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Die Erfindung betrifft ein Dämpfermodul für eine Kraftstoffhochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem, mit einem Gehäuse, das ein Zusatzvolumen begrenzt.
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Stand der Technik
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2015 202 992 A1 ist eine Niederdruck-Anschlusseinheit für eine Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere in einem Common-Rail-Einspritzsystem, bekannt, umfassend ein Gehäuse, das mindestens einen Anschlussstutzen zur Verbindung mit einem Gehäuseteil der Hochdruckpumpe ausbildet, wobei der Anschlussstutzen von einem Niederdruckkanal durchsetzt ist, wobei in dem Gehäuse ein mit dem Niederdruckkanal verbundenes Zusatzvolumen zur Dämpfung von Druckpulsationen ausgebildet ist, wobei das Zusatzvolumen über einen Entlastungskanal, der in den Niederdruck in den oder einen weiteren Niederdruckkanal mündet, entlastbar ist, wobei der Niederdruckkanal im Bereich der Mündung des Entlastungskanals eine düsenartige Querschnittsverengung besitzt. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2016 219 247 A1 ist ein Pumpenelement für eine Hochdruckpumpe, insbesondere für eine Kraftstoffhochdruckpumpe in einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit einem Pumpenkolben, bekannt, der in einem Pumpenzylinderkopf hin und her bewegbar geführt ist und der an einem aus dem Pumpenzylinderkopf herausragenden Ende mit einem Stößelkörper gekoppelt ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Dämpfermodul für eine Kraftstoffhochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem, mit einem Gehäuse, das ein Zusatzvolumen begrenzt, zu schaffen, das einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist.
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Die Aufgabe ist bei einem Dämpfermodul für eine Kraftstoffhochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem, mit einem Gehäuse, das ein Zusatzvolumen begrenzt, dadurch gelöst, dass das Zusatzvolumen von mindestens drei elastisch verformbaren Gehäuseflächen begrenzt wird. Bei der Kraftstoffhochdruckpumpe handelt es sich vorzugsweise um eine als Steckpumpe ausgeführte Dieselpumpe. Die Steckpumpe kann hinsichtlich einer Kraftstoffmengensteuerung sowohl mit einer Kraftstoffzumesseinheit als auch mit einem elektrischen Saugventil betrieben werden. Mit dem Dämpfermodul können die zunehmend größer werdenden Pulsationsanforderungen an die Niederdruckleitungen erfüllt werden. Außerdem kann einem diskontinuierlichen Förderprinzip der Dieselpumpe entgegengewirkt werden. Durch das Dämpfermodul können unerwünschte Pulsationsdruckspitzen im Niederdruckbereich wirksam reduziert werden. Das Gehäuse mit den elastisch verformbaren Gehäuseflächen ist zum Beispiel als Vieleck, insbesondere als Quader ausgeführt. Das Gehäuse mit den elastisch verformbaren Gehäuseflächen kann aber auch eine sechseckige oder achteckige Grundfläche aufweisen. Das Dämpfermodul dient insbesondere zur Reduktion von Pulsationsdruckspitzen im Niederdruckbereich.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Dämpfermoduls ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse die Gestalt eines Quaders mit vier elastisch verformbaren Gehäuseflächen aufweist. Mit den vier elastisch verformbaren Gehäuseflächen kann auf einfache Art und Weise eine ausreichende Elastizität und auch Dehnung im Betrieb des Dämpfermoduls bereitgestellt werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Dämpfermoduls ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse die Gestalt eines Quaders mit zwei Anschlussstutzen aufweist, die sich in entgegengesetzte Richtungen erstrecken. Die Anschlussstutzen sind vorteilhaft an Flächen des Quaders vorgesehen, die keine elastisch verformbaren Gehäuseflächen darstellen.
