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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Magnetventil für eine schlupfgeregelte hydraulische Fahrzeugbremsanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Das Magnetventil ist insbesondere zum Einbau in eine Radbremse eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, wo es zur Aktivierung einer Feststellvorrichtung der Radbremse dient, die durch die Feststellvorrichtung als Betriebs- und Feststellbremse ausgebildet ist. Feststellbremsen werden auch als Parkbremsen bezeichnet.
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Ein derartiges Magnetventil ist bekannt aus der
DE 197 10 353 A1 . Das bekannte Magnetventil ist insgesamt stabförmig, es weist einen Anker mit einem Stößel auf, wobei der Stößel an seinem dem Anker fernen Ende einen Ventilschließkörper aufweist, der mit einem Ventilsitz zusammenwirkt. Der Anker des bekannten Magnetventils ist zylindrisch, der Stößel durchgreift ein axiales Durchgangsloch in einem stabförmigen Grundkörper, dessen Außendurchmesser in etwa einem Durchmesser des Ankers entspricht. Der Stößel ist im Durchgangsloch des Grundkörpers axial verschieblich aufgenommen, der Anker ist ebenfalls axial verschieblich.
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Das bekannte Magnetventil weist ein Rückschlagventil auf, das dem Magnetventil hydraulisch parallel geschaltet ist. Das Rückschlagventil weist einen kreisringscheibenförmigen Ventilschließkörper auf, der in Verlängerung des Grundkörpers koaxial im Anschluss an den Ventilsitz des Magnetventils angeordnet ist.
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Der Ventilschließkörper und der Ventilsitz des bekannten Magnetventils weisen einen kleineren Durchmesser als der Stößel auf, weswegen das Magnetventil eine kleine Durchströmungsfläche aufweist. Das Magnetventil wirkt dadurch als Drossel, es verzögert einen Druckaufbau in der angeschlossenen Radbremse. Bei einem schnellen Druckanstieg entsteht ein unerwünschter Staudruck, der die angeschlossene Radbremse ungewollt verriegeln kann, sofern diese eine hydraulische Verriegelung zur Weiterbildung als Feststellbremse (Parkbremse) aufweist, da der Staudruck am Einlass des Magnetventils abhängig von der Konstruktion der Radbremse auf deren Verriegelung wirken kann.
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Ein Magnetventil mit einem Ventilsitz mit großem Durchmesser und dadurch großer Durchströmungsfläche und geringer Drosselwirkung offenbart die Offenlegungsschrift
DE 103 21 413 A1 . Dort ist ein Innendurchmesser des Ventilsitz nur wenig kleiner als ein Durchmesser des Stößels des Magnetventils, der als rohrförmiger Hohlstößel ausgebildet ist, jedoch nicht von Fluid durchströmt wird.
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Die Offenlegungsschrift
DE 42 36 482 A1 offenbart ein Dreistellungs-Magnetventil, das in einer stromlosen Grundstellung offen, einer bestromten Stellung geschlossen und in einer Zwischenstellung mit kleinerer Erregung als Drossel wirkt. Dieses Magnetventil weist einen Stößel mit einem Ventilschließkörper auf, der verschieblich in eine Hülse eintaucht, die ihrerseits in einem rohrförmigen Grundkörper verschieblich ist. Die Hülse weist eine axiale Drosselbohrung in ihrem Stirnende auf, die in der Schaltstellung vom Ventilschließkörper verschlossen ist. Die Hülse wirkt mit einem Ventilsitz zusammen, den sie in der stromlosen Grundstellung freigibt und in der Schalt- und der Zwischenstellung verschließt, so dass in der Zwischenstellung eine Ventildurchströmung nur durch die Drosselbohrung der Hülse möglich ist.
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Erläuterung und Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Magnetventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist ein in den Stößel des Magnetventils integriertes Rückschlagventil auf, das gemäß Anspruch 2 als Druckbegrenzungsventil ausgebildet ist. Das Druckbegrenzungsventil kann als Rückschlagventil aufgefasst werden, das erst bei Erreichen oder Überschreiten eines Öffnungsdrucks öffnet. Durch die Integration des Rückschlagventils oder Druckbegrenzungsventils in den Stößel des Magnetventils lässt sich das Rückschlagventil oder Druckbegrenzungsventil platzsparend im Magnetventil unterbringen. Weiterer Vorteil ist, dass sich das Rückschlagventil oder Druckbegrenzungsventil mit wenigen zusätzlichen Teilen verwirklichen lässt. Mit dem Druckbegrenzungsventil lässt sich eine hydraulische Verriegelung einer an das Magnetventil angeschlossenen Radbremse ohne zusätzliches Magnetventil betätigen, wenn ein Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils unter einem Verriegelungsdruck der Verriegelung liegt, weil die Verriegelung erst betätigt wird, wenn der hydraulische Druck in der Radbremse den Verriegelungsdruck erreicht oder übersteigt. Liegt der Radbremsdruck in der Radbremse unter dem Verriegelungsdruck, wird die Verriegelung nicht betätigt, weil das Druckbegrenzungsventil den hydraulischen Druck begrenzt.
