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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Aufhängung für Brennstoffeinspritzanlagen zur Verbindung eines Brennstoffeinspritzventils mit einer Brennstoff führenden Komponente und eine Brennstoffeinspritzanlage mit solch einer Aufhängung. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Brennstoffeinspritzanlagen für gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschinen.
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Aus der
DE 10 2005 020 380 A1 ist eine Brennstoffeinspritzvorrichtung mit einer Schall entkoppelnden Bauweise bekannt. Die bekannte Brennstoffeinspritzvorrichtung umfasst ein Brennstoffeinspritzventil, eine Aufnahmebohrung für das Brennstoffeinspritzventil in einem Zylinderkopf und eine Brennstoffverteilerleitung mit einem Anschlussstutzen. In den Anschlussstutzen ist das Brennstoffeinspritzventil teilweise überlappend eingebracht. Bei einer möglichen Ausgestaltung ist ein geschlitzter Schnappring vorgesehen, der in einen verjüngten Abschnitt eines Zulaufstutzens des Brennstoffeinspritzventils eingreift. Ferner ist im Anschlussstutzen eine Nut vorgesehen, in der der Schnappring sicher und fest eingerastet ist. Zum Untergreifen des Brennstoffeinspritzventils besitzt der Schnappring eine konische oder gewölbte sphärische Anlagefläche. Außerdem ist ein Niederhalter zwischen einer Endfläche des Anschlussstutzens und einer Schulter am Brennstoffeinspritzventil eingespannt.
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Die aus der
DE 10 2005 020 380 A1 bekannte Ausgestaltung der Brennstoffeinspritzvorrichtung hat den Nachteil, dass zwischen dem Anschlussstutzen, dem Schnappring und dem Zulaufstutzen Schwingungen übertragen werden können. Speziell können Schwingungen von dem Brennstoffeinspritzventil auf den Anschlussstutzen übertragen werden.
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Speziell bei elektromagnetischen Hochdruck-Einspritzventilen, die bei Otto-Motoren mit Direkteinspritzung zum Einsatz kommen können, kann ein auffälliger und störender Beitrag zum Gesamtgeräusch des Motors geleistet werden, der als Ventiltickern beschreibbar ist. Solch ein Ventiltickern entsteht durch das schnelle Öffnen und Schließen des Brennstoffeinspritzventils, bei dem die Ventilnadel mit hoher Dynamik in die jeweiligen Endanschläge verstellt wird. Das Auftreffen der Ventilnadel in den Endanschlägen führt zu kurzzeitig wirkenden, aber sehr hohen Kontaktkräften, die über ein Gehäuse des Brennstoffeinspritzventils an den Zylinderkopf und an eine Brennstoffverteilerleiste in Form von Körperschall und Schwingungen übertragen werden. Dies führt am Zylinderkopf und an der Brennstoffverteilerleiste zu einer starken Geräuschentwicklung.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Aufhängung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 9 haben den Vorteil, dass eine verbesserte Aufhängung des Brennstoffeinspritzventils an der Brennstoff führenden Komponente ermöglicht ist. Hierbei ist eine Geräuschreduzierung durch eine gezielte Entkopplung möglich. Speziell kann eine weiche Anbindung des Brennstoffeinspritzventils an die Brennstoff führende Komponente erzielt werden, was eine Geräuschreduzierung des Gesamtsystems mit der Brennstoffeinspritzanlage ermöglicht.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Aufhängung und der im Anspruch 9 angegebenen Brennstoffeinspritzanlage möglich.
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Speziell eignen sich die Aufhängung und die Brennstoffeinspritzanlage bei Anwendungen zur Benzindirekteinspritzung. Die Brennstoff führende Komponente ist hierbei vorzugsweise als Brennstoffverteiler, insbesondere als Brennstoffverteilerleiste, ausgebildet. Solch ein Brennstoffverteiler kann zum einen zur Verteilung des Brennstoffs auf mehrere Brennstoffeinspritzventile, insbesondere Hochdruckeinspritzventile, dienen. Zum anderen kann der Brennstoffverteiler als gemeinsamer Brennstoffspeicher für die Brennstoffeinspritzventile dienen. Die Brennstoffeinspritzventile sind dann vorzugsweise über sich entsprechende Aufhängungen mit dem Brennstoffverteiler verbunden. Im Betrieb spritzen die Brennstoffeinspritzventile den zum Verbrennungsvorgang notwendigen Brennstoff dann unter hohem Druck in den jeweiligen Verbrennungsraum ein. Der Brennstoff wird hierbei über eine Hochdruckpumpe verdichtet und mengengesteuert über eine Hochdruckleitung in den Brennstoffverteiler gefördert.
