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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffinjektoranordnung zur Montage eines Kraftstoffinjektors in einer Brennkraftmaschine, wobei der Kraftstoffinjektor vorzugsweise dazu Verwendung findet, um flüssigen oder gasförmigen Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einzudosieren.
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Stand der Technik
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Bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen wird der Kraftstoff, der gasförmig oder flüssig sein kann, direkt in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingebracht. Dabei wird der Kraftstoff mit einem Kraftstoffinjektor, der in der Regel im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeordnet ist, mit hohem Druck zum richtigen Zeitpunkt in den Brennraum eingebracht. Das Brennstoffluftgemisch wird anschließend entweder fremdgezündet, meist mit Hilfe einer Zündkerze, oder es wird nach dem Prinzip eines Dieselmotors allein durch die Verdichtung der Brennraumluft gezündet (Selbstzündung). Da der Kraftstoffinjektor in den Brennraum ragt, ist er dem Druck im Brennraum ausgesetzt. Die Montage im Zylinderkopf muss deshalb folgenden Anforderungen genügen: Zum einen muss der Kraftstoffinjektor dem durch die Verbrennung entstehenden Druck und den entsprechenden Temperaturen im Brennraum widerstehen. Zum anderen müssen die Brennraumgase im Brennraum abgedichtet werden, so dass diese nicht zwischen dem Kraftstoffinjektor und der Wand der Bohrung nach außen gelangen.
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Dazu wird ein Kraftstoffinjektor mit Hilfe einer Spannvorrichtung, zumeist einer Spannpratze oder einer Fixierschraube, in einer Bohrung im Zylinderkopf fixiert. Eine solche Anordnung ist beispielsweise aus der
DE 101 55 678 A1 bekannt. Die Spannpratze ist dabei gabelförmig ausgebildet und umgreift den Injektor. Durch das Anziehen einer Spannschraube wird die Spannpratze gegen den Injektor gedrückt und presst diesen damit in die Aufnahmebohrung des Zylinderkopfs gegen eine entsprechende Dichtfläche. Da die zur Abdichtung erforderliche Kraft relativ hoch ist, verursacht die Pratzkraft eine elastische Deformation der kraftdurchleitenden Teile des Injektors und führt zu einer Beeinflussung zuvor eingestellter Bauteilpaarungen. Bei Injektoren, wie sie zur Einspritzung von flüssigem Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine verwendet werden, spielt diese Deformation in der Regel keine Rolle. Die Durchflussquerschnitte innerhalb des Injektorkörpers sind hier relativ klein und die Injektoren deshalb recht massiv gebaut sind, so dass die Pratzkraft keine nennenswerte Deformation verursacht.
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Bei Injektoren für die Einspritzung bzw. Einblasung alternativer Kraftstoffe, insbesondere bei gasförmigen Kraftstoffen, sind wesentlich größere Durchflussquerschnitte im Injektor erforderlich, da die Energiedichte dieser Kraftstoffe deutlich geringer ist. Darüber hinaus ist der Kraftstoffdruck im Vergleich zu flüssigem Kraftstoff sehr viel niedriger und ein entsprechend großer Kraftstoffdurchfluss ist nur mit einem großen Strömungsquerschnitt zu erreichen. Da der Bauraum im Zylinderkopf beschränkt ist, ist das Injektorgehäuse dieser Kraftstoffinjektoren vergleichsweise dünnwandig ausgestaltet. Die erforderliche Pratzkraft bleibt jedoch gleich, so dass es durch die Pratzkraft zu einer wesentlich stärkeren Verformung des Kraftstoffinjektors kommt und damit zu einer Veränderung der eingestellten Funktionsmaße im Injektor, beispielsweise dem Ventilhub oder dem Restluftspalt. Darüber hinaus muss auch die Streuung der Pratzkraft von einem Injektor zum anderen berücksichtigt werden.
