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Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem dient der Förderung von Kraftstoff auf Hochdruck. Hierzu weist eine Hochdruckpumpe mindestens ein Pumpenelement mit einem Hochdruck-Elementraum auf, in dem der Kraftstoff komprimiert und anschließend über einen Hochdruckabgang einem Hochdruckspeicher, dem so genannten Rail, zugeführt wird. Die Befüllung des Hochdruck-Elementraums erfolgt in der Regel über ein Saugventil, das als mechanisches Saugventil oder als elektromagnetisch betätigbares Saugventil ausgebildet sein kann. Ist Letzteres der Fall, ist eine dem Saugventil vorgeschaltete Zumesseinheit entbehrlich, da die Mengenzumessung über das Saugventil selbst erfolgen kann.
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Das Saugventil kann ferner an die Hochdruckpumpe angebaut oder in diese integriert sein.
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Eine Hochdruckpumpe mit integriertem Saugventil geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2012 210 107 A1 hervor. Das hierin beschriebene Saugventil umfasst ein mit einem Ventilsitz zusammenwirkendes Ventilglied, das in einer Bohrung eines Gehäuseteils der Hochdruckpumpe hubbeweglich aufgenommen und über eine Führungshülse geführt ist. Der Ventilsitz kann dabei durch das Gehäuseteil der Hochdruckpumpe ausgebildet werden, so dass eine separate Ventilplatte, in welcher üblicherweise der Ventilsitz ausgebildet ist, entbehrlich ist. Mit Wegfall der Ventilplatte fallen auch die Zulaufbohrungen weg, über welche – bei geöffnetem Saugventil – der Kraftstoff in Richtung des Ventilsitzes strömt. Der Zulauf erfolgt daher bei dem in der Offenlegungsschrift beschriebenen Saugventil über Ausnehmungen in der Führungshülse.
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Im zulaufenden Kraftstoff sind oftmals Partikel enthalten, die zu Fehlfunktionen des Saugventils sowie weiterer nachgeschalteter Ventile, wie beispielsweise eines ebenfalls im Gehäuseteil der Hochdruckpumpe angeordneten Hochdruckventils und/oder eines an einem Hochdruckspeicher vorgesehenen Druckregelventils, führen können. Daher gilt es derartige Partikel zu entfernen, bevor sie in das Saugventil gelangen. Aus dem Stand der Technik sind Saugventile bekannt, die ein die Ventilplatte umgebendes ringförmiges Siebelement umfassen. Ein solches Saugventil geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 042 617 A1 hervor. Dies setzt jedoch voraus, dass eine Ventilplatte vorhanden ist.
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Ist dem Saugventil eine Zumesseinheit vorgeschaltet, kann diese mit einem Siebelement ausgestattet sein, so dass ein weiteres Siebelement am Saugventil entfallen kann. Ist eine solche Zumesseinheit jedoch nicht vorgesehen, da es sich beispielsweise um ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil handelt, müssen die schädlichen Partikel auf andere Weise entfernt werden. Werden keine Maßnahmen diesbezüglich getroffen, kann dies nicht nur zu Funktionsstörungen des Saugventils sowie weiterer Ventile führen, sondern darüber den Ausfall der Pumpe zur Folge haben.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem integrierten Saugventil anzugeben, bei der das Risiko eines Pumpenausfalls aufgrund im Kraftstoff enthaltener Partikel deutlich minimiert ist.
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Zur Lösung der Aufgabe wird die Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, vorgeschlagene Hochdruckpumpe umfasst ein Gehäuseteil mit einer Zylinderbohrung, in der ein Hochdruck-Elementraum ausgebildet ist. In das Gehäuseteil ist zur Befüllung des Hochdruck-Elementraums mit Kraftstoff ein Saugventil integriert, das einen hubbeweglichen und von der Federkraft einer Schließfeder belasteten Ventilstößel umfasst, der mit einem im Gehäuseteil ausgebildeten Ventilsitz zusammenwirkt. Erfindungsgemäß ist im Gehäuseteil konzentrisch zum Ventilsitz ein als Zulauf für das Saugventil dienender ringförmiger Niederdruckraum ausgebildet, in dem ein ringförmiges Siebelement aufgenommen ist.
