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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze einer Brennkraftmaschine, wobei die Zündkerze einen Dichtring zur Abdichtung an einem Außenumfang der Zündkerze aufweist, umfassend eine erste Komponente aus einem Metall und eine zweite Komponente aus einem Nichtmetall.
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Brennkraftmaschinen verwenden zur Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches häufig Zündkerzen. Diese besitzen eine Mittelelektrode und eine Masseelektrode, welche durch einen Isolator getrennt sind und zwischen welchen ein Zündfunke gebildet werden kann. Zündkerzen umfassen üblicherweise ein Gehäuse mit einem Gewinde, über welches die Zündkerze in die Brennkraftmaschine eingebaut wird. Zur Abdichtung wird zwischen der Zündkerze und der Brennkraftmaschine ein Dichtring platziert.
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Bei der Verwendung serienmäßiger Dichtringe nach dem Stand der Technik wird der Dichtring beim Einbau in eine Brennkraftmaschine verformt. Sehr häufig treten während des Betriebs der Zündkerze Schwingungsspitzen und Temperaturbelastungen unter Druck auf, die die Dichtungseigenschaften der Dichtungsringe verringern. Dies führt dazu, dass elastische Verformungen dauerhaft in plastische Verformungen übergehen. Die fehlende Vorspannkraft des Dichtrings ohne die elastische Verformung kann zu einer Undichtigkeit zwischen der Zündkerze und der Brennkraftmaschine führen.
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Es wäre wünschenswert eine Zündkerze mit Dichtring zu besitzen, wobei der Dichtring seine elastischen Eigenschaften während des Einbaus der Zündkerze in die Brennkraftmaschine und während des Betriebs der Brennkraftmaschine aufrechterhält. Des Weiteren wäre es wünschenswert, wenn die Zündkerze mit Dichtring einfach in der Herstellung und preisgünstig in der Anschaffung ist, sowie wenn die Zündkerze einfach in der Handhabung und Montage ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Zündkerze einer Brennkraftmaschine gemäß dem Anspruch 1 weist demgegenüber einen Dichtring zur Abdichtung an einem Außenumfang der Zündkerze auf, welcher seine elastischen Eigenschaften während des Einbaus der Zündkerze in die Brennkraftmaschine und während des Betriebs der Brennkraftmaschine aufrechterhält. Des Weiteren ist die erfindungsgemäße Zündkerze mit Dichtring einfach in der Herstellung und preisgünstig in der Anschaffung, sowie einfach in der Handhabung und Montage. Dies wird durch einen Dichtring erreicht, welcher eine erste Komponente aus einem Metall und eine zweite Komponente aus einem Nichtmetall aufweist, wobei die erste Komponente des Dichtrings im Querschnitt mindestens eine C-förmige Biegung aufweist, und wobei die zweite Komponente des Dichtrings im Innenraum der C-förmigen Biegung der ersten Komponente angeordnet ist.
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Durch den Einbau der Zündkerze in die Brennkraftmaschine kann beispielsweise eine axiale Kraft auf den Dichtring ausgeübt werden, welche in einer elastischen Verformung des Dichtrings resultiert. Die Ausführungen zum Dichtring beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf den unverformten Zustand.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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In einer bevorzugten Ausführungsform zeigt eine Öffnung der C-förmigen Biegung radial nach innen. Dies ermöglicht einen direkten Kontakt der zweiten Komponente des Dichtrings mit der Zündkerze. Somit ist es beispielsweise bei einer leichten Übermaßpassung zwischen Dichtring und Zündkerze möglich den Dichtring vor der Montage verlustsicher auf die Zündkerze zu stecken. Dies verhindert ein versehentliches Abfallen des Dichtrings, was in einer schlechten Abdichtung der Brennkraftmaschine resultiert und zu einem Motorschaden führen kann.
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Alternativ kann in einer weiteren Ausführungsform die Öffnung der C-förmigen Biegung radial nach außen zeigen. Dies ermöglicht einen direkten Kontakt der zweiten Komponente des Dichtrings mit der Brennkraftmaschine. Die zweite Komponente erlaubt es somit auch Schwingungen der Brennkraftmaschine zu dämpfen und reduziert an die Zündkerze weiterzuleiten.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die zweite Komponente aus einem elastischen Material hergestellt, welches auch bei höheren Temperaturen und Schwingungen vorzugsweise seine elastischen Eigenschaften behält und sich nicht plastisch verformt.
