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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein ringförmiges Dichtelement, insbesondere für eine hydraulische Kolbenpumpe, zum Abdichten eines mit einem Fluid gefüllten Druckbereichs, bei dem eine Stirnseite an eine Anlagefläche eines Kolbens gedrückt ist. Ferner betrifft die Erfindung eine hydraulische Kolbenpumpe mit einem ringförmigen Dichtelement und eine Fahrzeugbremsanlage mit einer hydraulischen Kolbenpumpe.
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Ringförmige Dichtelemente zum Abdichten eines Druckbereichs von hydraulischen Kolbenpumpen liegen gewöhnlich axial an einem Kolben an und gleiten beim Ein- und Ausfahren des Kolbens in einem Zylinder an einer inneren Mantelfläche des Zylinders, an einer so genannten Dichtfläche, vorbei. Das Dichtelement ist in der Regel zwischen Zylinder und Kolben derart positioniert, dass es mit einer Stirnseite auf eine Anlagefläche des Kolbens gedrückt ist. Diese Stirnseite des Dichtelements ist eine im Wesentlichen ebene Fläche.
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Aus
DE 102 40 052 A1 ist eine Dicht- und Führungsvorrichtung, insbesondere für ein zylindrisches Pumpelement bekannt. Diese Vorrichtung umfasst ein Dichtelement aus einem elastischen Material und ein Führungselement aus einem im Wesentlichen unelastischen Material, wobei das Dichtelement kraftschlüssig und/oder formschlüssig fest mit dem Führungselement verbunden ist, so dass das Dichtelement und das Führungselement als gemeinsame Baugruppe ausgebildet sind. Das Dichtelement umfasst eine Lippenanordnung, die in einem vorbestimmten Winkel zum Umfang einer abzudichtenden Fläche eines bewegten Kolbenelements angeordnet ist. Dadurch kann das Dichtelement das Kolbenelement im drucklosen als auch im druckbeaufschlagten Zustand abdichten, da es aufgrund seiner Elastizität immer Kräfte in senkrechter Richtung zum äußeren Umfang des Kolbenelements bereitstellt.
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Um große Dichtkräfte zwischen dem Dichtelement und dem Kolbenelement zu erzeugen, weist das Dichtelement vorzugsweise einen Bereich auf, der im druckbeaufschlagten Zustand des Dichtelements eine zusätzliche Kraft auf die Lippenanordnung zum Andrücken des Dichtelements an das Kolbenelement bereitstellt. Hierdurch soll die Sicherheit der Dichtung weiter verbessert werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Dichtelement zur Verfügung zu stellen, das eine gute Abdichtung, insbesondere zwischen Stirnseite des Dichtelements und der entsprechenden Anlagefläche des Kolbens ermöglicht. Das Dichtelement soll ferner Formungenauigkeiten der Anlagefläche des Kolbens ausgleichen und somit eine gute Passgenauigkeit schaffen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist ein ringförmiges Dichtelement, insbesondere für eine hydraulische Kolbenpumpe, zum Abdichten eines mit einem Fluid gefüllten Druckbereichs geschaffen, bei dem eine Stirnseite an eine Anlagefläche eines Kolbens gedrückt ist, und bei dem die Stirnseite mit einer Dichtkontur derart ausgebildet ist, dass die Dichtkontur durch den ausgeübten Druck elastisch an der Anlagefläche verformbar ist.
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Die hydraulische Kolbenpumpe umfasst einen zylindrischen Kolben, der in einem Innenraum eines Zylinders ein- und ausfahrbar gelagert ist. Der Innenraum des Zylinders ist von einer zylinderförmigen Wandung begrenzt. Zwischen der zylindrischen Wandung und dem Kolben ist ein erfindungsgemäßes ringförmiges Dichtelement angeordnet, das einen mit einem Fluid gefüllten Druckbereich im Innenraum des Zylinders abdichtet. Beim Ausfahren des Kolbens aus dem Zylinder wird in dem Druckbereich ein Unterdruck aufgebaut und der Kolben saugt über ein Einlassventil Fluid in den Druckbereich. Beim Einfahren drängt der Kolben das Fluid über ein Auslassventil vom Druckbereich in ein Hydrauliksystem zur Verrichtung von Arbeit.
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Unter einem Fluid ist vorliegend ein Gas oder auch eine Hydraulikflüssigkeit zu verstehen, wie etwa eine Hydraulikflüssigkeit auf Mineralöl- oder Glycolbasis.
