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Die Erfindung betrifft ein Überströmventil für eine vorzugsweise als Steckpumpe ausgebildete Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe, insbesondere Steckpumpe, mit einem solchen Überströmventil.
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Stand der Technik
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Ein Überströmventil der vorstehend genannten Art dient der mechanischen Steuerung des Fülldrucks der Hochdruckpumpe. Das Überströmventil ist hierzu in einem Zulaufbereich der Hochdruckpumpe angeordnet und öffnet, wenn der Druck im Zulaufbereich einen vorgegeben Druck übersteigt. Mit dem Öffnen des Überströmventils wird dann eine überschüssige Menge Kraftstoff aus dem Zulaufbereich einem Rücklaufbereich zugeführt. Das Überströmventil kann in eine Hochdruckpumpe integriert oder Bestandteil einer mit der Hochdruckpumpe verbindbaren Baugruppe sein.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2009 000 835 A1 ist beispielsweise eine Niederdruckeinheit für eine Brennstoffpumpe, insbesondere eine Hochdruckpumpe einer luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschine, bekannt, die der Versorgung der Brennstoffpumpe mit Kraftstoff dient und zur Absteuerung einer überschüssigen Kraftstoffmenge ein Überströmventil besitzt. Das Überströmventil ist dabei in ein Gehäuse der Niederdruckeinheit integriert, über welches die Niederdruckeinheit mit der Brennstoffpumpe verbindbar ist. Die Verbindung erfolgt in der Weise, dass das Gehäuse in verschiedenen Winkellagen an der Brennstoffpumpe befestigbar ist. Da Zulauf- und Rücklaufstutzen durch das Gehäuse der Niederdruckeinheit ausgebildet werden, können diese entsprechend den jeweiligen Winkellagen im Raum ausgerichtet werden.
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Ein Überströmventil der vorstehend genannten Art ist entbehrlich, wenn das Kraftstoffeinspritzsystem neben der Hochdruckpumpe eine geregelte Elektrokraftstoffpumpe als Vorförderpumpe umfasst. Denn dann kann die der Hochdruckpumpe zugeführte Kraftstoffmenge und damit der Fülldruck durch die Elektrokraftstoffpumpe vorgegeben werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Art Baukastensystem anzugeben, das als kleinste Einheit ein Überströmventil umfasst, das in einfacher Weise an eine Hochdruckpumpe anbaubar ist. Der Anbau des Überströmventils an die Hochdruckpumpe soll insbesondere keine baulichen Veränderungen an der Hochdruckpumpe selbst erfordert, um diese – je nach Auslegung des Kraftstoffeinspritzsystems – wahlweise mit oder ohne Überströmventil einsetzen zu können. Dadurch erhöhen sich die Einsatzmöglichkeiten der Hochdruckpumpe. Ferner soll das Überströmventil einfach und kostengünstig herstellbar sein.
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Zur Lösung der Aufgabe wird das Überströmventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Ferner wird eine Hochdruckpumpe, insbesondere Steckpumpe, mit einem solchen Überströmventil vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das für eine Hochdruckpumpe, insbesondere Steckpumpe, in einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, vorgeschlagene Überströmventil umfasst einen Ventilkolben, der zur Verbindung eines Zulaufs mit einem Rücklauf entgegen der Federkraft einer Ventilfeder axial verschiebbar in einer zentralen Bohrung eines Ventilgehäuses aufgenommen ist. Erfindungsgemäß weist das Ventilgehäuse mindestens zwei Radialbohrungen auf, die in einem axialen Abstand zueinander angeordnet sind und in die zentrale Bohrung münden, wobei die erste Radialbohrung Teil des Zulaufs und die zweite Radialbohrung Teil des Rücklaufs ist.
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Erfindungswesentlich ist, dass sowohl der Rücklauf als auch der Zulauf radial in Bezug auf die zentrale Bohrung des Überströmventils ausgerichtet sind. Denn dies bedeutet, dass die zentrale Bohrung des Überströmventils als Zulauf für die Hochdruckpumpe nutzbar ist. Das heißt, dass der Zulauf von Kraftstoff über das Überströmventil erfolgt. Dies wiederum hat zur Folge, dass ein an der Hochdruckpumpe üblicherweise zur Verbindung mit einer Zulaufleitung vorgesehener Zulaufstutzen entfallen kann. Der freiwerdende Platz kann stattdessen für den Anbau des Überströmventils genutzt werden. Da der Zulaufstutzen ein standardisiertes Bauteil ist und demzufolge definierte Abmessungen besitzt, kann das Ventilgehäuse des Überströmventils entsprechend ausgebildet werden. Dadurch ist gewährleistet, dass das Überströmventil an die meisten Hochdruckpumpen anbaubar ist. Denn diese besitzen eine an den standardisierten Zulaufstutzen angepasste Aufnahmebohrung. Das heißt, dass die gleiche Schnittstelle wahlweise für den Anbau des Zulaufstutzens oder des Überströmventils genutzt werden kann.
