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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Treibstoff-Einspritzventile an einem internen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs zum Einspritzen von Treibstoff in Verbrennungskammern des Motors. Genauer befasst sich die vorliegende Erfindung mit Treibstoff-Einspritzventilen eines solchen Typs, der von kompakter Größe, leichtem Gewicht und einfach herzustellen ist.
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Bis jetzt sind bereits verschiedene Arten von Treibstoff-Einspritzventilen vorgeschlagen und in Benutzung genommen worden, vor allem im Bereich von internen Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen. Einige von ihnen sind in der offengelegten
japanischen Patentanmeldung (Tokkai) 2000-08990 und der offengelegten deutschen Patentanmeldung
DE 19547406 A1 gezeigt. Die Treibstoff-Einspritzventile dieser Dokumente sind von einem Typ, der generell ein röhrenförmiges Metallgehäuse, ein in dem Metallgehäuse aufgenommenes und axial bewegbares Ventilelement, eine das Metallgehäuse umgebende Magnetspule und einen Plastiküberzug umfasst, der mittels einer Spritzgussmethode sowohl auf dem Metallgehäuse, als auch auf der Spule aufgebracht ist. In Treibstoff-Einspritzventilen dieses Typs bereiteten jedoch Kompaktheit und Gewichtsverringerung aus einigen Gründen Schwierigkeiten. Ein Grund ist eine Schwierigkeit, die Wandstärke des röhrenförmigen Metallgehäuses zu verringern. Das heißt, wenn die Wandstärke einfach verringert wird, hat das Metallgehäuse nicht länger eine ausreichende mechanische Stärke, um einen ausgeprägten Druck zu ertragen, wenn das Spritzgießen darauf ausgeübt wird. Der andere Grund ist die komplizierte Form, die das röhrenförmige Metallgehäuse hat. In der Tat ist das Metallgehäuse so konstruiert, dass es abgestufte Abschnitte hat. Daher neigen die Treibstoff-Einspritzventile der Veröffentlichungen dazu, eine massige und schwerere Konstruktion zu haben.
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Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Treibstoff-Einspritzventil zur Verfügung zu stellen, welches kompakt in Größe, leicht im Gewicht und einfach herzustellen ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Treibstoff-Einspritzventil gemäß Anspruch 1.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Treibstoff-Einspritzventil zur Verfügung gestellt, welches ein röhrenförmiges Metallgehäuse aus einem magnetischen Material aufweist, in dem und durch welches ein Treibstoff fließen soll, wobei das röhrenförmige Metallgehäuse ein offenes Ende hat; einen im offenen Ende des röhrenförmigen Metallgehäuses eng aufgenommenen Ventilsitz, in dem ein Treibstoffauslass geformt ist; ein Ventilelement, das axial bewegbar in dem röhrenförmigen Metallgehäuse aufgenommen ist und bewegbar ist zwischen einer Schließposition, in der ein Ventilkörper des Elementes den Treibstoffauslass verschließt, und einer geöffneten Position, in der der Ventilkörper den Treibstoffauslass öffnet; und einen am röhrenförmigen Metallgehäuse angeordneten elektromagnetischen Antrieb, der das Ventilelement dazu antreibt, sich zwischen der Schließposition und der geöffneten Position zu bewegen, wobei das röhrenförmige Metallgehäuse aus einem ferritischen und Titan enthaltenden, nichtrostenden Stahl gebildet ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Treibstoff-Einspritzventil zur Verfügung gestellt, welches ein röhrenförmiges Metallgehäuse aus einem magnetischen Material aufweist, in dem und durch welches ein Treibstoff fließen soll, wobei das röhrenförmige Metallgehäuse einen ersten Abschnitt mit dem einen Ende, einen zweiten Abschnitt mit dem anderen Ende und einen sich zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt erstreckenden dritten Abschnitt aufweist; einen eng in dem ersten Abschnitt des Metallgehäuses aufgenommenen Ventilsitz, in dem ein Treibstoffauslass geformt ist; ein Ventilelement, das axial bewegbar in dem dritten Abschnitt des Metallgehäuses aufgenommen ist und bewegbar ist zwischen einer Schließposition, in der ein Ventilkörper des Elementes den Treibstoffauslass verschließt, und einer geöffneten Position, in der der Ventilkörper den Treibstoffauslass öffnet; einen auf und an dem dritten Abschnitt des Metallgehäuses angeordneten elektromagnetischen Antrieb, der das Ventilelement dazu antreibt, sich zwischen der Schließposition und der geöffneten Position zu bewegen; einen Plastiküberzug, der durch Spritzgießen hauptsächlich auf den zweiten Abschnitt des Metallgehäuses aufgebracht ist, wobei der erste Abschnitt des Metallgehäuses eine Wandstärke im Bereich von etwa 0,1 mm bis 0,9 mm hat, der zweite Abschnitt des Metallgehäuses eine Wandstärke hat, die um wenigstens etwa 0,1 mm größer ist als die des ersten Abschnitts, und der dritte Abschnitt des Metallgehäuses die gleiche Wandstärke wie einer der ersten beiden Abschnitte hat.
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Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden mittels der folgenden Beschreibung offensichtlich werden, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gesehen wird.
