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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckhalteventilanordnung für eine Kraftstoffleitung.
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In modernen Verbrennungsmotoren werden die Einspritzventile des Verbrennungsmotors über eine gemeinsame Kraftstoffleitung mit Kraftstoff versorgt (Common Rail System). Kraftstoff, der dem Verbrennungsmotor nicht über die jeweiligen Einspritzventile zugeführt wird, wird in einer gemeinsamen Kraftstoffrücklaufleitung gesammelt und erneut einer Kraftstoffzuleitung zugeführt.
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Um die Funktion der Einspritzventile zu gewährleisten, wird in der Kraftstoffrücklaufleitung über ein Druckhalteventil ein Kraftstoffdruck aufrechterhalten. Vor einem erstmaligen Betrieb des Verbrennungsmotors wird die Kraftstoffrücklaufleitung mit Kraftstoff befüllt.
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Die Druckschrift
DE 103 39 250 A1 beschreibt ein Druckhalteventil, das zum Aufrechterhalten eines Kraftstoffdruckes in einer Kraftstoffleitung als auch zum Befüllen der Kraftstoffleitung verwendet werden kann.
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Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, den Aufbau eines Druckhalteventils zu vereinfachen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen nach dem unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass der Aufbau herkömmlicher Druckhalteventile kompliziert und fehleranfällig ist.
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Gemäß einem Aspekt wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch eine Druckhalteventilanordnung für eine Kraftstoffleitung gelöst, mit einer Fluidhauptstrecke, die mittels eines ersten federbelasteten Schließkörpers zum Aufrechterhalten eines Kraftstoffdruckes in der Kraftstoffleitung schließbar ist; wobei der erste Schließkörper einen Schließkörperkopf zum Abdichten der Fluidhauptstrecke umfasst, der mittels einer Federkraft gegen einen Dichtsitz anpressbar ist, einer Fluidnebenstrecke, die zum Befüllen der Kraftstoffleitung mit Kraftstoff in dem ersten federbelasteten Schließkörper gebildet ist; und einem zweiten federbelasteten Schließkörper, der zum Schließen der Fluidnebenstrecke vorgesehen ist. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Fluidhauptstrecke zuverlässig verschlossen werden kann und sich die Funktionsfähigkeit der Druckhalteventilanordnung verbessert. Daneben lässt sich durch die erfindungsgemäße Druckhalteventilanordnung eine besonders kompakte Bauform des Druckhalteventils realisieren.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Druckhalteventilanordnung ist die Fluidnebenstrecke als eine axiale Bohrung durch den ersten federbelasteten Schließkörper gebildet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich eine gerade Strecke zum Befüllen der Kraftstoffleitung realisieren lässt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Druckhalteventilanordnung umfasst der erste federbelastete Schließkörper einen zylindrischen Schaft, der in den Schließkörperkopf übergeht, und eine Feder, die den zylindrischen Schaft umgibt und auf den der Schließkörperkopf einwirkt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass der Aufbau des Druckhalteventils vereinfacht wird. Durch die zylindrische Form des Schaftes wird ein Verkanten des Schließkörpers verhindert.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Druckhalteventilanordnung weist der Schließkörperkopf eine rotationsymmetrische Pilzform auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass der Schließkörperkopf die Fluidhauptstrecke besonders gut abdichtet.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Druckhalteventilanordnung umfasst die Fluidnebenstrecke einen Dichtsitz für die Aufnahme des zweiten federbelasteten Schließkörpers. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich eine besonders kompakte Bauform ergibt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Druckhalteventilanordnung umfasst eine Außenwandung des ersten federbelasteten Schließkörpers zumindest eine axiale Führung zum Führen von Kraftstoff. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich die Strömung und der Durchsatz des Kraftstoffes verbessern.