DE102011080176A1 - Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeugbremsanlagen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein als Zweistufenventil ausgebildetes Elektromagnetventil mit einem ersten Ventilschließkörper (3) zum Verschließen eines ersten Ventildurchlasses (1) und mit einem zweiten Ventilschließkörper (4) zum Verschließen eines zweiten Ventildurchgangs (2), wobei in der elektromagnetisch nicht erregten Ventilgrundstellung beide Ventildurchlässe (1, 2) geöffnet sind, wozu erfindungsgemäß der erste Ventilschließkörper (3) von einer in Ventilöffnungsrichtung wirksamen Rückstellfeder (5) beaufschlagt ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeugbremsanlagen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Aus der
DE 100 10 734 A1 ist bereits ein Elektromagnetventil der angegebenen Art bekannt geworden, mit einem in einem Ventilgehäuse angeordneten ersten und einem zweiten Ventilschließkörper, die in koaxialer Anordnung im Ventilgehäuse einen ersten als auch einen zweiten Ventildurchlass zu öffnen oder zu verschließen vermögen, mit einem in das Ventilgehäuse einmündenden Druckmitteleinlass und einem Druckmittelauslass, wobei der erste Ventilschließkörper abhängig von der Erregung einer Elektromagneten den im zweiten Ventilschließkörper gelegenen ersten Ventildurchlass zu öffnen vermag und wobei der zweite Ventilschließkörper unter dem Einfluss einer Feder in der Offenstellung des ersten Ventildurchlasses den zweiten Ventildurchlass freigibt, so dass ein im Druckmitteleinlass anstehendes Druckmittel entlang einem Strömungsweg innerhalb des Ventilgehäuses, in dem sich der erste als auch zweite Ventildurchlass befindet, zum Druckmittelauslass gelangt. - Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektromagnetventil der angegebenen Art mit möglichst einfachen, funktionsgerechten Mitteln kostengünstig und kleinbauend derart auszuführen, dass bei einer maximal erforderlichen Ventilschließkraft der Arbeitsluftspalt des Elektromagneten ein Minimum ist, wodurch in der elektromagnetisch erregten Ventilstellung ein sicheres Verschließen des unter Hochdruck stehenden Druckmittelauslasses gewährleistet ist.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Elektromagnetventil der angegebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
- Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen im nachfolgenden aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand mehrerer Zeichnungen hervor.
- Es zeigen:
-
1 das erfindungsgemäße Elektromagnetventil in der geöffneten Ventilgrundstellung, -
2 das Elektromagnetventil nach1 in einer elektromagnetisch initiierten Zwischenstellung, in welcher der Durchfluss über den ersten Ventildurchlass im ersten Ventilschließkörper gedrosselt ist, während der zweite Ventildurchlass vom zweiten Ventilschließkörper abgesperrt ist, -
3 das Elektromagnetventil nach1 in einer elektromagnetisch initiierten Schließstellung, in welcher der Durchfluss über beide Ventildurchlässe unterbrochen ist, -
4 das Elektromagnetventil nach3 in einer elektromagnetisch nicht erregten Zwischenstellung, in welcher der Durchfluss vom Druckmitteleinlass durch das selbsttätige, federkraftunterstützte Zurückschalten des ersten Ventilschließkörpers zunächst über den ersten Ventildurchlass, sowie später auch wieder entsprechend der1 über den zweiten Ventildurchlass zum Druckmittelauslass möglich ist, -
