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Die Erfindung betrifft eine Magnetbaugruppe für ein Magnetventil zur Betätigung von Kraftstoffinjektoren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner wird die Verwendung einer Anschlagscheibe mit einer Magnetbaugruppe vorgeschlagen.
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Stand der Technik
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Eine Magnetbaugruppe zur Betätigung von Kraftstoffinjektoren geht beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2009 003 213 A1 hervor. Sie umfasst einen Magnetkern, in dem eine Magnetspule angeordnet ist, die auf einen Magnetanker wirkt. Der Magnetkern umfasst ferner eine dem Magnetanker zuweisende Stirnseite, an der eine Restluftspaltscheibe als Hubanschlag für den Magnetanker angeordnet ist. Die Restluftspaltscheibe kann dabei aus einem ferromagnetischen oder nicht-magnetischen Material hergestellt sein. Bei Verwendung eines ferromagnetischen Materials besteht jedoch die Gefahr eines so genannten "magnetischen Klebens". Denn aufgrund der üblicherweise nicht unerheblichen Remanenzeigenschaften des Materials des Magnetkerns und des Magnetankers verbleibt auch bei nicht bestromter Magnetspule ein nicht vernachlässigbares Magnetfeld im Luftspalt zwischen dem Magnetkern und dem Magnetanker. Die über das Magnetfeld erzeugte Magnetkraft bzw. Remanenzkraft kann dazu führen, dass die Restluftspaltscheibe bei einer Rückstellung des Magnetankers in Teilen an dem Magnetkern und in Teilen an dem Magnetanker "kleben" bleibt, so dass diese sich verwindet. Die Folge ist eine stark streuende hydraulische Dämpfung der Hubbewegung des Magnetankers. Die Remanenzkraft wirkt ferner der Federkraft einer Feder zur Rückstellung des Magnetankers entgegen, so dass die Federkraft der Feder entsprechend groß auszulegen ist.
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Um eine definierte Lage der Restluftspaltscheibe zu gewährleisten, wird in der
DE 10 2009 003 213 A1 vorgeschlagen, die Restlustspaltscheibe an Einklemmstellen durch Kraftschluss zu fixieren.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Magnetbaugruppe anzugeben, bei welcher die Remanenzkraft bzw. deren unerwünschte Auswirkungen deutlich reduziert ist bzw. sind.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Magnetbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Aufgabe wird ferner gelöst durch die in Anspruch 8 angegebene Verwendung einer Anschlagscheibe.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorgeschlagene Magnetbaugruppe für ein Magnetventil zur Betätigung von Kraftstoffinjektoren umfasst einen Magnetkern, der einen ringförmigen Innenpol und einen ringförmigen Außenpol ausbildet, und eine Magnetspule, die zwischen dem Innenpol und dem Außenpol des Magnetkerns aufgenommen ist und mit einem hubbeweglichen Flachanker zusammenwirkt. Erfindungsgemäß sind der Innenpol und der Außenpol auf ihrer dem Flachanker zugewandten Seite durch den Magnetkern und/oder eine hieran anliegende Anschlagscheibe ferromagnetisch verbunden. Die ferromagnetische Verbindung des Innenpols und des Außenpols bewirkt eine deutliche Reduzierung des Remanenzflusses im Luftspalt zwischen dem Magnetkern und dem Flachanker und damit der Remanenzkraft. Denn der Remanenzfluss wird nunmehr ganz oder teilweise über die ferromagnetische Verbindung, das heißt den Magnetkern und/oder die Anschlagscheibe geführt. Sofern die ferromagnetische Verbindung über die Anschlagscheibe erfolgt, ist über die Remanenzkraft zudem eine definierte Lage der Anschlagscheibe sichergestellt, so dass eine zusätzliche Fixierung bzw. zusätzliche mechanische Fixiermittel entbehrlich sind. Die Anschlagscheibe ist hierzu aus einem ferromagnetischen Material gefertigt und weist wenigstens einen Kontakt zum Innenpol sowie zum Außenpol auf.
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Die Anordnung einer Anschlagscheibe im Luftspalt zwischen dem Magnetkern und dem Flachanker ist zur Realisierung der Erfindung nicht zwingend erforderlich. Sofern keine Anschlagscheibe vorgesehen ist, kann nicht nur die ferromagnetische Verbindung, sondern auch der Hubanschlag für den Flachanker durch den Magnetkern ausgebildet werden.
