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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft Fahrzeugbremssysteme und insbesondere einen verbesserten
Ventilsitz für
ein Steuerventil, welches in einer hydraulischen Steuereinheit eines
elektronisch gesteuerten Bremssystems angebracht ist.
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Elektronisch
gesteuerte Bremssysteme für Fahrzeuge
sind wohlbekannt. Eine Art eines elektronisch gesteuerten Bremssystems
umfasst eine hydraulische Steuereinheit (HCU), die in Fluidverbindung
zwischen einen Hauptzylinder und mehrere Radbremsen geschaltet ist.
Die HCU weist typischerweise ein Gehäuse auf, das Steuerventile
und andere Bauteile zum wahlweisen Steuern hydraulischen Bremsdrucks
an den Radbremsen enthält.
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Steuerventile
für HCUs
sind gemeinhin als elektronisch betätigte Elektromagnetventile
ausgestaltet. Ein typisches Elektromagnetventil umfasst einen zylindrischen
Anker, der verschieblich in einer Hülse oder einem Flussrohr zur
Bewegung bezüglich eines
Ventilsitzes aufgenommen ist. Eine Feder wird dazu verwendet, den
Anker in eine Offen- oder Schließstellung zu drängen, wodurch
ein Fluidstrom durch das Ventil zugelassen bzw. unterbunden wird. Eine
Spulenanordnung ist um die Hülse
herum vorgesehen. Wenn das Ventil bestromt wird, bewirkt ein von
der Spulenanordnung erzeugtes elektromagnetisches Feld oder elektromagnetischer
Fluss, dass der Anker aus der vorgespannten Offen- oder Schließstellung
in eine Schließ-
bzw. Offenstellung gleitet.
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In
einer HCU angebrachte Steuerventile werden durch ein elektronisches
Steuermodul betätigt, um
gewünschte
Bremsfunktionen wie etwa Antiblockierbremsen, Traktionskontrolle
und Fahrzeugstabilitätskontrolle
bereitzustellen. Zum Erzielen gewünschter Bremsverhalten muss
während
einer Bremsfreigabe unter allen Fluiddruckbedingungen ein Fluidstrom
von den Radbremsen zum Hauptzylinder aufrechterhalten werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft eine Ventilsitzanordnung für ein Steuerventil eines Fahrzeugbremssystems.
Der Ventilsitz umfasst einen Ventilsitzkörper. Ein Ventildurchlass erstreckt
sich durch einen Teil des Ventilsitzkörpers. Auf einer Außenfläche des Ventilsitzkörpers ist
eine Nut in Umfangsrichtung gebildet. Die Nut legt eine Nutfläche im Wesentlichen parallel
zu einer Achse des Ventilkörpers
fest. Eine Bohrung verläuft
zwischen der Nutfläche
und dem Ventildurchlass, um eine Fluidverbindung zwischen der Nutfläche und
dem Ventildurchlass bereitzustellen. In der Nut des Ventilsitzkörpers ist
eine im Wesentlichen elastisch nachgiebige Dichtung angeordnet.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugbremssystems, die
eine hydraulische Steuereinheit mit einem normal offenen Steuerventil,
einem normal geschlossenen Steuerventil, einem Akkumulator und einer
Pumpe bildlich darstellt.
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2 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
des in 1 dargestellten, normal offenen Steuerventils,
die den erfindungsgemäßen Ventilsitz zeigt.
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3 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
des in 2 dargestellten Ventilsitzes.
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4 ist
eine vergrößerte, teils
geschnittene Ansicht des in den 2 und 3 dargestellten Ventilsitzes,
die den Fluidströmungsweg
zeigt.
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5 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
einer anderen Ausführungsform
des in 2 dargestellten Ventilsitzes.
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6 ist
eine vergrößerte Querschnittsdarstellung
einer noch anderen Ausführungsform
des in 2 dargestellten Ventilsitzes.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Ein
exemplarisches Fahrzeugbremssystem mit einem Ventil gemäß dieser
Erfindung ist allgemein bei 10 in 1 wiedergegeben.
