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Die
Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Ventil zur Steuerung
von Fluidkreisen, umfassend ein Ventilgehäuse mit Verschlußdeckel,
in dessen Innenraum sich eine Spule auf einem Wickelkörper mit
unbeweglichem und beweglichem Kern zur Steuerung eines Fluidkreises
und eine axial zur Spulenachse angeordnete Leitung befindet sowie
querverlaufende Leitungen, die durch den beweglichen Kern des Ventils
gegen den Druck einer Feder gesteuert werden.
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Derartige
Elektromagnetventile werden häufig
für das
Sperren und den Durchsaß von
Fluiden eingesetzt, so beispielweise gemäß der
DE 197 48 958 A1 der Anmelderin.
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Elektromagnetventile,
insbesondere für
die Steuerung von Flüssigkeitskreisen
im Automobilbereich, die normalerweise für den Einbau im Motorraum von
Automobilen und ähnlichem
bestimmt sind, müssen
eine Reihe strenger Anforderungen hinsichtlich Temperaturbeständigkeit
und Erschütterungsfestigkeit
erfüllen.
Ausserdem muß eine
Betriebssicherheit gegeben sein, die eine effiziente aktive Nutzung des
elektromagnetischen Ventils ermöglicht,
die der für
die restlichen mechanischen Teile des Automobils vorgesehenen Nutzungsdauer
entspricht oder über diese
hinausgeht.
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Diesen
Anforderungen werden Ventile gemäß dem Stand
der Technik nur bedingt gerecht.
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Von
daher liegt der Erfindung das Problem zugrunde, die Nachteile des
Standes der Technik zu vermeiden und ein Ventil vorzuschlagen, daß neben den
genannten streng technischen Bedingungen deren Herstellung mit geringem
Kostenaufwand für
eine wettbewerbsfähige
Produktion in Großserie
zu ermöglichen.
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Dass
Problem wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfaßt.
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Zur
Lösung
des Problems sieht die vorliegende Erfindung den Aufbau des Elektromagnetventils
zur Steuerung von Flüssigkeitskreisen
in einem einteiligen Ventilgehäuses
vor, in dessen Innenraum eine vorgefertigte elektromechanische Einheit,
die die Spule mit allen ihren ihren Zubehörteilen, darunter den Wickelkörper, den
unbeweglichen Kern des Spulenkernes, die Feder und den beweglichen
Kern, trägt,
axial verstellbar zu koppeln ist, wobei es möglich ist, diese Baugruppe
im Ventilgehäuse
maschinell zu montieren. Als Abschluss kann eine ordnungsgemäß abgedichtete
Verschlusskappe aufgesetzt werden um so die komplette Einheit des
erfindungsgemäßen Elektromagnetventils
zu bilden. Das einteilige Ventilgehäuse, das vorzugsweise aus hochwertigem
Industriekunststoff geformt ist, verfügt, neben ein paar Befestigungs-Aussenlaschen
mit speziellen Elastizitätseigenschaften
und Leitungen für
die anhand des durch den beweglichen Kern kontrollierten Ventils
zu steuernde Flüssigkeit, über interne
Verbindungsmittel für
die elektromechanischen Einheit, die ein axiales Zurückhalten
an der für
jedes Ventil variabel einstellbaren Stelle ermöglichen. Dies wird durch einfaches,
variables, axiales Verschieben der elektromechanischen Einheit erreicht,
deren beweglicher Kern aus einer dünnen Metallscheibe mit sehr
geringer Masse besteht, die schwebend zwischen Rückhalteflügeln am Wickelkörper eingebaut ist
und auf die eine Schraubenfeder wirkt, welche die Scheibe gegen
ein paar feststehende Finger der Rückhalteflügel des Wickelkörpers drückt, so
dass der maximal mögliche
Hub des beweglichen Kerns größer ist
als der Arbeitshub, der für
die Durchflusskontrollfunktionen der Ventile erforderlich ist.