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Druckhalteventilanordnung ist der zweite federbelastete Schließkörper durch eine Dichtkugel gebildet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass ein besonders einfach herzustellender Schließkörper verwendet wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Druckhalteventilanordnung ist eine Feder vorgesehen, um auf den zweiten federbelasteten Schließkörper zum Schließen der Fluidnebenstrecke einzuwirken. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine Kraft zum Schließen der Fluidhauptstrecke direkt auf den Schließkörperkopf ausgeübt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Druckhalteventilanordnung sind die Fluidhauptstrecke sowie die Fluidnebenstrecke in einem Gehäuse gebildet und der erste federbelastete Schließkörper und der zweite federbelastete Schließkörper sind axial verschiebbar in dem Gehäuse angeordnet. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass sich eine besonders kompakte Bauform des Druckhalteventils realisieren lässt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Druckhalteventilanordnung ist eine auf den ersten Schließkörper einwirkende Federkraft geringer als eine auf den zweiten Schließkörper einwirkende Federkraft. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich die Kraftstoffleitung bei einem niedrigen Kraftstoffdruck befüllen lässt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Druckhalteventilanordnung verläuft die Fluidhauptstrecke entlang einer Außenwandung des ersten federbelasteten Schließkörpers. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Kraftstoffströmung laminar entlang der Oberfläche verläuft.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Druckhalteventilanordnung ist in dem Schließkörperkopf ein trichterförmiger Dichtsitz für den zweiten federbelasteten Schließkörper gebildet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich die Fluidnebenstreckt besonders zuverlässig abdichten lässt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Druckhalteventilanordnung weist der Schließkörperkopf eine Dichtfläche gegenüber einer Wandung auf. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass durch die Dichtfläche eine besonders zuverlässige Abdichtung ermöglicht wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Druckhalteventilanordnung sind an dem ersten Schließkörper eine Mehrzahl von axialen Führungen vorgesehen. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich die Strömung um den Schließkörper herum noch weiter verbessert.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Druckhalteventilanordnung verläuft die Fluidnebenstrecke durch den ersten Schließkörper hindurch. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass der Bauraum des Ventils verringert wird. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
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1 eine Querschnittsansicht einer Druckhalteventilanordnung;
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2 eine Ansicht eines Schließkörpers;
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3 eine Querschnittsansicht des Schließkörpers; und
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4 eine perspektivische Ansicht des Schließkörpers.
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1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der Druckhalteventilanordnung 100. Die Druckhalteventilanordnung 100 ist mit einer Kraftstoffleitung 101 verbunden, über die unverbrannter Kraftstoff von einem nicht gezeigten Verbrennungsmotor in einen Kraftstoffkreislauf zurückläuft. Diese Kraftstoffleitung 101 wird aus diesem Grund auch Leckölleitung genannt. Die Druckhalteventilanordnung 100 dient zum Aufrechterhalten eines Druckes in der Kraftstoffleitung 101.
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Insbesondere ist die Druckhalteventilanordnung 100 geeignet, den Druck im Rücklauf von einem Verbrennungsmotor mit Piezo-Einspritzventilen in einem Common Rail-System konstant zu halten, so dass die Funktion der Piezo-Einspritzventile aufrechterhalten wird und Druckschwankungen an den Einspritzdüsen verhindert werden. Ein Common Rail-System bezeichnet einen Diesel-Direkteinspritzer-Verbrennungsmotor, bei dem alle Zylinder an einer gemeinsamen Verteilerleitung für den Kraftstoff liegen. In dieser Verteilerleitung wird ein permanent hoher Druck erzeugt, der Kraftstoff gespeichert und an die geregelten Einspritzdüsen verteilt. Die Vorteile des Common Rail Systems sind bessere Gemischbildungen in den Zylindern, weniger Verbrauch und niedrigere Emissionen.