5 das Elektromagnetventil nach1 in der vollständig geschlossenen, elektromagnetisch erregten Schaltstellung, in welcher beide Ventilschließkörper dem Radbremsdruck im Druckmittelauslass ausgesetzt sind. - Die
1 zeigt im Längsschnitt ein Elektromagnetventil, wie es bevorzugt in schlupfgeregelten Kraftfahrzeug-Bremsanlagen zum Einsatz kommt. Das Elektromagnetventil weist eine in einem Ventilgehäuse10 angeordneten ersten und einem zweiten Ventilschließkörper3 ,4 auf, die in koaxialer Anordnung einen ersten als auch einen zweiten Ventildurchlass1 ,2 zu öffnen oder zu verschließen vermögen. Ferner mündet radial zur Ventillängsachse in den blockförmigen Ventilaufnahmekörper17 und damit auch in den im Ventilblock17 befestigten unteren Hülsenabschnitt des Ventilgehäuses10 ein Druckmitteleinlass18 sowie axial von unten ein Druckmittelauslass14 ein, wobei der erste Ventilschließkörper3 abhängig von der Erregung eines Elektromagneten den im zweiten Ventilschließkörper4 gelegenen ersten Ventildurchlass1 zu verschließen vermag. Der zweite Ventilschließkörper4 gibt unter dem Einfluss einer Feder13 in der Offenstellung des ersten Ventildurchlasses1 den zweiten Ventildurchlass2 frei, so dass ein im Druckmitteleinlass18 anstehendes Druckmittel entlang einem Strömungsweg innerhalb des Ventilgehäuses10 , in dem sich auf der Ventillängsachse der erste als auch zweite Ventildurchlass1 ,2 befindet, zum Druckmittelauslass14 gelangt. - Gemäß der Erfindung ist das Elektromagnetventil derart konzipiert, dass in der elektromagnetisch nicht erregten Ventilgrundstellung beide Ventildurchlässe
1 ,2 (wie aus der1 ersichtlich ist) vollständig geöffnet sind, wozu der erste Ventilschließkörper3 von einer in Ventilöffnungsrichtung wirksamen Rückstellfeder5 beaufschlagt ist. Eine besonders kompakte Federanordung im Ventilgehäuse10 ergibt sich dadurch, dass die Rückstellfeder5 komprimierbar zwischen dem ersten und zweiten Ventilschließkörper4 platziert ist, anstelle einer den Magnetkreis des Elektromagneten beeinträchtigenden Platzierung der Rückstellfeder zwischen dem Magnetkern15 und dem Magnetanker16 . Der Magnetkern15 ist als massives Rohrteil ausgeführt, durch das sich der erste Ventilschließkörper3 mit seinem Stößelfortsatz in Richtung auf den Magnetanker16 erstreckt. Der Stößelfortsatz ist als eine separat am Ventilschließkörper3 anliegende Druckstange19 ausgeführt, die in der Durchgangsbohrung des Magnetkerns15 präzise geführt ist, sodass zum ungehinderten Volumenausgleich des oberhalb und unterhalb des Magnetkerns15 befindlichen Flüssigkeitsvolumens die Druckstange19 mit Längsnuten versehen ist, wozu die Druckstange19 besonders kostengünstig aus einem Kunststoffprofil gefertigt ist. Der Magnetanker16 ist innerhalb eines dem Ventilgehäuse10 zugehörigen oberen Hülsenabschnitts geführt, der ebenso wie der untere Hülsenabschnitt des Ventilgehäuses10 druckmitteldicht am Magnetkern15 fixiert ist. - Vorteilhaft ist die Rückstellfeder
5 in einem hülsenförmigen Mitnehmer6 aufgenommen, der sich zu Betätigungszwecken unmittelbar auf dem zweiten Ventilschließkörper4 abstützt. Der Mitnehmer6 ist vom ersten Ventilschließkörper3 in Richtung des zweiten Ventilschließkörpers4 durchdrungen, wobei die Rückstellfeder5 zwischen einem am ersten Ventilschließkörper3 angeordneten Bund7 und einem im Mitnehmer6 fixierten Federanschlag8 eingespannt ist. Der Federanschlag8 ist zur präzisen Krafteinstellung der auf den Bund7 wirksamen Rückstellfeder5 um ein variables Tiefenmaß in den Mitnehmer6 einpreßbar, sodass bezüglich der Auswahl der zu verwendenden Rückstellfedern5 ein herstelltechnisch bedingter großer Streubereich der Federkräfte tolerierbar ist. - Der im abgebildeten Längsschnitt gabelartig nach unten geöffnete Mitnehmer