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Das erfindungsgemäße Überströmventil ermöglicht somit die Realisierung eines kostengünstigen Pumpenbaukastens.
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Wird die Schnittstelle genutzt, die üblicherweise für die Montage eines Standard-Zulaufstutzens vorgesehen ist, kann zudem das Überströmventil vergleichsweise nah am Hochdruckbereich der Hochdruckpumpe montiert werden. Dies besitzt den Vorteil, dass Druckverlusten in der Zulaufleitung und/oder in einem vorgeschalteten Kraftstofffilter entgegengewirkt werden kann. Ferner besitzt ein derart angebautes Überströmventil eine dämpfende Wirkung bei Mengenwellen bzw. Druckpulsationen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Ventilgehäuse des Überströmventils zumindest bereichsweise von einem Anschlusskörper umgeben, der mindestens zwei Anschlussstutzen besitzt. Ein erster Anschlussstutzen dient dem Anschluss einer Zulaufleitung und ein zweiter Anschlussstutzen dient dem Anschluss einer Rücklaufleitung. Der Anschlusskörper vermag somit einen Standard-Zulaufstutzen zu ersetzen, der bei Anbau des erfindungsgemäßen Überströmventils an eine Hochdruckpumpe vorzugsweise entfällt.
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Die Anschlussstutzen des Anschlusskörpers sind in Überdeckung mit den im Ventilgehäuse des Überströmventils vorgesehenen Radialbohrungen bringbar. Das heißt, dass auch die Anschlussstutzen im Wesentlichen radial in Bezug auf die zentrale Bohrung des Überströmventils ausgerichtet und in einem axialen Abstand zueinander angeordnet sind. In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Anschlussstutzen in Überdeckung mit außenumfangseitig im Ventilgehäuse ausgebildeten Ringnuten bringbar sind, in welche die Radialbohrungen münden. In diesem Fall spielt die Winkellage der Anschlussstutzen in Bezug auf das Ventilgehäuse des Überströmventils keine Rolle, so dass die Anschlussstutzen beliebig ausrichtbar und der jeweiligen Einbausituation anpassbar sind.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass der Anschlusskörper zur Festlegung der Winkellage der Anschlussstutzen drehbar gegenüber dem Ventilgehäuse ist. Die Drehbarkeit des Anschlusskörpers gegenüber dem Ventilgehäuse kann dadurch realisiert werden, dass das Ventilgehäuse einen zylinderförmigen Abschnitt besitzt, der von einem hülsenförmigen Abschnitt des Anschlusskörpers umschlossen wird, an den die Anschlussstutzen radial angesetzt sind. Um die beiden Anschlussstutzen unabhängig voneinander gegenüber dem Ventilgehäuse des Überströmventils zu verdrehen, kann der Anschlusskörper auch mehrteilig ausgeführt sein.
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Bevorzugt ist der Anschlusskörper aus einem Kunststoffmaterial gefertigt. Hierzu eigenen sich beispielsweise thermoplastische Kunststoffe. Ferner bevorzugt erfolgt die Herstellung mittels eines Spritzprozesses, insbesondere unter Verwendung eines Schieber-Werkzeugs. Sofern es höhere Anforderungen an die Festigkeit zu erfüllen gilt, kann der Anschlusskörper auch aus einem metallischen Werkstoff, wie beispielsweise Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, gefertigt werden.
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Gelangt ein Anschlusskörper aus Kunststoff zum Einsatz, kann dieser auf das Ventilgehäuse in der Weise aufgepresst werden, dass über den Presssitz zugleich die erforderliche Abdichtung gewährleistet ist. Der Presssitz verhindert zudem ein unerwünschtes Verdrehen des Anschlusskörpers gegenüber dem Ventilgehäuse.
