventils,
- 2 einen Ausschnitt aus der 1 in einer vergrößerten Darstellung in einem Teillängsschnitt,
- 3 ein Detail aus der 2 in einer vergrößerten Darstellung und
- 4 einen Ausschnitt entsprechend der 2 bei einer abgewandelten Ausführungsform des Kraftstoffinjektors.
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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Der in der 1 ausschnittsweise dargestellte Kraftstoffinjektor 10 dient dem Einspritzen von Kraftstoff in den nicht gezeigten Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine. Insbesondere ist der Kraftstoffinjektor 10 Bestandteil eines sogenannten Common-Rail-Systems, bei dem der Systemdruck mehr als 2000 bar betragen kann.
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Der Kraftstoffinjektor 10 weist ein Injektorgehäuse 11 auf, das im Bereich eines Haltekörpers 13 eine Ausnehmung 15 aufweist, in der eine als Einspritzglied 16 dienende Düsennadel 18 entlang einer Längsachse 20 hubbeweglich angeordnet ist. Die Düsennadel 18 dient in bekannter Art und Weise dem Freigeben bzw. Verschließen wenigstens einer am Injektorgehäuse 11 ausgebildeten Einspritzöffnung (nicht dargestellt). In der in der 1 dargestellten Stellung der Düsennadel 18 weist diese ihre abgesenkte untere Endposition auf, bei der die wenigstens eine Einspritzöffnung am Injektorgehäuse 11 verschlossen ist.
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Die Düsennadel 18 ist innerhalb eines Hochdruckraums 22 angeordnet, in dem sich unter Systemdruck stehender Kraftstoff befindet. Die Versorgung des Hochdruckraums 22 mit dem Kraftstoff erfolgt über einen in das Injektorgehäuse 11 einschraubbaren Anschlussstutzen 24, der mit einer nicht dargestellten Kraftstoffversorgungsleitung mit einem als Rail ausgebildeten Vorratsspeicher für den Kraftstoff verbunden ist. Zwischen dem Anschlussstutzen 24 und dem Hochdruckraum 22 ist eine Zuführbohrung 26 in dem Injektorgehäuse 11 ausgebildet, die zumindest mittelbar in den Hochdruckraum 22 mündet.
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Weiterhin ist in der Ausnehmung 15 des Haltekörpers 13 ein Ventilstück 30 angeordnet. Das Ventilstück 30 weist einen im Durchmesser vergrößerten Abschnitt 31 auf, der axial an einer Stufe 32 der Ausnehmung 15 anliegt und mittels einer Ventilspannschraube 34 axial gegen die Stufe 32 verspannt ist. Das Ventilstück 30 weist auf der der Düsennadel 18 zugewandten Seite eine sacklochartige Bohrung 35 auf, in die die Düsennadel 18 mit ihrer dem Ventilstück 30 zugewandten Stirnseite eintaucht. Die entsprechende Stirnseite der Düsennadel 18 begrenzt zusammen mit der Bohrung 35 einen Steuerraum 36, der über eine in den Steuerraum 36 mündende Zulaufbohrung 37 aus dem Hochdruckraum 22 mit Kraftstoff befüllbar ist. Vom Grund der Bohrung 35 geht eine Ablaufbohrung 38 mit integrierter Ablaufdrossel 39 aus, die dazu dient, den Steuerraum 36 in Richtung eines Niederdruckbereichs 40 des Injektorgehäuses 11 zu entlasten, wobei der in dem Niederdruckbereich 40 einströmende Kraftstoff beispielsweise über einen Ablaufstutzen 42 in einen nicht dargestellten Kraftstoffrücklauf ableitbar ist.
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Auf der der Bohrung 35 abgewandten Seite weist das Ventilstück 30 eine radial um die Längsachse 20 umlaufende Dichtfläche 43 auf, die mit einer an einem Magnetanker 45 ausgebildeten Dichtkante 46 zusammenwirkt, und dabei einen Dichtsitz 47 ausbildet. Über ein Freigeben bzw. Öffnen des Dichtsitzes 47 lässt sich die Druckentlastung des Steuerraums 36 über die Ablaufbohrung 38 in den Niederdruckbereich 40 des Kraftstoffinjektors 10 beeinflussen. Hierzu ist der Magnetanker 45 aus seiner in der 1 dargestellten abgesenkten Stellung in Richtung der Längsachse 20 in eine angehobene Stellung bewegbar. Die Bewegung des Magnetankers 45, der im Querschnitt beispielhaft im Wesentlichen hutförmig ausgebildet ist, erfolgt über eine Magnetbaugruppe 50, wobei die Magnetbaugruppe 50 zusammen mit dem Magnetanker 45 ein Schaltventil 48 ausbilden.
