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Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere ein Rückschlagventil, mit einem Ventileingang, einem Ventilausgang und einem topfförmigen Verschlussteil, das einen Topfraum bildet. Das Verschlussteil sperrt in seiner Sperrposition eine Verbindung zwischen dem Ventileingang und dem Ventilausgang und öffnet in seiner Offenposition diese Verbindung. Eine Ventilfeder ragt in den Topfraum hinein und wirkt auf das Verschlussteil in Richtung der Sperrposition. Das Verschlussteil und die Ventilfeder sind in einem Ventilraum eines Ventilgehäuses angeordnet.
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Ventile oder Ventilsitze und/oder Ventileinsätze sind oft hohen dynamischen Belastungen ausgesetzt. Insbesondere durch dynamische Richtungsumkehr und dadurch wechselnder Volumenstromrichtungen beispielsweise innerhalb einer Pumpe ist zum Beispiel das Rückschlagventil fortwährender Belastung zum Beispiel durch Vibrationen ausgesetzt. Dies führt im Regelfall zu höheren oder einem starken Verschleiß von Ventilteilen, wie einem Führungspin des Ventildichtdeckels.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung ein zuverlässiges Rückschlagventil, insbesondere für eine Pumpe, mit einem verbesserten Verschleißverhalten zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstands des Anspruchs 1 sind in den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Ventil, bevorzugt ein Rückschlagventil. Das Ventil umfasst einen Ventileingang und einen Ventilausgang und ein topfförmiges Verschlussteil, das auch als Ventilkörper bezeichnet werden kann. Das topfförmige Verschlussteil weist einen Topfraum auf, und sperrt in seiner Sperrposition, in der das Ventil geschlossen ist, eine Verbindung, insbesondere eine Fluidverbindung, die den Ventileingang mit dem Ventilausgang verbindet. In seiner Offenposition des topfförmigen Verschlussteils ist die Verbindung zwischen dem Ventileingang und dem Ventilausgang offen, so dass zum Beispiel Fluid durch das Ventil vom Ventileingang zum dem Ventilausgang fließen kann. Das heißt, in der Offenposition kann ein Fluid durch den Ventileingang in das Ventil einfließen und durch den Ventilausgang aus dem Ventil ausfließen.
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Das Ventil umfasst weiterhin ein Ventilfederelement oder eine Ventilfeder, die in den Topfraum ragt und das Verschlussteil in die Sperrposition vorspannt oder auf das Verschlussteil in Richtung der Sperrposition einwirkt.
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Das Ventil umfasst schließlich ein Ventilgehäuse mit einem Ventilraum. Im Ventilraum sind die Ventilfeder und das Verschlussteil angeordnet. Das Verschlussteil ist in dem Ventilraum entlang einer Axialrichtung beweglich angeordnet. Der Ventileingang ist vorzugsweise zumindest im Wesentlichen parallel zur Axialrichtung oder Bewegungsrichtung des Verschlussteils angeordnet. Der Ventilausgang ist vorteilhaft quer und besonders vorteilhaft zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Axialrichtung oder Bewegungsrichtung des Verschlussteils angeordnet. Vorzugsweise sind der Ventileingang und der Ventilausgang quer, insbesondere zumindest im Wesentlichen senkrecht, zueinander angeordnet oder orientiert.
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Das Verschlussteil, respektive eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Außenseite des Verschlussteils ist an einer den Ventilraum begrenzenden Innenwandung des Ventilgehäuses, bevorzugt linear, geführt. Vorzugsweise bildet die Innenwandung des Ventilraums eine Linearführung für das Verschlussteil. Die Innenwandung des Ventilraums, die die Linearführung für das Verschlussteil bildet, ist zumindest im Wesentlichen parallel zur Axialrichtung oder zur Bewegungsrichtung des Verschlussteils orientiert. Der Topfraum ist zumindest in einer Position des Verschlussteils, vorteilhaft zumindest in der Sperrposition des Verschlussteils, mit dem Ventilausgang fluidisch verbunden. Dadurch herrscht in dem Topfraum zumindest im Wesentlichen der gleiche Fluiddruck wie am Ventilausgang, wodurch in einem Betriebszustand, in dem der Fluiddruck in dem Ventilausgang größer ist als der Fluiddruck am Ventileingang, die Feder in Richtung der Sperrposition durch das Fluid unterstützt wird. Insbesondere bei wechselnden Volumenstromrichtungen wird der Topfraum vorteilhaft in Abhängigkeit der Volumenstromrichtung entlastet oder mit Fluiddruck beaufschlagt.