Das Bremssystem 10 enthält
Ventile und weitere im Folgenden beschriebene Bauteile, um eine
Antiblockierbremsfunktion bereitzustellen. In anderen Ausführungsformen kann
das Bremssystem 10 auch Bauteile enthalten, um eine Antriebsschlupfriegelung
und/oder Fahrzeugstabilitätssteuerfunktionen
bereitzustellen. In noch anderen Ausführungsformen kann das Bremssystem 10 als
ein elektronisches Bremsenmanagementsystem ausgestaltet sein.
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Das
exemplarische Bremssystem 10 enthält ein mit einem Hauptzylinder 14 verbundenes
Bremspedal 12, um unter Druck gesetztes Bremsfluid an mehrere
Radbremsen 16 liefern zu können, von denen nur eine gezeigt
ist. Die Radbremse 16 ist schematisch als eine Scheibenbremse
dargestellt. Jedoch kann die Radbremse 16 jegliche andere
Art einer an Fahrzeugen vorkommenden Radbremse sein, einschließlich einer
Trommelbremse.
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Das
Bremssystem 10 umfasst auch eine hydraulische Steuereinheit
(HCU) 18, die in Fluidverbindung zwischen den Hauptzylinder 14 und
die Radbremse 16 geschaltet ist. Die HCU weist ein Gehäuse 19 mit
Bohrungen zum Aufnehmen von Steuerventilen und anderen untenstehend
beschriebenen Bauteilen auf. Zwischen den Bohrungen sind Fluidleitungen
vorhanden, um eine Fluidverbindung zwischen den Ventilen und anderen
Bauteilen bereitzustellen. Der Darstellungsklarheit wegen ist in 1 nur
ein Satz von Bauteilen wiedergegeben. Typischerweise beherbergt
die HCU 18 jedoch auch entsprechende Bauteile für andere
Bremskreise und/oder Räder
des Fahrzeugs.
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Die
HCU 18 enthält
vorzugsweise ein normal offenes Steuerventil 20, gemeinhin
als ein Absperrventil bezeichnet, welches zwischen dem Hauptzylinder 14 und
der Radbremse 16 angeordnet ist, wenigstens einen Niederdruckspeicher 22,
ein normal geschlossenes Steuerventil 24, gemeinhin als
ein Ablassventil bezeichnet, welches zwischen der Radbremse 16 und
dem Niederdruckspeicher 22 angeordnet ist, und eine Hydraulikpumpe 26 mit
einem Einlass, der mit dem Niederdruckspeicher 22 verbunden
ist, und einem Pumpenauslass, der mit der Fluidleitung zwischen
dem Hauptzylinder 14 und dem Steuerventil 20 verbunden
ist. Die HCU 18 kann abhängig von dem Systemaufbau auch
weitere Fluidströmungseinrichtungen
wie etwa einen Dämpfer, Drosselblenden
und Rückschlagventile
aufweisen (von denen keine dargestellt sind). Das bei 20 dargestellte,
exemplarische Steuerventil ist vorzugsweise als ein zwischen zwei
Stellungen schaltbares Elektromagnetventil ausgeführt. Das
Steuerventil 24 ist ebenfalls vorzugsweise als ein zwischen
einer Offen- und einer Schließstellung
schaltbares Elektromagnetventil ausgebildet. Die Ventile 20 und 24 sowie
die Pumpe 26 sind elektrisch mit einem elektronischen Steuermodul
(nicht dargestellt) verbunden und werden auf wohlbekannte Art und
Weise betrieben, um ein gewünschtes
Systembremsverhalten bereitzustellen.
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Eine
Schnittansicht eines Teils des Steuerventils 20 ist in 2 dargestellt.