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Alternativ oder ergänzend, insbesondere bei Verwendung eines Anschlusskörpers aus einem metallischen Werkstoff, wird vorgeschlagen, dass außenumfangseitig im Ventilgehäuse mindestens eine Ringnut zur Aufnahme eines Dichtrings ausgebildet ist. Der Anschlusskörper kann dann derart auf das Ventilgehäuse geschoben werden, dass der Dichtring in radialer Richtung zusammengepresst wird und unter radialer Vorspannung sowohl am Ventilgehäuse als auch am Anschlusskörper anliegt. Zugleich wird eine Art Presssitz des Anschlusskörpers auf dem Ventilgehäuse erreicht, der ein unerwünschtes Verdrehen des Anschlusskörpers gegenüber dem Ventilgehäuse verhindert.
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Vorzugsweise ist die Ringnut zur Aufnahme des Dichtrings in axialer Richtung zwischen den beiden Radialbohrungen des Ventilgehäuses und/oder den Ringnuten angeordnet, in welche die beiden Radialbohrungen münden. Bei einer mehrteiligen Ausführung des Anschlusskörpers sind mindestens zwei derartige Dichtstellen zwischen den beiden Radialbohrungen bzw. Ringnuten vorzusehen.
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Eine Abdichtung der im Ventilgehäuse ausgebildeten zentralen Bohrung nach außen wird bevorzugt über einen Verschlusskörper erreicht, der vorzugsweise in die zentrale Bohrung eingepresst ist. Weiterhin bevorzugt ist am Verschlusskörper die Ventilfeder axial abgestützt, so dass über die Einpresstiefe des Verschlusskörpers der mittlere Öffnungsdruck des Überströmventils einstellbar ist.
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Zur Verbindung des Überströmventils mit der Hochdruckpumpe besitzt vorzugsweise das Ventilgehäuse des Überströmventils ein Außengewinde. Das Außengewinde ermöglicht das Einschrauben des Ventilgehäuses in eine Aufnahmebohrung der Hochdruckpumpe, die üblicherweise der Aufnahme eines Standard-Zulaufstutzens dient und hierzu mit einem Innengewinde ausgestattet ist. Die geschraubte Verbindung ermöglicht somit eine besonders einfache und kostengünstige Variation der Hochdruckpumpe, um sie an die jeweiligen kundenspezifischen Gegebenheiten anzupassen. Denn am Pumpenkörper, insbesondere am Barrel oder Zylinderkopf, der in der Regel aus einem hochfesten gehärteten Stahl gefertigt ist, müssen keine aufwendigen und damit teuren baulichen Änderungen vorgenommen werden. Dies gilt im Besonderen, wenn das zur Verbindung des Überströmventils mit der Hochdruckpumpe vorgesehene Außengewinde an einem stutzenförmigen Ende des Ventilgehäuses angeordnet ist.
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Vorteilhafterweise besitzt das Ventilgehäuse an einem Ende bzw. einem weiteren Ende eine außenumfangseitig oder innenumfangseitig ausgebildete Geometrie als Angriffs- bzw. Eingriffsfläche für ein Werkzeug. Dabei sollte die Geometrie eine Verdrehsicherung des Werkzeugs gegenüber dem Ventilgehäuse gewährleisten, um das Einschrauben des Ventilgehäuses in eine Aufnahmebohrung der Hochdruckpumpe zu erleichtern. Im Falle einer innenumfangseitig ausgebildeten Geometrie ist diese daher bevorzugt als Innensechskant oder Torx ausgebildet.
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Die ferner für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine vorgeschlagene Hochdruckpumpe, insbesondere Steckpumpe, zeichnet sich dadurch aus, dass sie ein erfindungsgemäßes Überströmventil umfasst. Das Ventilgehäuse des Überströmventils ist dabei in eine Aufnahmebohrung eines Pumpenkörpers eingeschraubt. Die Aufnahmebohrung verläuft vorzugsweise radial in Bezug auf eine Zylinderbohrung des Pumpenkörpers, in der ein Pumpenkolben zur Begrenzung eines Pumpenarbeitsraums hubbeweglich aufgenommen ist. Diese Anordnung gewährleistet eine Anordnung nahe dem Hochdruckbereich der Hochdruckpumpe, so dass das Überströmventil in der Lage ist, Druckverluste zu mindern und Druckpulsationen zu dämpfen. Ferner entspricht diese Anordnung der Anordnung eines Standard-Zulaufstutzens, so dass wahlweise ein solcher oder das erfindungsgemäße Überströmventil in die Aufnahmebohrung einsetzbar ist.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die im Pumpenkörper vorgesehene Aufnahmebohrung über einen Verbindungkanal, der vorzugsweise als Schrägbohrung ausgeführt ist, mit einem Niederdruckbereich verbunden ist, in dem ein Einlassventil angeordnet ist. Dies ermöglicht kurze Leitungswege. Ferner wird die Herstellung der Hochdruckpumpe vereinfacht, so dass die Herstellungskosten sinken.
