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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Hochdruck-Schaltventilvorrichtung
zum Öffnen
und Schließen
eines Hochdruck-Fluidkanals.
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7 zeigt
ein Beispiel einer herkömmlichen Hochdruck-Schaltventilvorrichtung.
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In 7 bezeichnet
das Bezugszeichen 1 einen Hochdruck-Fluidkanal, 1a bezeichnet
eine Hochdruckseite des Hochdruck-Fluidkanals 1 und 1b bezeichnet
eine Niederdruckseite des Hochdruck-Fluidkanals 1. Der
Hochdruck-Fluidkanal 1 wird durch ein Hochdruck-Schaltventil 2 geöffnet und
geschlossen.
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Das
Hochdruck-Schaltventil 2 besteht aus einem elektromagnetischen
Solenoidventil (elektromagnetisches Magnetventil). Das elektromagnetische Solenoidventil 2 enthält eine
Spule 3, einen fixierten Kern 4 und ähnliches
auf der fixierten (feststehenden) Seite und einen Kolben 5 auf
der bewegbaren Seite. Eine Rückstellfeder 6 ist
zwischen dem fixierten Kern 4 und dem Kolben 5 vorgesehen.
In dem elektromagnetischen Solenoidventil 2 wird, falls
kein Strom an die Spule 3 angelegt ist, der Kolben 5 gegen
die Endfläche 8 eines
Ventilsitzes 7 durch die Federkraft der Rückstellfeder 6 gedrückt, um
den Hochdruck-Fluidkanal 1 in
einem geschlossenen Zustand zu halten. Falls ein Strom an die Spule 3 angelegt wird,
wird eine magnetische Anziehungskraft, die den Kolben 5 in
Richtung des fixierten Kerns 4 zieht (anzieht), erzeugt
und diese magnetische Anziehungskraft übersteigt die Federkraft der
Rückstellfeder 6, wodurch
der Kolben 5 von der Ventilsitzendfläche 8 zum Öffnen des
Hochdruck-Fluidkanals 1 getrennt wird.
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Wie
in der vergrößerten Ansicht
aus 8 gezeigt ist, die ringförmige Ventilsitzendfläche 8 ist
so ausgebildet, daß ein
innerer Umfangsabschnitt 8a nach oben (in 8)
bzw. aus der Fläche
hervorsteht. Wenn das Ventil 2 geschlossen ist, wird ein Dichtungsteil 9,
das aus dem elastischen Teil des Kolbens 5 besteht, zum
Kontaktieren mit diesem inneren umfangsseitigen oder vorstehenden
Abschnitt 8a gedrückt,
wodurch eine Abdichtungswirkung erzielt wird. Zusätzlich wird,
wenn das Ventil 2 geschlossen ist, der äußere Umfangsabschnitt 8b der Ventilsitzendfläche 8 an
dem äußeren Umfangsabschnitt 10a der
Endfläche
des Ventilhauptkörpers 10, der
aus dem hochfesten Teil des Kolbens 5 besteht, zum Anschlag
gebracht.
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Bei
der herkömmlichen
Hochdruck-Schaltventilvorrichtung, die oben beschrieben wurde, wird, falls
der Druck auf der Hochdruckseite 1a des Hochdruck-Fluidkanals 1 relativ
niedrig ist, das Dichtungsteil 9 kaum deformiert, wenn
das Ventil 2 geschlossen ist, wie es in 8A gezeigt
ist, und die Lebensdauer des Dichtungsteils 9 ist daher
relativ lang. Falls jedoch der Druck auf der Hochdruckseite 1a des Hochdruck-Fluidkanals 1 relativ
hoch ist, wird ein hoher Druck auf den. äußeren umfangsseitigen Endflächenabschnitt 9a des
Dichtungsteils 9 durch einen Kontaktabschnitt T zwischen
dem äußeren umfangsseitigen
Endflächenabschnitt 10a des
Ventilhauptkörpers 10 und
dem äußeren umfangsseitigen
Endflächenabschnitt 8b des
Ventilsitzes 7 ausgeübt,
wodurch der innere Umfangsabschnitt 9b des Dichtungsteils 9,
der innerhalb des vorstehenden Abschnittes 8a der Ventilsitzendfläche 8 befindlich
ist, wenn die Hochdruck-Schaltventilvorrichtung geschlossen ist,
ausgedehnt und deformiert wird, wie es in 8B gezeigt
ist. Falls die Deformierung des Dichtungsteils 9 jedesmal
wiederholt wird, wenn die Hochdruck-Schaltvorrichtung geschlossen
wird, wird das Dichtungsteil 9 beschädigt und die Dichtungseigenschaft
des Dichtungsteils 9 neigt dazu, verschlechtert, gestört oder
sogar zerstört
zu werden.
