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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rückschlagventil für ein Magnetventil mit einem beweglichen Schließelement und einem Ventilbauelement mit einem an einer Durchgangsöffnung angeordneten Ventilsitz zur Durchführung einer richtungsorientierten Durchfluss- und Dichtfunktion, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist, wobei der erste Bereich des Ventilsitzes einen Auflagebereich für das Dichtelement ausbildet, um eine abstützende Kraft bzgl. des Schließelements aufzunehmen, wobei der zweite Bereich des Ventilsitzes einen Dichtbereich ausbildet, um eine Abdichtung zum Schließelement zu ermöglichen und ein zugehöriges Magnetventil.
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Stand der Technik
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Ein herkömmliches Magnetventil, insbesondere für ein Hydraulikaggregat, welches beispielsweise in einem Antiblockiersystem (ABS) oder einem Antriebsschlupfregelsystem (ASR-System) oder einem elektronischen Stabilitätsprogrammsystem (ESP-System) eingesetzt wird, ist in 1 dargestellt. Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst das herkömmliche Magnetventil 1, das beispielsweise als stromlos offenes Regelventil ausgeführt ist, eine Magnetbaugruppe 2 zur Erzeugung eines Magnetflusses, die einen Gehäusemantel 2.1, einen Wicklungsträger 2.2, eine Spulenwicklung 2.3 und eine Abdeckscheibe 2.4 umfasst, und eine Ventilpatrone 5, die eine Kapsel 5.1, einen mit der Kapsel 5.1 über eine Dichtschweißung 4 verbundenen Ventileinsatz 10, einen Anker 6 mit einem Stößel 7 und eine Rückstellfeder 8 umfasst. Die Magnetbaugruppe 2 erzeugt durch eine Bestromung der Spulenwicklung 2.3 über elektrischen Anschlüsse 2.5 eine Magnetkraft, die den längsbeweglichen Anker 6 mit dem Stößel 7, der ein Schließelement 7.1 mit einem Hauptdichtelement 7.2 umfasst, entgegen der Kraft der Rückstellfeder 8 gegen den Ventileinsatz 10 bewegt. Der Ventileinsatz 10 leitet den von der Magnetbaugruppe 2 über die Abdeckscheibe 2.4 eingeleiteten Magnetfluss axial über einen Luftspalt 3 in Richtung Anker 6.
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Zudem nimmt der Ventileinsatz 10 den so genannten Ventilkörper 11 auf, der einen Hauptventilsitz 11.1 umfasst, in welchen das als Dichtkalotte ausgeführte Hauptdichtelement 7.2 dichtend eintaucht, um die Dichtfunktion des Magnetventils 1 umzusetzen. Zur Verstemmung mit einem Fluidblock ist an den Ventileinsatz 10 ein Verstemmflansch 9 angeformt. Wie weiter aus 1 ersichtlich ist, umfasst das herkömmliche Magnetventil 1 ein exzentrisch zur Ventilhauptachse 1.1 in einem Bypass zum Hauptventil angeordnetes Rückschlagventil 12, das eine richtungsorientierte Durchfluss- und Dichtfunktion ausführt. Das bedeutet, dass das Rückschlagventil 12 durch eine erste Fluidströmungsrichtung geschlossen wird, und durch eine zur ersten Fluidströmungsrichtung entgegengesetzte Fluidströmungsrichtung in der Durchgangsbohrung 14.3 geöffnet wird. Als wesentliche Teile umfasst das Rückschlagventil 12 des herkömmlichen Magnetventils 1 ein bewegliches Schließelement 15, einen in einem Ventilbauelement 14 angeordneten Ventilsitz 14.4 und eine Hubbegrenzung bzw. Anlage, die hier von einem Flachfilter 13 gebildet wird, um den maximalen Hub des beweglichen Dichtelements 15 zu begrenzen.