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Das Verschlussteil kann einen Boden, zum Beispiel einen geschlossenen Boden, und eine von dem Boden im Wesentlichen senkrecht abragende Umfangswand mit einem vom Boden abgewandten freien offenen Ende aufweisen. Das heißt, das Verschlussteil kann im Wesentlichen ein Hohlzylinder sein, mit einer sich in die Axialrichtung oder Bewegungsrichtung erstreckenden Umfangswand und einem zumindest bevorzugt geschlossenem Boden.
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Die Umfangswand des Verschlussteils und/oder das Ventilgehäuse kann/können eine oder mehrere Öffnungen, wie eine Bohrung, und/oder Unterbrechungen aufweisen, die den Topfraum in der zumindest einen Position des Verschlussteils mit dem Ventilausgang verbindet. Die Öffnung oder Unterbrechung kann schlitzförmig sein und sich insbesondere in der Umfangswand in Axialrichtung erstrecken. Die Unterbrechung der Umfangswand kann sich vom freien Ende der Umfangswand in Richtung des Bodens erstrecken. Die Unterbrechung kann sich bis in einen Bereich der Umfangswand nahe dem Boden, bis zum Boden des Verschlussteils oder bis in den Boden hinein erstrecken. Zwischen benachbarten Öffnungen oder Unterbrechungen bleiben Abschnitte der Umfangswand stehen, wobei die aufaddierte Fläche aller stehen bleibenden Abschnitte bevorzugt größer, besonders bevorzugt um wenigstens das zweifache größer ist, als die aufaddierte Fläche aller Öffnungen oder Unterbrechungen.
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Bevorzugt weist die Umfangswand mehr als eine Öffnung oder Unterbrechung auf, beispielsweise zwei, drei, vier oder mehr. Diese Öffnungen oder Unterbrechungen können in der Umfangswand insbesondere gleichmäßig über den Umfang des Verschlussteils verteilt angeordnet sein. An den Abschnitten kann die Umfangswand an einer Außenumfangsseite waagerecht nach außen vorstehende, bevorzugt parallel zu den Unterbrechungen verlaufende Führungsschienen aufweisen, die an der Innenwandung des Ventilgehäuses/Ventilraums anliegen. Dadurch wird vorteilhafterweise die Führungsfläche, mit der das Verschlussteil an der Innenwandung des Ventilraums/Ventilgehäuses anliegt, verkleinert, so dass zum Beispiel weniger Reibungskräfte wirken, wenn das Verschlussteil von seiner Sperrposition in seine Offenposition bewegt wird, und umgekehrt.
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Das Ventilfederelement oder die Ventilfeder kann sich an einem Widerlager im Ventilraum/Ventilgehäuse abstützen und wird im Inneren des Verschlussteils, bevorzugt an einer Innenwandung des Verschlussteils insbesondere linear geführt.
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Das Verschlussteil kann einteilig ausgebildet sein, insbesondere in einem Verfahrensschritt geformt sein. Es ist aber auch nicht ausgeschlossen, dass der Boden und die Umfangswand des Verschlussteils separate Bauteile sind, die separat hergestellt und miteinander gefügt werden, um das Verschlussteil zu bilden. Letzteres ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Boden und die Umfangswand aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind, um beispielsweise Gewicht einzusparen oder eine Geometrie herzustellen, die einen großen Aufwand bei der Werkzeugherstellung bedingen würden, wie beispielsweise Hinterschnitte. Die Umfangswand kann dann mit dem Boden form- und/oder kraftschlüssig verbunden werden.
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Bevorzugt wird das Verschlussteil in einem Spritzgussverfahren aus einem Metall oder Kunststoff bevorzugt werkzeugfallend hergestellt. Im Umfang der Erfindung liegt es aber auch, dass das Verschlussteil in einem generativen Verfahren, wie beispielsweise 3D-Druck, hergestellt wird, wenn dieses Verfahren von den Kosten her konkurrenzfähig zu den etablierten Verfahren ist.
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Der Boden kann eine in die Bewegungsrichtung des Verschlussteils von Boden in Axialrichtung nach außen vorstehende Dichtfläche aufweisen. Die Dichtfläche kann direkt vom Boden gebildet sein oder separat hergestellt und mit dem Boden gefügt, zum Beispiel form- und/oder kraftschlüssig verbunden oder verklebt sein. Die Dichtfläche kann auch beispielsweise durch eine Elastomerdichtung gebildet sein. Ferner kann das Verschlussteil mit der Dichtfläche durch Mehrkomponenten-Spritzgießen, insbesondere Zweikomponenten-Spritzgießen, hergestellt werden. Der Boden kann an seiner dem Topfraum zugewandten Seite eine Nut aufweisen, in die die Ventilfeder eingreift. Die Ventilfeder kann an ihrem dem Boden zugewandten Ende mit dem Boden form- und/oder kraftschlüssig verbunden sein.