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Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zum Gegenstand.
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Anspruch 3 sieht vor, dass der Ventilsitz des erfindungsgemäßen Magnetventils einen in etwa gleich großen Durchmesser wie der Stößel aufweist. Dadurch wird die konstruktionsbedingt nahezu größtmögliche Ventildurchströmfläche, die bei dieser Bauart von Magnetventilen möglich ist, oder jedenfalls eine große Ventildurchströmfläche, erreicht. Ein Durchströmungswiderstand des offenen Magnetventils ist niedrig, ebenso ein Staudruck am Einlass des Magnetventils bei schnellem Druckanstieg bzw. bei großem Durchfluss. Die Gefahr einer ungewollten Verriegelung einer angeschlossenen und als Feststellbremse weitergebildeten Radbremse ist gering. Zudem ermöglicht die Erfindung einen einfachen Aufbau des Magnetventils mit wenigen und zum Teil einfach und preisgünstig herstellbaren Teilen. Das erfindungsgemäße Magnetventil eignet sich insbesondere als Bremsdruckaufbauventil für eine Radbremse einer schlupfgeregelten Fahrzeugbremsanlage. Mit Schlupfregelung ist eine Blockierschutzregelung beim Bremsen, eine Schlupfregelung beim Anfahren und Beschleunigen und/oder eine Fahrdynamikregelung zur Verringerung einer Schleudergefahr eines Fahrzeugs gemeint (ABS-, ASR-, und/oder FDR-Regelung).
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Zur Integration des Rückschlagventils in den Stößel weist der Stößel eine Höhlung auf zumindest einem Teil seiner Länge auf (Anspruch 4) oder der Stößel ist insgesamt als Hohlstößel ausgebildet (Anspruch 5). Bei Durchströmung des Rückschlagventils wird der Stößel durchströmt. Insbesondere die Ausbildung des Stößels als Hohlstößel hat einen leichten Stößel zur Folge, der kurze Schaltzeiten des Magnetventils ermöglicht.
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Eine Weiterbildung gemäß Anspruch 6 sieht einen rohrförmigen Stößel vor. Der Stößel lässt sich dadurch einfach und preisgünstig durch Umformen beispielsweise aus einem Rohr oder durch Tiefziehen herstellen.
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Anspruch 7 sieht eine Ausbildung des Magnetventils als in seiner unbestromten Grundstellung offenes Magnetventil vor.
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Die Integration des Rückschlagventils oder Druckbegrenzungsventils in den Stößel des erfindungsgemäßen Magnetventils ist gemeinsam oder bei Ausgestaltungen der Erfindung auch ohne den großen Ventilsitz möglich, wenn der mit einem kleineren Ventilsitz verbundene höhere Durchströmungswiderstand des Magnetventils in Kauf genommen wird.
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Zeichnung
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand zwei in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die beiden Figuren zeigen Achsschnitte zweier erfindungsgemäßer Magnetventile.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Das in 1 dargestellte, erfindungsgemäße Magnetventil 10 weist einen Stößel 12 in Form eines Rohrs auf, an dessen einem Stirnende ein im Wesentlichen zylindrischer Anker 14 angeordnet ist. Der Stößel 12 ist nicht mit dem Anker 14 verbunden, er liegt lediglich an einer Stirnseite des Ankers 14 an. Ein dem Anker 14 fernes Ende des Stößels 12 ist radial nach innen umgeformt und weist ein Mittelloch auf, dessen eine Randkante einen Ventilsitz 16 eines noch zu erläuternden Druckbegrenzungsventils 18 bildet. Das den Stößel 12 bildende Rohr ist mit einer Anzahl Löchern versehen, die einen Einlass 20 des Druckbegrenzungsventils 18 bilden.
