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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Kolbenanordnung einer Kolbenpumpe mit einem Kolben, einer den Kolben in Axialrichtung federnd vorspannenden Rückstellfeder, einer am Kolben angeordneten Federauflage für die Rückstellfeder und einem am Kolben angeordneten, radial gegen einen Zylinder abdichtenden Dichtelement. Ferner betrifft die Erfindung eine Kolbenanordnung einer Kolbenpumpe mit einem Kolben und einem am Kolben angeordneten, radial gegen einen Zylinder abdichtenden Dichtelement. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch eine Kolbenpumpe einer Fahrzeugbremsanlage mit einer derartigen Kolbenanordnung.
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Ein Bestandteil von modernen Fahrzeugbremsanlagen ist ein Hydroaggregat, welches bei Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen verwendet wird, um an deren Bremssystem geregelte Bremsdrücke bereitzustellen. Zum Dosieren dieses Bremsdrucks weist das Hydroaggregat eine Pumpe auf, die in der Regel eine Kolbenpumpe ist, bei der ein Kolben in einem Zylinder verschiebbar ist. Das Verschieben des Kolbens erfolgt in einem Zwei-Takt. Dabei wird in einem ersten Takt ein zu förderndes Fluid, beispielsweise Bremsflüssigkeit, durch ein Einlassventil angesaugt. In einem zweiten Takt wird das Fluid durch ein Auslassventil ausgestoßen. Der Kolben ist gegen die innere Mantelfläche des Zylinders mittels eines Dichtelements abgedichtet und dabei von diesem Dichtelement auch in dem Zylinder während seiner Hubbewegung geführt. Eine derartige Kolbenpumpe ist beispielsweise aus
DE 10 2005 017 131 A1 bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenpumpe mit einer Kolbenanordnung zu schaffen, bei der unter allen Betriebsbedingungen eine weitgehend optimale Abdichtung zwischen dem Kolben und dem Zylinder erfolgt.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist eine Kolbenanordnung einer Kolbenpumpe geschaffen, mit einem Kolben, einer den Kolben in Axialrichtung federnd vorspannenden Rückstellfeder, einer am Kolben angeordneten Federauflage für die Rückstellfeder und einem am Kolben angeordneten, radial gegen einen Zylinder abdichtenden Dichtelement, bei der die Federauflage und das Dichtelement einstückig gestaltet sind.
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann die Federauflage einer Rückstellfeder an einer Kolbenanordnung einer Kolbenpumpe, insbesondere einer Kolbenpumpe einer Fahrzeugbremsanlagen, axial kürzer gestaltet werden. Es wird dadurch eine insgesamt kompaktere Bauweise mit einem geringeren Schadraumvolumen möglich. Ferner kann die Vorspannkraft der Rückstellfeder genutzt werden, um das Dichtelement zusätzlich vorzuspannen und axial zu komprimieren, wodurch dieses mit zunehmendem Hubweg des Kolbens radial auseinandergedrängt wird und bessere Führungs- und Dichtungseigenschaften für den Kolben in dem Zylinder liefert. Zugleich kann für die Rückstellfeder eine große Anlage- bzw. Auflagefläche zur Verfügung gestellt werden, so dass diese insbesondere radial größer gestaltet werden kann. Dadurch verbessert sich ebenfalls die Bauraumsituation.
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Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kolbenanordnung ist die Federauflage mit einem Ventilgehäuse eines Einlassventils für die Kolbenpumpe gebildet.
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Mit dieser Weiterbildung sind die Federauflage der Rückstellfeder des Kolbens am Ventilgehäuse eines Einlassventils und das Dichtelement einstückig gestaltet. Es ergeben sich damit erhebliche Vorteile im Hinblick auf die Herstellungskosten und die zugehörigen Montageprozesse. Das Ventilgehäuse dient zum Abstützen einer Feder, welche einen Schließkörper des Einlassventils gegen einen am Kolben ausgebildeten Ventilsitz drängt. Ein solches Ventilgehäuse wird auch als Ventilkäfig oder Ventildeckel bezeichnet.
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Gemäß einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kolbenanordnung ist das Dichtelement mit einer Axialnut gestaltet, welche zu dem die Rückstellfeder umgebenden Hochdruckbereich offen ist.
