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Die Erfindung geht aus von einer Ventilbaugruppe nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1.
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Bekannte Fahrzeugbremssysteme mit ABS- und/oder ESP-Funktionalität bieten Zusatzfunktionen, welche den Fahrer beispielsweise bei einer Abstandseinhaltung zum vorausfahrenden Fahrzeug unterstützen. Dies geschieht durch ein aktives Eingreifen der Zusatzfunktion in das Fahrzeugbremssystem, indem Druck an Radbremszangen aufgebaut wird, ohne dass der Fahrer selbst das Bremspedal betätigt hat. Damit der Fahrer keine störenden Geräusche hört, werden hydraulische Dämpfungsmaßnahmen eingesetzt, welche Druckpulsationen aus einer Fördereinheit des Fahrzeugbremssystems mindern. Die Dämpfungsmaßnahmen können sich aus einem hydraulischen Widerstand und einer Kapazität zusammensetzen. Für die Wirksamkeit eines solchen hydraulischen Dämpfers wird eine große Bedrosselung durch einen hydraulischen Widerstand eingesetzt. Als nachteilig kann dabei angesehen werden, dass mit dem großen hydraulischen Widerstand und einem damit verbundenem hohen Druckabfall, die Last auf den Antrieb der Fördereinheit zunimmt, die Drehzahl sinkt und damit die Förderleistung bzw. die Druckaufbaudynamik abnimmt. Als Gegenmaßnahme können hydraulische Widerstände verwendet werden, welche durchflussabhängig einen variablen Strömungsquerschnitt darstellen. Somit kann bei großen Volumenströmen der durchströmte Strömungsquerschnitt größer und damit der weitere Anstieg des Druckabfalls reduziert werden.
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Werden variable Drosseln in Form eines Ventils, dessen Schließkörper beispielsweise durch eine Feder oder einen Magneten belastet ist, mit durchflussabhängigem Hub ausgestaltet, dann wirken Strömungskräfte, welche zu einem translatorischen und rotatorischen Schwingen des Schließkörpers führen können. Dadurch können Druckschwingungen erzeugt werden, welche sich in der Hydraulik ausbreiten und durch die Anbindung der Leitungen an die Karosserie zu Geräuschproblemen in der Fahrgastzelle führen können.
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Aus der
DE 102 24 430 A1 DE ist eine als Rückschlagventil ausgeführte gattungsgemäße Ventilbaugruppe bekannt, welche aus einem Gehäuse mit einer Eingangsöffnung und einer Ausgangsöffnung besteht, in dem ein Innenraum ausgebildet ist, der eingangsseitig einen Ventilsitz aufweist und in dem ein Schließkörper beweglich gelagert ist, dessen Bewegung in Öffnungsrichtung durch einen Anschlag begrenzt ist und an dem eine in Schließrichtung des Rückschlagventils wirkende Ventilfeder angreift. Hierbei weist die beim Öffnen des Rückschlagventils von der Strömung auf den Schließkörper wirkende resultierende Kraft eine Querkomponente zur Öffnungsrichtung auf. Zudem ist der Schließkörper asymmetrisch ausgeführt.
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Als nachteilig kann dabei angesehen werden, dass die Wirkung der Schwingungsunterdrückung von Strömungsgeschwindigkeit und von Fluideigenschaften abhängig ist. Somit lässt sich die Wirkung nur für bestimmte Temperaturbereiche und Volumenströme erzielen. Eine Umstellung auf ein anderes Fluid hätte ein anders Verhalten zur Folge.
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Aus der
DE 10 2013 202 588 A1 ist eine Ventilbaugruppe bekannt, welche aus einem Ventilgehäuse besteht, in welchem ein einen Ventileinlass mit einem Ventilauslass verbindender Längskanal vorgesehen ist. In den Längskanal ist Schließkörper eingesetzt, welcher in Richtung eines im Ventilgehäuse ausgebildeten Ventilsitzes von einer Schließfeder beaufschlagt ist. Zur Umgehung des Schließkörpers ist in einer Parallelschaltung zum Schließkörper vorzugsweise eine hydraulischen Blende vorgesehen. Zur Dämpfung von Schwingungen des Schließkörpers ist entweder stromaufwärts oder stromabwärts zum Schließkörper im Ventilgehäuse ein elastisches Reibelement angeordnet, welches zwischen dem Ventilgehäuse und dem Schließkörper reibschlüssig aufgenommen ist. Das elastische Reibelement ist vorzugsweise als O-Ring ausgeführt.