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Für das Zurückhalten
und die axiale Führung der
die Spule und deren Kerne tragenden elektromechanischen Einheit
im Inneren des Ventilgehäuses wurden
Kupplungsvorrichtungen zwischen dem Spulenkern und dem Innenraum
des Elektroventilgehäuses
vorgesehen, die besagtes Zurückhalten
durch Verkeilung von aus dem Spulenkern herausragenden Metallbereichen
mit den Innenrippen des Ventilgehäuses erreichen, so dass durch
die axiale Verschiebung des elektromechanischen Spulenträgers bezüglich des
Ventilgehäuses
die Veränderung
der axialen Rückhalte-Endposition
besagter Baugruppe im Inneren des Ventilgehäuses ermöglicht wird. Auf diese Weise
wird erreicht, dass die präzise
und effiziente individuelle Regulierung jedes Elektromagnetventils einfach
dadurch möglich
ist, die elektromechanische Baugruppe mehr oder weniger axial im
Ventilgehäuse
zu verschieben. Die Rückhaltung
wird vorzugsweise durch gezahnte Bereiche mit einem eine Rückbewegung
verhindernden Profil ermöglicht,
die sich in den Seitenbereichen des Spulenkörpers befinden und die geeignet
sind, sich mit den Rippen des Ventilgehäuseinnenraums zu verzahnen.
Hierfür
kann die Zahnung einen gewissen Eingangswinkel auf einer die Zackenspitzen
verbindenden Linie bilden, um einen besseren Eingriff und eine hinsichtlich
des Ventilgehäuses
variable Fixierung zu erreichen. Es ist allerdings auch möglich, das
Rückhaltesystem
in umgekehrter Weise aufzubauen, dass heisst, durch eine regelmäßige Zahnung
mit den Zackenspitzen auf einer zur Spulenachse parallel verlaufenden
Linie, wobei in diesem Fall ein gewisser Winkel an den Rippen des
Elektroventilgehäuses
vorgesehen werden muss. Wesentlich ist auf jeden Fall, dass die
Endposition der elektromechanischen Einheit im Inneren des Ventilgehäuses durch
axiale Verschiebung dieser Baugruppe erreicht wird, bis die nominalen
Ventileigenschaften in Bezug auf Antriebsspannung und Nennstrom
erzielt werden, wobei ausschließlich
besagte Axialverstellung anzuwenden ist und das Zurückhalten
durch einfaches mechanisches Verhaken eines Teils der besagten elektromechanischen
Spulenträgereinheit
mit einem entsprechenden Teil des Ventilgehäuses zustande kommt.
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Um
die Vibrationsempfindlichkeit des Elektroventils zu vermindern,
sehen die erfindungsgemäßen Verbesserungen
ebenfalls das Anbringen von seitlichen Vertiefungen im Spulenkern
zur Ausübung eines
gewissen radialen Drucks auf die Innenwände des Elektroventilgehäuses vor,
wodurch jegliche radiale Versetzung der elektromechanischen Einheit
bezüglich
des Ventilsgehäuses
verhindert wird. Ebenfalls um die Vibrationsempfindlichkeit zu vermindern, sehen
die hier beschriebenen Verbesserungen die Anordnung von verformbaren
Axialanschlägen
in verschiedenen Bereichen des Wickelkörpers der Spule vor, so dass
bei der axialen Kopplung mit dem Spulenkern beide Elemente mit einem
bestimmten Druck untereinander beaufschlagt sind.
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Mit
dem gleichen Ziel sowie zur Erzielung der erforderlichen Abdichtung
sehen die vorliegenden Verbesserungen die Anbringung von bindefähigen Dichtungsmassen
zwischen dem einteiligen Ventilgehäuse und dessen Deckel sowie
im Ausgangsbereich der Anschlußstifte
des Elektroventils vor. Mit dieser Maßnahme wird nicht nur eine
ausgezeichnete Abdichtung des Ventilgehäuses erreicht, sondern auch
jegliche axiale und radiale Bewegungen zwischen den internen Organen
des elektromagnetischen Ventils, die aufgrund von Erschütterungen
auftreten können,
verhindert, so dass das Ventil Erschütterungen mit einer Beschleunigung
von bis zu 40 g standhalten kann, ohne dass sein normaler Betrieb beeinträchtigt wird.
