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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf einen Magnetantrieb, der einen Schaft
axial antreibt, indem er eine von einer Magnetspule erzeugte Magnetkraft benutzt.
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Hintergrund der Erfindung
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In
einem Magnetantrieb, der auf eine hydraulische Einrichtung wirkt,
wird durch die Linearbewegung eines Schaftes z. B. Arbeitsöl
in der hydraulische Einrichtung in das Stellglied eingeführt,
um die den Schaft haltenden Lager zu schmieren oder einen bevorzugten
Ausgleich von Drücken herzustellen, die auf einer Vorderseite
und einer Rückseite der Lager wirken.
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Wenn
Arbeitsöl, das Fremdkörper wie Abriebstaub enthält,
der in der hydraulischen Einrichtung erzeugt wird, in den Magnetantrieb
eingeleitet wird, neigen die Fremdkörper dazu, sich in
einem Bereich des Stellglieds mit hoher Magnetfeldstärke
abzulagern. Die im Schaftbereich mit hoher Magnetfeldstärke
abgelagerten Fremdkörper wirken sich nachteilig auf die
Funktion des Magnetantriebs aus, indem sie einen Axialdruck dämpfen,
den das Stellglied auf den Schaft ausübt oder einen Gleitwiderstand
des Schafts gegenüber den Lagern erhöhen.
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Das
vom japanischen Patentamt in 2001 veröffentlichte Dokument
JP2001-317653A schlägt
eine Dichtungsstruktur vor, um die Fremdkörper am Eindringen
in den Magnetantrieb zu hindern. Der Magnetantrieb ist so ausgelegt,
dass er einen am Schaft befestigten Kolben durch eine Magnetkraft
einer Magnetspule zusammen mit dem Schaft verschiebt. Der Schaft
wird durch Lager gehalten, die an einer Vorderseite und an einer
Rückseite des Kolbens so angeordnet sind, dass er axial
frei gleiten kann. Durch ringförmige Dichtungselemente,
die in Bezug auf eine Axialrichtung des Schafts an einer Innenseite der
Lager vorgesehen sind, werden die Fremdkörper daran gehindert,
in eine zwischen den Lagern ausgebildete Kolbenkammer einzudringen.
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Im
Innern des Stellglieds ist an einer Rückseite eines der
Lager, das von der hydraulischen Einrichtung entfernter positioniert
ist, eine hintere Kammer ausgebildet. Durch den Schaft hindurch
ist ein den Schaft durchdringender Durchlass ausgebildet, der Arbeitsöl
von der hydraulischen Einrichtung in die hintere Kammer leitet.
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Übersicht über
die Erfindung
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Da
der Austausch von Arbeitsöl zwischen der hinteren Kammer
und der Kolbenkammer durch das Dichtungselement in diesem Magnetantrieb
blockiert ist, wird aufgrund von Druckänderungen in der Hydraulikeinrichtung
eine Druckdifferenz zwischen der hinteren Kammer und der Kolbenkammer
erzeugt. Wenn diese Druckdifferenz hoch wird, kann das Lager axial
verschoben werden und außerstande sein, den Schaft in geeigneter
Weise zu halten.
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Es
ist daher ein Ziel dieser Erfindung zu verhindern, dass sich in
einem Magnetantrieb eine Ablagerung von Fremdkörpern ausbildet,
während ein optimaler Druckausgleich an einem Lager eines
Magnetantriebs wirkt.
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Um
das obige Ziel zu erreichen, stellt diese Erfindung einen an eine
Hydraulikeinrichtung angeschlossenen Magnetantrieb zur Verfügung.
Das Stellglied umfasst einen Schaft, der eine Mittelachse aufweist
und mit der Hydraulikeinrichtung verbunden ist, einen Kolben, der
aus magnetischem Material besteht und an dem Schaft befestigt ist,
eine Spule, die den Kolben in eine Richtung der Mittelachse magnetisch
antreibt, und ein erstes Lager und ein zweites Lager, die den Schaft
halten. Das erste Lager und das zweite Lager sind entlang der Mittelachse
jeweils auf einer Seite des Kolbens angeordnet. Das erste Lager
befindet sich näher an der Hydraulikeinrichtung als das
zweite Lager.
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Das
Stellglied umfasst ferner eine vordere Kolbenkammer, die zwischen
dem ersten Lager und dem Kolben ausgebildet ist, eine hintere Kolbenkammer,
die zwischen dem Kolben und dem zweiten Lager ausgebildet ist, einen äußeren
Kolben-Öldurchlass, der außen am Kolben so ausgebildet
ist, dass er die vordere Kolbekammer mit der hinteren Kolbenkammer
verbindet, eine hintere Kammer des zweiten Lagers, die an der zur
hinteren Kolbenkammer gegenüberliegenden Seite des zweiten
Lagers ausgebildet ist, wobei die hintere Kammer des zweiten Lagers
sich gemäß eines Hubs des Schafts zusammenzieht
bzw. ausdehnt, einen Öldurchlass des zweiten Lagers, der
durch das zweite Lager so hindurchgeht, dass er die hintere Kolbenkammer
mit der hinteren Kammer des zweiten Lagers verbindet, und ein den Schaft
durchdringender Öldurchlass, der durch den Schaft in der
Richtung der Mittelachse so hindurchgeht, dass er Arbeitsöl
von der Hydraulikeinrichtung zu der hinteren Kammer des zweiten
Lagers leitet.
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Details
und andere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden im folgenden
Teil der Patentschrift beschrieben und in den begleitenden Zeichnungen
dargestellt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Rückansicht eines Magnetantriebs nach dieser Erfindung.
