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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, eine Hochdruckpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 10 und ein Hochdruckeinspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 11.
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Stand der Technik
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In Hochdruckeinspritzsystemen für Verbrennungsmotoren, insbesondere in Common-Rail-Einspritzsystemen von Diesel- oder Benzinmotoren, sorgt eine Hochdruckpumpe dauernd für die Aufrechterhaltung des Druckes in dem Hochdruckspeicher des Common-Rail-Einspritzsystems. Die Hochdruckpumpe kann beispielsweise durch eine Nockenwelle des Verbrennungsmotors mittels einer Antriebswelle angetrieben werden. Für die Förderung des Kraftstoffs zur Hochdruckpumpe werden Vorförderpumpen, z. B. eine Zahnrad- oder Drehschieberpumpe, verendet, die der Hochdruckpumpe vorgeschaltet sind. Die Vorförderpumpe fördert den Kraftstoff von einem Kraftstofftank durch eine Kraftstoffleitung zu der Hochdruckpumpe.
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Als Hochdruckpumpen werden unter anderem Kolbenpumpen eingesetzt. In einem Gehäuse ist eine Antriebswelle gelagert. Radial dazu sind Kolben in einem Zylinder angeordnet. Auf der Antriebswelle mit wenigstens einem Nocken liegt eine Laufrolle mit einer Rollen-Rollfläche auf, die in einem Rollenschuh gelagert ist. Der Rollenschuh ist mit dem Kolben verbunden, so dass der Kolben zu einer oszillierenden Translationsbewegung gezwungen ist. Eine Feder bringt auf den Rollenschuh eine radial zu der Antriebswelle gerichtet Kraft auf, so dass die Laufrolle in ständigen Kontakt zu der Antriebswelle steht. Die Laufrolle steht mit der Rollen-Rollfläche an einer Wellen-Rollfläche als Oberfläche der Antriebswelle mit dem wenigstens einen Nocken in Kontakt mit der Antriebswelle. Die Laufrolle ist mittels eines Gleitlagers in dem Rollenschuh gelagert.
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Die Antriebswelle mit dem wenigstens einen Nocken, die Laufrolle und der Rollenschuh sind dabei innerhalb eines Schmierraumes der Hochdruckpumpe angeordnet. Durch diesen Schmierraum wird von der Vorförderpumpe zu der Hochdruckpumpe geförderter Kraftstoff geleitet, um einerseits die Komponenten innerhalb des Schmierraumes zu schmieren und diese mit dem durch den Schmierraum geleiteten Kraftstoff zu kühlen. Der von der Vorförderpumpe zu der Hochdruckpumpe geförderte Kraftstoff umfasst somit im Volumenstrom einerseits den durch den Schmierraum geleiteten Kraftstoff zum Schmieren und Kühlen der Komponenten der Hochdruckpumpe innerhalb des Schmierraumes sowie den für die Hochdruckpumpe bestimmten Kraftstoff zur Förderung unter Hochdruck zu dem Hochdruck-Rail. Dabei soll an einer Kraftstoffleitung von der Vorförderpumpe zu der Hochdruckpumpe ein im Wesentlichen konstanter Druck vorliegen. Aus diesem Grund ist in einem Strömungskanal von der Vorförderpumpe zu dem Schmierraum ein Überströmventil angeordnet. Oberhalb eines vorgegebenen Druckes, z. B. 5,5 bar, öffnet das Überströmventil und leitet dadurch mehr Kraftstoff durch den Schmierraum und dieser durch den Schmierraum geleitete Kraftstoff wird wieder dem Kraftstofftank zugeführt. Bei einem Absinken des Druckes vor dem Überströmventil, z. B. unter 4,5 bar, schließt das Überströmventil.
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Derartige Überströmventile weisen einen Schließkolben auf der zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung beweglich an einem Zylinder gelagert ist. Durch eine Zulauföffnung kann Kraftstoff in das Überströmventil ein- und durch eine Ablauföffnung aus dem Überströmventil abgeleitet werden. Auf den Schließkolben wirkt einerseits der Druck des Kraftstoffes an der Zulauföffnung und außerdem eine Feder. Die von der Feder und dem Kraftstoff unter Druck stehenden Kräfte, welche auf den Schließkolben einwirken, sind dabei entgegengesetzt gerichtet, so dass sich bei einem unterschiedlichen Druck des Kraftstoffes an der Zulauföffnung der Schließkolben innerhalb des Zylinders bewegt. Die in einen von dem Zylinder eingeschlossenen Zylinderraum mündenden Ablauföffnungen sind dabei in der Schließstellung des Schließkolbens verschlossen. Erst bei einer Erhöhung des Druckes an der Zulauföffnung durch den Kraftstoff bewegt sich der Schließkolben in eine Öffnungsstellung, in welcher die Ablauföffnungen an dem Zylinderraum nicht von dem Schließkolben verschlossen sind.
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Die
DE 10 2009 026 596 A1 zeigt eine Hochdruckpumpe zum Fördern eines Fluides, insbesondere Kraftstoff, umfassend eine Antriebswelle, wenigstens einen Kolben, wenigstens einen Zylinder zur Lagerung des Kolbens, wobei sich der wenigstens eine Kolben mittelbar oder unmittelbar auf dem wenigstens einen Nocken abstützt, so dass von dem wenigstens einen Kolben eine Translationsbewegung aufgrund einer Rotationsbewegung der Antriebswelle ausführbar ist.