6 ist bevorzugt aus einer Hülse gefertigt und weist oberhalb der Rückstellfeder5 einen radial nach innen gerichteten Kragen9 auf, der sich auf einer von der Rückstellfeder5 abgewandten Stirnseite des Bunds7 abstützt, sodass der erste Ventilschließkörper3 auf einfache Weise in der elektromagnetisch nicht erregten Ventilgrundstellung immer unter der Wirkung der Rückstellfeder5 vom ersten Ventildurchlass1 abgehoben ist, während der zweite Ventilschließkörper4 unter der Wirkung der Feder13 vom zweiten Ventildurchlass2 abgehoben verharrt, solange das Elektromagnetventil nach1 in der elektromagnetisch nicht erregten Ventilgrundstellung verharrt. - Der Mitnehmer
6 ist zur axialen Betätigung des zweiten Ventilschließkörpers4 teleskopartig in einer im Ventilgehäuse10 fixierten Führungshülse11 aufgenommen, welche auch in Richtung auf den ersten Ventildurchlass1 den ersten Ventilschließkörper3 teleskopartig geführt aufnimmt. Die Führungshülse11 weist an ihrem dem zweiten Ventildurchlass2 zugewandten Hülsenende einen Innenrand12 auf, an dem sich die mit dem zweiten Ventilschließkörper4 zusammenwirkende Feder13 abstützt, während das vom Innenrand12 abgewandte Ende der Feder13 den zweiten Ventilschließkörper4 an seinem entfernt gelegenen Kolbenrand kontaktiert. - Wie aus der
1 hervor geht, ist der erste Ventilschließkörper3 als schlanker Ventilstößel ausgebildet, der über die Druckstange19 betätigt wird und über den in der Führungshülse11 aufgenommenen Mitnehmer6 präzise in Richtung des ersten Ventildurchlasses1 geführt wird. Hingegen ist der zweite Ventilschließkörper4 als hohler Ventilkolben ausgeführt, der mit dem ersten Ventilschließkörper3 über den Mitnehmer6 zunächst starr gekoppelt sowie zueinander axial beabstandet ist und durch eine Erregung des Elektromagneten in Schließrichtung zunächst synchron betätigbar ist, solange der zweite Ventilschließkörper4 noch nicht den zweiten Ventildurchlass2 im Ventilgehäuse10 verschlossen hält. Damit diese synchrone Betätigung beider Ventilschließkörper3 ,4 gewährleistet ist, weist die den ersten Ventilschließkörper3 in Ventilöffnungsrichtung beaufschlagende Rückstellfeder5 eine signifikant größere Federkraft auf als die Federkraft der Feder13 , welche den zweiten Ventilschließkörper4 in Ventilöffnungsrichtung beaufschlagt. - Zum Verschließen des zweiten Ventildurchgangs
2 muss entsprechend der2 die Magnetkraft FM des Elektromagneten einerseits größer sein als die Federkraft FF2 der am zweiten Ventilschließkörper4 wirksamen Feder13 , andererseits jedoch kann infolge der Koppelung über den Mitnehmer6 die Magnetkraft kleiner sein als die Federkraft der am ersten Ventilschließkörper3 wirksamen Rückstellfeder5 , solange der erste Ventildurchlass1 noch nicht zu verschließen ist. Hieraus folgt, dass gemäß der3 zum anschließenden Verschließen des ersten Ventildurchgangs1 die Magnetkraft FM des Elektromagneten sodann größer sein muss als die Summe der aus der Feder13 und der Rückstellfeder5 gebildeten Federkräfte FF1, FF2. - Wenn nach dem elektromagnetisch initiierten Verschließen beider Ventildurchlässe