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Die Druckhalteventilanordnung 100 umfasst eine Fluidhauptstrecke 103 durch die bei Überschreiten eines vorgegebenen Druckes der Kraftstoff in Pfeilrichtung fließt. Die Kraftstoffleitung ist mittels eines mit einer schraubenförmigen Druckfeder 115 belasteten Schließkörpers 105 zum Aufrechterhalten eines Kraftstoffdruckes schließbar. Überschreitet der Druck in der Kraftstoffleitung 101 einen Sollwert bewegt sich der Schließkörper 105 axial zur Seite und gibt den Weg für den in der Kraftstoffleitung 101 befindlichen Kraftstoff frei, so dass dieser aus der Kraftstoffleitung 101 strömen kann. Der Druck in der Kraftstoffleitung 101 wird solange vermindert, bis der Sollwert wieder erreicht ist. Der federbelastete Schließkörper 105 dient somit zum Aufrechterhalten und Stabilisieren des Druckes in der Kraftstoffleitung 101.
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Der rotationssymmetrische Schließkörper 105 weist einen Schließkörperkopf 107 und einen zylindrischen Schaft 113 auf, an dem die Feder 115 anliegt. Die Feder 115 übt eine Kraft auf den Schließkörperkopf 107 aus, die diesen in den Dichtsitz 117 drückt. Der Schließköperkopf 107 des Schließkörpers 105 dient zum Verschließen der Fluidhauptstrecke 103. Der zum Öffnen der Fluidhauptstrecke 103 erforderliche Kraftstoffdruck wird durch die Federkonstante und die Vorspannung der Feder 115 bestimmt. Der Dichtsitz 117 weist eine becherförmige Aussparung auf, an deren Seitenwand der Schließkörperkopf 107 im geschlossenen Zustand anliegt.
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Daneben umfasst die Druckhalteventilanordnung 100 eine Fluidnebenstrecke 109, die zum Befüllen der Kraftstoffleitung 101 mit Kraftstoff in dem federbelasteten Schließkörper 105 gebildet ist. Zum Verschließen der Fluidnebenstrecke dient eine Kugel 111 als weiterer Schließkörper. Bei einer Bewegung des größeren Schließkörpers 105 aufgrund eines Überdruckes in der Kraftstoffleitung 101 wird die Kugel 111 sowohl durch den Druck des Kraftstoffes als auch durch eine Feder 119 in einer trichterförmigen Aussparung innerhalb des Schließkörpers 105 gehalten. Der Kraftstoff strömt in diesem Fall um den Schließkörper 105 herum.
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Bei der Herstellung des Fahrzeugs oder nach einer Wartung oder Reparatur ist es oftmals erforderlich, dass eine Erst- oder Wiederbefüllung der Kraftstoffleitung 101 mit Kraftstoff vorgenommen wird. Die Erst- oder Wiederbefüllung mit Kraftstoff erfolgt in einer Befüllrichtung, die entgegengesetzt zu der Pfeilrichtung ist, die die Hauptflussrichtung des Kraftstoffes beim Betrieb des Verbrennungsmotors angibt.
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Bei der Befüllung der Kraftstoffleitung 101 wird der große Schließkörper 105 in den Dichtsitz 117 gedrückt, während die Kugel 111 die trichterförmige Aussparung im Schließkörperkopf 107 freigibt und der Kraftstoff zum Befüllen der Kraftstoffleitung durch die Fluidnebenstrecke 109 im Inneren des Schließkörpers 105 fließt.
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In der Befüllungsrichtung wirkt der Kraftstoff als Fluid mit einem Druck auf den Schließkörper 105 in der Fluidhauptstrecke 103 und dichtet so den Durchlass ab. Gleichseitig wirkt der Kraftstoff mit demselben Druck auf die Kugel 111 und öffnet die Fluidnebenstrecke 109. Übersteigt der Druck einen vorbestimmen Druck, wie beispielsweise einen Öffnungsdruck von 0,6 bar, findet die Befüllung der Kraftstoffleitung 101 statt. Der Druck der zum Öffnen der Fluidnebenstrecke 109 erforderlich ist, wird durch die Feder 119 bestimmt.
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Die Druckhalteventilanordnung 100 umfasst somit zwei fluidtechnisch gegeneinander angeordnete Ventile, von denen eines in Richtung der Kraftstoffleitung 101 öffnet und das andere in Richtung einer Vorlaufleitung öffnet, so dass zwei Durchflussrichtungen bei unterschiedlichen Drücken realisiert werden können.