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Das im Niederdruckraum aufgenommene ringförmige Siebelement stellt sicher, dass im Kraftstoff enthaltene Partikel nicht in den Bereich des Ventilsitzes gelangen. Die Anordnung des Siebelements im Niederdruckraum, d. h. im Zulaufbereich des Saugventils, gewährleistet, dass etwaige im Kraftstoff enthaltene Partikel nicht in den Bereich des Ventilsitzes gelangen und zu Funktionsstörungen des Saugventils führen. Damit ist auch das Ausfallrisiko der Hochdruckpumpe reduziert. Da das Saugventil über das im Niederdruckraum aufgenommene Siebelement geschützt ist, kommt es nicht darauf an, ob dem Saugventil eine mit einem Sieb ausgestattete Zumesseinheit vorgeschaltet ist. Bei dem Saugventil kann es sich demnach sowohl um ein mechanisches Saugventil, als auch um ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil handeln.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt das ringförmige Siebelement ein stirnseitiges Ende, das am Gehäuseteil abgestützt oder in das Gehäuseteil eingepresst ist. Der hierüber erreichte Kraft- und/oder Formschluss stellt sicher, dass kein Bypass zwischen dem Siebelement und dem Gehäuseteil entsteht. Die Abstützung am Gehäuseteil erfolgt vorzugsweise unter einer axialen Vorspannung, so dass die Dichtwirkung im Kontaktbereich erhöht wird. Die Pressverbindung besitzt den Vorteil, dass das Siebelement hierüber zugleich lagefixiert ist.
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Das am Gehäuseteil abgestützte oder im Gehäuseteil eingepresste Ende ist bevorzugt an einem hohlzylinderförmigen Abschnitt des ringförmigen Siebelements ausgebildet.
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Das Siebelement kann auch im Ganzen als Hohlzylinder ausgebildet sein, so dass es ein weiteres stirnseitiges Ende besitzt, über welches es an einem weiteren Bauteil abstützbar oder einpressbar ist. Bei dem weiteren Bauteil kann es sich insbesondere um einen Ventilkörper des Saugventils oder ein das Saugventil abdeckendes Deckelteil handeln.
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Alternativ wird vorgeschlagen, dass das ringförmige Siebelement ein stirnseitiges Ende besitzt, das zur Ausbildung einer Stützfläche ein- oder mehrfach abgewinkelt ist. Auf diese Weise kann eine Abstützung des Siebelements am Gehäuseteil der Hochdruckpumpe oder an einem weiteren Bauteil über eine im Vergleich zur Stirnfläche größeren Fläche erreicht werden. Auf diesem Wege wird zugleich eine verbesserte Abdichtung erzielt, die einen Bypass verhindert.
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Bevorzugt umfasst das ringförmige Siebelement einen Siebkäfig. Der Siebkäfig, der vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt ist, erhöht die Formsteifigkeit des Siebelements, so dass dieses in das Gehäuseteil eingepresst oder unter einer axialen Vorspannung eingebracht werden kann. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass der Siebkäfig ein Querschnittprofil aufweist, das ein- oder mehrfach abgewinkelt ist. Dadurch wird die Formsteifigkeit weiter erhöht. Zugleich werden Flächen geschaffen, die zur Abstützung des Siebelements nutzbar sind. Die Verwendung von Kunststoff zur Ausbildung des Siebkäfigs gewährleistet ein geringes Gewicht und niedrige Fertigungskosten.