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Die Magnetbaugruppe 50 weist einen Magnetkern 51 auf, in dem auf der dem Magnetanker 45 zugewandten Seite in einer radial um die Längsachse 20 umlaufenden Ausnehmung 52 eine Magnetspule 53 aufgenommen ist, die über Anschlussstifte 54, 55 elektrisch kontaktiert ist. Weiterhin weist der Magnetkern 51 eine mittige Durchgangsbohrung 56 auf, in der ein Ankerbolzen 57 angeordnet ist.
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Der Ankerbolzen 57 stützt sich axial einerseits an der Unterseite des Ablaufstutzens 42 ab und ist andererseits radial in einer Durchgangsbohrung 58 des Magnetankers 45 geführt, wobei der Ankerbolzen 57 der radialen und axialen Führung des Magnetankers 45 dient. Eine den Ankerbolzen 57 radial umgebende, sich zwischen dem Ablaufstutzen 42 und der dem Ablaufstutzen 42 zugewandten Stirnseite des Magnetankers 45 abstützende Druckfeder 60 beaufschlagt den Magnetanker 45 in Richtung des Ventilstücks 30, um insbesondere bei nicht bestromter Magnetbaugruppe 50 sicherzustellen, dass der Dichtsitz 47 ausgebildet wird, um einen Abfluss von Kraftstoff aus dem Steuerraum 36 zu vermeiden und dadurch die wenigstens eine Einspritzöffnung am Injektorgehäuse 11 zu verschließen. Weiterhin stützt sich zwischen der dem Ablaufstutzen 42 zugewandten Stirnfläche des Magnetkerns 51 und dem Ablaufstutzen 42 ein als Tellerfeder 62 ausgebildetes Federelement ab, die die Magnetbaugruppe 50 bzw. den Magnetkern 51 in Richtung des Ventilstücks 30 kraftbeaufschlagt.
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Zwischen dem Ventilstück 30 und dem Magnetkern 51 ist darüber hinaus ein im Querschnitt etwa Y-förmig ausgebildetes Zwischenstück 64 angeordnet. Das Zwischenstück 64 weist mehrere, vorzugsweise in gleichgroßen Winkelabständen um die Längsachse 20 angeordnete, radial nach außen ragende, elastisch deformierbare Flügel 65 auf, auf deren dem Magnetkern 51 zugewandten Stirnfläche eine Ankerhubeinstellscheibe 66 angeordnet ist. Die der Voreinstellung des Ankerhubs des Magnetankers 45 dienende Ankerhubeinstellscheibe 66 stützt sich somit axial zwischen den Flügeln 65 des Zwischenelements 64 und der ihr zugewandten Stirnseite des Magnetkerns 51 ab.
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Der Magnetkern 51 ist radial von einer Magnethülse 68 umgeben, in der ein um die Längsachse 20 radial umlaufender, radial nach innen ragender Absatz 69 ausgebildet ist, der als Axialanschlag für den Magnetkern 51 in Richtung des Ventilstücks 30 dient. Die Magnethülse 68 ist mit dem Ablaufstutzen 42 im Bereich eines radial äußeren Abschnitts 71 des Ablaufstutzens 42 fest verbunden, beispielsweise durch eine nicht dargestellte, radial umlaufende Laserschweißnaht. Weiterhin ist die Magnethülse 68 an ihrem Außenumfang in Wirkverbindung mit einer Magnetspannmutter 74 als Spannelement 75 angeordnet.
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Die Magnetspannmutter 74 weist auf der dem Haltekörper 13 zugewandten Seite ein Innengewinde auf, das mit einem an dem Haltekörper 13 ausgebildeten Außengewinde zusammenwirkt. Hierbei findet bei einem Anschrauben der Magnetspannmutter 74 auf dem Haltekörper 13 eine axiale Verspannung der Magnethülse 68 und somit auch der Magnetbaugruppe 50 in Richtung zum Ventilstück 30 statt.
