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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Brennstoffverteiler, der insbesondere für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen dient. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der als Mitteldrucksysteme ausgestalteten Brennstoffeinspritzanlagen.
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Bei Brennstoffeinspritzanlagen von Kraftfahrzeugen ist es denkbar, dass eine Brennstoffverteilerleiste zum Einsatz kommt, die für Hochdruckanwendungen aus Stahl oder Aluminium ausgebildet ist. Hierdurch kann eine Druckfestigkeit für Drücke von beispielsweise 20 MPa (200 bar) erreicht werden. Diese massive Ausgestaltung des für Hochdruckanwendungen geeigneten Rails ist allerdings mit hohen Herstellungskosten verbunden.
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Ferner können Brennstoffverteilerleisten für Niederdruckanwendungen bei 0,3 MPa (3 bar) bis 0,5 MPa (5 bar) für diesbezügliche Anwendungen zum Einsatz kommen. Hierbei können beispielsweise dünnwandige Stahlrohre oder Kunststoffrohre aus PA oder PPS zur Herstellung der Brennstoffverteilerleiste dienen. Der Anwendungsbereich solcher Brennstoffverteilerleisten für Niederdruckanwendungen ist allerdings auf den genannten Niederdruckbereich begrenzt.
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Bei der Herstellung einer Brennstoffverteilerleiste aus Stahl kann als Basis ein Stahlrohr dienen, an das die einzelnen Komponenten, wie z.B. Verschlusskappen, Anschraubhalter, Hochdruckanschluss und die Schnittstellen zu den Einspritzventilen, angelötet werden. Beim Einbau der Brennstoffeinspritzanlage wird das aus Stahl bestehende Hochdruckrail auf einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine befestigt, der in der Regel aus Aluminium besteht. Heizt sich im Betrieb der Motor auf, dann kommt es zu Spannungen im Hochdruckrail, da sich der aus Aluminium bestehende Zylinderkopf stärker dehnt als das Stahlrohr des Hochdruckrails. Die Wandstärke muss daher relativ dickwandig ausgelegt werden, da sowohl der Innendruck als auch die Längendehnung aufgenommen werden müssen. Somit gestaltet sich solch eine Ausgestaltung des Hochdruckrails teuer in der Herstellung.
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Auch aus weiteren Gründen ist die Herstellung eines Hochdruckrails in der Regel teuer. Bei der Herstellung muss beispielsweise ein gezogenes Rohr auf Maß abgelängt werden, die Enden müssen bearbeitet werden und Abgänge müssen gebohrt werden. Ferner werden die Schnittstellen zum Einspritzventil und die Halter in der Regel aus nachbearbeiteten Stahlgussteilen oder kleinen Montagebaugruppen oder Tiefziehteilen hergestellt. Die Anschlusskappen können als Dreh- oder Tiefziehteile ausgestaltet sein, während die Hochdruckanschlüsse Drehteile sind. Vor dem abschließenden Lötprozess müssen die Anbauteile dann noch fixiert werden. In der Summe ergibt sich ein sehr kostenintensiver Herstellungsprozess mit vielen Arbeitsschritten.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Brennstoffverteiler mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine Ausgestaltung und eine Herstellbarkeit verbessert sind. Speziell kann ein für den gewünschten Druck, insbesondere einen Mitteldruck, geeigneter Brennstoffverteiler mit vergleichsweise niedrigen Herstellungskosten geschaffen werden. Der in Bezug auf die Druckfestigkeit erforderliche Materialaufwand kann hierbei reduziert werden.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffverteilers möglich.
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Im montierten Zustand des Brennstoffverteilers können relative Längenänderungen zwischen dem rohrförmigen Grundkörper und einem Zylinderkopf in vorteilhafter Weise durch die Ausgestaltung des rohrförmigen Grundkörpers ausgeglichen werden. Hierdurch wird der rohrförmige Grundkörper hauptsächlich durch den Innendruck belastet, so dass die Wandstärke des rohrförmigen Grundkörpers reduziert werden kann. Somit ergibt sich ein reduzierter Materialeinsatz. Auch die Herstellung kann hierdurch vereinfacht werden.