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Als nachteilig kann dabei angesehen werden, dass die Wirkung der Schwingungsunterdrückung nicht über die Fahrzeuglebensdauer garantiert werden kann. So reduziert Abrieb die seitliche Führung und Geometrieänderungen des elastischen Reibelements aufgrund von Fluidaufnahme (Quellung) wirken sich negativ auf das Öffnungsverhalten aus.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Ventilbaugruppe mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass Schwingungen des Schließkörpers durch eine definierte axiale und radiale Führung des Schließelements verhindert oder zumindest reduziert werden können. Zudem kann die Funktionalität über die Lebensdauer des Fahrzeugs erhalten werden. Des Weiteren sind Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Ventilbaugruppe kostengünstiger und einfacher zu montieren sowie unabhängiger von der Betriebstemperatur.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Ventilbaugruppe mit einem Ventilkörper zur Verfügung, in welchem ein einen Fluideinlass mit einem Fluidauslass verbindender Fluidkanal ausgebildet ist. Ein im Fluidkanal beweglich gelagerter Schließkörper ist in Richtung eines im Ventilkörper ausgebildeten Ventilsitzes mit einer Vorspannkraft beaufschlagt, wobei zum Öffnen des Ventilsitzes eine Fluidkraft gegen die Vorspannkraft auf den Schließkörper wirkt. Hierbei ist der Schließkörper durch mindestens eine Führungskugel axial und/oder radial geführt, wobei die mindestens eine Führungskugel zwischen dem Schließkörper und einer seitlichen Begrenzung des Fluidkanals angeordnet ist.
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Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Ventilbaugruppen kann sich durch Toleranzen, aber auch durch Materialabtrag, der Abstand zwischen dem Dämpfungselement und der seitlichen Begrenzung des Fluidkanals ändern. Dies kann zu einer Abnahme der Führung bzw. der Verspannung bzw. Überpressung des elastischen Reibelements führen. Bei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Ventilbaugruppe justiert sich die mindestens eine Führungskugel hingegen automatisch nach. Zudem können auch Koaxialitätsfehler bzw. Toleranzen der seitlichen Begrenzung des Fluidkanals ausgeglichen werden. Somit sind die maßlichen Anforderungen an die Bauteile geringer, was zu geringeren Fertigungskosten im Gesamten führt. Die Wirkung des Radialspielausgleichs und die Reduzierung der Schwingungsneigung des Schließkörpers lassen sich über die Geometrie des Schließkörpers und der Führungskugeln, sowie über die Vorspannkraft einstellen. Die mindestens eine Führungskugel wird vorzugsweise als Stahlkugel ausgeführt.
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Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Ventilbaugruppe können beispielsweise als Rückschlagventile oder als dynamische Drosseln in einem hydraulischen Fahrzeugbremssystem eingesetzt werden.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Ventilbaugruppe möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, dass die Vorspannkraft über die mindestens eine Führungskugel unter einem Winkel auf den Schließkörper wirkt und die mindestens eine Führungskugel mit dem Schließkörper verspannt, so dass eine resultierende Kraft auf den Schließkörper eine axial wirkende Schließkomponente und eine senkrecht zur Schließkomponente wirkende Querkomponente aufweist.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Ventilbaugruppe kann durch eine zwischen der mindestens einen Führungskugel und der seitlichen Begrenzung des Fluidkanals wirkende Reibkraft ein Hysterese-Verhalten während eines Schließvorgangs vorgegeben werden. Hierbei kann die wirksame Reibkraft beispielsweise über Anzahl und Abmessungen der Führungskugeln und die Ausführung der seitlichen Begrenzung des Fluidkanals vorgegeben und an die jeweilige Anwendung angepasst werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Ventilbaugruppe kann die mindestens eine Führungskugel auf einem Kugelhalter angeordnet werden, welcher beweglich im Fluidkanal geführt ist. Hierbei kann die wirksame Vorspannkraft über den Kugelhalter auf die mindestens eine Führungskugel wirken. Die Form des Kugelhalters kann beliebig gewählt werden, um ein „Abwandern“ der mindestens einen Führungskugel stromabwärts zu verhindern. Bei der Verwendung von mehreren Führungskugeln kann durch den Kugelhalter die Federkraft gleichmäßiger auf die Führungskugeln verteilt werden. Zudem weist der Kugelhalter ein radiales Spiel zur seitlichen Begrenzung des Fluidkanals auf und kann zusätzlich am äußeren Rand abgerundet werden, um ein Verkanten zu verhindern. Damit das Fluid stromabwärts fließen kann, sind Strömungsquerschnitte am Kugelhalter vorgesehen, deren Gestaltung beliebig gewählt werden kann. So kann der Kugelhalter beispielsweise mindestens einen Durchlass und/oder mindestens eine Aussparung aufweisen, welche jeweils einen Strömungsquerschnitt ausbilden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Ventilbaugruppe kann eine Rückstellfeder und/oder ein Magnet die Vorspannkraft zur Verfügung stellen. Hierbei kann sich die Rückstellfeder an einem Ende am Kugelhalter und am anderen Ende an einem Federhalter abstützen. Der Federhalter kann beispielsweise als Haltescheibe oder als Haltebecher ausgeführt werden, welcher die Rückstellfeder zumindest teilweise aufnehmen und führen kann. Der Federhalter wird vorzugsweise in den Fluidkanal eingepresst, wobei die Vorspannkraft der Rückstellfeder über die Einpresstiefe des Federhalters und/oder die Eigenschaften der Rückstellfeder vorgegeben werden kann. Bei der Verwendung eines Magneten zur Erzeugung der Vorspannkraft, wirkt dieser vorzugweise auf einen ferromagnetischen Kugelhalter. Hierbei kann Magnetkraft allein, unterstützt durch eine Federkraft oder auch gegen eine Federkraft wirken.