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Vorteile des hier beschriebenen Ventils gegenüber Ventilen aus dem Stand der Technik sind unter anderen eine Verringerung des Ventilkippens durch den vergrößerten Führungsdurchmesser des die Ventilfeder umgebenden Verschlussteils; Entlastungs-/Belastungsnuten in der Umfangswand oder Mantelfläche des Verschlussteils; Geometrie des Innendurchmessers des Verschlussteils um möglichst viel Entlastungsfluid abzuleiten und Belastungsfluid einzuleiten; und eine gegenüber bekannten Rückschlagventilen für vergleichbare Anwendungen preiswertere Herstellung.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Fluidpumpe eines Kraftfahrzeugs. Bei der Fluidpumpe handelt es sich vorteilhaft um eine Fluidpumpe mit umschaltbarer Drehrichtung. Die Fluidpumpe weist wenigstens ein Ventil, wie zum ersten Aspekt beschrieben, auf. Die Fluidpumpe kann ein Pumpengehäuse aufweisen, das das Ventilgehäuse/den Ventilraum des Ventils bildet. Insbesondere kann das Pumpengehäuse eine erstes, vorzugsweise plattenförmiges, Gehäuseteil, das den Ventileingang umfasst, und ein zweites, bevorzugt plattenförmiges, Gehäuseteil, das den Ventilausgang und den Ventilraum umfasst, aufweisen. Bevorzugt begrenzt oder bildet das erste Gehäuseteil den Ventilausgang. Das erste Gehäuseteil bildet vorteilhaft den Ventilsitz für das Verschlussteil.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, ohne dass dadurch der Umfang der Erfindung auf das gezeigte Ausführungsbeispiel begrenzt wird. Erfindungswesentliche Merkmale, die nur den Figuren entnommen werden können, gehören zum Umfang der Erfindung und können einzeln oder in Kombination mit anderen Merkmalen den Gegenstand der Erfindung vorteilhaft weiterbilden.
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Die Figuren zeigen im Einzelnen:
- 1: Einen Ausschnitt eines Schnitts durch ein erfindungsgemäßes Ventil einer Fluidpumpe.
- 2: Ein Verschlussteil des Ventils der 1 in sechs Ansichten.
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Die 1 zeigt einen Ausschnitt eines Schnitts durch eine Fluidpumpe eines Kraftfahrzeugs, mit einem Ventil 1. Der Schnitt verläuft durch das Ventil 1. Die Fluidpumpe weist ein Pumpgehäuse auf, das ein erstes Gehäuseteil 8 und ein zweites Gehäuseteil 9 umfasst. Die Gehäuseteile 8, 9 sind jeweils plattenförmig ausgeführt.
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Die Fluidpumpe ist als eine Rotationspumpe ausgebildet. Sie ist als eine Innenzahnrad-, Innenzahnring- oder Gerotorpumpe ausgebildet. Die Fluidpumpe ist in ihrer Förderrichtung oder Drehrichtung im Betrieb umschaltbar. Die Fluidpumpe weist einen nicht dargestellten Rotor auf, der in eine erste Drehrichtung und in eine zweite Drehrichtung betreibbar ist.
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Zum Antrieb weist die Fluidpumpe einen nicht dargestellten Elektromotor auf, der antriebstechnisch an den Rotor angebunden ist. Der Elektromotor ist dazu vorgesehen, den Rotor in beide Drehrichtungen anzutreiben. Die Fluidpumpe ist als eine Hilfspumpe und/oder eine Zusatzpumpe zur Unterstützung und/oder zum zumindest teilweisen Ersatz einer Haupt- oder Primärpumpe des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Die Fluidpumpe ist in einem Schmier- und/oder Kühlmittelsystem des Kraftfahrzeugs angeordnet. Eine solche Fluidpumpe ist beispielsweise aus der
DE 10 2016 107 447 bekannt.