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Die
DE 10 2011 076 023 zeigt ein Überströmventil mit einem Ventilzylinder, einem Schließkolben und einer Ventilfeder, bei welchem der Schließkolben einen Dichtsitz aufweist, der in einer Schließstellung des Schließkolbens eine Zulauföffnung des Überströmventils verschließt.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäßes Ventil, insbesondere Überströmventil, umfassend einen von einem Ventilgehäuse begrenzten und/oder gebildeten Ventilzylinder, einen innerhalb des Ventilzylinders zwischen einer Schließstellung und Öffnungsstellung beweglichen Schließkolben, so dass in der Schließstellung das Ventil geschlossen und in der Öffnungsstellung das Ventil geöffnet ist, eine Zulauföffnung zur Zuführung eines Fluides innerhalb eines von dem Ventilzylinder eingeschlossenen Zylinderraumes, wenigstens eine, insbesondere nur eine, Ablauföffnung zur Abführung des in den Zylinderraum eingeleiteten Fluides, ein mit dem Schließkolben verbundenes elastisches Ventilelement, insbesondere Ventilfeder, mit welcher auf den Schließkolben eine Druckkraft aufbringbar ist, die entgegengesetzt zu einer von dem Fluid innerhalb des Zylinderraumes auf den Schließkolben aufbringbaren Druckkraft ausgerichtet ist, so dass der Schließkolben mittels der von dem elastischen Ventilelement und dem Fluid auf den Schließkolben aufgebrachten Druckkraft zwischen der Schließstellung der Öffnungsstellung bewegbar ist, so dass in der Schließstellung die Zulauföffnung von dem Schließkolben verschlossen ist und in der Öffnungsstellung die Zulauföffnung geöffnet ist, wobei das Ventil eine Ergänzungszulauföffnung umfasst zur Zuführung des Fluides innerhalb eines von dem Ventilzylinder eingeschlossenen Zylinderraumes und in der Schließstellung die Ergänzungszulauföffnung von dem Schließkolben verschlossen ist und in der Öffnungsstellung die Ergänzungszulauföffnung geöffnet ist. Das Ventil kann damit auch als Steuerventil für einen Lagerrücklauf eingesetzt werden, indem ein Rücklauf zur Schmierung und/oder Kühlung des Lagers aus dem Lager in fluidleitender Verbindung mit der Ergänzungszulauföffnung steht.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist die Ergänzungszulauföffnung in einem axialen Abstand bezüglich einer fiktiven Achse in Bewegungsrichtung des Schließkolbens zu der Zulauföffnung ausgebildet.
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In einer ergänzenden Ausführungsform beträgt der axiale Abstand wenigstens 20%, 50% oder 100% des Durchmessers des Schließkolbens.
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Zweckmäßig ist der Schließkolben mit einem Dichtsitz versehen und in der Schließstellung des Schließkolbens verschließt der Dichtsitz die in den Zylinderraum mündende Zulauföffnung und/oder die in den Zylinderraum mündende Zulauföffnung weist eine kleinere, insbesondere um das 2- oder 3-Fache kleinere, Strömungsquerschnittsfläche auf als der Ventilzylinder und/oder die Zulauföffnung ist an einem axialen Ende des Zylinderraumes ausgebildet und/oder die Ergänzungszulauföffnung ist an einem radialen Ende des Zylinderraumes ausgebildet.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform bildet der Ventilzylinder im Bereich der Zulauföffnung einen Anschlag zur Begrenzung der Bewegung des Schließkolbens und der Dichtsitz liegt in der Schließstellung des Schließkolbens auf dem Anschlag auf. Aufgrund der kleineren Strömungsquerschnittsfläche der axialen Zulauföffnung bzw. des axialen Zulaufkanales, in den von dem Zylinder eingeschlossenen Zylinderraum, bildet sich ein Anschlag auf dem der Dichtsitz in der Schließstellung aufliegt. Dadurch kann einerseits mit dem Anschlag die Bewegung des Schließzylinders begrenzt werden, d. h. in der Schließstellung liegt der Schließkolben auf dem Anschlag auf, und der Dichtsitz liegt auf dem Anschlag vollständig auf und umgibt die Zulauföffnung vollumlaufend, so dass dadurch die Zulauföffnung vollständig verschlossen ist.
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In einer weiteren Variante ist innerhalb des Ventilzylinders ein Federhalter angeordnet und der Federhalter ist mit dem elastischen Ventilelement verbunden und/oder auf dem Federhalter liegt das elastische Ventilelement auf. Das elastische Element liegt an einem Ende auf dem Schließkolben auf und an einem anderen Ende an dem Federhalter. Zweckmäßig ist der Federhalter form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssig mit dem Ventilgehäuse, insbesondere dem Gehäuse der Hochdruckpumpe, verbunden.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform ist der Zylinderraum von dem Schließkolben in einen ersten Zylinderteilraum und einen zweiten Zylinderteilraum unterteilt und in den ersten Zylinderteilraum mündet die Zulauföffnung und vorzugsweise mündet die wenigstens eine Ablauföffnung in den zweiten Zylinderteilraum und vorzugsweise ist die wenigstens eine, vorzugsweise nur eine, Ablauföffnung von einem Auslaufstutzen begrenzt. Von dem Fluid, insbesondere Kraftstoff, wird die auf den Schließkolben aufgebrachte Druckkraft an derjenigen Oberfläche des Schließkolbens aufgebracht, welche den ersten Zylinderteilraum begrenzt. Diese von dem Fluid auf den Schließkolben aufgebrachte Druckkraft in axialer Richtung des Schließkolbens bzw. des Zylinders ist entgegengesetzt zu der von dem elastischen Ventilelement auf den Schließkolben aufgebrachten Druckkraft. Aus diesem Grund ist es besonders vorteilhaft, das elastische Ventilelement innerhalb des zweiten Zylinderteilraumes anzuordnen, damit die von dem elastischen Ventilelement auf dem Schließkolben aufgebrachte Kraft entgegengesetzt zu der von dem Fluid auf den Schließkolben aufgebrachten Druckkraft ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist der Schließkolben mit einem Öffnungskanal versehen durch welchen das Fluid von dem ersten in den zweiten Zylinderteilraum, insbesondere in sämtlichen Stellungen des Schließkolbens, leitbar ist.