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Ventilbaugruppe kann der Schließkörper als Dichtkugel oder als Dichtbuchse ausgeführt werden. Hierbei ist der Schließkörper mit entsprechenden Rundungen so ausgeführt, dass der Radialspielausgleich mit der stromabwärts angeordneten mindestens einen Führungskugel möglich ist. Zudem können zusätzliche Funktionen wie eine statische Drossel als Bypass im Schließkörper umgesetzt werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Ventilbaugruppe kann der Schließkörper einen Dichtbereich und einen Führungsfortsatz aufweist. Der Dichtbereich kann beispielsweise als Kugelkalotte ausgeführt werden, an welche der Führungsfortsatz angeformt werden kann.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Ventilbaugruppe kann der Führungsfortsatz einen runden Querschnitt aufweisen und als Kegel oder Kegelstumpf oder Zylinder ausgeführt werden. Alternativ kann der Führungsfortsatz einen mehreckigen Querschnitt aufweisen. Hierbei können zwischen Außenflächen des Führungsfortsatzes und der seitlichen Begrenzung des Fluidkanals korrespondierende Kammern ausgebildet werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Ventilbaugruppe können mehrere Führungskugeln im Fluidkanal angeordnet werden, welche den Schließkörper axial und/oder radial führen. Hierbei können die Führungskugeln derart im Fluidkanal angeordnet werden, dass sich die Führungskugeln in Umfangsrichtung gegenseitig abstützen. Das bedeutet, dass die Anzahl der Kugeln so gewählt ist, dass sie sich gegenseitig in Umfangsrichtung abstützen können und ein ungleichmäßiges Verschieben der Kugeln verhindert werden kann. Dadurch kann beispielweise verhindert werden, dass sich alle Kugeln nur auf einer Seite des Schließkörpers befinden.
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Alternativ können die Führungskugeln durch geeignete Mittel, ähnlich wie bei einem Käfig bei Kugellagern, positioniert und geführt werden. Die Gestaltung der Positionierungsmittel ist dabei beliebig. So kann der Kugelhalter beispielsweise entsprechende Vertiefungen als Positionierungsmittel aufweisen, welche jeweils eine Führungskugel zumindest teilweise aufnehmen und positionieren. Über die Vertiefungen können die Führungskugeln definierte Abstände zueinander haben. Zudem können die zwischen den Außenflächen des Führungsfortsatzes und der seitlichen Begrenzung des Fluidkanals ausgebildeten Kammern jeweils eine Führungskugel zumindest teilweise aufnehmen und positionieren. Durch eine gezielte Gestaltung des Führungsfortsatzes kann somit eine bewegliche Positionierung der Kugeln realisiert werden. Zudem können die Positionierungsmittel als in den Ventilkörper eingebrachte axiale Haltenuten ausgeführt werden, welche jeweils eine Führungskugel zumindest teilweise aufnehmen und positionieren können.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Ventilbaugruppe kann der Kugelhalter beispielsweise als Haltekugel oder als Scheibe oder als Haltekapsel oder als Haltehülse ausgeführt werden. Die Ausführung als Haltekugel ermöglicht eine kostengünstige Realisierung des Kugelhalters. Die Haltekapsel kann ein Ende der Rückstellfeder zumindest teilweise aufnehmen, und die Rückstellfeder kann sich am Boden der Haltekapsel abstützen. Zudem ermöglicht die Ausführung als Haltekapsel oder Haltehülse eine bessere Führung im Fluidkanal ohne Verkannten. Des Weiteren kann ein offenes Ende der Haltekapsel mit dem Federhalter einen Anschlag zur Begrenzung der Öffnungsbewegung des Schließkörpers ausbilden. Auch ein vom Schließkörper abgewandter Rand der Haltehülse kann mit dem Federhalter oder einer zusätzlichen Anschlagscheibe einen Anschlag zur Begrenzung der Öffnungsbewegung des Schließkörpers ausbilden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Ventilbaugruppe kann eine statische Drossel eine dauerhafte Fluidverbindung zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass ausbilden. Die statische Drossel kann beispielsweise in der Dichtbuchse oder im Ventilkörper ausgebildet werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Ventilbaugruppe kann der Fluidkanal zwischen dem Ventilsitz und dem Fluidauslass einen zylinderförmigen Fluidkanalabschnitt oder einen gestuften Fluidkanalabschnitt aufweisen. Da die Querkraft neben der Geometrie des Schließkörpers, der mindestens einen Führungskugel, der Vorspannkraft auch von der Gestaltung der seitlichen Begrenzung des Fluidkanals abhängig ist, können dadurch gewünschte Ventileigenschaften ermöglicht werden. So kann ein Übergang zwischen verschiedenen Querschnitten des gestuften Fluidkanalabschnitts beispielsweise einen in Öffnungsrichtung linearen oder gekrümmten Verlauf mit zunehmendem oder abnehmendem Öffnungsquerschnitt aufweisen. Alternativ kann ein Übergang zwischen verschiedenen Querschnitten des gestuften Fluidkanalabschnitts in Öffnungsrichtung bis zu einem Wendepunkt einen linearen oder gekrümmten Verlauf mit abnehmendem Öffnungsquerschnitt und ab dem Wendepunkt einen linearen oder gekrümmten Verlauf mit zunehmendem Öffnungsquerschnitt aufweisen. Zudem kann die mindestens eine Führungskugel im Bereich des Übergangs zwischen verschiedenen Querschnitten des gestuften Fluidkanalabschnitts angeordnet werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilbaugruppe im geschlossenen Zustand.