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Das
gleiche Ziel, Erreichung eines hohen funktionellen Wirkungsgrades
und einer möglichst einfachen
Bauweise, hat der Einbau der Diode mittels einer Reihe von Zentrierungs-
und Rückhalteeinrichtungen
auf der Trägerplatte
der Anschlußstifte
sowie die Befestigung des Spulenkerns am unbeweglichen Kern durch
einfaches Aufstanzen der Basis des unbeweglichen Kerns auf einen
kleinen runden Hals, der aus dem Spulenkern herausragt.
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Die
vorliegenden Verbesserungen ermöglichen
es bei gattungsgemäßen Elektromagnetventilen
für die
Steuerung von Flüssigkeitskreisen,
verschiedene Eigenschaften zu erzielen, die eine hohe Betriebssicherheit
ermöglichen
und, insbesondere, eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Erschütterungen
sowie die wirtschaftliche Herstellung dieser Ventile.
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Die
Erfindung liefert verschiedene Verbesserungen an derartigen Ventilen,
durch welche spürbare
wirtschaftliche, technische und konstruktive Vorteile gegenüber derzeit
bekannten Ventile erzielt werden.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung eines bevorzugten
Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es
zeigen:
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1, 2 je
einen Längsschnitt,
in zueinander senkrechten Flächen,
eines elektromagnetischen Ventils, das die hier beschriebenen Verbesserungen
beinhaltet;
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3, 4 je
eine Seitenansicht des Elektromagnetventils der vorliegenden Erfindung;
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5 eine
perspektivische Ansicht;
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6 einen
Querschnitt des Elektroventils;
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7 eine
Draufsicht des Elektroventils;
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8–11 perspektivische
Ansichten der elektromechanischen Einheit des Elektroventils;
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12 einen
representativen Ausschnitt der axialen Rückhaltevorrichtung der elektromechanischen
Einheit im Elektroventilgehäuse;
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13 einen
Ausschnitt der Rückhaltevorrichtung
der elektromechanischen Einheit;
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14, 15 jeweils
eine Ansicht des beweglichen Elektroventilkerns;
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16, 17 jeweils
einen Ausschnitt der verformbaren Anschläge zur Rückhaltung unter Druck des Wickelkörpers des
Elektroventils im Spulenkern.
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Das
dargestellte Ausführungsbeispiel
ist nicht die einzig mögliche
Variante der vorliegenden Erfindung. Vielmehr können die Fachleute Änderungen
auf Grundlage des vorliegenden Beschreibung und Zeichnung einbringen
und verschiedene Bauteile durch andere, gleichwertige Komponenten
ersetzen.
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Das
den Gegenstand dieser Erfindung darstellende Elektromagnetventil
besteht aus einem Ventilgehäuse 1,
in dessen Innenraum sich eine insgesamt mit der Bezugsziffer 2 bezeichnete
elektromechanische Einheit befindet, welche in 9 und 11 einzeln
dargestellt ist. Ein Deckel 3 schließt das gesamte Elektroventil
hermetisch ab.
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Das
Ventilgehäuse 1 ist
in seinem unteren Teil mit den Leitungen 4 und 5 für den zu
steuernden Flüssigkeitskreis
ausgestattet. Hierzu gehört
auch die Axialleitung 6 im unbeweglichen Kern 7 des
Elektroventils. Der Deckel 3 verfügt über eine koaxiale rohrförmige Verlängerung 8 der
Axialleitung 6.
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Die
elektromechanische Einheit 2 wird vor der Endmontage des
Elektroventils zusammengebaut. Dies ermöglicht die maschinelle Montage
der Einheit 2 im Inneren des Ventilgehäuses 1, wobei deren
Ankopplung, wie weiter unten beschrieben, in einer axialen Regulierposition
erfolgt, um elektrische Eigenschaften und einen Durchfluss zu erzielen,
die für
jedes Ventil konstant sind.