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Vorzugsweise umfasst die zweite Komponente des Dichtrings ein elastisches Material, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe Gummi oder Silikone oder Kautschuk.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung steht die zweite Komponente aus der ersten Komponente hervor. Dies erlaubt einen direkten Kontakt zwischen der zweiten Komponente und Zündkerze oder Brennkraftmaschine ohne das der Dichtring elastisch verformt werden muss.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Komponente des Dichtrings vollständig in die C-förmige Biegung der ersten Komponente aufgenommen. Dadurch hat die zweite Komponente lediglich Kontakt zur ersten Komponente, wodurch ihre physikalischen Eigenschaften nicht durch den Kontakt zu anderen Elementen beeinflusst werden.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die C-förmige Biegung der ersten Komponente des Dichtrings im Querschnitt eine Biegung und ein erstes sowie ein zweites Geradenstück am Ende der Biegung auf. Die Geradenstücke dienen im eingebauten Zustand als Kontaktbereich zwischen Dichtring und Zündkerze, sowie zwischen Dichtring und Brennkraftmaschine. Eine C-förmige Biegung der ersten Komponente mit zwei Geradestücken erlauben eine einfachere und kostengünstigere Fertigung als bei einer durchgehenden Biegung. Die Geradestücke ermöglichen durch den flächenförmigen Kontakt ebenfalls eine bessere Abdichtung zwischen Zündkerze und Brennkraftmaschine.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Kontaktbereiche in einem spitzen Winkel α oder parallel zueinander angeordnet. Der Winkel α bezieht sich auf den Innenwinkel eines Schnittpunkts einer Verlängerung der Geradenstücke. Durch die parallelen Kontaktbereiche oder den spitzen Winkel α ist es möglich ohne eine starke Verformung der ersten Komponente im eingebauten Zustand einen flächigen Kontaktbereich zwischen Dichtring und Zündkerze, sowie zwischen Dichtring und Brennkraftmaschine herzustellen. Die Kontaktflächen zwischen Zündkerze und Brennkraftmaschine sind vorzugsweise ebenfalls parallel oder in einem spitzen Winkel zueinander angeordnet, so dass ein flächiger Kontaktbereich entsteht. Ein flächiger Kontaktbereich zwischen Zündkerze, Dichtring und Brennkraftmaschine resultiert in einer verbesserten Abdichtung zwischen den Komponenten.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die erste Komponente des Dichtrings im Querschnitt eine S-förmige Biegung auf. Als S-förmige Biegung werden zwei entgegengesetzte C-förmige Biegungen, wie sie zuvor beschrieben wurden, verstanden. Die mehrfache Biegung der ersten Komponente erhöht die elastischen Eigenschaften des Dichtrings. Die S-förmige Biegung ist ebenfalls vorteilhaft bei der Abfuhr von Wärme von der Zündkerze. Dabei umfasst mindestens eine der C-förmigen Biegungen die zweite Komponente aus einem Nichtmetall.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die S-förmige Biegung im Querschnitt die erste C-förmige Biegung und eine zweite C-förmige Biegung auf, welche einander entgegengesetzt verlaufen. Ferner weist die S-förmige Biegung ein erstes und ein zweites Geradenstück an dem ersten und zweiten Ende der C-förmigen Biegungen auf. Ein drittes Geradenstück liegt zwischen den zwei C-förmigen Biegungen. Die Ausführung der S-förmigen Biegung mit Geradenstücken erlaubt eine einfache und kostengünstige Herstellbarkeit. Des Weiteren erlauben die äußeren ersten und zweiten Geradenstücke eine gute flächige Abdichtung zwischen der Zündkerze und der Brennkraftmaschine.
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Weiter vorteilhaft sind wenigstens das dritte und das erste oder zweite Geradenstück parallel zueinander angeordnet. Wenn zwischen zwei Geradestücken keine zweite Komponente aus einem Nichtmetall angeordnet ist, können die Geradestücke auch aneinanderliegend angeordnet sein. Dies erhöht sowohl die thermischen als auch die mechanischen Eigenschaften des Dichtrings.
