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Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, insbesondere für sicherheitsrelevante Pneumatiksysteme in Kraftfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit einem durch Bestromen einer elektrischen Wicklung axial innerhalb eines, in einem Innenkanal eines die Wicklung an einem Wicklungsabschnitt tragenden Spulenträgers abschnittsweise aufgenommenem und den Innenkanal axial überragenden, bevorzugt tiefgezogenen, Rohr relativ zu dem Spulenträger, dem Rohr, einem Kern sowie zu einem ersten Ventilsitz verstellbaren Anker, wobei in dem Anker eine Führungsöffnung ausgebildet ist, in die axial ein von einem an dem Rohr festgelegten Führungsdombauteil gebildeter Führungsdom zum Führen des Ankers bei seiner axialen Verstellbewegung hineinragt. Ferner betrifft die Erfindung ein sicherheitsrelevantes Pneumatiksystem, insbesondere ein Pneumatik-Bremssystem für Kraftfahrzeuganwendungen, insbesondere für Nutzfahrzeuganwendungen bevorzugt ein ABS- oder EBS-System gemäß Anspruch 15.
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Aus der
DE 93 000 39 U1 ist ein Elektromagnetventil bekannt, dessen verstellbarer Anker bei seiner axialen Verstellbewegung am Innenumfang eines Spulenträgers geführt ist. Die
DE 41 39 670 C2 zeigt ein alternatives Elektromagnetventil, bei dem eine derartige Ankerführung ebenfalls realisiert ist. Darüber hinaus zeigt die Druckschrift die einteilige Ausbildung des Ventilsitzes mit dem Spulenträger. Nachteilig bei dem bekannten Elektromagnetventil ist jedoch der notwendigerweise massive Anker, was ein hohes Gewicht und hohe Herstellungskosten verursacht. Die Dämpfung gegenüber dem Kern ist zudem aufwändig über einen im Anker platzierten Federstift realisiert. Die Dichtungsfunktion gegenüber dem Ventilsitz wird über ein axial von dem Federstift beabstandetes Dichtelement gelöst.
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Vorstehende Bauformen von Elektromagnetventilen haben sich nicht für sicherheitsrelevante Anwendungen, beispielsweise für ABS- oder EBS-Bremsventile in Nutzfahrzeug-Druckluftbremsen durchgesetzt, da deren Funktionstüchtigkeit nicht unter allen Einsatzbedingungen gewährleistet ist. So kann es im Extremfall, beispielsweise durch eine ungewollte Überbestromung zu einer Überhitzung der Wicklung (Spule) kommen, wodurch der Spulenträger seinen Innendurchmesser, der bei den bekannten Ausführungsformen das Führungsspiel zum Anker definiert, verringern, was die Gefahr von Ankerklemmern mit sich bringt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Wicklung, die mit einem entsprechenden Wickelzug aufgebracht ist, dafür verantwortlich ist, dass der Kunststoff des Spulenträgers bei einer Erwärmung sich nicht oder nur in einem geringen Maß nach außen ausdehnt, sondern nach radial innen gezwungen wird, was zu der vorerwähnten, problematischen Verringerung des Spulenträgerinnendurchmessers führt.
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Aus der
DE 10 2005 039 640 A1 ist ein Elektromagnetventil für Pneumatiksysteme in Kraftfahrzeugen bekannt, das ein durch Bestromen einer elektrischen Wicklung innerhalb eines Innenkanals eines die Wicklung tragenden Spulenträgers relativ zu einem Kern sowie relativ zu einem ersten Ventilsitz verstellbaren Anker aufweist.
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Zum weiteren Stand der Technik, der sich mit Elektroventilen beschäftigt, werden die
DE 10 2008 042 731 A1 , die
US 2010/0252761 A1 , die
DE 10 2008 060 483 A1 , die
DE 10 2006 055 833 A1 , die
DE 10 2004 001 565 A1 , die
DE 102 53 769 A1 , die
DE 10 2006 001 924 A1 und die
US 4,341,241 A1 genannt.