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Kraftstoffinjektoranordnung zur Montage eines Kraftstoffinjektors in einer Brennkraftmaschine weist den Vorteil auf, dass der Kraftstoffinjektor trotz relativ großer Durchflussquerschnitte für den Kraftstoff mit einer hohen Pratzkraft sicher in der Brennkraftmaschine montiert werden kann, ohne dass es zu Beeinträchtigungen der Funktionsweise des Kraftstoffinjektors aufgrund der Verpratzung kommt. Dazu weist die Kraftstoffinjektoranordnung einen Kraftstoffinjektor zur dosierten Abgabe von flüssigem oder gasförmigem Kraftstoff auf, wobei der Kraftstoffinjektor ein Gehäuse aufweist, das einen Injektorkörper und ein den Injektorkörper umgebendes Mantelrohr umfasst. Der Injektorkörper weist einen Kraftstoffzulauf und eine Einspritzöffnung zur Abgabe des Kraftstoffs auf, wobei zwischen dem Mantelrohr und dem Injektorkörper ein Ringspalt ausgebildet ist, der einen Kraftstoffströmungspfad bildet. Weiter ist eine Spannvorrichtung vorhanden, die eine Spannkraft auf den Kraftstoffinjektor ausübt und diesen gegen eine Auflagefläche in der Brennkraftmaschine drückt. Die Spannvorrichtung übt die Spannkraft zumindest mittelbar auf das Mantelrohr aus, wobei sich das Mantelrohr mit einem der Einspritzöffnung zugewandten Endfläche an einer Druckfläche am Injektorkörper abstützt.
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Die Druckfläche kann auf einer beliebigen Höhe des Injektorkörpers ausgebildet sein, so dass die Pratzkraft über das den Injektorkörper umgebende Mantelrohr relativ nahe am Brennraum ausgeübt werden kann, d. h. nahe an dem dem Brennraum zugewandten Endbereich des Injektors. Damit wird der Abschnitt des Kraftstoffinjektors, der vom Mantelrohr umgeben ist, nicht durch die Spannvorrichtung beeinträchtig, so dass die durch eine Deformation verursachten technischen Probleme in diesem Bereich des Kraftstoffinjektors nicht auftreten. Der Kraftstoffinjektor kann so trotz relativ großer Strömungsquerschnitte, wie sie insbesondere für gasförmigen Kraftstoff benötigt werden, zuverlässig und sicher in der Zylinderkopfbohrung der Brennkraftmaschine befestigt werden.
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In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung wird die Spannkraft durch die Spannvorrichtung auf das der Druckfläche abgewandte Ende des Mantelrohrs ausgeübt. Dieses ist einfach zugänglich, so dass die schon bekannten Pratzvorrichtungen bzw. Spannvorrichtungen Verwendung finden können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Injektorkörper einen Düsenkörper, in dem die Einspritzöffnung ausgebildet ist und der den brennraumseitigen Endabschnitt des Körpers bildet, wobei die Druckfläche am Düsenkörper ausgebildet ist. Damit wird die Spannkrafteinleitung auf den Kraftstoffinjektor weit in Richtung des Brennraums verlegt, was die Verformungen des Injektorkörpers minimiert. Insbesondere der Düsenkörper, der das brennraumseitige Ende des Injektorkörpers bildet, bietet hier eine vorteilhafte Stelle für die Druckfläche.