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Wie aus einer Zusammenschau der 1 bis 3 erkennbar ist, weist der Haltekörper 13 radial innerhalb eines mit der Magnetspannmutter 74 zusammenwirkenden Gewindeabschnitts 76 eine radial um die Längsachse 20 umlaufende Ausnehmung 78 auf. In diese Ausnehmung 78 taucht die der Ausnehmung 78 zugewandte Stirnseite der Magnethülse 68 mit einem Abschnitt 80 ein, wobei der Abschnitt 80 zumindest im axialen Überdeckungsbereich mit der Ausnehmung 78 im Querschnitt in etwa trapezförmig ausgebildet ist (3). Weiterhin ist zwischen dem Grund der Ausnehmung 78 und dem Abschnitt 80, wie besonders deutlich anhand der 3 erkennbar ist, ein radial umlaufender Freiraum bzw. Spalt 81 ausgebildet. Die Ausnehmung 78 weist in Bezug zur Längsachse 20 eine um einen Winkel α schräg angeordnete erste Kontaktfläche 82 auf. Der Winkel α beträgt zwischen 10° und 60°, vorzugsweise zwischen 10° und 25°, wobei der Abstand der ersten Kontaktfläche 82 von der Längsachse 20 in Richtung der Längsachse 20 betrachtet zum Ventilstück 30 zunimmt. Die erste Kontaktfläche 82 wirkt mit einer am Abschnitt 80 der Magnethülse 68 ausgebildeten, gegengleichen zweiten Kontaktfläche 83 zusammen. Weiterhin ist insbesondere anhand der 3 erkennbar, dass durch die im Querschnitt trapezförmige Form des Abschnitts 80 zwischen der der ersten Kontaktfläche 82 gegenüberliegenden Wand 84 im Bereich der Ausnehmung 78 und dem Abschnitt 80 ein radial umlaufender Spalt 85 ausgebildet ist.
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Bei der Montage der Bauteile des Kraftstoffinjektors 10 erfolgt bei einem Anziehen der Magnetspannmutter 74 an dem Haltekörper 13, die eine Bewegung der Magnetspannmutter 74 in Richtung zum Ventilstück 30 zur Folge hat, gleichzeitig eine Mitnahme der Magnethülse 68 in Richtung des Ventilstücks 30. Dabei taucht der Abschnitt 80 der Magnethülse 68 in Abhängigkeit von der Spannkraft der Magnetspannmutter 74 bzw. deren axiale Verschiebeweg in die Ausnehmung 78 ein. Gleichzeitig findet im Bereich der Ausnehmung 78 eine radiale Aufweitung des Abschnitts 80 statt, welcher durch den Spalt 85 zwischen dem Abschnitt 80 und der Wand 84 ermöglicht wird. Da darüber hinaus die Magnetbaugruppe 50 über den Magnetkern 51 von der Tellerfeder 62 in Richtung des Ventilstücks 30 kraftbeaufschlagt ist, wird bei der Axialbewegung der Magnethülse 68 gleichzeitig der Magnetkern 51 bzw. die Magnetbaugruppe 50, deren axiale Position für den Ankerhub des Magnetankers 45 wesentlich ist, ebenfalls in Richtung des Ventilstücks 30 mitbewegt. Gleichzeitig findet bei der Axialbewegung der Magnetbaugruppe 50 eine elastische Deformation der Flügel 65 an dem Zwischenelement 64 statt, da die Flügel 65 über die Ankerhubeinstellscheibe 66 und den Magnetkern 51 ebenfalls von der Druckkraft der Tellerfeder 62 kraftbeaufschlagt sind. Die über die Magnetspannmutter 74 bzw. das Spannelement 75 auf die Magnethülse 68 eingeleitete Kraft dient somit der Voreinstellung des Ankerhubs des Magnetankers 45.
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Bei dem in der 4 dargestellten Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors 10 weist die Magnethülse 68a auf der der Ausnehmung 78 zugewandten Seite eine senkrecht zur Längsachse 20 angeordnete Anlagefläche 88 auf, die mit einer gegengleichen Anlagefläche 89 an einem im Wesentlichen ringförmig ausgebildeten Element 90 zusammenwirkt. Das Element 90 kann dabei aus einem anderen Material bestehen als die Magnethülse 68a. Das Element 90 weist auf der der Ausnehmung 78 zugewandten Seite eine Geometrie auf wie der Abschnitt 80 an der Magnethülse 68, sodass die soweit beschriebene Funktionalität der Magnethülse 68 im Bereich des Abschnitts 80 durch das Element 90 übernommen wird.
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Der soweit beschriebene Kraftstoffinjektor 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015224177 A1 [0002]