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Vorteilhaft ist es, dass der rohrförmige Grundkörper zwischen der ersten Befestigungsstelle und der zweiten Befestigungsstelle genau einen Bogen aufweist. Speziell bei einer mehrteiligen Ausgestaltung des rohrförmigen Grundkörpers ist hierbei eine Herstellung aus einer geringen Anzahl an Teilen möglich, wodurch sich auch die Anzahl der Verbindungsstellen reduziert.
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Vorteilhaft ist es allerdings auch, dass der rohrförmige Grundkörper zwischen der ersten Befestigungsstelle und der zweiten Befestigungsstelle einen ersten Bogen und zumindest einen zweiten Bogen aufweist und dass der zweite Bogen gegensinnig zu dem ersten Bogen gebogen ist. Hierdurch ist eine Bauraum optimierte Ausgestaltung möglich. Außerdem wird eine vorteilhafte Flexibilität über die Bögen erreicht, um beispielsweise thermische Längenänderungen auszugleichen. Hierbei ist es auch vorteilhaft, dass der rohrförmige Grundkörper zwischen dem ersten Bogen und dem zweiten Bogen ein gerades Stück aufweist. Dies ermöglicht die Ausgestaltung des rohrförmigen Grundkörpers unter Verwendung von Gleichteilen. Speziell kann es sich bei den Bögen um Gleichteile handeln.
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Vorteilhaft ist es, dass der rohrförmige Grundkörper zwischen der ersten Befestigungsstelle und der zweiten Befestigungsstelle einen dritten Bogen aufweist, dass der zweite Bogen zwischen dem ersten Bogen und dem dritten Bogen angeordnet ist und dass der erste Bogen und der dritte Bogen gleichsinnig gebogen sind. Hierdurch kann die Flexibilität des rohrförmigen Grundkörpers zum Ausgleichen von thermischen Längenänderungen weiter verbessert werden. Hierbei ist es auch möglich, dass der erste und der dritte Bogen als Gleichteile ausgestaltet sind.
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Außerdem ist es vorteilhaft, dass der rohrförmige Grundkörper an der ersten Befestigungsstelle ein gerades Stück aufweist und/oder dass der rohrförmige Grundkörper an der zweiten Befestigungsstelle ein gerades Stück aufweist. Hierdurch wird zum einen die Bearbeitung der Einzelteile erleichtert. Beispielsweise kann eine stabile Bohrung in dem geraden Stück ausgestaltet werden. Ferner erleichtert sich die Befestigung des Halters an dem geraden Stück des rohrförmigen Grundkörpers, was beispielsweise über ein Verbindungsstück erfolgen kann.
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Vorteilhaft ist es auch, dass zwischen der ersten Befestigungsstelle und der zweiten Befestigungsstelle kein weiterer Halter mit dem rohrförmigen Grundkörper verbunden ist. Hierdurch wird die Einleitung von zusätzlichen Haltekräften in den rohrförmigen Grundkörper vermieden.
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Vorteilhaft ist es auch, dass der erste Halter über ein erstes Verbindungsstück an der ersten Befestigungsstelle mit dem rohrförmigen Grundkörper verbunden ist, dass der zweite Halter über ein zweites Verbindungsstück an der zweiten Befestigungsstelle mit dem rohrförmigen Grundkörper verbunden ist, dass ein erster Brennstoffkanal ausgebildet ist, der von einem Brennstoffraum des rohrförmigen Grundkörpers in einen Innenraum des ersten Halters mündet, und dass ein zweiter Brennstoffkanal ausgebildet ist, der von dem Brennstoffraum des rohrförmigen Grundkörpers in einen Innenraum des zweiten Halters mündet.