- 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Ventilbaugruppe aus 1 im geöffneten Zustand.
- 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilbaugruppe im geschlossenen Zustand.
- 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilbaugruppe im geschlossenen Zustand.
- 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilbaugruppe im geschlossenen Zustand.
- 6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines fünften Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilbaugruppe im geschlossenen Zustand.
- 7 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines sechsten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilbaugruppe im geschlossenen Zustand.
- 8 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines siebten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilbaugruppe im geschlossenen Zustand.
- 9 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines achten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilbaugruppe im geöffneten Zustand.
- 10 bis 12 zeigen jeweils eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels eines Kugelhalters für eine erfindungsgemäße Ventilbaugruppe.
- 13 zeigt einen Querschnitt eines Ventilkörpers für eine erfindungsgemäße Ventilbaugruppe mit einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Kugelhalters.
- 14 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Schließkörpers für eine erfindungsgemäße Ventilbaugruppe.
- 15 bis 18 zeigen jeweils einen schematischen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Führungsfortsatzes für den Schließkörper aus 14.
- 19 bis 22 zeigen jeweils einen schematischen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Übergangs zwischen verschiedenen Querschnitten eines gestuften Fluidkanals für eine erfindungsgemäße Ventilbaugruppe.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Wie aus 1 bis 9 ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Ventilbaugruppe 1, jeweils einen Ventilkörper 3, 3A, 3B, 3C, in welchem ein einen Fluideinlass FE mit einem Fluidauslass FA verbindender Fluidkanal 7 ausgebildet ist. Ein im Fluidkanal 7 beweglich gelagerter Schließkörper 10 ist in Richtung eines im Ventilkörper 3, 3A, 3B, 3C ausgebildeten Ventilsitzes 5 mit einer Vorspannkraft FVS beaufschlagt, wobei zum Öffnen des Ventilsitzes 5 eine Fluidkraft FF gegen die Vorspannkraft FVS auf den Schließkörper 10 wirkt. Hierbei ist der Schließkörper 10 durch mindestens eine Führungskugel 12 axial und/oder radial geführt. Zudem ist die mindestens eine Führungskugel 12 zwischen dem Schließkörper 10 und einer seitlichen Begrenzung des Fluidkanals 7 angeordnet ist.
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Wie aus 1 bis 9 weiter ersichtlich ist, wirkt die Vorspannkraft FVS über die mindestens eine Führungskugel 12 unter einem Winkel auf den Schließkörper 10 und verspannt die mindestens eine Führungskugel 12 mit dem Schließkörper 10, so dass eine resultierende Kraft auf den Schließkörper 10 eine axial wirkende Schließkomponente und eine senkrecht zur Schließkomponente wirkende Querkomponente aufweist.
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Wie aus 1 bis 9 weiter ersichtlich ist, ist die Ventilbaugruppe 1 in den dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils als dynamische Drossel 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, 1H ausgeführt. Bei den dargestellten dynamischen Drosseln 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, 1H wird der Hub des Schließkörpers 10 in Abhängigkeit der Vorspannkraft FVS und der Fluidkraft FF eingestellt. Zudem ist der Ventilkörper 3, 3A, 3B, 3C in den dargestellten Ausführungsbeispielen als hutförmige Hülse ausgeführt, wobei der Fluidauslass FA als Öffnung in den Boden der hutförmigen Hülse eingebracht ist und der Fluideinlass FE am offenen Ende der hutförmigen Hülse angeordnet ist. Der Ventilsitz 5 ist als Kegelsitz am inneren Rand der Öffnung im Boden der hutförmigen Hülse eingebracht. Selbstverständlich können der Ventilsitz 5 und/oder der Ventilkörper 3, 3A, 3B, 3C auch eine andere geeignete Form aufweisen.
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Wie aus 1 bis 9 weiter ersichtlich ist, sind in den dargestellten Ausführungsbeispielen neben dem Schließkörper 10, welcher in den in 1 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispielen der Ventilbaugruppe 1 als Dichtkugel 10A und in dem in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel der Ventilbaugruppe 1 als Dichtbuchse 10B ausgeführt ist, mehrere Führungskugeln 12 im Fluidkanal 7 angeordnet. Anzahl und Abmessungen der Führungskugeln 12 können frei gewählt und an die Bauraumbedingungen bzw. an die Ausführung des Schließkörpers 10 und des Fluidkanals 7 angepasst werden. Die Führungskugeln 12 führen den Schließkörper 10 radial und/oder axial. Dadurch werden Schwingungen des Schließkörpers 10 verhindert oder zumindest reduziert, so dass das Geräuschverhalten der Ventilbaugruppe 1 erheblich verbessert wird. Die Lage der Führungskugeln 12 kann beliebig am Schließkörper 10 verteilt sein. In den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Führungskugeln 12 stromabwärts vom Schließkörper 10 angeordnet. Durch die Vorspannkraft FVS, welche in den dargestellten Ausführungsbeispielen durch eine Rückstellfeder 14 oder durch eine Magnetkraft realisiert ist, wird das Führungsverhalten der Führungskugeln 12 verbessert, da die mindestens eine Führungskugel 12 mit dem Schließkörper 10 verspannt wird. Dadurch wirkt neben der axialen Kraftübertragung zusätzlich eine Radialkraft an den Führungskugeln 12. Diese Radialkraft wirkt axialen und/oder radialen Schwingungen des Schließkörpers 10 entgegen. Die Wirkung des Radialspielausgleichs und die Reduzierung der Schwingneigung der Ventilbaugruppe 1 lassen sich über die Geometrie des Schließkörpers 10 und der Führungskugeln 12 sowie der Vorspannkraft einstellen. Die Führungskugeln 12 sind vorzugsweise als Stahlkugeln ausgeführt.