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In einer ergänzenden Ausgestaltung ist der Schließkolben mit einem Zusatzöffnungskanal versehen durch welchen das Fluid von dem ersten in den zweiten Zylinderteilraum, insbesondere nur in der Öffnungsstellung des Schließkolbens, leitbar ist und vorzugsweise mündet in der Öffnungsstellung des Schließkolbens die Ergänzungszulauföffnung in den Zusatzöffnungskanal und in der Schließstellung des Schließkolbens ist die Ergänzungszulauföffnung von dem Schließkolben verschlossen.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist an dem Ventil in einem ersten kleineren Druckbereich an dem Zulaufkanal nur die Zulauföffnung geöffnet und in einem zweiten größeren Druckbereich an dem Zulaufkanal sowohl die Zulauföffnung als auch die Ergänzungszulauföffnung geöffnet und umgekehrt. Bei einem Ansteigen des Druckes an dem Zulaufkanal wird somit zuerst die Zulauföffnung geöffnet und bei einem weiteren Anstieg des Druckes zusätzlich auch die Ergänzungszulauföffnung geöffnet.
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Erfindungsgemäße Hochdruckpumpe, umfassend ein Gehäuse, eine Antriebswelle, einen Kolben, einen Schmierraum ein Überströmventil, wobei das Ventilgehäuse des Überströmventiles wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, von einem Gehäuse der Hochdruckpumpe gebildet ist, wobei ein Federhalter des Überströmventiles mittelbar oder unmittelbar an dem Gehäuse der Hochdruckpumpe befestigt ist. Bei einer mittelbaren Befestigung ist zwischen dem Gehäuse und dem Federhalter ein weiteres Bauteil angeordnet.
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Erfindungsgemäßes Hochdruckeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor, umfassend eine Hochdruckpumpe mit einem Schmierraum und einem Überströmventil, wobei das Ventilgehäuse des Überströmventiles wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, von einem Gehäuse der Hochdruckpumpe gebildet ist, eine Vorförderpumpe, ein Hochdruck-Rail, wobei ein Federhalter des Überstromventiles mittelbar oder unmittelbar an dem Gehäuse der Hochdruckpumpe befestigt ist.
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Vorzugsweise sind der Federhalter und/oder der Auslaufstutzen mittels einer form- und/oder stoff- und/oder kraftschlüssigen Verbindung, insbesondere mittels eines Presssitzes und/oder eine Lötverbindung und/oder einer Schweißverbindung und/oder einer Verschraubung und/oder einer Bajonettverbindung, an dem Gehäuse der Hochdruckpumpe befestigt.
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In einer zusätzlichen Ausführungsform ist der Federhalter als ein gesondertes Bauteil ausgebildet oder der Federhalter ist von einem Auslaufstutzen des Überströmventiles gebildet.
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In einer ergänzenden Variante umfasst das Überströmventil als Bauteile ohne Berücksichtigung des Ventilgehäuses weniger als 5, 4 oder 3 Bauteile, insbesondere umfasst das Überströmventil ohne Berücksichtigung des Ventilgehäuses als Bauteile nur den Schließkolben, ein elastisches Ventilelement und den Federhalter.
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Insbesondere ist das Überströmventil als ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Überströmventil ausgebildet und vorzugsweise ist der Kraftstoff von einem Lager, insbesondere einem Gehäuselager und/oder einem Flanschlager, der Hochdruckpumpe durch die Ergänzungszulauföffnung in den Zylinderraum, insbesondere einem ersten und/oder zweiten Zylinderteilraum, bei einem geöffneten Überströmventil mittels der Vorförderpumpe einleitbar und vorzugsweise ist bei einem geschlossenen Überströmventil die Zulauföffnung und Ergänzungszulauföffnung von dem Schließkolben (46) verschlossen, so dass vorzugsweise keine Fluidverbindung von dem Schmierraum und dem Lager, insbesondere dem Gehäuselager und/oder dem Flanschlager, der Hochdruckpumpe zu einem Kraftstofftank besteht und vorzugsweise steht der Schmierraum in Fluidverbindung, insbesondere mit einer Kraftstoffleitung, mit der Zulauföffnung und vorzugsweise steht das Lager, insbesondere das Gehäuselager und/oder das Flanschlager, der Hochdruckpumpe in Fluidverbindung, insbesondere mit einer Kraftstoffrücklaufleitung, mit der Ergänzungszulauföffnung und vorzugsweise steht der Zylinderraum, insbesondere der erste und/oder zweite Zylinderteilraum, in Fluidverbindung, insbesondere mit der Kraftstoffrücklaufleitung, mit einem Kraftstofftank, so dass der Kraftstoff durch die Ergänzungszulauföffnung und die Zulauföffnung in den Kraftstofftank einleitbar ist bei einem geöffneten Überströmventil. Bei einem geschlossenen Überströmventil besteht vorzugsweise, insbesondere in Förderrichtung der Vorförderpumpe, nur von dem Schmierraum zu der Hochdruckpumpe eine fluidleitende Verbindung und bei einem geöffneten Überströmventil besteht vorzugsweise, insbesondere in Förderrichtung der Vorförderpumpe, von dem Schmierraum zu der Hochdruckpumpe und von dem Schmierraum durch das Lager, insbesondere das Gehäuselager und/oder das Flanschlager, zu dem Kraftstofftank eine fluidleitende Verbindung. Das Überströmventil ermöglicht somit einen Auslaufschutz bei einem Stillstand des Verbrennungsmotors für den Schmierraum und/oder ein Lager, insbesondere ein Gehäuselager und/oder ein Flanschlager.