Das Steuerventil 20 ist in einer Bohrung 28 aufgenommen,
die in dem Gehäuse 19 ausgebildet
ist. Das Steuerventil 20 umfasst vorzugsweise einen Ventilkörper 30 mit
einem ersten Körperteil
oder Hülse 32 und
einem zweiten Körperteil
oder Ventilsitzanordnung 33. Die Ventilsitzanordnung 33 hat
einen Ventilsitzkörper
oder Ventilsitz 34 mit einer Nut 36, die in einer
Außenfläche von ihr
in Umfangsrichtung ausgebildet ist.
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Das
Steuerventil 20, welches ein normal offenes Steuerventil
ist, umfasst ferner einen Anker 38, der verschieblich in
einem Durchgang oder einer Bohrung 40 der Hülse 32 aufgenommen
und von dem Ventilsitz 34 weggedrängt ist, wenn das Steuerventil 20 nicht
bestromt ist. Um die Hülse 32 herum
ist eine Spulenanordnung 42 angeordnet. Wenn die Spulenanordnung 42 zum
Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes bestromt wird, wird der
Anker 38 zum Ventilsitz 34 hin gezogen, um eine
Fluidströmung
durch das Ventil 20 zu unterbinden.
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Wenn
die Spuleanordnung 2 unbestromt ist, befindet sich der
Anker 38 in einer Endlage des Hubs entfernt vom Ventilsitz 34,
so dass das Steuerventil 20 in einer Offenstellung ist,
wie in 2 gezeigt. Vorzugsweise befindet sich eine Feder 44 im
Eingriff mit dem Anker 38, um den Anker 38 vom
Ventilsitz 34 wegzudrängen,
wenn das Steuerventil 20 in der Offenstellung ist. Wenn
die Spulenanordnung 42 bestromt ist, befindet sich der
Anker 38 in einer Endlage des Hubs zum Ventilsitz 34 hin,
so dass das Steuerventil 20 eine Schließstellung einnimmt. Wenn das Steuerventil 20 in
der Schließstellung
ist, wird eine Fluidströmung
durch das Steuerventil 20 blockiert. Wenn das Steuerventil 20 in
der Offenstellung ist, wird eine Fluidströmung durch das Steuerventil 20 nicht
blockiert.
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Ein
ringförmiger
Teil 46 benachbart einem offenen Ende der Hülse 32 ist
auf einem sich radial auswärts
erstreckenden Flansch 48 gequetscht, der auf dem Ventilsitz 34 ausgebildet
ist. Vorzugsweise wird die Hülse 32 mittels
Durchsetzfügen
in der Boh rung 28 gehalten, wobei Material des Gehäuses 19 in eine
Nut 50 gedrängt
wird, welche in der Außenfläche der
Hülse 32 ausgebildet
ist, wie in 2 dargestellt. Die Hülse 32 und
der Ventilsitz 34 können
zusammen auch durch jegliche gewünschten
mechanischen oder chemischen Mittel in der Bohrung 28 gehalten werden,
die ein Halten der Hülse 32 in
der Bohrung 28 bewirken.
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Der
Ventilsitz 34 weist einen längsgerichteten (vorzugsweise
axialen) Fluiddurchlass 52 auf, der in einer Bohrung 54 verringerten
Durchmessers endet. Auf einer Außenfläche des Ventilsitzes 34 ist
ein Sitz 56 ausgebildet. Falls gewünscht, kann der Sitz 56 einen
Winkel a1 haben. Vorzugsweise hat der Sitz 56 einen Winkel
a1 im Bereich von ungefähr
3 Grad bis ungefähr
5 Grad, gemessen von einer Ebene 58 senkrecht zu einer
Achse A des Ventilsitzes 34. Noch bevorzugter hat der Sitz 56 einen
Winkel a1 von ungefähr
4 Grad. Eine Stirnfläche 60 des
Ankers 38 wirkt als ein Ventildichtelement und berührt den
Sitz 56, wenn der Anker 38 sich abwärts bewegt.
Der Fluiddurchlass 52 ist blockiert, wenn die Stirnfläche 60 in Eingriff
mit dem Sitz 56 kommt.