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1 ist eine Schnittansicht eines Treibstoff-Einspritzventils, das ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
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2 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Düsenteils des ersten Ausführungsbeispiels des Treibstoff-Einspritzventils;
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3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in 1;
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4 ist eine Schnittansicht eines röhrenförmigen Metallgehäuses, das im Treibstoff-Einspritzventil des ersten Ausführungsbeispiels verwendet wird;
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5 ist eine Schnittansicht eines halb-gefertigten Treibstoff-Einspritzventils des ersten Ausführungsbeispiels;
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6 ist eine Schnittansicht des halb-gefertigten Treibstoff-Einspritzventils, das in einer Gusseinheit gehalten ist, um mit einem Plastiküberzug versehen zu werden;
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7 ist eine Schnittansicht des Treibstoff-Einspritzventils in einem zerlegten Zustand;
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8 ist eine Ansicht ähnlich zur 1, die aber ein Treibstoff-Einspritzventil eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
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9 ist eine Schnittansicht eines röhrenförmigen Metallgehäuses, das im Treibstoff-Einspritzventil des zweiten Ausführungsbeispiels verwendet wird;
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10 ist eine Ansicht ähnlich zur 2, die jedoch ein Treibstoff-Einspritzventil eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
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11 ist eine Schnittansicht einer Metallplatte, die benutzt wird, um das im dritten Ausführungsbeispiel verwendete röhrenförmige Metallgehäuse herzustellen;
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12 ist eine Schnittansicht eines Zustands, in dem die Metallplatte einem ersten Tiefzieh-Prozess ausgesetzt ist;
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13 ist eine Ansicht ähnlich zu 12, die jedoch einen Zustand zeigt, in dem die Metallplatte einem zweiten Tiefzieh-Prozess ausgesetzt ist;
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14 ist eine Schnittansicht des röhrenförmigen Metallgehäuses, das hergestellt wurde, indem es nach dem ersten und zweiten Tiefzieh-Prozess einem dritten Tiefzieh-Prozess ausgesetzt wurde;
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15 ist eine Schnittansicht des Treibstoff-Einspritzventils des dritten Ausführungsbeispiels in einem zerlegten Zustand;
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16 ist eine Ansicht ähnlich zur 4, die jedoch ein röhrenförmiges Metallgehäuse zeigt, das in einem Treibstoff-Einspritzventil eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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17 ist eine Schnittansicht einer Metallröhre, die benutzt wird, um das im vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendete, röhrenförmige Metallgehäuse herzustellen; und
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18 ist eine schematische Zeichnung, die einen auf die Metallröhre ausgeübten Zieh-Prozess zeigt.
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Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug zu den beigefügten Zeichnungen beschrieben werden.
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Für ein besseres Verständnis mag die folgende Erklärung verschiedene richtungsbezogene Ausdrücke enthalten wie rechts, links, oberes, unteres, nach rechts gerichtet usw.. Diese Ausdrücke sind jedoch nur im Bezug auf die Zeichnung oder Zeichnungen zu verstehen, in welchen das jeweilige Teil oder der jeweilige Abschnitt dargestellt ist. Darüber hinaus sind in allen Ausführungsbeispielen im Wesentlichen gleiche Teile und Abschnitte mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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In den 1 bis 7, vor allem in 1, ist ein Treibstoff-Einspritzventil eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung gezeigt, das generell mit 100A bezeichnet wird.
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Das Treibstoff-Einspritzventil 100A, sowie die anderen Ventile 100B, 100C und 100D, die später beschrieben werden, ist ein Ventil, das so konstruiert ist, dass es praktisch an einem internen Verbrennungsmotor zu verwenden ist.
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Wie aus 1 ersichtlich, hat das Treibstoff-Einspritzventil 100A eine Ventilgehäuseeinheit 1, die ein röhrenförmiges Metallgehäuse 2, einen röhrenförmigen Metallüberzug 12 und einen Plastiküberzug 14 aufweist.
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Das röhrenförmige Metallgehäuse 2 ist aus einem magnetischen Material wie ein magnetischer, nichtrostender Stahl oder Ähnliches. Wie später beschrieben werden wird, kann das röhrenförmige Metallgehäuse 2 aus einem ferritischen und Titan (Ti) enthaltenden, nichtrostenden Stahl gebildet sein. Zum Herstellen des Metallgehäuses 2 können verschiedene Techniken wie Tiefzieh-Technik, Schneidetechnik, Schleiftechnik und Ähnliches verwendet werden.
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4 zeigt das Detail eines mit solchen Techniken hergestellten, röhrenförmigen Metallgehäuses 2. Wie in dieser Zeichnung gezeigt, ist das Metallgehäuse 2 mit abgestuften Abschnitten gebildet.
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Wie aus 1 ersichtlich, weist das röhrenförmige Metallgehäuse 2 generell einen unteren Abschnitt (oder ersten Abschnitt) 2A mit einem kleineren Durchmesser auf, an dem ein später beschriebener Ventilsitz 5 befestigt ist, einen mittleren Abschnitt (oder dritten Abschnitt) 2B, auf dem eine später beschriebene elektrische Spule 11 angebracht ist, und einen oberen Abschnitt (oder zweiten Abschnitt) 2C mit einem größeren Durchmesser, auf dem der hauptsächliche Anteil des Plastiküberzugs 14 aufgebracht ist.