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Des Weiteren bevorzugt umfasst das ringförmige Siebelement ein Siebgewebe, das der Separierung der Partikel aus dem Kraftstoff dient. Das Siebgewebe wird über den Siebkäfig gehalten. Das Siebgewebe ist vorzugsweise aus einem Drahtgewebe gefertigt. Dieses besitzt weiterhin vorzugsweise eine Drahtstärke von 50 µm bis 100 µm und/oder eine Maschenweite von 60 µm bis 250 µm. Über ein derartiges Siebgewebe können kleinste Partikel aus dem zulaufenden Kraftstoff entfernt werden.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das ringförmige Siebelement einen Abschnitt besitzt, der mit dem Gehäuseteil der Hochdruckpumpe eine Drosselstelle ausbildend zusammenwirkt. Die Drosselstelle trennt den ringförmigen Niederdruckraum von einem weiteren Raum, bei dem es sich insbesondere um den Arbeitsraum eines Elektromagneten zur Betätigung des Saugventils handelt. Die Trennung soll verhindern, dass im Niederdruckraum auftretende hohe Druckpulsationen in den Arbeitsraum des Elektromagneten übertragen werden und dort zu Kavitationsschäden am Elektromagneten führen.
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Bevorzugt wird der ringförmige Niederdruckraum in axialer Richtung von einem Ventilkörper oder einem Deckelteil begrenzt. Der Ventilkörper oder das Deckelteil erleichtert die Montage der Hochdruckpumpe. Denn vor dem Einsetzen des Ventilkörpers oder des Deckelteils kann das Siebelement in den Niederdruckraum eingesetzt werden. Alternativ kann das Siebelement am Ventilkörper bzw. am Deckelteil befestigt und gemeinsam mit diesem verbaut werden. Über den Ventilkörper bzw. über das Deckelteil kann zudem eine axiale Vorspannkraft auf das Siebelement aufgebracht werden. Vorzugsweise ist am Ventilkörper bzw. am Deckelteil eine Stufe oder ein Absatz zur Abstützung des ringförmigen Siebelements ausgebildet. Darüber hinaus kann über die Stufe oder den Absatz eine Lagefixierung des Siebelements in radialer Richtung bewirkt werden.
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Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass der Ventilkörper oder das Deckelteil einen den ringförmigen Niederdruckraum in radialer Richtung begrenzenden Kragen besitzt, der mit dem Gehäuseteil eine Drosselstelle ausbildend zusammenwirkt. Die derart geschaffene Drosselstelle soll wiederum verhindern, dass im Niederdruckraum auftretende Druckpulsationen in den Arbeitsraum des Elektromagneten übertragen werden und dort zu Kavitationsschäden führen. Eine zwischen dem Siebelement und dem Gehäuseteil ausgebildete Drosselstelle kann somit entfallen. Das wiederum ermöglicht größere Freiheiten in der Gestaltung und Anordnung des Siebelements.
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Des Weiteren bevorzugt mündet in den ringförmigen Niederdruckraum mindestens eine Zulaufbohrung, die den Niederdruckraum mit einer Niederdruckleitung verbindet. Über die Zulaufbohrung wird dem Niederdruckraum Kraftstoff zugeführt. Die Zulaufbohrung ist vorzugsweise – wie der Niederdruckraum – im Gehäuseteil der Hochdruckpumpe ausgebildet. Ergänzend kann eine weitere in den Niederdruckraum mündende Zulaufbohrung vorgesehen sein, die den Niederdruckraum mit einem Ringraum verbindet, der den Ventilstößel umgibt. Über die weitere Zulaufbohrung ist demnach der Zulauf von Kraftstoff in Richtung des Ventilsitzes sichergestellt. Auch die weitere Zulaufbohrung ist vorzugsweise im Gehäuseteil der Hochdruckpumpe ausgebildet. Um zu verhindern, dass im Kraftstoff enthaltene Partikel in die weitere Zulaufbohrung gelangen, erfolgt die Anordnung des Siebelements im Niederdruckraum in der Weise, dass es zwischen den beiden Zulaufbohrungen zu liegen kommt. Beispielsweise kann das Siebelement in unmittelbarer Nähe zur Mündung der weiteren Zulaufbohrung angeordnet werden.