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Die Brennstoff führende Komponente und das Brennstoffeinspritzventil, insbesondere der Brennstoffstutzen, sind keine Bestandteile der erfindungsgemäßen Aufhängung. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Aufhängung auch getrennt von der Brennstoff führenden Komponente und dem Brennstoffeinspritzventil hergestellt und vertrieben werden.
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Vorteilhaft ist es, dass der in den Aufnahmeraum des Anschlusskörpers einführbare Brennstoffstutzen über das ringförmige Element und das elastisch verformbare Element in einer auf die Öffnung des Anschlusskörpers zeigenden Richtung entlang der Achse an dem Anschlusskörper abstützbar ist. Hierbei kann über den Druck des zugeführten Brennstoffs eine Beaufschlagung des Brennstoffstutzens über das ringförmige Element und das elastisch verformbare Element gegen den Anschlusskörper erfolgen. Hierdurch wird zugleich eine Haltekraft auf das Brennstoffeinspritzventil ausgeübt. Bei der Anordnung des elastisch verformbaren Elements und des ringförmigen Elements ist es möglich, dass der Brennstoffstutzen an dem elastisch verformbaren Element anliegt, während das ringförmige Element an dem Anschlusskörper anliegt.
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Besonders vorteilhaft ist es allerdings, dass das elastisch verformbare Element einerseits an einer im Bereich des Aufnahmeraums vorgesehenen Stützfläche des Anschlusskörpers und andererseits an dem ringförmigen Element anliegt. Hierdurch kann zwischen dem ringförmigen Element und dem Brennstoffstutzen eine hohe mechanische Festigkeit der Verbindung erreicht werden. Zudem kann an dem ringförmigen Element in vorteilhafter Weise die Stützfläche ausgestaltet sein, um eine mechanische Belastung des elastisch verformbaren Elements durch Biegen oder dergleichen zu vermeiden und zugleich eine möglichst homogene Krafteinleitung zu ermöglichen.
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Vorteilhaft ist es hierbei auch, dass der Anschlusskörper im Bereich des Aufnahmeraums einen Absatz aufweist, an dem die Stützfläche des Anschlusskörpers ausgebildet ist, und dass die Öffnung des Anschlusskörpers innerhalb des Absatzes ausgebildet ist. Dadurch ist eine kompakte Ausgestaltung möglich, bei der der Anschlusskörper als tassenförmiger Anschlusskörper ausgestaltet sein kann.
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Vorteilhaft ist es auch, dass der in den Aufnahmeraum des Anschlusskörpers einführbare Brennstoffstutzen über das ringförmige Element und ein weiteres elastisch verformbares Element in einer Richtung, die der auf die Öffnung des Anschlusskörpers zeigenden Richtung entgegen gesetzt ist, entlang der Achse an dem Anschlusskörper abstützbar ist. Hierdurch ist an dem Anschlusskörper eine beidseitige Abstützung für das ringförmige Element gebildet. Hierbei ist es ferner vorteilhaft, dass das weitere elastisch verformbare Element einerseits an einer im Bereich des Aufnahmeraums vorgesehenen weiteren Stützfläche des Anschlusskörpers und andererseits an dem ringförmigen Element anliegt. Hierdurch wird auch zwischen dem ringförmigen Element und dem weiteren elastisch verformbaren Element eine verringerte mechanische Belastung durch Biegen oder dergleichen des elastisch verformbaren Elements erreicht und eine homogene Kraftübertragung ermöglicht. Speziell ist es hierbei vorteilhaft, dass das ringförmige Element als ringförmiges, plattenförmiges Element ausgestaltet ist.
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In vorteilhafter Weise ist das elastisch verformbare Element aus einem Elastomer gebildet. Das elastisch verformbare Element kann auch aus einem Kunststoff oder einem Metalldrahtgeflecht gebildet sein. Ferner ist auch eine gemischte Ausgestaltung, insbesondere eine Ausgestaltung als Verbundbauteil oder faserverstärktes Bauteil, möglich.
