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Die Erfindung geht aus von einem Membranventil für eine Spritzdüse eines Scheibenwischers, wie es aus der
DE 10 2004 021 486 A1 bekannt ist.
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Derartige Membranventile enthalten eine Membran, deren Außenseite im Betrieb Scheibenwaschflüssigkeit ausgesetzt ist, und eine Rückstellfeder, die vor Kontakt mit Scheibenwaschflüssigkeit geschützt zwischen der Membran und einem Ventildeckel wirkt. Die Rückstellfeder ist dabei durch einen Zapfen geführt, der als Führungselement in die Rückstellfeder hineinragt.
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Ein Problem bei Membranventilen für Spritzdüsen von Scheibenwischern ist, dass die Arbeit und Lage der Rückstellfeder durch die Membran beeinträchtigt werden kann und deshalb der zum Öffnen des Ventils erforderliche Arbeitsdruck starken Schwankungen unterliegt. Dieses Problem kann nur teilweise durch einen größeren Freiraum um die Rückstellfeder herum gelöst werden. Wegen des in Scheibenwischern eng begrenzten Bauraums ist ein solcher Lösungsansatz zudem auch nicht immer praktikabel.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie starke Schwankungen des Arbeitsdrucks bei einem kompakten Membranventil für Spritzdüsen von Scheibenwischern vermieden werden können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Membranventil mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Bei einem erfindungsgemäßen Membranventil ist die Rückstellfeder durch ein erstes Führungselement und ein zweites Führungselement vor mechanischer Beeinträchtigung geschützt. Das erste Führungselement ist bevorzugt ein Zapfen, der in die Rückstellfeder hineinragt, das zweite Führungselement bevorzugt eine Hülse. Dabei kann die Hülse zusammen mit einem Zapfen, der in die Hülse hineinragt, die Rückstellfeder von innen stützen. Möglich ist aber auch, dass die Rückstellfeder in die Hülse hineinragt. In diesem Fall wird die Rückstellfeder innen von dem in sie hineinragenden Zapfen, gestützt und von außen durch die Hülse geführt, in welche die Rückstellfeder hineinragt.
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Die Umfangswand eines solchen Führungselementes kann Schlitze oder Durchbrüche aufweisen, ohne dass dadurch seine Schutz- und Führungsfunktion beeinträchtigt wird. Beispielsweise kann das zweite Führungselement auch als ein Ring ausgebildet sein, der mehrere in axialer Richtung verlaufende Stäbe oder Zinken -ähnlich einer Krone- aufweist, zwischen denen die Rückstellfeder angeordnet ist oder die um die Rückstellfeder herum angeordnet sind.
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Das zweite Führungselement kann also zusammen mit einem in das Führungselement hineinragenden ersten Führungselement, etwa einem Zapfen oder Stift, die Rückstellfeder von innen stützen und führen oder eine Struktur bilden, die um die Rückstellfeder herum angeordnet ist und so deren Beweglichkeit vor Beeinträchtigung schützt. Diese Struktur, etwa eine Ringwand oder ringförmig um die Rückstellfeder herum angeordnete Stäbe, hat eine von der Rückstellfeder abgewandte Außenseite, die im Betrieb nicht mit Scheibenwaschflüssigkeit in Kontakt kommt, also vor Kontakt mit Scheibenwaschflüssigkeit geschützt ist. Unter der Außenseite des zweiten Führungselements wird dabei eine radial nach außen gerichtete Oberfläche des Führungselements verstanden, die eine physikalische Phasengrenze darstellt, d.h. eine Grenzfläche zwischen dem Material der Führungshülse und Luft oder einem anderen Material eines anderen Bauteils.
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Bei einem erfindungsgemäßen Membranventil ist die Rückstellfeder durch die beiden Führungselemente vor Torsionsbeanspruchung geschützt. Auf diese Weise können problematische Schwankungen des zum Öffnen des Ventils erforderlichen Arbeitsdrucks vorteilhaft vermieden werden. Insbesondere Schraubenfedern, die bei ihrem Arbeitsweg auf Torsion beansprucht werden (explizit ihr Drahtquerschnitt), können nämlich nur bedingt Radialkräfte aufnehmen. Bei Spritzdüsen für Scheibenwischer können direkt nach dem Öffnen erhebliche Radialkräfte auftreten, da dann der statische Zustand zu einem sehr starken hydrodynamischen System wechselt. Insbesondere wenn die Membran dann nicht sauber abrollt, kann diese seitlich gegen die Rückstellfeder drücken, beispielsweise knicken. Dies kann bei herkömmlichen Membranventilen zu einer Schrägstellung der Rückstellfeder führen, während bei einem erfindungsgemäßen Membranventil die Rückstellfeder durch zwei Führungselemente vor einem Abknicken geschützt ist und dieses Problem deshalb nicht mehr oder nur noch sehr selten auftritt.
