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Die Erfindung betrifft eine verstellbare Dämpfventileinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein mittels Magnetkraft verstellbares Dämpfventil nimmt im stromlosen Zustand je nach Konstruktionsprinzip eine besonders weiche oder eine besonders harte Dämpfkraftkennlinie ein. Dieser Effekt wird durch mindestens eine Federkraft erzeugt, gegen die die Magnetkraft wirken muss. Fällt die Magnetkraft aus, z. B. durch einen Kabelbruch, dann verschiebt die Federkraft einen Ventilkörper in eine Endposition. Wenn man davon ausgeht, dass eine hohe Dämpfkraft auch hohe Sicherheitsreserven für das Fahrwerk eines Fahrzeugs darstellt, dann ist das grundlegende Wirkprinzip vorteilhaft, da die Sicherheitseinrichtung für das verstellbare Dämpfventil praktisch ohne weiteren Aufwand vorhanden ist.
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Es ist jedoch schon aus der
EP 0 561 404 B1 oder der
DE 39 17 064 A1 bekannt, das als Notbetriebskennlinie nicht unbedingt die härteste Dämpfkrafteinstellung, sondern eine eher mittlere Dämpfkraftkennlinie angestrebt wird. Die
2 der
EP 0 561 404 B1 beschreibt eine verstellbare Dämpfventileinrichtung, die eine Vorstufenventileinrichtung und ein Hauptstufenventil umfasst. Über den Abfluss von Dämpfmedium aus einem Steuerraum des Hauptstufenventils wird die Dämpfkraft der Dämpfventileinrichtung eingestellt.
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Die Vorstufenventileinrichtung umfasst ein Vorstufensteuerventil und ein Notbetriebventils, wobei die beiden Ventile hinsichtlich des Strömungswegs des Dämpfmediums aus dem Steuerraum in Reihe angeordnet sind (2). Schon bei einem kleinen Stellstrom öffnet das Notbetriebventil (529a) und gibt den Abfluss (26i) vollständig frei. In der Notbetriebsstellung wirkt nur der Querschnitt 26i und bestimmt damit eine z. B. mittlere Dämpfkrafteinstellung.
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In der Variante nach
6 der
EP 0561 404 B1 umfasst die Vorstufenventileinrichtung ebenfalls ein Notbetriebventil, das jedoch dem Vorstufenventil hydraulisch parallel geschaltet ist. Daraus ergibt sich das Problem, dass eine Fehlfunktion des Notbetriebventils auch die Dämpfkrafteinstellung des Vorstufenventils beeinflusst.
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Sowohl nach dem Bauprinzip der 2 wie auch der 6 besteht die Schwierigkeit, dass der axiale bewegliche Ventilkörper des Vorstufenventils und der Ventilkörper des Notbetriebs in unmittelbarem Kontakt stehen und das Notbetriebventil ausgehend von der Notbetriebstellung in die Normalbetriebstellung eine Verschiebebewegung auf dem Ventilkörper des Vorstufenventils ausführt.
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Zwangsläufig müssen sich die beiden Ventilkörper der Vorstufenventileinrichtung sehr leichtgängig zueinander bewegen können. Daraus ergeben sich kleine Ringspalte, die einerseits innere Leckagen hervorrufen, die die Dämpfkrafteinstellung beeinflussen und andererseits die Führung der Ventilkörper zur Magnetspule verschlechtern.
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Diese Schwierigkeiten lassen sich zwar beherrschen, doch geht der dafür erforderliche Fertigungsaufwand zu Lasten der Herstellungskosten.
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Die
DE 10 2009 016 464 B3 und die
DE 10 2009 002 582 A1 offenbaren eine Dämpfventileinrichtung, die einen ringförmigen Ventilkörper aufweist, der schon bei geringer Bestromung eine Abflussöffnung freigibt. Der Ventilkörper und die Abflussöffnung bilden ein Notbetriebventil. Bei Stromausfall und geschlossenem Notbetriebventil wird die Dämpfkraft von einem Überdruckventil bestimmt, das dem Notbetriebventil hydraulisch parallel geschaltet ist. In den jeweiligen Ausführungen nach
2 wird das Überdruckventil von einer kleinen Ventilpatrone gebildet, die radial in einer Zwischenwand der Dämpfventileinrichtung angeordnet ist. Diese radiale Anordnung des Überdruckventils beeinflusst den radialen aber auch den axialen Bauraum der Dämpfventileinrichtung.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Bauraumbedarf einer verstellbaren Dämpfventileinrichtung zu optimieren.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Überdruckventil im Ventilkörper des Notbetriebventils angeordnet ist.