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Die oben angegebene Aufgabe ist bei einem Dämpfermodul für eine Kraftstoffhochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem, mit einem Gehäuse, das ein Zusatzvolumen begrenzt, insbesondere bei einem vorab beschriebenen Dämpfermodul, alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass das Zusatzvolumen von mindestens zwei elastisch verformbaren Gehäuseflächen begrenzt wird, die unterschiedliche Steifigkeiten aufweisen. Dadurch können die Dämpfungseigenschaften des Dämpfermoduls auf einfache Art und Weise an ein gewünschtes Anforderungsprofil angepasst werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Dämpfermoduls ist dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzvolumen eine Wabenstruktur aufweist. Durch die Wabenstruktur kann auf einfache Art und Weise eine nahezu beliebige Anzahl von Zusatzvolumina bereitgestellt werden, von denen einzelne, mehrere oder alle miteinander in Verbindung stehen.
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Die oben angegebene Aufgabe ist bei einem Dämpfermodul für eine Kraftstoffhochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem, mit einem Gehäuse, das ein Zusatzvolumen begrenzt, insbesondere bei einem vorab beschriebenen Dämpfermodul, alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass das Zusatzvolumen in mindestens zwei Teilvolumina unterteilt ist. So kann die Dämpfung auf mehrere Teildämpfer aufgeteilt werden. Daraus ergibt sich für die einzelnen Teildämpfer beziehungsweise Teilvolumina, die auch als Kavitäten bezeichnet werden, eine geringere Belastung. Dies reduziert die Materialspannung im Bauteil und begünstigt somit den Einsatz von Kunststoff als günstige Alternative zu Metall.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Dämpfermoduls ist dadurch gekennzeichnet, dass die Teilvolumina seriell miteinander verbunden sind. Die Teilvolumina sind zum Beispiel in einer Reihe angeordnet und durch Verbindungskanäle miteinander verbunden. Die Verbindungskanäle stellen vorteilhaft hydraulische Widerstände dar.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Dämpfermoduls ist dadurch gekennzeichnet, dass die Teilvolumina parallel miteinander verbunden sind. Die Teilvolumina sind vorteilhaft durch Verbindungskanäle miteinander verbunden. Die Verbindungskanäle stellen vorteilhaft hydraulische Widerstände dar.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Dämpfermoduls ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Teilvolumina ein hydraulischer Widerstand vorgesehen ist. Der hydraulische Widerstand kann auf einfache Art und Weise durch einen Verbindungskanal mit einem relativ geringen Kanaldurchmesser dargestellt werden.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Gehäuse für ein vorab beschriebenes Dämpfermodul. Das Gehäuse ist separat handelbar. Das Gehäuse des Dämpfermoduls ist vorteilhaft aus einem Kunststoffmaterial gebildet. Das Gehäuse kann zum Beispiel in einem dreidimensionalen Druckverfahren hergestellt werden. In großen Stückzahlen wird das Gehäuse besonders vorteilhaft im Spritzgussverfahren hergestellt.
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Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit einem vorab beschriebenen Dämpfermodul. Bei dem Dämpfermodul handelt es sich vorzugsweise um ein externes Dämpfermodul.
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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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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe und mit einem Dämpfermodul, das zwischen einem Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems und der Kraftstoffhochdruckpumpe angeordnet ist;
- 2 eine perspektivische und teilweise geschnittene Darstellung eines herkömmlichen Dämpfermoduls;
- 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus 2;
- 4 eine perspektivische Darstellung eines Dämpfermoduls mit vier Teilvolumina, die seriell miteinander verbunden sind;
- 5 das Dämpfermodul aus 4 in einem perspektivischen Längsschnitt;
- 6 eine perspektivische Darstellung eines Dämpfermoduls mit vier Teilvolumina, die parallel miteinander verbunden sind;
- 7 das Dämpfermodul aus 6 in einer perspektivischen Schnittansicht;
- 8 eine perspektivische Darstellung eines Dämpfermoduls mit vier elastisch verformbaren Gehäuseflächen;
- 9 das Dämpfermodul aus 8 in einer perspektivischen Schnittansicht; und
- 10 eine vereinfachte Darstellung eines Dämpfermoduls mit einer sechseckigen Grundfläche.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem 1 eines Kraftfahrzeugs schematisch dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzsystem 1 ist zum Beispiel Teil einer Brennstoffeinspritzanlage einer luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschine mit einem Niederdruckbereich 12, aus dem, zum Beispiel über eine nicht dargestellte Vorförderpumpe, Kraftstoff aus einem Kraftstofftank zu einem Pumpeneingang 10 einer Kraftstoffhochdruckpumpe 2 gefördert wird. Die Kraftstoffhochdruckpumpe 2 ist als Steckpumpe 3 mit einem Pumpenelement 4 ausgeführt. Das Pumpenelement 4 ist über eine Laufrolle 6 durch einen Antriebsnocken einer (nicht dargestellten) Antriebswelle angetrieben.