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Druckfläche am Injektorkörper ausgebildet. Diese lässt sich einfach beispielsweise mit einem Drehprozess herstellen. Ebenfalls in vorteilhafter Ausgestaltung kann die Druckfläche an einem Sprengring ausgebildet sein, der in eine Ringnut am Injektorkörper eingreift. Solche Sprengringe sind bewährt und lassen sich einfach an verschiedenen Injektorkörpern umsetzen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Druckfläche an einer Überwurfmutter ausgebildet, die in ein am Injektorkörper ausgebildetes Außengewinde eingeschraubt ist. Es wird so in einfacher Weise eine Druckfläche am Injektorkörper geschaffen. Die Überwurfmutter kann durch das Vorsehen eines Außengewindes an einer beliebigen Stelle des Injektorkörpers platziert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Mantelrohr aus zwei Teilmantelrohren gebildet, die in Längsrichtung aneinandergrenzen, wobei zwischen den beiden Teilmantelrohren eine Zwischendichtung angeordnet ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass das eine, dem Brennraum zugewandte Teilmantelrohr, fest mit dem Injektorkörper verbunden werden kann, beispielsweise durch ein Schraubgewinde. Das zweite Teilmantelrohr kann von oben, d. h. von der der Einspritzöffnung abgewandten Seite des Injektors aufgesteckt werden. Dies erleichtert die Montage und damit die Installation der Kraftstoffinjektoranordnung in einer Brennkraftmaschine.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen dem der Druckfläche abgewandten Endbereich des Mantelrohrs und dem Injektorkörper eine Dichtung angeordnet. Dadurch lässt sich der Ringraum, der zwischen dem Mantelrohr und dem Injektorkörper ausgebildet ist, zuverlässig abdichten, auch beim Aufbringen der Spannkraft auf das Mantelrohr.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die Endfläche des Mantelrohrs, die der Druckfläche abgewandt ist, ballig oder konisch ausgebildet. Dies lässt sich in vorteilhafter Ausgestaltung mit einer zusätzlichen Hülse kombinieren, die zwischen der Spannvorrichtung und dem Mantelrohr angeordnet ist. Da die Spannvorrichtung auf die Hülse und diese auf das Mantelrohr drückt, übt die Hülse eine nach innen gerichtete Kraft auf die Endfläche des Mantelrohrs aus und verhindert dadurch - oder reduziert zumindest - eine Relativbewegung des Injektors im Mantelrohr. In vorteilhafter Weise ist dabei die Stirnfläche der Hülse, die mit der Endfläche des Mantelrohrs zusammenwirkt, ballig oder konisch ausgebildet, so dass die nach innen gerichtete Kraft auf die Endfläche des Mantelrohrs vergrößert wird.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die Spannvorrichtung als Spannpratze ausgebildet. Die Spannpratze hat den Vorteil, dass sie seitlich über den Injektor geschoben werden kann, wozu sie vorzugsweise gabelförmig ausgebildet ist. Es lassen sich so hohe Spannkräfte aufbringen, ohne dass der dem Brennraum abgewandte Endbereich des Kraftstoffinjektors umgestaltet werden muss und für weitere Anschlüsse frei zugänglich bleibt. Dabei ist in vorteilhafter Weise an der Spannpratze eine nach innen gerichtete Spannfläche ausgebildet, die eine nach innen gerichtete Kraft auf das Mantelrohr ausübt, um das Mantelrohr mit dem Injektorkörper in Kontakt zu bringen.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist der Kraftstoffinjektor in einer Aufnahmebohrung der Brennkraftmaschine angeordnet, wobei die Auflagefläche in der Aufnahmebohrung ausgebildet ist. Durch die Spannkraft wird der Kraftstoffinjektor gegen die Auflagefläche gedrückt und dichtet die Aufnahmebohrung an dieser Stelle ab, so dass das Brennraumgas nicht zwischen der Wand der Aufnahmebohrung und dem Kraftstoffinjektor hindurch austreten kann.