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Aufgrund
dessen ist bei der herkömmlichen Hochdruck-Schaltventilvorrichtung
eine zulässige Druckgrenze
aufgrund der Materialfestigkeit des Dichtungsteiles begrenzt.
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Aus
der
DE 2 226 814 A ist
eine Hochdruckumschaltvorrichtung bekannt, die einen Ventilhauptkörper im
Anschlag mit einem Ventilsitz aufweist, wenn die Hochdruckumschaltvorrichtung
geschlossen ist. Der Ventilhauptkörper und der Ventilsitz werden
jeweils durch konische Flächen
gebildet, die im Idealfall miteinander in Flächenkontakt sind. Ein Dichtungsteil,
das an einer äußeren umfangsseitigen
Oberfläche
des Ventilhauptkörpers
vorgesehen ist, ist ebenfalls in Kontakt mit einer Endfläche des Ventilsitzes
gedrückt
und übernimmt
Dichtfunktion. Das Dichtungsteil ist auf der Hochdruckseite befindlich
und der Ventilhauptkörper
auf der Niederdruckseite.
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Die
vorliegende Erfindung ist zur Lösung
des Nachteils der herkömmlichen
Hochdruck-Schaltventilvorrichtung,
wie sie oben beschrieben wurde, gemacht worden. Es ist eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, eine Hochdruck-Schaltventilvorrichtung anzugeben,
die zu einer starken Verbesserung einer zulässigen Druckgrenze durch eine
einfache Struktur ohne eine Abhängigkeit
von der Materialfestigkeit eines Dichtungsteils in der Lage ist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Hochdruck-Schaltventilvorrichtung nach Anspruch 1.
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Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Weitere
Merkmale und Zweckmäßigkeiten ergeben
sich aus der Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Figuren.
Von den Figuren zeigen:
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1 eine
Gesamtblockdarstellung einer Hochdruck-Schaltventilvorrich-tung
nach der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2A, 2B und 2C vergrößerte Querschnittsansichten
der wichtigen Abschnitte der Hochdruck-Schaltventilvorrichtung,
die in 1 gezeigt ist, zur Erläuterung des Betriebs der Vorrichtung;
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3 eine
Gesamtblockdarstellung einer Hochdruck-Schaltventilvorrichtung nach
der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4A, 4B und 4C vergrößerte Querschnittsansichten
der wichtigen Abschnitte der Hochdruck-Schaltventilvorrichtung,
die in 3 gezeigt ist, zur Erläuterung des Betriebs der Vorrichtung;
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5 eine
Gesamtblockdarstellung einer Hochdruck-Schaltventilvorrichtung nach
einer dritten Ausführungsform,
die nicht alle Merkmale der vorliegenden Erfindung aufweist;
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6A, 6B und 6C vergrößerte Querschnittsansichten
der wichtigen Abschnitte der Hochdruck-Schaltventilvorrichtung,
die in 5 gezeigt ist, zur Erläuterung des Betriebs der Vorrichtung;
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7 eine
Gesamtblockdarstellung eines Beispiels einer herkömmlichen
Hochdruck-Schaltventilvorrichtung; und
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8A und 8B vergrößerte Querschnittsansichten
der wichtigen Abschnitte der Hochdruck-Schaltventilvorrichtung,
die in 7 gezeigt ist, zur Erläuterung des Betriebs der Vorrichtung.
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Die 1, 2A, 2B und 2C zeigen
eine Hochdruck-Schaltventilvorrichtung entsprechend der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 1 ist eine
Gesamtblockdarstellung der Vorrichtung und 2A, 2B und 2C sind
vergrößerte Querschnittsansichten
der wichtigen Abschnitte der Ventilvorrichtung zur Erläuterung des
Betriebs derselben.
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Unter
Bezugnahme auf 1, die Hochdruck-Schaltventilvorrichtung
enthält
einen Hochdruck-Fluidkanal 1. Der Hochdruck-Fluidkanal 1 besteht
aus einer Hochdruckseite 1a und einer Niederdruckseite 1b und
wird durch ein Hochdruck-Schaltventil 2 geöffnet und
geschlossen.
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Das
Hochdruck-Schaltventil 2 besteht aus einem elektromagnetischen
Solenoidventil (elektromagnetisches Magnetventil). Das elektromagnetische Solenoidventil 2 enthält eine
Spule 3, einen fixierten Kern 4 und ähnliches
auf einer fixierten (feststehenden) Seite und einen Kolben 5 auf
einer bewegbaren Seite. Eine Rückstellfeder 6 ist
zwischen dem fixierten Kern 4 und dem Kolben 5 vorgesehen.
