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Stand der
Technik
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Die Erfindung geht aus von einem
Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Beispielsweise ist aus der
DE 199 50 760 A1 ein
Brennstoffeinspritzventil mit einem piezoelektrischen oder magnetostriktiven
Aktor bekannt, welcher in Wirkverbindung mit einer Ventilnadel steht.
Die Ventilnadel weist an ihrem abspritzseitigen Ende einen Ventilschließkörper auf,
der mit einer Ventilsitzfläche
zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Zwei im wesentlichen wellrohrförmige, axial
flexible und radial steife Dichtungen dienen zur Abdichtung innerhalb des
Brennstoffeinspritzventils um insbesondere ein Mischen von Brennstoff
und Druckmedium zu verhindern, welches zum Betrieb einer integrierten
Hubübersetzung
und Ausgleichsvorrichtung dient. Die radial steifen und axial flexiblen,
im wesentlichen wellrohrförmigen
Dichtungen führen
durch ihre Formgebung nicht zu einer durch die wellrohrförmigen Dichtungen
verursachten Volumenänderung
innerhalb und außerhalb
der wellrohrförmigen
Dichtungen.
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Nachteilig bei dem aus der obengenannten Druckschrift
bekannten Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere, daß die radiale
Festigkeit der wellrohrförmigen
Dichtungen bei einer radial wirkenden Druckbeaufschlagung ungenügend ist,
da plastisch verformbare Werkstoffe verwendet werden müssen um
eine ausreichende Flexibilität
in axialer Richtung sicherzustellen. Um eine ausreichende radiale
Festigkeit zu erzielen, müssen
die wellrohrförmigen
Dichtungen deshalb relativ dickwandig ausgelegt werden. Werden die
wellrohrförmigen
Dichtungen dickwandig ausgeführt,
müssen
sie relativ lang gebaut werden um eine ausreichende axiale Flexibilität zu erreichen, wodurch
wiederum das Ventil länger
und teuerer wird.
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Vorteile der
Erfindung
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Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil
mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat
demgegenüber
den Vorteil, daß die
im wesentlichen wellrohrförmigen
Dichtungen in radialer Richtung besonders druckfest und steif sind,
wobei die axiale Beweglichkeit nicht beeinträchtigt ist.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen
Brennstoffeinspritzventils möglich.
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In einer ersten Weiterbildung des
erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
ist das Verstärkungselement
ringförmig
ausgestaltet. Dadurch läßt es sich
mit geringem Aufwand herstellen und einer wellrohrförmigen Dichtung
leichter anpassen. Weist es einen kreisförmigen Querschnitt auf, so
kann es einfach und damit kostengünstig hergestellt werden. Der
kreisrunde Querschnitt paßt
sich zudem vorteilhaft den Aussendurchmessereinzügen bzw. den Innendurchmesseraufweitungen
der wellrohrförmigen Dichtung
an und verhindert so eine übermäßige Materialbelastung
der wellrohrförmigen
Dichtung an den Kontaktstellen.
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Vorteilhaft ist zudem, die Ringelemente,
die einen im wesentlichen U-förmigen
Querschnitt aufweisen, durch Schweißen, insbesondere Laserschweißen, zu
fügen.
Dadurch können
die Ringelemente besonders fest, alterungsbeständig und korrosionsfest gefügt werden.
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Außerdem ist vorteilhaft zwischen
die miteinander gefügten
Ringelemente zumindest ein Zwischenelement anzuordnen. Dadurch wird
die radiale Festigkeit der wellrohrförmigen Dichtungen weiter erhöht, da die
Zwischenelemente radiale, auf die wellrohrförmigen Dichtungen einwirkende
Kräfte
aufnimmt. Die Schenkellänge
der U-förmigen
Ringelemente kann dabei bei gleichbleibender radialer Steifheit
verkürzt
werden und der Raumbedarf der wellrohrförmigen Dichtungen wird dadurch
verkleinert.
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Vorteilhaft ist es weiterhin, die
Zwischenelemente mit den Ringelementen durch Schweißen, insbesondere
Laserschweißen,
zu fügen.
Dadurch ergibt sich eine höhere
Stabilität
der wellrohrförmigen Dichtung.