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2 ist
die Ansicht eines Querschnitts des Magnetantriebs entlang der Linie
II-O-II in 1.
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3 ist
die Ansicht eines vergrößerten Längsschnitts
eines Kolbens und vom Umfangsteilen im Magnetantrieb.
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4 ist ähnlich
zu 3, zeigt jedoch eine zweite Ausführungsform
dieser Erfindung.
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5 ist ähnlich
zu 3, zeigt jedoch eine dritte Ausführungsform
dieser Erfindung.
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6 ist ähnlich
zu 3, zeigt jedoch eine vierte Ausführungsform
dieser Erfindung.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Mit
Bezug auf 2 der Zeichnungen ist ein Magnetantrieb 1 nach
dieser Erfindung so ausgelegt, dass er eine Magnetkraft auf einen
Kolben 4 ausübt, indem er eine in einem Gehäuse 9 untergebrachte Solenoidbaugruppe 10 verwendet,
durch die ein am Kolben 4 befestigter Schaft 5 in
einer Richtung einer Mittelachse O angetrieben wird.
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Gemäß 1 weist
das Gehäuse 9 eine zylindrische Form auf. Ein
axiales Ende des Gehäuses 9 ist durch einen Boden 93 davon
geschlossen. Ein anderes Ende des Gehäuses 9 ist
offen und an einer Hydraulikeinrichtung wie etwa einem Ventil über
ein Paar Flanschteile 91 befestigt, die sich auf beiden Seiten
der Öffnung des Gehäuses 9 seitwärts
erstrecken. Zu diesem Zweck ist an jedem der Flanschteile 91 ein
Bolzenloch 98 ausgebildet, und der Magnetantrieb 1 ist
durch Bolzen, welche die Bolzenlöcher 98 durchdringen,
an der Hydraulikeinrichtung befestigt.
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Nach 2 umfasst
die Solenoidbaugruppe 10 einen Spulenkörper 11,
der in einer zylindrischen Gestalt mit Flanschen an beiden Enden
ausgebildet ist, eine um den Spulenkörper 11 gewickelte
Spule 12, ein Paar Anschlussstücke 13,
die elektrisch mit den jeweiligen Enden der Spule 12 verbunden
sind, und ein Formharz 14, dass den Spulenkörper 11,
die Spule 12 und die Anschlussstücke 13 umhüllt.
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Das
Formharz 14 umfasst einen Hüllabschnitt 16,
der den Spulenkörper 11 und die Spule 12 einhüllt,
und einen Anschlussabschnitt 15, der von einer Spitze des
Hüllabschnitts 16 in radialer Richtung vorsteht
und eine Öffnung aufweist. Das Paar Anschlussstücke 13 steht
radial von dem Spulenkörper 11 in den Anschlussabschnitt 15 vor.
Ein Steckverbinder eines Stromkabels wird in den Anschlussabschnitt 15 so
eingeführt, dass er mit den Anschlusstücken 13 an
der Innenseite des Anschlussabschnitts 15 verbunden ist.
Die Spule 12 kann auch mit elektrischem Strom versorgt
werden, indem ein Zuleitungskabel ohne Verwendung des Paars Anschlusstücke 13 benutzt
wird. Der Anschlussabschnitt 15 steht vom Gehäuse 9 radial über
eine im Gehäuse 9 ausgebildete Aussparung 97 vor.
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Durch
Zuführen von elektrischem Strom zur Spule 12 wird
die Spule 12 angeregt und erzeugt um die Spule 12 herum
einen Induktionsfluss.
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Das
Gehäuse 9, eine Fassung 2, der Kolben 4 und
eine Buchse 3 wirken als Elemente zum Ausbilden der magnetische
Bahnen, um den von der angeregten Spule 12 erzeugten Induktionsfluss
zu übertragen. Alle diese Elemente sind aus magnetischem
Material hergestellt.
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In 1 und 2 sind
die Flanschteile 91 in einer senkrechten Ebene zur Mittelachse
O ausgebildet. Der Anschlussabschnitt 15 steht vom Gehäuse 9 in
einer senkrechten Richtung zur Mittelachse O vor.
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Die
Vorsprungsrichtung der Flanschteile 91 und die des Anschlussabschnitts 15 können
je nach Form der Hydraulikeinrichtung verändert werden,
an welcher der Magnetantrieb 1 befestigt ist. So kann z. B.
der Anschlussabschnitt 15 entlang der Mittelachse O so
vorstehen, dass der Steckverbinder des Stromkabels parallel zur
Mittelachse O in den Anschlussabschnitt 15 eingeführt
wird.
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Die
Fassung 2 und die Buchse 3 sind beide in Zylinderform
ausgebildet. Die Fassung 2 und die Buchse 3 sind
im Gehäuse 9 koaxial zur Mittelachse O angeordnet.
Die Fassung 2 ist auf der Seite der Hydraulikeinrichtung
des Gehäuses 9 angeordnet und die Buchse 3 befindet
sich auf der Seite des Bodens 93 des Gehäuses 9.
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In
der Fassung 2 ist ein Flansch 21 so ausgebildet,
dass er mit der Hydraulikeinrichtung in Kontakt ist. Der Flansch 21 wird
in eine Aussparung 94 eingepasst, die an einer Spitze des
Gehäuses 9 so ausgebildet ist, dass eine Kontaktfläche
entsteht, welche mit der Hydraulikeinrichtung in Kontakt kommt und
durchgängig zu den Flanschteilen 91 ist.
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Ein
ringförmiger Stufenabschnitt 92 ist in der Aussparung 94 ausgebildet.