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Durch die Anordnung im Ventilkörper kann ein deutlicher radialer Bauraumgewinn erreicht werden. Des Weiteren kann ein Abflusskanal mit einem kleineren Durchmesser vorgesehen werden, so dass auch ein axialer Bauraumgewinn erzielt wird.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist das Überdruckventil in einem parallel zur Bewegungsrichtung des Ventilkörpers verlaufenden Aufnahmekanal angeordnet. Ein axialer Kanal kann sehr einfach hergestellt werden.
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Ein besonders großer Bauraumvorteil wird dann erreicht, wenn innerhalb des Ventilkörpers mehrere Überdruckventile hydraulisch parallel angeordnet sind. Ob man ein einziges oder mehrere Überdruckventile verwendet, der Bauraumbedarf ändert sich dadurch nicht.
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Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch ist das Notbetriebventil als ein Sitzventil ausgeführt, wobei ein Druckausgleichskanal des Ventilkörpers des Notbetriebventils radial durch eine Ventilsitzfläche von einer Ausgangsöffnung des Überdruckventils getrennt ist. Dadurch ist die druckbeaufschlagte Fläche in Schließrichtung des Ventilkörpers größer als die druckbeaufschlagte Fläche in Abhubrichtung. Folglich wird die Schließposition des Notbetriebventils hydraulisch unterstützt.
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Ein weiterer Bauraumvorteil bzw. ein einfaches Ventilkörperdesign wird dadurch erreicht, indem die Zuströmung zum Überdruckventil über den Druckausgleichskanal des Ventilkörpers erfolgt.
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Die Strömungsführung in der Dämpfventileinrichtung wird dadurch erleichtert, indem das Notbetriebventil und das mindestens eine Überdruckventil an eine gemeinsame Abflussöffnung angeschlossen sind.
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Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Es zeigt:
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1 Schwingungsdämpfer mit einer Dämpfventileinrichtung
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2 Dämpfventileinrichtung mit einer Reihenanordnung von erstem Ventil und Notbetriebventil
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In 1 weist ein Schwingungsdämpfer einen Zylinder 1 auf, in dem eine Kolbenstange 3 axial beweglich angeordnet ist. Eine Führungs- und Dichtungseinheit 7 führt die Kolbenstange 3 aus dem oberen Ende des Zylinders heraus. Innerhalb des Zylinders 1 ist an der Kolbenstange 3 eine Kolbeneinheit 9 mit einer Kolbenventilanordnung 11 befestigt. Das untere Ende des Zylinders 1 ist durch eine Bodenplatte 13 mit einer Bodenventilanordnung 15 abgeschlossen. Der Zylinder 1 wird von einem Behälterrohr 17 umhüllt. Das Behälterrohr 17 und ein Zwischenrohr 5 bilden einen Ringraum 19, der eine Ausgleichskammer darstellt. Der Raum innerhalb des Zylinders 1 ist durch die Kolbeneinheit 9 in eine erste Arbeitskammer 21a und eine zweite Arbeitskammer 21b unterteilt. Die Arbeitskammern 21a und 21b sind mit Dämpfflüssigkeit gefüllt. Die Ausgleichskammer 19 ist bis zu dem Niveau 19a mit Flüssigkeit und darüber mit Gas gefüllt. Innerhalb der Ausgleichskammer 19 ist eine erste Leitungsstrecke, nämlich eine Hochdruckteilstrecke 23, gebildet, welche über eine Bohrung 25 des Zylinders 1 mit der zweiten Arbeitskammer 21b in Verbindung steht. An diese Hochdruckteilstrecke schließt sich ein seitlich an dem Behälterrohr 17 angebautes verstellbare Dämpfventileinrichtung 27 an. Von dieser führt, nicht dargestellt, eine zweite Leitungsstrecke, nämlich eine Niederdruckteilstrecke 29, in die Ausgleichskammer 19.
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Fährt die Kolbenstange 3 aus dem Zylinder 1 nach oben aus, verkleinert sich die obere Arbeitskammer 21b. Es baut sich in der oberen Arbeitskammer 21b ein Überdruck auf, der sich nur durch die Kolbenventilanordnung 11 in die untere Arbeitskammer 21a abbauen kann, solange das verstellbare Dämpfventil 27 geschlossen ist. Wenn das verstellbare Dämpfventil 27 geöffnet ist, so fließt gleichzeitig Flüssigkeit von der oberen Arbeitskammer 21b durch die Hochdruckteilstrecke 23 und das verstellbare Dämpfventil 27 in die Ausgleichskammer 19. Die Dämpfcharakteristik des Schwingungsdämpfers beim Ausfahren der Kolbenstange 3 ist also davon abhängig, ob das verstellbare Dämpfventil 27 mehr oder weniger offen oder geschlossen ist.