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Wie aus der Detaildarstellung gemäß 2 linke Hälfte ersichtlich ist, weist das exzentrisch zu der Ventilhauptachse 1.1 positionierte Rückschlagventil 12 in der Regel eine Kugel-Hohlkegel-Form auf, d. h. das Schließelement 15 ist als Kugel ausgeführt und der im Ventilbauelement 14 angeordnete Ventilsitz 14.4 weist eine Hohlkegelform auf. Das als Kunststoffeinsatz ausgeführte Ventilbauelement 14 bildet das Ventilunterteil und dient zusätzlich zur Abdichtung zu einem umgebenden Fluidblock, zur Abdichtung zum Ventilkörper 10 und zur Aufnahme eines Ringfilters und des Flachfilters 13. Das als Kugel ausgeführte Schließelement 15 wird durch die Fluidströmung mitgenommen und ein erster Bereich 15.1 (Dichtebereich) des Schließelements 15 wird in den als Hohlkegel ausgeführten Ventilsitz 14.4 gedrückt. Mit zunehmendem Systemdruck, beispielsweise bei Betätigung eines Bremspedals oder bei einem aktiven Druckaufbau in einem Antiblockiersystem (ABS) oder in einem elektronischen Stabilitätsprogrammsystem (ESP-System), wird das Schließelement 15 stärker in den Ventilsitz 14.4 gepresst und dichtet mit demselben ersten Bereich 15.1 im Ventilsitz 14.4 ab und hält mit zunehmender Druckdifferenz immer dichter. In öffnender Richtung wird das Dichtelement 15 durch die Fluidströmung gegen die Anlage 13.1 gelegt und das Fluid kann frei durch die Durchgangsbohrung 14.3 strömen. Das Ventilbauelement 14 umfasst ferner einen Führungsbereich 14.6, welcher sich räumlich direkt an den Ventilsitz 14.4 anschließt. Dieser Führungsbereich 14.6 beschränkt die Bewegungsmöglichkeiten des Schließelements 15 im geöffneten Zustand und definierte damit eine Führung des Schließelements 15.
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Aus dem Stand der Technik ist weiterhin beispielsweise die Patentanmeldung
DE 10 2007 042 717 A1 bekannt. Diese Schrift beschreibt eine mögliche vorteilhafte Ausführungsformen für ein derartiges Rückschlagventil mit einer umlaufenden Dichtlippe.
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Weiterhin ist aus dem Stand der Technik die Patentanmeldung
DE 10 2016 212 562 A1 bekannt. Diese Schrift betrifft ein betrifft ein Rückschlagventil für ein Magnetventil, mit einem am Rand eines Fluidkanals angeordneten Rückschlagventilsitz und einem beweglichen Schließelement zur Durchführung einer richtungsorientierten Durchfluss- und Dichtfunktion, wobei das Schließelementeinen Dichtkegel, einen Anlagefuß und einen zwischen dem Anlagefuß und dem Dichtkegel angeordneten elastischen Dichtungsring aufweist, wobei der Anlagefuß im Abdichtungsfall eine Auflagefläche für den elastischen Dichtungsring ausbildet, sowie ein Magnetventil mit einem solchen Rückschlagventil.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteilhaft ermöglicht hingegen das erfindungsgemäße Rückschlagventil eine optimierte Funktionalität, insbesondere eine verbesserte Dichtheit und Stabilität. Ermöglicht wird dies gemäß der Erfindung durch die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Das erfindungsgemäße Rückschlagventil für ein Magnetventil mit einem beweglichen Schließelement und einem Ventilbauelement mit einem an einer Durchgangsöffnung angeordneten Ventilsitz zur Durchführung einer richtungsorientierten Durchfluss- und Dichtfunktion, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist, wobei der erste Bereich des Ventilsitzes einen Auflagebereich für das Dichtelement ausbildet, um eine abstützende Kraft bzgl. des Schließelements aufzunehmen, wobei der zweite Bereich des Ventilsitzes einen Dichtbereich ausbildet, um eine Abdichtung zum Schließelement zu ermöglichen.
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Hierunter wird verstanden, dass der Ventilsitz zumindest zwei funktionale Elemente beinhaltet. Der Ventilsitz bildet entsprechend für diese zu erfüllenden Funktionen separate Elemente zu deren Umsetzung aus. In vorteilhafter Weise kann hierdurch eine Optimierung der Funktionalität erreicht werden. Die Ausbildung des ersten Bereichs am Ventilsitz, d.h. die Ausgestaltung des ersten funktionalen Elements, ermöglicht einen weitreichenden Schutz vor plastischer Verformung des Ventilsitzes bei hohen Differenzdrücken. Die Ausbildung des zweiten Bereichs am Ventilsitz, d.h. die Ausgestaltung des zweiten funktionalen Elements, ermöglicht eine wesentliche Steigerung der Dichtfunktion, insbesondere im Niederdruckbereich bei kleinen Drücken. Weiterhin kann auch bspw. ein Unrund des Ventilsitzes ausgeglichen werden aufgrund der Ausgestaltung des zweiten Bereichs des Ventilsitzes als elastisch abdichtendend.