Der Flansch 21 wird in die Aussparung eingepasst, indem
ein Rand 22 des Flansches 21 auf dem ringförmigen
Stufenabschnitt 92 aufsetzt.
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An
einer äußeren Umfangsfläche 23 des Flansches 21 ist
ein ringförmiger Stufenabschnitt 24 ausgebildet.
An einer Außenseite der Aussparung 94 ist im Gehäuse 9 in
der Nähe des Flansches 21 eine ringförmige
Nut so ausgebildet, dass eine Spitze des Gehäuses 9 zwischen
Aussparung 94 und der ringförmigen Nut wie ein
Crimpabschnitt 95 wirkt. Der Crimpabschnitt 95 ist
nach innen so angewinkelt, dass er den ringförmigen Stufenabschnitt 24 greift, wodurch
die Fassung 2 am Herausfallen aus dem Gehäuse 9 gehindert
wird.
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Eine
konische Oberfläche 45, die gegenüber der
Mittelachse O geneigt ist, ist an einer der Buchse 3 zugewandten
Spitze der Fassung 2 ausgebildet. Eine vordere Stirnfläche 35 der
Buchse 3, die der konischen Oberfläche 45 zugewandt
ist, ist in einer zur Mittelachse O senkrechten, ringförmigen
Ebene ausgebildet. Die Fassung 2 und die Buchse 3 sind
so angeordnet, dass zwischen der konischen Oberfläche 45 und
der vorderen Stirnfläche 35 ein Zwischenraum entsteht.
Der Zwischenraum zwischen der konischen Oberfläche 45 und
der vorderen Stirnfläche 35 dient als ein Magnetspalt
im Hinblick auf die Ausbildung des Magnetfelds durch die angeregte
Spule 12. Die vordere Stirnfläche 35 kann
auch in konischer Form mit Neigung gegenüber der Mittelachse
O ausgebildet werden.
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Der
innerhalb der angeregten Spule 12 erzeugte Induktionsfluss
wird auf das Gehäuse 9, die Fassung 2,
den Kolben 4 und die Buchse 3 übertragen.
Da die direkte Übertragung des Induktionsflusses zwischen
Fassung 2 und Buchse 3 durch den zwischen ihnen
ausgebildeten Magnetspalt unterbrochen ist, wird der Induktionsfluss
zwischen der Fassung 2 und der Buchse 3 über
den Kolben 4 übertragen. Durch diese Ausbildung
des Magnetspalts wird sichergestellt, dass eine angemessene Induktionsflussdichte
durch den Kolben 4 hindurchgeht.
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Die
Form und die Stelle des Magnetspalts kann beliebig gewählt
werden, solange durch das Erregen der Spule 12 eine Antriebskraft
erzeugt wird, die den Kolben 4 veranlasst, sich entlang
der Mittelachse O zu bewegen.
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Der
Magnetspalt ist mit einem Spaltfüllstoff 6 aus
einem nicht-magnetischen Material gefüllt. Der Spaltfüllstoff 6 kommt
fugenfrei mit der konischen Oberfläche 45 der
Fassung 2 und der vorderen Stirnfläche 35 der
Buchse 3 in Kontakt. Dadurch wirkt er wie ein metallisches
Dichtungselement, das den Austausch von Arbeitsöl zwischen
dem Inneren und dem Äußeren eines Zylinderkörpers
unterbindet, welcher durch die Fassung 2, den Spaltfüllstoff 6 und
die Buchse 3 ausgebildet wird.
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Eine
hintere Stirnfläche 32 der Buchse 3 kommt
mit dem Boden 93 des Gehäuses 9 lückenlos in
Kontakt. Ein Dichtungsring 19 wird zwischen dem Spulenkörper 11 der
Solenoidbaugruppe 10 und dem Flansch 21 der Fassung 2 erfasst.
Auf ähnliche Weise wird ein weiterer Dichtungsring 19 zwischen
dem Spulenkörper 11 und dem Boden 93 des
Gehäuses 9 eingefasst. Diese Dichtungsringe 19 sind
in ringförmigen Nuten untergebracht, welche in den Spitzen des
Spulenkörpers 11 ausgebildet sind.
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Nach
der obigen Bauart wird durch die Fassung 2, den Spaltfüllstoff 6,
die Buchse 3 und das Gehäuse 9 ein Druckkessel
ausgebildet, in dem der Kolben 4 und ein Teil des Schafts 5 untergebracht
sind. Aus der Hydraulikeinrichtung über einen Spalt 56 zwischen
einer äußeren Umfangsfläche 51 des Schafts 5 und
einer inneren Umfangsfläche 26 der Fassung 2 in
den Magnetantrieb 1 fließendes Arbeitsöl
verbleibt im Druckkessel und gelangt nicht aus dem Druckkessel nach
außen. Da der Druckkessel durch die Dichtungsringe 19 dicht
geschlossen ist, kann die Dichtungsfunktion des Spaltfüllstoffs 6 entfallen.
Wenn das Dichten durch den Spaltfüllstoff 6 nicht
erforderlich ist, kann der Zwischenraum zwischen der konischen Oberfläche 45 der
Fassung 2 und der vorderen Stirnseite 35 der Buchse 3 als ungefüllter
Spalt bestehen bleiben.
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Eine äußere
Umfangsfläche 31 der Buchse 3 fügt
sich in eine innere Umfangsfläche des Spulenkörpers 11 ein.
Eine äußere Umfangsfläche 25 der Fassung 2 ist
ebenfalls in die innere Umfangsfläche des Spulenkörpers 11 eingepasst.
