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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Elektromagnet-Ventile für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug. Ferner wird ein Herstellungsverfahren für derartige Ventile angegeben.
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Hintergrund
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Elektromagnet-Ventile gelangen in Kraftfahrzeugen an verschiedensten Stellen zum Einsatz. Beispielhaft genannt werden können Fahrdynamikregelsysteme. Bei solchen Systemen sind Elektromagnet-Ventile typischerweise zwischen einem Hydraulikdruckerzeuger und den Radbremsen angeordnet, um den Fluss von Hydraulikfluid programmgesteuert zu ermöglichen oder zu sperren.
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Ein herkömmliches Ventil umfasst eine Ventileinheit mit einem Ventilsitz sowie mit einem hierzu beweglichen Ventilglied. In Abhängigkeit von der Position des Ventilglieds zum Ventilsitz befindet sich das Ventil entweder in einer Sperr- oder einer Durchlass-Stellung. Ein Elektromagnet-Ventil weist zusätzlich zu einer solchen Ventileinheit eine Elektromagneteinheit zur elektrischen Betätigung des Ventilglieds auf. Die Elektromagneteinheit umfasst eine bestrombare Spule sowie einen beweglichen Anker. Der Anker ist – etwa über einen Stößel – kraftübertragend mit dem Ventilglied zur Betätigung desselben gekoppelt oder koppelbar.
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Die
DE 197 33 660 A1 lehrt ein Elektromagnet-Ventil mit dem oben beschriebenen Aufbau. Bei diesem Ventil ist zwischen einem als Kugel ausgebildeten Ventilglied und einem Anker ein starres Betätigungsglied vorgesehen. Das Betätigungsglied umfasst einen dem Ventilglied zugewandten Stößel sowie einen dem Anker zugewandten Schaft.
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Um eine zuverlässige Funktionsweise eines Elektromagnet-Ventils zu gewährleisten, muss der Arbeitshub des Ankers bei einer Bestromung der Spule herstellungsseitig exakt eingestellt sein. Zu diesem Zweck wird in der
DE 197 33 660 A1 die Verwendung eines Stellkolbens vorgeschlagen. Der Stellkolben ist in eine Aufnahmebohrung des Ankers eingepresst und liegt an einer dem Anker zugewandten Stirnfläche des Schafts des Betätigungsglieds an. Durch Einstellen der axialen Eintauchtiefe des Stellkolbens in die Aufnahmebohrung des Ankers kann der axiale Abstand zwischen Anker und Ventilglied und der Arbeitshub des Ankers eingestellt werden.
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In der Praxis hat sich nun herausgestellt, dass das Ausbilden einer Bohrung im Anker in Kombination mit dem Positionieren des Stellkolbens in dieser Bohrung aufwändig ist. Der daraus resultierende Aufwand verteuert die Herstellung des Elektromagnet-Ventils.
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Kurzer Abriss
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Es sind daher ein Elektromagnet-Ventil, einer Baugruppe hierfür sowie ein Herstellungsverfahren anzugeben, welche mit weniger Aufwand verbunden sind.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Baugruppe für ein Elektromagnet-Ventil zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug bereitgestellt. Die Baugruppe umfasst einen Ventilsitz, ein mit dem Ventilsitz zusammenwirkendendes Ventilglied, ein Betätigungsglied zur Betätigung des Ventilglieds sowie einen Anker mit einer dem Ventilglied zugewandten Stirnseite. In der Stirnseite ist eine Vertiefung ausgebildet, die einen ersten Anlagebereich für das Betätigungsglied bereitstellt.
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Das Ventilglied kann einstückig mit dem Betätigungsglied ausgebildet sein oder als eine separate Komponente. Ferner kann das Betätigungsglied eine, zwei oder mehr Komponenten umfassen.
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Eine Tiefe der Vertiefung kann allgemein derart gewählt sein, dass der Anker in seiner Ausgangsposition (also im nicht-bestromten Zustand des Elektromagnet-Ventils) einen vorgegebenen Abstand von einem eine Beweglichkeit des Ankers in Richtung des Ventilsitzes begrenzenden Anschlag aufweist. Dieser Abstand kann allgemein u. a. von der Länge des Betätigungsglieds und der axialen Position des Anschlags abhängen. Diese Maße können fertigungsbedingt streuen. Durch eine geeignete Wahl der Tiefe lässt sich die Streuung kompensieren.