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Durch die Reibungskraft zwischen den Führungskugeln 12 und der seitlichen Begrenzung des Fluidkanals 7 kann ein Hysterese-Verhalten erzielt werden, welches bei Situationen mit hohem gewünschtem Durchfluss zu einem verspäteten Schließen der Ventilbaugruppe 1 führt. Dadurch stellt die Ventilbaugruppe 1 bei hintereinander folgenden Pumpenförderhüben einen reduzierten fluidischen Widerstand dar.
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Wie aus 1 und 2 weiter ersichtlich ist, umfasst die Ventilbaugruppe 1 bzw. die dynamische Drossel 1A im dargestellten Ausführungsbeispiel mehrere Führungskugeln 12 und eine Rückstellfeder 14, welche die Vorspannkraft FVS auf die Führungskugeln 12 bewirkt. Wie aus 1 und 2 weiter ersichtlich ist, ist die Rückstellfeder 14 im dargestellten Ausführungsbeispiel als Spiralfeder ausgeführt, welche sich an einem Ende auf einem Federhalter 9 und am anderen Ende an den Führungskugeln 12 abstützt. Der Federhalter 9 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Haltescheibe 9A mit einem mittigen Durchlass 9.1 ausgeführt und am offenen Ende des Ventilkörpers 3A in den Fluidkanal 7 eingepresst.
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Bei dem in 1 dargestellten geschlossenen Zustand der Ventilbaugruppe 1 ist die wirkende Vorspannkraft FVS der Rückstellfeder 14 größer als die von außen am Fluideinlass FE wirkende Fluidkraft FF, so dass die Vorspannkraft FVS der Rückstellfeder 14 den Schließkörper 10 bzw. die Dichtkugel 10A über die Führungskugeln 12 in den Ventilsitz 5 drückt.
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Bei dem in 2 dargestellten geöffneten Zustand der Ventilbaugruppe 1 ist die wirkende Vorspannkraft FVS der Rückstellfeder 14 kleiner als die von außen am Fluideinlass FE wirkende Fluidkraft FF, so dass die Fluidkraft FF den Schließkörper 10 bzw. die Dichtkugel 10A gegen die Vorspannkraft FVS der Rückstellfeder 14 aus dem Ventilsitz 5 drückt. Durch die Führungskugeln 12 wird der Schließkörper 10 bzw. die Dichtkugel 10A während der Öffnungsbewegung bzw. während der Schließbewegung radial und axial geführt.
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Wie aus 3 bis 9 weiter ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Ausführungsbeispiele der Ventilbaugruppe 1 einen Kugelhalter 16 als zusätzliches Bauteil, auf welchem die mindestens eine Führungskugel 12 angeordnet ist. Der Kugelhalter 16 kann verschiedene geeignete Formen aufweisen und ist mit radialem Spiel axial beweglich im Fluidkanal 7 geführt. Zudem wirkt die wirksame Vorspannkraft FVS über den Kugelhalter 16 auf die mindestens eine Führungskugel 12. Der Kugelhalter 16 soll ein stromabwärtiges „Abwandern“ der mindestens einen Führungskugel 12 verhindern und die Vorspannkraft FVS gleichmäßiger auf die Führungskugeln 12 verteilen.
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Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, umfasst die Ventilbaugruppe 1 bzw. die dynamische Drossel 1B im dargestellten Ausführungsbeispiel mehrere Führungskugeln 12 und eine als Spiralfeder ausgeführte Rückstellfeder 14, welche die Vorspannkraft FVS auf die Führungskugeln 12 bewirkt. Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, ist zwischen der Rückstellfeder 14 und den Führungskugeln 12 ein Kugelhalter 16 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kugelhalter 16 als Haltekugel 16A ausgeführt. Hierbei stützt sich die Rückstellfeder 14 an einem Ende auf einem als Haltescheibe 9A ausgeführten Federhalter 9 und am anderen Ende an der Haltekugel 16A ab. Der Federhalter 9 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem mittigen Durchlass 9.1 ausgeführt und am offenen Ende des Ventilkörpers 3A in den Fluidkanal 7 eingepresst.