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In einer weiteren Ausgestaltung besteht das Ventil wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Metall, z. B. Stahl oder Aluminium, und/oder aus Kunststoff und/oder aus Keramik. Metall ist ein besonders beständiges und dauerhaftes Material für die Herstellung des Ventils. Kunststoff weist in vorteilhafter Weise ein geringes Gewicht auf, so dass dadurch das Ventil über ein geringes Gewicht verfügt. Vorzugsweise handelt es sich dabei bei einem Kunststoff um einen glasfaserverstärkten Kunststoff. Vorzugsweise bestehen der Ventilzylinder bzw. das Ventilgehäuse und/oder der Schließkolben und/oder der Federhalter und/oder das elastische Ventilelement wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Kunststoff und/oder aus Metall und/oder aus Keramik.
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In einer ergänzenden Variante wird der Volumenstrom des von der Vorförderpumpe zu der Hochdruckpumpe geförderten Kraftstoffes während des Betriebes des Verbrennungsmotors gesteuert und/oder geregelt, indem die Förderleistung der Vorförderpumpe gesteuert und/oder geregelt wird oder mit einer Zumesseinheit die Strömungsquerschnittsfläche eines Strömungskanales von der Vorförderpumpe zu der Hochdruckpumpe gesteuert und/oder geregelt wird. Ist die Vorförderpumpe in der Förderleistung steuerbar oder regelbar, wird keine Zumesseinheit benötigt und der Volumenstrom des zu der Hochdruckpumpe geleiteten Kraftstoff wird mit der Vorfördepumpe gesteuert und/oder geregelt. Ist die Vorförderpumpe in der Förderleistung nicht steuerbar und/oder regelbar, wird dies mit der Zumesseinheit ausgeführt.
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In einer weiteren Variante ist die Vorförderpumpe eine Zahnradpumpe und/oder die Förderleistung der Vorförderpumpe ist steuerbar und/oder regelbar und/oder die Vorförderpumpe ist eine elektrische Vorförderpumpe mit einem Elektromotor und/oder von der Vorförderpumpe ist der Kraftstoff mit einem Vorförderdruck, z. B. zwischen 3 bar und 6 bar, und einem Startdruck, z. B. zwischen 50 bar und 150 bar, förderbar.
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Erfindungsgemäßer Verbrennungsmotor mit einem Hochdruckeinspritzsystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei das Hochdruckeinspritzsystem als ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Hochdruckeinspritzsystem ausgebildet ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Vorförderpumpe einen Elektromotor.
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Der von der Hochdruckpumpe erzeugbare Druck in dem Hochdruck-Rail liegt beispielsweise im Bereich von 1000 bis 3000 bar z. B. für Dieselmotoren oder zwischen 40 bar und 400 bar z. B. für Benzinmotoren.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
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1 einen Querschnitt einer Hochdruckpumpe zum Fördern eines Fluides,
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2 einen Schnitt A-A gemäß 1 einer Laufrolle mit Rollenschuh und einer Antriebswelle,
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3 eine stark schematisierte Ansicht eines Hochdruckeinspritzsystems,
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4 einen stark vereinfachten Querschnitt der Hochdruckpumpe mit einer Vorförderpumpe,
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5 einen Längsschnitt eines Überströmventiles in einem ersten Ausführungsbeispiel,
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6 einen Längsschnitt des Überströmventiles in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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7 einen Längsschnitt eines Federhalters des Überströmventils gemäß 6,
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8 eine perspektivischen Ansicht einer Hälfte eines Schließkolbens des Überströmventiles gemäß 5 und 6,
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9 einen Längsschnitt des Überströmventiles in einem dritten Ausführungsbeispiel und
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10 eine stark schematisierte Ansicht eines weiteren Hochdruckeinspritzsystems.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist ein Querschnitt einer Hochdruckpumpe 1 zum Fördern von Kraftstoff dargestellt. Die Hochdruckpumpe 1 dient dazu, Kraftstoff, z. B. Benzin oder Diesel, zu einem Verbrennungsmotor 39 unter Hochdruck zu fördern. Der von der Hochdruckpumpe 1 erzeugbare Druck liegt beispielsweise in einem Bereich zwischen 1000 und 3000 bar.