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Wenn die Kolbenstange 3 in den Zylinder 1 einfährt, so bildet sich in der unteren Arbeitskammer 21a ein Überdruck. Flüssigkeit kann von der unteren Arbeitskammer 21a durch die Kolbenventilanordnung 11 nach oben in die obere Arbeitskammer 21b übergehen. Die durch das zunehmende Kolbenstangenvolumen innerhalb des Zylinders 1 verdrängte Flüssigkeit wird durch die Bodenventilanordnung 15 in die Ausgleichskammer 19 ausgetrieben. In der oberen Arbeitskammer 21b tritt, da der Durchflusswiderstand der Kolbenventilanordnung 11 geringer ist als der Durchflusswiderstand der Bodenventilanordnung 15, ebenfalls ein steigender Druck auf. Dieser steigende Druck kann bei geöffnetem Dämpfventil 27 durch die Hochdruckteilstrecke 23 wiederum in den Ausgleichsraum 19 überfließen. Dies bedeutet, dass bei geöffnetem Dämpfventil 27 der Stoßdämpfer auch beim Einfahren dann eine weichere Charakteristik hat, wenn das verstellbare Dämpfventil 27 geöffnet ist und eine härtere Charakteristik, wenn das Dämpfventil 27 geschlossen ist, genauso wie beim Ausfahren der Kolbenstange. Festzuhalten ist, dass die Strömungsrichtung durch die Hochdruckteilstrecke 23 des Bypasses immer die gleiche ist, unabhängig davon, ob die Kolbenstange ein- oder ausfährt.
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Die 2 zeigt die Dämpfventileinrichtung 27 in einem Gehäuse 31, das extern an dem Behälterrohr 17 oder innerhalb des Zylinders 1, z. B. an der Kolbenstange 3 befestigt ist. In dem Gehäuse 31 ist eine ringförmige Magnetspule 33 angeordnet. Eine Öffnung eines Gehäusedeckels 35 wird von einer Rückschlusshülse 37 mit einem Boden verschlossen. Zwischen einem Gehäuseunterteil 39 und der Rückschlusshülse 37 ist ein Isolator 41 gegen den Magnetfluss der Magnetspule 33 angeordnet.
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Innerhalb der Rückschlusshülse 37 ist ein Ventilanker 43 zusammen mit einem Ventilkörper 45 eines ersten Ventils 47 axial schwimmend gegen die Kraft eines beiderseits des Ventilankers 43 und damit auch des Ventilkörpers 45 wirksamen Federsatzes. Der Federsatz umfasst pro Seite mindestes eine Feder 49, die der Feder 51 auf der anderen Seite des Ventilankers 43 entgegengesetzt gerichtet wirkt. An dem Gehäuseunterteil 39 ist ein Magnetflusslenkungselement 53 fixiert, das nur einen kleinen Magnetflusswiderstand aufweist, also magnetisch gut leitfähig ist.
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Der Ventilkörper 45 des ersten Ventils 47 ist einerseits im Boden der Rückschlusshülse 37 und andererseits in dem Magnetflusslenkungselement 53 gelagert. Ein erster Federteller 55 für die mindestens eine Feder 51 wird von der Rückschlusshülse 37 gebildet. Ein zweiter Federteller 57 greift in eine Durchgangsöffnung 59 des Magnetflusslenkungselements 53 ein, durch die sich auch der Ventilkörper 45 des ersten Ventilelements 47 erstreckt. Der zweite Federteller 57 ist über die Durchgangsöffnung 59 zugänglich und bildet eine Presspassung. Dadurch wird es möglich, dass der zweite Federteller 57 bei schon montiertem Magnetflusslenkungselement 53 in Grenzen axial verschiebbar ist, um den Federsatz 49; 51 nachzuspannen. Etwaige Fertigungstoleranzen können durch das Nachspannen ausgeglichen werden.
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Bezogen auf die Strömungsrichtung in Reihe zum ersten Ventil 47 ist in dem Gehäuse 31 ein Notbetriebventil 61 angeordnet, wobei zwischen den beiden Ventilen 47; 61 das Magnetflusslenkungselement 53 angeordnet ist. Ein Ventilkörper 63 des Notbetriebventils 61 ist ringförmig ausgeführt und konzentrisch zum Ventilkörper 45 des ersten Ventils 47 angeordnet. Eine Vorspannfeder 65, die sich am Magnetflusslenkungselement 53 abstützt, spannt den Ventilkörper 63 des Notbetriebventils 61, das als Sitzventil ausgeführt ist, auf eine Ventilsitzfläche 67 des Gehäuses 31.