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Zur Ausgestaltung der Brennstoffkanäle können beispielsweise jeweils übereinstimmende Durchgangsbohrungen in dem rohrförmigen Grundkörper an den Befestigungsstellen und an den Verbindungsstücken ausgestaltet werden. Solche Durchgangsbohrungen können zur Steigerung der allgemeinen Festigkeit auch oval oder als Langloch ausgeführt werden. Die Brennstoffkanäle sind also nicht notwendigerweise mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgebildet. Die Verbindungsstücke ermöglichen auch eine an den jeweiligen Anwendungsfall angepasste Befestigung des rohrförmigen Grundkörpers. Beispielsweise kann sich der rohrförmige Grundkörper in Bezug auf eine Einbaulage über dem Verbindungsstück oder seitlich an dem Verbindungsstück befinden. Hierbei wird vorzugsweise eine Anordnung des rohrförmigen Grundkörpers gewählt, die diesen höher als die Halter anordnet. Außerdem muss der rohrförmige Grundkörper nicht notwendigerweise in einer Ebene über den Haltern liegen, die parallel zu einer Oberseite eines Zylinderkopfs ist.
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Außerdem ist es vorteilhaft, dass eine erste Tasse vorgesehen ist, die teilweise in den Innenraum des ersten Verbindungsstücks eingefügt ist, und dass eine zweite Tasse vorgesehen ist, die teilweise in den Innenraum des zweiten Verbindungsstücks eingefügt ist. An den Tassen können dann Brennstoffeinspritzventile der Brennstoffeinspritzanlage befestigt werden. Hierdurch kann Brennstoff aus dem Brennstoffraum des rohrförmigen Grundkörpers über die Verbindungsstücke in die Brennstoffeinspritzventile geführt werden. Während des Betriebs auftretende Längenänderungen des Zylinderkopfes, also Änderungen der Abstände zwischen den Brennstoffeinspritzventilen, können dann durch die Ausgestaltung des rohrförmigen Grundkörpers ausgeglichen werden.
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Außerdem ist es vorteilhaft, dass der rohrförmige Grundkörper als mäanderförmig gebogener rohrförmiger Grundkörper ausgestaltet ist und/oder dass ein oder mehrere weitere Halter vorgesehen sind, die an einer beziehungsweise mehreren Befestigungsstellen des rohrförmigen Grundkörpers zumindest mittelbar mit dem rohrförmigen Grundkörper verbunden sind. Hierdurch kann eine Ausgestaltung realisiert werden, die in Bezug auf die Anzahl der Einspritzventile eine entsprechende Anzahl an Haltern aufweist, wobei durch die mäanderförmige Ausgestaltung des rohrförmigen Grundkörpers ein Längenausgleich ermöglicht wird.
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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, näher erläutert. Es zeigt:
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1 einen Brennstoffverteiler in einer schematischen, räumlichen Darstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 eine auszugsweise Schnittdarstellung des in 1 gezeigten Brennstoffverteilers des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
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3 eine auszugsweise, schematische Darstellung eines Brennstoffverteilers zur Veranschaulichung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung und
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4 eine auszugsweise, schematische Darstellung eines Brennstoffverteilers zur Veranschaulichung eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt einen Brennstoffverteiler 1 in einer schematischen, räumlichen Darstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Brennstoffverteiler 1 kann insbesondere für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen dienen. Speziell eignet sich der Brennstoffverteiler 1 hierbei für ein Mitteldrucksystem. Der Mitteldruck für solch ein Mitteldrucksystem kann hierbei im Bereich von 3 MPa bis 10 MPa beziehungsweise 30 bar bis 100 bar liegen. Insbesondere kann der Mitteldruck im Bereich von 5 MPa bis 7 MPa beziehungsweise 50 bar bis 70 bar liegen. Der erfindungsgemäße Brennstoffverteiler 1 eignet sich allerdings auch für andere Anwendungsfälle.