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In der Kraftstoffhochdruckpumpe 2, die mehr als ein Pumpenelement 4 umfassen kann, wird der Kraftstoff mit Hochdruck beaufschlagt. Der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff gelangt über einen Pumpenausgang 9 der Kraftstoffhochdruckpumpe 2 in einem Hochdruckbereich 11 des Kraftstoffeinspritzsystems 1.
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Die Ausführung der Kraftstoffhochdruckpumpe 2 als Steckpumpe 3 liefert unter anderem den Vorteil, dass die auch als Dieselpumpe bezeichnete Kraftstoffhochdruckpumpe 2 in einen Motorblock der Brennkraftmaschine integriert werden kann, die auch als Motor bezeichnet wird.
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Die Steckpumpe 3 kann hinsichtlich einer Kraftstoffmengensteuerung sowohl mit einer Kraftstoff-Zumesseinheit als auch mit einem elektrischen Saugventil betrieben werden. Durch das diskontinuierliche Förderprinzip der Kraftstoffhochdruckpumpe 2 können im Betrieb des Kraftstoffeinspritzsystems 1 Druckpulsationen auftreten, die an sich unerwünscht sind. Die Druckpulsationen können sich in den Niederdruckbereich 12 fortpflanzen, wo deren Auftreten ebenfalls unerwünscht ist.
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Zur Reduktion von Pulsationsdruckspitzen im Niederdruckbereich 12 ist ein externes Dämpfermodul 14 zwischen dem Niederdruckbereich 12 und dem Pumpeneingang 10 der Kraftstoffhochdruckpumpe 2 angeordnet. Das externe Dämpfermodul 14 umfasst ein Gehäuse 15 mit einem Zusatzvolumen 16, durch das die unerwünschten Pulsationsdruckspitzen im Niederdruckbereich 12 wirksam reduziert werden können.
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Das Dämpfermodul 14 ist darüber hinaus mit einem hydraulischen Widerstand 19 ausgestattet. Der hydraulische Widerstand 19 ist als Drossel ausgeführt, die in das Dämpfermodul 14 integriert ist. Der hydraulische Widerstand 19 kann auch als Blende ausgeführt sein. Der hydraulische Widerstand 19 ist einem Rücklauf- und/oder Entlüftungsanschluss 18 zugeordnet, der ebenfalls in das Dämpfermodul 14 integriert ist. Der als Drossel oder Blende ausgeführte hydraulische Widerstand 19 sorgt vorteilhaft sowohl für eine Entlüftung des Niederdruckbereichs 12 als auch für eine konstante Rücklaufmenge im Betrieb des Kraftstoffeinspritzsystems 1.
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In den 2 und 3 ist herkömmliches Dämpfermodul 20 vereinfacht dargestellt, um die Problematik im Betrieb von Dämpfermodulen in Kombination mit Kraftstoffhochdruckpumpen in einem Kraftstoffeinspritzsystem zu veranschaulichen. Das Dämpfermodul 20 wird auch als Pulsationsdämpfer bezeichnet und funktioniert nach dem Prinzip Dehnung gegen Atmosphäre. Hierbei wird bei einem Pulsationspeak das Dämpfergehäuse gedehnt und somit zusätzliches Volumen freigegeben. Das zusätzliche Volumen reduziert die Druckspitzen um einen Betrag x.