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Der
Schaft 5 steht von einer vorderen Stirnfläche 49 der
Fassung 2, die sich an der der konischen Oberfläche 45 gegenüberliegenden
Seite der Fassung 2 befindet, in Richtung Hydraulikeinrichtung hervor.
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Der
Schaft 5 besteht aus einem nicht-magnetischen Material.
Der Schaft 5 wird von einem ersten Lager 7 in
der Fassung 2 und einem zweiten Lager 8 in der
Buchse 3 so gehalten, dass er entlang der Mittelachse O
frei gleiten kann. Der Kolben 4 ist zwischen dem ersten
Lager 7 und dem zweiten Lager 8 angeordnet. Das
erste Lager 7 und das zweite Lager 8 bestehen
aus einem nicht-magnetischen Material.
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Die
Buchse 3 umfasst in der Nähe des Bodens 93 eine
innere Umfangsfläche 33 von kleinem Durchmesser
und eine innere Umfangsfläche 34 von großem
Durchmesser, die durchgängig zur inneren Umfangsfläche
des Spaltfüllstoffs 6 ist. Eine äußere Umfangsfläche 81 des
zweiten Lagers 8 wird durch die innere Umfangsfläche 33 mit
kleinerem Durchmesser gehalten.
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Die
Fassung 2 umfasst die oben beschriebene innere Umfangsfläche 26 und
die innere Umfangsflächen 27 bis 29 mit
Durchmessern, welche Schritt um Schritt in Richtung zur konischen
Oberfläche 45 zunehmen.
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Die
den kleinsten Durchmesser aufweisende innere Umfangsfläche 26 bedeckt
die äußere Umfangsfläche 51 des
Schafts 5 mit dem Spalt 56 wie oben beschrieben.
Die den zweitkleinsten Durchmesser besitzende innere Umfangsfläche 27 hält eine äußere
Umfangsfläche 71 des ersten Lagers 7. Die
innere Umfangsfläche 29 ist so ausgebildet, dass sie
einen identischen Durchmesser zum großen Durchmesser der
inneren Umfangsfläche 34 der Buchse 3 und
der inneren Umfangsfläche des Spaltfüllstoffs 6 aufweist.
Der Kolben 4 ist in einer zylindrischen Wand untergebracht,
welche durch die mit dem großen Durchmesser versehene innere
Umfangsfläche 34 der Buchse, die innere Umfangsfläche
des Spaltfüllstoffs 6 und die innere Umfangsfläche 29 der
Fassung 2 ausgebildet ist.
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Die
den drittkleinsten Durchmesser aufweisende innere Umfangsfläche 28 ist
zwischen der inneren Umfangsfläche 29 mit dem
größten Durchmesser und der inneren Umfangsfläche 27 mit
dem zweitkleinsten Durchmesser in der Fassung 2 ausgebildet.
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Mit
Bezug zu 3 ist in der Fassung 2 eine magnetisch
anziehende Oberfläche 46 ausgebildet, welche den
Kolben 4 durch eine Magnetkraft der angeregten Spule 12 anzieht.
Die magnetisch anziehende Fläche 46 entspricht
einem ringförmigen Stufenabschnitt, der zwischen der inneren
Umfangsfläche 28 und der inneren Umfangsfläche 29 ausgebildet
ist. Die magnetisch anziehende Fläche 46 bildet eine
senkrechte Ebene zur Mittelachse O des Schaftes 5 aus.
Der Durchmesser der inneren Umfangsfläche 28 ist
so eingerichtet, dass er kleiner als ein Durchmesser des Kolbens 4 ist,
so dass die magnetisch anziehende Fläche 46 einer
vorderen Stirnfläche 47 des Kolbens 4 gegenüberliegt.
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Bezug
nehmend auf 2 sind in dem oben beschriebenen,
durch die Fassung 2, den Spaltfüllstoff 6,
die Buchse 3 und das Gehäuse 9 ausgebildeten
Druckkessel eine vordere erste Lagerkammer 73, eine vordere
Kolbenkammer 74, eine hintere Kolbenkammer 75 und
eine hintere zweite Lagerkammer 76 so ausgebildet, dass
sie dem Schaft 5 und/oder dem Kolben 4 gegenüberliegen.
Alle diese Kammern 73 bis 76 sind mit Arbeitsöl
gefüllt, das von der Hydraulikeinrichtung zugeführt
wird. Beim der Namengebung dieser Kammern bezeichnet der Begriff ”vordere” die
Seite der Hydraulikeinrichtung und ”hintere” bezeichnet
die gegenüber liegende Seite.
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Die
vordere erste Lagerkammer 73 ist in der inneren Umfangsfläche 27 vor
dem ersten Lager 7 ausgebildet. Die vordere erste Lagerkammer 73 ist mit
dem Spalt 56 verbunden. Der Spalt 56 bildet einen
Basis-Öldurchlass 62 aus, der die Hydraulikeinrichtung
und die vordere erste Lagerkammer 73 verbindet. Der Basis-Öldurchlass 62 kann
so ausgelegt werden, dass er Fremdkörper speichert, indem
die innere Umfangsfläche 26 der Fassung 2,
die den Spalt 56 begrenzt, einen größeren
Durchmesser erhält, sodass der Basis-Öldurchlass 62 eine
größere Querschnittsfläche aufweist.
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Die
vordere Kolbenkammer 74 ist zwischen dem ersten Lager 7 und
der vorderen Stirnfläche 47 des Kolben 4 ausgebildet.