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Benachbart
zu einem Einlass des Fluiddurchlasses 52 kann eine Filteranordnung 62 vorgesehen
sein, obwohl eine solche Filteranordnung nicht erforderlich ist.
Eine im Wesentlichen federnd nachgiebige Lippendichtung 64 kann
in der Nut 36 des Ventilsitzes 34 zum Abdichten
zwischen dem Ventilsitz 34 und der Bohrung 28 des
Gehäuses 19 vorgesehen
sein. Die Lippendichtung 64 umfasst einen federnd nachgiebigen
kreisringförmigen
Körper 66 mit einem
ersten Ende 68 und einem zweiten Ende 70. Eine
federnd elastische kreisringförmige
Dichtungslippe 72 erweitert sich von dem Körper 66 nach
außen
in der allgemeinen Richtung des zweiten Endes 70. Es versteht
sich, dass jegliche andere gewünschte
Art von Fluidabdichtmitteln ebenfalls verwendet werden kann.
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Wie
am besten in den 2 und 3 gezeigt,
ist wenigstens eine Bohrung 74 in dem Ventilsitz 34 ausgebildet
und verläuft
zwischen der Nut 36 und dem Durchlass 52. Vorzugsweise
hat die Bohrung 74 einen Durchmesser von ungefähr 0,25
mm, jedoch kann die Bohrung 74 jeden gewünschten Durchmesser
haben. Falls gewünscht
kann eine Öffnung 77 der
Bohrung 74 an der Nut 36 einen relativ zum Durchmesser
der Bohrung 74 größeren Durchmesser
haben, wodurch ein konischer Bohrungsteil zwischen der Öffnung größeren Durchmessers
und der Bohrung 74 festgelegt wird. Obwohl die Bohrung 74 als
sich im Wesentlichen radial zwischen der Nut 36 und dem
Durchlass 52 erstreckend dargestellt ist, versteht es sich,
dass die Bohrung 74 jede Bohrung sein kann, die eine Fluidverbindung
zwischen der Nut 36 und dem Durchlass 52 herstellt.
Die in 3 mittels Phantomlinie 75 dargestellte Bohrung
illustriert zum Beispiel eine solche Bohrung. Es versteht sich, dass
der Ventilsitz 34, obwohl zwei Bohrungen 74 in 3 dargestellt
sind, jegliche gewünschte
Anzahl an Bohrungen 74 aufweisen kann, z.B. eine Bohrung oder
drei Bohrungen, die zwischen der Nut 36 und dem Durchgang 28 verlaufen.
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Die
Nut 36 umfasst vorzugsweise eine erste Nutfläche 36A,
die im Wesentlichen parallel zur Achse A des Ventilsitzes 34 ist.
Eine zweite Nutfläche 36B ist
benachbart der ersten Nutfläche 36A angeordnet
und erstreckt sich, gemäß der Ansicht
in 3, von der ersten Nutfläche 36A nach unten
und außen.
Die zweite Nutfläche 36B ist
vorzugsweise unter einem spitzen Winkel a2 angeordnet, etwa unter
einem Winkel a2 im Bereich von ungefähr 30 Grad bis ungefähr 60 Grad
bezüglich
der ersten Nutfläche 36A.
Noch bevorzugter ist die zweite Nutfläche 36B unter einem
Winkel a2 im Bereich von ungefähr
40 Grad bis ungefähr
50 Grad relativ zur ersten Nutfläche 36A angeordnet.
Am bevorzugtesten ist die zweite Nutfläche 36B unter einem
Winkel a2 von ungefähr 45
Grad bezüglich
der ersten Nutfläche 36A angeordnet.
Eine dritte Nutfläche 36C ist
benachbart der zweiten Nutfläche 36B angeordnet
und legt einen Stufenteil der Nut 36 fest. Die dritte Nutfläche 36C erstreckt
sich, gesehen gemäß 3,
von der ersten Nutfläche 36B auswärts. Vorzugsweise
ist die dritte Nutfläche 36C im
Wesentlichen rechtwinklig bezüglich
der ersten Nutfläche 36A angeordnet.