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Der Stößel 12 durchgreift ein axiales Durchgangsloch eines im Wesentlichen rohrförmigen Grundkörpers 22 des Magnetventils 10. Der Stößel 12 ist axial verschieblich im Durchgangsloch des Grundkörpers 22 geführt. Der Anker 14, der gleichachsig zum Grundkörper 22 auf dessen einer Stirnseite angeordnet ist, ist in einem kappenförmigen Ventildom 24 axial verschieblich aufgenommen. Der Ventildom 24 ist mit einem offenen Ende auf den Grundkörper 22 aufgesetzt und beispielsweise durch Laserschweißen fest mit dem Grundkörper 22 verbunden. Eine Magnetspule zur Betätigung des Magnetventils 10 wird erst bei dessen Montage an oder in einer nicht dargestellten Radbremse aufgesetzt und ist deswegen in der Zeichnung nicht dargestellt. Die Magnetspule wird auf den Ventildom 24 aufgesetzt, sie umgibt den Anker 14 und das dem Anker 14 zugewandte Ende des Grundkörpers 22.
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Auf das dem Anker 14 ferne Ende des Stößels 12 ist ein Ventilschließkörper 26 des Magnetventils 10 aufgepresst. Der Ventilschließkörper 26 ist hülsenförmig, sein dem Stößel 12 abgewandtes Ende ist kalottenförmig nach innen umgeformt und weist ein Mittelloch auf, das einen Auslass des Druckbegrenzungsventils 18 bildet. Das auf den Stößel 12 aufgepresste, offene Ende des Ventilschließkörpers 26 ist zu einem Flansch 30 radial nach außen umgeformt. Der Ventilschließkörper 26 kann durch Umformen aus einem Rohr oder durch Tiefziehen, also ebenfalls einem Umformverfahren, hergestellt sein. Selbstverständlich ist auch eine spanende Herstellung des Ventilschließkörpers 26 möglich.
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Das Druckbegrenzungsventil 18 ist in dem Ventilschließkörper 26 untergebracht und somit, da der Ventilschließkörper 26 als Teil des Stößels 12 aufgefasst werden kann, in den Stößel 12 integriert. Das Druckbegrenzungsventil 18 weist eine Kugel als Ventilschließkörper 32 auf, die von einer Ventilschließfeder 34 gegen den Ventilsitz 16 gedrückt wird. Die Ventilschließfeder 34 ist eine kegelförmig gewickelte Schraubendruckfeder, die sich an dem kalottenförmig nach innen umgeformten Ende des Ventilschließkörpers 26 des Magnetventils 10 abstützt. Die Ventilschließfeder 34 des Druckbegrenzungsventils 18 weist vorzugsweise eine kleine Federsteifigkeit auf, um eine niedrige Öffnungsdruckstreuung zu erreichen. Das Druckbegrenzungsventil 18 kann als Rückschlagventil aufgefasst werden, das erst bei einem durch eine Vorspannung der Ventilschließfeder 34 bestimmten Öffnungsdruck öffnet.
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Auf das dem Ventildom 24 ferne Ende des Grundkörpers 22 ist eine mehrfach im Durchmesser gestufte Hülse 36 aufgepresst, die zusätzlich mit dem Grundkörper 22 verschweißt sein kann. Die Hülse 36 umschließt den Ventilschließkörper 26 des Magnetventils 10 mit dem integrierten Rückschlagventil 18. Die Hülse 36 weist eine Verjüngung auf, deren Innenseite einen mit dem Ventilschließkörper 26 zusammenwirkenden Ventilsitz 38 des Magnetventils 10 bildet. Ein Durchmesser des Ventilsitzes 38 entspricht in etwa einem Durchmesser des Stößels 12 und einem Durchmesser des axialen Durchgangslochs im Grundkörper 22. Der Ventilsitz 38 des Magnetventils 10 ist damit vergleichsweise groß, so dass das Magnetventil 10 einen großen Durchströmungsquerschnitt aufweist. Die Hülse 36 kann ebenfalls durch Umformen, beispielsweise Tiefziehen oder Umformen eines Rohrs, hergestellt sein.