1 ,2 der erste Ventildurchlass1 entsprechend der4 wieder geöffnet werden soll, wird der Elektromagnet deaktiviert, sodass der erste Ventilschließkörper3 infolge der Wirkung der Rückstellfeder5 im Mitnehmer6 , der sich am zweiten Ventilschließkörper4 abstützt, vom zweiten Ventilschließkörper4 abheben kann, welcher noch den zweiten Ventildurchlass2 verschließt. Infolge einer auf den zweiten Ventilschließkörper4 wirkenden Hydraulikkraft FP des im Ventilgehäuse10 vorhandenen Druckmittels verharrt nämlich der zweite Ventilschließkörper4 am zweiten Ventildurchlass2 , solange die Hydraulikkraft FP größer ist als die Federkraft FF2 der am zweiten Ventilschließkörper4 angeordneten Feder13 . In vorliegendem Ausführungsbeispiel entspricht der Druck des Druckmittels dem im Druckmitteleinlass18 anstehenden Druck eines Tandemhauptbremszylinders THZ. - Da der erste Ventilschließkörper
3 infolge der Wirkung der Rückstellfeder5 vom zweiten Ventilschließkörper4 abgehoben ist, kann die auf den zweiten Ventilschließkörper4 einwirkende Hydraulikkraft FP durch Entweichen von Druckmittel über den ersten Ventildurchgang1 zum Druckmittelauslass14 soweit verkleinert werden, dass die Federkraft FF2 der am zweiten Ventilschließkörper4 wirksamen Feder13 zum Abheben des zweiten Ventilschließkörpers4 vom zweiten Ventildurchlass2 überwiegt, wodurch schließlich auch der zweite Ventildurchlass2 freigegeben wird und die Ventilgrundstellung nach1 wieder erreicht ist. - Aus der
5 ist zu entnehmen, dass im elektromagnetisch geschlossenen Zustand beider Ventildurchlässe1 ,2 die Magnetkraft FM des Elektromagneten wenigstens so groß sein muss wie die aus der Feder13 und der Rückstellfeder5 hervorgerufenen Federkräfte FF1, FF2 unter Berücksichtigung der am zweiten Ventilschließkörper4 in Ventilöffnungsrichtung wirksamen Hydraulikkraft FP, wobei im elektromagnetisch geschlossenen Zustand beider Ventildurchlässe1 ,2 der Arbeitsluftspalt A zwischen dem Magnetkern15 des Elektromagneten und dem den ersten Ventilschließkörper3 betätigenden Magnetanker16 vorteilhaft ein Minimum ist. In vorliegendem Ausführungsbeispiel entspricht der Hydraulikdruck FP dem im Druckmittelauslass14 anstehenden Radbremsdruck RAD. - Folglich ist entsprechend der
1 im elektromagnetisch geöffneten Zustand beider Ventildurchlässe1 ,2 der Arbeitsluftspalt A zwischen dem Magnetkern15 des Elektromagneten und dem den ersten Ventilschließkörper3 betätigenden Magnetanker16 ein Maximum. - Das Elektromagnetventil ist somit derart aufgebaut, dass es bei der größten benötigten Magnetkraft FM vorteilhaft den kleinsten Arbeitsluftspalt A aufweist, sodass entsprechend der Darstellung nach
5 ein sicheres Absperren des im Druckmittelauslass14 anstehenden hohen Radbremsdrucks RAD gewährleistet ist. - Ebenso gilt, dass bei der kleinsten benötigten Magnetkraft FM, wenn das Elektromagnetventil ausgehend von der in
1 abgebildeten Ventilgrundstellung in eine Zwischenstellung geschaltet werden soll, der Arbeitsluftspalt A zunächst am größten ist, sodass infolge der gewählten Konstruktion ein elektromagnetisches Ventilschalten von großen Ventilhüben mit geringem Magnetkraftbedarf möglich ist. - Beim Schalten in die Zwischenstellung kann die erforderliche Magnetkraft FM zur Verkleinerung des zunächst großen Arbeitsspalts A klein sein, da nur die geringe Federkraft FF1 der schwachen Feder
13 zu überwinden ist. Mit verkleinertem Arbeitsspalt A kann unproblematisch der Magnetkraftbedarf gesteigert werden, um die aus der Feder13 und Rückstellfeder5 gebildete Summenkraft zu überwinden. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Ventildurchlass