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Vorteilhaft ist es außerdem,
die Zwischenelemente ringförmig
auszuführen.
Dadurch läßt es sich mit
geringem Aufwand herstellen und einer wellrohrförmigen Dichtung leichter anpassen.
Weisen die Ringelemente zudem noch einen rechteckigen Querschnitt
auf, so können
sie außerdem
leichter aneinander gefügt
und mit den Zwischenelementen verbunden werden.
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Vorteilhaft ist es weiterhin, die
Wölbungen der
U-förmig
geformten Ringelemente, je nach Druckbelastung, nach Außen zu richten.
Dadurch kann die Festigkeit des Ringelements den Druckgegebenheiten
im Brennstoffeinspritzventil vorteilhaft angepaßt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des
erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils überlappen
sich die jeweils miteinander gefügten
Enden der Schalenringe. Dadurch ergibt sich eine erhöhte Festigkeit.
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Vorteilhaft ist es zudem, die Schalenringe durch
Schweißen,
insbesondere Laserschweißen,
zu fügen.
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In weiteren Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils
sind die Verstärkungselementen,
die Ringelemente, die Zwischenelemente und/oder die Schalenringe
zumindest teilweise aus Metall bestehend. Die jeweiligen Elemente können so
den jeweils herrschenden Temperaturbedingungen und Anforderungen
an Steifheit und Elastizität
vorteilhaft angepaßt
werden.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische axiale Schnittdarstellung durch ein Brennstoffeinspritzventil 1 gemäß dem Stand
der Technik,
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2 eine
ausschnittsweise schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich
der zweiten wellrohrförmigen
Dichtung 24,
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3 eine
ausschnittsweise schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 im
Bereich der zweiten wellrohrförmigen
Dichtung 24,
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4 eine
ausschnittsweise schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich
der zweiten wellrohrförmigen
Dichtung 24 und
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5 eine
ausschnittsweise schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 im Bereich
der zweiten wellrohrförmigen
Dichtung 24.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung beispielhaft beschrieben. Übereinstimmende Bauteile sind
dabei in allen Figuren mit übereinstimmenden
Bezugszeichen versehen. Bevor jedoch anhand der 2 bis 5 bevorzugte
Ausführungsbeispiele
die Erfindung näher
erläutert
werden, wird anhand von 1 ein
Brennstoffeinspritzventil 1 gemäß dem Stand der Technik in
seinen wesentlichen Bauteilen zum besseren Verständnis der Erfindung kurz erläutert.
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Ein in 1 in
einer axialen Schnittdarstellung gezeigtes gattungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil 1 gemäß dem Stand
der Technik dient insbesondere zum direkten Einspritzen von Brennstoff in
einen Brennraum einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine.
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Ein Aktor 2, der vorzugsweise
aus scheibenförmigen
piezoelektrischen oder magnetostriktiven Elementen 3 aufgebaut
ist, ist in einem zweiteilig ausgeführten Aktorgehäuse 4 angeordnet.
Der Aktor 2 ist an einer ersten Stirnseite 5 von
einem ein Deckelteil aufweisenden, ersten Aktorgehäuseteil 4a hülsenförmig umgeben
und liegt mit einer zweiten Stirnseite 6 an einem Aktorflansch 7 an.
Eine Vorspannfeder 8 liegt mit einem ersten Ende an dem
Aktorflansch 7 an und ist von einem zweiten Aktorgehäuseteil 4b hülsenförmig umgeben,
an welchem sich das zweite Ende 10 der Vorspannfeder 8 abstützt. Die
beiden Aktorgehäuseteile 4a und 4b sind
z. B. miteinander verschweißt.
Das zweite Aktorgehäuseteil 4b ist
mit einem Ventilgehäuse 13 fest
verbunden, z. B. verschweißt.
Der Aktorflansch 7 setzt sich in einem Aktorkolben 11 fort,
der von der Vorspannfeder 8 umgeben ist.
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Im zweiten Aktorgehäuseteil 4b ist
eine Ausnehmung 12 vorgesehen, durch welche der Aktorkolben 11 hindurchragt.