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Allgemein kann die Vertiefung eine Tiefe zwischen 0,05 und 3 mm aufweisen (z. B. zwischen 0,1 mm und 1 mm).
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Zusätzlich zum ersten Anlagebereich kann der Anker einen zweiten Anlagebereich aufweisen. Der zweite Anlagebereich kann zum Zusammenwirken mit einem eine Beweglichkeit des Ankers in Richtung des Ventilsitzes begrenzenden Anschlag vorgesehen sein. Dieser Anschlag kann ein Teil der Baugruppe oder ein hiervon getrennter Teil des Elektromagnet-Ventils sein. Beispielsweise kann der Anschlag an einem hohlen Element ausgebildet sein, welches das Betätigungsglied zumindest teilweise aufnimmt.
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Der erste Anlagebereich kann bezüglich des zweiten Anlagebereichs vertieft sein. Beispielsweise kann die Tiefe der Vertiefung durch den axialen Abstand des ersten Anlagebereichs vom zweiten Anlagebereich definiert sein. Der Abstand des Ankers von dem die Beweglichkeit des Ankers in Richtung des Ventilsitzes begrenzenden Anschlag kann durch den axialen Abstand zwischen dem zweiten Anlagebereich und diesem Anschlag festgelegt werden.
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Gemäß einer Variante ist der erste Anlagebereich einstückig mit dem Anker ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann auch der zweite Anlagebereich einstückig mit dem Anker ausgebildet sein.
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Die Vertiefung kann auf unterschiedliche Art und Weise ausgebildet werden. Gemäß einer ersten Variante wird die Vertiefung durch Verformen der Stirnseite ausgebildet. Das Verformen kann beispielsweise mittels einer Presse geschehen. Gemäß einer anderen Variante ist die Vertiefung durch stirnseitigen Materialabtrag ausgebildet.
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Das dem Anker zugewandte Ende des Betätigungsglieds kann ballig geformt sein. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann der erste Anlagebereich konkav gekrümmt sein. Bei einem Betätigungsglied mit ballig geformtem Ende und einem konkav gekrümmten Anlagebereich kann das Betätigungsglied nach Art eines Kugelgelenks mit dem ersten Anlagebereich zusammenwirken.
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Allgemein kann das Betätigungsglied lose am ersten Anlagebereich anliegen. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann ein elastisches Element vorgesehen sein, welches das Betätigungsglied in Richtung des Ankers vorspannt. Das elastische Element kann hierbei über das Betätigungsglied den Anker in seine Ausgangsposition drängen.
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Ebenfalls bereitgestellt wird ein Elektromagnet-Ventil mit der hier vorgestellten Baugruppe. Das Elektromagnet-Ventil kann weitere Elemente beinhalten, wie beispielsweise eine bestrombare Spule, elektrische Kontakte, Gehäusekomponenten, usw.
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Ferner angegeben wird eine Kraftfahrzeug-Bremsanlage, welche eines oder mehrere der hier beschriebenen Elektromagnet-Ventile umfasst. Das wenigstens eine Elektromagnet-Ventil kann in der Kraftfahrzeug-Bremsanlage zwischen einem Hydraulikdruckerzeuger (zum Beispiel einer Hydraulikpumpe und/oder einem Hauptzylinder) oder einem Hydraulikfluidreservoir einerseits und Radbremsen des Kraftfahrzeugs andererseits vorgesehen sein.
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Es wird ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe für ein Elektromagnet-Ventil zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug angegeben. Die Baugruppe umfasst einen Ventilsitz, ein mit dem Ventilsitz zusammenwirkendes Ventilglied, ein Betätigungsglied zur Betätigung des Ventilglieds und einen Anker mit einer dem Ventilglied zugewandten Stirnseite. Das Verfahren umfasst den Schritt des Ausbildens einer Vertiefung in der Stirnseite, die einen ersten Anlagebereich für das Betätigungsglied bereitstellt.