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Vorteilhaft ist die zweite Komponente ein O-Ring. O-Ringe sind genormte Standardbauteile welche in großen Mengen hergestellt werden und günstig in der Beschaffung sind. Die erfindungsgemäße Kombination aus einem elastischen O-Ring und einer metallischen ersten Komponente ermöglicht einen kostengünstigen Dichtring, welcher seine elastischen Eigenschaften während des Einbaus der Zündkerze in die Brennkraftmaschine und während des Betriebs der Brennkraftmaschine aufrechterhält.
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Weiter vorteilhaft ist der Querschnitt der zweiten Komponente ovalförmig und setzt sich aus zwei Bögen zusammen, welche über zwei Geradenstücke verbunden sind. Die Geradenstücke sind vorzugsweise im direktem Kontakt mit der ersten Komponente. Die Bögen können beide identische Maße aufweisen oder unterschiedlich ausgeführt sein. Die Bögen können beispielsweise Kreissegmente sein.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Dichtring in dem von der C-förmigen Biegung umschlossenen Querschnitt einen ersten Ausdehnungsbereich zwischen der C-förmigen Biegung der ersten Komponente und der zweiten Komponente auf und/oder einen zweiten Ausdehnungsbereich zwischen der Öffnung der ersten Komponente und der zweiten Komponente auf. Diese Ausdehnungsbereiche erlauben eine ungehinderte elastische Verformung des Dichtrings, ohne dass die zweite Komponente zu stark gequetscht wird und eventuell Schaden annimmt. Des Weiteren werden durch die Ausdehnungsbereiche geringere Anforderungen an die Fertigungstoleranzen der ersten und zweiten Komponente des Dichtrings gestellt.
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Vorteilhaft ist die erste Komponente aus einem Blech mit gleichmäßiger Materialstärke geformt. Die Materialstärke kann sich in der umgeformten ersten Komponente aufgrund der Biegeoperation verändert haben.
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Weiter vorteilhaft liegt die Materialstärke der ersten Komponente zwischen 0,3 mm und 0,8 mm.
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In einer bevorzugten Ausführungsform liegt eine Dicke der zweiten Komponente des Dichtrings in axialer Richtung des Dichtrings vorzugsweise zwischen 0,3 mm und 3 mm.
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Der Dichtring ist vorzugsweise zwischen einem Gewinde und einem Sitz der Zündkerze angeordnet und trägt zur Dichtheit der Brennkraftmaschine bei.
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Vorzugsweise befindet sich der Querschnitt der zweiten Komponente zu mindestens 50% innerhalb des durch die C-förmige Biegung der ersten Komponente gebildeten Querschnitts, so dass die zweite Komponente mindestens zur Hälfte im Innenraum der C-förmigen Biegung der ersten Komponente angeordnet ist.
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Der Dichtring hat vorzugsweise eine rotationssymmetrische Form und ist in Umfangsrichtung geschlossen, kann aber auch eine nicht rotationssymmetrische Form aufweisen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine beispielhafte erfindungsgemäße Zündkerze in einer Brennkraftmaschine mit einem Dichtring gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2 eine schematische Darstellung eines Dichtrings von 1,
- 3 eine schematische Darstellung eines Dichtrings nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
- 4 eine schematische Darstellung eines Dichtrings nach einem dritten Ausführungsbeispiel.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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1 und 2 zeigen eine halb geschnittene Ansicht einer Zündkerze 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der untere Teil der Zündkerze 1 ist über ein Gewinde 6 mit einer Brennkraftmaschine 2 verbunden. Der Ausschnitt kann beispielsweise einen Teil eines Zylinderkopfes darstellen, in welchem die Zündkerze 1 montiert ist. Alternativ kann die Zündkerze auch in jeglichem anderen Ort einer Brennkraftmaschine 2 montiert sein. An der Unterseite der Zündkerze ist eine Mittelelektrode und eine Masseelektrode zu erkennen, welche ein Luft-Brennstoffgemisch entzünden. Dies führt zu einer schlagartigen Verbrennung des Luft-Brennstoffgemischs, was in einer hohen Temperatur und einem hohen Druck auf der Elektrodenseite der Zündkerze 1 resultiert.