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Die Hochdruckpumpe 1 weist eine Antriebswelle 2 mit zwei Nocken 3 auf, die um eine Rotationsachse 26 eine Rotationsbewegung ausführt. Die Rotationsachse 26 liegt in der Zeichenebene von 1 und steht senkrecht auf der Zeichenebene von 2. Ein Kolben 5 ist in einem Zylinder 6 gelagert, der von einem Gehäuse 8 gebildet ist. Ein Arbeitsraum 29 wird von dem Zylinder 6, dem Gehäuse 8 und dem Kolben 5 begrenzt. In den Arbeitsraum 29 mündet ein Einlasskanal 22 mit einem Einlassventil 19 und ein Auslasskanal 24 mit einem Auslassventil 20. Durch den Einlasskanal 22 strömt der Kraftstoff in den Arbeitsraum 29 ein und durch den Auslasskanal 24 strömt der Kraftstoff unter Hochdruck aus den Arbeitsraum 29 wieder aus. Das Einlassventil 19, z. B. ein Rückschlagventil, ist dahingehend ausgebildet, dass nur Kraftstoff in den Arbeitsraum 29 einströmen kann und das Auslassventil 20, z. B. ein Rückschlagventil, ist dahingehend ausgebildet, dass nur Kraftstoff aus dem Arbeitsraum 29 ausströmen kann. Das Volumen des Arbeitsraumes 29 wird aufgrund einer oszillierenden Hubbewegung des Kolbens 5 verändert. Der Kolben 5 stützt sich mittelbar auf der Antriebswelle 2 ab. Am Ende des Kolbens 5 bzw. Pumpenkolbens 5 ist ein Rollenschuh 9 mit einer Laufrolle 10 befestigt. Die Laufrolle 10 kann dabei eine Rotationsbewegung ausführen, deren Rotationsachse 25 in der Zeichenebene gemäß 1 liegt und senkrecht auf der Zeichenebene von 2 steht. Die Antriebswelle 2 mit dem wenigstens einen Nocken 3 weist eine Wellen-Rollfläche 4 und die Laufrolle 10 eine Rollen-Rollfläche 11 auf.
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Die Rollen-Lauffläche 11 der Laufrolle 10 rollt sich auf der Wellen-Rollfläche 4 der Antriebswelle 2 mit den beiden Nocken 3 ab. Der Rollenschuh 9 ist in einer von dem Gehäuse 8 gebildeten Rollenschuhlagerung als Gleitlager gelagert. Eine Feder 27 bzw. Spiralfeder 27 als elastisches Element 28, die zwischen dem Gehäuse 8 und dem Rollenschuh 9 eingespannt ist, bringt auf den Rollenschuh 9 eine Druckkraft auf, so dass die Rollen-Rollfläche 11 der Laufrolle 10 in ständigen Kontakt mit der Wellen-Rollfläche 4 der Antriebswelle 2 steht. Der Rollenschuh 9 und der Kolben 5 führen damit gemeinsam eine oszillierende Hubbewegung aus. Die Laufrolle 10 ist mit einer Gleitlagerung 13 in dem Rollenschuh 9 gelagert.
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In 3 ist in stark schematisierter Darstellung ein Hochdruckeinspritzsystem 36 für ein Kraftfahrzeug abgebildet mit einem Hochdruck-Rail 30 oder einem Kraftstoffverteilerrohr 31. Von dem Hochdruck-Rail 30 bzw. einem Kraftstoffverteilerrohr 31 wird der Kraftstoff mittels Ventilen (nicht dargestellt) in die Verbrennungsräume (nicht dargestellt) des Verbrennungsmotors 39 eingespritzt. Eine elektrische Vorförderpumpe 35 fördert Kraftstoff von einem Kraftstofftank 32 durch eine Kraftstoffleitung 33 zu der Hochdruckpumpe 1. Die Hochdruckpumpe 1 wird dabei von der Antriebswelle 2 angetrieben und die Antriebswelle 2 ist eine Welle, z. B. eine Kurbel- oder Nockenwelle, des Verbrennungsmotors 39. Eine Zumesseinheit 37 steuert und/oder regelt das pro Zeiteinheit zu der Hochdruckpumpe 1 geleitete Volumen an Kraftstoff. Das Hochdruck-Rail 30 dient dazu, den Kraftstoff in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors 39 einzuspritzen. Der von der Hochdruckpumpe 1 nicht benötigte Kraftstoff wird dabei durch eine optionale Kraftstoffrücklaufleitung 34 wieder in den Kraftstofftank 32 zurückgeleitet.
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4 zeigt einen Teil des Hochdruckeinspritzsystems 36. Innerhalb des Gehäuses 8 der Hochdruckpumpe 1 ist ein Schmierraum 40 ausgebildet. In dem Schmierraum 40 sind die Antriebswelle 2, die Laufrolle 10, der Rollenschuh 9 (nicht in 4) dargestellt und teilweise der Kolben 5 angeordnet. Durch den durch den Schmierraum 40 geleiteten Kraftstoff werden diese Komponenten 2, 5, 9 und 10 von dem Kraftstoff geschmiert. Innerhalb des Gehäuses 8 ist hierzu ein Strömungskanal 43 vorhanden und durch den Strömungskanal 43 wird der Kraftstoff in den Schmierraum 40 ein- und anschließend wieder ausgeleitet und nach dem Ausleiten aus dem Schmierraum 40 durch die Kraftstoffrücklaufleitung 34 wieder dem Kraftstofftank 32 zugeführt (4). In 4 ist das in 3 dargestellte Hochdruckeinspritzsystem 36 detaillierter ohne dem Hochdruck-Rail 30 und ohne dem Verbrennungsmotor 39 dargestellt. Dabei weist das Hochdruckeinspritzsystem 36 in dem in 4 dargestellten detaillierten Ausführungsbeispiel im Gegensatz zu dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel keine Zumesseinheit 37 auf. Die Vorförderpumpe 35 ist in dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel in der Förderleistung steuerbar und/oder regelbar und ist durch einen Elektromotor 17 angetrieben. Die Vorförderpumpe 35 ist als eine Zahnradpumpe 14, z. B. eine Innenzahnradpumpe 15 oder eine Außenzahnradpumpe 16, ausgebildet und stark vereinfacht dargestellt. Der von der Vorförderpumpe 35 aus dem Kraftstofftank 32 angesaugte Kraftstoff wird von der Vorförderpumpe 35 mit einem Vorförderdruck, z. B. von 4 bar, durch die Kraftstoffleitung 33 der Hochdruckpumpe 1 zugeführt, d. h. dem Einlasskanal 22 der Hochdruckpumpe 1 zugeführt. Ferner wird der von der