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Der Brennstoffverteiler 1 weist einen rohrförmigen Grundkörper 2 auf. Der rohrförmige Grundkörper 2 umfasst ein gerades Stück 3, einen ersten Bogen 4, einen zweiten Bogen 5 und einen dritten Bogen 6. Außerdem weist der rohrförmige Grundkörper 2 weitere Bögen auf, wobei zur Vereinfachung der Darstellung nur die Bögen 4 bis 6 gekennzeichnet sind.
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Der Brennstoffverteiler 1 weist außerdem einen ersten Halter 7 und einen zweiten Halter 8 auf. Der erste Halter 7 ist über ein erstes Verbindungsstück 9 an einer ersten Befestigungsstelle 10 mit dem rohrförmigen Grundkörper 2 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel ist das erste Verbindungsstück 9 mit dem geraden Stück 3 verbunden.
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Der zweite Halter 8 ist über ein zweites Verbindungsstück 11 an einer zweiten Befestigungsstelle 12 mit dem rohrförmigen Grundkörper 2 verbunden.
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Der erste Bogen 4, der zweite Bogen 5 und der dritte Bogen 6 sind zwischen der ersten Befestigungsstelle 10 und der zweiten Befestigungsstelle 12 angeordnet. Zwischen den Befestigungsstellen 10, 12 sind keine weiteren Halter mit dem rohrförmigen Grundkörper 2 verbunden. Allerdings sind weitere Halter 13, 14 vorgesehen, die über Verbindungsstücke 15, 16 mit dem rohrförmigen Grundkörper 2 verbunden sind.
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Der Brennstoffverteiler 1 weist außerdem eine erste Tasse 20, eine zweite Tasse 21 und weitere Tassen 22, 23 auf. Die erste Tasse 20 ist mit dem ersten Verbindungsstück 9 verbunden. Die zweite Tasse 21 ist mit dem zweiten Verbindungsstück 11 verbunden. Die weiteren Tassen 22, 23 sind mit den Verbindungsstücken 15, 16 verbunden. An den Tassen 20 bis 23 sind Brennstoffeinspritzventile einer Brennstoffeinspritzanlage mit dem Brennstoffverteiler 1 verbindbar.
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Im Betrieb sind die Abstände zwischen den Haltern 7, 8, 13, 14 beziehungsweise den Verbindungsstücken 9, 11, 15, 16 durch die Geometrie der Brennkraftmaschine, insbesondere einem Zylinderkopf, bestimmt. Der rohrförmige Grundkörper 2 ist aus Festigkeitsgründen vorzugsweise aus einem Stahl ausgebildet. In Bezug auf einen beispielsweise aus Aluminium gebildeten Zylinderkopf ergeben sich bei Temperaturänderungen dann relative Längenänderungen, die zu Spannungen im rohrförmigen Grundkörper 2 des Brennstoffverteilers 1 führen können. Durch die Bögen 4, 5, 6 wird beispielsweise zwischen den Haltern 7, 8 beziehungsweise Verbindungsstücken 9, 11 durch eine gewisse Elastizität ein Längenausgleich ermöglicht. Hierdurch wird die mechanische Belastung des rohrförmigen Grundkörpers 2 verringert.
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Die Ausgestaltung des Brennstoffverteilers 1 ist im Folgenden auch unter Bezugnahme auf die 2 beschrieben.