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Vorzugsweise
wird ein Fluidfluss von der Bremse 16 durch eine erste
Leitung 76 zum Hauptzylinder 14 durch eine zweite
Leitung 78 zwischen der Lippendichtung 64 und
der Bohrung 28 des Gehäuses 19 unter
allen Fluiddruckbedingungen während einer
Bremsfreigabe aufrechterhalten. Es ist jedoch bekannt, dass Lippendichtungen
in bekannten Steuerventilen sich verformen können, wenn ein genügend großer Differenzdruck
zwischen der Bremse 16 und dem Hauptzylinder 14 existiert,
wie beispielsweise während
einer Bremsentlastung, wodurch Druck gegenüber dem ersten Ende 68 der
Lippendichtung 64 eingeschlossen wird. Wenn der Fluiddruck
am ersten Ende 68 der Lippendichtung 64 relativ
zum zweiten Ende 70 der Lippendichtung 64 deutlich
höher ist,
was der Fall wäre,
wenn der Differenzdruck über
die Lippendichtung 64 rasch ansteigt, z.B. im Bereich von
ungefähr
5000 bar pro Sekunde bis ungefähr
38000 bar pro Sekunde, dann existiert solch ein hoher Differenzdruck.
Ein solcher Differenzdruck kann beispielsweise hervorgerufen werden,
wenn der Fuß des
Fahrzeugführers
während
einer ABS-Bremsung vom Bremspedal rutscht. Während eines solchen Vorgangs
ist das Steuerventil 20 in der Schließstellung, wodurch Fluid gezwungen
wird, über
die Lippendichtung 64 zu strömen.
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Ein
solcher Differenzdruck kann bewirken, dass die Lippendichtung 64 sich
abwärts
bewegt, in der Richtung eines Pfeils 90 in 4,
und dadurch die Bohrung 74 freilegt. Ferner kann solch
ein Differenzdruck die sich erweiternde elastisch nachgiebige ringförmige Dichtungslippe 72 radial
nach außen
und gegen die Bohrung 28 des Gehäuses 19 drücken und dadurch
einen Fluidfluss zwischen der Lippendichtung 64 und der
Bohrung 28 unterbinden. Wenn der Fluiddruck hinter, z.B.
am zweiten Ende 70 der Lippendichtung 64 den Fluiddruck
am ersten Ende 68 übersteigt,
gibt die elastische ringförmige
Dichtungslippe 72 nach und erlaubt Fluid, zwischen der
Lippendichtung 64 und der Bohrung 28 zu strömen.
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Vorteilhaft
stellen die zweite Nutfläche 36B und
die radial verlaufende Bohrung 74 ökonomische Merkmale dar, die
eine solche Fluidströmungsbehinderung
im Wesentlichen beseitigen, wenn ein solcher hoher Differenzdruck
besteht. Wenn ein hoher Differenzdruck besteht, bewegt sich die
Lippendichtung 64 abwärts,
wie durch den Pfeil 90 in 4 gezeigt, und
gibt dadurch wenigstens einen Teil der Bohrung 74 frei.
Die radial verlaufende Bohrung 74 stellt dadurch einen
Strömungsweg
für Fluid
bereit, wie durch den Pfeil 92 gezeigt, selbst wenn die
Lippendichtung sich nach unten und außen bewegt, wie am besten in 4 dargestellt,
und dichtet den Fluidströmungsweg
zwischen der Lippendichtung 64 und der Bohrung 28 ab.
Genauer kann Fluid fortfahren, an einer Außenfläche der Lippendichtung 64 vorbei
und radial durch die radial verlaufende Bohrung 74 zum
Durchlass 52 zu strömen.
Dadurch wird ein Fluidströmungsweg
zwischen der Bremse 16 und dem Hauptzylinder 14 festgelegt
und eine Fluidströmung
wird zwischen der Lippendichtung 64 und der Bohrung 28 des
Gehäuses 19 unter
allen Fluiddruckbedingungen während
einer Bremsentlastung aufrechterhalten.