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Bei der derartigen Kolbenanordnung drängt der in dem die Rückstellfeder umgebenden Hochdruckbereich herrschende Druck in die Axialnut und führt dazu, dass diese aufgeweitet wird. Insbesondere wird dadurch der radial äußere Teil des Dichtelements an die Innenwand des benachbarten Zylinders gedrängt. So entsteht bei steigendem Druck auch eine Verstärkung der Anlehnung des Dichtelements an den Zylinder und damit eine bessere Abdichtung. Außerdem verbessert sich die Führung und das Leckageverhalten des Kolbens im Zylinder.
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Gemäß einer dritten vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kolbenanordnung weist das Dichtelement radial an beiden Seiten der Axialnut einen ersten und zweiten Auflageabschnitt auf, welche die Federauflage bilden.
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Mit anderen Worten liegt bei dieser Weiterbildung die Rückstellfeder an zwei Auflageabschnitten beidseits von der Axialnut an. Dabei ist die Rückstellfeder vorteilhaft an ihrem Ende derart gestaltet, dass sich im Wesentlichen zwei ringförmige, ebene Auflageflächen an den beiden Rändern der Axialnut ergeben. Es kann so für die Rückstellfeder trotz der das Dichtelement schwächenden Axialnut eine maximal große Auflagefläche bereitgestellt werden. Diese Auflagefläche ragt radial weit nach außen, so dass die Rückstellfeder als Schraubenfeder mit einem entsprechend großen Radius gestaltet sein kann. Ferner trägt die Vorspannkraft der Rückstellfeder, welcher mit zunehmendem Hub ebenfalls zunimmt, radial beidseits von der Axialnut zu deren radialer Aufweitung bei. Dadurch verbessert sich die Führung und Abdichtung des Kolbens im Zylinder verbessert.
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Gemäß einer vierten vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kolbenanordnung weist das Dichtelement eine gegen den Zylinder anliegende Dichtlippe auf.
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Mit dieser Weiterbildung ergibt sich radial innen von der Dichtlippe ebenfalls eine Axialnut, welche druckabhängig aufgeweitet wird, um auf diese Weise die Führung und das Leckageverhalten zu verbessern.
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Gemäß einer fünften vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kolbenanordnung endet die Dichtlippe relativ zur Federauflage an der von der Rückstellfeder abgewandten Seite axial zurückgesetzt.
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Die derart angeordnete Rückstellfeder kann die axial zurückgesetzte Dichtlippe nicht beeinflussen. Insbesondere kann die Rückstellfeder bei ihrer Montage auf das Dichtelement aufgepresst werden, ohne dass die Dichtlippe beschädigt bzw. verletzt werden könnte. Die Rückstellfeder kann dabei als Schraubenfeder mit einem größeren Außendurchmesser gestaltet werden. Dadurch reduziert sich der axiale Einbauraum für die Rückstellfeder, woraus ein kleineres Schadraumvolumen resultiert. Aufgrund der derart axial zurückversetzten Dichtlippe ergibt sich nur eine ringförmige Auflagefläche für die Rückstellfeder radial innen von der Axialnut. Es kann von der Rückstellfeder aber durchaus noch der Kern des Dichtelements axial zusammengedrängt bzw. gestaucht werden, so dass dieser radial nach außen drängt und sich dabei die Führung des Kolbens verbessert. Es ergibt sich dadurch auch eine bessere Abdichtung bei höheren Drücken, bei denen die Rückstellfeder dann auch stärker vorgespannt ist.
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Gemäß der Erfindung und einer sechsten vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kolbenanordnung einer Kolbenpumpe mit einem Kolben und einem am Kolben angeordneten, radial gegen einen Zylinder abdichtenden Dichtelement, weist das Dichtelement an seiner dem Zylinder zugewandten Außenfläche axial beabstandete, umlaufende Dichtstege auf.
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Mit dieser erfindungsgemäßen Lösung bzw. Weiterbildung wird der erzeugte, abzudichtende Druck im Hockdruckbereich des Zylinders mittels mehrere kleiner Stege abgedichtet. Dies steht im Gegensatz zu herkömmlichen Kolbenanordnungen von Kolbenpumpen einer Fahrzeugbremsanlage, bei denen zum Abdichten zwischen Kolben und Zylinder eine einzelne Dichtlippe vorgesehen ist.