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Das zweite Führungselemente kann ein separates Bauteil sein oder einstückig mit dem Gehäusedeckel oder der Membran ausgebildet sein, also als ein einziges Bauteil zusammen mit Membran oder Gehäusedeckel und aus demselben Material wie Membran bzw. Gehäusedeckel ausgebildet sein. Möglich ist auch, dass das zweite Führungselement als eine Komponente eines 2-Komponentenspritzgussteiles zusammen mit der Membran hergestellt ist. Ist das zweite Führungselement aus einem anderen Material wie die (übrige) Membran, so ist das zweite Führungselement vorteilhaft aus einem steiferen Material hergestellt als die Membran. Bevorzugt ist das Membranmaterial ein Elastomer, das zweite Führungselement dagegen ein Thermoplast, insbesondere POM.
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Weitere Möglichkeiten als Material für das zweite Führungselement sind Duroplast oder Metall.
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Die Rückstellfeder ist bevorzugt eine Schraubenfeder, kann aber auch eine andere Feder sein.
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Das in die Rückstellfeder hineinragende erste Führungselement geht bevorzugt von dem Ventildeckel aus und kann einstückig mit dem Ventildeckel ausgeführt sein. Andere Ausführungen sind aber auch möglich. Zur Stabilisierung der Rückstellfeder ist es vorteilhaft, wenn das erste Führungselement und das zweite Führungselement sich in ihrer axialen Ausdehnung bei geschlossenem Ventil auf mehr als einem Sechstel, insbesondere mehr als einem Viertel der Länge der Rückstellfeder überlappen. Bei geöffnetem Ventil vergrößert sich dieser Überlappungsbereich durch das teleskopartige Zusammenwirken noch und stabilisiert so die Rückstellfeder gerade im kritischen Strömungsfall.
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Eine mögliche Ausgestaltung der Erfindung ist ein Membranventil für die Spritzdüse eines Scheibenwischers mit einem Ventilgehäuse, einem Ventildeckel, der das Ventilgehäuse verschließt, einer Membran, die in dem Ventilgehäuse angeordnet ist, und einer Rückstellfeder, beispielsweise einer Schraubenfeder, die zwischen der Membran und dem Ventildeckel wirkt. Die Membran weist einen Randbereich, der zwischen dem Ventilgehäuse und dem Ventildeckel gehalten ist, einen zentralen Bereich, der ein Ende der Rückstellfeder bedeckt und bei geschlossenem Ventil an einem Ventilsitz anliegt, und einen zwischen dem Randbereich und dem zentralen Bereich liegenden Hüllbereich, der die Rückstellfeder umgibt, auf. Bevorzugt hat ein solches Membranventil radial einwärts von dem Randbereich der Membran ein Ausweichvolumen, in das sich der Hüllbereich der Membran beim Öffnen des Ventils einrollen kann. Das Ausweichvolumen kann beispielsweise als umlaufende Vertiefung im Ventildeckel ausgeführt sein. Auf der Innenseite der Rückstellfeder ist ein erstes Führungselement angeordnet, das die Rückstellfeder auf einem Teil ihrer Länge in axialer Richtung führt, wobei dieses bevorzugt einstückig mit dem Ventildeckel ausgestaltet ist.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das zweite Führungselement die Rückstellfeder vom zentralen Bereich der Membran ausgehend zumindest auf einem Drittel ihrer Länge bei geschlossenem Ventil, äußerst vorteilhaft bis zur Höhe des Beginns des Randbereichs von innen oder von außen stützt. Wenn die Rückstellfeder in das Führungselement hineinragt, umgibt das Führungselement also bei geschlossenem Ventil die Rückstellfeder bevorzugt auf wenigstens einem Drittel ihrer Länge.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Gleiche und einander entsprechende Komponenten sind darin mit übereinstimmenden Bezugszahlen versehen. Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines Membranventils für eine Spritzdüse eines Scheibenwischers in einer Schnittansicht;
- 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Membranventils für eine Spritzdüse eines Scheibenwischers in einer Schnittansicht;
- 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Membranventils für eine Spritzdüse eines Scheibenwischers in einer Schnittansicht;
- 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Membranventils für eine Spritzdüse eines Scheibenwischers in einer Schnittansicht;
- 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Membranventils für eine Spritzdüse eines Scheibenwischers in einer Schnittansicht;
- 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Membranventils für eine Spritzdüse eines Scheibenwischers in einer Schnittansicht; und
- 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Membranventils für eine Spritzdüse eines Scheibenwischers in einer Schnittansicht.