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Wie aus 4 ersichtlich, haben die unteren und mittleren Abschnitte 2A und 2B des röhrenförmigen Metallgehäuses 2 eine Wanddicke ”a” von etwa 0,1 mm bis 0,9 mm, vorzugsweise etwa 0,2 mm bis 0,5 mm. Der Durchmesser des unteren Abschnitts 2A ist kleiner als der des mittleren Abschnitts 2B. Der mittlere Abschnitt 2B ist nahe dem unteren Abschnitt 2A mit einer ringförmigen Vertiefung 2D geformt, deren untere Wand eine Dicke ”t” hat, die kleiner als ”a” ist.
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Wie aus 2 ersichtlich, wird die ringförmige Vertiefung 2D beim Zusammenbau so positioniert, dass sie einen gegebenen Spalt ”S” umfasst, der zwischen aufeinander ausgerichteten Enden eines später beschriebenen Ventilelementes 7 und einer Kernröhre 8 definiert ist. Daher hat der mittlere Abschnitt 2B des röhrenförmigen Metallgehäuses 2 zwei Abschnitte, von denen einer ein das Ventilelement aufnehmender Abschnitt 2B1 ist, in welchem das Ventilelement 7 gleitbar aufgenommen ist, und der andere ein die Kernröhre aufnehmender Abschnitt 2B2 ist, in welchem die Kernröhre 8 eng aufgenommen ist. Weil die ringförmige Vertiefung 2D vorgesehen ist, ist der magnetische Widerstand zwischen den zwei Abschnitten 2B1 und 2B2 vergrößert, was die zwei Abschnitte 2B1 und 2B2 magnetisch voneinander isoliert.
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Der obere Abschnitt 2C des röhrenförmigen Metallgehäuses 2 mit größerem Durchmesser ist im Durchmesser größer als der mittlere Abschnitt 2B. Wie aus 1 und 2 ersichtlich, ist darüber hinaus die Wandstärke ”b” des oberen Abschnitts 2C größer als diejenige ”a” der unteren und mittleren Abschnitte 2A und 2B. Mit dieser vergrößerten Wandstärke ”b” kann der obere Abschnitt 2C den ausgeprägten Druck ertragen, der darauf ausgeübt wird, wenn ein geschmolzenes Plastik bei einem Spritzgießen darauf aufgebracht wird. Wie aus der folgenden Ungleichung verständlich, ist die Dicke ”b” um mindestens 0,1 mm größer als ”a”. b ≥ a + 0,1 (1)
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Angesichts der Ungleichung (1) beträgt die Wandstärke ”b” des oberen Abschnitts 2C mit größerem Durchmesser etwa 0,2 mm bis 1,0 mm, vorzugsweise etwa 0,3 mm bis 0,6 mm.
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Wie aus 4 ersichtlich, besteht das röhrenförmige Metallgehäuse 2 daher aus zwei Abschnitten, von denen einer ein Abschnitt ”A” mit dünnerer Wand ist, der die unteren und mittleren Abschnitte 2A und 2B umfasst, und der andere ein Abschnitt ”B” mit dickerer Wand ist, der den oberen Abschnitt 2C umfasst.
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Mit Bezug zurück auf 1 ist innerhalb des röhrenförmigen Metallgehäuses 2 ein Treibstoff-Gang 3 definiert, der zum Ventilsitz 5 führt, der im unteren Abschnitt 2A mit kleinerem Durchmesser des Gehäuses 2 befestigt ist. Darüber hinaus ist ein Treibstofffilter 4 an einem oberen Abschnitt des Treibstoffgangs 3 befestigt, um durch den Treibstoffgang 3 fließenden Treibstoff zu filtern.
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Wie am besten aus 2 ersichtlich, ist der Ventilsitz 5 zylindrisch und konzentrisch geformt und eng im unteren Abschnitt 2A des Gehäuses 2 aufgenommen. Zum engen Aufnehmen ist der Ventilsitz 5 an den unteren Abschnitt 2A angeschweißt. Der Ventilsitz 5 ist gebildet mit einem Treibstoffauslass 5A, der in der Zeichnung nach unten zeigt, und einer konkaven Oberfläche 5B zum Setzen des Ventils, die sich um den Treibstoffauslass 5A herum erstreckt. Eine Düsenplatte 6 ist gegen die untere Wand des Ventilsitzes 5 gesichert und mit einer Vielzahl von Einspritzdüsen 6A versehen, die mit dem Treibstoffauslass 5A des Ventilsitzes 5 gepaart sind.
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Wie in 1 gezeigt, ist das Ventilelement 7 gleitbar in dem das Ventilelement aufnehmenden Abschnitt 2B1 des röhrenförmigen Metallgehäuses 2 aufgenommen. Das Ventilelement 7 ist aus einem magnetischen Metall gebildet und weist einen röhrenförmigen Ventilstamm 7A auf, einen kugelförmigen Ventilkörper 7B, der an ein führendes Ende des Ventilstamms 7A befestigt und hermetisch mit der Ventil-setzenden Oberfläche 5B des Ventilsitzes 5 kontaktierbar ist, sowie einen Basisabschnitt 7C, der gleitbar in dem das Ventilelement aufnehmenden Abschnitt 2B1 aufgenommen ist und eine Basis des Ventilstamms 7A darstellt.