Die vordere Kolbenkammer 74 entspricht dem Inneren der
inneren Umfangsfläche 28 und einem Vorderabschnitt
der inneren Umfangsfläche 29. Das erste Lager 7 weist
keinen Öldurchlass auf und daher wird der Austausch von
Arbeitsöl zwischen der vorderen ersten Lagerkammer 73 und
der vorderen Kolbenkammer 74 durch das erste Lager 7 unterbrochen.
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Die
hintere Kolbenkammer 75 ist zwischen einer hinteren Stirnwand 48 des
Kolbens 4 und dem zweiten Lager 8 im Inneren der
inneren Umfangsfläche 29 ausgebildet.
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Die
vordere Kolbenkammer 74 und die hintere Kolbenkammer 75 werden
durch den Kolben 4 getrennt. Ein ringförmiger
Spalt 55 befindet sich derart zwischen der inneren Umfangsfläche 29 und
der äußeren Umfangsfläche 41 des
Kolbens 4, dass der Kolben 4 nicht durch die Magnetkraft
veranlasst wird mit der Buchse 3 in Kontakt zu kommen.
Der Spalt 55 bildet einen äußeren Öldurchlass 63 des
Kolbens aus, der die vordere Kolbenkammer 74 und die hintere
Kolbenkammer 75 verbindet.
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Eine
Vielzahl von Nuten 42 ist an der äußeren
Umfangsfläche 41 des Kolbens 4 parallel
zu der Mittelachse O als ein Teil des äußeren Öldurchlasses 63 des
Kolbens ausgebildet. Zwischen der vorderen Kolbenkammer 74 und
der hinteren Kolbenkammer 75 fließt Arbeitsöl über
den dazu ausgelegten äußeren Öldurchlass 63 des
Kolbens.
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Durch
Ausbilden der Vielzahl von Nuten 42 in der äußeren
Umfangsfläche 41 des Kolbens 4 kann eine
Breite des Spalts 55 verringert werden, ohne dass die Querschnittsfläche
für den Austausch des Arbeitsöls abnimmt. Das
Verengen des Spalts 55 verbessert den Wirkungsgrad der
Bewegung des Kolbens 4.
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Die
hintere zweite Lagerkammer 76 ist zwischen dem zweiten
Lager 8 und dem Boden 93 des Gehäuses 9 im
Innern der inneren Umfangsfläche 33 ausgebildet.
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Eine
Vielzahl von Nuten 82 ist in der äußeren Umfangsfläche 81 des
zweiten Lagers 8 parallel zur Mittelachse O ausgebildet.
Die Nuten 82 bilden einen Öldurchlass 64 am
zweiten Lager, der die hintere Kolbenkammer 75 und die
hintere zweite Lagerkammer 76 verbindet.
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Eine
längs laufende Durchgangsbohrung 53 durchdringt
den Schaft 5 in einer Richtung der Mittelachse O. Eine
seitliche Durchgangsbohrung 54, welche senkrecht zur Mittelachse
O ist, durchdringt einen vorstehenden Abschnitt 52 des
Schafts 5, der von der Fassung 2 vorspringt. Die
längs laufende Durchgangsbohrung 53 und die seitliche
Durchgangsbohrung 54 bilden einen den Schaft durchdringenden Öldurchlass 65 aus,
der die Hydraulikeinrichtung mit der hinteren zweiten Lagerkammer 76 verbindet.
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Eine Öffnung
der längs laufenden Durchgangsbohrung 53, die
in dem vorstehenden Abschnitt 52 ausgebildet ist, wird
von der Hydraulikeinrichtung verschlossen, wenn der Magnetantrieb 1 an der
Hydraulikeinrichtung angebracht ist. Die seitliche Durchgangsbohrung 54 ist
jedoch zum Inneren der Hydraulikeinrichtung offen, wenn der Magnetantrieb 1 an
der Hydraulikeinrichtung angebracht ist.
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Wenn
der Magnetantrieb 1 an der Hydraulikeinrichtung angebracht
ist, wird der Magnetantrieb 1 auf die folgende Art und
Weise mit Arbeitsöl gefüllt:
- – Arbeitsöl
von der Hydraulikeinrichtung füllt die vordere erste Lagerkammer 73 über
den Basis-Öldurchlass 62;
- – Arbeitsöl von der Hydraulikeinrichtung füllt
die hintere zweite Lagerkammer 76 über den den Schaft
durchdringenden Öldurchlass 65;
- – Arbeitsöl in der hinteren zweiten Lagerkammer 76 füllt
die hintere Kolbenkammer 75 über den Öldurchlass 64 des
zweiten Lagers; und
- – Arbeitsöl in der hinteren Kolbenkammer 75 füllt die
vordere Kolbenkammer 74 über den äußeren Öldurchlass 63 des
Kolbens.
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Der
Magnetantrieb 1 treibt den Kolben 4 durch die
von der Spule 12 erzeugte Magnetkraft so an, dass der am
Kolben 4 befestigte Schaft 5 axial bewegt wird.
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Wenn
die Spule 12 nicht angeregt ist, wird der Schaft 5 durch
eine Reaktionskraft der Hydraulikeinrichtung in einer zurückgezogenen
Stellung gehalten. Die zurückgezogene Stellung entspricht
hier einer Anfangsposition des Schafts 5.
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Wenn
die Spule 12 angeregt ist, wird der Kolben 4 durch
eine Wirkung des Magnetfelds, welches im Inneren der Spule 12 ausgebildet
wird, in Richtung auf die magnetisch anziehende Fläche 46 angezogen.