- 2
- Ventildurchlass
- 3
- Ventilschließkörper
- 4
- Ventilschließkörper
- 5
- Rückstellfeder
- 6
- Mitnehmer
- 7
- Bund
- 8
- Federanschlag
- 9
- Kragen
- 10
- Ventilgehäuse
- 11
- Führungshülse
- 12
- Innenrand
- 13
- Feder
- 14
- Druckmittelauslass
- 15
- Magnetkern
- 16
- Magnetanker
- 17
- Ventilaufnahmekörper
- 18
- Druckmitteleinlass
- 19
- Druckstange
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 10010734 A1 [0002]
Claims (17)
- Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeug-Bremsanlagen, mit einem in einem Ventilgehäuse angeordneten ersten und einem zweiten Ventilschließkörper, die in koaxialer Anordnung im Ventilgehäuse einen ersten als auch einen zweiten Ventildurchlass zu öffnen oder zu verschließen vermögen, mit einem in das Ventilgehäuse einmündenden Druckmitteleinlass und einem Druckmittelauslass, wobei der erste Ventilschließkörper abhängig von der Erregung einer Elektromagneten den im zweiten Ventilschließkörper gelegenen ersten Ventildurchlass zu öffnen oder zu verschließen vermag und wobei der zweite Ventilschließkörper unter dem Einfluss einer Feder in der Offenstellung des ersten Ventildurchlasses den zweiten Ventildurchlass freigibt, so dass ein im Druckmitteleinlass anstehendes Druckmittel entlang einem Strömungsweg innerhalb des Ventilgehäuses, in dem sich der erste als auch zweite Ventildurchlass befindet, zum Druckmittelauslass gelangt, dadurch gekennzeichnet, dass in der elektromagnetisch nicht erregten Ventilgrundstellung beide Ventildurchlässe (
1 ,2 ) geöffnet sind, wozu der erste Ventilschließkörper (3 ) von einer in Ventilöffnungsrichtung wirksamen Rückstellfeder (5 ) beaufschlagt ist. - Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (
5 ) komprimierbar zwischen dem ersten und zweiten Ventilschließkörper (4 ) angeordnet ist. - Elektromagnetventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (
5 ) in einem hülsenförmigen Mitnehmer (6 ) angeordnet ist, der sich auf dem zweiten Ventilschließkörper (4 ) abstützt, wobei der Mitnehmer (6 ) vom ersten Ventilschließkörper (3 ) in Richtung des zweiten Ventilschließkörpers (4 ) durchdrungen ist. - Elektromagnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (
5 ) zwischen einem am ersten Ventilschließkörper (3 ) angeordneten Bund (7 ) und einem im Mitnehmer (6 ) fixierten Federanschlag (8 ) eingespannt ist. - Elektromagnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Federanschlag (
8 ) zur Einstellung einer auf den Bund (7 ) wirksamen Vorspannkraft der Rückstellfeder (5 ) um ein variables Tiefenmaß in den Mitnehmer (6 ) einpreßbar ist. - Elektromagnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (
6 ) einen radial nach innen gerichteten Kragen (9 ) aufweist, der sich auf einer von der Rückstellfeder (5 ) abgewandten Stirnseite des Bunds (7 ) abstützt. - Elektromagnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (
6 ) teleskopartig in einer im Ventilgehäuse (10 ) fixierten Führungshülse (11 ) aufgenommen ist, welche in Richtung auf den zweiten Ventildurchlass (2 ) den zweiten Ventilschließkörper (4 ) teleskopartig geführt aufnimmt. - Elektromagnetventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (
11 ) an ihrem dem zweiten Ventildurchlass (2 ) zugewandten Hülsenende einen Innenrand (12 ) aufweist, an dem sich die mit dem zweiten Ventilschließkörper (4 ) zusammenwirkende Feder (13 ) abstützt. - Elektromagnetventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ventilschließkörper (