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Zwischen zwei parallelen Flächen an der Außenseite der Zündkerze 1 und der Brennkraftmaschine 2 ist ein Dichtring 3 verbaut. Dieser dichtet einen Bereich zwischen Zündkerze 1 und der Brennkraftmaschine 2 ab. Durch das Einschrauben der Zündkerze 1 in die Brennkraftmaschine 2 übt die Zündkerze 1 eine axiale Kraft auf den Dichtring 3 aus. Durch die axiale Kraft verformt sich der Dichtring 3 elastisch und übt eine Vorspannkraft zwischen Zündkerze 1 und Brennkraftmaschine 2 aus.
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2 zeigt das erstes Ausführungsbeispiel des Dichtrings 3 im Detail. Der Dichtring 1 umfasst eine erste Komponente 4 aus Metall und eine zweite Komponente 5 aus einem elastischen Nichtmetall. Dabei weist die erste Komponente 4 eine C-förmige Biegung 41 auf, sowie ein daran anschließendes oberes erstes Geradenstück 44 und ein unteres zweites Geradenstück 45. Die Geradenstücke 44, 45 sind in 2 gleichlang dargestellt, können aber auch unterschiedliche Längen aufweisen.
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Eine Öffnung 43 der C-förmigen Biegung 41 ist in 2 radial nach innen orientiert. Im Innenraum der gebogenen ersten Komponente 4 ist die zweite Komponente 5 angeordnet. Dabei steht die zweite Komponente 5 im ersten Ausführungsbeispiel aus der ersten Komponente 4 hervor.
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Die C-förmige Biegung 41 hat die Form eines Kreisbogens. Der Biegungswinkel der C-förmigen Biegung 41 beträgt mehr als 180°. Die zweite Komponente 5 ist im Querschnitt ovalförmig und besteht aus einem radial äußeren ersten Bogen 52 und einem radial inneren zweiten Bogen 53. Die zwei Bögen 52, 53 der zweiten Komponente 5 sind über ein oberes erstes Geradenstück 54 und ein unteres zweites Geradenstück 55 verbunden. Dabei ist im ersten Ausführungsbeispiel der Radius des ersten Bogens 52 größer als der Radius des zweiten Bogens 52. Die Geradenstücke 54, 55 der zweiten Komponente 5 sind in vollem Kontakt mit den Geradenstücken 44, 45 der ersten Komponente. Ein Teil der Geradenstücke 54, 55 der zweiten Komponente 5 zeigen aus der Öffnung 43 der ersten Komponente 4 heraus.
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A beschreibt in 2 einen Innenradius der zweiten Komponente 5 und B einen Innenradius der ersten Komponente 4. Im ersten Ausführungsbeispiel ist der Innenradius A der zweiten Komponente 5 kleiner als der Innenradius B der ersten Komponente 4. In diesem Fall ist der Innenradius A vorzugsweise so zu wählen, dass die zweite Komponente 5 Kontakt, zum Beispiel zu einem M8 bis M24 Gewinde der Zündkerze 1 hat und der Dichtring nicht lose sitzt. Somit wird verhindert, dass sich der Dichtring 3 bei der Montage der Zündkerze 1 in die Brennkraftmaschine 2 löst.
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C beschreibt einen Außendurchmesser der zweiten Komponente 5 und D beschreibt einen Außendurchmesser der ersten Komponente 4. Durch den vollständigen Kontakt der zweiten Komponente 5 mit der ersten Komponente 4 in dessen Innenraum im ersten Ausführungsbeispiel beschreibt die Differenz zwischen D und C die Materialstärke der ersten Komponente 4. Die Materialstärke der ersten Komponente 4 aus Metall liegt vorzugsweise zwischen 0,3 mm und 0,8 mm.
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E gibt eine maximale Dicke der zweiten Komponente 5 in axialer Richtung X - X an und F eine maximale Dicke der ersten Komponente 4 in axialer Richtung an. F liegt vorzugsweise zwischen 1,2 mm und 5 mm. E entspricht vorzugsweise der Differenz aus der Dicke F und der zweifachen Wandstärke der ersten Komponente 4. Die voranstehenden Angaben beziehen sich alle auf einen unverformten Dichtring.
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Die Eigenschaften des ersten Ausführungsbeispiels ermöglicht einen Dichtring, welcher seine elastischen Eigenschaften und seine Dichtungseigenschaften auch bei hohen Temperaturen und Schwingungen aufrechterhält. Die erfindungsgemäße Zündkerze mit Dichtring ist dabei einfach herzustellen und günstig in der Anschaffung.
