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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffpumpe gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Kraftstoffpumpe.
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Im
Stand der Technik wird weitestgehend eine elektromagnetische Kraftstoffpumpe
für Kraftfahrzeuge
verwendet, die aus einem Motorbereich und einem Pumpenbereich besteht.
Im allgemeinen ist solch eine Kraftstoffpumpe ausgebildet, um eine feste
Menge an Kraftstoff größer als
eine Menge zu fördern,
die für
einen Antriebsmotor erforderlich ist. Eine Verringerung der elektrischen
Energie, welche durch die Kraftstoffpumpe verbraucht wird, ist effektiv,
um den Kraftstoffverbrauch zu unterdrücken bzw. zu senken, wobei
eine Verringerung der elektrischen Belastung eines Wechselstromgenerators
eine wichtige Aufgabe für
das Erhalten und Sparen begrenzter Ressourcen und für das Schützen der
Umgebung ist.
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Da
der Motorbereich sowie der Pumpenbereich aus verschiedenen Teilen
und Komponenten mit unterschiedlichen Größen und Ausführungsformen
besteht, muss die Kraftstoffpumpe derart ausgebildet sein, um eine
Menge an Kraftstoff, welche für den
Antriebsmotor erforderlich ist, unter Berücksichtigung dieser Variationen
auszustoßen.
Als ein Ergebnis hiervon ist eine Pumpe dafür geeignet, eine größere Menge
an
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Kraftstoff
als jene auszustoßen,
die für
den Antriebsmotor erforderlich ist, wodurch elektrische Energie
verschwendet wird. Wenn in einem Kraftstoffpumpensystem, das eine
Rückführleitung
hat, die zurückgeführte Kraftstoffmenge
ansteigt, dann erhöht
sich auch die Temperatur des Kraftstoffs innerhalb des Kraftstofftanks,
wodurch ein Kraftstoffdampf oder Gas erzeugt wird.
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Die
JP 3-129793 U schlägt
eine Kraftstoffpumpe vor, die ein magnetisches bewegbares Bauteil
hat, welches innerhalb des Jochs zwischen zwei angrenzenden Permanentmagneten
angeordnet ist. Solch ein bewegbares Bauteil wird von der Außenseite
aus durch eine Einstellschraube bewegt, um den magnetischen Widerstand
zwischen zwei Permanentmagneten zu ändern, wodurch die Umdrehungsgeschwindigkeit
des Motors und die hieraus resultierende Kraftstoffmenge veränderbar
ist. Jedoch erfordert solch eine herkömmliche Kraftstoffpumpe ein
zusätzliches
Bauteil für
das Abdichten des bewegbaren Bauteils und der Einstellschraube,
die an das bewegliche Bauteil angeschlossen ist, was in einer Erhöhung der
Anzahl von Herstellungsschritten sowie der Herstellungskosten resultiert.
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Ferner
ist aus der
DE 28 34
099 C2 allgemein ein permanentmagnetisch erregter Gleichstrom-Kleinstmotor
zum Antrieb eines ankuppelbaren zahnärztlichen Handinstruments bekannt,
welches eine Vorrichtung zu Veränderung
des magnetischen Flusses aufweist. Diese Vorrichtung ist dabei derart
angeordnet, dass sie das Basisjoch des Motors mantelseitig umgibt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Auslassquantitäts-einstellbare Kraftstoffpumpe
sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Kraftstoffpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs
1 sowie durch ein Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 4 gelöst.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung erhöht ein
einfacher Schritt des Fixierens eines zusätzlichen Jochs an einem Basisjoch
von der Außenseite
her in effektiver Weise den magnetischen Fluss, wodurch die ausgestoßene Kraftstoffmenge
auf eine erforderliche Kraftstoffmenge und gleichzeitig der Energieverbrauch
der Kraftstoffpumpe abgesenkt wird, ohne dass zusätzliche
Teile erforderlich wären.
Vorzugsweise wird die Kraftstoffmenge eingestellt durch Ändern der
Dicke des zusätzlichen
Jochs. Das zusätzliche
Joch bzw. das Hilfsjoch kann in einfacher Weise aus einem magnetischen
Plattenbauteil durch Pressformen hergestellt sein.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher beschrieben.