In dem elektromagnetischen Solenoidventil 2 wird, falls
kein Strom an die Spule 3 angelegt wird, der Kolben 5 durch
die Federkraft der Rückstellfeder 6 gegen
die Endfläche 8 eines
Ventilsitzes 7 gedrückt,
um den Hochdruck-Fluidkanal 1 in
einem geschlossenen Zustand zu halten. Falls ein Strom an die Spule 3 angelegt
wird, wird eine magnetische Anziehungskraft, die den Kolben 5 in
Richtung des fixierten Kerns 4 zieht (anzieht) erzeugt
und diese magnetische Anziehungskraft übersteigt die Federkraft der
Rückstellfeder 6,
wodurch der Kolben 5 von der Ventilsitzendfläche 8 zum Öffnen des
Hochdruck-Fluidkanals 1 getrennt wird, wie es in 2A gezeigt
ist.
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Der
Kolben 5 enthält
einen Ventilhauptkörper 10,
der aus einem hochfesten Teil ausgebildet ist. Eine Nut (Ausnehmung) 13 ist
auf der äußeren umfangsseitigen
Oberfläche 12 des
vorderen (ventilsitzseitigen) Endabschnitts 11 des Ventilhauptkörpers 10 ausgebildet.
Der innere (nach innen gerichtete) Flanschabschnitt 14 eines
Dichtungsteils 9, das aus einem elastischen Teil ausgebildet
ist, ist in diese Nut 13 eingesetzt bzw. eingepaßt. Zusätzlich ist
ein zylindrischer Abschnitt 17, der sich von dem nach innen gerichteten
Flanschabschnitt 14 des Dichtungsteils 9 nach
vorne (weg) von dem nach innen gerichteten Flanschabschnitt 14 des
Dichtungsteils 9 erstreckt, auf der äußeren umfangsseitigen Oberfläche 16 eines
Abschnittes 15 mit großem
Durchmesser, der vor der Nut 13 des vorderen Endabschnitts
des Ventilhauptkörpers
befindlich ist, vorgesehen.
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Makroskopisch
sind die Oberfläche 18 des vorderen
Endes des vorderen Endabschnitts 11 des Ventilhauptkörpers und
die vordere Endoberfläche 19 des
zylindrischen Abschnitts 17 des Dichtungsteils so ausgebildet,
daß sie
nahezu fluchtend miteinander sind. Genau genommen ist, wie in 2A gezeigt
ist, der Abschnitt nahe der Mitte der vorderen Endoberfläche 19 des
zylindrischen Abschnittes so ausgebildet, daß er leicht vorsteht (zum Beispiel
gewölbt
wie in 2A).
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Wie
in den vergrößerten Ansichten
aus den 2A, 2B und 2C gezeigt
ist, die ringförmige
Ventilsitzendfläche 8 wird
gebildet von einer flachen Oberfläche, die zwei unterschiedliche
Niveaus (Ebenen) aufweist, die aus einer inneren ringförmigen flachen
Oberfläche 20 und
einer äußeren ringförmigen flachen
Oberfläche 21 bestehen.
Wenn das Ventil 2 geschlossen ist bzw. wird, werden bzw.
sind der äußere Rand 22 der
vorderen Endoberfläche 18 des
vorderen Endabschnitts 11 des Ventilhauptkörpers und
die vordere Endoberfläche 19 des
Dichtungsteils auf bzw. mit der inneren ringförmigen flachen Oberfläche 20 zum
Anschlag (in Kontakt) gebracht. Bei diesem Anschlag wird die leicht
vorstehende vordere Endoberfläche 19 des
Dichtungsteils 9 elastisch deformiert und in einen ebenen
Kontakt mit der inneren ringförmigen
flachen Oberfläche 20 gebracht.
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2B zeigt
die Querschnittsgestalt des Dichtungsteils 9, wenn die
Hochdruck-Schaltventilvorrichtung
geschlossen ist, während
der Druck auf der Hochdruckseite 1a des Hochdruck-Fluidkanals 1 relativ
niedrig bei der Hochdruck-Schaltventilvorrichtung ist, die so ausgebildet
ist, wie es oben beschrieben wurde. 2C zeigt
die Querschnittsgestalt des Dichtungsteils 9, wenn die
Hochdruck-Schaltventilvorrichtung geschlossen ist, während der
Druck auf der Hochdruckseite 1a des Hochdruck-Fluidkanals 1 relativ
hoch ist.