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Die erfindungsgemäßen Stege sind verformbar und passen sich der inneren Mantelfläche des Zylinders elastisch an. Dadurch kalibriert sich der zugehörige Kolben im Zylinder selbst. Die Stege erstrecken sich längs des Umfangs des in der Regel kreiszylindrischen Kolbens. Zwischen zwei Stegen ergibt sich je ein Zwischenraum. In diesem Zwischenräumen kann sich ein Fluidfilm aufbauen. Dieser wirkt zum einen als Schmierfilm und reduziert die Reibung zwischen Kolben und Zylinder. Zum anderen unterstützt dieser Fluidfilm die Dichtwirkung. Es entsteht eine so genannte Flüssigkeitsdichtung. Die derartige Ausgestaltung kann wahlweise mit oder ohne der oben genannten Axialnut gebildet sein. Ohne Axialnut ergibt sich eine breite radiale Anlagefläche für die Rückstellfeder. Daraus resultiert eine optimale Nutzung der Auflagefläche und eine optimale Auslegung des Durchmessers der Rückstellfeder, wenn diese als Schraubenfeder gestaltet ist.
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Gemäß einer siebten vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kolbenanordnung ist der einzelne Dichtsteg im Querschnitt wellenförmig gestaltet.
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Es ergibt sich mit dieser Weiterbildung eine Dichtungsanordnung, deren Dichtungsgeometrie erheblich robuster als bekannte Dichtungen ist. Die bessere Abdichtung entsteht insbesondere bei hohen Drücken. Insgesamt weist die derartige Dichtungsanordnung einen besserer Wirkungsgrad auf. Darüber hinaus ist eine Verbesserung der pumpeninternen Leckage festzustellen.
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Gemäß einer achten vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kolbenanordnung ist das Dichtelement im Bereich der Dichtstege zylindrisch gestaltet.
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Das derartige Dichtelement ist nicht konisch oder mit einem ”Spoiler”, wie bei bisherigen Dichtungen, gestaltet, sondern weist in Axialrichtung sich im Wesentlichen parallel erstreckende Innen- und Außenflächen auf. Diese Gestaltung führt zu einer verbesserten Führung des Kolbens im Zylinder.
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Erfindungsgemäß ist ferner auch eine Kolbenpumpe einer Fahrzeugbremsanlage mit einer derartigen, oben beschrieben Kolbenanordnung geschaffen.
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Die erfindungsgemäße Lösung erreicht insgesamt, dass durch die vorgeschlagene Führung des Kolbens im Zylinder und auch die vorgeschlagene Dichtgeometrie ein verbessertes Leckageverhalten der Kolbenpumpe erzielt wird.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
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1 einen Längsschnitt einer Kolbenpumpe gemäß dem Stand der Technik,
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2 das Detail II in 1 in vergrößertem Maßstab,
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3 einen Längsschnitt einer Kolbenpumpe gemäß der Erfindung,
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4 das Detail IV in 3 in vergrößertem Maßstab,
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5 einen teilweisen Längsschnitt eines Dichtelements der Kolbenpumpe gemäß 3,
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6 einen perspektivischen Längsschnitt des Dichtelements gemäß 5,
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7 einen Längsschnitt eines Ventilgehäuses mit einstückig daran ausgeformten Dichtelement gemäß 5 in seiner Grundform,
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8 einen Längsschnitt einer ersten Abwandlung des Dichtelements gemäß 7,
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9 eine Seitenansicht einer zweiten Abwandlung des Ventilgehäuses mit Dichtelement gemäß 7 und
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10 eine perspektivische Ansicht der Abwandlung gemäß 7.
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In den 1 und 2 ist eine Kolbenpumpe 10 gemäß dem Stand der Technik veranschaulicht, die unter anderem eine Kolbenanordnung 12 umfasst, welche aus einem Zylinder 14 und einem darin verschiebbar gelagerten Kolben 16 gebildet ist. Die Kolbenanordnung 12 umfasst ferner ein Einlassventil 18 und ein Auslassventil 20. Diese Ventile 18 und 20 sind dafür vorgesehen, dass der Kolben 16 bei seiner Hubbewegung im Zylinder 14 ein Fluid durch einen Einlass 22 in einen Hochdruckraum bzw. Hochdruckbereich 24 im Inneren des Zylinders 14 einsaugen und dieses Fluid durch einen Auslass 26 unter Druck wieder aus dem Hochdruckbereich 24 herausfördern kann. Das Fluid ist vorliegend eine Bremsflüssigkeit.