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Die
elektromechanische Einheit 2 besteht aus dem Spulenkern,
der eine allgemeine Struktur in Form eines U hat und über eine
Basis 10 sowie zwei Schenkel 11 und 12 verfügt, die
den Umfang der Spule 13 zum Teil umgeben. Die Spule ist
auf dem Wickelkörper 14 montiert,
der mit Oberplatte 15 und Unterplatte 16 ausgestattet
ist. An der Oberplatte 15 befindet sich ein seitlicher
Ausleger 17, an dem die Anschluss-Stifte 18 und 19 sowie
eine Diode 20 angebracht sind. An der Unterplatte 16 befinden
sich Flügel 21 und 22,
die die Form leerer Rahmen haben, womit eine gewisse Elastizität erzielt
wird, und die jeweils innen einen Anschlag 23 (8)
aufweisen. Diese Anschläge
sind dazu bestimmt, den beweglichen Kern 24 axial zurückzuhalten.
Dieser bewegliche Kern 24 besteht aus einer dünnen Metallscheibe mit
Mittelknopf 25, der in Verschlußposition mit dem unteren Ende
der Leitung 6 des unbeweglichen Kerns 7 (1 und 2)
zusammentrifft. Eine Schraubenfeder 26 übt axialen Druck auf den beweglichen
Kern 24 aus, dem seinerseits als Anschlag die Unterplatte 27 des
unbeweglichen Kerns 7 dienen kann. Die Montage des beweglichen
Kerns 24 in der angegebenen Weise ermöglicht dessen korrekte Halterung
bei der Vormontage der elektromechanischen Einheit 1, das
aus diesem Grund unter Verwendung eines maschinellen Montagesystems
in den Innenraum des Elektroventilgehäuses 1 eingebaut werden kann.
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Bei
Betrieb liegt der Mittelknopf bzw. das Verschlußelement 25, wenn
die Spule 13 nicht erregt ist, auf dem Ende der Leitung 5 auf
und verschließt
diese. Wenn dagegen der bewegliche Kern zum unbeweglichen Kern hin
durch das erzeugte Magnetfeld angezogen wird, öffnet sich die Leitung 5 gerade
soweit, dass die gewünschte
Durchflussmenge erreicht wird. Der Gesamthub des beweglichen Kerns 24 muß in seiner
Position vor der Montage im Ventilgehäuse 1 natürlich größer sein
als der erforderliche Arbeitshub zwischen der in 1 und 2 dargestellten Verschlußposition
und der beschriebenen Öffnungsposition.
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Der
bewegliche Kern 24 (15) hat
einen im Prinzip länglichen
Aufbau mit Endbereichen in Form eines Kreisbogens 55 und 56,
die dazu bestimmt sind, die Ränder
der Schenkel 11 und 12 des Spulenkerns berührungslos
zu überlappen,
so wie oben verdeutlicht wurde, wobei der besagte bewegliche Kern 24 auf
beiden Seiten mit seitlichen Vertiefungen 57 und 58 versehen
ist, die sich zwischen den erwähnten
Bereichen in Form eines Kreisbogens 55 und 56 befinden
und – vorzugsweise
in ihrem Mittelteil – mit
kleinen Einkerbungen 59 und 60 versehen sind,
die mit den dazugehörigen
Zentriervorrichtungen 61 und 62 zusammentreffen
sollen, mit denen die Flügel 21 und 22 ausgestattet
sind, welche ihrerseits die axialen inneren Anschläge tragen.
Der bewegliche Kern 24 kann dank der konstruktiven Eigenschaften
des hier beschriebenen Elektroventils mit einer sehr geringen Dicke,
z. B. 0,5 mm, hergestellt werden, wodurch die durch Vibrationen,
denen das Elektroventil ausgesetzt ist, hervorgerufenen Trägheitseffekte
reduziert werden.