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Das Ventil 1 umfasst ein Verschlussteil 2 oder Ventilkörper, der entlang einer Axialrichtung A beweglich in einem Ventilraum 5 angeordnet ist. Der Ventilraum 5 ist in dem zweiten Gehäuseteil 9 gebildet. Das Ventil 1 weist einen Ventileingang 6 auf, der in dem ersten Gehäuseteil 8 eingearbeitet ist. Ein Ventilausgang 7 des Ventils 1 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen dem ersten Gehäuseteil 8 und dem zweiten Gehäuseteil 9 gebildet, zum Beispiel in Form einer Nut im zweiten Gehäuseteil 9. Der Ventilausgang 7 könnte alternativ auch durch eine Bohrung im zweiten Gehäuseteil 9 gebildet sein, so dass das erste Gehäuseteil 8 und das zweite Gehäuseteil 9 anders als gezeigt im Bereich um den Ventileingang 6 aneinander anstoßen.
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Beim Betrieb der Fluidpumpe in die erste Drehrichtung ist der Ventileingang 6 an eine Hochdruckseite der Fluidpumpe angebunden. In der ersten Drehrichtung ist der Ventilausgang 7 über das Ventil 1 mit dem Ventileingang 6 verbindbar. Beim Betrieb der Fluidpumpe in die zweite Drehrichtung ist der Ventilausgang 7 an die Hochdruckseite der Fluidpumpe angebunden. In der zweiten Drehrichtung ist der Ventilausgang 7 über das Ventil 1 von dem Ventileingang 6 getrennt.
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Das Verschlussteil 2 ist topfförmig ausgebildet. Das Verschlussteil 2 weist eine Umfangswand 22 mit einer Außenseite 28 und einem Topfraum 27, der umfänglich von Innenseiten der Umfangswand 22 begrenzt ist, auf. Ein Federelement oder eine Ventilfeder 3 spannt das Verschlussteil 2 in die Axialrichtung A vor, im Ausführungsbeispiel in Richtung auf den Ventileingang 6, so dass der Ventileingang 6 solange geschlossen bleibt, bis ein Druck eines in den Ventileingang 6 einströmenden Fluids größer ist, als die Federkraft der Ventilfeder 3. Die Ventilfeder 3 drückt das Verschlussteil 2 gegen einen Ventilsitz. Sie drückt das Verschlussteil 2 gegen das erste Gehäuseteil 8. Das erste Gehäuseteil 8 bildet den Ventilsitz aus.
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Das zweite Gehäuseteil 9 bildet ein Ventilgehäuse 4 des Ventils 1. Das Ventilgehäuse 4 weist eine Innenwandung 42 auf, in dem das Verschlussteil 2 und die Ventilfeder 3 angeordnet sind. Das Ventilgehäuse 4 weist ein Widerlager 41 für die Ventilfeder 3 und eine im Ausführungsbeispiel zentrale, in Richtung des Ventileingangs 6 vorstehende Federführung 43 auf. Die Federführung 43 verhindert, dass die Ventilfeder 3 innerhalb des Ventilgehäuses 4 quer zur Axialrichtung A verrutschen kann. Die Federführung 43 kann gleichzeitig einen Anschlag für das Verschlussteil 2 bilden, der eine Bewegung des Verschlussteils 2 in Axialrichtung A weg vom Ventileinlass 6 begrenzt.
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In der 2 wird das Verschlussteil 2 des Ventils 1 in vier unterschiedlichen Ansichten und zusätzlich zwei Schnittansichten gezeigt.
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Ansicht a) zeigt eine Ansicht des Verschlussteils 2 von unten mit einem Blick in den Topfraum 27. Die Umfangswand 22 des Verschlussteils 2 ist einstückig hergestellt und umfasst alternierend Umfangswandabschnitte 29 und Unterbrechungen 24, in denen keine Umfangswand 22 gebildet ist. Die Umfangswandabschnitte 29 sind untereinander an einem Ende verbunden und ergeben im Ausführungsbeispiel eine säulenhallenförmige Struktur mit fünf Säulen, die durch jeweils eine Unterbrechung 24 voneinander getrennt sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Säulen oder Umfangswandabschnitte 29 und die Unterbrechungen 24 in Umfangrichtung gleichmäßig angeordnet, wobei alle Umfangswandanschnitte 29 identisch gebildet sind und alle Unterbrechungen 24 zwischen den Umfangswandabschnitten 29 identisch sind.