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Der Kolben 16 ist dabei in Axialrichtung mittels einer sich im Hockdruckbereich 24 befindenden Rückstellfeder 28 federnd vorgespannt. Die Rückstellfeder 28 ist bezogen auf 1 an ihrem linken Ende an der Stirnfläche des Zylinders 14 abgestützt und drängt an ihrem rechten Ende gegen eine Federauflage 30. Die Federauflage 30 ist mit dem Kolben 16 ortsfest gekoppelt, so dass die Rückstellfeder 28 entsprechend über die Federauflage 30 gegen den Kolben 16 drängt.
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Zwischen dem Kolben 16 und dem Zylinder 14 ist ferner ein Dichtelement 32 angeordnet, mit dem der Hochdruckbereich 24 im Zylinder 14 abgedichtet ist. Das Dichtelement 32 ist ringförmig gestaltet und umschließt den Kolben 16 an dessen äußerer Mantelfläche. An dieser Mantelfläche ist das Dichtelement 32 mittels eines auf den Kolben 16 aufgeschobenen Ventilkäfigs bzw. Ventilgehäuses 34 des Einlassventils 18 ortsfest gehalten. An dem Ventilgehäuse 34 ist auch die Federauflage 30 in Form eines Absatzes ausgeformt. Das derart gehalterte Dichtelement 32 legt sich radial innen gegen die innere Mantelfläche des Zylinders 14 an, um dort entlang zu gleiten und dabei abzudichten.
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Das Ventilgehäuse 34 ist becherförmig als ein Käfig gestaltet, in dessen Inneren sich eine schraubenförmige Rückstellfeder 36 befindet, welche gegen einen kugelförmigen Schließkörper 38 drängt. Der Schließkörper 38 liegt dadurch (im in 1 und 2 dargestellten Betriebszustand) an einem Ventilsitz 40 an, der an der Stirnseite des Kolbens 16 ausgebildet ist. Der Schließkörper 38 wird von diesem Ventilsitz 40 gegen die Kraft der Rückstellfeder 36 abgehoben, wenn der Kolben 16 bezogen auf 1 nach rechts aus dem Zylinder 14 herausgezogen wird. Bei dieser Bewegung wird also das Einlassventil 18 geöffnet und Fluid wird in den Hochdruckbereich 24 eingesaugt.
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Das Dichtelement 32 gemäß den 1 und 2 weist einen im Wesentlichen im Querschnitt rechteckigen Grundkörper 42 auf, an dem eine zum Hochdruckbereich 24 hingewandte Dichtlippe 44 ausgebildet ist.
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Die 3 und 4 zeigen eine erfindungsgemäße Kolbenpumpe 10. Diese weist ebenfalls eine Kolbenanordnung 12 mit einem Zylinder 14 und einem darin verschiebbaren Kolben 16 auf. Ferner sind ebenfalls ein Einlassventil 18 und ein Auslassventil 20 vorgesehen. Der Kolben 16 ist mit einer sich in einem Hockdruckbereich 24 befindenden Rückstellfeder 28 federnd vorgespannt, welche gegen eine mit dem Kolben 16 ortsfest gekoppelte, erfindungsgemäße Federauflage 46 drängt.
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Ferner befindet sich zwischen dem Kolben 16 und dem Zylinder 14 ein erfindungsgemäßes Dichtelement 48, welches an dem Kolben 16 ortsfest gehaltert ist und an der inneren Mantelfläche des Zylinders 14 entlang gleiten kann. Dieses Dichtelement 48 ist mit einem erfindungsgemäßen Ventilgehäuse 50 derart einstückig ausgeformt, dass auch die Federauflage 46 und das Dichtelement 48 einstückig gestaltet sind. Die einstückige Gestalt von Federauflage 46 und Dichtelement 48 ermöglicht eine axial sehr kurze, kompaktere Bauweise mit einem geringeren Schadraumvolumen. Mit der Rückstellfeder 28 kann das Dichtelement 48 zusätzlich vorgespannt werden. Ferner steht für die Rückstellfeder 28 an der Federauflage 46 eine radial sehr breite Auflagefläche zur Verfügung.