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Kraftstoffpumpe gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt,
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2 ist
ein schematisches Diagramm, das ein Kraftstofffördersystem darstellt, welches
die Kraftstoffpumpe gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
aufweist,
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3 ist
eine Querschnittansicht der Kraftstoffpumpe entlang der Linie III-III
in 1,
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4 ist
eine Querschnittansicht der Kraftstoffpumpe, geschnitten entlang
einer Linie IV-IV in 1,
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5 ist
ein Graph, der die Beziehung zwischen dem magnetischen Fluß eines
Permanentmagneten und eines effektiven magnetischen Flusses zeigt,
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6 ist
ein Graph, der die Beziehung zwischen dem effektiven magnetischen
Fluß und
der Menge an ausgestoßenen
Kraftstoff zeigt,
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7 ist
ein Graph, der die Beziehung zwischen der Dicke eines Jochs und
des effektiven magnetischen Flusses zeigt,
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8 ist
ein Graph, der die Beziehung zwischen der Dicke des Jochs und der
Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors zeigt,
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9 ist
eine Querschnittansicht einer Kraftstoffpumpe gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel,
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10 ist
eine Querschnittansicht einer Kraftstoffpumpe gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel,
und
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11 ist
eine Querschnittansicht einer Kraftstoffpumpe gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel,
welches nicht zum Gegenstand der Erfindung zählt.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Ein
erstes Ausführungsbeispiel
wird nachstehend mit Bezug auf die 1 bis 4 beschrieben.
Wie in der 2 gezeigt wird, besteht ein
Kraftstofffördersystem 2 aus
einer Kraftstoffpumpe 10, die in einem Kraftstofftank 3 angeordnet
ist, einem Druckregulator 4, für das Regulieren des Drucks
des Kraftstoffs, welcher durch die Kraftstoffpumpe 10 ausgestoßen wird,
Einspritzer 5 für
das Einspritzen des Kraftstoffs in Zylinder eines Antriebsmotors 1 sowie
Kraftstoffleitungen, welche die vorstehend genannten Teile und Komponenten
miteinander verbinden. Die Kraftstoffpumpe 10 wird durch
eine Fahrzeugbatterie (nicht gezeigt) mit Energie beaufschlagt,
um Kraftstoff durch einen Filter 7 anzusaugen und den Kraftstoff
zu einer Kraftstoffzuführleitung 8 auszustoßen. Andererseits
wird überschüssiger Kraftstoff
von dem Kraftstoffregulator 4 entlassen und zu dem Kraftstofftank
durch eine Kraftstoffrückführleitung 9 zurückgeführt.
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Wie
in der 1 gezeigt wird, besteht die Kraftstoffpumpe 10 aus
einem Pumpbereich 20 und einem Motorbereich 30 für das Antreiben
des Pumpbereichs 20. Der Motorbereich 30 besteht
aus einem DC-Motor, der ein zylindrisches Basisjoch 11,
eine ringförmige
Permanentmagneteinheit 31, die innerhalb des Jochs angeordnet
ist, sowie einen Anker 32 hat, der innerhalb der Permanentmagneteinheit 31 koaxial
mit dieser angeordnet ist.
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Der
Pumpenbereich 20 besteht aus einem Flansch 21,
einer Abdeckung 22 sowie einem Läufer oder Rotor 23.
Der Flansch 21 sowie die Abdeckung 22 bestehen
aus Aluminiumdruckguß.
der Flansch 21 ist an einen Endabschnitt des Jochs 11 preßgepaßt und ist
mit einem Lager 24 an dessen Mitte versehen, um eine Welle 35 des
Ankers 32 zu lagern. Der Flansch 21 hat einen
Auslaß 42 (in 3 dargestellt),
durch den der Kraftstoff von dem Pumpenbereich 20 in das
Innere des Motorbereichs 30 ausgestoßen wird. Die Abdeckung 22 deckt
den Flansch 21 ab und ist an bzw. auf das gleiche Ende
des Jochs 11 durch Verstemmen oder Ähnliches befestigt. Die Abdeckung 22 hat
ein Schublager 25, das an deren Mitte fixiert ist, um die
Welle 35 in die Axialrichtung abzustützen bzw. zu lagern. Die Abdeckung 22 hat
einen Einlaß 40,
durch den Kraftstoff innerhalb des Kraftstofftank 3 durch
die Pumpe 20 angesaugt wird. Der Flansch 21 sowie
die Abdeckung 22 bilden ein Gehäuse für den Pumpenbereich, um den
Läufer 23 drehbar
darin aufzunehmen.