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Wenn das Ventilelement 7 in einer Schließposition ist, ist der Ventilkörper 7B durch die Kraft einer später beschriebenen, vorspannenden Feder 9 hermetisch auf die Ventil-setzende Oberfläche 5B aufgesetzt. In diesem Zustand steht eine obere End-Oberfläche einer unteren Endoberfläche der Kernröhre 8 gegenüber, so dass dazwischen der gegebene Spalt ”S” definiert bleibt. Wenn dagegen die elektrische Spule 11 unter Strom gesetzt wird, um ein magnetisches Feld ”H” zu generieren, zieht die Kernröhre 8 das Ventilelement 7 magnetisch an, so dass das Ventilelement 7 entgegen der Kraft der vorspannenden Feder 9 von der Ventil-setzenden Oberfläche 5B um eine dem gegebenen Spalt ”S” Strecke angehoben wird, mit diesem Anheben nimmt das Ventilelement 7 eine geöffnete Position ein und öffnet die Einspritzdüsen 6A.
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Die Kernröhre 8 ist aus einem magnetischen Metall und unter Druck in den die Kernröhre aufnehmenden Abschnitt 2B2 des röhrenförmigen Metallgehäuses 2 eingepasst. Die Kernröhre 8 hat einen röhrenförmigen Federhalter 10, der unter Druck in sie eingepasst ist.
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Die vorspannende Feder 9 ist zwischen dem Ventilelement 7 und dem röhrenförmigen Federhalter 10 zusammengedrückt, so dass das Ventilelement 7 ständig in 2 nach unten vorgespannt ist, d. h. in einer Richtung zum Schließen der Einspritzdüsen 6A.
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Wie am besten aus 2 ersichtlich, ist die elektrische Spule 11 um den die Kernröhre aufnehmenden Abschnitt 2B2 des röhrenförmigen Metallgehäuses 2 angeordnet. Genauer gesagt ist die elektrische Spule 11 eine Einheit, die zwischen das Metallgehäuse 2 und den Metallüberzug 12 gesetzt ist und einen um den Abschnitt 2B2 angeordneten Spulenkörper 11A aus Plastik sowie eine um den Spulenkörper 11A gelegte Spule 11B aufweist. Wenn sie eingeschaltet wird, generiert die elektrische Spule 11 ein magnetisches Feld ”H”, um das Ventilelement 7 gegen die Kraft der vorspannenden Feder 9 zu ziehen und zu öffnen. Um der Spule 11 elektrische Kraft zuzuführen, sind auf dem Gehäuse 2 Anschlussstifte 15A vorgesehen, wie im Detail später beschrieben werden wird.
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Der röhrenförmige Metallüberzug 12 ist aus einem magnetischen Metall und zylindrisch geformt, um einen magnetischen Pfad darzustellen. Wie aus 2 und 3 ersichtlich, weist der röhrenförmige Metallüberzug 12 einen röhrenförmigen Abschnitt 12A mit größerem Durchmesser auf, der um die elektrische Spule 11 angeordnet ist, einen röhrenförmigen Abschnitt 12B mit kleinerem Durchmesser, der um den das Ventilelement aufnehmenden Abschnitt 2B1 des röhrenförmigen Metallgehäuses 2 angeordnet ist, und einen ringförmigen, gestuften Abschnitt 12C (siehe 2), der sich zwischen den röhrenförmigen Abschnitten 12A und 12B mit größerem und kleinerem Durchmesser erstreckt.
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Wie aus 2 und 3 ersichtlich, ist in einem zwischen dem röhrenförmigen Abschnitt 12A mit größerem Durchmesser und dem unteren Abschnitt 2A mit kleinerem Durchmesser des röhrenförmigen Metallgehäuses 2 definierten, ringförmigen Raum ein verbindender Metallkern 13 mit einem im Wesentlichen C-förmigen Querschnitt vorgesehen. Der Kern 13 ist aus einem magnetischen Metall. Mit dem Metallkern 13 und dem ringförmigen, gestuften Abschnitt 12C ist der röhrenförmige Metallüberzug 12 an axial beiden Enden der elektrischen Spule 11 magnetisch mit dem Metallgehäuse 2 verbunden
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Aufgrund der ringförmigen Vertiefung 2D des röhrenförmigen Metallgehäuses 2 sind der das Ventilelement aufnehmende Abschnitt 2B1 und der die Kernröhre aufnehmende Abschnitt 2B2 magnetisch voneinander isoliert. Wenn die elektrische Spule 11 mit Energie versehen wird, wird daher ein magnetisches Feld ”H” stabil entlang eines magnetischen Pfades hervorgerufen, der aus den Abschnitten 2B1 und 2B2, dem Basisabschnitt 7C des Ventilelementes 7, der Kernröhre 8, dem röhrenförmigen Metallüberzug 12 und dem Metallkern 13 besteht, so dass die Kernröhre 8 das Ventilelement 7 zum Öffnen desselben mit Sicherheit anziehen kann.
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Wie aus 1 ersichtlich, bedeckt der Plastiküberzug 14 den oberen Abschnitt des röhrenförmigen Metallgehäuses 2. Zum Herstellen des Plastiküberzugs wird eine Spritztechnik verwendet, wie im Detail später beschrieben wird. Der Plastiküberzug 14 weist einen oberen Abschnitt auf, der den oberen Abschnitt 2C mit größerem Durchmesser des röhrenförmigen Metallgehäuses 2 bedeckt, und einen unteren Abschnitt, der den röhrenförmigen Abschnitt 12A mit größerem Durchmesser des röhrenförmigen Metallüberzugs 12 bedeckt. Der Plastiküberzug 14 ist einstückig gebildet mit dem oben beschriebenen Anschlussgehäuse 15. Anschlussstifte 15, die zur elektrischen Spule 11 führen, sind im Anschlussgehäuse 15 gehalten.