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Das in 1 gezeigte Membranventil hat ein Ventilgehäuse 1, einen Ventildeckel 7, der das Ventilgehäuse 1 verschließt, eine Membran 4, die in dem Ventilgehäuse 1 angeordnet ist, und eine Rückstellfeder 6, beispielsweise eine Schraubenfeder, die zwischen der Membran 4 und dem Ventildeckel 7 wirkt. Die Membran 4 weist einen Randbereich 4.1, der zwischen dem Ventilgehäuse 1 und dem Ventildeckel 7 gehalten ist, einen zentralen Bereich 4.2, der ein Ende der Rückstellfeder 6 bedeckt und bei geschlossenem Ventil an einem Ventilsitz anliegt, und einen zwischen dem Randbereich und dem zentralen Bereich liegenden Hüllbereich 4.3, der die Rückstellfeder 6 umgibt, auf. Weiterhin weist das Membranventil radial innerseits des Randbereiches 4.1 der Membran 4 ein Ausweichvolumen auf, in die sich der Hüllbereich 4.3 der Membran beim Öffnen des Ventils einrollen kann. In den Figuren ist das Ausweichvolumen als umlaufende Vertiefung 7.1 im Ventildeckel 7 ausgeführt. Auf der Innenseite der Rückstellfeder 6 ist ein erstes Führungselement 8, beispielsweise in Form eines Zapfens, angeordnet, das die Rückstellfeder auf einem Teil ihrer Länge in axialer Richtung führt und bei diesem Ausführungsbeispiel einstückig mit dem Ventildeckel 7 ausgestaltet ist.
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In 1 ist das Membranventil in seiner Schließstellung gezeigt, in der die Membran 4 die Gehäuseöffnung 2 verschließt. Wenn an der Gehäuseöffnung 2 ein ausreichender Druck anliegt, wird die Membran 4 gegen die Kraft der Rückstellfeder 6 verschoben, so dass Scheibenwaschflüssigkeit durch das Ventilgehäuse 1 strömen und aus den Gehäuseöffnungen 3 austreten kann. Die den Gehäuseöffnungen 2, 3 zugewandte Außenseite der Membran 4 kommt somit im Betrieb mit Scheibenwaschflüssigkeit in Kontakt.
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Wenn beim Öffnen des Membranventils die Rückstellfeder 6 zusammengedrückt wird, wird die Membran 4 entsprechend verformt. Damit dadurch die Beweglichkeit der Rückstellfeder 6 nicht durch die Membran 4 beeinträchtigt wird, ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein zweites Führungselement 5 vorhanden, dessen Außenseite vor Kontakt mit Scheibenwaschflüssigkeit geschützt ist und in das das erste Führungselement 8 hineinragt. Das zweite Führungselement 5 umgibt einen Abschnitt der Rückstellfeder 6, die ihrerseits das erste Führungselement 8 umgibt. Durch das zweite Führungselement 5 wird ein ideales Einrollen des Hüllbereiches 4.3 der Membran in die Vertiefung 7.1 als Ausweichvolumen erreicht und verhindert, dass eine beim Öffnen des Membranventils auftretende Verformung der Membran 4 zu erheblichem seitlichen Druck auf die Rückstellfeder 6 und einer damit verbundenen Behinderung der Beweglichkeit der Rückstellfeder 6 führt. Das zweite Führungselement 5 ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Hülse, die einen Hülsenboden aufweist.