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Das erfindungsgemäße ringförmige Dichtelement umfasst eine innere und äußere Mantelfläche sowie eine Stirnseite. Die innere Mantelfläche des Dichtelements liegt an einer äußeren Mantelfläche des Kolbens an und die äußere Mantelfläche des Dichtelements an der inneren Mantelfläche des Zylinders, an der so genannten Dichtfläche. Beim Ein- und Ausfahren des Kolbens in den bzw. aus dem Zylinder bewegen sich die Dichtfläche und die äußere Mantelfläche des Dichtrings relativ zueinander.
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Die Stirnseite des Dichtelements wird beispielsweise mittels einer Rückstellfeder, die innerhalb des Druckbereichs gelagert ist, gegen eine Anlagefläche – ein Absatz des Kolbens – gedrückt und somit in Position gehalten.
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Erfindungsgemäß ist die Stirnseite mit einer bestimmten Dichtkontur versehen, die elastische Eigenschaften aufweist. Diese Dichtkontur wird infolge des aufgebrachten Drucks elastisch an der Anlagefläche des Kolbens verformt. Die Dichtkontur legt sich passgenau an eine spezifische Oberflächenstruktur der Anlagefläche an und dichtet diese im Wesentlichen fluiddicht ab. Aufgrund der Verformung der Dichtkontur passt sich die Stirnseite an die Anlagefläche besser an als eine Stirnseite mit einer im Wesentlichen ebenen Oberfläche. Die Dichtigkeit des Dichtelements wird vorteilhaft erhöht. Insbesondere können auf diese Weise fertigungsbedingte Unebenheiten der Anlagefläche des Kolbens ausgeglichen werden. Leckagen der hydraulischen Kolbenpumpe werden insbesondere bei geringen Gegendrücken reduziert und der Wirkungsgrad der Pumpe somit erhöht.
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Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung des ringförmigen Dichtelements weist die Dichtkontur mindestens eine Dichtlippe auf.
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Bei einer derartigen Weiterbildung kann die Dichtlippe im Querschnitt spitz zulaufen oder auch eine kuppenartige Form aufweisen. Die Dichtlippe ist elastisch verformbar und legt sich bei Druckeinwirkung an die Anlagefläche an. Insbesondere passt sich eine relativ schmale Dichtlippe aufgrund ihrer hohen Flexibilität an Unebenheiten in der Anlagefläche, wie etwa an Eindellungen oder Erhebungen, sehr gut an.
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Gemäß einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung des ringförmigen Dichtelements weist die Dichtkontur mehrere Dichtlippen auf, die im Querschnitt wellenförmig ausgebildet sind.
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Eine Dichtkontur mit mehreren Dichtlippen stellt eine besonders effektive Dichtung zur Verfügung. Dies erweist sich als vorteilhaft, wenn im Druckbereich der Kolbenpumpe hohe Drücke vorliegen. Die Dichtkontur kann beispielsweise als eine so genannte Riffelplatte mit vorzugsweise 10 bis 15 einzelnen Dichtlippen ausgebildet sein. Die einzelnen Dichtlippen verformen sich elastisch, wenn Druck auf der Stirnseite des Dichtelements aufgebaut wird, so dass sich die einzelnen Dichtlippen der Oberflächenstruktur der Anlagefläche optimal anpassen.
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Ferner können sich die Dichtlippen auch – im Querschnitt betrachtet – durch seitlich aufgebrachten Druck elastisch verformen. Dieser seitliche Druck liegt vor, wenn hohe Drücke im Druckbereich herrschen und Fluid in einen Bereich zwischen Stirnseite des Dichtelements und der Anlagefläche des Kolbens gedrängt wird. Das Fluid drückt in einem solchen Fall die Dichtlippen in Richtung der äußeren Mantelfläche des Dichtelements und die Dichtlippen legen sich dicht an die Anlagefläche an und verhindern eine Leckage des Fluids in Richtung der Wandung des Zylinders.
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Dichtlippen mit einer Wellenform im Querschnitt passen sich insbesondere gut einer Anlagefläche mit geringen Unebenheiten an.
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Gemäß einer dritten vorteilhaften Weiterbildung des ringförmigen Dichtelements weist die Dichtkontur mehrere Dichtlippen auf, die im Querschnitt spitz zulaufen.