Vorförderpumpe 35 geförderte Kraftstoff während eines Betriebes des Verbrennungsmotors 39 durch ein Überströmventil 41 und einem dem Überströmventil 41 nachgeschalteten Strömungskanal 43 dem Schmierraum 40 zugeführt zur Schmierung, z. B. der Antriebswelle 2, der Laufrolle 10 und des Kolbens 5. Das Überströmventil 41 ist in das Gehäuse 8 der Hochdruckpumpe 1 integriert, d. h. das Gehäuse 8 der Hochdruckpumpe 1 bildet vollständig einen Ventilzylinder 44 bzw. eine Ventilgehäuse 45 des Überströmventiles 41. Nach dem Durchströmen des Kraftstoffes durch den Schmierraum 40 wird der Kraftstoff wieder durch den Strömungskanal 43 und die Kraftstoffrücklaufleitung 34 dem Kraftstofftank 32 zugeführt. Dadurch können diese Komponenten 2, 5, 9 und 10 geschmiert sowie auch gekühlt werden. Das Überströmventil 41 ist dabei dahingehend ausgebildet, dass in der Kraftstoffleitung 33 vor dem Überströmventil 41 ein konstanter Druck, d. h. der Vorförderdruck von 4,5 bar herrscht. Die Vorförderpumpe 35 fördert dabei neben der Fördermenge für die Hochdruckpumpe 1 an Kraftstoff auch eine zusätzliche Kraftstoffmenge zur Schmierung der Hochdruckpumpe 1, d. h. des Kraftstoffes der durch den Schmierraum 40 strömt. Beispielsweise fördert die Vorförderpumpe 35 20 bis 30 l/h mehr Kraftstoff als die Hochdruckpumpe 1 benötigt, so dass im Regelfall während des Betriebes des Verbrennungsmotors 39 das Überströmventil 41 ständig geöffnet ist. Um ein Ansteigen des Druckes bei einer erhöhten Förderleistung der Vorförderpumpe 35 an der Kraftstoffleitung 33 vor dem Überströmventil 41 zu vermeiden, öffnet bei einem Druckanstieg, z. B. ab einem Druck von 5,5 bar, des Kraftstoffes vor dem Überströmventil 41 das Überströmventil 41 zusätzlich, d. h. stellt eine größere Strömungsquerschnittsfläche des Kraftstoffes durch das Überströmventil 41 solange zur Verfügung, bis wieder ein Druck von 4,5 bar vor dem Überströmventil 41 herrscht. Bei einem Druck von weniger als 4,5 bar in der Kraftstoffleitung 33 vor dem Überströmventil 41 schließt das Überströmventil 41. Dadurch kann in der Kraftstoffleitung 33 vor dem Überströmventil 41 während des Betriebes des Verbrennungsmotors 39 ein im Wesentlichen konstanter Vorförderdruck zwischen 4,5 bar und 5,5 bar zur Verfügung gestellt werden, auch bei geringfügigen Schwankungen der Förderleistung der Vorförderpumpe 35.
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In 5 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Ventils 42 als Überströmventil 41 des Hochdruckeinspritzsystems 36 dargestellt. Das Überströmventil 41 verfügt über das Ventilgehäuse 45, welches den Ventilzylinder 44 begrenzt. Das Ventilgehäuse 45 ist vollständig von dem Gehäuse 8 aus Metall, z. B. Aluminium oder Stahl, der Hochdruckpumpe 1 gebildet, so dass das Überströmventil 41 in das Gehäuse 8 der Hochdruckpumpe 1 integriert ist. Das Gehäuse 8 weist somit eine entsprechende Bohrung auf. innerhalb des Ventilzylinders 44 ist ein Schließkolben 46 gelagert. Der Schließkolben 46 kann aufgrund der Gleitlagerung an dem Ventilzylinder 44 eine axiale Bewegung, d. h. gemäß der Darstellung in 5 von links nach rechts in axialer Richtung einer nicht dargestellten fiktiven Achse ausführen und umgekehrt. Das Spiel bzw. der Abstand zwischen dem Ventilzylinder 44 und dem Schließkolben 46 beträgt zwischen 20 μm und 100 μm, vorzugsweise ca. 40 μm. Der Ventilzylinder 44 bzw. das Ventilgehäuse 45 schließen einen Zylinderraum 56 ein. Dabei ist der Zylinderraum 56 von dem Schließkolben 46 in einen ersten Zylinderteilraum 57 und einen zweiten Zylinderteilraum 58 unterteilt. In den ersten Zylinderteilraum 57 mündet eine Zulauföffnung 47 für Fluid, insbesondere Kraftstoff, da in das Ventilgehäuse 45 ein Zulaufkanal 48 eingearbeitet ist. Der Zulaufkanal 48 ist dabei in axialer Richtung in dem Ventilgehäuse 45 ausgebildet. Ferner mündet in den zweiten Zylinderteilraum 58 eine Ablauföffnung 49. Der Schließkolben 46 bzw. die Kalotte 46 ist an einem axialen Abschnitt mit einem größeren Durchmesser bzw. Radius mittels einer Gleitlagerung an dem Ventilzylinder 44 gelagert. An einem zweiten Abschnitt weist der Schließkolben 46 einen kleineren Durchmesser auf und im rechten Endbereich dieses Abschnitts mit dem kleineren Durchmesser weist der Schließkolben 46 einen Dichtsitz 54 auf. Die Ablauföffnung 49 ist von einem Auslaufstutzen 50 begrenzt bzw. gebildet. Der Auslaufstutzen 50 ist mittels eines Presssitzes an dem Gehäuse 8 bzw. dem Ventilgehäuse 45 befestigt. Der von dem Gehäuse 8 begrenzte Zylinderraum 56 weist vorzugsweise im Bereich des Auslaufstutzens 50 einen größeren Durchmesser auf als im Bereich einer Ventilfeder 52 und des Schließkolbens 46. Im zweiten Zylinderteilraum 58 ist die Ventilfeder 52 als elastisches Ventilelement 51 angeordnet. Das elastische Ventilelement 51 liegt an einem Ende an einem festen Federhalter 53 auf und an einem anderen Ende an dem Schließkolben 46. Die Ventilfeder 52 liegt an dem Schließkolben 46 an einer Aufstandfläche 66 auf. Der Federhalter 53 ist von dem Auslaufstutzen 50 gebildet und die Ventilfeder 52 stützt sich an einem Bund des Auslaufstutzens 50 ab. Das Überströmventil 41 weist somit als Bauteile abgesehen von dem Ventilgehäuse 45 nur den Schließkolben 46, die Ventilfeder 52 und den von dem Auslaufstutzen 50 gebildeten Federhalter 53 auf.