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Das Einlassventil, das der Befüllung des Pumpenarbeitsraums mit Kraftstoff dient, ist bevorzugt axial in Bezug auf die Zylinderbohrung des Pumpenkörpers der Hochdruckpumpe ein- oder angebaut. Das heißt, dass bei einem nach außen öffnenden Einlassventil dieses in Strömungsrichtung in den Pumpenarbeitsraum öffnet. Dadurch wird die Befüllung des Pumpenarbeitsraums mit Kraftstoff erleichtert.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe,
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2 einen schematischen Längsschnitt durch das Überströmventil der Hochdruckpumpe der 1 und
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3 einen schematischen Längsschnitt durch eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Überströmventils.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in der 1 dargestellte Hochdruckpumpe 2 ist als Steckpumpe ausgeführt. Sie umfasst einen Pumpenkörper 21 mit einer Zylinderbohrung 22, in der ein Pumpenkolben 23 hin und her beweglich aufgenommen ist. Der Pumpenkolben 23 begrenzt einen Pumpenarbeitsraum 24, der in der Zylinderbohrung 22 ausgebildet ist. Zur Befüllung des Pumpenarbeitsraums 24 mit Kraftstoff ist ein Einlassventil 27 vorgesehen, das in einem Niederdruckbereich 26 der Hochdruckpumpe 2 angeordnet ist und in den Pumpenarbeitsraum 24 hinein öffnet. Im Saugbetrieb der Hochdruckpumpe 2 wird dem Pumpenarbeitsraum 24 über das Einlassventil 27 Kraftstoff zugeführt. Dieser wird dann im Förderbetrieb der Hochdruckpumpe verdichtet und anschließend über ein Auslassventil 28 einem Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) zugeführt.
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Zur Versorgung des Niederdruckbereichs 26 und damit des Einlassventils 27 mit Kraftstoff ist die Hochdruckpumpe 2 an eine Zulaufleitung (nicht dargestellt) anschließbar. Der Anschluss erfolgt entweder über einen Standard-Zulaufstutzen (nicht dargestellt), der in eine Aufnahmebohrung 20 der Hochdruckpumpe 2 einschraubbar ist, oder – wie in der 1 dargestellt – über einen Anschlussstutzen 12, der Bestandteil eines Anschlusskörpers 11 eines Überströmventils 1 ist, das anstelle eines Standard-Zulaufstutzens in die Aufnahmebohrung 20 des Ventilgehäuses 8 eingeschraubt ist. Der Zulauf erfolgt in diesem Fall über das Überströmventil 1 und die Aufnahmebohrung 20, wobei die Aufnahmebohrung 20 über einen Verbindungskanal 25 mit dem Niederdruckbereich 26 verbunden ist.
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Das zugleich als Zulauf dienende Überströmventil 1 besitzt ein Ventilgehäuse 8, das endseitig mit einem Außengewinde 18 zum Einschrauben in die Aufnahmebohrung 20 der Hochdruckpumpe 2 ausgestattet ist. In der Aufnahmebohrung 20 ist ein entsprechendes Innengewinde ausgebildet. Das Einschrauben wird ferner dadurch erleichtert, dass das Ventilgehäuse 8 andernends eine Geometrie 19 besitzt, die als Innensechskant zur Aufnahme eines entsprechenden Werkzeugs ausgebildet ist (siehe 2 oder 3).
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An den das Außengewinde 18 aufweisenden Endabschnitt des Ventilgehäuses 8 schließt sich ein weiterer Abschnitt an, der außerhalb des Pumpenkörpers 21 zu liegen kommt und von dem Anschlusskörper 11 umgeben ist, der den als Zulauf 4 dienenden Anschlussstutzen 12 ausbildet. Neben diesem Anschlussstutzen 12 bildet der Anschlusskörper 11 einen weiteren Anschlussstutzen 13 aus, der als Rücklauf 5 dient. Um die Anschlussstutzen 12, 13 in einer beliebigen Winkellage auszurichten, ist der Anschlusskörper 11 drehbar gegenüber dem Ventilgehäuse 8 angeordnet.