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Jeder der Umfangswandabschnitte 29 weist zwei Führungsschienen 25 auf, die quer zur Axialrichtung A von der Umfangswand 22 abstehen und dadurch die Anlagefläche des Verschlussteils 2 an der Innenwandung 42 des Ventilgehäuses 4 vorteilhaft reduzieren. Die beiden Führungsschienen 25 verstärken im Ausführungsbeispiel die freien Seitenkanten der Umfangswandabschnitte 29 und Versteifen somit das gesamte Verschlussteil 2. Statt der zwei Führungsschienen 25 kann auch nur eine Führungsschiene 25 je Umfangswandabschnitt 29 vorgesehen sein, oder es kann zum Beispiel nur jeder zweite Umfangswandabschnitt 29 eine, zwei oder mehr Führungsschienen 25 aufweisen. Bekanntermaßen kann bereits durch drei, im Wesentlichen gleichmäßig über den Umfang der Umfangswand 22 verteilten Führungsschienen 25 das Verschlussteil 2 sicher geführt und gegen Verkanten geschützt werden.
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Die Führungsschienen 25 können an die Umfangswand 2 angeformt sein, das heißt aus dem gleichen Material bestehen, wie die Umfangswand 2, und zusätzlich mit einer Gleitschicht, zum Beispiel einem Gleitlack, überzogen werden. Alternativ können die Führungsschienen 25 separate Bauteile aus einem Gleitmaterial sein, die mit der Umfangswand 22 zum Beispiel form- und/oder kraftschlüssig oder durch Materialschluss verbunden werden.
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Schließlich zeigt die Ansicht a) noch einen Boden 21, der das Verschlussteil 2 an dem Ende, an dem die Umfangswandabschnitte 29 miteinander verbunden sind, abschließt. Der Boden 21 bildet einen Boden des Topfraums 27 und ist ein vollständig geschlossener Boden 21, der keine Öffnung aufweist, durch die Fluid hindurchtreten kann.
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Das Verschlussteil 2 mit dem Boden 21 und der Umfangswand 22, respektive den Umfangswandabschnitten 29 und den Führungsschienen 25, sind in einem Arbeitsgang zum Beispiel durch Spritzguss aus Metall oder Kunststoff hergestellt. Grundsätzlich ist es denkbar, dass der Boden 21 und die Umfangswand 22 separat hergestellte Teile sind, die erst gefügt werden müssen, um das Verschlussteil 2 zu bilden.
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Die Abbildungen b) und e) zeigen jeweils einen Längsschnitt durch das Verschlussteil 2. In der Abbildung b) geht der Schnitt durch zwei Umfangswandabschnitte 29, in der Abbildung e) durch einen Umfangswandabschnitt 29 und eine Unterbrechung 24.
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Die Abbildung c) zeigt eine Draufsicht auf das Verschlussteil 2 von der Seite des Ventileingangs 6. Zu sehen sind der Boden 21 und die Führungsschienen 25, die von der Umfangswand 22 nach außen quer zur Axialrichtung A vorstehen.
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Die Abbildungen d) und f) zeigen jeweils perspektivische Ansichten des Verschlussteils 2 mit dem Boden 21 und der Umfangswand 22, respektive den Umfangswandabschnitten 29 mit den Führungsschienen 25 und den Unterbrechungen 24. Die Abbildungen d) und f) sind selbsterklärend, da alle gezeigten Teile bereits zu den vorhergehenden Abbildungen ausführlich beschrieben wurden.
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Am Boden 21 ist eine in Axialrichtung A vorstehende bevorzugt ohne Unterbrechung umlaufende Dichtfläche 26 angeordnet, die eine zuverlässige Abdichtung des Ventileingangs 6 unterstützt, wenn das Verschlussteil 2 gegen das erste Gehäuseteil 8 gedrückt wird. Die Dichtfläche 26 kann gemeinsam mit dem Boden 21 oder mit dem Verschlussteil 2 in einem Arbeitsgang hergestellt sein. Sie kann einen elastischen Überzug haben, der beim Andrücken des Bodens 21 an das erste Gehäuseteil 8 komprimiert wird, um eventuelle Toleranzfehler auszugleichen. Die Dichtfläche 26 kann aber auch ein vom Boden 21 oder Verschlussteil 2 separat hergestelltes Bauteil sein, das mit dem Boden 21 kraft- oder formschlüssig gefügt oder über Materialschluss verbunden werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ventil
- 2
- Verschlussteil
- 21
- Boden
- 22
- Umfangswand
- 23
- freies Ende
- 24
- Unterbrechung
- 25
- Führungsschiene
- 26
- Dichtfläche
- 27
- Topfraum
- 28
- Außenseite
- 29
- Umfangswandabschnitt
- 3
- Ventilfeder
- 4
- Ventilgehäuse
- 41
- Widerlager
- 42
- Innenwandung
- 43
- Federführung
- 5
- Ventilraum
- 6
- Ventileingang
- 7
- Ventilausgang
- 8
- Gehäuseteil
- 9
- Gehäuseteil
- A
- Axialrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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