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Auch diese Dichtkontur mit mehreren Dichtlippen stellt eine besonders effektive Dichtung zur Verfügung. Die Dichtkontur kann ebenfalls als eine so genannte Riffelplatte mit vorzugsweise 10 bis 15 einzelnen Dichtlippen ausgebildet sein. Die einzelnen Dichtlippen verformen sich elastisch, wenn Druck auf der Stirnseite des Dichtelements aufgebaut wird, so dass sich die einzelnen Dichtlippen der Oberflächenstruktur der Anlagefläche optimal anpassen. Dichtlippen, die im Querschnitt spitz zulaufen, sind insbesondere bei Anlageflächen geeignet, die stärkere Unebenheiten in der Oberflächenstruktur aufweisen. Die Dichtlippen können sich mit ihren Spitzen beispielsweise an Vertiefungen oder Rillen gut anpassen und diese effektiv abdichten.
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Gemäß einer vierten vorteilhaften Weiterbildung des ringförmigen Dichtelements ist die Dichtkontur in der Draufsicht spiralförmig ausgebildet.
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Eine solche spiralförmige Dichtkontur ist aus einer spiralförmig angeordneten Dichtlippe gebildet, die im Querschnitt beispielsweise kuppelartig oder spitz zulaufend gestaltet sein kann. Die Dichtkontur weist vorzugsweise 8 bis 15 Windungen auf. Die Spiralform ermöglicht eine gute Abdichtung über einen großen Bereich. Die Spitzen bzw. Kuppen der Dichtkontur werden unter Druck leicht elastisch verformt und legen sich gut an der Anlagefläche des Kolbens an. Bereits durch geringe Verformung werden Unebenheiten oder Fehlstellen in der Anlagefläche besser ausgeglichen als durch eine Stirnseite mit einer durchgehenden, im Wesentlichen geraden Fläche.
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Gemäß einer fünften vorteilhaften Weiterbildung des ringförmigen Dichtelements sind dem Dichtelement auf der der Stirnseite abgewandten Seite mindestens eine, insbesondere zwei hochdruckseitige Dichtlippen einstückig angeformt.
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Die hochdruckseitige Dichtlippe ist auf der der Stirnseite gegenüberliegenden Seite angeordnet. Die Dichtlippe weist zwei Schenkel auf, die zum einen mit der Dichtfläche, d. h. mit der inneren Mantelfläche des Zylinders, und zum anderen mit der äußeren Mantelfläche des Kolbens jeweils einen definierten Winkel bilden. Die hochdruckseitige Dichtlippe schließt eng an der Dichtfläche des Zylinders und der äußeren Mantelfläche des Kolbens ab. Die hochdruckseitige Dichtlippe kann in ihrer Kontur derart ausgebildet sein, dass ein Teil eines Ventilgehäuses aufgenommen ist, so dass das Ventilgehäuse an der äußeren Mantelfläche des Kolbens das Dichtelement haltert.
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Gemäß einer sechsten vorteilhaften Weiterbildung des ringförmigen Dichtelements ist das Dichtlement ein aus Kunststoff geformtes Spitzgussteil.
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Ein derartiges Dichtelement ist einstückig, vorzugsweise aus einem Elastomer bzw. elastomerartigen Werkstoff geformt. Es ist kostengünstig herstellbar und im Herstellungsprozess einfach mit weiteren Bauteilen zusammenzufügen.
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Gemäß einer siebten vorteilhaften Weiterbildung des ringförmigen Dichtelements ist das Dichtelement einem Ventilgehäuse einstückig angeformt.
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In einem solchen Fall bildet das Dichtelement mit dem Ventilgehäuse ein einziges Bauelement. Dieses Element wird vorzugsweise in einem Spritzgussverfahren aus Kunststoff kostengünstig hergestellt und ist in die hydraulische Kolbenpumpe einfach einzusetzen.
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Darüber hinaus ist eine hydraulische Kolbenpumpe mit einem ringförmigen Dichtelement geschaffen.
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Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe umfasst einen Zylinder und einen in dem Zylinder ein- und ausfahrbaren Kolben. Ein erfindungsgemäßes ringförmiges Dichtelement ist zwischen dem Kolben und einer inneren Mantelfläche, der so genannten Dichtfläche, angeordnet und dichtet einen mit Fluid gefüllten Druckbereich im Inneren des Zylinders gemäß den oben erörterten Merkmalen ab.
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Ferner ist ein Fahrzeugbremssystem mit einer hydraulischen Kolbenpumpe geschaffen.