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Zur Ausbildung der ferromagnetischen Verbindung des Innenpols und des Außenpols wird vorgeschlagen, dass der Magnetkern und/oder die Anschlagscheibe die Magnetspule zumindest teilweise überdeckt bzw. überdecken. In dem Fall, dass der Magnetkern die Magnetspule zumindest teilweise überdeckt, ist dieser mehrteilig ausgeführt, um das Einsetzen der Magnetspule in einen im Magnetkern ausgebildeten Aufnahmeraum zu ermöglichen. Die mehreren Teile des Magnetkerns können beispielsweise ein topfförmiges Teil und ein scheibenförmiges Teil umfassen, welche nach dem Einsetzen der Magnetspule verbunden werden. Wird die ferromagnetische Verbindung alternativ oder ergänzend durch eine Anschlagscheibe ausgebildet, wird der zur Aufnahme der Magnetspule im Magnetkern vorgesehene Aufnahmeraum zumindest teilweise von der Anschlagscheibe überdeckt.
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Vorteilhafterweise bildet der Magnetkern oder die Anschlagscheibe wenigstens einen als Hubanschlag für den Flachanker dienenden, planebenen Ring aus. Über die Materialstärke des Rings ist der Arbeitsluftspalt zwischen dem Magnetkern und dem Flachanker einstellbar. Ferner ist ein planebener Ring einfach und kostengünstig herzustellen. Um eine gleichmäßige Beanspruchung zu gewährleisten, wird ferner vorgeschlagen, dass der planebene Ring koaxial in Bezug auf eine Längsachse der Magnetbaugruppe angeordnet ist. Bei mehreren Ringen sind diese bevorzugt konzentrisch zueinander angeordnet.
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Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass der durch den Magnetkern oder die Anschlagscheibe ausgebildete planebene Ring im Bereich der Magnetspule Ausnehmungen und/oder Bereiche mit verringerter Querschnittsfläche aufweist. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, dass die ferromagnetische Verbindung bei bestromter Magnetspule über den Remanenzfluss hinaus keine oder nur geringe Streuflüsse aufzunehmen vermag, um einer Erhöhung der Energieaufnahme des Manetkreises entgegenzuwirken.
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Dabei können einzelne Ausnehmungen und/oder Bereiche mit verringerter Querschnittsfläche innerhalb des Rings liegen und/oder sich bis an einen innen oder außen liegenden Umfangsbereich des Rings erstrecken. Im Falle der Ausnehmungen können diese somit den Innen- oder Außenumfang des Rings durchbrechende Schlitze oder allseitig umschlossene Fenster innerhalb des Rings ausbilden. Gleiches gilt analog für die Bereiche mit verringerter Querschnittsfläche.
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Alternativ oder ergänzend kann der Magnetkern oder die Anschlagscheibe Stege und/oder Zungen ausbilden, welche im Wesentlichen radial verlaufen und die Magnetspule zumindest teilweise überdecken. Dabei überbrücken die Stege und/oder die Zungen den Aufnahmeraum, in dem die Magnetspule aufgenommen ist, ganz oder zumindest teilweise. Dabei können die Stege und/oder die Zungen mit einem oder mehreren Ringen zusammenwirken, um die ferromagnetische Verbindung zwischen dem Innenpol und dem Außenpol herzustellen.
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Vorzugsweise sind die Stege und/oder die Zungen mit wenigstens einem planebenen Ring des Magnetkerns oder der Anschlagscheibe einstückig verbunden. Der wenigstens eine planebene Ring verbindet die Stege und/oder Zungen miteinander, so dass der die ferromagnetische Verbindung herstellende Körper, insbesondere die Anschlagscheibe, einstückig ausgebildet werden kann.
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Weiterhin vorzugsweise sind die Stege und/oder die Zungen über den Innen- und/oder Außenumfang des planebenen Rings gleichmäßig verteilt, das heißt in gleichem Winkelabstand zueinander, angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, die Stege und/oder die Zungen in unterschiedlichen Winkelabständen anzuordnen. Ferner können unterschiedlich geformte Stege und/oder Zungen kombiniert werden, die in gleichen oder unterschiedlichen Winkelabständen angeordnet werden.