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Zeichnung
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektoranordnung dargestellt. Es zeigt die
- 1 eine teilweise geschnittene Darstellung eines Kraftstoffinjektors mit einer entsprechenden Spannvorrichtung im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine,
- 2 eine Vergrößerung des mit II bezeichneten Ausschnitts der 1,
- 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel in gleicher Darstellung wie 2, ebenso die
- 4 und die
- 5, die weitere Ausführungsbeispiele zeigen,
- 6 zeigt eine weitere Ausführungsform mit einem alternativ gestalteten Mantelrohr,
- 7 das dem Brennraum abgewandte Ende des Mantelrohrs zur Veranschaulichung der Spannkraft,
- 8 den mit VIII bezeichneten Ausschnitt der 7 in einer vergrößerten Darstellung,
- 9 eine Draufsicht auf die Oberseite des Kraftstoffinjektors mit einer Spannpratze und
- 10 eine Darstellung der Spannpratze in einer gegenüber der 9 gedrehten Darstellung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Kraftstoffinjektoranordnung dargestellt. Der Kraftstoffinjektor 1 ist in einer Aufnahmebohrung 3 in einem Zylinderkopf 2 einer Brennkraftmaschine angeordnet, wobei der Zylinderkopf 2 hier der Übersichtlichkeit halber nur auf der linken Seite des Kraftstoffinjektors 1 dargestellt ist, der sich aber auf der rechten Seite ebenso fortsetzt. Der Kraftstoffinjektor 1 liegt mit einer Dichtfläche 19 unter Zwischenlage einer Brennraumdichtung 38 an einer ringförmigen Auflagefläche 4 in der Aufnahmebohrung 3 an, so dass zwischen dem Kraftstoffinjektor 1 und der Auflagefläche 4 eine Dichtung gebildet ist. Am brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 1 ist eine Einspritzöffnung 9 ausgebildet, über die der Kraftstoff aus dem Kraftstoffinjektor 1 in einen Brennraum der Brennkraftmaschine eingebracht werden kann. Der Kraftstoffinjektor 1 weist ein Gehäuse 5 auf, das einen Injektorkörper 6 und ein Mantelrohr 10 umfasst, wobei das Mantelrohr 10 den Injektorkörper 6 auf einem Großteil seiner Länge umgibt. Am Injektorkörper 6 ist ein Kraftstoffzulauf 8 ausgebildet, der mit einer Kraftstoffleitung 7 verbunden ist, über die gasförmiger oder flüssiger Kraftstoff dem Kraftstoffinjektor 1 zugeführt werden kann. Der über den Kraftstoffzulauf eingebrachte Kraftstoff fließt vom Kraftstoffzulauf 8 durch Querbohrungen 19 in einen Ringraum 13, der zwischen dem Mantelrohr 10 und dem Injektorkörper 6 ausgebildet ist und durch den Ringraum 13 weiter in Richtung der Einspritzöffnung 9. Über zweite Querbohrungen 22 fließt der Kraftstoff aus dem Ringraum 13 wieder in den Injektorkörper 6 und gelangt über innerhalb des Injektorkörpers 6 ausgebildete und in der Zeichnung nicht dargestellte Kraftstoffkanäle in einen Düsenkörper 36, der Teil des Injektorkörpers 6 ist und in dem die wenigstens eine Einspritzöffnung 9 ausgebildet ist. Im Düsenkörper 36 ist ein in der Zeichnung nicht dargestelltes, bewegliches Ventilelement angeordnet, das die Einspritzöffnung 9 zum gewünschten Zeitpunkt öffnet, so dass der Kraftstoff dosiert abgegeben werden kann.
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Das Mantelrohr 10 liegt an seinem der Einspritzöffnung 9 zugewandten Endbereich mit einer Endfläche 18 an einer Druckfläche 16 des Injektorkörpers 6 an, wie in 2 in einer Vergrößerung des mit II bezeichneten Ausschnitts der 1 dargestellt. Die Abdichtung zwischen dem Mantelrohr 10 und dem Injektorkörper 2 wird durch einen Dichtring 25 sichergestellt, der ein Austreten von Kraftstoff verhindert. Am gegenüberliegenden Ende des Mantelrohrs 10 ist zwischen dem Injektorkörper und dem Mantelrohr 10 eine Dichtung 15 in Form eines Dichtrings angeordnet, die an dieser Stelle die Abdichtung zwischen dem Mantelrohr 10 und dem Injektorkörper 6 gewährleistet, so dass der Ringraum 13 nach außen abgedichtet ist.