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Der Ventilkörper 45 des ersten Ventils 47 ist in seiner Bewegungsrichtung mehrteilig ausgeführt, wobei mindestens zwei Längenabschnitte 45a; 45b des Ventilkörpers 45 eine Winkelbewegung zueinander ausführen können. Der Längenabschnitt 45b ist innerhalb der Durchgangsöffnung 59 des Magnetflusslenkungselements 53 winkelbeweglich gelagert und wird stirnseitig von dem mit dem Ventilanker 43 verbundenen Längenabschnitt 45a bewegt.
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Der zweite Längenabschnitt 45b des ersten Ventils 47 wirkt auf eine Abflussöffnung 69 eines Steuerraums 71 eines vom ersten Ventil 47 gesteuerten Hauptstufenventils 73. Das Hauptventil 73 ist über einen Anschlussstutzen 75 mit einem Arbeitsraum 21a; 21b des Schwingungsdämpfers verbunden. Das Dämpfmedium übt auf einen Hauptstufenventilkörper 77 eine Abhubkraft aus, der eine Schließkraft des ersten Ventils 47 entgegenwirkt. Zusätzlich übt ein Druck des Dämpfmediums im Steuerraum 71, der über eine Verbindungsöffnung 79 im Hauptstufenventil 73 mit dem Anschlussstutzen 75 verbunden ist, eine Schließkraft auf den Hauptstufenventilkörper 77 aus. Je nach Zuhaltekraft des ersten Ventils 47 auf die Abflussöffnung 69 des Hauptstufenventils 73 hebt der Hauptstufenventilkörper 77 von seiner Ventilsitzfläche ab, so dass das Dämpfmedium über den Ventilsitz radial in einen Ausgleichsraum 19 oder einen Arbeitsraum des Schwingungsdämpfers abfließen kann.
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Die Zuhaltekraft des ersten Ventils 47 wird von der Bestromung durch die Magnetspule 33 bestimmt. Eine große Bestromung führt zu einer großen Zuhaltekraft und im stromlosen Zustand liegt die minimale Zuhaltekraft an. Das Dämpfmedium kann insbesondere bei geringster Bestromung in einen Zwischenraum 81 des Gehäuses 31 fließen, der sich zwischen einer Unterseite des Magnetflusslenkungselements 53 und einer Oberseite einer Zwischenwand 83 des Gehäuses 84 zum Hauptstufenventil 73 erstreckt. Der Abfluss aus diesem Zwischenraum wird von dem Notbetriebventil 61 bestimmt. Im stromlosen Zustand wird das Notbetriebventil 61 von der Vorspannfeder 65 in einer Schließposition auf der Ventilsitzfläche 67 gehalten. Bezogen auf den Strömungsweg des Dämpfmediums ausgehend vom Anschlussstutzen 75 liegen das erste Ventil 47 und das Notbetriebventil 61 in Reihe.
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Dem Notbetriebventil 61 ist ein Überdruckventil 85 hydraulisch parallel geschaltet und im Ventilkörper 63 des Notbetriebventils 61 angeordnet. Das Überdruckventil 85 ist in einem parallel zur Bewegungsrichtung des Ventilkörpers 63 verlaufenden Aufnahmekanal 87 angeordnet.
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Bei Bedarf können innerhalb des Ventilkörpers 63 auch mehrere Überdruckventile 85 mit unterschiedlichem Öffnungsverhalten hydraulisch parallel angeordnet sein.
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Innerhalb des Ventilkörpers 63 des Notbetriebventils 61 ist mindestens ein Druckausgleichskanal 95 ausgeführt. Dieser mindestens eine Druckausgleichskanal 95 des Ventilkörpers 63 des Notbetriebventils 61 ist radial durch die Ventilsitzfläche 67 von einer Ausgangsöffnung 97 des Überdruckventils getrennt.