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Wenn, wie aus 6 ersichtlich, ein Spritzgießen ausgeführt wird, wird ein sehr hoher Druck von geschmolzenem Plastik auf den oberen Abschnitt 2C mit größerem Durchmesser des röhrenförmigen Metallgehäuses 2 ausgeübt. Um einen solchen hohen Druck zu ertragen, ist daher im ersten Ausführungsbeispiel 100A die Wanddicke nur im oberen Abschnitt 2C mit größerem Durchmesser des Gehäuses 2 vergrößert gegenüber dem der unteren und mittleren Abschnitte 2A und 2B.
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Im Folgenden wird der Betrieb des Treibstoff-Einspritzventils 100A mit Bezug zu den 1 und 2 beschrieben.
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Wenn die elektrische Spule 11 durch die Anschlussstifte 15A unter Strom gesetzt wird, wird ein wie in 2 gezeigtes magnetisches Feld ”H” hervorgerufen, wodurch die Kernröhre 8 das Ventilelement 7 entgegen der Kraft der vorspannenden Feder 9 magnetisch anzieht. Dadurch wird das Ventilelement 7 von der Sitzoberfläche 5B des Ventilsitzes 5 befreit und öffnet die Einspritzdüsen 6A. Daraufhin wird eine gegebene Menge von Treibstoff in z. B. eine Verbrennungskammer durch die Einspritzdüsen 6A eingespritzt. Wenn die Energieversorgung der elektrischen Spule 11 endet, verschwindet das magnetische Feld ”H” und das Ventilelement 7 wird durch die Kraft der vorspannenden Feder 9 auf die Sitzoberfläche 5B bewegt. Daraufhin endet das Einspritzen des Treibstoffes in die Verbrennungskammer.
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Im Folgenden werden Stufen zum Zusammenbau des Treibstoff-Einspritzventils 100A mit Bezug zu den Zeichnungen beschrieben.
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Zuerst wird das in 4 gezeigte röhrenförmige Metallgehäuse 2 hergestellt. Für diese Herstellung werden praktisch verschiedene Techniken wie Tiefzieh-Technik, Schneidetechnik, Schleiftechnik und Ähnliches verwendet.
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Dann werden, wie man aus 5 erkennt, die elektrische Spule 11, der röhrenförmige Metallüberzug 12 und der verbindende Metallkern 13 zusammen mit den Anschlussstiften 15A um den mittleren Abschnitt 2B des Metallgehäuses 2 gelegt, und der Metallüberzug 12 wird durch Schweißen an dem Metallgehäuse 2 gesichert. Der Ventilsitz 5 wird in den unteren Abschnitt 2A mit kleinerem Durchmesser des Metallgehäuses 2 eingesetzt und damit verschweißt. Mittels dieser Stufen wird eine sogenannte halb-gefertigte Anordnung 16 hergestellt.
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Dann wird die halb-gefertigte Anordnung 16 in einen Spritzgieß-Prozess gebracht und wie in 6 gezeigt in eine geteilte Gussform 17 gesetzt. Wie in der Zeichnung dargestellt, ist die Gussform 17 so konstruiert, dass sie einen Hohlraum 17A hat, dessen Form an das fertige Treibstoff-Einspritzventil 100A angepasst ist. Ein geschmolzener Plastik wird bei einem vorbestimmten Einspritzdruck in den Hohlraum 17A eingespritzt, und nach einer Zeit, d. h. wenn der Plastik zu einer bestimmten Härte ausgehärtet ist, wird die Gussform 17 abgelöst, um das in 7 gezeigte fertige Produkt 16' freizugeben. Durch diesen Einspritzprozess werden das Anschlussgehäuse 15, der Plastiküberzug 14 und ein ringförmiger Plastikring 14', der den unteren Abschnitt 2A des Metallgehäuses 2 bedeckt, einstückig auf der halb-gefertigten Anordnung 16 gebildet.
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Wie vorstehend beschrieben besitzt der obere Abschnitt 2C des Metallgehäuses 2 eine genügend dickere Wand um dem Einspritzdruck standzuhalten, und dadurch wird der obere Abschnitt 2C an einer unerwünschten Verformung gehindert.
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Dann werden, wie man in 7 sieht, übrige Teile an das Produkt 16' angebracht, welches das Ventilelement 7, die Kernröhre 8, die vorspannende Feder 9 und der Federhalter 10 sind.
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Wie vorstehend beschrieben ist im ersten Ausführungsbeispiel 100A der vorliegenden Erfindung der Durchmesser des mittleren Abschnitts 2B des Gehäuses 2, um welchen die elektrische Spule 11 angeordnet ist, verringert gegenüber dem des oberen Bereiches 2C, und nur der obere Bereich B (siehe 4) oder 2C mit größerem Durchmesser des Gehäuses 2, auf welchen ein ausgeprägter Einspritzdruck ausgeübt wird, besitzt eine größere Wandstärke. Das heißt, die unteren und mittleren Abschnitte A (siehe 4) oder 2A und 2B, auf welchen der Ventilsitz 5, das Ventilelement 7 und die elektrische Spule 11 angebracht sind, hat eine geringere Wandstärke.