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Um den Kraftstoffinjektor 1 in der Aufnahmebohrung 3 zu fixieren und die sichere Abdichtung an der Auflagefläche 4 sicherzustellen, wird eine Spannkraft auf die Endfläche 14 des Mantelrohrs 10 mit Hilfe einer Spannvorrichtung 30 aufgebracht, die in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel die Form einer Spannpratze hat. Diese ist gabelförmig ausgebildet und umgreift den Injektorkörper 6, wobei die an der Spannpratze 30 ausgebildete Spannfläche 31 an der Endfläche 14 des Mantelrohrs 10 aufliegt. Die Spannpratze 30 wird durch eine Spannschraube 32 verspannt, die in ein Schraubloch 33 im Zylinderkopf eingreift. Auch eine jochförmige Spannpratze ist möglich, die auf beiden Seiten mit je einer Spannschraube im Zylinderkopf verspannt wird. Alternativ kann die Spannvorrichtung auch in Form einer Überwurfmutter ausgebildet sein, die in einem Innengewinde in der Aufnahmebohrung 3 eingeschraubt wird. Die Spannkraft wird über das Mantelrohr 10 auf die Druckfläche 16 geleitet und damit nahe am brennraumseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 1. Der Bereich innerhalb des Mantelrohrs 10 des Injektorköpers 6 wird von der Spannkraft nicht oder kaum mechanisch verformt, so dass bewegliche Komponenten, die innerhalb dieses Injektorkörpers angeordnet sind, nicht durch eine elastische Deformation des Injektorkörpers 6 in ihrer Funktionalität beeinträchtigt werden.
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In 3 ist eine weitere alternative Ausgestaltung des brennraumseitigen Endes des Mantelrohrs 10 dargestellt. Das Mantelrohr 10 weist hier eine konische Endfläche 18 auf, die an einem Spannring 20 anliegt, der die Druckfläche 16 bildet. Der Spannring 20 ist dabei in einer Ringnut 21 im Injektorkörper 6 bzw. Düsenkörper 36 angeordnet. Zur sicheren Abdichtung ist zusätzlich ein Dichtring 25 zwischen dem Endbereich des Mantelrohrs 10 und dem Injektorkörper 6 angeordnet.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel in der gleichen Darstellung wie 3. Die Druckfläche 16 ist hier an einer Überwurfmutter 23 angeordnet, die in ein Außengewinde 27 am Düsenkörper 36 eingeschraubt ist. Die Überwurfmutter 23 wird dabei gegen eine Konterfläche 24, die an einem Absatz des Injektorkörpers 6 ausgebildet ist, festgedreht und damit fixiert. Das Mantelrohr 10 liegt mit seiner Endfläche 18 an der Druckfläche 16 der Überwurfmutter 23 an, wobei hier auch ein zusätzlicher Dichtring 25 zwischen dem Mantelrohr 10 und dem Düsenkörper 36 vorgesehen ist.
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Die 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel in der gleichen Darstellung wie 4. Die Druckfläche 16 ist hier an einem nach außen ragenden Absatz des Düsenkörpers 36 ausgebildet, wobei das Mantelrohr 10 mit seiner Endfläche 18 an dieser Druckfläche 16 anliegt. Da der Absatz radial relativ weit nach außen ragt, kann das Mantelrohr 10 in diesem Ausführungsbeispiel als einfaches zylindrisches Rohr ausgebildet sein, der sich vom zulaufseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 1 aus über den Injektorkörper 6 schieben lässt. Bei den Ausführungsbeispielen, bei denen das Mantelrohr 10 am zulaufseitigen Ende des Kraftstoffinjektors 1 einen größeren Durchmesser aufweist als am gegenüberliegenden Ende, wird das Mantelrohr von der Seite der Einspritzöffnung 9 her über den Kraftstoffinjektor 1 geschoben, wobei die Druckfläche 16 nachträglich ausgebildet bzw. montiert werden muss, wie beispielsweise mit Hilfe eines Spannrings 20 (siehe 3) oder auch durch einen Absatz 17, der nachträglich am Injektorkörper 6 - beispielsweise durch eine Schweißverbindung - befestigt wird.