Die durch das Magnetfeld erzeugte Schubkraft veranlasst den Kolben 4 sich
in Richtung auf die magnetisch anziehende Fläche 46 zu
bewegen, wodurch der Schaft 5 so nach vorn getrieben wird,
dass er die Hydraulikeinrichtung betätigt. Die Betätigung der
Hydraulikeinrichtung bedeutet z. B. das Öffnen oder Schließen
eines Ventils. 2 zeigt einen Zustand, bei dem
der Schaft 5 sich von der Anfangsposition leicht nach vorn
geschoben hat
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Wenn
sich der Kolben 4 zusammen mit dem Schaft 5 nach
vorn schiebt, fließt aus der Hydraulikeinrichtung über
den den Schaft durchdringenden Öldurchlass 65 Arbeitsöl
in die hintere zweite Lagerkammer 76 entsprechend dem Volumen
des Schafts 5, das sich aus der hinteren zweiten Lagerkammer 76 zurückzieht.
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Des
Weiteren bewegt sich entsprechend dem Hubvolumen des Kolbens 4 über
den äußeren Öldurchlass 63 des
Kolbens Arbeitsöl von der sich zusammenziehenden vorderen
Kolbenkammer 74 zu der sich ausdehnenden hinteren Kolbenkammer 75.
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Wenn
die Anregung der Spule 12 beendet wird, schiebt sich der
Schaft 5 aufgrund der Reaktionskraft der Hydraulikeinrichtung
zurück, was dem entgegengesetzten Weg zu der Richtung entspricht, in
die der Schaft 5 durch die Anregung der Spule 12 getrieben
wird.
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Während
sich der Schaft 5 zurückschiebt, wird entsprechend
dem Eindringvolumen des Schafts 5 in die hintere zweite
Lagerkammer 76 Arbeitsöl über den den
Schaft durchdringenden Öldurchlass 65 aus der
hinteren zweiten Lagerkammer 76 zur Hydraulikeinrichtung
verdrängt.
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Da
sich der Kolben 4 zurückschiebt, bewegt sich ferner
entsprechend dem Hubvolumen des Kolbens 4 Arbeitsöl
von der sich zusammenziehenden hinteren Kolbenkammer 75 über
den äußeren Öldurchlass 63 des
Kolbens zur sich ausdehnenden vorderen Kolbenkammer 74.
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Es
ist zu beachten, dass von der Hydraulikeinrichtung zum Magnetantrieb 1 geleitetes
Arbeitsöl Fremdkörper wie etwa in der Hydraulikeinrichtung
erzeugtes Abriebmehl enthält. Im Arbeitsöl enthaltenes magnetisches
Material wie Eisenstaub neigt dazu, sich an einem in 3 dargestellt
Abschnitt A mit starkem magnetischem Feld abzulagern, wo sich der Magnetfluss
zwischen der Fassung 2 und dem Kolben 4 konzentriert,
sobald das Arbeitsöl in die vordere Kolbenkammer 74 und
in die hintere Kolbenkammer 75 des Magnetantriebs 1 fließt.
Wenn sich eine große Menge Fremdkörper an der
Oberfläche der Fassung 2 und des Kolbens 4,
welche den Abschnitt A mit starkem Magnetfeld bilden, angelagert
hat, entstehen die folgenden Nachteile:
- – die
Hysterese des Magnetantriebs 1 nimmt zu wegen einer Veränderung
in der durch die angeregte Spule 12 erzeugte Schubkraft;
und
- – der Gleitwiderstand des Kolbens 4 steigt
und die Hublänge des Kolbens 4 wird kürzer.
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Um
das Auftreten dieser Nachteile zu vermeiden, unterbricht diese Erfindung
den Austausch von Arbeitsöl zwischen der vorderen ersten
Lagerkammer 73 und der vorderen Kolbenkammer 74 unter
Verwendung des ersten Lagers 7, wohingegen Arbeitsöl
aus der Hydraulikeinrichtung über den den Schaft durchdringenden Öldurchlass 65,
in die hintere zweite Lagerkammer 76, den Öldurchlass 64 am zweiten
Lager, die hintere Kolbenkammer 75 und den äußeren Öldurchlass 63 des
Kolbens in die vordere Kolbenkammer 74 geleitet wird.
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Nach
dieser Anordnung des Arbeitsölwegs müssen die
Fremdkörper im Arbeitsöl eine lange Strecke zurücklegen,
bevor sie den um den Kolben 4 herum ausgebildeten Abschnitt
A mit starkem Magnetfeld erreichen. Demzufolge werden aus magnetischem
Material bestehende Fremdkörperablagerungen im Abschnitt
A des starken Magnetfelds der Oberfläche der Fassung 2 und
des Kolbens 4, unterdrückt. Fremdkörperablagerungen
im Abschnitt A mit starkem Magnetfeld werden bevorzugt unterdrückt, um
durch die Fremdkörperablagerungen hervorgerufene Fehlfunktionen
des Magnetantriebs 1 zu verhindern.
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Die
hintere zweite Lagerkammer 76 und die hintere Kolbenkammer 75,
die in Reaktion auf den Hub des Kolbens 4 einer Ausdehnung
bzw. Zusammenziehung unterliegen, sind über den Öldurchlass 64 des
zweiten Lagers verbunden. Druckveränderungen in der Hydraulikeinrichtung
werden auf die hintere zweite Lagerkammer 76 übertragen
und dann über den Öldurchlass 64 des
zweiten Lagers an die hintere Kolbenkammer 75 weitergegeben.
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Bei
dieser Struktur der Druckübertragung ist es unwahrscheinlich,
dass eine Druckdifferenz zwischen der hinteren zweiten Lagerkammer 76 und
der hinteren Kolbenkammer 75 auftritt. Dementsprechend
wird das Auftreten einer Verschiebung des zweiten Lagers 8 aufgrund
einer auf seinen beiden Seiten wirkenden Druckdifferenz vermieden.