3 ) als Ventilstößel und der zweite Ventilschließkörper (4 ) als hohler Ventilkolben ausgeführt ist, die beide infolge der Koppelwirkung des Mitnehmers (6 ) bis zum Verschluss des zweiten Ventildurchlasses (2 ) durch Erregung des Elektromagneten synchron betätigbar sind. - Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den ersten Ventilschließkörper (
3 ) in Ventilöffnungsrichtung beaufschlagende Rückstellfeder (5 ) eine größere Federkraft aufweist als die Federkraft der Feder (13 ), welche den zweiten Ventilschließkörper (4 ) in Ventilöffnungsrichtung beaufschlägt. - Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verschließen des zweiten Ventildurchgangs (
2 ) die Magnetkraft des Elektromagneten einerseits größer ist als die Federkraft der am zweiten Ventilschließkörper (4 ) wirksamen Feder (13 ), andererseits jedoch kleiner ist als die Federkraft der am ersten Ventilschließkörper (3 ) wirksamen Rückstellfeder (5 ). - Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verschließen des ersten Ventildurchgangs (
1 ) die Magnetkraft des Elektromagneten größer ist als die Summe der aus der Feder (13 ) und der Rückstellfeder (5 ) gebildeten Federkräfte. - Elektromagnetventil nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zum Öffnen des ersten Ventildurchlasses (
1 ) der Elektromagnet deaktiviert ist und der erste Ventilschließkörper (3 ) infolge der Wirkung der Rückstellfeder (5 ) vom zweiten Ventilschließkörper (4 ) abgehoben ist, welcher den zweiten Ventildurchlass (2 ) verschließt, solange eine den zweiten Ventilschließkörper (4 ) beaufschlagende Hydraulikkraft des Druckmittels größer ist als die Federkraft der am zweiten Ventilschließkörper (4 ) angeordneten Feder (13 ). - Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Öffnen des zweiten Ventildurchlasses (
2 ) der Elektromagnet deaktiviert ist, der erste Ventilschließkörper (3 ) infolge der Wirkung der Rückstellfeder (5 ) vom zweiten Ventilschließkörper (4 ) abgehoben ist und eine auf den zweiten Ventilschließkörper (4 ) einwirkende Hydraulikkraft durch Entweichen von Druckmittel über den ersten Ventildurchgang (1 ) zum Druckmittelauslass (14 ) soweit verkleinert ist, dass die Federkraft der am zweiten Ventilschließkörper (4 ) wirksamen Feder (13 ) überwiegt. - Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im elektromagnetisch geschlossenen Zustand beider Ventildurchlässe (
1 ,2 ) die Magnetkraft des Elektromagneten wenigstens so groß ist wie die aus der Feder (13 ), der Rückstellfeder (5 ) und der am zweiten Ventilschließkörper (4 ) in Ventilöffnungsrichtung wirksamen Hydraulikkraft. - Elektromagnetventil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass im elektromagnetisch geschlossenen Zustand beider Ventildurchlässe (
1 ,2 ) der Arbeitsluftspalt (A) zwischen einem Magnetkern (15 ) des Elektromagneten und einem den ersten Ventilschließkörper (3 ) betätigenden Magnetanker (16 ) ein Minimum ist. - Elektromagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im elektromagnetisch geöffneten Zustand beider Ventildurchlässe (
1 ,2 ) der Arbeitsluftspalt (A) zwischen einem Magnetkern (15 ) des Elektromagneten und einem den ersten Ventilschließkörper (3 ) betätigenden Magnetanker (16 ) ein Maximum ist.
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