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Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Elektromagnetventil mit einem zur Begrenzung der axialen Baulänge innerhalb eines Innenkanals eines Spulenträgeres verstellbaren Anker anzugeben, bei dem die Gefahr von Ankerklemmern minimiert wird, insbesondere um das Elektromagnetventil für sicherheitsrelevante Pneumatiksysteme in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Nutzfahrzeugen einsetzen zu können. Ferner besteht die Aufgabe darin, ein sicherheitsrelevantes Pneumatiksystem, insbesondere ein Bremssystem mit mindestens einem solchen Elektromagnetventil anzugeben.
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Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Elektromagnetventils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des sicherheitsrelevanten Pneumatiksystems wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, zur Vermeidung von Ankerklemmern und zur gleichzeitigen, zumindest abschnittsweisen Aufnahme des bevorzugt als Hülsenstumpf oder Hülse ausgebildeten Ankers innerhalb eines Innenkanals des Spulenträgers den Anker nicht oder zumindest nicht ausschließlich wie im Stand der Technik an seinem Außenumfang zu führen, sondern stattdessen eine Ankerinnenführung zu realisieren, und zwar über an einem Führungsdombauteil ausgebildeten axialen Führungsdom, an dessen Außenumfang der Anker mit einem einen Führungsdurchmesser aufweisenden Innenumfang (der Führungsöffnung) geführt ist, wobei der Führungsdom zur Gewährleistung einer guten Achsparallelität an einem abschnittsweise im Innenkanal des Spulenträgers (Wicklungsträgers) aufgenommenen, bevorzugt metallischen, Rohr, insbesondere an einem den Innenkanal axial überragenden Rohrende des Rohres, festgelegt ist und axial in einen die Wicklung tragenden Wicklungsabschnitt des Spulenträgers hineinragt. Anders ausgedrückt erstreckt sich das, bevorzugt keine Führungsfunktion für den Anker realisierende, weiter bevorzugt durch Tiefziehen hergestellte, magnetisch nicht oder zumindest schlecht leitende, besonders bevorzugt metallische Rohr in axialer Richtung über den mit der Wicklung versehenen Wicklungsabschnitt des Spulenträgers hinaus, wobei dieses Rohr fest verbunden ist mit dem den Führungsdom ausbildenden Führungsdombauteil, wobei dessen Führungsdom in den Wicklungsabschnitt hineinragt und den Anker in einem Bereich innerhalb des Wicklungsabschnittes bei seiner axialen Verstellbewegung führt. Hierdurch ist es möglich, den Radialspalt (Luftspalt) zwischen dem Ankeraußendurchmesser und dem Rohr, genauer dem Rohrinnendurchmesser zu vergrößern. Durch das Vorsehen des bevorzugt aus einem nichtmagnetischen Metall bestehenden Rohres zwischen dem Spulenträger und dem Anker besteht selbst bei hohen Betriebstemperaturen der Wicklung die Gefahr eines Ankerklemmers nicht, da das Rohr den Spulenträger radial stützt. Der Führungsdom selbst befindet sich dabei ausreichend radial beabstandet von dem kritischen Heißbereich der Wicklung, insbesondere auch beabstandet über den Anker selbst, so dass eine mögliche temperaturbedingte Ausdehnung des Außendurchmessers des Führungsdoms vergleichsweise gering ausfällt, mit der Folge, dass das Führungsspiel zwischen dem Außendurchmesser des Führungsdoms und dem Innenumfang des Ankers wesentlich geringer ausgelegt werden kann. Dies wiederum beeinflusst vorteilhaft den tribologischen Verschleiß und garantiert somit bei gleichzeitig minimierter Gefahr von Ankerklemmern die Lebensdauer des nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Elektromagnetventils, was dieses für den Einsatz in sicherheitsrelevanten KfZ-Pneumatik-Systemen prädestiniert.
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Wie bereits angedeutet, hat das im Rahmen der Erfindung zum Einsatz kommende Rohr bevorzugt keine Ankerführungsrohrfunktion. Hauptaufgabe des Rohres ist es neben der Fixierung bzw. Positionierung des Führungsdombauteils relativ zum Spulenkörper einen den Anker aufnehmenden Ankerraum (bis auf die ggf. in den Ankerführungsraum einmündenden Fluidkanäle) gegenüber der Umgebung abzudichten.