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In 5 ist eine Öffnungsstellung des Schließkolbens 46 dargestellt. In dieser Öffnungsstellung ist die Zulauföffnung 47 von dem Dichtsitz 54 nicht verschlossen, so dass der Kraftstoff durch die Zulauföffnung 47 in den ersten Zylinderteilraum 57 einströmen kann. Aus dem ersten Zylinderteilraum 57 strömt der Kraftstoff durch einen Öffnungskanal 61 in dem Schließkolben 46 in den zweiten Zylinderteilraum 58 und von dem zweiten Zylinderteilraum 58 durch den Auslaufstutzen 50 bzw. die Ablauföffnung 49 kann der Kraftstoff aus dem Überströmventil 42 ausströmen. In der Schließstellung des Schließkolbens 46 wird von dem Dichtsitz 54 die Zulauföffnung 47 verschlossen, d. h. der Schließkolben 46 befindet sich bezüglich der in 5 dargestellten Position rechts von dieser. Die Funktionsweis ist somit die Folgende: erhöht sich der Druck des Kraftstoffes in dem ersten Zylinderteilraum 57 weiter, z. B. auf einen Wert von über 5 bar, bewegt sich aufgrund des größeren Druckes des Kraftstoffes in dem ersten Zylinderteilraum 57 der Schließkolben 46 entgegen der von der Ventilfeder 52 aufgebrachten Druckkraft weiter nach links, so dass dadurch die Zulauföffnung 47 weiter geöffnet wird. Bei einem Absinken des Druckes bewegt sich der Schließkolben 46 soweit nach rechts, bis der Dichtsitz 54 den Zulaufkanal 48 bzw. die in den ersten Zylinderteilraum 57 mündende Zulauföffnung 47 vollständig verschließt, d. h. der Dichtsitz 54 an einem Anschlag 55 des Ventilgehäuses 45 aufliegt.
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In den 6 bis 8 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Überströmventiles 41 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 5 beschrieben. Der Federhalter 53 ist als ein gesondertes Bauteil in Ergänzung zu dem Auslaufstutzen 50 ausgebildet und weist zwei Aufstandflächen 65 für die Ventilfeder 52 auf. Der Federhalter 53 stellt somit ein Poka-Yoke zur Verfügung, weil der Federhalter 53 zwei Aufstandflächen 65 aufweist und somit in zwei um 180° verschwenkten Lagen an dem Gehäuse 8 befestigt werden kann zur Erfüllung seiner Aufgabe. Der Federhalter 53 ist mittels eines Presssitzes an dem Gehäuse 8 befestigt. Das Gehäuse 8 bzw. das Ventilgehäuse 45 weist eine Ergänzungszulauföffnung 62 auf. Ein in das Gehäuse 8 eingearbeiteter Ergänzungszulaufkanal 63 mündet in den ersten Zylinderteilraum 57. Das Gehäuse 8 weist an der Ergänzungszulauföffnung 62 eine Ringnut 67 auf. In der Schließstellung des Schließkolbens 46 wird die Ergänzungszulauföffnung 62 von dem Schließkolben 46 verschlossen (nicht dargestellt) und in der Öffnungsstellung kann Kraftstoff durch die Ergänzungszulauföffnung 62 in den ersten Zylinderteilraum 57 einströmen, d. h. die Ergänzungszulauföffnung 62 ist nicht von dem Schließkolben 46 verschlossen. In dem Hochdruckeinspritzsystem 36 gemäß 10 sind die Lagerrückläufe zur Schmierung eines Gehäuselagers 38 und eines Flanschlagers 68 der Hochdruckpumpe 1 mit dem Ergänzungszulaufkanal 63 fluidleitend verbunden, so dass das Überströmventil 41 auch ein Schieber- bzw. Steuerventil für die Lagerrückläufe darstellt und bei Anliegen eines vorgegebenen Druckes an der Zulauföffnung 47, welche in Fluidverbindung mit dem Schmierraum 40 steht, die Lagerrückläufe öffnet und dadurch die Schmierung des Gehäuselagers 38 und des Flanschlagers 68 bewirkt. In der Schließstellung des Schließkolbens 46 sind sowohl die Ergänzungszulauföffnung 62 als auch die Zulauföffnung 47 verschlossen, so dass ein Auslaufen des Kraftstoffes aus dem Schmierraum 40 und dem Gehäuse- und Flanschlager 38, 68 in den Kraftstofftank 32 bei einem abgeschalteten Verbrennungsmotor 39 ausgeschlossen ist, sofern der Kraftstofftank 32 tiefer liegt als der Schmierraum 40 und das Gehäuse- und Flanschlager 38, 68.