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Wie
in der 3 dargestellt wird, hat der Läufer 23 eine D-förmige Öffnung 23a, um einen D-förmig abgeschnittenen
Abschnitt 35a der Welle 35 aufzunehmen, derart,
daß der
Läufer 23 zusammen mit
der Welle rotieren kann und sich geringfügig in die Axialrichtung bewegen
kann. Der Läufer 23 hat
eine Mehrzahl von Rotor- bzw. Fanblättern 23b, die Kraftstoff
aus dem Einlaß 40 ansaugen
und den Kraftstoff in den Pumpenraum 41 über den
Auslaß 42 ausstoßen, wenn
sie gedreht werden. Gemäß der 4 sind
Permanentmagneten 31a und 31b der Magneteneinheit 31 des
Motorbereichs 30 derart magnetisiert, daß sie jeweils
N-gepolt und S-gepolt sind, wobei eine Blattfeder in Umfangsrichtung
zwischen den Permanentmagneten 31a und 31b angeordnet
ist. Die Blattfeder 36 preßt die Permanentmagneten 31a und 31b gegen
einen Lagerhalter 37, der an einem Abschnitt zwischen den
Permanentmagneten gegenüber
der Blattfeder angeordnet ist, wodurch die Permanentmagneten 31a und 31b in
dem Joch 11 zurückgehalten
werden. Der Anker 32 besteht aus einem Kern 33 und
Spulen 34, die um den Kern 33 gewickelt sind,
und der radial innerhalb der Permanentmagneten 31a und 31b angeordnet
ist. Ein koaxiales zusätzliches
Joch 50 ist um das Joch 11 preßgepaßt. Das zusätzliche Joch 50 besteht
aus einem nahtlos gezogenen Rohr oder einem stumpfstoßverbundenen
Rohr aus einer zylindrisch geformten Stahlplatte. Das zusätzliche
Joch 50 bildet einen magnetischen Pfad zusammen mit dem
Joch 11. Der obere Abschnitt des zusätzlichen Jochs 50 bzw.
des Hilfsjochs 50 gemäß der 1 verengt
sich, um das Joch 11 zu halten.
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Wenn
die Ankerspulen 34 des Ankers 32 erregt werden,
dann rotiert der Anker 32 zusammen mit der Welle 35 und
dem Rotor bzw. Läufer 23.
Folglich wird Kraftstoff von dem Einlaß 40 in den Pumpenraum 41 eingesaugt
und durch Hohlräume
innerhalb des Motorbereichs 30 von dem Einlaß 42 in
das Innere des Motors ausgestoßen.
Der Kraftstoff wird nach Kühlen
des Ankers und weiterer Teile des Motors von einem Kraftstoffauslaßanschluß 43 zu
den Einspritzern 5 ausgestoßen.
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Die
Menge des Kraftstoffs, welche durch die Kraftstoffpumpe 10 ausgestoßen wird,
wird bestimmt durch die Umdrehungsgeschwindigkeit der Pumpe, die
proportional ist zu der Polspannung der Batterie 6 und
dem Druck des Druckregulators 4, der an die Pumpe angelegt
wird. Der Kraftstoffdruck ist nahezu konstant, wenn die Pumpe 10 an
einem Fahrzeug montiert ist. Die Umdrehungsgeschwindigkeit N des DC-Motors
wird ausgedrückt
durch die Spannung E, dem effektiven Magnetfluß Φ und der Anzahl der Leiter
bzw. Konduktoren Z und zwar wie folgt: N = E/(Φ·Z) (1)
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Das
heißt,
daß wenn
die Spannung E sowie die Anzahl der Konduktoren Z konstant ist,
dann verringert sich die Umdrehungsgeschwindigkeit N, wenn sich
der effektive Magnetfluß Φ erhöht, wobei
die Umdrehungsgeschwindigkeit N sich erhöht, wenn der effektive magnetische
Fluß Φ sich verringert.