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Wie aus 4 und 5 weiter ersichtlich ist, umfasst die Ventilbaugruppe 1 bzw. die dynamische Drossel 1C, 1D in den dargestellten Ausführungsbeispielen mehrere Führungskugeln 12 und eine als Spiralfeder ausgeführte Rückstellfeder 14, welche die Vorspannkraft FVS auf die Führungskugeln 12 bewirkt. Wie aus 4 und 5 weiter ersichtlich ist, ist zwischen der Rückstellfeder 14 und den Führungskugeln 12 ein Kugelhalter 16 angeordnet. In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Kugelhalter 16 als Scheibe 16B ausgeführt. Der als Scheibe 16B ausgeführte Kugelhalter 16 weist mindestens einen Strömungsquerschnitt auf, um im geöffneten Zustand einen Fluidfluss im Fluidkanal 7 zu ermöglichen. Wie aus 10 bis 12 weiter ersichtlich ist, kann die Scheibe 16B, 16E, 16F mindestens einen Durchlass 16.1 und/oder mindestens eine Aussparung 16.2 aufweisen, welche jeweils mindestens einen Strömungsquerschnitt ausbilden. Wie aus 4, 5 und 10 weiter ersichtlich ist, weist die dargestellte Scheibe 16B jeweils einen mittigen Durchlass 16.1 auf. Wie aus 11 weiter ersichtlich ist, weist die dargestellte Scheibe 16E mehrere am Rand ausgebildete Aussparungen 16.2 auf. Wie aus 12 weiter ersichtlich ist, weist die dargestellte Scheibe 16F einen mittigen Durchlass 16.1 und mehrere am Rand ausgebildete Aussparungen 16.2 auf.
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Wie aus 4 weiter ersichtlich ist, stützt sich die Rückstellfeder 14 im dargestellten Ausführungsbeispiel an einem Ende auf einem als Haltescheibe 9A ausgeführten Federhalter 9 und am anderen Ende an dem als Scheibe 16B ausgeführten Kugelhalter 16 ab. Der Federhalter 9 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem mittigen Durchlass 9.1 ausgeführt und am offenen Ende des Ventilkörpers 3A in den Fluidkanal 7 eingepresst.
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Wie aus 5 weiter ersichtlich ist, ist der Federhalter 9 im dargestellten Ausführungsbeispiel als Haltebecher 9B ausgeführt, welcher am offenen Ende des Ventilkörpers 3B in den Fluidkanal 7 eingepresst ist und die Rückstellfeder 14 zumindest teilweise aufnimmt. Am Boden weist der Haltebecher 9B einem mittigen Durchlass 9.1 auf. Wie aus 5 weiter ersichtlich ist, stützt sich die Rückstellfeder 14 im dargestellten Ausführungsbeispiel an einem Ende am Boden des Haltebechers 9B und am anderen Ende an der Scheibe 16B ab. Zudem bildet das offene Ende des Haltebechers 9B einen Anschlag 9.2 aus, welcher die Öffnungsbewegung des Schließkörpers 10 begrenzt.
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Wie aus 6 weiter ersichtlich ist, umfasst die Ventilbaugruppe 1 bzw. die dynamische Drossel 1E im dargestellten Ausführungsbeispiel mehrere Führungskugeln 12 und eine als Spiralfeder ausgeführte Rückstellfeder 14, welche die Vorspannkraft FVS auf die Führungskugeln 12 bewirkt. Wie aus 6 weiter ersichtlich ist, ist zwischen der Rückstellfeder 14 und den Führungskugeln 12 ein Kugelhalter 16 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kugelhalter 16 als Haltekapsel 16C ausgeführt, welche die Rückstellfeder 14 zumindest teilweise aufnimmt und am Boden einen mittigen Durchlass 16.1 aufweist. Hierbei stützt sich die Rückstellfeder 14 an einem Ende auf einem als Haltescheibe 9A ausgeführten Federhalter 9 und am anderen Ende am Boden der Haltekapsel 16C ab. Der Federhalter 9 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem mittigen Durchlass 9.1 ausgeführt und am offenen Ende des Ventilkörpers 3B in den Fluidkanal 7 eingepresst.
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Wie aus 5 und 6 weiter ersichtlich ist, umfasst die Ventilbaugruppe 1 bzw. die dynamischen Drossel 1D, 1E in den dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils eine statische Drossel 2, welche eine dauerhafte Fluidverbindung zwischen dem Fluideinlass FE und dem Fluidauslass FA ausbildet. Wie aus 5 und 6 weiter ersichtlich ist, ist die statische Drossel 2 in den dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils im Boden des als hutförmige Hülse ausgebildeten Ventilkörpers 3B ausgebildet.
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Wie aus 7 weiter ersichtlich ist, umfasst die Ventilbaugruppe 1 bzw. die dynamische Drossel 1F im dargestellten Ausführungsbeispiel mehrere Führungskugeln 12 und eine Magnetbaugruppe 19, welche die Vorspannkraft FVS auf die Führungskugeln 12 bewirkt. Wie aus 7 weiter ersichtlich ist, ist der Kugelhalter 16 als Haltehülse 16D aus einem ferromagnetischen Material ausgebildet. Hierbei stützt sich die Rückstellfeder 14 an einem Ende auf einem als Haltescheibe 9A ausgeführten Federhalter 9 und am anderen Ende an der Haltekugel 16A ab. Zudem ist im dargestellten Ausführungsbeispiel am offenen Ende des Ventilkörpers 3A eine Anschlagscheibe 16.5 mit einem mittigen Durchlass in den Fluidkanal 7 eingepresst. Die Anschlagscheibe 16.5 begrenzt die Öffnungsbewegung des Schließkörpers 10.