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Der
Ringspalt 55, der um die äußere Umfangsfläche 41 der
Kolbens 4 herum als äußerer Öldurchlass 63 des
Kolbens vorgesehen ist, verhindert, dass der durch die Magnetkraft
angetriebene Kolben 4 mit der Buchse 3 in Kontakt
kommt. Die Vielzahl der in der äußeren Umfangsfläche 41 des
Kolbens 4 ausgebildeten Nuten 42 dämpft
eine Verstärkung des Durchflusses des Arbeitsöls
um den Kolben 4 herum, wenn sich der Kolben 4 verschiebt.
Dadurch verringert sich der viskose Widerstand, den das Arbeitsöl auf
den Hub des Kolbens 4 ausübt und ermöglicht eine
Bewegung des Kolbens 4 mit hoher Geschwindigkeit. Folglich
wird die Reaktion des Magnetantriebs 1 gesteigert. Durch
die Bewegung des Kolbens 4 mit Hochgeschwindigkeit wird
das Entfernen von am Kolben 4 abgelagerten Fremdkörpern
ebenfalls gefördert und es wird eine Umgebung geschaffen,
in der das Auftreten einer Fehlfunktion des Magnetantriebs 1 aufgrund
von Fremdkörperablagerungen unwahrscheinlich ist.
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Als
nächstes werden mit Bezug zu 4 bis 6 andere
Ausführungsformen dieser Erfindung beschrieben.
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Alle
diese Ausführungsformen sind mit einer identischen Anordnung
zur Druckübertragung wie bei der in 1 bis 3 gezeigten
ersten Ausführungsform ausgestattet, um einen Unterschied
der auf das zweite Lager 8 wirkenden Drücke zu
vermeiden. Des Weiteren sind diese Ausführungsformen mit
besonderen Bauweisen versehen, um ein Eindringen der Fremdkörper
in den Spalt 55 von der vorderen Kolbenkammer 74 oder
der hinteren Kolbenkammer 75 zu verhindern.
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Zunächst
wird eine zweite Ausführungsform dieser Erfindung mit Bezug
zu 4 beschrieben.
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Bauteile
dieser Ausführungsform, welche dieselbe Bauweise besitzen
wie diejenigen der in 1 bis 3 gezeigten
ersten Ausführungsform erhalten dieselben Bauteilbezugszeichen
und ihre Beschreibung wird hier weggelassen.
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Ein
Magnetantrieb 1 nach dieser Ausführungsform umfasst
eine zylindrische Abdeckung 83 aus nicht-magnetischem Material,
welche die äußere Umfangsfläche 41 des
Kolbens 4 verkleidet. Zwischen einer Zylinderwandoberfläche,
die durch die innere Umfangsfläche 34 der Buchse 3,
die innere Umfangsfläche des Spaltfüllstoffs 6 und
die innere Umfangsfläche 29 der Fassung 2 gebildet
wird, und der Abdeckung 83 wird der Ringspalt 55 ausgebildet. Der
Ringspalt 55 bildet den äußeren Öldurchlass 63 des
Kolbens, der die vordere Kolbenkammer 74 und die hintere
Kolbenkammer 75 verbindet.
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Die
Abdeckung 83 umfasst einen zylindrischen Abschnitt 84,
der die äußere Umfangsfläche 41 des
Kolbens 4 bedeckt, und einen vorderen Endabschnitt 85,
der von einer vorderen Spitze des zylindrischen Abschnitts 84 nach
innen gebogen ist.
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Der
vordere Endabschnitt 85 ist eng mit der vorderen Stirnseite 47 des
Kolben 4 in Kontakt. Durch das Ausbilden einer Öffnung
im vorderen Endabschnitt 85 zum Verbinden mit den Nuten 42 an der äußeren
Umfangsfläche 41 des Kolbens 4, können
wie im Fall der ersten Ausführungsform die Nuten 42 als
Teil des äußeren Öldurchlasses 63 des Kolbens
verwendet werden.
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Die
vordere Stirnseite 47 des Kolbens 4 ist in einen äußeren
Teil 47a, der durch den vorderen Endabschnitt 85 der
Abdeckung 83 bedeckt ist, und einen freiliegenden Teil 47b,
der offen zur vorderen Kolbenkammer 74 liegt, aufgeteilt.
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Da
nach dieser Ausführungsform die äußere Umfangsfläche 41 des
Kolbens 4 durch die aus nicht-magnetischem Material hergestellte
Abdeckung 83 bedeckt ist, werden Fremdkörperablagerungen
an der äußeren Umfangsfläche 41 des
Kolbens 4 unterdrückt.
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Weil
ferner der äußere Öldurchlass 63 des Kolbens
an der Außenseite der Abdeckung 83 ausgebildet
ist, wird der viskose Widerstand, den das Arbeitsöl auf
die Verschiebung des Kolbens 4 ausübt, so verringert,
dass der Kolben 4 mit hoher Geschwindigkeit bewegt werden
kann. Folglich wird die Reaktion des Magnetantriebs 1 verbessert.
Die Bewegung des Kolbens 4 mit hoher Geschwindigkeit hilft
beim Entfernen von Fremdkörperablagerungen auf dem Kolben 4.
Das Auftreten einer Betriebsstörung des Magnetantriebs 1 wird
daher unwahrscheinlich.