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Vorteilhaft umgibt das zweite Führungselement 5 die Rückstellfeder 6 vom zentralen Bereich 4.2 der Membran ausgehend zumindest auf einem Drittel ihrer Länge bei geschlossenem Ventil, äußerst vorteilhaft bis zur Höhe des Beginns des Randbereich 4.1. Die das zweite Führungselement bildende Hülse kann weiterhin ohne Beeinträchtigung ihrer Funktion in ihrer Umfangswand mehrere in axialer Richtung verlaufende Schlitze aufweisen. Die Breite derartiger Schlitze kann erheblich sein, so dass unter Umständen Lücken in der Umfangswand einen größeren Teil des Umfangs ausmachen als zwischen den Lücken oder Schlitzen vorhandene Wandsegmente.
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In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Membranventils für eine Spritzdüse eines Scheibenwischers in einer Schnittansicht gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der 1 nur in der Ausgestaltung des zweiten Führungselements 5, das bei dem Ausführungsbeispiel der 2 als eine Hülse ohne Hülsenboden ausgeführt ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist nicht erforderlich, dass das zweite Führungselement 5 eine vollständige Ringwand bildet. Möglich ist beispielsweise auch, dass ein ringförmiger Abschnitt des zweiten Führungselements 5 mehre Stäbe oder Wandabschnitte trägt, zwischen denen Lücken sind.
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3 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels von 1. Während das zweite Führungselement 5 bei 1 nur an der Außenseite der Rückstellfeder 6 anliegt, liegt das zweite Führungselement 5 bei dem Ausführungsbeispiel der 3 sowohl an der Innenseite als auch an der Außenseite der Rückstellfeder 6 an. Beispielsweise kann das zweite Führungselement 5 als eine doppelwandige Hülse mit einer inneren Wand und einer äußeren Wand ausgebildet sein, so dass die Rückstellfeder 6 zwischen der inneren Wand und der äußeren Wand angeordnet ist. Das erste Führungselement 8 ragt in das zweite Führungselement 5 hinein und liegt an dessen innerer Wand an. Anstatt einer vollständigen inneren Wand und einer vollständigen äußeren Wand kann das zweite Führungselement 5 auch Stäbe oder Streifen aufweisen, die ringförmig innerhalb und außerhalb der Rückstellfeder 6 angeordnet sind.
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In den 1 bis 3 ist das zweite Führungselement 5 als separates Bauteil dargestellt. Denkbar ist jedoch auch, dass das zweite Führungselement 5 als eine Komponente eines 2-Komponentenspritzgussteiles zusammen mit der Membran 4 durch Umspritzen des zweiten Führungselements 5 hergestellt ist.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Membranventils für eine Spritzdüse eines Scheibenwischers in einer Schnittansicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das zweite Führungselement 5 in die Membran 4 integriert und einstückig mit ihr ausgebildet. Die Membran 4 bildet eine Hülse, in der zumindest ein Abschnitt der Rückstellfeder 6 angeordnet ist. Diese von der Membran 4 gebildete Hülse ist bei diesem Ausführungsbeispiel das zweite Führungselement 5. Die Innenseite des zweiten Führungselements 5 ist der Rückstellfeder 6 zugewandt, die Außenseite des zweiten Führungselements 5 und somit der Hülse ist von der Rückstellfeder 6 abgewandt. Die Außenseite der Hülse und somit die Außenseite des zweiten Führungselements 5 ist vor Kontakt mit Scheibenwaschflüssigkeit geschützt, während die Außenseite der Membran 4 im Betrieb mit Scheibenwaschflüssigkeit in Kontakt kommt.
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In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Membranventils für eine Spritzdüse eines Scheibenwischers in einer Schnittansicht gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das zweite Führungselements 5 kein separates Bauteil, sondern in den Ventildeckel 7 integriert und einstückig mit ihm ausgeführt. Das zweite Führungselement 5 kann im Übrigen ebenso wie schon vorangehend beschrieben Durchbrüche aufweisen, also insbesondere eine Hülse oder eine Struktur mit ringförmig angeordneten Stäben sein.
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Ähnlich wie bei den Ausführungsbeispielen der 1 bis 4 ist die Rückstellfeder 7 auch bei dem Ausführungsbeispiel von 5 durch einen erstes Führungselement 8 in Form eines Zapfens stabilisiert. Dieses erste Führungselement 8 ist in 5 jedoch einstückig mit der Membran 4 ausgebildet, kann aber auch ein separates Bauteil sein.