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Vorteilhafterweise ist der ringförmige Niederdruckraum im Querschnitt zumindest bereichsweise V-förmig ausgebildet. Der V-förmig ausgebildete Bereich vereinfacht die Ausbildung einer Zulaufbohrung, da diese im rechten Winkel zu einer den V-förmigen Raum begrenzenden Fläche geführt werden kann. Ferner können sich im V-förmig ausgebildeten Bereich zwei Zulaufbohrungen gegenüber liegen, so dass der Zulauf strömungsoptimiert erfolgt.
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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 erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe im Bereich des Saugventils,
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2 einen Ausschnitt der 1 in vergrößerter Darstellung,
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3 einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe im Bereich des Saugventils,
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4 einen schematischen Längsschnitt durch eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe im Bereich des Saugventils,
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5 einen schematischen Längsschnitt durch eine vierte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe im Bereich des Saugventils und
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6 einen schematischen Längsschnitt durch eine fünfte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe im Bereich des Saugventils.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Der 1 ist eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem in einer ausschnittsweisen Darstellung zu entnehmen. Der Ausschnitt zeigt ein Gehäuseteil 1 der Hochdruckpumpe, in das ein Saugventil 4 zur Befüllung eines Hochdruck-Elementraums 3 mit Kraftstoff integriert ist. Der Hochdruck-Elementraum 3 ist in einer Zylinderbohrung 2 des Gehäuseteils 1 ausgebildet, die zur Ausbildung eines Ventilsitzes 7 gestuft ist. An den Ventilsitz 7 schließt sich ein Ringraum 22 an, in den eine Zulaufbohrung 21 mündet, die den Ringraum 22 mit einem im Gehäuseteil 1 ausgebildeten ringförmigen Niederdruckraum 8 verbindet. Über eine weitere im Gehäuseteil 1 ausgebildete Zulaufbohrung 20 wird dem Niederdruckraum 8 Kraftstoff zugeführt.
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Zum Öffnen und Schließen des im Gehäuseteil 1 ausgebildeten Ventilsitzes 7 weist das Saugventil 4 einen hubbeweglichen Ventilstößel 6 auf, der in Schließrichtung von der Federkraft einer Schließfeder 5 beaufschlagt ist. Die Schließfeder 5 ist hierzu einerseits an einem mit dem Ventilstößel 6 verbundenen Federteller 24 und andererseits an dem Gehäuseteil 1 der Hochdruckpumpe abgestützt. Ferner ist ein Elektromagnet 25 zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker 26 vorgesehen, der über einen Ankerstift 27 mit dem Ventilstößel 6 koppelbar ist. Die Betätigung des Saugventils 4 der Hochdruckpumpe der 1 erfolgt demnach elektromagnetisch.
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Der im Gehäuseteil 1 ausgebildete Niederdruckraum 8 wird nach oben von einem Ventilkörper 14 begrenzt, der zugleich der Abstützung des Elektromagneten 25 dient. Am Ventilkörper 14 ist ein Kragen 18 ausgebildet, der in den Niederdruckraum 8 hineinragt und diesen in radialer Richtung begrenzt. Dies führt zur Ausbildung einer Drosselstelle 19 zwischen dem Kragen 18 und dem Gehäuseteil 1, welche verhindern soll, dass im Niederdruckbereich auftretende Druckpulsationen auf andere Bereiche übertragen werden.
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Zur Hubeinstellung ist zwischen dem Ventilkörper 14 und dem Gehäuseteil 1 eine Einstellscheibe 23 eingelegt. Die Abdichtung nach außen erfolgt über ein ringförmiges Dichtelement 28, das zwischen dem Ventilkörper 14 und einem hohlzylinderförmigen Ansatz 29 des Gehäuseteils 1 der Hochdruckpumpe angeordnet ist. Auf den hohlzylinderförmigen Ansatz 29 ist eine Überwurfmutter 30 zur Fixierung des Elektromagneten 25 geschraubt.