Wie in der 5 gezeigt wird, wenn sich der
magnetische Fluß der
Permanentmagneten erhöht,
dann erhöht sich
auch der effektive magnetische Fluß, wobei die Umdrehungsgeschwindigkeit
des Motors verringert wird, wodurch die Kraftstoffmenge verringert
wird, wie in der 6 gezeigt ist.
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Es
ist schwierig, Permanentmagneten zu wechseln, nachdem sie installiert
sind, wobei folglich der effektive magnetische Fluß durch
Verfahrensschritte eingestellt wird, wie sie nachfolgend beschrieben
werden. Nebenbei bemerkt sind die Kennlinien, welche in den 5, 6, 7 und 8 gezeigt
sind, übertrieben
dargestellt, um die Ideen für das
Herstellen einer Kraftstoffpumpe aufzuzeigen.
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Die
Dicke des Jochs 11 ist derart ausgebildet, daß der magnetische
Kreis des Motorbereichs 30 ohne das zusätzliche Joch 50 als
ein Abschnitt B gemäß der 7 an
dem Joch 11 gesättigt
wird.
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Die
Menge an Kraftstoff, welche durch die Kraftstoffpumpe 10 innerhalb
einer Zeiteinheit ausgestoßen
wird (nachfolgend als Quantität
bezeichnet) ist bestimmt, um größer zu sein
als eine Menge, die für
einen Antriebsmotor erforderlich ist, sowie Änderungen der Menge der jeweiligen
Kraftstoffpumpen.
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Das
heißt,
daß sämtliche
Kraftstoffpumpen ohne das zusätzliche
Joch 50 dafür
ausgebildet sind, eine größere Menge
an Kraftstoff auszustoßen,
als die Menge, welche für
einen Antriebsmotor erforderlich ist.
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Die
Menge des Kraftstoffs, welche durch eine Kraftstoffpumpe 10 ausgestoßen wird,
wird ohne das zusätzliche
Joch 50 gemessen, um eine Differenz zwischen der aktuellen
Menge und der erforderlichen Menge zu erfassen.
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Das
zusätzliche
Joch 50 wird hierauf um das Joch 11 fixiert. Das
zusätzliche
Joch 50, welches eine geeignete Dicke aufweist, die der
Differenz zwischen der aktuellen Quantität und der erforderlichen Quantität entspricht,
wird ausgewählt
und um das Joch 11 befestigt. Die Vergrößerung der Dicke erhöht den effektiven
magnetischen Fluß Φ wie in
der 7 gezeigt wird und verringert die Umdrehungsgeschwindigkeit
N des Motorbereichs, wie in der 8 gezeigt wird.
Die Erhöhung
des effektiven magnetischen Flusses verringert die Ausstoßmenge des
Kraftstoffes, wie in der 6 dargestellt ist.
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Ein
Testergebnis für
eine der vorstehend hergestellten Kraftstoffpumpen wird nachfolgend
beschrieben.
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Die
Spezifizierung der getesteten Kraftstoffpumpe läßt sich wie folgt umschreiben:
Die
nominale Ausstoßmenge
beträgt
85L/h,
der externe Durchmesser beträgt 38 mm,
das Joch ist
1.6 mm dick,
ein Motor hat 8 Schlitze,
die Pumpenart entspricht
einer regenerativen Gattung (Wetsco),
die aktuelle Ausstoßquantität der Kraftstoffpumpe ohne
das Hilfsjoch beträgt
94L/h und
der Antriebsstrom beträgt 4.8A.
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Das
Testergebnis zeigt, daß die
zusätzliche Anordnung
des Hilfsjochs mit einer Dicke von 1.0 mm die Ausstoßrate auf
86L/H verringert (nahezu gleich dem erforderlichen Level) und verringert
den Antriebsstrom auf 4.6a.
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Folglich
wird der Energieverbrauch der Kraftstoffpumpe verringert, wobei
nicht mehr sehr viel an überschüssigem Kraftstoff
zu dem Kraftstofftank zurückgeführt wird,
wodurch das Erzeugen des Kraftstoffdampfs innerhalb des Kraftstofftanks 3 unterdrückt wird.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
wird nachfolgend mit Bezug auf die 9 beschrieben,
bei der der gleiche oder im wesentlichen der gleiche Abschnitt durch
das jeweils gleiche Bezugszeichen bezeichnet ist.