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Sofern Stege und/oder Zungen sowohl über den Innen- als auch über den Außenumfang des planebenen Rings gleichmäßig verteilt angeordnet sind, können diese in ihrer Winkellage versetzt zueinander angeordnet sein. Bei unterschiedlichen Winkelabständen der am Innen- und am Außenumfang eines Rings angeordneten Stege und/oder Zungen zueinander, wird sich zwangsläufig eine versetzte Anordnung ergeben.
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Darüber hinaus wird die Verwendung einer als Hubanschlag für einen hubbeweglichen Flachanker dienenden Anschlagscheibe zur ferromagnetischen Verbindung eines Innenpols und eines Außenpols eines Magnetkerns einer Magnetbaugruppe vorgeschlagen. Die Magnetbaugruppe umfasst dabei ferner eine Magnetspule, die zwischen dem Innenpol und dem Außenpol aufgenommen ist und mit einem hubbeweglichen Flachanker zusammenwirkt. Die Anschlagscheibe besitzt demnach mehrere Funktionen. Zum Einen dient sie als Hubanschlag für den hubbeweglichen Flachanker. Zum Anderen überbrückt sie den Aufnahmeraum des Magnetkerns, in dem die Magnetspule aufgenommen ist, und stellt auf diese Weise eine ferromagnetische Verbindung des Innenpols mit dem Außenpol des Magnetkerns her. Die ferromagnetische Verbindung hat zur Folge, dass ein bei Beendigung der Bestromung der Magnetspule zurückbleibender Magnetfluss bzw. Remanenzfluss vorrangig über die Anschlagscheibe geführt wird, wobei die Remanenzkraft die Anschlagscheibe in Anlage mit dem Magnetkern hält. Auf diese Weise ist eine definierte Lage der Anschlagscheibe auch ohne zusätzliche mechanische Fixierungsmittel sichergestellt.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird über die Dicke der Anschlagscheibe ferner der Arbeitsluftspalt beeinflusst bzw. eingestellt. Bei einheitlicher Dicke der Anschlagscheibe kann der Arbeitsluftspalt aber auch auf andere Weise eingestellt werden.
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Die vorstehend in Zusammenhang mit der Beschreibung einer erfindungsgemäßen Magnetbaugruppe angegebenen Merkmale können jeweils einzeln oder in Kombination mit wenigstens einem weiteren Merkmal realisiert werden. Demzufolge ergibt sich eine Vielzahl möglicher Ausgestaltungen, die hier nicht alle einzeln angegeben werden können.
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Nachfolgend werden daher nur einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher beschrieben. Die Figuren zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erste erfindungsgemäße Magnetbaugruppe,
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2 eine schematische Untersicht auf die Magnetbaugruppe der 1,
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3 einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite erfindungsgemäße Magnetbaugruppe,
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4 eine schematische Untersicht auf eine dritte erfindungsgemäße Magnetbaugruppe,
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5 eine schematische Untersicht auf eine vierte erfindungsgemäße Magnetbaugruppe,
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6 eine schematische Untersicht auf eine fünfte erfindungsgemäße Magnetbaugruppe,
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7 eine schematische Untersicht auf eine sechste erfindungsgemäße Magnetbaugruppe,
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8 eine schematische Untersicht auf eine siebte erfindungsgemäße Magnetbaugruppe und
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9 einen schematischen Längsschnitt durch eine achte erfindungsgemäße Magnetbaugruppe.
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4 eine schematische Untersicht auf eine dritte erfindungsgemäße Magnetbaugruppe,
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in der 1 schematisch in einem Längsschnitt dargestellte erfindungsgemäße Magnetbaugruppe umfasst einen Magnetkern 1 mit einem Aufnahmeraum 12, in dem eine Magnetspule 4 aufgenommen ist. Die den Aufnahmeraum 12 radial begrenzenden Abschnitte des Magnetkerns 1 bilden auf diese Weise einen Innenpol 2 und einen Außenpol 3 aus. Der Magnetkern 1 und die Magnetspule 4 sind ringförmig ausgebildet.
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Es wird angemerkt, dass der Einfachheit halber die in der 1 im Längsschnitt dargestellte Magnetbaugruppe nur zur Hälfte gezeigt ist. Zur Vervollständigung des Längsschnitts bedarf es lediglich einer Spiegelung um die Längsachse A der Magnetbaugruppe. Gleiches gilt im Übrigen für die Längsschnitte der 3 und 9.