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Auf diese Weise kann ein kompaktes und leichtes Treibstoff-Einspritzventil 100A einfach hergestellt werden. Darüber hinaus wird durch die ringförmige Vertiefung 2D auf dem röhrenförmigen Metallgehäuse 2 der magnetische Widerstand zwischen den zwei Abschnitten 2B1 und 2B2 (siehe 2) vergrößert, und dadurch wird eine magnetische Isolierung zwischen den zwei Abschnitten verbessert.
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In den 8 und 9, vor allem in 8, ist ein Treibstoff-Einspritzventil eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung gezeigt, das generell mit 100B bezeichnet ist.
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Da das Treibstoff-Einspritzventil 100B des zweiten Ausführungsbeispiels dem oben beschriebenen Ventil 100A des ersten Ausführungsbeispiels ähnlich ist, werden im Folgenden nur solche Teile oder Abschnitte beschrieben, die von denen des ersten Ausführungsbeispiels 100A verschieden sind.
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Das heißt, wie aus 9 ersichtlich, ein im zweiten Ausführungsbeispiel 100B verwendetes röhrenförmiges Metallgehäuse 22 ist verschieden von demjenigen 2 des ersten Ausführungsbeispiels 100A.
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Wie aus dem Vergleich der 9 und 4 verstanden werden wird, weist das röhrenförmige Metallgehäuse 22 des zweiten Ausführungsbeispiels 100B einen unteren Abschnitt 22A mit kleinerem Durchmesser auf, an welchem der Ventilsitz 5 befestigt ist, einen mittleren Abschnitt 22B, um den die elektrische Spule 11 angeordnet ist, und einen oberen Abschnitt 22C mit größerem Durchmesser, um den der hauptsächliche Anteil des Plastiküberzugs 14 angeordnet ist.
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Wie in 9 gezeigt, ist im zweiten Ausführungsbeispiel 100B die Wandstärke des mittleren Abschnitts 22B gleich der des oberen Abschnitts 22C. Der mittlere Abschnitt 22B ist mit einer ringförmigen Vertiefung 22D geformt, dessen untere Wand eine Dicke ”t'” hat. Durch die ringförmige Vertiefung 22D wird der mittlere Abschnitt 22B eingeteilt in einen das Ventilelement aufnehmenden Abschnitt 22B1 und einen die Kernröhre aufnehmenden Abschnitt 22B2.
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Der untere Abschnitt 22A des röhrenförmigen Metallgehäuses 22 hat eine Wandstärke ”a'” von etwa 0,1 mm bis 0,9 mm, vorzugsweise etwa 0,2 mm bis 0,5 mm. Der mittlere Abschnitt 22B und der obere Abschnitt 22C des Gehäuses 22 haben eine Wandstärke ”b'” welche um etwa 0,1 mm größer ist als diejenige ”a'” des unteren Abschnitts 22A. Das heißt, das röhrenförmige Metallgehäuse 22 besteht aus zwei Abschnitten, von denen der eine mit dem unteren Abschnitt 22A ein Abschnitt ”A'” mit dünnerer Wand und der andere mit den mittleren und oberen Abschnitten 22B und 22C ein Abschnitt ”B'” mit dickerer Wand ist.
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Auch in diesem zweiten Ausführungsbeispiel 100B ist der Durchmesser des mittleren Abschnitts 22B des Gehäuses 22, um welchen die elektrische Spule 11 angeordnet ist, verringert gegenüber dem des oberen Abschnitts 22C. Auf diese Weise kann ein kompaktes und leichtes Treibstoff-Einspritzventil 100B einfach hergestellt werden. Auf Grund der vergrößerten Wandstärke des mittleren Abschnitts 22B ist das röhrenförmige Metallgehäuse mit großer Sicherheit an einer unerwünschten Verformung gehindert, die beim Spritzgießen der Ventilgehäuseeinheit 21 auftreten würde.
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In den 10 bis 15, vor allem in 10, ist ein Treibstoff-Einspritzventil eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung gezeigt, welches generell mit 100C bezeichnet ist.
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Im dritten Ausführungsbeispiel 100C ist ein in 14 gezeigtes röhrenförmiges Metallgehäuse 32 verwendet, welches aus einem ferritischen und Titan (Ti) enthaltenden, nichtrostenden Stahl hergestellt ist, wie im Detail nachfolgend beschrieben wird. Wie in der Zeichnung dargestellt, besitzt in diesem dritten Ausführungsbeispiel 100C das röhrenförmige Metallgehäuse 32 eine gleichmäßige Wandstärke ”a” über seine gesamte Länge. Vorzugsweise beträgt die Wandstärke ”a” etwa 0,1 mm bis etwa 0,9 mm.
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Das heißt, wie aus 10 ersichtlich, haben ein unterer Abschnitt 32A mit kleinerem Durchmesser, an welchem der Ventilsitz 5 befestigt ist, ein mittlerer Abschnitt 32B, um welchen die elektrische Spule 11 angeordnet ist, und ein oberer Abschnitt 32C mit größerem Durchmesser, auf welchem der Hauptanteil des Plastiküberzugs 14 aufgebracht ist, durchgängig die gleiche Wandstärke. Wie aus 14 ersichtlich ist ein zwischen den mittleren und oberen Abschnitten 32B und 32C definierter, gestufter Abschnitt mit 32C1 bezeichnet, und ein zwischen den unteren und mittleren Abschnitten 32A und 32B definierter, gestufter Abschnitt ist mit 32B1 bezeichnet. Eine auf dem mittleren Abschnitt 32B gebildete, ringförmige Vertiefung ist mit 32D bezeichnet. Durch die ringförmige Vertiefung 32D wird der mittlere Abschnitt 32B geteilt in einen das Ventilelement aufnehmenden Abschnitt 32B2 und einen die Kernröhre aufnehmenden Abschnitt 32B3.