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Die Druckhalteventilanordnung 100 ist durch Aussparungen in den beiden Formteilen 121 und 123 gebildet. Die beiden Formteile 121 und 123 weisen beispielsweise eine zylindrische Form auf, in deren Mitte sich eine Aussparung zur Aufnahme der Federn 115 und 119 und der Schließkörper 105 und 111 befindet. Die Druckhalteventilanordnung 100 wird daher durch das Zusammenspiel der beiden Formteile 121 und 123 gebildet. Das Formteil 121 umfasst eine Aussparung für den Dichtsitz 117 des Schließkörpers 105. Das Formteil 123 umfasst eine zylinderförmige Aussparung für die Feder 115.
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Als Federn 115 und 119 können Schraubenfedern verwendet werden, die aus Federdraht zylinder-, kegel- oder tonnenförmig gewickelt sind. Der Drahtquerschnitt der Federn wird bei Belastung auf Torsion beansprucht. Die Federkonstante wird durch die Eigenschaften des verwendeten Federdrahts festgelegt. Die Federcharakteristik und die Federkonstante kann durch Bereiche mit veränderlichem Drahtdurchmesser, variabler Steigung oder sich veränderndem Federdurchmesser angepasst werden, wie beispielsweise bei einer kegelstumpfförmigen Schraubenfeder.
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Im Allgemeinen können die beiden Formteile 121 und 123 statt einer zylindrischen Form jede andere Form aufweisen und in einer beliebigen Weise miteinander verbunden sein, wie beispielsweise miteinander verschweißt sein. In einer anderen Ausführungsform kann auch ein einteiliges Formteil verwendet werden.
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Die beiden Formteile 121 und 123 sind in zwei Gehäuseteilen 125 und 127 angeordnet, die diese vollständig umschließen und Anschlüsse für die Kraftstoffleitung 101 und den Vorlauf aufweisen. Die beiden Gehäuseteile 125 und 127 können miteinander verschraubt sein. Dazu kann eines der Gehäuseteile 125 ein nicht gezeigtes Außengewinde und das andere der Gehäuseteile 127 ein Innengewinde umfassen, die ineinander gedreht werden können.
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Zwischen den beiden Gehäuseteilen 125 und 127 ist eine umlaufende Dichtung 129 angeordnet, die verhindert, dass Kraftstoff aus dem Inneren der Druckhalteventilanordnung 100 nach außen dringt. Daneben sind jeweils zwischen dem Formteil 121 und dem Gehäuseteil 127 und zwischen dem Formteil 123 und dem Gehäuseteil 125 weitere Dichtungen 131 und 133, wie beispielsweise Dichtringe, angeordnet, die ebenfalls das Ausdringen von Kraftstoff verhindern.
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Im Allgemeinen können die beiden Gehäuseteile 125 und 127 jede andere geeignete Form aufweisen und in einer beliebigen Weise miteinander verbunden sein, wie beispielsweise miteinander verschweißt sein.
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Das Gehäuse der Druckhalteventilanordnung 100 weist zwei Anschlüsse auf, die dazu dienen die Druckhalteventilanordnung 100 mit der Kraftstoffleitung 101 zu verbinden, so dass der Kraftstoff bei Vorliegen eines Überdruckes durch die Druckhalteventilanordnung 100 strömen kann.
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In anderen Ausführungsformen können die Formteile 121 und 123 und die Gehäuseteile 125 und 127 jedoch in anderer Weise ausgebildet sein. Insbesondere können die Formteile 121 und 123 mit den Gehäuseteilen 125 und 127 verschmolzen sein, so dass diese ein einziges zusammenhängendes Bauteil bilden. Die Formteile 121 und 123 sowie die Gehäuseteile 125 und 127 können aus geeigneten thermoplastischen Kunststoffen im Spritzgussverfahren hergestellt sein. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von faserverstärkten Kunststoffen, da diese eine besonders hohe Festigkeit und Druckbeständigkeit aufweisen.