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Bei einer geringen Bestromung stellt sich ein Magnetfluss ein, der sich vom Gehäuseunterteil 39 radial in den Ventilkörper 63 des Notbetriebventils 61 fortsetzt. Zwischen einer Kante 89 des Ventilkörpers 63 und dem Magnetflusslenkungselements 53 liegt ein kleinerer Widerstand vor als zwischen der Ventilsitzfläche 67 und dem Ventilkörper 63, so dass der Magnetfluss eine Abhubkraft auf den Ventilkörper 63 in Richtung des Magnetflusslenkungselements 53 ausübt. Der Magnetfluss setzt sich über den im Ventilanker 43 befindlichen Längenabschnitt des Ventilkörpers 45a des ersten Ventils auf den Ventilanker und auf die Rückschlusshülse 37 fort. Der geringe Strom reicht noch nicht aus, den ersten Ventilkörper 45 des ersten Ventils 47 bedeutsam in Richtung der Abflussöffnung 69 zu bewegen. Erst mit größerer Bestromung wird der von dem Federsatz 49, 51 eingestellte Luftspalt zwischen dem Ventilanker 43 und der Oberseite des Magnetflusslenkungselements 53 überwunden. Bei geöffnetem Notbetriebsventil 61 sinkt nochmals der magnetische Widerstand beim Übergang von dem Gehäuseunterteil 39 über den Ventilkörper 63 des Notbetriebventils 61 auf das Magnetflusslenkungselements 53, da die radiale Überdeckung zwischen einem umlaufenden Steg 91 des Ventilkörpers 63 des Notbetriebventils 61 und einem Absatz 93 am Magnetflusslenkungselements 53 mit der Abhubbewegung des Notbetriebventil 61 zunimmt.
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Bei stromloser Magnetspule 33 und geschlossenem Notbetriebventil 61 erfolgt die Zuströmung zum Überdruckventil 85 über den Druckausgleichskanal 95 des Ventilkörpers. Das Notbetriebventil 61 und das mindestens eine Überdruckventil 85 sind an eine gemeinsame Abflussöffnung 99 angeschlossen. In dem Steg 91 ist eine nicht dargestellte radiale Strömungsverbindung ausgeführt, die Dämpfmedium auch bei geschlossenem Notbetriebventil 61 in Richtung des Überdruckventils 85 strömen lässt. Das Dämpfmedium kann aus dem Zwischenraum 81 über den Druckausgleichskanal 95 und dem mindestens einen geöffneten Überdruckventil 85 in die Abflussöffnung 99 und je nach Bauform des Schwingungsdämpfers in einen Ausgleichsraum oder einen Arbeitsraum strömen. In Abhängigkeit der Ventilkennlinie des mindestens einen Überdruckventils 85 stellt sich im Steuerraum 71 ein Schließdruck ein, der die Dämpfkraft der Dämpfventileinrichtung bestimmt.
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Um den möglichen axialen Bauraumvorteil im Vergleich zum Stand der Technik besser erfassen zu können, ist im linken Schnittbereich des Gehäuses 83 der mögliche Verlauf der Zwischenwand 83 gestrichelt dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylinder
- 3
- Kolbenstange
- 5
- Zwischenrohr
- 7
- Führungs- Dichtungseinheit
- 9
- Kolbeneinheit
- 11
- Kolbenventilanordnung
- 13
- Bodenplatte
- 15
- Bodenventilanordnung
- 17
- Behälterrohr
- 19
- Ringraum
- 21a; 21b
- Arbeitskammern
- 23
- Hockdruckteilstrecke
- 25
- Bohrung
- 27
- Dämpfventileinrichtung
- 29
- Niederdruckteilstrecke
- 31
- Gehäuse
- 33
- Magnetspule
- 35
- Gehäusedeckel
- 37
- Rückschlusshülse
- 39
- Gehäuseunterteil
- 41
- Isolator
- 43
- Ventilanker
- 45
- Ventilkörper
- 47
- erstes Ventil
- 49, 51
- Feder
- 53
- Magnetflusslenkungselement
- 55
- erster Federteller
- 57
- zweiter Federteller
- 59
- Durchgangsöffnung
- 61
- Notbetriebventil
- 63
- Ventilkörper
- 65
- Vorspannfeder
- 67
- Ventilsitzfläche
- 45a, b
- Längenabschnitte des ersten Ventils
- 69
- Abflussöffnung
- 71
- Steuerraum
- 73
- Hauptstufenventil
- 75
- Anschlussstutzen
- 77
- Hauptstufenventilkörper
- 79
- Verbindungsöffnung
- 81
- Zwischenraum
- 83
- Zwischenwand
- 84
- Gehäuse
- 85
- Überdruckventil
- 87
- Aufnahmekanal
- 89
- Kante
- 91
- Steg
- 93
- Absatz
- 95
- Druckausgleichskanal
- 97
- Ausgangsöffnung
- 99
- Abflussöffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0561404 B1 [0003, 0003, 0005]
- DE 3917064 A1 [0003]
- DE 102009016464 B3 [0009]
- DE 102009002582 A1 [0009]