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Das elastisch verformbare Element und das weitere elastisch verformbare Element sind vorzugsweise scheibenförmig ausgestaltet. Dies ermöglicht eine optimierte Beanspruchung der elastisch verformbaren Elemente entlang der Achse des Aufnahmeraums des Anschlusskörpers.
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Außerdem ist es vorteilhaft, dass der Brennstoffstutzen des Brennstoffeinspritzventils eine ringförmige Ausnehmung aufweist, in die das ringförmige Element im montierten Zustand eingesetzt ist, und dass das ringförmige Element in der ringförmigen Ausnehmung des Brennstoffstutzens entlang der Achse des Aufnahmeraums beidseitig fixiert ist. Die ringförmige Ausnehmung kann hierbei insbesondere als Ringnut ausgestaltet sein. Dadurch kann das ringförmige Element zuverlässig an dem Brennstoffstutzen fixiert werden. Je nach Ausgestaltung der Aufhängung kann hierdurch ein Verkippen des Brennstoffstutzens relativ zu der Achse des Aufnahmeraums vermieden werden. Dadurch ist eine Berührung des Brennstoffstutzens an dem Anschlusskörper verhindert. Zugleich ist eine weiche Aufhängung möglich. Ferner kann dadurch gewährleistet werden, dass bei allen Betriebszuständen kein Kontakt zwischen einem Poltopf des Brennstoffeinspritzventils und dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine zustande kommt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, und die beigefügte Formel näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Brennstoffeinspritzanlage mit einer Aufhängung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung und eine Brennkraftmaschine in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung und
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2 eine Brennstoffeinspritzanlage mit einem Verbindungselement entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung und eine Brennkraftmaschine in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Brennstoffeinspritzanlage 1 mit einer Aufhängung 2 entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel und eine Brennkraftmaschine 3 in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung. Die Brennstoffeinspritzanlage 1 kann insbesondere zur Hochdruckeinspritzung bei Brennkraftmaschinen 3 dienen. Speziell kann die Brennstoffeinspritzanlage 1 bei gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen 3 zum Einsatz kommen. Die Aufhängung 2 eignet sich besonders für solch eine Brennstoffeinspritzanlage 1.
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Die Brennstoffeinspritzanlage 1 weist eine Brennstoff führende Komponente 4 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel als Brennstoffverteiler 4, insbesondere Brennstoffverteilerleiste 4, ausgestaltet ist. Der Brennstoffverteiler 4 weist einen länglichen Brennstoffraum 5 auf, in den unter hohem Druck stehender Brennstoff von einer nicht dargestellten Hochdruckpumpe gefördert wird. Der Brennstoffverteiler 4 weist hierbei mehrere Ausgänge 6 auf, von denen in der 1 zur Vereinfachung der Darstellung nur der Ausgang 6 dargestellt ist. An jedem dieser Ausgänge 6 ist ein Brennstoffeinspritzventil 7 angeordnet. Das Brennstoffeinspritzventil 7 ist über die Aufhängung 2 mit dem Ausgang 6 des Brennstoffverteilers 4 verbunden. Die Verbindung der Aufhängung 2 mit dem Brennstoffverteiler 4 erfolgt hierbei auf geeignete Weise, was in der 1 nur schematisch dargestellt ist.
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Die Aufhängung 2 weist einen Anschlusskörper 8 mit einem Aufnahmeraum 9 auf. Hierbei ist der Aufnahmeraum 9 in diesem Ausführungsbeispiel symmetrisch zu einer Achse 10 des Aufnahmeraums 9 des Anschlusskörpers 8 ausgestaltet. Die Achse 10 stimmt in diesem Ausführungsbeispiel mit einer Achse 10 des Brennstoffeinspritzventils 7 überein.
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Das Brennstoffeinspritzventil 7 weist ein Gehäuse 11 mit einer konischen Schulter 12 auf. Ferner schließt sich an die konische Schulter 12 ein Brennstoffstutzen 13 an. Der Brennstoffstutzen 13 ist im montierten Zustand, wie er in der 1 dargestellt ist, in den Aufnahmeraum 9 des Anschlusskörpers 8 eingeführt. Hierbei sind ein oder mehrere Dichtelemente 14 vorgesehen, die zwischen einem zuflussseitigen Ende 15 des Brennstoffstutzens 13 und einer Innenwand 16 des Anschlusskörpers 8, die den Aufnahmeraum 9 begrenzt, eine Abdichtung bilden.