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2 zeigt eine seitliche Ansicht auf den Schließkörper 105. Der Schließkörper 105 weist einen zylindrischen Schaft 113 auf, an dessen Ende der Schließkörperkopf 107 gebildet ist. Auf dem Schließkörperkopf 107 ist eine Dichtfläche 203 gebildet, die im geschlossenen Zustand der Fluidhauptstrecke 103 an einer Wandung anliegt und so die Fluidhauptstrecke 103 sperrt. Zur Verbesserung der Dichteigenschaften kann die Dichtfläche 203 mit einem Dichtmaterial versehen werden.
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Daneben umfasst der Schließkörper 105 entlang seiner Oberfläche acht Führungslamellen 201 und 207, die den Kraftstoff beim Vorbeiströmen kanalisieren. Zu diesem Zweck sind zwischen den Führungslamellen 201 und 207 segmentförmige Aussparungen 209 gebildet. Im Allgemeinen kann der Schließkörper 105 jedoch auch eine andere Zahl an Führungslamellen 201 und 207 aufweisen.
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3 zeigt eine Querschnittsansicht des Schließkörpers 105. Die Querschnittsansicht verläuft durch zwei der Führungslamellen 201 und 207. Im Zentrum des Schließkörpers 105 befindet sich ein zylindrischer Kanal, der die Fluidnebenstrecke 109 bildet. Im Schließkörperkopf 107 befindet sich eine trichterförmige Aussparung 205, die mit dem zylindrischen Kanal verbunden ist und zur Aufnahme der Kugel 111 dient. Zur Verbesserung der Dichteigenschaften kann die Aussparung 205 mit einem Dichtmaterial ausgekleidet sein. Die trichterförmige Aussparung 205 weist den Vorteil auf, dass sich die Kugel 111 in dieser selbstständig zentriert und so eine gute Abdichtung der Fluidnebenstrecke 109 erreicht wird. Im Allgemeinen kann jedoch die Aussparung 205 eine andere Form aufweisen, wie beispielsweise becherförmig.
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Die Dichtfläche 203 ist an dem übrigen Schließkörperkopf 107 hervorgewölbt, so dass diese die Fluidhauptstrecke 103 wirksam verschließen kann. Im Kanal der Fluidnebenstrecke 109 kann zusätzlich ein nicht gezeigtes Filterelement oder ein Sieb angeordnet sein, das beim Befüllen der Kraftstoffleitung 101 dazu dient, den Kraftstoff zu reinigen.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht des Schließkörpers 105 mit den Führungslamellen 201 und 207 und der trichterförmigen Aussparung 205. Der Schließkörper 105 kann beispielsweise aus thermoplastischem Kunststoff im Spritzgussverfahren hergestellt werden. Im Allgemeinen können jedoch auch alle anderen Materialien verwendet werden, die zur Herstellung des Schließkörpers geeignet sind.
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Im Allgemeinen kann die Form des verwendeten Schließkörpers 105 von der in den Figuren gezeigten abweichen.
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Alle in der Beschreibung erläuterten und den Figuren gezeigten Einzelmerkmale, können in beliebiger sinnvoller Art und Weise miteinander kombiniert werden, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren. Die beschrieben und gezeigten Druckhalteventilanordnungen sind im Allgemeinen in einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine oder zum Steuern der Strömung von anderen Flüssigkeiten einsetzbar.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Druckhalteventilanordnung
- 101
- Kraftstoffleitung
- 103
- Fluidhauptstrecke
- 105
- Schließkörper
- 107
- Schließkörperkopf
- 109
- Fluidnebenstrecke
- 111
- Schließkörper
- 113
- Schaft
- 115
- Feder
- 117
- Dichtsitz
- 119
- Feder
- 121
- Formteil
- 123
- Formteil
- 125
- Gehäuseteil
- 127
- Gehäuseteil
- 129
- Dichtung
- 131
- Dichtung
- 133
- Dichtung
- 201
- Führung
- 203
- Dichtfläche
- 205
- Aussparung
- 207
- Führung
- 209
- Aussparung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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