Der Aktorkolben 11 und das zweite Aktorgehäuseteil 4b liegen
an einer gegenüber
einem Ventilinnenraum 41 hermetisch abgeschlossenen Hubeinrichtung 14 an,
welche mit einem Hydraulikmedium gefüllt ist. Ein Gehäuse 15 der
Hubeinrichtung 14 besteht aus einem ortsfesten Abschnitt 42,
der zwischen einer ersten wellrohrförmigen Dichtung 22 und
einer zweiten wellrohrförmigen Dichtung 24 angeordnet
ist. Der ortsfeste Abschnitt 42 ist vorzugsweise über eine
Schweißnaht 18 am Ventilgehäuse 13 fixiert.
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Die erste wellrohrförmige Dichtung 22 umgibt
einen ersten Hubkolben 21 und ist abspritzseitig mit dem
ortsfesten Abschnitt 42 und an seinem anderen Ende mit
dem ersten Hubkolben 21 verschweißt. Die zweite wellrohrförmige Dichtung 24 umgibt
einen zweiten Hubkolben 23 und ist mit einem Flansch 19 einer
Ventilnadel 20 verschweißt. Die zweite wellrohrförmige Dichtung 24 ist
ebenfalls mit dem ortsfesten Abschnitt 42 verschweißt.
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Der erste Hubkolben 21 ist
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
zweiteilig ausgeführt
und besteht aus einem Zwischenstück 25,
welches am Aktorkolben 11 angelegt und mit der ersten wellrohrförmigen Dichtung 22 in
Verbindung steht, und einem rohrförmigen Kolben 26,
der in dem ebenfalls rohrförmigen
ortsfesten Abschnitts 42 geführt ist.
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Der zweite Hubkolben 23 durchgreift
eine Ausnehmung 27 im abspritzseitigen Ende des ortsfesten
Abschnitts 42 und ist in dem Kolben 26 geführt. Der
zweite Hubkolben 23 ist mit dem zu dem Flansch 19 verbreiterten
Ende der Ventilnadel 20 verbunden. An dem Flansch 19 ist
im Ausführungsbeispiel
die zweite wellrohrförmige
Dichtung 24 angebracht. Die Hubkolben 21 und 23 sind
gegenläufig beweglich
und werden durch eine Schließfeder 28 innerhalb
des Kolbens 26 auseinander gedrückt, wodurch das Brennstoffeinspritzventil 1 geschlossen bleibt.
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Die erste wellrohrförmige Dichtungen 22 umschließt einen
ersten Ausgleichsraum 29. Die zweite wellrohrförmige Dichtung 24 umschließt einen
zweiten Ausgleichsraum 30. Die Ausgleichsräume 29 und 30 sind über eine
Bohrung 31a im Zwischenstück 25 und eine Bohrung 31b im
zweiten Hubkolben 23 und über eine zentrale Ausnehmung 32 miteinander
verbunden. Das Hydraulikmedium kann sich somit frei in der Hubeinrichtung 14 ausgleichen.
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Die wellrohrförmigen Dichtungen 22 und 24 sind
in axialer Richtung flexibel, in radialer Richtung jedoch steif.
Die axialen Längenänderungen
der wellrohrförmigen
Dichtungen 22 und 24 haben durch ihre Formgebung
keinen Einfluß auf
die Druckverhältnisse
innerhalb und außerhalb
der Dichtungen 22 und 24.
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Der erste Hubkolben 21,
der zweite Hubkolben 23 und der ortsfeste Abschnitt 42 des
Gehäuses 15 umschließen ein
ringförmiges Übertragungsvolumen 39,
welches mit dem Hydraulikmedium gefühlt ist. Es dient der Impulsübertragung
vom Aktor 2 auf die Ventilnadel 20, der Hubübersetzung
eines kleinen Aktorhubs auf einen größeren Ventilnadelhub und der
Kompensation von temperaturbedingten Ausdehnungsprozessen des Aktors 2 und
der Hubeinrichtung 14. Ein Leckspalt 40 von definierter
Größe, der zwischen
dem Gehäuse 15 und
dem Kolben 26 ausgebildet ist, ermöglicht das Ausströmen von
Hydraulikmedium aus dem Übertragungsvolumen 39 in
die Ausgleichsräume 29 und 30 bei
langsamen, temperaturbedingten Bewegungen der Hubkolben 21 und 23.