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Eine derartiges Fahrzeugbremssystem kann beispielsweise ein Anti-Blockier-System (ABS), eine Antriebsschlupfregelung (TCS – traction control system), ein elektronisches Stabilisierungsprogramm (ESP) oder auch ein elektrohydraulisches Bremssystem (EHB) sein. Bei solchen Systemen ist es insbesondere von Vorteil, wenn die hydraulischen Kolbenpumpen eine geringe Leckage bzw. eine hohe Dichtigkeit aufweisen, um eine optimale Funktion des Bremssystems bei einer langen Laufleistung zur Verfügung zu stellen. Ferner darf die Leckage bei Fahrzeugbremssystemen keinen zu hohen Wert aufweisen, damit funktionale Beeinträchtigungen an benachbarten Bauteilen verhindert werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert: Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt einer hydraulische Kolbenpumpe mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dichtelements,
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2 eine perspektivische Ansicht des Details II in 1 in vergrößertem Maßstab,
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3 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Dichtelements, dass an einem Ventilkäfig einstückig angeformt ist,
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4 den Querschnitt IV-IV in 3,
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5 einen Querschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Dichtelements.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 veranschaulicht einen Ausschnitt einer hydraulischen Kolbenpumpe 10 mit einem Zylinder 12 und einem in dem Zylinder 12 ein- und ausfahrbaren Kolben 14.
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Der Kolben 14 umfasst ein Einlassventil 16. Das Einlassventil 16 ist in einem Ventilgehäuse 18 angeordnet, das auf einer Halterung 20 festgespannt ist. Das Ventil 16 ist dazu vorgesehen, Fluid mittels einer Hubbewegung des Kolbens 14 durch eine Einlassvorrichtung 22 in einen Druckbereich 24 im Inneren des Zylinders 12 zu saugen und durch einen nicht dargestellten Auslass mit einem Auslassventil unter Druck aus dem Druckbereich 24 in ein Hydrauliksystem zur Verrichtung von Arbeit zu fördern. Das Fluid ist vorliegend eine Bremsflüssigkeit.
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Das Ventilgehäuse 18 ist becherförmig als ein Käfig gestaltet, in dessen Inneren sich eine schraubenförmige Rückstellfeder 26 befindet, welche gegen einen kugelförmigen Schließkörper 28 drängt. Der Schließkörper 28 liegt dadurch an einem Ventilsitz 30 an, der an der Stirnseite des Kolbens 14 ausgebildet ist.
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Der Kolben 14 ist in Axialrichtung mittels einer sich im Druckbereich 24 angeordneten Rückstellfeder 32 federnd vorgespannt. Die Rückstellfeder 32 ist bezogen auf 1 an ihrem linken Ende an einer Stirnfläche des Zylinders 12 abgestützt und drängt an ihrem rechten Ende gegen eine Federauflage 34, die als ein Teil des Ventilgehäuses 18 ausgebildet ist. Die Federauflage 34 ist somit mit dem Kolben 14 ortsfest gekoppelt, so dass die Rückstellfeder 32 entsprechend über die Federauflage 34 gegen den Kolben 14 drängt.
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Wenn der Kolben 14 bezogen auf 1 nach rechts aus dem Zylinder 12 mittels der Rückstellfeder 32 herausgedrückt wird, so wird der Schließkörper 28 des Einlassventils 16 von dem Ventilsitz 30 gegen die Kraft der schraubenförmigen Rückstellfeder 26 abgehoben, da ein Unterdruck im Zylinder 12 aufgebaut wird. Bei dieser Bewegung des Kolbens 14 wird das Einlassventil 16 geöffnet und Fluid wird über die Einlassvorrichtung 22 in den Druckbereich 24 eingesaugt.
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Wenn der Kolben 14 bezogen auf 1 nach links in den Zylinder 12 mittels eines nicht dargestellten Exzenters hineingedrückt wird, so schließt sich das Einlassventil 16, das (nicht dargestellte) Auslassventil wird geöffnet und das Fluid wird aus dem Druckbereich 24 in ein Hydrauliksystem zur Verrichtung von Arbeit gefördert.
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Zwischen dem Kolben 14 und dem Zylinder 12 ist ein erfindungsgemäßes ringförmiges Dichtelement 36 aus einem elastischen Werkstoff angeordnet, mit dem der Druckbereich 24 im Zylinder 12 abgedichtet ist. Das Dichtelement 36 ist auf den Kolben 14 aufgepresst und liegt axial an der äußeren Mantelfläche des Kolbens 14 an. An dieser äußeren Mantelfläche ist das Dichtelement 36 mittels des auf die Halterung 20 festgespannten Ventilgehäuses 18 ortsfest gehalten, in dem das Ventilgehäuse 18 in das Dichtelement 36 form- und kraftschlüssig eingreift.