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2 zeigt den in 1 dargestellten Brennstoffverteiler 1 in einer auszugsweisen, schematischen Schnittdarstellung. Der rohrförmige Grundkörper 2 weist eine Wandstärke 25 auf. Da über die Bögen 4 bis 6 des rohrförmigen Grundkörpers 2 ein Längenausgleich ermöglicht ist, ergibt sich die mechanische Belastung des rohrförmigen Grundkörpers 2 im Wesentlichen durch den Brennstoffdruck eines Brennstoffs im Brennstoffraum (Innenraum) 26 des rohrförmigen Grundkörpers 2. Somit kann die Wandstärke 25 reduziert werden. In den Brennstoffraum 26 kann während des Betriebs über einen hydraulischen Anschluss 27 Brennstoff geführt werden. Der hydraulische Anschluss 27 ist mit dem rohrförmigen Grundkörper 2 verbunden. Zwischen dem Brennstoffraum 26 im Inneren des rohrförmigen Grundkörpers 2 und einem Innenraum 29 des ersten Verbindungsstücks 9 ist ein erster Brennstoffkanal 28 ausgebildet. Hierfür sind in diesem Ausführungsbeispiel je eine Bohrung in dem rohrförmigen Grundkörper 2 und in dem ersten Verbindungsstück 9 vorgesehen. Der erste Brennstoffkanal 28 kann einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Zur Steigerung der Festigkeit kann der Querschnitt des ersten Brennstoffkanals 28 allerdings auch oval oder als Langloch ausgeführt sein. Ein entsprechender zweiter Brennstoffkanal ist zwischen dem rohrförmigen Grundkörper 2 und dem zweiten Verbindungsstück 11 ausgebildet. Über den zweiten Brennstoffkanal ist der Brennstoffraum 26 mit einem Innenraum des zweiten Verbindungsstücks 11 verbunden.
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Der Innenraum 29 des Verbindungsstücks 9 führt in einen Innenraum 30 des ersten Halters 7. Die Tasse 20 ist in den Innenraum 30 des ersten Halters 7 eingefügt. Somit kann der Brennstoff aus dem Brennstoffraum 26 über den Innenraum 29 des Verbindungsstücks 9 und den Innenraum 30 des ersten Halters 7 zu dem an der ersten Tasse 20 montierbaren Brennstoffeinspritzventil geführt werden.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist der zweite Bogen 5 zwischen dem ersten Bogen 4 und dem dritten Bogen 6 angeordnet, wobei der erste Bogen 4 und der dritte Bogen 6 gleichsinnig gebogen sind. Der zweite Bogen 5 ist gegensinnig zu dem ersten Bogen 4 gebogen. Hierdurch ergibt sich eine mäanderförmige Ausgestaltung des rohrförmigen Grundkörpers 2.
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In diesem Ausführungsbeispiel befindet sich der rohrförmige Grundkörper 2 in einer Einbaulage direkt auf dem Verbindungsstück 15. Der rohrförmige Grundkörper 2 kann allerdings auch seitlich ober- und unterhalb angeordnet sein. Ferner kann der rohrförmige Grundkörper 2 um eine Längsachse um einen großen Winkel passend gedreht eingebaut werden. Hierdurch ist eine für unterschiedliche Einbauräume kompatible Ausführung möglich.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist die Tasse 20 in den Halter 7 gesteckt. Der Halter 7 ist wiederum in das Verbindungsstück 9 gesteckt. Hierdurch ergibt sich eine formschlüssige Verbindung. Die Einzelteile des rohrförmigen Grundkörpers 2 können in einem Fügevorgang geheftet und verlötet werden. Entsprechend ist eine Verbindung der übrigen Elemente des Brennstoffverteilers 1 möglich.
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In diesem Ausführungsbeispiel weist der Halter 7 eine Bohrung 31 auf, um ein Anschrauben an den Zylinderkopf zu ermöglichen. Die Befestigung des Brennstoffeinspritzventil an der Tasse 20 kann beispielsweise über einen O-Ring erfolgen.