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Die im Aufnahmeraum 12 aufgenommen Magnetspule 4 wirkt mit einem hubbeweglichen Flachanker 5 zusammen, indem sie bei Bestromung ein Magnetfeld bzw. eine Magnetkraft erzeugt, welche den Flachanker 5 in Richtung des Magnetkerns 1 zieht. Bei Beendigung der Bestromung der Magnetspule 4 wird der Flachanker 5 über die Federkraft einer Feder (nicht dargestellt) in seine Ausgangsposition zurückgestellt. Zur Ausbildung eines Hubanschlags ist in einem Luftspalt zwischen dem Magnetkern 1 und dem Flachanker 5 eine Anschlagscheibe 6 angeordnet. Die Anschlagscheibe verhindert ein Anschlagen des Flachankers 5 am Magnetkern 1, so dass dieser einer geringeren Beanspruchung und damit einem geringeren Verschleiß unterliegt. Ferner kann über die Materialstärke der Anschlagscheibe ein Arbeitsluftspalt eingestellt werden. Die Anschlagscheibe 6 liegt hierzu am Magnetkern 1 an.
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Im Beispiel der 1 bildet die Anschlagscheibe 6 einen planebenen Ring 7 aus. Der Innendurchmesser und der Außendurchmesser des Rings 7 sind derart gewählt, dass der Ring 7 die Magnetspule 4 vollständig und den Innenpol 2 sowie den Außenpol 3 teilweise überdeckt (siehe 2). Die Anschlagscheibe 6 überbrückt demnach den Aufnahmeraum 12, in welchem die Magnetspule 4 aufgenommen ist, und stellt eine Verbindung zwischen dem Innenpol 2 und dem Außenpol 3 des Magnetkerns 1 her. Indem die Anschlagscheibe 6 aus einem ferromagnetischen Material gefertigt ist, werden Innenpol 2 und Außenpol 3 ferromagnetisch über die Anschlagscheibe 6 verbunden. Dies hat den gewünschten Effekt zur Folge, dass bei einer Beendigung der Bestromung der Magnetspule der Remanenzfluss über die Anschlagscheibe 6 geführt wird, wobei eine Remanenzkraft erzeugt wird, welche die Anschlagscheibe 6 – ohne zusätzliche Fixierung – in ihrer Lage am Magnetkern 1 hält.
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Im Beispiel der 3 bildet die Anschlagscheibe 6 wiederum einen Ring 7 aus, welcher sich über den Aufnahmeraum 12 hinweg erstreckt und den Innenpol 2 mit dem Außenpol 3 ferromagnetisch verbindet. Im Unterschied zum Beispiel der 1 weist die Anschlagscheibe 6 der 2 im Bereich der Magnetspule 4 jedoch einen Bereich 9 mit verringerter Querschnittsfläche auf. Das heißt, dass im Bereich 9 die Materialstärke reduziert ist. Die Reduzierung der Querschnittsfläche im Bereich der Magnetspule 4 hat zur Folge, dass die Anschlagscheibe 6 über den Remanenzfluss hinaus keine oder nur noch geringe Streuflüsse aufzunehmen vermag, so dass die Energieaufnahme des Magnetkreises in bestromtem Zustand nicht erhöht wird. Der Bereich 9 mit verringerter Querschnittsfläche kann sich dabei über den gesamten Umfang der Anschlagscheibe 6 erstrecken oder die Anschlagscheibe 6 kann über den Umfang verteilt mehrere Bereiche 9 mit verringerter Querschnittsfläche aufweisen.
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Im Beispiel der 4 weist die Anschlagscheibe 6 anstelle wenigstens eines Bereichs 9 mit verringerter Querschnittsfläche Ausnehmungen 8 auf, welche den gleichen Effekt wie die Bereiche 9 der Anschlagscheibe 6 der 3 haben. Die Ausnehmungen 8 verlaufen vorliegend kreisbogenförmig und werden von Stegen 10 getrennt. Auf diese Weise bildet die Anschlagscheibe 6 einen innenliegenden und einen außenliegenden Ring 7 aus, welche die Ausnehmungen 8 radial innen und radial außen begrenzen. Vorliegend sind drei identische, im gleichen Winkelabstand angeordnete Ausnehmungen 8 vorgesehen, so dass der Winkelabstand jeweils 120° beträgt. Es können jedoch auch zwei oder mehr als drei Ausnehmungen 8, beispielsweise vier, fünf oder sechs Ausnehmungen 8 vorgesehen werden. Zudem können sich mehrere Ausnehmungen 8 hinsichtlich ihrer Form unterscheiden und/oder in unterschiedlichen Winkelabständen angeordnet sein. Die Stege 10 zwischen den Ausnehmungen 8 sind erforderlich, um die beiden Ringe 7 zu verbinden und auf diese Weise die ferromagnetische Verbindung des Innenpols 2 und des Außenpols 3 herzustellen. Ferner kann die Anschlagscheibe 6 einstückig hergestellt werden.