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Ferner
ist gezeigt worden, dass die zweite Nutfläche 36B ein Verformen
der elastischen Lippendichtung 64 nach unten und auswärts, wie
in 4 gezeigt, und in Berührung mit der zweiten Nutfläche 36B bewirkt.
Vorteilhaft legt die zweite Nutfläche 36B eine Rampe
fest. Wenn der hohe Differenzdruck zwischen der Bremse 16 und
dem Hauptzylinder 14 nicht mehr besteht (z.B. wenn der
Fluiddruck am zweiten Ende 70 der Lippendichtung 64 den
Fluiddruck am ersten Ende 68 übersteigt), stellt die Rampe 36B eine
Fläche
bereit, an der die elastische Lippendichtung 64 nach oben
und einwärts
gleiten kann, während
die Lippendichtung 64 in eine statische (unverformte) Stellung
wie in 3 dargestellt zurückkehrt. Wenn die Lippendichtung 64 in
die statische Stellung gemäß 3 zurückgekehrt
ist, bedeckt die Lippendichtung 64 wieder die Bohrung 74 und
unterbindet dadurch einen Fluidfluss durch die Bohrung 74 während eines
normalen Bremsbetriebs. Der Stufenteil 36C begrenzt den
Hub der Lippendichtung 64 und stellt damit weiter sicher,
dass die Lippendichtung 64 in die statische Stellung zurückkehren
und die Bohrung 74 abdecken kann.
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Eine
andere Ausführungsform
des Ventilsitzes ist allgemein mit 134 in 5 dargestellt.
Der Ventilsitz 134 ist ähnlich
dem Ventilsitz 34, umfasst jedoch eine erste Nutfläche 136 und
eine zweite Nutfläche 138.
Die zweite Nutfläche 138 verläuft von
der ersten Nutfläche 136 zu
der Außenfläche 140 des Ventilsitzes 134.
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Noch
eine andere Ausführungsform
des Ventilsitzes ist allgemein mit 234 in 6 dargestellt. Der
Ventilsitz 234 ist ähnlich
dem Ventilsitz 34, umfasst jedoch eine erste Nutfläche 236 mit
einer axialen Länge
b1, die größer als
eine axiale Länge
b2 der Lippendichtung 64 ist, so dass die Lippendichtung 64 sich
nach unten bewegen kann, in der Richtung eines Pfeils 94,
wenn ein hoher Differenzdruck besteht.
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In Übereinstimmung
mit den Vorschriften des Patentgesetzes sind das Prinzip und die
Betriebsweise dieser Erfindung in ihren bevorzugten Ausführungsformen
erläutert
und dargestellt worden. Es versteht sich jedoch, dass diese Erfindung
anders als genau erläutert
und dargestellt ausgeführt
werden kann, ohne ihren Geist oder Schutzbereich zu verlassen.
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Zusammenfassung
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Ventilsitz
für ein
Steuerventil in einem Fahrzeugbremssystem Eine Ventilsitzanordnung
(33) für ein
Steuerventil (20) eines Fahrzeugbremssystems (10)
weist einen Ventilsitzkörper
(34) auf. Ein Ventildurchlass (52) verläuft durch
einen Teil des Ventilsitzkörpers
(34). Eine Nut (36) ist in einer Außenfläche des
Ventilsitzkörpers
(34) in Umfangsrichtung ausgebildet. Die Nut (36)
legt eine Nutfläche
(36A) im Wesentlichen parallel zu einer Achse (A) des Ventilkörpers (30)
fest. Eine Bohrung (74) verläuft zwischen der Nutfläche (36A)
und dem Ventildurchlass (52), um eine Fluidverbindung zwischen
der Nutfläche (36A)
und dem Ventildurchlass (52) herzustellen. Eine im Wesentlichen
elastische Dichtung (64) ist in der Nut (36) des
Ventilsitzkörpers
(34) angeordnet.