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Die Hülse 36 ist mit einem Mittelloch 40 versehen, das einen Auslass des Magnetventils 10 bildet. Als Einlass 42 ist die Hülse 36 mit einem oder mehreren Löchern in ihrer Umfangswand versehen, die zwischen dem Ventilsitz 38 und dem Grundkörper 22 angebracht sind. Eine Schraubendruckfeder als Ventilschließfeder 44 des Magnetventils 10 ist in einem Ringraum zwischen dem Ventilschließkörper 26 des Magnetventils 10 und der Hülse 36 angeordnet. Die Ventilschließfeder 44 stützt sich an einer Verjüngung der Hülse 36 ab und drückt gegen den Flansch 30 des Ventilschließkörpers 26. Die Ventilfeder 44 hebt den Ventilschließkörper 26 vom Ventilsitz 38 ab, das Magnetventil 10 ist in seiner dargestellten, stromlosen Grundstellung offen. Durch Bestromen der nicht dargestellten, auf den Ventildom 24 aufzusetzenden Spule wird der Anker 14 magnetisch zum Grundkörper 22 gezogen und drückt über den Stößel 12 den Ventilschließkörper 26 gegen den Ventilsitz 38, so dass das Magnetventil 10 geschlossen ist. Ein Restluftspalt zwischen dem Anker 14 und dem ihm zugewandten Stirnende des Grundkörpers 22 wird durch eine Aufpresstiefe des Ventilschließkörpers 26 auf den Stößel 12 bestimmt bzw. eingestellt. Die Schließstellung des Ventilschließkörpers 26 ist in 1 mit der Strichpunktlinie 46 angedeutet.
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Bei offenem Magnetventil 10 kann ein Fluid, insbesondere Bremsflüssigkeit, durch den Einlass 42 in die Hülse 36 einströmen. Das eingeströmte Fluid strömt weiter durch den Ringraum zwischen der Hülse 36 und dem Ventilschließkörper 26 und durch den Ringraum zwischen dem kalottenförmigen Ende des Ventilschließkörpers 26 und dem Ventilsitz 38 und strömt anschließend durch den Auslass 40 am Stirnende der Hülse 36 aus.
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Insgesamt ist das Magnetventil 10 mit seinem Grundkörper 22, dem auf ein Ende des Grundkörpers 22 aufgesetzten Ventildom 24 und der auf das andere Ende des Grundkörpers 22 aufgesetzten Hülse 36 in etwa ein stabförmig.
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Das Druckbegrenzungsventil 18 wird durchströmt, wenn ein Fluiddruck im Stößel 12 ausreicht um den Ventilschließkörper 32 des Druckbegrenzungsventils 18 gegen eine Kraft der Ventilschließfeder 34 zu öffnen. In diesem Fall strömt Fluid durch den Einlass 42 des Magnetventils 10 in den Einlass 20 des Druckbegrenzungsventils 18, d. h. in den rohrförmigen Stößel 12 und aus diesem durch den Ventilsitz 16 des Druckbegrenzungsventils 18 in den auf das Ende des Stößels 12 aufgepressten Ventilschließkörper 26 des Magnetventils 10. Aus dem Ventilschließkörper 26 strömt das Fluid durch den Auslass 28 des Druckbegrenzungsventils 18 und weiter durch den Auslass 40 des Magnetventils 10. Der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils 18 wird durch eine Vorspannkraft seiner Ventilschließfeder 34 bestimmt. Das Druckbegrenzungsventil 18 ist dem Magnetventil 10 hydraulisch parallel geschaltet. Das Druckbegrenzungsventil 18 ist bei geschlossenem und prinzipiell auch bei offenem Magnetventil 10 durchströmbar, wobei bei offenem Magnetventil 10 der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils 18 im Regelfall nicht erreicht wird, weil sich der Druck durch das offene Magnetventil 10 abbaut. Zu beachten ist, dass ein Spalt zwischen dem Flansch 30 des Ventilschließkörpers 26 und dem zugewandten Stirnende des Grundkörpers 22 in der Zeichnung klein erscheint. Beim Schließen des Magnetventils 10 entfernt sich der Flansch 30 vom Grundkörper 22, wodurch sich der Spalt vergrößert, so dass das Fluid mit geringem Strömungswiderstand in den Einlass 20 des Druckbegrenzungsventils 18 strömen kann.