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An der Ventilnadel 20 ist
ein Ventilschließkörper 33 ausgebildet,
der mit einer Ventilsitzfläche 34 zu
einem Dichtsitz zusammenwirkt. In einem Ventilsitzkörper 35,
der hier einteilig mit dem Ventilgehäuse 13 ausgeführt ist,
ist mindestens eine Abspritzöffnung 36 ausgebildet.
Der Brennstoff wird über
eine seitlich im Ventilgehäuse 13 ausgebildete
Brennstoffzufuhr 37 zugeleitet und über einen Zwischenraum 38 zwischen
der Ventilnadel 20 und dem Ventilgehäuse 13 zum Dichtsitz
geführt.
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Wird dem piezoelektrischen Aktor 2 über ein nicht
dargestelltes, elektronisches Steuergerät und einen Steckkontakt eine
elektrische Erregungsspannung zugeführt, dehnen sich die scheibenförmigen piezoelektrischen
Elemente 3 des Aktor 2 entgegen der Vorspannung
der Vorspannfeder 8 aus und bewegen den Aktorflansch 7 zusammen
mit dem Aktorkolben 11 in Abspritzrichtung. Der Hub wird über das Zwischenstück 25 und
den Kolben 26 auf das Übertragungsvolumen 39 weitergegeben.
Das Hydraulikmedium wird durch den in Abspritzrichtung bewegten Kolben 26 verdrängt und
drückte
den zweiten Hubkolben 23 entgegen der Federspannung der
Schließfeder 28 in
Richtung Aktor 2. Dabei nimmt der zweite Hubkolben 23 die
mit diesem verschweißte
Ventilnadel 20 mit, wodurch der Ventilschließkörper 33 von der
Ventilsitzfläche 34 abhebt
und Brennstoff durch die Abspritzöffnung 36 im Ventilsitzkörper 35 abgespritzt
wird.
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2 zeigt
eine ausschnittsweise schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 im
Bereich der zweiten wellrohrförmigen
Dichtung 24. Das hier gezeigte Brennstoffeinspritzventil 1 weist
einen rohrförmigen
Düsenkörper 44 auf,
der mit dem Ventilgehäuse 13 verbunden
ist. Die Ventilnadel 20 greift in den Düsenkörper 44 ein. An der
Ventilnadel 20 ist der Ventilschließkörper 33 ausgebildet,
der mit der Ventilsitzfläche 34 zu
einem Dichtsitz zusammenwirkt. In dem Ventilsitzkörper 35,
der hier einteilig mit dem Düsenkörper 44 ausgeführt ist,
ist mindestens eine Abspritzöffnung 36 ausgebildet.
Der Brennstoff wird über
die seitlich im Ventilgehäuse 13 ausgebildete
Brennstoffzufuhr 37 zugeleitet und über einen Zwischenraum 38 zwischen
der Ventilnadel 20 und dem Düsenkörper 44 zum Dichtsitz
geführt.
An der der Abspritzöffnung 36 gegenüberliegenden
Seite des Düsenkörpers 44 ist
ein ringförmiger
Verbindungskörper 46 angeordnet
und beispielsweise durch eine Schweißverbindung mit dem Düsenkörper 44 gefügt. Die
Schließfeder 28 ist
zwischen dem Verbindungskörper 46 und
einem ersten Flansch 48, welcher an der Ventilnadel 20 fixiert
ist, eingeklemmt. Die Schließfeder 28 drückt in Ruhelage
den Ventilschließkörper
33 gegen
die Ventilsitzfläche 34 und dichtet
somit den Dichtsitz ab.
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Abspritzseitig des ersten Flansches 48 ist
ein im Durchmesser kleinerer zweiter Flansch 49 an der Ventilnadel 20 fixiert.
Innerhalb der spiralförmigen Schließfeder 28 ist
zwischen dem zweiten Flansch 49 und dem Verbindungskörper 46 die
zweite wellrohrförmige
Dichtung 24 angeordnet, wobei diese abspritzseitig mit
dem Verbindungskörper 46 und
abspritzfern mit dem zweiten Flansch 49 hermetisch dicht
verbunden ist.