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Das Verfahren kann ferner ein Messen einer Länge sowie das Ausbilden der Vertiefung in Abhängigkeit von der gemessenen Länge umfassen. Auf diese Weise ist eine axiale Kalibrierung der Baugruppe unter Kompensation von (beispielsweise fertigungsbedingten) Längenvariationen möglich. Als Einstellmaß für die Kalibrierung kann hierbei eine Tiefe der Vertiefung gewählt werden.
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Das Verfahren kann außerdem ein Vorgeben eines Soll-Abstands sowie eines Ist-Abstands zwischen dem Anker und einem eine Beweglichkeit des Ankers in Richtung des Ventilsitzes begrenzenden Anschlag umfassen. Der Ist-Abstand kann durch Messen ermittelt werden. In einem weiteren Schritt kann die Stirnseite des Ankers zur Ausbildung der Vertiefung in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen dem Soll-Abstand und dem Ist-Abstand bearbeitet werden.
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Der Bearbeitungsvorgang zur Ausbildung der Vertiefung kann einen Verformungsvorgang umfassen. Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es möglich, die Vertiefung durch einen Materialabtrag auszubilden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der hier beschriebenen Baugruppe sowie des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbespielen sowie aus den Figuren. Es zeigen:
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1 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Baugruppe für ein Elektromagnet-Ventil zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug;
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2 eine Prinzip-Skizze zur Verdeutlichung der Tiefenwahl für eine auszubildende Vertiefung;
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3 eine perspektivische Ansicht eines Ankers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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4 eine Ansicht des Ankers gemäß 3 von unten;
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5 eine Schnittansicht des Ankers gemäß 3 entlang der Linie A-A in 4; und
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6 eine Schnittansicht eines Ankers ähnlich 5 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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Detaillierte Beschreibung
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1 zeigt eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Baugruppe 10 für ein Elektromagnet-Ventil. Das Elektromagnet-Ventil kann in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz gelangen, beispielsweise als Teil eines Hydraulikaggregats einer Kraftfahrzeug-Bremsanlage.
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Die Baugruppe 10 umfasst eine Elektromagneteinheit 12 mit einem in axialer Richtung beweglichen Anker 14 und einer stationären Spule 16 sowie eine Ventileinheit 18 mit einem Ventilsitz 20 und einem mit dem Ventilsitz 20 zusammenwirkenden, in axialer Richtung beweglichen Ventilglied 22. Das Ventilglied 22 ist an einem dem Anker 14 abgewandten Ende eines Betätigungsglieds 24 einstückig mit diesem ausgebildet.
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Die Ventileinheit 18 umfasst ferner einen Grundkörper mit einem hohlzylindrischen Aufnahmekörper 26 für das Betätigungsglied 24 sowie einem mit Fluidkanälen versehenen Abschnitt 28. Der Ventilsitz 20 ist an einem hervorstehenden Zylinderabschnitt eines kreisrunden Blechteils 30 ausgebildet. Das Blechteil 30 ist fluiddicht zwischen dem Aufnahmekörper 26 und dem mit Fluidkanälen versehenen Abschnitt 28 des Grundkörpers eingepresst.
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Wie in 1 deutlich zu erkennen ist, besitzt der Aufnahmekörper 26 eine zentrale Bohrung 42, in welcher das Betätigungsglied 24 in axialer Richtung beweglich aufgenommen ist. Eine Kappe 34 ist fluiddicht radial außen auf den Aufnahmekörper 26 aufgesetzt und beherbergt den Anker 14.
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Der Aufnahmekörper 26 für das Betätigungsglied 24 weist radial innen in einem zentralen Bereich eine Stufe 36 auf. Ferner besitzt das Betätigungsglied 24 radial außen eine hierzu komplementäre Stufe 38. Zwischen den beiden einander zugewandten Stufen 36, 38 ist ein elastisches Element 40 in Gestalt einer das Befestigungsglied 24 konzentrisch umgebenden Schraubenfeder vorgesehen. Das elastische Element 40 stützt sich an den beiden Stufen 36, 38 ab und spannt so das Betätigungsglied 24 in Richtung des Ankers 14 vor. Aufgrund dieser Vorspannung wird der axial bewegliche Anker 14 vom Betätigungsglied 24 gegen einen Bodenbereich 42 der Kappe 34 gedrängt.