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Das erfindungsgemäße Magnetventil 10 ist insbesondere zur Aktivierung einer Feststellvorrichtung einer nicht dargestellte Radbremse eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Durch die Feststelleinrichtung ist die Radbremse, die eine Betriebsbremse des Kraftfahrzeugs bildet, in betätigtem Zustand feststellbar, die Radbremse ist dadurch auch als Feststellbremse (Parkbremse) verwendbar. Zum Einbau in die Radbremse, insbesondere einen Bremssattel einer hydraulischen Scheibenbremse, wird das Magnetventil 10 über etwa die Hälfte seiner axialen Länge in eine gestufte Bohrung im Bremssattel eingesetzt und zur Befestigung im Bereich eines Ringflansches 48 des Grundkörpers 22 verstemmt. Durch eine nicht dargestellte Radialbohrung erfolgt der Fluideinlass, durch eine nicht dargestellte Axialbohrung der Fluidauslass, dies ist an sich bekannt und soll hier nicht erläutert werden, weil es nicht Gegenstand der Erfindung ist. Der Einlass 42 des Magnetventils 10 kommuniziert mit einem nicht dargestellten Hauptbremszylinder oder einer sonstigen Druckquelle der Fahrzeugbremsanlage. Der Auslass 40 kommuniziert mit einem Radbremszylinder.
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Bei dem in 2 dargestellten, erfindungsgemäßen Magnetventil 10 sind der Ventildom 24, der Anker 14, der Grundkörper 22, der Ventilstößel 12 und die auf den Grundkörper 22 aufgepresste Hülse 36 gleich oder im Wesentlichen gleich wie bei dem in 1 dargestellten Magnetventil 10 ausgebildet. Zur nachfolgenden Erläuterung der 2 werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu 1 erörtert und es wird im Übrigen zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Ausführungen zu 1 verwiesen. Gleiche Bauteile sind in beiden Figuren mit gleichen Bezugszahlen versehen.
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Das dem Anker 14 ferne Ende des rohrförmigen Stößels 12 des Magnetventils 10 aus 2 ist an einer Ringstufe zu einer rohrförmigen Mündung 50 verjüngt, die einen Auslass des Druckbegrenzungsventils 18 bildet. Das Druckbegrenzungsventil 18 weist eine Schraubenfeder als Ventilschließfeder 34 auf, die eine Kugel als Ventilschließkörper 32 gegen einen Ventilsitz 16 des Druckbegrenzungsventils 18 drückt. Die Ventilschließfeder 34 des Druckbegrenzungsventils 18 ist in dem rohrförmigen Stößel 12 angeordnet, sie stützt sich an der ringstufenförmigen Durchmesserverjüngung am Übergang zur rohrförmigen Mündung 50 des Stößels 12 ab. Der konische Ventilsitz 16 ist an einem rohrförmigen Ventilsitzteil 52 ausgebildet, das in den rohrförmigen Stößel 12 eingepresst ist. Über eine Einpresstiefe des Ventilsitzteils 52 in den Stößel 12 lässt sich eine Vorspannung der Ventilschließfeder 34 und damit ein Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils 18 einstellen.
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Auf die rohrförmige Mündung 50 des Stößels 12 ist eine Buchse als Ventilschließkörper 54 des Magnetventils 10 aufgepresst. Der Ventilschließkörper 54 weist eine konische Stirnfläche auf seiner dem Anker 14 abgewandten Seite auf, die mit einem ebenfalls konischen Ventilsitz 38 des Magnetventils 10 zusammenwirkt. Der Ventilsitz 38 ist an einem Ring 56 ausgebildet, der in eine Ringstufe der Hülse 36 eingepresst ist. Grundsätzlich wäre es auch möglich, dass eine Ringstufe der Hülse 36 wie in 1 den Ventilsitz des Magnetventils 10 bildet. Eine den Ventilschließkörper 54 umgebende Schraubenfeder bildet die Ventilfeder 44 des Magnetventils 10. Die Ventilfeder 44 stützt sich an dem den Ventilsitz 38 aufweisenden Ring 56 ab und drückt gegen einen Flansch 30 des Ventilschließkörpers 54 des Magnetventils 10.
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Funktion und Verwendung des in 2 dargestellten Magnetventils 10 sind bereits oben anhand des in 1 dargestellten Magnetventils 10 erläutert worden, auf die entsprechenden Ausführungen wird verwiesen. Auch bei dem in 2 dargestellten Magnetventil 10 lässt sich ein Restluftspalt zwischen dem Anker 14 und dem ihn zugewandten Stirnende des Grundkörpers 22 bei geschlossenem Magnetventil 10 durch eine Aufpresslänge des Ventilschließkörpers 54 auf die Mündung 50 des Stößels 12 einstellen. Durch das in den Stößel 12 eingepresste, den Ventilsitz 16 des Druckbegrenzungsventils 18 aufweisende Ventilsitzteil 52 lässt sich der Öffnungsdruck des Druckbegrenzungsventils 18 unabhängig vom Restluftspalt des Magnetventils 10 einstellen.