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Die beiden funktionalen Elemente sind weiterhin in unterschiedlichen Bereichen des Ventilsitzes ausgebildet sind, d.h. sie sind räumlich voneinander getrennt. Hierdurch wird ermöglicht, dass jeweils gewünschte Funktionalität mittels der Ausgestaltung des jeweiligen Bereichs bestmöglich erreicht wird.
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Als Ventilsitz des Rückschlagventils ist der Bereich zu verstehen, welcher sich direkt an die Durchgangsöffnung anschließt. Der Ventilsitz ist daher der Bereich, welcher zusammen mit dem Schließelement das Schließen des Rückschlagventils ermöglicht. Der Ventilsitz ist dabei baulich gesehen ein im Wesentlichen einheitlich ausgebildeter Bereich, bspw. ein Trichter (d.h. eine hohlzylindrische Verjüngung/Aufweitung. Wie in der 2 dargestellt, kann das Ventilbauelement einen Führungsbereich beinhalten. Ist ein solcher Führungsbereich ausgebildet, so ist der Ventilsitz der Bereich, welcher zwischen der Durchgangsöffnung und dem Führungsbereich ausgebildet ist.
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Der erste Bereich des Ventilsitzes, welcher die Abstützung des Schließelements ermöglicht ist vorteilhaft umlaufend bzgl. dem Ventilsitz ausgebildet. Weiterhin ist der zweite Bereich des Ventilsitzes, welcher die Abdichtung bzgl. des Schließelements ermöglicht, vorteilhaft umlaufend bzgl. dem Ventilsitz ausgebildet.
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Der erste Bereich ist bspw. hohlkegelförmig ausgebildet. Alternativ kann der erste Bereich als Abschnitt einer Hohlkugel ausgebildet sein. Vorteilhaft ist der Bereich als Fläche ausgebildet. Der zweite Bereich ist bspw. hohlkegelförmig ausgebildet. Vorteilhaft ist der Bereich als Fläche ausgebildet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Rückschlagventil dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich und der zweite Bereich des Ventilsitzes im geschlossenen Zustand des Rückschlagventils mit dem Schließelement in Interaktion stehen.
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Hierunter wird verstanden, dass sowohl der erste Bereich des Ventilsitzes mit dem Schließelement als auch der zweite Bereich des Ventilsitzes mit dem Schließelement in Kontakt stehen, wenn das Rückschlagventil geschlossen ist. Es werden also zwei direkte Kontaktbereiche zwischen dem Ventilbauelement und dem Schließelement ausgebildet.
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In einer möglichen Ausgestaltung ist das Rückschlagventil dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz als Hohlkegel ausgeführt ist und der erste Bereich sowie der zweite Bereich des Ventilsitzes innerhalb des Hohlkegels ausgebildet sind.
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Hierunter ist zu verstehen, dass der Ventilsitz im Wesentlichen hohlkegelförmig ausgebildet ist. Hierbei ist sowohl der Abstützbereich als auch der Dichtbereich innerhalb dieses Hohlkegels ausgebildet.
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In einer bevorzugten Ausführung ist das Rückschlagventil dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich des Ventilsitzes im Bezug zu dem zweiten Bereich des Ventilsitzes, räumlich weiter in Richtung der Verjüngung des hohlkegelförmigen Ventilsitzes ausgebildet ist.
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Hierunter wird verstanden, dass sowohl der Abstützbereich als auch der Dichtbereich innerhalb des hohlkegelförmigen Ventilsitzes ausgestaltet sind. Der erste Bereich (d.h. der Abstützbereich) liegt dabei räumlich weiter in Richtung der Verjüngung des hohlkegelförmigen Ventilsitzes- im Vergleich zu dem zweiten Bereich (d.h. dem Dichtbereich). Der zweite Bereich liegt entsprechend räumlich weiter in Richtung des sich öffnenden Bereichs des hohlkegel-förmigen Ventilsitzes- im Vergleich zu dem ersten Bereich.
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In einer alternativen Weiterbildung ist das Rückschlagventil dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich des Ventilsitzes einstückig mit dem Ventilbauelement ausgebildet sind.
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Hierunter wird verstanden, dass der Abstützbereich als integriertes Element des Ventilbauelements direkt bei der Erstellung des Ventilbauelements erstellt wird. Insbesondere wird das Ventilbauelement und der integrierte Abstützbereich durch ein Spritzgussverfahren hergestellt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Rückschlagventil dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich des Ventilsitzes einstückig mit dem Ventilbauelement ausgebildet sind.