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Wie aus 1 bis 7 weiter ersichtlich ist, weist der Fluidkanal 7 der Ventilbaugruppe 1 bzw. der dynamischen Drossel 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F in den dargestellten Ausführungsbeispielen zwischen dem Ventilsitz 5 und dem Fluidauslass FA jeweils einen zylinderförmigen Fluidkanalabschnitt 7A auf.
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Wie aus 8 weiter ersichtlich ist, umfasst die Ventilbaugruppe 1 bzw. die dynamische Drossel 1G im dargestellten Ausführungsbeispiel mehrere Führungskugeln 12 und eine als Spiralfeder ausgeführte Rückstellfeder 14, welche die Vorspannkraft FVS auf die Führungskugeln 12 bewirkt. Wie aus 8 weiter ersichtlich ist, ist zwischen der Rückstellfeder 14 und den Führungskugeln 12 ein als Scheibe 16B ausgeführter Kugelhalter 16 mit einem mittigen Durchlass 16.1 angeordnet. Wie aus 8 weiter ersichtlich ist, ist der Federhalter 9 im dargestellten Ausführungsbeispiel als Haltebecher 9B ausgeführt, welcher am offenen Ende des Ventilkörpers 3C in den Fluidkanal 7 eingepresst ist und die Rückstellfeder 14 zumindest teilweise aufnimmt. Am Boden weist der Haltebecher 9B einem mittigen Durchlass 9.1 auf. Wie aus 8 weiter ersichtlich ist, stützt sich die Rückstellfeder 14 im dargestellten Ausführungsbeispiel an einem Ende am Boden des Haltebechers 9B und am anderen Ende an der Scheibe 16B ab. Zudem bildet das offene Ende des Haltebechers 9B einen Anschlag 9.2 aus, welcher die Öffnungsbewegung des Schließkörpers 10 begrenzt. Wie aus 8 weiter ersichtlich ist, weist der Fluidkanal 7 der Ventilbaugruppe 1 bzw. der dynamischen Drossel 1G im dargestellten Ausführungsbeispiel im Gegensatz zu den in 1 bis 7 dargestellten dynamischen Drosseln 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F zwischen dem Ventilsitz 5 und dem Fluidauslass FA einen gestuften Fluidkanalabschnitt 7B auf.
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Wie aus 8 weiter ersichtlich ist, sind die Führungskugeln 12 im Bereich eines Übergangs 8 zwischen verschiedenen Querschnitten des gestuften Fluidkanalabschnitts 7B angeordnet. Wie aus 19 bis 22 ersichtlich ist, kann der Übergang 8 zwischen den verschiedenen Querschnitten des gestuften Fluidkanalabschnitts 7B unterschiedliche Formen aufweisen, um ein gewünschtes Ventilverhalten vorzugeben.
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Wie aus 8 und 19 weiter ersichtlich ist, weist der Übergang 8A im dargestellten Ausführungsbeispiel einen in Öffnungsrichtung linearen Verlauf mit zunehmendem Öffnungsquerschnitt auf.
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Wie aus 20 weiter ersichtlich ist, weist der Übergang 8B im dargestellten Ausführungsbeispiel einen in Öffnungsrichtung linearen Verlauf mit abnehmendem Öffnungsquerschnitt auf.
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Wie aus 21 weiter ersichtlich ist, weist der Übergang 8C im dargestellten Ausführungsbeispiel in Öffnungsrichtung bis zu einem Wendepunkt einen gekrümmten Verlauf mit abnehmendem Öffnungsquerschnitt und ab dem Wendepunkt einen gekrümmten Verlauf mit zunehmendem Öffnungsquerschnitt auf.
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Wie aus 22 weiter ersichtlich ist, weist der Übergang 8D im dargestellten Ausführungsbeispiel in Öffnungsrichtung bis zu einem Wendepunkt einen linearen Verlauf mit abnehmendem Öffnungsquerschnitt und ab dem Wendepunkt einen linearen Verlauf mit zunehmendem Öffnungsquerschnitt auf.
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Wie aus 9 weiter ersichtlich ist, umfasst die Ventilbaugruppe 1 bzw. die dynamische Drossel 1H im dargestellten Ausführungsbeispiel mehrere Führungskugeln 12 und eine als Spiralfeder ausgeführte Rückstellfeder 14, welche die Vorspannkraft FVS auf die Führungskugeln 12 bewirkt. Wie aus 9 weiter ersichtlich ist, ist zwischen der Rückstellfeder 14 und den Führungskugeln 12 ein als Scheibe 16B ausgeführter Kugelhalter 16 mit einem mittigen Durchlass 16.1 angeordnet. Wie aus 9 weiter ersichtlich ist, ist der Federhalter 9 im dargestellten Ausführungsbeispiel als Haltebecher 9B ausgeführt, welcher am offenen Ende des Ventilkörpers 3C in den Fluidkanal 7 eingepresst ist. Im Unterschied zu den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen nimmt der Haltebecher 9B im dargestellten Ausführungsbeispiel die Rückstellfeder 14, den Kugelhalter 16 und die Führungskugeln 12 vollständig und den Schließkörper 10 zumindest teilweise auf. Am Boden weist der Haltebecher 9B einem mittigen Durchlass 9.1 auf. Wie aus 9 weiter ersichtlich ist, stützt sich die Rückstellfeder 14 im dargestellten Ausführungsbeispiel an einem Ende am Boden des Haltebechers 9B und am anderen Ende an der Scheibe 16B ab. Wie aus 9 weiter ersichtlich ist, weist der Fluidkanal 7 zwischen einem Ventilsitz 10.3, welcher am Fluideinlass FE ausgebildet ist, und dem Fluidauslass FA einen gestuften Fluidkanalabschnitt 7B auf.