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Wie der 2 zu entnehmen ist, sind die als Zulauf 4 und Rücklauf 5 dienenden Anschlussstutzen 12, 13 in einem axialen Abstand zueinander angeordnet. Gleiches gilt für Radialbohrungen 9, 10, die im Ventilgehäuse 8 ausgebildet sind und einerseits in eine zentrale Bohrung 7 sowie andererseits in außenumfangseitige Ringnuten 14, 15 münden, um eine hydraulische Verbindung der Radialbohrungen 9, 10 mit den Anschlussstutzen 12, 13 herzustellen. Der Zulauf erfolgt demnach über den Anschlussstutzen 12, die Ringnut 14 und die Radialbohrung 9, so dass in der zentralen Bohrung 7 des Ventilgehäuses 8 des Überströmventils 1 Zulaufdruck herrscht.
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In der zentralen Bohrung 7 des Ventilgehäuses 8 des Überströmventils 1 ist ein Ventilkolben 3 axial verschiebbar aufgenommen, der in Schließrichtung von der Federkraft einer Ventilfeder 6 beaufschlagt ist. In Öffnungsrichtung liegt Zulaufdruck an. Übersteigt der Zulaufdruck einen vorgegebenen Grenzwert, wird der Ventilkolben 3 entgegen der Federkraft der Ventilfeder 6 in Richtung der Radialbohrung 10 verschoben, bis eine Verbindung zwischen Zulauf 4 und Rücklauf 5 hergestellt ist. In Offenstellung des Überströmventils 1 wird eine überschüssige Menge Kraftstoff dem Rücklauf zugeführt, so dass der Zulaufdruck wieder unterhalb des vorgegebenen Grenzwertes sinkt. Die Federkraft der Ventilfeder 6 stellt dann den Ventilkolben 3 zurück.
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Die Ventilfeder 6 ist einerseits unmittelbar am Ventilkolben 3 und andererseits an einem Verschlusskörper 29 abgestützt, der hierzu in die zentrale Bohrung 7 eingepresst ist. Der Verschlusskörper 29 dichtet zudem die zentrale Bohrung 7 nach außen hin ab. Eine Abdichtung zwischen dem Anschlusskörper 11 und dem Ventilgehäuse 8 des Überströmventils 1 wird durch einen Dichtring 17 bewirkt, der in eine außenumfangseitige Ringnut 16 des Ventilgehäuses 8 eingelegt ist.
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Werden höhere Anforderungen an die Dichtigkeit gestellt, können weitere Dichtringe 17 vorgesehen werden. Beispielsweise kann der Anschlusskörper 11 eine dem Pumpenkörper 21 zugewandte, stirnseitige Ringnut 30 zur Aufnahme eines Dichtrings 17 besitzen (siehe 2 oder 3). Ferner können im Ventilgehäuse 8 weitere außenumfangseitige Ringnuten 16 zur Aufnahme von Dichtringen 17 ausgebildet sein.
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Um den Zulauf 4 gegenüber dem Rücklauf 5 abzudichten, kann – wie im Ausführungsbeispiel der 3 dargestellt – mindestens eine Ringnut 16 zur Aufnahme eines Dichtrings 17 zwischen den beiden Radialbohrungen 9, 10 bzw. zwischen den beiden Ringnuten 14, 15 angeordnet sein. Sofern der Anschlusskörper 11 mehrteilig ausgeführt ist (nicht dargestellt), um beispielsweise die beiden Anschlussstutzen 12, 13 unabhängig voneinander durch Verdrehen gegenüber dem Ventilgehäuse 8 ausrichten zu können, sind weitere Dichtringe 17 vorzusehen.
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Die in den 1 bis 3 dargestellten Überströmventile 1 haben jeweils gemein, dass sie wahlweise an eine Hochdruckpumpe 2, insbesondere eine Steckpumpe, anbaubar sind. Sofern die Einbausituation kein Überströmventil 1 erfordert, kann anstelle des Überströmventils 1 ein standardisierter Zulaufstutzen in die Aufnahmebohrung 20 der Hochdruckpumpe 2 eingeschraubt werden. Ist ein Überströmventil 1 erforderlich, kann der Zulaufstutzen entfernt und ein erfindungsgemäßes Überströmventil 1 eingesetzt werden, da dieses zugleich einen als Zulauf 4 dienenden Anschlussstutzen 12 umfasst. An der Hochdruckpumpe 2 selbst müssen darüber hinaus keine Änderungen vorgenommen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009000835 A1 [0003]