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Im Inneren des Düsenkörpers 44, zwischen der
Brennstoffzufuhr 37 und dem Verbindungskörper 46,
ist ein ringförmiger
Führungskörper 45 zur
Führung
der Ventilnadel 20 angeordnet. Der Führungskörper 45 dient gleichzeitig
zur Dämpfung
von Druckschwankungen des Brennstoffs, so daß sich diese nicht oder nur
abgeschwächt
in dem im wesentlichen von der zweiten wellrohrförmigen Dichtung 24 eingeschlossenen
Raum auswirken können.
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Erfindungsgemäß sind um die Außendurchmessereinzüge 17 ringförmige Verstärkungselemente 47 angeordnet.
Die ringförmigen
Verstärkungselemente 47 dienen
zur Verbesserung der radialen Festigkeit der wellrohrförmigen zweiten
Dichtung 24, insbesondere bei Druckstößen, die auf den im wesentlichen
von der zweiten wellrohrförmigen
Dichtung 24 eingeschlossenen Raum wirken. Erfindungsgemäß können Verstärkungselemente 47 auch
innerhalb der zweiten wellrohrförmigen
Dichtung 24 in deren Innendurchmesseraufweitungen 16 angeordnet
sein, um beispielsweise die radiale Steifigkeit der zweiten wellrohrförmigen Dichtung 24 gegenüber Druckbelastungen,
die von Außen
auf die zweite wellrohrförmige
Dichtung 24 wirken, zu verbessern. Weiterhin können die
Verstärkungselemente 47 schon
bei der Herstellung der wellrohrförmigen Dichtungen 22, 24 eingesetzt
werden, indem die Wellenform der Dichtungen 22, 24 durch
einen Pressvorgang, der gerade Wände eines
Rohres in die durch zwei Verstärkungselemente
gebildeten Zwischenräume
drückt,
erfolgt.
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3 zeigt
eine ausschnittsweise schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 im
Bereich der zweiten wellrohrförmigen Dichtung 24, ähnlich dem
ersten Ausführungsbeispiel
von 2. Das abspritzseitige
Ende des Düsenkörpers 44 ist
nicht dargestellt. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel
von 2, besteht die zweite
wellrohrförmige
Dichtung 24 aus miteinander beispielsweise laserverschweißten U-förmigen Ringelementen 50.
Die Ringelemente 50 liegen dabei so aufeinander, daß ihre durch
ihre Öffnungen tretenden
Längsachsen
zur Deckung kommen. An den dabei sich berührenden Enden sind die Ringelemente 50 miteinander
gefügt.
Die U-förmigen
Ringelemente 50 weisen jeweils zwei Schenkel 53 und
eine zwischen den Schenkeln 53 liegende Wölbung 54 auf.
In diesem Ausführungsbeispiel
sind die Wölbungen 54 der
Ringelemente 50 nach Außen gerichtet, wodurch sie
eine höhere
Stabilität
der Ringelemente 50 gegenüber einem von Innen wirkenden
Druck ergibt.
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4 zeigt
eine ausschnittsweise schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 im
Bereich der zweiten wellrohrförmigen
Dichtung 24, ähnlich
dem zweiten Ausführungsbeispiel
von 3. Im Unterschied
zum zweiten Ausführungsbeispiel
von 3 sind zwischen
den miteinander gefügten
Ringelementen 50 ringförmige
Zwischenelemente 51 mit rechteckigem Querschnitt angeordnet. Auch
in diesem Ausführungsbeispiel
sind die Wölbungen 54 der
Ringelemente 50 nach Außen gerichtet, wodurch sie
eine höhere
Stabilität
der Ringelemente 50 gegenüber einem von Innen wirkenden Druck
ergibt.
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5 zeigt
eine ausschnittsweise schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 im
Bereich der zweiten wellrohrförmigen
Dichtung 24, ähnlich
den Ausführungsbeispielen
von 3 und 4. Im Unterschied zu diesen
Ausführungsbeispielen
besteht die zweite wellrohrförmige
Dichtung 24 jedoch aus miteinander verschweißten Schalenringen 52 mit
S-förmigem
Querschnitt, wobei sich die Schalenringe 52 an ihren Enden überlappen
und dort verschweißt
sind.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt
und kann z. B. auch für
nach innen öffnende
Brennstoffeinspritzventile verwendet werden.