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In 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Mantelrohrs 10 dargestellt. Das Mantelrohr 10 besteht hier aus einem ersten Teilmantelrohr 110 und einem zweiten Teilmantelrohr 210. Das zweite Mantelrohr 210 wird in ein Außengewinde 27' am Injektorkörper 6 eingeschraubt und der Spalt zwischen dem zweiten Teilmantelrohr 210 und dem Injektorkörper 6 durch einen Dichtring 25 abgedichtet. Das erste Teilmantelrohr 110, das hier als gerader Zylinder ausgebildet ist, wird dann vom brennraumabgewandten Ende des Injektorkörpers 6 aus aufgeschoben und dichtend mit dem zweiten Teilmantelrohr 210 verbunden. Dabei liegen die beiden Teilmantelrohre 110, 210 aneinander an, wobei die Abdichtung durch einen Zwischendichtung 26 in Form eines Dichtrings erfolgt. Dadurch kann das erste Teilmantelrohr 110 als gerader Kreiszylinder von Seiten des Kraftstoffzulaufs aufgeschoben werden, was die Montage innerhalb des Zylinderkopfs erleichtert.
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In 7 ist das brennraumabgewandte Ende des Mantelrohrs 10 und des Injektorkörpers 6 nochmals dargestellt. Die Spannkraft F wird hier unter Zwischenlage einer Hülse 28 auf das Mantelrohr 10 aufgebracht. Die Endfläche 18 des Mantelrohrs 10 ist ballig oder konisch ausgebildet und mit einem Radius R ausgebildet. Die Stirnfläche 29 der Hülse 28 ist konisch ausgebildet, so dass durch die Hülse 28 eine radial nach innen gerichtete Kraft auf das Mantelrohr 10 ausgeübt wird. Dadurch wird der Spalt 35 zwischen dem Mantelrohr 10 und dem Injektorkörper 6 verringert und die Fixierung an dieser Stelle zwischen dem Mantelrohr 10 und dem Injektorkörper 6 verbessert. Die Spannkraft F auf die Hülse 28 kann ebenfalls durch einer Spannpratze aufgebracht werden. Zur Verdeutlichung zeigt 8 eine Vergrößerung des mit VIII bezeichneten Ausschnitts der 7.
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In 9 ist eine Spannvorrichtung 30 in Form einer Spannpratze dargestellt, wie schon in 1, wobei hier eine Draufsicht auf den oberen, d. h. dem brennraumabgewandten Teil des Kraftstoffinjektors 1 gezeigt ist. Die Spannpatze 30 ist gabelförmig ausgebildet und umgreift den Injektorkörper 6, so dass eine Spannkraft auf das Mantelrohr 10 bzw. auf die Hülse 28, wenn eine solche vorgesehen ist, ausgeübt werden kann. Die Spannpratze 30 wird dabei über eine Spannschraube 32, die in ein entsprechendes Gewinde im Zylinderkopf eingreift, verspannt und überträgt so die Spannkraft auf den Kraftstoffinjektor 1. 10 zeigt dazu nochmals eine Darstellung der Spannpratze 30 in einer perspektivischen Darstellung. Die Spannpratze 30 weist eine Spannfläche 31 auf, die am Kraftstoffinjektor bzw. am Mantelrohr 10 in Montageposition anliegt. Die Spannfläche 31 kann dabei angeschrägt sein ebenso wie die Stirnfläche 29 der Hülse 28, so dass eine nach innen gerichtete Kraft direkt auf das Mantelrohr 10 ausgeübt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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