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Wie aus 9 weiter ersichtlich ist, ist am Übergang zwischen verschiedenen Querschnitten des gestuften Fluidkanalabschnitts 7B ein weiterer Ventilsitz 5 ausgebildet, welcher mit einem als Dichtbuchse 10B ausgeführten Schließkörper 10 zusammenwirkt. Wie aus 9 weiter ersichtlich ist, weist der als Dichtbuchse 10B ausgeführte Schließkörper 10 eine Vertiefung und eine statische Drossel 2 auf. Im dargestellten geöffneten Zustand der Ventilbaugruppe 1 bzw. der dynamischen Drossel 1H ist in der Vertiefung ein weiterer als Kugel ausgeführter Schließkörper 18 angeordnet, welcher dichtend mit dem am Fluideinlass FE angeordneten Ventilsitz 10.3 zusammenwirkt, wenn sich im geschlossenen Zustand der Ventilbaugruppe 1 bzw. der dynamischen Drossel 1H über die statische Drossel 2 eine ungewollte Gegenströmung vom Fluidauslass FA zum Fluideinlass FE aufbaut. Wie aus 9 weiter ersichtlich ist, ist die statische Drossel 2 außermittig in der Dichtbuchse 10B angeordnet und bildet eine dauerhafte Fluidverbindung zwischen dem Fluideinlass FE und dem Fluidauslass FA aus, welcher durch die außermittige Anordnung nicht von dem weiteren Schließkörper 18 verschlossen werden kann.
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Neben der beschriebenen Ausführung als Dichtkugel 10A oder Dichtbuchse 10B sind auch noch andere Ausführungsformen für den Schließkörper 10 möglich, wie aus 14 ersichtlich ist.
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Bei dem in 14 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Schließkörper 10C einen Dichtbereich 10.1 und einen Führungsfortsatz 11 auf. Hierbei ist der Dichtbereich 10.1 im dargestellten Ausführungsbeispiel als Kugelkalotte ausgeführt, an welche der Führungsfortsatz 11 angeformt ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Führungsfortsatz 11 einen runden Querschnitt und ist als Kegel 11A ausgebildet. Alternativ kann der Führungsfortsatz 11 mit einem runden Querschnitt auch als Kegelstumpf oder Zylinder ausgeführt werden.
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Wie aus 15 bis 18 weiter ersichtlich ist, kann der Führungsfortsatz 11 einen mehreckigen Querschnitt aufweisen. So zeigt 15 einen Führungsfortsatz 11B mit einem gleichseitigen dreieckigen Querschnitt. 16 zeigt einen Führungsfortsatz 11C mit einem quadratischen Querschnitt. 17 zeigt einen Führungsfortsatz 11D mit einem regelmäßigen fünfeckigen Querschnitt. 18 zeigt einen Führungsfortsatz 11E mit einem regelmäßigen sechseckigen Querschnitt. Hierbei bilden sich zwischen Außenflächen des Führungsfortsatzes 11 und der seitlichen Begrenzung des Fluidkanals 7 korrespondierende Kammern aus.
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Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Anzahl der im Fluidkanal 7 angeordneten Führungskugeln 12 so gewählt, dass sich die Führungskugeln 12 in Umfangsrichtung gegenseitig abstützen. Alternativ können Positionierungsmittel vorgesehen werden, welche jeweils eine Führungskugel 12 zumindest teilweise aufnehmen und positionieren. So weist die in 12 dargestellte die Scheibe 16F drei Vertiefungen 16.3 als Positionierungsmittel auf, welche jeweils eine Führungskugel 12 zumindest teilweise aufnehmen und positionieren. Wie aus 13 weiter ersichtlich ist, sind die Positionierungsmittel im dargestellten Ausführungsbeispiel als in den Ventilkörper 3 eingebrachte axiale Haltenuten 16D ausgeführt, welche jeweils eine Führungskugel 12 zumindest teilweise aufnehmen und positionieren. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Haltenuten 16G in den Ventilkörper 3 eingebracht.
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Wie aus 15 bis 18 weiter ersichtlich ist, positionieren und nehmen die zwischen Außenflächen des Führungsfortsatzes 11 und der seitlichen Begrenzung des Fluidkanals 7 ausgebildeten Kammern jeweils eine Führungskugel 12 zumindest teilweise auf. So werden durch den in 15 dargestellten Führungsfortsatz 11B drei Führungskugeln 12 positioniert. Durch den in 16 dargestellten Führungsfortsatz 11C werden vier Führungskugeln 12, durch den in 17 dargestellten Führungsfortsatz 11D werden fünf und durch den in 18 dargestellten Führungsfortsatz 11E werden sechs Führungskugeln 12 positioniert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10224430 A1 [0004]
- DE 102013202588 A1 [0006]