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In
Bezug auf die Schenkel 11 und 12 des Spulenkerns
ist die Form und Art des Einbaus des beweglichen Kerns 24 so,
dass dieser den Stirnrändern
der Schenkel gegenüberliegt,
so wie in 2, 8 und 9 zu
sehen ist. Auf diese Weise kann eine viel gleichmäßigere Anziehungskraft
auf den beweglichen Kern durch das Magnetfeld erzielt werden, welches
dazu neigt, die seitlichen nichtfluchtenden Vertiefungen des beweglichen
Kerns 24 zu meiden. Somit werden viel gleichmäßigere Verschlußpositionen
für die
Leitung 5 bzw. 6 erreicht. Wie in 2 zu sehen
ist, sind die auf die T-förmigen
Schenkelenden 11 und 12 des Spulenkerns treffenden
Wickelkörperenden
etwas länger
als die Schenkelenden und wirken somit als Anschlag, um den Kontakt
zwischen dem beweglichen Kern und dem Spulenkern zu vermeiden.
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Beim
Einbau der elektromechanischen Einheit 2 in den Innenraum
des Ventilgehäuses 1 wird diese
Baugruppe axial eingeführt,
bis die gewünschte
Position, die insbesondere durch die Durchflußeigenschaft des Elektroventils
bestimmt wird, erreicht worden ist. Die Haltevorrichtungen der vormontierten elektromechanischen
Einheit im Innenraum des Ventilgehäuses sind für geringfügig unterschiedliche Axialbereiche
geeignet. Um eine einfache und effiziente Halterung der elektromechanischen
Einheit 2 im Inneren des Ventilgehäuses 1 zu erzielen,
sieht die vorliegende Erfindung eine Halterung durch progressive Verkeilung
eines Elementes im anderen durch verschiedene Organe vor, die in
der gezeigten Ausführung
aus Zahnungen an den Rändern
der Schenkel 11 und 12 des Spulenkerns bestehen.
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Die
Zahnungen befinden sich auf jeder Seite der T-förmigen Schenkel 11 , 12,
wie in 8 und 9 ersichtlich, in denen die
Zähne 28, 29 beispielhaft
dargestellt sind; genau wie der Zahn gleicher Art in 12, 13.
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Die
Zahnungen haben ein eine Rückbewegung
verhinderndes Profil und die die Zahnspitzen verbindende Linie bildet
einen bestimmten Winkel, um ein besseres Einführen der elektromechanischen Einheit
in den Innenraum des Ventilgehäuses
zu ermöglichen.
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Die
Zahnungen wirken mit Verrippungen 31 des Ventilgehäuses 1 zusammen,
in die sie sich während
des Einführens
der elektromechanischen Einheit 2, während der Montage und während der
Justierung progressiv verhaken.
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Die
vorliegende Erfindung sieht eine Reihe von technischen Maßnahmen
zur Vermeidung von Vibrationen oder axialen oder radialen Versatzes
der Komponenten des Elektroventils während dessen Betriebs vor,
die gemeinsam eine außergewöhnliche Stabilität gegenüber Vibrationsbeanspruchungen
erzielen, welche bis zu einer Beschleunigung von 40 g reichen können, ohne
dass der normale Betrieb des Elektroventils beeinträchtigt wird.
Zu den technischen Maßnahmen
gehört
die Anordnung von verformbaren Anschlägen in den axialen Anschlagsbereichen
des Wickelkörpers
der Spule, die dazu bestimmt sind, von den gegen sie stoßenden Teile
der Montageeinheit, wie z. B. den Spulenkern, zusammengedrückt zu werden.