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Ein
zylindrisches zusätzliches
Joch oder Hilfsjoch 51 ist aus einer Stahlplatte ausgebildet,
um hierdurch mit einem längs
sich erstreckenden Schlitz 52 versehen zu sein und ist
mit einem Kamm bzw. Vorsprung 51a versehen, der entlang
einer Seite ausgeformt ist, die dem Schlitz 52 zugesandt
ist. Eine Nut 11a ist an dem Joch ausgeformt, wobei der Kamm
oder Vorsprung 51a in die Nut 11a eingesetzt ist,
so daß das
zusätzliche
Joch 51 sowohl in axialer als auch in umfänglicher
Richtung gehalten wird. Der Schlitz 52 ist an der Umfangsmitte
des N-gepolten Permanentmagneten 31a angeordnet. Da die
magnetische Kraftlinie verläuft,
wie durch die unterbrochene Linie 101 angezeigt wird, beeinflußt der Schlitz 52 nicht
den magnetischen Fluß.
Der Schlitz 52 kann dem S-gepolten Permanentmagneten oder
an mehr als ein Viertel der Bogenlänge des Permanentmagneten innerhalb
sich gegenüberliegenden
Enden des Permanentmagneten angeordnet sein.
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Da
das zusätzliche
Joch 51 aus einer Stahlplatte durch Preßformen ausgeformt ist, können die Herstellungskosten
reduziert werden.
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(Drittes Ausführungsbeispiel)
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Ein
drittes Ausführungsbeispiel
wird mit Bezug auf die 10 beschrieben, in der der gleiche oder
im wesentlichen der gleiche Abschnitt mit dem gleichen Bezugszeichen
versehen ist.
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In
dem dritten Ausführungsbeispiel
sind zwei oder mehrere zusätzliche
Jochs 53 und 54 übereinander angeordnet, um
das Joch 11 in engem bzw. geschlossenen Kontakt mit diesem
abzudecken. Aus diesem Grunde kann die totale Dicke des Basisjochs sowie
der Hilfsjochs durch verschiedene Kombinationen der zusätzlichen
Jochs mit unterschiedlichen Dicken eingestellt werden, so daß der ausgestoßene Kraftstoff
präzise
eingestellt werden kann. Wenn dünne
Hilfsjochs bzw. zusätzliche
Jochs verwendet werden, dann kann die totale Dicke eingestellt werden,
ohne das Vorsehen von verschiedenen zusätzlichgen Jochs mit unterschiedlichen
Dicken, wodurch die Produktionskosten weiter verringert werden.
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(Viertes Ausführungsbeispiel)
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Ein
viertes Ausführungsbeispiel
wird nachfolgend mit Bezug auf die 11 beschrieben,
in der der gleiche oder im wesentlichen gleiche Abschnitt durch
das gleiche Bezugszeichen angezeigt wird.
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Unterschiedlich
zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
ist, daß das
Basisjoch 60 ausreichende Dicke hat, um nicht mit dem magnetischen
Fluß gesättigt zu
werden.
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Nach
Messen des ausgestoßenen
Kraftstoffs wird eine Nut 60a an einem periphären Abschnitt
des Jochs zwischen den zwei Permanentmagneten ausgeschnitten, um
den effektiven magnetischen Fluß einzustellen,
so daß die
Quantität
des ausgestoßenen
Kraftstoffs auf die erforderliche Quantität erhöht wird.
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Die
Nut 60a kann über
die gesamte Länge des
Jochs ausgeformt sein oder es können
eine Mehrzahl von Nuten ausgebildet sein.
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Bei
den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
kann eine Mehrzahl von bogenförmigen
magnetischen Bauteilen an dem Basisjoch oder an einem weiteren Hilfsjoch
durch Schweißen
oder Löten befestigt
sein.
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Eine
Mehrzahl von kurzen magnetischen Zylindern kann Seite an Seite an
das Basisjoch durch Schweißen
oder Löten
befestigt sein. Die kurzen magnetischen Zylinder erhöhen die
Genauigkeit der inneren Durchmesser, wodurch der nahe bzw. geschlossene
Kontakt mit dem Basisjoch sowie die hieraus resultierende Genauigkeit
der ausgestoßenen
Kraftstoffquantität
gewährleistet
wird. Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann eine Nut an dem Hilfsjoch ausgeformt sein, um den
effektiven magnetischen Fluß fein
einzustellen.