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Hierunter wird verstanden, dass der Dichtbereich als integriertes Element des Ventilbauelements direkt bei der Erstellung des Ventilbauelements erstellt wird. Insbesondere wird das Ventilbauelement und der integrierte Dichtbereich durch ein Spritzgussverfahren hergestellt. Weiterhin wird hierunter verstanden, dass sowohl der erste Bereich als auch der zweite Bereich des Ventilsitzes zusammen mit dem Ventilbauelement aus einem Stück ausgebildet sind. Insbesondere, dass sowohl der erste Bereich des Ventilsitzes als Abstützbereichs und der zweite Bereich des Ventilsitzes als Dichtbereich integriert in das Ventilbauelement ausgebildet sind.
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In einer möglichen Ausgestaltung ist das Rückschlagventil dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich und der zweite Bereich des Ventilsitzes als Teil des Ventilbauelements im Spritzgussverfahren ausgebildet sind.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist das Rückschlagventil dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich des Ventilsitzes als Dichtlippe ausgebildet ist, insbesondere als elastische umlaufende Dichtlippe ausgebildet ist, gegen die das Schließelement zur Ausführung einer Dichtfunktion dichtend anliegt.
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Hierunter wird verstanden, dass das Schließelement zur Ausführung der Dichtfunktion gegen den elastischen zweiten Bereich des Ventilsitzes gedrückt wird. Ein Andrücken kann bspw. mittels Fluiddruck erfolgen. Aufgrund des Anpressdrucks kann sich eine elastische Verformung des zweiten Bereichs des Ventilsitzes einstellen. Hierbei sei angemerkt, dass ein Abstützen der Anlagekräfte des Schließelements mittels des ersten Bereichs des Ventilsitzes erfolgt, gegen welchen das Schließelement ebenfalls gedrückt wird, welcher jedoch im Wesentlichen keine elastische Verformung ausführt.
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In einer alternativen Ausführungsform ist das Rückschlagventil dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der Dichtlippe ein Hinterschnitt in den zweiten Bereich des Ventilsitzes eingebracht ist, der eine als Dichtlippe wirkende Wandstärke zur Durchgangsöffnung vorgibt.
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Somit kann die Dichtlippe durch eine kleine konstruktive Änderung des Ventilsitzes einfach und kostengünstig umgesetzt werden. Indem der Ventilsitz des Rückschlagventils mit einem Hinterschnitt versehen wird, kann die als Dichtlippe ausgeführte ausgedünnte Wand bei Druckbeaufschlagung nachgeben und sich an das Dichtelement anschmiegen. Der Hinterschnitt ist beispielsweise als umlaufende Ringnut ausgeführt. Zudem kann die Elastizität der umlaufenden Dichtlippe durch die Tiefe des Hinterschnitts und/oder durch die Positionierung des Hinterschnitts am Ventilsitz vorgegeben werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Rückschlagventil dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement kein elastisches Dichtelement umfasst und insbesondere als Dichtkugel ausgebildet ist.
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Hierunter wird verstanden, dass das Schließelement einer einfachen und damit kostengünstigen Ausführung entspricht. Bspw. weist das Schließelement eine sphärische Form auf. Insbesondere ist es als Kugel ausgestaltet. In vorteilhafter Weise ist das Schließelement als Stahlkugel ausgebildet. Das Schließelement weist weiterhin keine elastischen Dichtelemente auf - weder integriert noch separat, wie bspw. durch Dichtringe.
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In einer möglichen Ausführungsform ist das Rückschlagventil dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement zur Ausführung der Dichtfunktion mit einem ersten Bereich an dem ersten Bereich des Ventilsitzes abstützt und mit einem zweiten Bereich an dem zweiten Bereich des Ventilsitzes abdichtet, wobei insbesondere das Schließelement zur Ausführung der Durchflussfunktion an einer Anlage anliegt und den Ventilsitz freigibt, wobei die Anlage entgegengesetzt zum Ventilsitz angeordnet ist.
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Hierunter wird verstanden, dass das Rückschlagventil die beiden Funktionen erfüllt: Dichtfunktion sowie Durchflussfunktion. Wie bereits angedeutet, liegt das Schließelement zur Ermöglichung der Dichtfunktion mit einem ersten Bereich des Schließelements an dem ersten Bereich des Ventilsitzes an und stützt sich darauf ab. Weiterhin liegt das Schließelement zur Ermöglichung der Dichtfunktion mit einem zweiten Bereich des Schließelements an dem zweiten Bereich des Ventilsitzes an und dichtet hierdurch ab. Zur Ermöglichung der Durchflussaktion ist das Schließelement aus dieser Position entfernt und liegt an einem entgegengesetzt positionierten Anlagebereich an.