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Wie
in 2B und 2C gezeigt
ist, ist, selbst falls der Druck auf der Hochdruckseite 1a des Hochdruck-Fluidkanals 1 relativ
hoch ist, die Querschnittsgestalt des Dichtungsteils 9 nahezu
dieselbe wie diejenige, wenn der Druck auf der Hochdruckseite 1a des
Hochdruck-Fluidkanals
relativ niedrig ist. Der Grund ist wie folgt. Wenn der Druck auf
der Hochdruckseite 1a hoch ist, wird ein hoher Druck an den
zylindrischen Abschnitt 17 des Dichtungsteils 9 angelegt.
Jedoch empfängt
die äußere Umfangsoberfläche 12 des
vorderen Endabschnitts 11 des Ventilhauptkörpers insgesamt
den hohen Druck.
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Bei
der Hochdruck-Schaltventilvorrichtung der ersten Ausführungsform
ist es daher möglich,
die teilweise Ausdehnung und Deformierung des Dichtungsteils, anders
als bei der herkömmlichen
Hochdruck-Schaltventilvorrichtung, zu verhindern und die Dichtungseigenschaft
des Dichtungsteils für
einen langen Zeitraum sicherzustellen. Daher ist es möglich, die
zulässige
Druckgrenze stark zu verbessern, ohne eindeutig von der Materialfestigkeit
des Dichtungsteils abzuhängen.
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Die 3, 4A, 4B und 4C zeigen
eine Hochdruck-Schaltventilvorrichtung entsprechend der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 3 ist eine
Gesamtblockdarstellung der Ventilvorrichtung und 4A, 4B und 4C sind
vergrößerte Querschnittsansichten
der wichtigen Abschnitte der Ventilvorrichtung zum Erläutern des
Betriebs der Ventilvorrichtung.
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Die
Hochdruck-Schaltventilvorrichtung der zweiten Ausführungsform
unterscheidet sich von derjenigen der ersten Ausführungsform
wie folgt. Bei der ersten Ausführungsform
ist die vordere Endoberfläche 18 des
Ventilhauptkörpers 10 als
eine flache Oberfläche
ausgebildet. Bei der zweiten Ausbildungsform ist die vordere Endoberfläche 18 des
Ventilhauptkörpers 10 so
ausgebildet, daß sie,
allgemein gesagt, insgesamt sphärisch
ist. Die verbleibende Ausbildung ist dieselbe wie bei der ersten
Ausführungsform.
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4A zeigt
die Querschnittsgestalt des Dichtungsteils 9, wenn die
Hochdruck-Schaltventilvorrichtung
der zweiten Ausführungsform
geöffnet ist. 4B zeigt
die Querschnittsgestalt des Dichtungsteils 9, wenn die
Hochdruck-Schaltventilvorrichtung 9 geschlossen ist, während der
Druck der auf der Hochdruckseite 1a des Hochdruck-Fluidkanals 1 relativ
niedrig ist. 4C zeigt die Querschnittsgestalt
des Dichtungsteils 9, wenn die Hochdruck-Schaltventilvorrichtung
geschlossen ist, während
der Druck auf der Hochdruckseite 1a des Hochdruck-Fluidkanals 1 relativ
hoch ist.
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Wie
in den 4B und 4C gezeigt
ist, ist, selbst falls der Druck auf der Hochdruckseite 1a des
Hochdruck-Fluidkanals 1 relativ hoch ist, die Querschnittsgestalt
des Dichtungsteils 9 nahezu dieselbe wie diejenige, wenn
der Druck auf der Hochdruckseite 1a des Hochdruck-Fluidkanals 1 relativ niedrig
ist. Der Grund ist derselbe wie derjenige, der bei der ersten Ausführungsform
beschrieben wurde. Nämlich
wird, wenn der Druck auf der Hockdruckseite 1a hoch ist,
der hohe Druck auf den zylindrischen Abschnitt 17 des Dichtungsteils 9 ausgeübt. Jedoch empfängt die äußere Umfangsoberfläche 12 des
vorderen Endabschnitts 11 des Ventilhauptkörpers insgesamt
den hohen Druck.
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Darum
ist es bei der Hochdruck-Schaltventilvorrichtung der zweiten Ausführungsform
wie in dem Fall der ersten Ausführungsform
möglich,
die teilweise Ausdehnung und Deformierung des Dichtungsteiles, anders
als bei der herkömmlichen
Hochdruck-Schaltventilvorrichtung, zu verhindern, und die Dichtungseigenschaft
des Dichtungsteils für
einen langen Zeitraum sicherzustellen. Derart ist es möglich, die
zulässige
Druckgrenze stark zu verbessern, ohne eindeutig von der Materialfestigkeit
des Dichtungsteils abzuhängen.