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Die in 1 dargestellte und durch die Vorspannung des elastischen Elements 40 definierte Ausgangsposition des Ankers 14 sowie des Betätigungsglieds 24 entspricht dem nicht-bestromten Zustand des Elektromagnet-Ventils. In diesem nicht-bestromten Zustand ist das Ventilglied 22 vom Ventilsitz 20 abgehoben, so dass Hydraulikfluid zwischen dem Ventilsitz 20 und dem Ventilglied 22 hindurch strömen kann. In seiner Ausgangsposition befindet sich das die Baugruppe 10 umfassende Elektromagnet-Ventil daher in einer Durchlassstellung. Wird die Spule 16 bestromt, wird der Anker 14 durch elektromagnetische Kräfte in axialer Richtung auf den Ventilsitz 20 zu bewegt. Das Ventilglied 22 gelangt dabei in Anlage an den Ventilsitz 20, so dass der Fluidstrom zwischen dem Ventilsitz 20 und dem Ventilglied 22 unterbrochen wird. Das Elektromagnet-Ventil befindet sich dann in seiner Sperrstellung.
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Um das Elektromagnet-Ventil zuverlässig zwischen der Durchlass- und der Sperrstellung schalten zu können, muss der axiale Arbeitshub des Ankers 14 herstellungsseitig exakt eingestellt werden. Als Einstellmaß dient hierbei in der Regel ein gewünschter Soll-Abstand y zwischen einer dem Ventilsitz 20 zugewandten Stirnseite 44 des Ankers 14 sowie einer dieser Stirnseite 44 gegenüberliegenden, ringförmigen Stirnseite 46 des Aufnahmekörpers 26. Die Stirnseite 46 des Aufnahmekörpers 26 bildet hierbei einen Anschlag für die Stirnseite 44 des Ankers 14.
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In der Stirnseite 44 des Ankers ist eine Vertiefung 48 ausgebildet, in welche das Betätigungsglied 24 teilweise eintauchen kann, um aufgrund der durch das elastische Element 40 bereitgestellten Vorspannung lose am Anker 14 anzuliegen. Die Vertiefung 48 stellt daher einen Anlagebereich für die dem Anker 14 zugewandte Stirnseite des Betätigungsglieds 24 bereit.
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Die Tiefe der Vertiefung 48 (und damit das ”Eintauchmaß” des Betätigungsglieds 24 in dem Anker 14) stellt einen herstellungsseitig beeinflussbaren Parameter für die Kalibrierung des Abstands y dar. Fertigungsbedingte Längentoleranzen beispielsweise des Betätigungsglieds 24 und des Aufnahmekörpers 26 können somit kompensiert werden, indem die Tiefe der Vertiefung 48 in geeigneter Weise gewählt wird. Die entsprechende Vorgehensweise wird nun unter Bezugnahme auf die 2 bis 6 näher erläutert.
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2 ist eine Prinzip-Skizze, welche den axialen Ist-Abstand a zwischen der Stirnseite 46 des Aufnahmekörpers 26 (d. h. dem Anschlag für den Anker 14) und einer an der Stirnseite 44 des Ankers 14 anliegenden Stirnseite 50 des Betätigungsglieds 24 bei fest vorgegebenem Abstand zwischen dem Ventilglied 22 und dem Ventilsitz 20 veranschaulicht. Beispielsweise kann zur Messung des Ist-Abstands a das Ventilglied 22 auf dem Ventilsitz 20 aufsitzen.