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In dem Dämpfermodul 20 wird ein Zusatzvolumen 26 von zwei Gehäuseflächen 21, 22 begrenzt. Die Gehäuseflächen 21, 22 sind durch einen Grundkörper 23, der im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylindermantels aufweist, miteinander verbunden. Mit den Buchstaben h, D, r und t sowie mit der Winkelangabe α sind Abmessungen des Dämpfermoduls 20 bezeichnet.
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Die Gehäuseflächen 21, 22 sind elastisch verformbar, um für die Darstellung der Dämpfungsfunktion ein gewünschtes Zusatzvolumen zu erzeugen. Die Dehnung begrenzt die Lebensdauer eines Dämpfers. Je nach Material können hier verschiedene Grenzen gelten. Um die Dämpfungsfunktion über die Lebensdauer sicherzustellen, muss eine gewisse Dehnung über die Lebensdauer des Dämpfermoduls 20 ertragen werden.
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Der Dämpfer kann bezüglich seiner Abmessungen so ausgelegt werden, dass die gewünschten Werte erreicht werden. Im Betrieb einer elektronischen Kraftstoffförderpumpe kann im Fehlerfall ein deutlich höherer Zulaufdruck erzeugt werden als im normalen Betrieb. Um sicherzustellen, dass das Dämpfermodul 20 im Fehlerfall nicht beschädigt wird, muss das Dämpfermodul 20 deutlich robuster ausgelegt werden als für den normalen Betriebsbereich. Dies hat zur Folge, dass das Dämpfermodul 20 für die erwünschte Dehnungsfunktion deutlich zu steif wird. Dieser Zielkonflikt kann dazu führen, dass es keinen passenden Match zwischen Funktionalität und Lebensdauer gibt.
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Wenn der Dämpfer größer dimensioniert wird, steigt seine Elastizität, aber auch seine Dehnung, was zu einer geringeren Lebensdauer führt. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird durch eine Verbindung mehrerer Teilvolumina beziehungsweise Kavitäten die Elastizität summiert, um die geforderte Elastizität zu erreichen. Gleichzeitig bleiben die Teilvolumina durch ihre kleinere Dimensionierung deutlich robuster hinsichtlich Lebensdauer. So kann je nach Innendruck ein passendes Dämpfersystem ausgelegt werden, ohne dass die Anforderungen hinsichtlich Lebensdauer verletzt werden.
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In den 4 und 5 ist ein serielles System mit vier Teilvolumina 31 bis 34 dargestellt. In den 6 und 7 ist ein paralleles Dämpfersystem mit vier Teilvolumina 61 bis 64 dargestellt. Beim seriellen System durchläuft der Druckstoß im Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe nacheinander mehrere Kavitäten, die einzeln auf Dehnung beansprucht werden.
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Beim parallelen System arbeiten alle Dämpferkavitäten gleichzeitig. Es kann entweder durch eine parallel separate Ansteuerung der elastischen Flächen oder durch eine gemeinsame Kavität mit einzelnen arbeitenden Flächen ausgeführt werden, wie man in den 8 und 9 sieht.
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In den 4 und 5 ist ein Dämpfermodul 30 in verschiedenen Ansichten dargestellt. Das Dämpfermodul 30 umfasst ein Gehäuse 29 mit zwei Anschlussstutzen 35, 36. Über die Anschlüsse 35, 36 wird das Dämpfermodul 30 in den Niederdruckbereich eingebunden. Einer der Anschlüsse 35, 36 dient zum Anschließen einer Tankleitung, die das Dämpfermodul 30 mit einem Hydraulikmediumreservoir verbindet, das auch als Tank bezeichnet wird.
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Der andere Anschlussstutzen 36, 35 dient zur Anbindung des Dämpfermoduls 30 an den Niederdruckanschluss oder Sauganschluss der Kraftstoffhochdruckpumpe. Ein Rücklaufanschluss kann vor oder nach dem Dämpfermodul 30 an geeigneter Stelle in eine Saugleitung integriert werden, zum Beispiel mit Hilfe eines T-Stücks.
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Die Teilvolumina 31 bis 34 sind über Verbindungskanäle 37 bis 39 in Reihe miteinander verbunden. Die Verbindungskanäle 37 bis 39 stellen hydraulische Widerstände zwischen den Teilvolumina 31, 32; 32, 33 und 33, 34. Zusammen stellen die Teilvolumina 31 bis 34 ein ausreichend großes Zusatzvolumen 40 in dem Dämpfermodul 30 dar.