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Die 5, 6A, 6B und 6C zeigen
eine Hochdruck-Schaltventilvorrichtung nach der dritten Ausführungsform,
die nicht alle Merkmale der vorliegenden Erfindung aufweist. 5 ist
eine gesamte Blockdarstellung der Ventilvorrichtung und 6A, 6B und 6C sind
vergrößerte Querschnittsansichten
der wichtigen Abschnitte der Ventilvorrichtung zum Erläutern des
Betriebs derselben.
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Bei
der Hochdruck-Schaltventilvorrichtung der dritten Ausführungsform
steht die vordere Endoberfläche 18 des
vorderen Endabschnitts 11 des Ventilhauptkörpers (stark,
deutlich) gegenüber
der vorderen Endoberfläche 19 des
zylindrischen Abschnitts 17 des Dichtungsteils vor. Wenn
die Ventilvorrichtung geschlossen ist, ist der Abschnitt 15 großen Durchmessers
des vorderen Endabschnitts 11 des Ventilhauptkörpers teilweise
in dem Ventilsitz 7 eingesetzt oder eingeführt bzw.
eingepaßt,
die äußere Umfangsoberfläche 16 des
Abschnitts 15 großen
Durchmessers ist in engem Kontakt mit der inneren Umfangsoberfläche 31 des
Ventilsitzes 7 und die vordere Endoberfläche 19 des
Dichtungsteils 9 ist in ebenem Kontakt mit der inneren
ringförmigen
flachen Oberfläche 20 der
Ventilsitzendfläche 8.
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6A zeigt
die Querschnittsgestalt des Dichtungsteils 9, wenn die
Hochdruck-Schaltventilvorrichtung
der dritten Ausführungsform
geöffnet
ist. 6B zeigt die Querschnittsgestalt des Dichtungsteils 9,
wenn die Hochdruck-Schaltventilvorrichtung geschlossen ist, während der
Druck auf der Hochdruckseite 1a des Hochdruck-Fluidkanals 1 relativ niedrig
ist. 6C zeigt die Querschnittsgestalt des Dichtungsteils 9,
wenn die Hochdruck-Schaltventilvorrichtung
geschlossen ist, während
der Druck auf der Hochdruckseite 1a des Hochdruck-Fluidkanals 1 relativ
hoch ist.
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Wie
in den 6B und 6C gezeigt
ist, ist, selbst falls der Druck auf der Hochdruckseite 1a des
Hochdruck-Fluidkanals 1 relativ hoch ist, die Querschnittsgestalt
des Dichtungsteils 9 nahezu dieselbe wie diejenige, wenn
der Druck auf der Hochdruckseite 1a des Hochdruck-Fluidkanals 1 relativ niedrig
ist. Der Grund ist derselbe wie derjenige, der bei der ersten Ausführungsform
beschrieben wurde. Nämlich
wird, wenn der Druck auf der Hochdruckseite 1a hoch ist,
der hohe Druck auf den zylindrischen Abschnitt 17 des Dichtungsteils 9 ausgeübt bzw.
an diesen angelegt. Jedoch empfängt
die äußere Umfangsoberfläche 12 des
vorderen Endabschnitts 11 des Ventilhauptkörpers insgesamt,
das heißt
als ganzes, den hohen Druck.
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Darum
ist es bei der Hochdruck-Schaltventilvorrichtung der dritten Ausführungsform
wie in dem Fall der ersten und zweiten Ausführungsform möglich, die
teilweise Ausdehnung und Deformierung des Dichtungsteils, anders
als bei der herkömmlichen Hochdruck-Schaltventilvorrichtung,
zu verhindern und die Dichtungseigenschaft des Dichtungsteils für einen
lange Zeitraum sicherzustellen. Derart ist es möglich, die zulässige Druckgrenze
stark zu verbessern, ohne eindeutig von der Materialfestigkeit des Dichtungsteils
abzuhängen.
Des weiteren ist es bei der dritten Ausführungsform möglich, da
die vordere Endoberfläche 19 des
zylindrischen Abschnitts 17 des Dichtungsteils relativ
zu der vorderen Endoberfläche 18 des
vorderen Endabschnitts 11 des Ventilhauptkörpers auf
der Seite der Ventilöffnungsrichtung
befindlich ist, das Dichtungsteil 9 zu schützen.
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Entsprechend
der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine zulässige (erlaubte)
Druckgrenze mit einer einfachen Struktur und ohne Abhängigkeit von
der Materialfestigkeit bzw. Materialstärke des Dichtungsteils zu verbessern.