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Aufgrund fertigungsbedingter Toleranzen besteht eine gewisse Streuung hinsichtlich des Ist-Abstands a. Der Ist-Abstand a kann individuell für jede Baugruppe 10 oder chargenweise für eine Mehrzahl von Baugruppen 10 gemessen werden. In Abhängigkeit von dem Messergebnis erfolgt dann eine Bearbeitung der Stirnseite 44 des Ankers 14 zur Ausbilder der Vertiefung 48. Das Ausbilden der Vertiefung 48 auf der Stirnseite 44 des Ankers 14 wird nun unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 erläutert.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht des Ankers 14 und 4 zeigt eine Ansicht des Ankers 14 von unten. Der Anker 14 umfasst eine dem Kappenboden 42 zugewandte Anlagestruktur 52 auf seiner der Stirnseite 44 gegenüberliegenden Seite. Ferner weist der Anker 14 radial außen mehrere Führungsnuten 54 auf, die sich in axialer Richtung erstrecken. In die Führungsnuten 54 greifen korrespondierende Erhebungen (nicht gezeigt) der Kappe 34 ein. Durch diesen Eingriff erfolgt eine Führung der axialen Bewegung des Ankers 14. Ferner kann dadurch ein Verdrehen des Ankers 14 in der Kappe 34 verhindert werden.
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Die in 4 gezeigte Vertiefung 48 auf der Stirnseite 44 des Ankers 14 definiert einen flächigen Anlagebereich 56 für die Stirnseite 50 des Betätigungsglieds 24. Wie in der Schnittansicht gemäß 5 zu erkennen ist, ist der Anlagebereich 56 im vorliegenden Ausführungsbeispiel als eine ebene Fläche ausgebildet. Die Tiefe b der Vertiefung 48 wird in Abhängigkeit von dem gemessenen axialen Ist-Abstand a so gewählt, dass der gewünschte axiale Soll-Abstand y erzielt wird. Mit anderen Worten: b = a – y.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt y = 0,3 mm und a = 0,8 mm, so dass eine Tiefe b von 0,5 mm resultiert.
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Wie in 5 gut zu erkennen ist, ist der Anlagebereich 56 für das Betätigungsglied 24 in Bezug auf den nicht-vertieften Bereich 58 der Stirnseite 44 höhenversetzt angeordnet. Dieser nicht-vertiefte Bereich 58 der Stirnseite 44 bildet den Anlagebereich des Ankers 14 an dem durch die Stirnseite 46 des Aufnahmekörpers 26 definierten Anschlag. Beide am Anker 14 vorgesehene Anlagebereiche 56, 58 sind einstückig mit dem Anker 14 ausgebildet.
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Für die Ausbildung der Vertiefung 58 (und damit des Anlagebereichs 56) stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung. Beispielsweise kann die Stirnseite 44 des Ankers 14 in einer Presse mittels eines Stempels verformt werden, um die Vertiefung 48 mit der Tiefe b auszubilden. Alternativ hierzu kann die Vertiefung 48 mit der Tiefe b durch einen stirnseitigen Materialabtrag ausgebildet werden. Ein Verformungsprozess sowie ein Materialabtrag zum Ausbilden der Vertiefung 48 können auch in beliebiger Reihenfolge miteinander kombiniert werden.
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6 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Ankers 14. Gemäß dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Vertiefung 48 derart ausgebildet, dass sich ein im Wesentlichen konkav gekrümmter Anlagebereich 56 ergibt. Die dem Anlagebereich 56 gegenüberliegende Stirnseite 50 des Betätigungsglieds 24 ist im Wesentlichen ballig ausgebildet. Aus diesem Grund lässt sich dann, wenn das Betätigungsglied 24 am Anker 14 anliegt, eine Kugelgelenkfunktion realisieren. Eine Kippbewegung zwischen dem Anker 14 und dem Betätigungsglied 24 hat in diesem Fall keine negativen Auswirkungen.
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Die hier vorgestellte Baugruppe 10 kann auf einfache Weise gefertigt werden, da kein separates Stellelement wie beispielsweise ein Kolben oder eine Kugel in einer im Anker vorgesehenen Bohrung positioniert werden muss. Vielmehr lassen sich auf einfache Weise durch geeignete Wahl einer Eintauchtiefe des Betätigungsgliedes 24 in den Anker 14 im Bereich der Vertiefung 48 herstellungsbedingte Toleranzen von Komponenten der Baugruppe 10 kompensieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19733660 A1 [0004, 0005]