Diese verformbaren Anschlagelemente sind in 16 und 17 schematisch
dargestellt, wobei ihr Aufbau anhand eines spitz zulaufenden Vorsprungs 32 zu
sehen ist, der über
die Masse 33 des Wickelkörpers der Spule herausragt und
von einer Vertiefung 34 umgeben ist, die dazu dient, die
Verformung aufzunehmen, welche entsteht, wenn das entsprechende
Element 35 axial anschlägt;
in 17 ist zu sehen, dass die Spitze 32 sich
verformt und eine abgeflachte Form 36 annimmt. Auf diese
Weise wird erreicht, dass wenn die erwähnten Organe unter Druck montiert
werden, sie einer durch die Verformung der spitz zulaufenden Vorsprünge hervorgerufenen
Spannung ausgesetzt sind, ein axiales Versetzen aufgrund von Vibrationen verhindert
wird.
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Um
seitliche, d. h. radiale Versetzungen der elektromechanischen Einheit 2 zu
verhindern, sind die seitlichen Schenkel 11 und 12 des
Spulenkerns mit nach außen
hervorstehenden Vorsprüngen 37, 38, 39 und 40 ausgestattet,
wie in der 2 zu sehen ist. Diese Vertiefungen
sind auch in 11 zu sehen. Ihre radiale Abmessung
ist etwas größer als
der Zwischenraum zwischen den Schenkeln 11, 12 und
der Innenfläche
des Ventilgehäuses 1,
mit der Folge, dass diese Vorsprünge 37, 38, 39 und 40 aufgrund der
Elastizität
der Schenkel 11 und 12 gegen die Innenwand des
Ventilgehäuses
gedrückt
werden und so die radiale Versetzung der elektromechanischen Einheit 2 verhindern.
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Mit
dem Ziel, eine ausreichende Abdichtung zu erzielen und die Vibrationsdämpfung zu
unterstützen,
werden bei dieser Erfindung bindefähige Massen zwischen dem Boden
des Deckels 3 und dem Ventilgehäuse 1 angebracht,
die die Zwischenräume 41 zwischen
dem Oberrand des Ventilgehäuses 1 und
der diesen aufnehmenden Innenspalte des Deckels 3 des Ventilgehäuses ausfüllen. Ebenso
können
diese bindefähigen
Massen, die aus einer Silikonpaste bestehen können, an den Rändern der
Auflage der Stifte 18 und 19 und an dem diesem
Bereich gegenüberliegenden
Teil des Deckels 3 angebracht werden.
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Um
die Montage des Elektroventils zu vereinfachen und somit dessen
Herstellungskosten zu reduzieren, sieht diese Erfindung die Montage
einer Diode 20 gemäß 10, 11 anhand
eines Systems von einfachen Haltevorrichtungen vor, die die U-förmig gebogenen
Kontakte der Diode unter Druck aufnehmen. Die beschriebene Anordnung
ist in 10 und 11 zu
sehen, in denen die Diode 20 mit den gebogenen Kontakten
gezeigt wird, die sich in Armen 42, 43 befinden,
welche zusammen mit der Basis 44 ein U bilden. Dabei erfolgt
die Halterung der Basis durch Klammern 45 und 46,
die an der Oberseite des Auslegers 17 enden und die dazu
dienen, die Diode unter Druck festzuhalten, wobei die Arme 42 und 43 ebenso
von seitlichen Anschlägen 47 und 48 gestützt werden.
Diese Art der Montage ermöglicht
es, die Diodenkontakte zu befestigen bevor sie angelötet werden.
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Das
Elektroventilgehäuse 1 verfügt über seitliche
Befestigungsflügel 49 und 50 gemäß 6 und 7,
die, um eine größere Elastizität zu erreichen, jeweils
zwei Einschnitte 51, 51' und 52, 52' haben. Diese
dienen zur Erzielung einer genügenden
Elastizität
zur Einführung
der die Befestigungsmuttern aufnehmenden flachen, metallenen Verstärkungsplatten 53 und 54.
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Wenn
die vorliegende Erfindung auch für eine
einzige dargestellte Ausführungsform
beschrieben wurde, so kann sie doch in vielfacher Weise innerhalb
des Umfanges Patentansprüche
variiert werden.