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Das Dichtelement 36 (vgl. auch 2) weist auf der Seite, die dem Druckbereich 24 zugewandt ist, eine hochdruckseitige Dichtlippe 38 mit zwei Schenkel 40, 42 auf, die zum einen mit der inneren Mantelfläche des Zylinders 12 und zum anderen mit der äußeren Mantelfläche des Kolbens 14 jeweils einen bestimmten Winkel α, β einschließen. In diese hochdruckseitige Dichtlippe 38 greift ein Teil des Ventilgehäuses 18 ein und haltert dieses.
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Das Dichtelement 36 liegt somit radial innen gegen die innere Mantelfläche des Zylinders 12 an, um dort während der Hubbewegungen des Kolbens 14 entlang zu gleiten und dabei abzudichten.
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2 zeigt das ringförmige Dichtelement 36 gemäß 1 in vergrößerter Darstellung. Auf der der hochdruckseitigen Dichtlippe 38 gegenüberliegenden Seite ist eine Stirnseite 44 mit einer niederdruckseitigen Dichtkontur 46 angeordnet. Diese Dichtkontur 46 weist eine Anordnung von einigen, insbesondere 8, Dichtlippen 48 auf, die im Querschnitt spitz zulaufen. Die Dichtlippen 48 liegen mit ihren Spitzen an einer Anlagefläche 50 des Kolbens 14 an (vgl. 1). Wird Druck auf die Stirnseite 44 des Dichtelements 36 ausgeübt – beim Herausfahren des Kolbens 14 über die Rückstellfeder bzw. beim Hereinfahren des Kolbens 14 in den Zylinder 12 über den Exzenterantrieb – so verformt sich die Dichtkontur 46 elastisch an der Anlagefläche 50 des Kolbens 14. Die spitz zulaufenden Dichtlippen 48 neigen sich zur Seite, legen sich an der Anlagefläche 50 an und dichten auf diese Art und Weise einen Bereich zwischen äußere Mantelfläche des Kolbens 15 und innerer Mantelfläche des Zylinders 12 im Wesentlichen fluiddicht ab.
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3, 4 und 5 zeigen ein ringförmiges Dichtelement 36, das mit einem Ventilgehäuse 18 als ein einstückiges Bauelement 52 gebildet ist. Dieses einstückige Bauelement 52 liegt als ein aus Kunststoff geformtes Spritzgussteil vor, das insbesondere kostengünstig herzustellen ist. Das Ventilgehäuse 18 des Bauelements 52 weist vier Stege 54 auf, die im Inneren den Schließkörper 28 des Einlassventils 16 aufnehmen und führen. Ferner sind die Stege 54 mit der Halterung 20 des Kolbens 14 kraftschlüssig verspannt (vgl. 1).
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Das Dichtelement 36 des Bauelements 52 weist eine Dichtkontur 46 mit mehrere, insbesondere 11, ringförmig angeordneten, elastisch verformbaren Dichtlippen 48 auf. In den 3 und 4 laufen die Dichtlippen 48, im Querschnitt betrachtet, spitz zu, wohingegen die Dichtlippen 48 in 5 im Querschnitt wellenförmig ausgebildet sind.
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Unter Einwirkung von Druck p werden die spitz zulaufenden bzw. wellenförmigen Dichtlippen 48 an die Anlagefläche 50 des Kolbens 14 gedrückt und verformen sich elastisch.
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Wie schematisch aus den 4 und 5 ersichtlich ist, wird zum einen ein Druck senkrecht auf die Stirnseite 44 des Dichtelements 36 ausgeübt, nämlich durch die Federkraft der Rückstellfeder 32 während des Herausfahrens des Kolbens 14 aus dem Zylinder 12 bzw. durch den Exzenterantrieb während des Hereinfahrens des Kolbens 14 in den Zylinder 12 (vgl. auch 1). Hierdurch wird die Stirnseite 44 des Dichtelements 36 auf die Anlagefläche 50 des Kolbens 14 gepresst und die Dichtlippen 48 der Dichtkontur 46 verformen sich entsprechend.
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Zum anderen übt das Fluid im Druckbereich 24 auch einen Druck parallel zur Stirnseite 44 aus, d. h. senkrecht zu den herausstehenden Dichtlippen 48. Diese legen sich dadurch gemäß dieser Druckrichtung des Fluids an die Anlagefläche 50 an und dichten die Anlagefläche 50 fluiddicht ab.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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