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Im Folgenden wird das Material des röhrenförmigen Metallgehäuses 32 im Detail beschrieben.
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Das heißt, das Metallgehäuse 32 ist aus einem ferritischen, nichtrostenden Stahl geformt, der etwa 0,01 bis etwa 0,12 (vorzugsweise 0,01 bis 0,05) Gew.-% Kohlenstoff enthält, der ferner über 16 Gew.-% an Chrom (Cr), über 0,08 Gew.-% Nickel (Ni) und ungefähr 0,2 bis 0,6 Gew.-% an Titan (Ti) enthält. Der prozentuale Anteil von Titan (Ti) ist größer als der von Kohlenstoff (C).
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Um die für das röhrenförmige Metallgehäuse 32 angemessene Materialzusammensetzung herauszufinden, wurde von den Anmeldern eine Untersuchung durchgeführt, die im Folgenden beschrieben wird.
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Tabelle 1 zeigt drei Beispiele, die als das Material des Metallgehäuses
32 verwendet wurden. Zum Vergleich ist auch eine untersuchte Referenz gezeigt. Tabelle 1
| Elemente | prozentuale Anteile (Gew.-%) |
| Beispiel-1 | Beispiel-2 | Beispiel-3 | Referenz |
| SUS430M2 | SUS430M3 | SUS430WD | SUS430 |
| Cr | 16,46 | 17,3 | 16,31 | 16–18 |
| C | 0,03 | 0,01 | 0,01 | unter 0,12 |
| Si | 0,39 | 0,45 | 0,13 | unter 0,75 |
| Mn | 0,28 | 0,22 | 1,43 | unter 1,00 |
| P | 0,022 | 0,027 | 0,03 | unter 0,04 |
| S | 0,006 | 0,007 | 0,005 | unter 0,03 |
| Ni | 0,12 | 0,17 | 0,08 | - |
| Mo | - | 0,4 | - | - |
| N | 0,009 | - | - | - |
| Ti | 0,27 | 0,55 | 0,22 | - |
| Fe | restlich | restlich | restlich | restlich |
| Total | 100 | 100 | 100 | 100 |
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Tabelle 2 zeigt die Leistung der drei Beispiele und der Referenz. Tabelle 2
| | Beispiel-1 | Beispiel-2 | Beispiel-3 | Referenz |
| SUS430M2 | SUS430M3 | SUS430WD | SUS430 |
| Verlängerungs-Rate (%) | 32 | 32 | 34 | über 22 |
| Härte (Hv) | 154 | 163 | 142 | unter 200 |
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Die untersuchten röhrenförmigen Metallgehäuse wurden in der folgenden Art und Weise hergestellt, die mit Bezug zu den 11, 12 und 13 beschrieben wird.
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Wie in 11 dargestellt, wurden vier Metallplatten 50 des oben beschriebenen ferritischen, nichtrostenden Stahls vorbereitet, welches Beispiel-1, Beispiel-2, Beispiel-3 und die Referenz waren.
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Jede Metallplatte 50 wurde dann einem dreistufigen Tiefzieh-Prozess unterworfen, der der Reihe nach durch drei Pressformeinheiten ausgeführt wurde.
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Zuerst wurde, wie man in 12 sieht, die Metallplatte 50 in eine erste Pressformeinheit 52 gesetzt, die ein weibliches Formwerkzeug 52A, ein männliches Formwerkzeug 52B und einen Halter 52C aufweist. Indem ein gegebener Abschnitt der Metallplatte 50 durch das männliche Formwerkzeug 52B in die Öffnung des weiblichen Formwerkzeugs 52A gedrückt wurde, wurde der untere Abschnitt 32A mit kleinerem Durchmesser des Metallgehäuses 32 gezogen oder hergestellt. Wie in 12 ersichtlich, wurde die Metallplatte 50 dann in eine zweite Pressformeinheit 54 gesetzt, die ein weibliches Formwerkzeug 54A, ein männliches Formwerkzeug 54B und einen Halter 54C aufweist. Der gezogene Teil 32A der Metallplatte 50 wurde in die Öffnung des weiblichen Formwerkzeugs 54A eingesetzt. Die Öffnung des weiblichen Formwerkzeugs 54A war etwas größer als die des weiblichen Formwerkzeugs 52A der ersten Formeinheit 52. Dann wurde das männliche Formwerkzeug 54B in den gezogenen Teil 32A der Metallplatte 50 gestoßen. Dadurch wurde der mittlere Abschnitt 32B des Metallgehäuses 32, der sich von dem unteren Abschnitt 32A erstreckt, gezogen oder hergestellt. Auch wenn dies nicht in den Zeichnungen dargestellt ist, wurde die Metallplatte 50 dann in eine dritte Formeinheit gesetzt und einem ähnlichen Zieh-Prozess unterworfen. Die Öffnung des weiblichen Formwerkzeugs der dritten Pressformeinheit war etwas größer als die des weiblichen Formwerkzeugs 54A der zweiten Formeinheit 54. Durch den Prozess der dritten Pressformeinheit wurde der obere Abschnitt 32C mit größerem Durchmesser des Metallgehäuses 32 gezogen oder hergestellt. Dann wurde der tiefgezogene röhrenförmige Teil, der aus den drei Abschnitten 32A, 32B und 32C besteht, vom restlichen Teil der Metallplatte 50 abgeschnitten. Anschließend wurde der tiefgezogene, röhrenförmige und solchermaßen abgeschnittene Teil weiteren Schneide- und Span-Prozessen unterworfen, um das fertige Produkt, d. h. das röhrenförmige Metallgehäuse 32 wie in 14 gezeigt herzustellen.