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In 6 ist eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels von 5 dargestellt. Während das zweite Führungselement 5 bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen nur an der Außenseite der Rückstellfeder 6 anliegt, liegt das zweite Führungselement 5 bei dem Ausführungsbeispiel der 4 sowohl an der Innenseite als auch an der Außenseite der Rückstellfeder 6 an. Beispielsweise kann das zweite Führungselement 5 als eine doppelwandige Hülse mit einer inneren Wand und einer äußeren Wand ausgebildet sein, so dass die Rückstellfeder 6 zwischen der inneren Wand und der äußeren Wand angeordnet ist. Auch bei dieser Ausgestaltung ragt das erste Führungselement 8 in einen von der inneren Wand des zweiten Führungselements 5 umschlossenen Innenraum hinein. Anstatt einer vollständigen inneren Wand und einer vollständigen äußeren Wand kann das zweite Führungselement 5 auch Stäbe oder Streifen aufweisen, die ringförmig innerhalb und außerhalb der Rückstellfeder 6 angeordnet sind.
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Bei allen dargestellten Ausführungsformen überschneiden sich das erste Führungselement 8 und das zweite Führungselement 5 in ihrer axialen Ausdehnung. Vorteilhaft beträgt die Länge dieses Abschnitts mindestens ein Sechstel, insbesondere mindestens ein Viertel der Federlänge bei geschlossenem Ventil. In den gezeigten Ausführungsbeispielen beträgt dieser Längenbereich sogar ungefähr die Hälfte der Federlänge.
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7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Membranventils für eine Spritzdüse eines Scheibenwischers in einer Schnittansicht. Das zweite Führungselement 5 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als eine Hülse ausgebildet, die in die Rückstellfeder 6 hineinragt. Das zweite Führungselement 5 kann somit an einer Innenseite der Rückstellfeder 6 anliegen. Das erste Führungselement 8 ragt in das Führungselement 5 hinein. Das erste Führungselement 8 kann somit an einer Innenseite des zweiten Führungselements 5 anliegen.
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Für ein teleskopartiges Zusammenwirken von erstem Führungselement 8 und zweitem Führungselement 5 ist es vorteilhaft, wenn beide Führungselemente 5, 8 in axialer Richtung der Rückstellfeder 6 bei geschlossenem Ventil auf einer Länge überlappen oder sogar aneinander anliegen, die wenigstens ein Sechstel, insbesondere ein Viertel der Länge der Rückstellfeder 6 beträgt.
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Das erste Führungselement 8 geht bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel von dem Ventildeckel 7 aus, so dass das zweite Führungselement 5 in erster Linie einen von dem Ventildeckel 7 abgewandten Endabschnitt der Rückstellfeder 6 stabilisiert. Es ist aber auch möglich, dass das erste Führungselement 8 von der Membran 4 ausgeht und das zweite Führungselement 5 dann primär einen dem Ventildeckel 7 zugewandten Endabschnitt der Rückstellfeder 6 stabilisiert.
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Bevorzugt ist dabei das erste Führungselement 8 unveränderlich in seiner Lage zur einen Stirnseite der Rückstellfeder 6, das zweite Führungselement 5 unveränderlich in seiner Lage zur anderen Stirnseite der Rückstellfeder 6 angeordnet, wobei dies im Allgemeinen nicht durch eine feste Verbindung erfolgt, sondern lediglich durch die Spannkraft der Rückstellfeder 6
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Das zweite Führungselement 5 hat einen Boden 5.1, der radial nach außen vorsteht und ein Ende der Rückstellfeder 6 bedeckt. Auf diese Weise kann die Rückstellfeder 6 zusätzlich stabilisiert werden.
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Bei allen Ausführungsbeispielen kann die Rückstellfeder 6 an ihrem dem Ventildeckel 7 zugewandten Ende vorteilhaft durch eine im oder am Ventildeckel 7 ausgebildete Struktur positioniert sein, beispielsweise in einer Nut -wie in 7 dargestellt- oder zwischen Stegen oder an einem Steg oder Absatz geführt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ventilgehäuse
- 2
- Gehäuseöffnung
- 3
- Gehäuseöffnung
- 4.
- Membran
- 4.1
- Randbereich der Membran
- 4.2
- zentraler Bereich der Membran
- 4.3
- Hüllbereich der Membran
- 5
- zweites Führungselement
- 5.1
- Boden
- 6
- Rückstellfeder
- 7
- Ventildeckel
- 7.1
- Vertiefung im Ventildeckel
- 8
- erstes Führungselement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004021486 A1 [0001]