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Da
der äußere Teil 47a der vorderen Stirnseite 47 des
Kolbens 4 durch den vorderen Endabschnitt 85 der
aus nicht-magnetischem Material gefertigten Abdeckung 83 bedeckt
ist, haften am äußeren Teil 47a keine
Fremdkörper. Zwar können am freiliegenden Teil 47b Fremdkörper
anhaften, da dieser Teil jedoch einer inneren Umfangsfläche
der vorderen Stirnseite 47 entspricht, beeinträchtigen
die an diesem Teil anhaftenden Fremdkörper die Schubkraft der
Spule 12 nicht in hohem Maße. Dadurch wird ein störungsfreier
Betrieb des Magnetantriebs 1 gewährleistet.
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Eine
dritte Ausführungsform dieser Erfindung wird mit Bezug
zu 5 beschrieben.
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Bauteile
dieser Ausführungsform, welche dieselbe Bauweise besitzen
wie diejenigen der ersten und zweiten Ausführungsform,
erhalten dieselben Bauteilbezugszeichen und ihre Beschreibung wird
hier weggelassen.
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Nach
dieser Ausführungsform umfasst die Abdeckung 83 einen
Vorsprungsabschnitt 86, der durchgängig zum Zylinderabschnitt 84 ist
und in die vordere Kolbenkammer 74 vorsteht, anstelle des
vorderen Endabschnitts 85 der zweiten Ausführungsform,
welcher den äußeren Teil 47a der vorderen Stirnseite 47 des
Kolbens 4 bedeckt. Der Durchmesser des Vorsprungsabschnitts 86 ist
gleich dem des Zylinderabschnitts 84.
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Die
vordere Stirnfläche 47 des Kolbens 4 liegt
auf der Innenseite des Vorsprungsabschnitts 86 zur vorderen
Kolbenkammer 74 frei. Der Vorsprungsabschnitt 86 verhindert,
dass Fremdkörper, welche an der vorderen Stirnseite 47 des
Kolbens 4 anhaften, in den äußeren Öldurchlass 63 des
Kolbens auf der Außenseite des Zylinderabschnitts 84 eindringen.
Folglich kann der Magnetantrieb 1 über lange Zeit
störungsfrei betrieben werden.
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Eine
vierte Ausführungsform dieser Erfindung wird mit Bezug
zu 6 beschrieben.
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Bauteile
dieser Ausführungsform, welche dieselbe Bauweise besitzen
wie diejenigen einer der ersten bis dritten Ausführungsform
erhalten dieselben Bauteilbezugszeichen und ihre Beschreibung wird
hier weggelassen.
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Nach
dieser Ausführungsform werden ein erster Abstreifer 87 und
ein zweiter Abstreifer 88 vorgesehen, die jeweils radial
von der äußeren Umfangsfläche 41 des
Kolbens 4 abstehen, anstelle der Abdeckung 83 der
zweiten und dritten Ausführungsform. Der erste Abstreifer 87 und
der zweite Abstreifer 88 sind in Ringform ausgebildet und
an der äußeren Umfangsfläche 41 des
Kolbens 4 befestigt. Der erste Abstreifer 87 und
der zweite Abstreifer 88 weisen einen lippeförmigen
Querschnitt auf. Eine Spitze des ersten Abstreifers 87 gleitet
auf der inneren Umfangsfläche 29 der Fassung 2 und
eine Spitze des zweiten Abstreifers 88 gleitet auf der
inneren Umfangsfläche 34 der Buchse 3.
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Der
erste Abstreifer 87 und der zweite Abstreifer 88 sind
aus nicht-magnetischem Material hergestellt. Sie bestehen bevorzugt
aus Kunststoff wie etwa einem Kunstharz.
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Der
erste Abstreifer 87 verhindert, dass Fremdkörper
von der vorderen Kolbenammer 74 in den Ringspalt 55 an
der Außenseite des Kolbens 4 eindringen. Der zweite
Abstreifer 88 verhindert, dass Fremdkörper von
der hinteren Kolbenkammer 75 in den Ringspalt 55 an
der Außenseite des Kolbens 4 eindringen. Nach
dieser Ausführungsform wird daher vermieden, dass sich
Fremdkörper an dem Abschnitt A mit der großen
magnetischen Feldstärke ablagern.
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Ferner
gleitet der erste Abstreifer 87 auf der inneren Umfangsfläche 29 der
Fassung 2 und der zweite Abstreifer 88 gleitet
an der inneren Umfangsfläche 34 der Buchse 3.
Daher werden Fremdkörper, die an der inneren Umfangsfläche 29 der
Fassung 2 haften, und Fremdkörper, die an der
inneren Umfangsfläche 34 der Buchse 3 haften,
durch den ersten Abstreifer 87 und den zweiten Abstreifer 88 abgeschabt.
Fremdkörperablagerungen an der inneren Umfangsfläche 29 der
Fassung 2 und an der inneren Umfangsfläche 34 der
Buchse 3 werden daher verhindert.
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Daher
kann nach dieser Ausführungsform der Magnetantrieb 1 über
lange Zeit störungsfrei betrieben werden.
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Die
Inhalte von Tokugan 2008-285371 mit Einreichungsdatum vom 6. November
2009 in Japan werden hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen.
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Wenngleich
die Erfindung oben mit Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen
beschrieben wurde, so ist sie doch nicht auf diese oben beschriebenen
Ausführungsformen begrenzt. Kenner der Technik werden sich
innerhalb des Umfangs der Ansprüche Modifikationen und Änderungen
vorstellen können.
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Die
Ansprüche dieser Erfindung in denen ein ausschließliches
Eigentums- oder Vorrecht beansprucht wird, sind wie folgt definiert:
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2001-317653
A [0004]