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An dem Brennstoffstutzen 13 ist eine ringförmige Ausnehmung 20 vorgesehen, die in diesem Ausführungsbeispiel als Ringnut 20 ausgestaltet ist. In die ringförmige Ausnehmung 20 ist ein ringförmiges Element 21 eingesetzt. Das ringförmige Element 21 kann beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff gebildet sein. Das ringförmige Element 21 ist in diesem Ausführungsbeispiel als scheibenförmiges, ringförmiges Element 21 ausgestaltet. Hierbei wirkt das ringförmige Element 21 in der ringförmigen Ausnehmung 20 so mit dem Brennstoffstutzen 13 zusammen, dass bezüglich der Achse 10 beidseitig eine relative Fixierung gegeben ist.
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Die Aufhängung 2 weist außerdem ein elastisch verformbares Element 22 auf. Das elastisch verformbare Element 22 ist in diesem Ausführungsbeispiel als scheibenförmiges, ringförmiges, elastisch verformbares Element 22 ausgestaltet.
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Der Anschlusskörper 8 weist im Bereich des Aufnahmeraums 9 einen Absatz 23 auf, an dem eine Stützfläche 24 ausgebildet ist. Ferner weist das ringförmige Element 21 eine Anlagefläche 25 auf. Das elastisch verformbare Element 22 ist zumindest im Wesentlichen zwischen der Stützfläche 24 des Absatzes 23 und der Anlagefläche 25 des ringförmigen Elements 21 angeordnet. Dadurch liegt das elastisch verformbare Element 22 einerseits an der Stützfläche 24 des Anschlusskörpers 8 und andererseits an der Anlagefläche 25 des ringförmigen Elements 21 an.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Öffnung 26, durch die der Brennstoffstutzen 13 bei der Montage in den Aufnahmeraum 9 eingeführt wird, innerhalb des Absatzes 23 ausgebildet.
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Der Brennstoffstutzen 13 ist über das ringförmige Element 21 und über das elastisch verformbare Element 22 in einer auf die Öffnung 26 des Anschlusskörpers 8 zeigenden Richtung 27 entlang der Achse 10 an dem Anschlusskörper 8 abgestützt. Im Betrieb erfolgt von der Seite des Brennstoffverteilers 4 eine Beaufschlagung des Brennstoffstutzens 13 durch den unter hohem Druck stehenden Brennstoff. Dies resultiert in einer Haltekraft, die in der Richtung 27 wirkt.
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Durch eine Dimensionierung des elastisch verformbaren Elements 22 kann eine gewünschte Zielsteifigkeit k erreicht werden. Diese Zielsteifigkeit k kann entsprechend der beigefügten
Formel (1)
bestimmt werden. Hierbei ist die Zielsteifigkeit k für das kreisringförmig ausgestaltete Element 22 in Abhängigkeit einer Elastizitätszahl E, der Fläche A, über die sich die mechanische Spannung aufbaut, und eine Dicke l des Elements 22 bestimmt. Die Dicke l ergibt sich hierbei entlang der Achse 10. Die wirksame Fläche A ist wiederum von einem Außendurchmesser Da und einem Innendurchmesser Di abhängig, wie es in der Formel (1) angegeben ist.
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Somit kann in Bezug auf den jeweiligen Anwendungsfall über die Vorgabe der Zielsteifigkeit k den erforderlichen Festigkeitsanforderungen Rechnung getragen werden. Das elastisch verformbare Element 22 kann hierbei beispielsweise aus einem Elastomer gebildet sein. Es können allerdings auch andere entkoppelnde Werkstoffe zum Einsatz kommen. Beispielsweise können auch Werkstoffe für Kunststofflager oder Metalldrahtgeflechte zum Einsatz kommen.
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Somit kann eine weiche Aufhängung des Brennstoffeinspritzventils 7 realisiert werden. Dies ermöglicht eine deutliche Reduzierung des übertragenen Körperschalls vom Brennstoffeinspritzventil 7 zum Brennstoffverteiler 4. Dadurch kann eine wesentliche Reduzierung des Geräusches der Brennstoffeinspritzanlage 1 erreicht werden. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass diese Maßnahme zusätzlich zu anderen Geräusch reduzierenden Maßnahmen, beispielsweise einer hydraulischen Drossel am zuflussseitigen Ende 15 des Brennstoffstutzens 13 und einer Geräusch reduzierenden Verschraubung des Brennstoffverteilers 4, zum Einsatz kommen kann. Hierbei ist kein oder gegebenenfalls nur ein geringfügiger konstruktiver Anpassungsaufwand erforderlich. Somit ergibt sich ein breiter Anwendungsbereich.