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Das Dichtelement 48 ist, wie in den 3 bis 7 und 10 erkennbar, mit einer Axialnut 52 gestaltet, die in Richtung des Hochdruckbereichs 24 offen ist. Entsprechend gelangt das im Hochdruckbereicht 24 sich befindende und unter Druck stehende Fluid auch in diese Axialnut 52. Die Axialnut 52 wird von diesem Fluid an ihren beiden inneren, einander gegenüberliegenden Seitenflächen bzw. Flanken 54 und 56 radial auseinandergedrängt. Dieser Vorgang ist in den 5 und 6 veranschaulicht. Insbesondere wird der radial außen von der Axialnut 52 sich befindende, lippenförmige Teil bzw. Abschnitt 58 des Dichtelements 48, der auch als Dichtlippe bezeichnet werden kann, radial nach außen (siehe 6) und damit gegen die innere Mantelfläche des Zylinders 14 gedrängt. Dadurch lehnt sich bei steigendem Druck im Hochdruckbereich 24 auch dieser Abschnitt 58 des Dichtelements 48 stärker an den Zylinder 14 an und dichtet dort damit besser ab. Außerdem verbessert sich die Führung und das Leckageverhalten des Kolbens 16 im Zylinder 14.
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Bei dem in den 3 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Federauflage 46 des Dichtelements 48 an beiden Seiten der Axialnut 52 einen ersten Auflageabschnitt 60 und einen zweiten Auflageabschnitt 62 auf. Die Rückstellfeder 28 liegt an diesen beiden Auflageabschnitten 60 und 62 an und drängt das Dichtelement 48 auch an seinem Abschnitt 58 in Richtung auf den Kolben 16. Mit zunehmender Vorspannkraft der Rückstellfeder 28, wobei diese Vorspannkraft mit zunehmendem Hub zunimmt, trägt die Rückstellfeder 28 also an beiden Seiten der Axialnut 52 zu einer axialen Komprimierung des Dichtelements 48 bei.
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Die 8 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel eines Dichtelements 48, bei dem der lippenförmige Abschnitt 58 bzw. die Dichtlippe des Dichtelements 48 an ihrem Ende relativ zur radial gerichteten Ebene der Federauflage 46 zu der von der Rückstellfeder 28 abgewandten Seite hin axial zurückgesetzt ist. Es ist damit nur radial innen von der Axialnut 52 eine ringförmige Anlage- bzw. Auflagefläche für die Rückstellfeder 28 gebildet, so dass die Rückstellfeder 28 den lippenförmigen Teil 28 nicht zusammendrängen bzw. beeinflussen kann. Die Rückstellfeder 28 drängt aber weiterhin den Kern des Dichtelements 48 axial zusammen, so dass dieser radial nach außen gedrängt wird.
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Bei der Ausführungsform gemäß den 9 und 10 ist das Dichtelement 48 ebenfalls mit dem Ventilgehäuse 50 einstückig ausgebildet und weist darüber hinaus aber an einer dem Zylinder 14 zugewandten Außenfläche 64 axial beabstandete, umlaufende Dichtstege 66 auf.
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Das Dichtelement 48 ist zwar im Bereich dieser Dichtstege 66 im Wesentlichen kreiszylindrisch gestaltet, es ist aber im Bereich dieser Außenfläche 64 nicht glatt, sondern ist gezielt mit Erhebungen und Senken versehen. Diese Erhebungen und Senken laufen um den Umfang des Dichtelements 48 herum. Zwischen den sich derart erhebenden Dichtstegen 66 ergeben sich einzelne, ebenfalls umlaufende Zwischenräume, in denen sich im Betrieb der zugehörigen Kolbenpumpe 10 ein Fluidfilm aufbauen kann. Dieser wirkt als Schmierfilm und entwickelt zusätzlich Dichtwirkung als Flüssigkeitsdichtung.
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Die einzelnen Dichtstege 66 sind insbesondere im Querschnitt wellenförmig gestaltet, d. h. ihre Flanken sind abgerundet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005017131 A1 [0002]