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3 beschreibt ein zweites Ausführungsbeispiel des Dichtrings 3. Der Dichtring 3 in 3 gleicht im Wesentlichen dem Dichtring 3 in 2 mit dem wesentlichen Unterschied, dass die Geradenstücke 44, 45 länger sind, so dass die zweite Komponente 5 weder aus der Öffnung 43 der C-förmigen Biegung 41 der ersten Komponente 4 herausschaut noch, dass die zweite Komponente 5 die erste Komponente 4 in der C-förmigen Biegung 41 berührt. Die Geradenbereiche 44, 45 der ersten Komponente 4 werden nicht vollständig von den Geradenbereichen 54, 55 der zweiten Komponente 5 berührt.
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Dies führt dazu, dass das zweite Ausführungsbeispiel einen radial äußeren ersten Ausdehnungsbereich 47 und einen radial inneren zweiten Ausdehnungsbereich 48 aufweist. In diese Ausdehnungsbereiche kann sich die zweite Komponente 5 bei axialer Belastung frei ausdehnen und sorgt somit für ein gleichmäßiges elastisches Verhalten des Dichtrings 3. Alternativ kann der Dichtring 3 ebenfalls nur einen ersten oder zweiten Ausdehnungsbereich 47, 48 aufweisen.
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Der Querschnitt der zweiten Komponente 5 setzt sich aus einem ersten Bogen 52, einem zweiten Bogen 53, einem ersten Geradenstück 54 sowie einem zweiten Geradenstück 55 zusammen. Die Geradenstücke 54, 55 verbinden dabei die Enden der Bögen 52, 53 und liegen an der Innenseite der ersten Komponente 4 an. Der erste und zweite Bogen 52, 53 sind im zweiten Ausführungsbeispiel als Teilkreise ausgebildet, wobei der erste Bogen 52 einen größeren Radius aufweist als der zweite Bogen 53.
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4 beschreibt ein drittes Ausführungsbeispiel des Dichtrings 3. Der Dichtring 3 im dritten Ausführungsbeispiel weist eine S-förmige Biegung auf mit einer ersten C-förmigen Biegung 41 und einer entgegengesetzten zweiten C-förmigen Biegung 42. Von den Enden der Biegungen 41, 42 geht ein erstes und ein zweites Geradenstück 44, 45 ab. Ein drittes Geradenstück 46 verbindet die erst und zweite C-förmige Biegung 41, 42 miteinander. Die Öffnung 43 der ersten C-förmigen Biegung 41 ist radial nach außen gerichtet.
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Der Dichtring 3 mit S-förmiger Biegung umfasst in seiner ersten C-förmigen Biegung 41 zusammen mit dem ersten und dritten Geradenstück 44, 46 eine zweite Komponente 5 aus einem Nichtmetall, welche als elastischer O-Ring 51 mit kreisförmigem Querschnitt ausgeführt ist. Der elastische O-Ring 51 befindet sich vollständig im von der ersten C-förmigen Biegung 41 und den Geradenstücken 44, 46 der ersten Komponente 4 gebildeten Querschnitt, so dass der Außendurchmesser C der zweiten Komponente 5 kleiner ist als der Außendurchmesser D der ersten Komponente 4.
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Der Biegewinkel α der ersten C-förmigen Biegung 41 ist kleiner als 180°, so dass die Geradenstücke 44, 45 zur Öffnung 43 hin axial nach außen zeigen. Der Biegewinkel α in einem Schnittpunkt der Geradenstücke 44, 45 ist dabei spitz.
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Die erste C-förmige Biegung 41 mit erstem und dritten Geradenstück 44, 46 sowie zweiter Komponente 5 beschreiben eine Form, welche vergleichbar zum ersten Ausführungsbeispiel ist.
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Das zweite und dritte Geradenstück 45, 46 sind im dritten Ausführungsbeispiel parallel zueinander angeordnet und liegen aneinander an. Dabei ist die zweite C-förmige Biegung 42 radial nach innen orientiert. Der Biegeradius der zweiten C-förmigen Biegung 42 beträgt die Wandstärke der ersten Komponente 4 und ist somit kleiner ausgeprägt als der Biegeradius der ersten C-förmige Biegung 41.