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Weiterhin ist ein Magnetventil vorgesehen mit einer Magnetbaugruppe und einer Ventilpatrone, die einen innerhalb einer Kapsel beweglich geführten Anker, einen Ventileinsatz, einen innerhalb des Ventileinsatzes beweglich geführten Stößel, der ein Schließelement mit einem Hauptdichtelement aufweist, und einen Ventilkörper mit einem Hauptventilsitz umfasst, wobei zwischen einem Fluideinlass und einem Fluidauslass ein Hauptventil angeordnet ist, welches das mit dem Schließelement verbundene Hauptdichtelement und den im Ventilkörper angeordneten Hauptventilsitz umfasst, wobei eine von der Magnetbaugruppe erzeugte Magnetkraft den Anker und den Stößel bewegt, wobei das Hauptdichtelement zur Ausführung einer Dichtfunktion dichtend in den Hauptventilsitz eintaucht. Erfindungsgemäß ist das Magnetventil gekennzeichnet, durch ein wie zuvor beschriebenes Rückschlagventil wobei das Rückschlagventil in einem Bypass zum Hauptventil angeordnet ist und eine richtungsorientierte Durchfluss- und Dichtfunktion ausführt.
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Ausführungsformen
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeit der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Figuren.
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Von den Figuren zeigt:
- 1 eine schematische Schnittansicht eines Magnetventils mit einem Rückschlagventil; und
- 2 eine Detaildarstellung des Rückschlagventils gemäß Stand der Technik (linke Bildhälfte) sowie einer Ausführung der Erfindung (rechte Bildhälfte).
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In 2 ist in der rechten Bildhälfte eine Detaildarstellung des Rückschlagventils gemäß einer Ausführung der Erfindung gezeigt. Der Ventilsitz 14.4 ist im Wesentlichen hohlkegelförmig ausgestaltet. Dieser hohlkegelförmige Bereich umfasst einen ersten Bereich 14.1 sowie einen zweiten Bereich 14.2.
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Der erster Bereich 14.1 des Ventilsitzes 14.4 bildet einen Abstützbereich, an welchem sich der Schließkörper 15 mit einem ersten Bereich 15.1 abgestützt wird. Der zweite Bereich 14.2 des Ventilsitzes 14.4 bildet einen Dichtbereich, an welchem der Schließkörper 15 mit einem zweiten Bereich 15.2 abgedichtet wird.
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Der erste Bereich 14.1 liegt räumlich weiter in Richtung der Verjüngung des hohlkegelförmigen Ventilsitzes 14.4 - im Vergleich zu dem zweiten Bereich 14.2. Der erste Bereich 14.1 bildet eine umlaufende Auflagefläche. An dieser Stelle können abstützende Kräfte hinsichtlich des Schließkörpers 15 von dem Ventilsitz 14.4 aufgenommen werden und in das Ventilbauteil 14 eingeleitet werden. Hierdurch wird eine plastische Verformung des Ventilsitzes insbesondere bei hohen Differenzdrücken verhindert.
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Der zweite Bereich 14.1 liegt räumlich weiter in Richtung des sich öffnenden Bereichs des hohlkegel-förmigen Ventilsitzes 14.4 - im Vergleich zu dem ersten Bereich 14.1.
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Der zweite Bereich 14.2 bildet hierbei eine Dichtfläche. Diese Dichtfläche ist als umlaufende Dichtlippe ausgestaltet. Zur Ausbildung der Dichtlippe ist ein Hinterschnitt 14.5 in den Ventilsitz 14.4 eingebracht. Dieser Hinterschnitt 14.5 gibt die als Dichtlippe wirkende Wandstärke vor. Der Hinterschnitt 14.5 ist dabei bspw. als umlaufende Ringnut ausgeführt. Die Dichtlippe kann dabei direkt im Spritzgussverfahren erstellt worden sein. Alternativ kann der Hinterschnitt 14.5 durch bspw. spanende Verfahren nachträglich erstellt worden sein. Die Elastizität der Dichtlippe ist durch die Tiefe des Hinterschnitts 14.5 und/oder durch die Positionierung des Hinterschnitts 14.5 am Ventilsitz 14.4 definierbar. Entsprechend ist die Dichtlippe in der Lage die Dichtheit durch elastische Verformung darzustellen. Weiterhin kann auch bspw. ein Unrund des Ventilsitzes 14.4 aufgrund der dimensionsbedingten erhöhten Flexibilität der Dichtlippe ausgeglichen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007042717 A1 [0005]
- DE 102016212562 A1 [0006]