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Im Beispiel der 5 weist die Anschlagscheibe 6 nur einen Ring 7 auf, an dessen Innenumfang drei in gleichem Winkelabstand zueinander liegende Zungen 11 angeordnet sind. Der Ring 7 überdeckt den Außenpol 3 des Magnetkerns 1 und die Magnetspule 4 jeweils nur teilweise, wobei die Zungen 11 die ferromagnetische Verbindung des Außenpols 3 mit dem Innenpol 2 herstellen, da diese sich über den Aufnahmeraum 12, in welchem die Magnetspule 4 aufgenommen ist, hinaus erstrecken und somit eine Überdeckung mit dem Innenpol 2 aufweisen. Die Form und die Anzahl der Zungen 11 im Beispiel der 5 ist wiederum nur beispielhaft gewählt und kann von der Darstellung abweichen.
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Das Beispiel der 6 unterscheidet sich von dem der 5 dadurch, dass der Ring 7 nunmehr innenliegend angeordnet ist und sich die Zungen 11 nunmehr vom Außenumfang des Rings 7 nach radial außen erstrecken, so dass sie den Außenpol 3 kontaktieren und auf diese Weise die ferromagnetische Verbindung herstellen. Hinsichtlich Form und Anzahl der Zungen 11 gilt das zuvor zur 5 Gesagte entsprechend.
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Im Beispiel der 7 weist die Anschlagscheibe 6 einen Ring 7 auf, welcher im Bereich der Magnetspule 4 angeordnet ist und sowohl am Innenumfang als auch am Außenumfang mit Zungen 11 versehen ist. Die Zungen 11 am Innenumfang weisen dabei die gleiche Winkellage wie die Zungen 11 am Außenumfang auf.
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Im Beispiel der 8 sind die Zungen 11 am Innenumfang des Rings 7 bzw. der Anschlagscheibe 6 in Bezug auf ihre Winkellage versetzt zu den am Außenumfang ausgebildeten Zungen 11 angeordnet.
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Die Beispiele der 1 bis 8 zeigen, dass es eine Vielzahl möglicher konkreter Ausgestaltungen einer Anschlagscheibe 6 gibt, um eine ferromagnetische Verbindung des Innenpols 2 und des Außenpols 3 des Magnetkerns 1 und damit eine erfindungsgemäße Magnetbaugruppe zu realisieren. Insbesondere kann bzw. können eine in der Anschlagscheibe 6 vorgesehene Ausnehmung 8, ein Steg 10 und/oder eine Zunge 11 unterschiedlichste Formen besitzen.
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Im Beispiel der 9 wird auf die Anordnung einer Anschlagscheibe 6 gänzlich verzichtet. Hier bildet der Magnetkern 1 einen Hubanschlag sowie eine ferromagnetische Verbindung des Innenpols 2 und des Außenpols 3 aus, indem der Aufnahmeraum 12, in dem die Magnetspule 4 aufgenommen ist, geschlossen ausgeführt ist. Das heißt, dass der Magnetkern einen Ringabschnitt ausbildet, welcher den Aufnahmeraum 12 überbrückt. Der Ringabschnitt ist vorzugsweise Bestandteil einer Scheibe, die in einer Ebene E mit dem Magnetkern 1 nach dem Einsetzen der Magnetspule 4 in den Aufnahmeraum 12 einstückig verbunden worden ist. Die Scheibe bzw. der Ringabschnitt, welche bzw. welcher den Aufnahmeraum 12 überbrückt, kann analog zu den in den 1 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispielen einer Anschlagscheibe 6 ebenfalls Ausnehmungen 8, Bereiche 9 mit verringerter Querschnittsfläche, Stege 10 und/oder Zungen 11 aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009003213 A1 [0002, 0003]