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3 zeigt eine auszugsweise, schematische Darstellung eines Brennstoffverteilers 1 zur Veranschaulichung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Hierbei sind der erste Halter 7 mit dem ersten Verbindungsstück 9 und der zweite Halter 8 mit dem zweiten Verbindungsstück 11 sowie der rohrförmige Grundkörper 2 dargestellt. Der rohrförmige Grundkörper 2 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen ersten Bogen 4 und einen zweiten Bogen 5 auf, die gegensinnig zueinander gebogen sind. Außerdem sind gerade Stücke 3, 35, 36 vorgesehen. Das gerade Stück 3, der erste Bogen 4, das gerade Stück 35, der zweite Bogen 5, das gerade Stück 36 und weitere Elemente sind aufeinander folgend zu dem rohrförmigen Grundkörper 2 zusammengesetzt. Somit befindet sich das gerade Stück 35 zwischen den Bögen 4, 5. Zwischen den Haltern 7, 8 beziehungsweise der ersten Befestigungsstelle 10 und der zweiten Befestigungsstelle 12 sind in diesem Ausführungsbeispiel nur zwei Bögen 4, 5 sowie das gerade Stück 35 vorgesehen. Die geraden Stücke 3, 35, 36 weisen hierbei jeweils einen nicht verschwindenden Winkel zu einer Einbaulängsachse 37 des rohrförmigen Grundkörpers 2 auf. Somit mäandriert der rohrförmige Grundkörper 2 um die Einbaulängsachse 37 hin und her und erreicht jeweils bei den Tassen 20, 21, die mit den Haltern 7, 8 verbunden sind, die Einbaulängsachse 37.
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4 zeigt eine auszugsweise, schematische Darstellung des Brennstoffverteilers 1 zur Veranschaulichung eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel weist der rohrförmige Grundkörper 2 zwischen den Haltern 7, 8 beziehungsweise Befestigungsstellen 10, 12 nur einen Bogen 4 auf. Der Bogen 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel als halber Rohrbogen 4 ausgebildet. Hierdurch wird eine hohe Flexibilität entlang der Einbaulängsachse 37 zum Ermöglichen eines Längenausgleichs erzielt.
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Speziell bei den anhand der 3 und 4 beschriebenen Ausführungsbeispielen ist ein horizontaler Einbau, das heißt eine Anordnung des rohrförmigen Grundkörpers 2 in einer Ebene parallel zu einer Oberseite des Zylinderkopfes, vorteilhaft.
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Eine im Betrieb auftretende Längenänderung entlang der Einbaulängsachse 37 kann beispielsweise im Bereich einiger hundertstel Millimeter liegen. Durch die mäanderförmige Ausgestaltung des rohrförmigen Grundkörpers 2 können solche Längendehnungen aufgenommen werden. Hierbei sind jeweils an den Anwendungsfall angepasste Ausführungsformen möglich, damit die jeweilige konstruktive Lösung dem begrenzten und motorindividuell unterschiedlich verfügbaren Bauraum angepasst werden kann. Hierbei kann die Wandstärke (Wanddicke) 25 deutlich reduziert werden. Dadurch nehmen die Herstellungskosten und das Bauteilgewicht ab. Wie bei einem Railkörper, der aus einem geraden Rohr besteht, kann durch die mäanderförmige Ausgestaltung eine günstige, zentrisch unter dem rohrförmigen Grundkörper 2 liegende Anordnung der Halter 7, 8, 13, 14 erreicht werden. Außerdem können Gleichteile bei der Herstellung zum Einsatz kommen. Dies betrifft sowohl die Halter 7, 8, 13, 14, die Bögen 4 bis 6, die geraden Stücke 3, 35, 36 und auch die Tassen 20 bis 23 sowie die Verbindungsstücke 9, 11, 15, 16. Die Grundgeometrie des rohrförmigen Grundkörpers 2 kann hierbei auch mit geringem Aufwand an unterschiedliche Motoren angepasst werden. Beispielsweise können die Biegungen der Bögen 4 bis 6 angepasst werden. Möglich ist auch eine motorindividuelle Anordnung und Ausgestaltung der Bohrungen 31 an dem rohrförmigen Grundkörper 2. Die Art der Rohrbiegungen sowie die Bohrungen 31 zu den Einspritzventilen sind dann zwar motorindividuell, können aber auf der gleichen Rohrbiegemaschine und in dem gleichen Bohrzentrum gefertigt werden. Die sich hierdurch in der Summe ergebenden deutlich größeren Stückzahlen ergeben eine weitere Kostensenkung.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.