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Die einzelnen Teilvolumina 31 bis 34 werden jeweils von einem Grundkörper 41 begrenzt, der durch einen Deckel 42 verschlossen ist. Zur Darstellung der gewünschten Dämpfungsfunktion werden die Teilvolumina 31 bis 34 von insgesamt acht elastisch verformbaren Flächen oder Gehäuseflächen 43 bis 50 begrenzt, die auch als Membrane bezeichnet werden können.
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Die einzelnen Kavitäten können zum Beispiel durch dreidimensionales Drucken hergestellt werden. Für die Herstellung in großen Stückzahlen sind die einzelnen Kavitäten oder Teilvolumina 31 bis 34 vorteilhaft als Spritzgussteile aus Kunststoffmaterial ausgeführt.
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Die einzelnen Kavitäten oder Teilvolumina 31 bis 34 können identisch ausgeführt werden oder in ihrer Steifigkeit progressiv. Das heißt, das Teilvolumen, das am nächsten zu einer Pulsationsquelle angeordnet ist, hat vorteilhaft eine höhere Steifigkeit, zum Beispiel einen kleineren Durchmesser und/oder eine höhere Wandstärke, als die anderen Teilvolumina, um robuster gegenüber den Druckstößen zu sein.
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Das von der Pulsationsquelle abgewandte Teilvolumen ist vorteilhaft das elastischste, um eine maximale Dämpfung sicherzustellen. Je nach Ausführung können auch einzelne Dämpfermodule, wie sie zum Beispiel in den 8 und 9 dargestellt sind, in Reihe geschaltet werden, um das beanspruchte Prinzip zu realisieren.
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Das in den 6 und 7 dargestellte Dämpfermodul 60 umfasst ein Gehäuse 59. Das Gehäuse 59 umfasst zur Begrenzung der vier Teilvolumina 61 bis 64 insgesamt acht elastisch verformbare Flächen oder Gehäuseflächen 51 bis 58. Darüber hinaus sind an dem Gehäuse 59 zwei Anschlussstutzen 65, 66 vorgesehen, die, wie bei dem in den 4 und 5 dargestellten Dämpfermodul 20, zur Anbindung beziehungsweise Einbindung in den Niederdruckbereich dienen.
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Die Teilvolumina 61 bis 64 sind über insgesamt acht Verbindungskanäle 67 parallel miteinander verbunden. Bei dem parallelen Dämpfermodul 60 arbeiten alle Dämpferkavitäten oder Teilvolumina 61 bis 64 gleichzeitig. Zu diesem Zweck werden die elastisch verformbaren Flächen 51 bis 58 parallel separat angesteuert.
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In den 8 und 9 ist ein Dämpfermodul 70 mit einem Gehäuse 69 in verschiedenen Ansichten dargestellt. Das Gehäuse 69 umfasst zwei Anschlussstutzen 75, 76 zur Einbindung in den Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems. Das Gehäuse 69 umfasst nur ein Zusatzvolumen 40, das von insgesamt vier elastisch verformbaren Flächen 71 bis 74 begrenzt wird. Das Gehäuse 69 umfasst einen Grundkörper 77, der durch zwei Deckel 78, 79 verschlossen ist.
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In 10 ist ein Dämpfermodul 80 dargestellt, das ein Gehäuse 89 umfasst. Das Gehäuse 89 hat im Schnitt die Gestalt eines Sechsecks mit insgesamt sechs elastisch verformbaren Flächen 81 bis 86. In 10 nicht dargestellte Anschlussstutzen können an den beiden Endflächen (in 10 nicht sichtbar) des Gehäuses 89 angebracht sein. Das Dämpfermodul 80 kann vorteilhaft in einer Wabenstruktur genutzt werden. Die einzelnen Waben der Wabenstruktur können parallel oder seriell verschaltet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015202992 A1 [0002]
- DE 102016219247 A1 [0002]