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Um eine Montage des Brennstoffeinspritzventils 7 zu ermöglichen, kann der Anschlusskörper 8 auch mehrteilig ausgestaltet sein. Speziell kann der Anschlusskörper 8 aus Teilen 28, 29 zusammengesetzt sein, die auf geeignete Weise miteinander verbunden werden. Dadurch ist eine einfache Montage des Brennstoffeinspritzventils 7 möglich. Die Verbindung zwischen den Teilen 28, 29 kann hierbei auch lösbar ausgeführt werden, um eine gegebenenfalls erforderliche Demontage zu ermöglichen.
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2 zeigt eine Brennstoffeinspritzanlage 1 mit einer Aufhängung 2 entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel und eine Brennkraftmaschine 3 in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung. In diesem Ausführungsbeispiel ist das ringförmige Element 21 in die ringförmige Ausnehmung 20 des Brennstoffstutzens 13 eingefügt, so dass in und entgegen der Richtung 27 eine Fixierung des ringförmigen Elements 21 bezüglich des Brennstoffstutzens 13 gewährleistet ist. Dadurch stützt sich der Brennstoffstutzen 13 über das ringförmige Element 21 und das elastisch verformbare Element 22 entlang der Achse 10 in der Richtung 27 an dem Absatz 23 des Anschlusskörpers 8 ab.
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Außerdem ist ein weiteres elastisch verformbares Element 35 vorgesehen, das entsprechend dem elastisch verformbaren Element 22 ausgestaltet sein kann. Das elastisch verformbare Element 22 und das weitere elastisch verformbare Element 35 können allerdings bei einer abgewandelten Ausführungsform auch unterschiedlich ausgestaltet sein.
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Das weitere elastisch verformbare Element 35 liegt einerseits an einer im Bereich des Aufnahmeraums 9 vorgesehenen weiteren Stützfläche 36 des Anschlusskörpers 8 und andererseits an einer Anlagefläche 37 des ringförmigen Elements 21 an. Hierdurch ist der Brennstoffstutzen 13 auch in einer Richtung 38, die der auf die Öffnung 26 zeigenden Richtung 27 entgegen gesetzt ist, entlang der Achse 10 an dem Anschlusskörper 8 abgestützt. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise auch bei einem geringen Druck des Brennstoffs im Brennstoffraum 5 eine zuverlässige Aufhängung des Brennstoffeinspritzventils 7 gewährleistet ist. Denn hierbei kann es aufgrund eines Brennraumdrucks zu einer resultierenden Kraft auf das Brennstoffeinspritzventil 7 in der Richtung 38 kommen. Der Brennstoffstutzen 13 wird dann in der Richtung 38 gegen den Anschlusskörper 8 der Aufhängung 2 gedrückt, wobei über das weitere elastisch verformbare Element 35 eine weiche Aufhängung gewährleistet ist.
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Entsprechend der Formel (1) kann auch bei dem weiteren elastisch verformbaren Element 35 eine gewünschte Steifigkeit k vorgegeben werden, wie es anhand des elastisch verformbaren Elements 22 beschrieben ist.
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Somit kann der Brennstoffstutzen 13 bei den anhand der 1 und 2 beschriebenen Ausgestaltungen beabstandet zu dem Anschlusskörper 8 aufgehängt werden. Ein direkter Kontakt, insbesondere von Metall auf Metall, kann hierdurch verhindert werden. Die Federsteifigkeit k kann in Bezug auf den jeweiligen Anwendungsfall gewählt werden und beispielsweise nicht mehr als 50 kN/mm zwischen dem Brennstoffeinspritzventil 7 und dem Anschlusskörper 8 betragen. Ferner kann durch die Ausgestaltung des ringförmigen Elements 21 eine Anpassung an unterschiedliche Brennstoffstutzen 13 in einfacher Weise erzielt werden. Das ringförmige Element 21 kann dann als Adapterscheibe 21 dienen.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005020380 A1 [0002, 0003]