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In den 9 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Überströmventiles 41 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 6 bis 8 beschrieben. Der Schließkolben 46 weist Zusatzöffnungskanäle 64 auf. Die Zusatzöffnungskanäle 64 mit den Öffnungen außenseitig an dem Schließkolben 46 sind in einem axialen Abstand zu den Öffnungen an dem Öffnungskanal 61 ausgebildet. Die Öffnungen an den Zusatzöffnungskanälen 64 weisen einen größeren Abstand zu dem Dichtsitz 54 auf als die Öffnungen an dem Öffnungskanal 61. In 9 ist eine Schließstellung des Schließkolbens 46 dargestellt. Der Schließkolben 46 verschließt sowohl die Zulauföffnung 47 als auch die Ergänzungszulauföffnung 62. Bei einer Bewegung des Schließkolbens 46 von der Schließstellung in Richtung einer vollständigen Öffnungsstellung wird zuerst die Zulauföffnung 47 geöffnet und anschließend die Ergänzungszulauföffnung 62. Die Ergänzungszulauföffnung 62 wird somit erst bei einem höheren Druck an der Zulauföffnung 47 geöffnet als die Zulauföffnung 47. Die Ringnut 67 und die Ergänzungszulauföffnung 62 an dem Zylinderraum 56 stellen somit eine Steuerkante für den Ergänzungszulaufkanal 63 bzw. den Lagerrücklauf dar.
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In 10 ist weitere stark schematisierte Ansicht des Hochdruckeinspritzsystems 36 dargestellt. Die Vorförderpumpe 35 fördert den Kraftstoff zuerst in den Schmierraum 40. Von dem Schmierraum 40 strömt der Kraftstoff zu dem Gehäuselager 38 und dem Flanschlager 68. Von dem Gehäuselager 38 und dem Flanschlager 68 strömt der Kraftstoff durch einen Lagerrücklauf als Kraftstoffrücklaufleitung 34 zu dem Überströmventil 42 gemäß dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel, d. h. dem Ergänzungszulaufkanal 63. Der Ergänzungszulaufkanal 63 ist somit fluidleitend mit dem Gehäuse- und Flanschlager 38, 68 verbunden. Der aus dem Schmierraum 40 ausströmende Kraftstoff wird durch die Kraftstoffleitung 33 sowohl der Hochdruckpumpe 1 als auch durch die Zulauföffnung 47 dem Überströmventil 42 zugeführt. Der an der Zulauföffnung 47 und/oder der Ergänzungszulauföffnung 62 in das Überströmventil 41 eingeleitete Kraftstoff strömt aus der Ablauföffnung 49 aus dem Überströmventil 41 aus und durch die Kraftstoffrücklaufleitung 34 in den Kraftstofftank 32.
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Um ein Ansteigen des Druckes bei einer erhöhten Förderleistung der Vorförderpumpe 35 an der Kraftstoffleitung 33 vor dem Überströmventil 41 zu vermeiden, öffnet bei einem Druckanstieg, z. B. ab einem Druck von 5,5 bar, des Kraftstoffes vor dem Überströmventil 41 das Überströmventil 41 zusätzlich die Zulauföffnung 47, d. h. stellt eine größere Strömungsquerschnittsfläche des Kraftstoffes durch das Überströmventil 41 solange zur Verfügung, bis wieder ein Druck von 4,5 bar vor dem Überströmventil 41 herrscht. Bei einem Druck von weniger als 4,5 bar in der Kraftstoffleitung 33 vor dem Überströmventil 41 schließt das Überströmventil 41 die Zulauföffnung 47. Außerdem wird in der Öffnungsstellung des Überströmventiles 41 der Ergänzungszulaufkanal 63 geöffnet, so dass mit dem Kraftstoff das Gehäuse- und Flanschlager 68 mit dem Kraftstoff geschmiert werden kann. In der vollständigen Schließstellung sind sowohl die Zulauföffnung 47 als auch die Ergänzungszulauföffnung 62 verschlossen, so dass bei einem abgeschalteten Verbrennungsmotor 39 der Schmierraum 40 und das Gehäuse- und Flanschlager 68 nicht leer läuft, d. h. der Kraftstoff nicht in den Kraftstofftank 32 abläuft.
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Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Ventil 42, der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe 1 und dem erfindungsgemäßen Hochdruckeinspritzsystem 36 wesentliche Vorteile verbunden. Das Ventil 42 kann als Schieber- und Steuerventil für Lagerrückläufe verwendet werden, welche die Lagerrückläufe bei einem anderen Druck öffnen als den Kraftstoff, welcher durch den Schmierraum 40 strömt. Das Überströmventil 41 ist in das Gehäuse 8 der Hochdruckpumpe 1 hochintegriert, d. h. weist nur wenige Bauteile, z. B. den Schließkolben 46, die Ventilfeder 52 und den Federhalter 53 auf. Bei der Herstellung des Überströmventiles 41 können somit Kosten eingespart werden, weil nur wenige Bauteile benötigt werden und das Ventilgehäuse 45 nur dadurch zur Verfügung gestellt werden kann, indem in das Gehäuse 8 eine entsprechende Bohrung einzuarbeiten ist. In diese Bohrung sind lediglich der Schließkolben 46 und die Ventilfeder 52 einzuführen und anschließend ist der Federhalter 53 mittels eines Presssitzes an dem Gehäuse 8 zu befestigten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009026596 A1 [0006]
- DE 102011076023 [0007]