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Um schädliche Partikel sicher aus dem zulaufenden Kraftstoff zu entfernen, ist in den Niederdruckraum 8 ein ringförmiges Siebelement 9 eingesetzt. Das Siebelement 9 weist ein Siebgewebe 12 auf, das über einen Siebkäfig 11 gehalten ist. Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, ist ein erstes stirnseitiges Ende 9.1 des Siebkäfigs 11 bzw. des Siebelements 9 in eine bodenseitige Nut 31 des Gehäuseteils 1 eingepresst. Das andere stirnseitige Ende 9.2 ist in einer Nut 32 aufgenommen, die im Ventilkörper 14 ausgebildet ist. Die Verbindung wird wiederum über einen Presssitz bewirkt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass das Siebelement nicht umströmt werden kann, d. h., dass ein Bypass verhindert wird und etwaige im Kraftstoff enthaltene Partikel sicher entfernt werden.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe ist in der 3 dargestellt. Diese unterscheidet sich von der der 1 im Wesentlichen dadurch, dass der Ventilkörper 14 ohne Kragen 18 ausgeführt ist, so dass die Drosselstelle 19 entfällt. Um dennoch eine Drosselstelle 13 auszubilden, weist das im Niederdruckraum 8 aufgenommene Siebelement 9 eine modifizierte Gestaltung auf. Das stirnseitige Ende 9.2 ist bei dem Siebelement 9 der Hochdruckpumpe der 3 mehrfach abgewinkelt ausgeführt, so dass ein Abschnitt 9.3 ausgebildet wird, der mit dem Gehäuseteil 1 die Drosselstelle 13 ausbildend zusammenwirkt. Zugleich wird über das mehrfach abgewinkelte Ende eine Stützfläche 10 realisiert, über welche das Siebelement 9 an einem ringförmigen Absatz 17 des Ventilkörpers 14 abstützbar ist. Das heißt, dass das Siebelement 9 vorliegend nicht in eine Nut 32 des Ventilkörpers 14 eingepresst ist. Durch die Abstützung am Absatz 17 wird jedoch eine ausreichende Lagefixierung des Siebelements 9 in axialer und radialer Richtung bewirkt.
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Eine Abwandlung der Ausführungsform der 3 ist in der 4 dargestellt. Hier wird der Niederdruckraum 8 nicht von einem Ventilkörper 14, sondern von einem Deckelteil 15 begrenzt, da es sich vorliegend um ein mechanisches Saugventil 4 handelt. Der Wegfall des Elektromagneten 25 macht auch einen Ventilkörper 14 entbehrlich, so dass der Aufbau deutlich vereinfacht werden kann.
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Wie der 5 zu entnehmen ist, kann das Deckelteil 15 auch dergestalt sein, dass eine Überwurfmutter 30 entbehrlich ist. Das Deckelteil 15 wird stattdessen unmittelbar mit dem hohlzylinderförmigen Ansatz 29 des Gehäuseteils 1 verschraubt. Zur Lagefixierung des Siebelements 9 über das Deckelteil 15 weist dieses eine Stufe 16 auf, die in das ringförmige Siebelement 9 eingreift und somit einen Formschluss bewirkt. In der 5 der Einfachheit halber nicht dargestellt sind die Schließfeder 5 und der Federteller 24.
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6 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe, bei der das Siebelement 9 eine nochmals andere Gestaltung besitzt. Das Siebelement 9 ist zwar auch hier mehrfach abgewinkelt ausgeführt, so dass eine Stützfläche 10 zur Abstützung an einem Absatz 17 des Ventilkörpers 14 ausgebildet wird, die Winkel sind jedoch derart gewählt, dass das Siebgewebe 12 im Wesentlichen unmittelbar vor der Mündung der Zulaufbohrung 21 zu liegen kommt. Ein zwischen dem Siebelement 9 und der Mündung vorgesehener Spalt ist derart dimensioniert, dass eine Ausbreitung von Druckpulsationen, die im Niederdruckraum 8 auftreten, möglichst verhindert wird.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Bestandteil der Erfindung sind insbesondere auch Ausführungsformen, bei denen die zuvor beschriebenen Merkmale in unterschiedlichen Kombinationen realisiert sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012210107 A1 [0004]
- DE 102008042617 A1 [0005]