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Anschließend wurden die vier solchermaßen hergestellten röhrenförmigen Metallgehäuse 32 optisch inspiziert. In keinem der Beispiele-1, 2 und 3 wurde eine Beschädigung gefunden, nur in der Referenz.
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Wie aus 15 ersichtlich, wird in einem Zusammenbau-Prozess das röhrenförmige Metallgehäuse 32 mit der elektrischen Spule 11, dem Metallüberzug 12, dem verbindenden Metallkern 13, dem das Anschlussgehäuse 15 beinhaltenden Plastiküberzug 14, dem Ventilsitz 5, dem Ventilelement 7, der Kernröhre 8, der vorspannenden Feder 9 und dem Federhalter 10 in derselben Weise wie oben beschrieben ausgestattet.
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Im Treibstoff-Einspritzventil 100C des dritten Ausführungsbeispiels ist das röhrenförmige Metallgehäuse 32 aus einem ferritischen und Titan (Ti) enthaltenden, nichtrostenden Stahl geformt. Dadurch werden die mechanische Stärke, der Korrosionswiderstand und die Produzierbarkeit des Metallgehäuses 32 vergrößert oder verbessert. Es stellte sich heraus, dass wenn Titan (Ti) 0,2 bis 0,6 Gew.-% in dem ferritischen, nichtrostenden Stahl besetzte und den Anteil von Kohlenstoff (C) überschritt, das Tiefziehen des Metallgehäuses 32 viel einfacher ausgeführt wurde. Es stellte sich ferner heraus, dass wenn Kohlenstoff (C) 0,01 bis 0,12 Gew.-% besetzte, der Korrosionswiderstand des Metallgehäuses 32 sehr verbessert wurde. Darüber hinaus stellte sich heraus, dass ein Hinzufügen von über 0,3 Gew.-% von Molybdän (Mo) den Korrosionswiderstand des Metallgehäuses 32 weiter verbesserte.
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In den 16 bis 18, vor allem in 16, ist ein röhrenförmiges Metallgehäuse 42 gezeigt, das in einem Treibstoff-Einspritzventil 100D eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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In diesem vierten Ausführungsbeispiel 100D ist das röhrenförmige Metallgehäuse 42 hergestellt, indem eine Metallplatte 50 (siehe 11) zu einer Röhre gerollt wird, gegenüberliegende Kanten der Röhre entlang ihres Umfangs verschweißt werden und gegebene Abschnitte der Röhre gezogen werden, um abgestufte Abschnitte zu bilden. Eine in 16 mit 54 bezeichnete Linie sind die gegenüberliegenden Kanten entlang des Umfangs, die verschweißt wurden.
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Das heißt durch die folgenden Stufen wird die Metallplatte 50 zu einem fertigen Produkt geformt, d. h. dem röhrenförmigen Metallgehäuse 42.
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Wie aus 17 ersichtlich, wird die Metallplatte 50 mittels einer Rollmaschine zu einer Röhre 42' geformt, anschließend werden mittels einer Saum-Schweißmaschine die am Umfang gegenüberliegenden Kanten 54 verschweißt. Wie aus 18 ersichtlich, wird die Röhre 42' daraufhin einer Zieh-Maschine 56 ausgesetzt, die ein Paar von Rollen 58A und 58B sowie ein abgestuftes männliches Formwerkzeug 60 aufweist. Das heißt das männliche Formwerkzeug 60 wird in die Röhre 42' gesetzt und die Röhre 42' wird in einen Zwischenraum zwischen den gepaarten Rollen 58A und 58B gebracht. Daraufhin werden die Rollen 58A und 58B rotiert und aufeinander zubewegt, wodurch sie den Zwischenraum einengen. Dadurch wird ein abgestufter Abschnitt 42B1 auf der Röhre 42' nahe dem unteren Abschnitt 42A mit kleinerem Durchmesser gebildet. Mittels eines ähnlichen Prozesses wird ein weiterer abgestufter Abschnitt 42C1 (siehe 16) auf der Röhre 42' geformt.
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In den oben beschriebenen dritten und vierten Ausführungsbeispielen 100C und 100D wird ein ferritischer, nichtrostender und Titan (Ti) enthaltender Stahl als das Material der röhrenförmigen Metallgehäuse 32 und 42 verwendet. Je nach Wunsch können jedoch über 0,3 Gew.-% an Kupfer (Cu), über 0,3 Gew.-% Niob (Nb) oder auch beide zum Material hinzugefügt werden, um die mechanische Stärke und den Korrosionswiderstand der Gehäuse 32 oder 42 sehr zu erhöhen oder zu verbessern.
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Der gesamte Inhalt der
japanischen Patentanmeldungen 2001-163414 (angemeldet am 30. Mai 2001) und
2001-165518 (angemeldet am 31. Mai 2001) ist durch Bezug hierin aufgenommen.