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Im Gegensatz zu einer alternativ realisierbaren Konfiguration, bei der der Führungsdom einteilig mit dem Spulenträger ausgebildet ist, hat die erfindungsgemäße Lösung, bei der Spulenträger und Führungsdom bzw. Führungsdombauteil als voneinander separate, bzw. eigenständige Bauteile ausgeführt sind den Vorteil, dass die Bauteile hinsichtlich ihrer jeweiligen Funktion materialoptimiert werden können und nicht zwingend aus demselben Material ausgestaltet sein müssen. So kann, wie später noch erläutert werden wird, beispielsweise das Spulenträgermaterial zur Erfüllung entsprechender Festigkeitsanforderungen Glasfaserbeimischungen enthalten, während das Führungsdombauteil keine Glasfaserbeimischung enthält oder bevorzugt zumindest einen geringeren Gewichtsprozentanteil an Glasfasern als das Spulenträgermaterial, um zu verhindern oder den Effekt zumindest zu minimieren, dass sich randseitig überstehende Glasfasern negativ auf das Reibungsverhalten zwischen Anker und Führungsdom auswirken. Insbesondere bei einem hohen Glasfasergewichtsanteil ist mit einer abrasiven Wirkung im Führungsbereich zwischen Anker und Führungsdom zu rechnen, was sich über die Laufzeit negativ auf eine Leckagemenge auswirken kann. Ganz allgemein kann durch die erfindungsgemäße, separate Ausbildung von Spulenträger und Führungsdombauteil das Führungsdommaterial hinsichtlich verbesserter tribologischer und möglichst geringer abrasiver Eigenschaften optimiert werden, während das Spulenträgermaterial insbesondere im Hinblick auf erhöhte Festigkeitsanforderungen optimiert werden kann. Auch kann durch eine entsprechende Materialoptimierung zur Ausbildung des Führungsdombauteils in Weiterbildung der Erfindung mit Vorteil auf eine reibminimierende Ankerbeschichtung, insbesondere eine PTFE-Beschichtung verzichtet werden.
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Durch die feste Positionierung des Rohres innerhalb des Ankerkanals und der gleichzeitigen festen Verbindung des Rohres mit dem Führungsbauteil kann ein ausreichend guter Rundlauf umgesetzt werden, insbesondere bei einer besonders bevorzugten, später noch zu erläuternden Ausführungsform, bei der das Führungsdombauteil durch Umspritzen eines Rohrabschnittes in einem Kunststoffspritzgussverfahren an dem Rohr festgelegt ist bzw. wird, da die Ausrichtung bzw. Relativpositionierung exakt durch eine entsprechende Spritzgusswerkzeugausgestaltung vorgegeben werden kann.
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Besonders bevorzugt ist es, das Rohr, weiter bevorzugt nach erfolgter Ankerhubeinstellung durch axiales Nachdrücken des Kerns, fest und fluiddicht mit dem Kern, beispielsweise durch Laserschweißen zu verbinden. Hierdurch kann auf das Vorsehen eines O-Rings am Kern zur Abdichtung des Kerns gegenüber dem Spulenträger verzichtet werden. Die aus Kern, Rohr, Anker und Rückstellfeder bestehende Baugruppe, d.h. die sogenannte Patrone wird dann in einem nachfolgenden, insbesondere letzten Fertigungsschritt in den Innenkanal des Spulenträgers mit Jochbügel geschoben und der Kern der vorgenannten Patrone wird mit dem Jochbügel, beispielsweise mittels Bördelung, fest verbunden.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Elektromagnetventils ist es, dass das Führungsdombauteil, insbesondere im Bereich eines bevorzugten dort vorgesehenen, später noch zu erläuternden Fluidkanals, mit mindestens einem einteilig mit dem Führungsdombauteil ausgebildeten Filtersieb realisierbar ist, wobei dies bevorzugt im Rahmen einer Herstellung des Führungsdombauteils als Kunststoffspritzgussteil umgesetzt wird. Das mindestens eine Filtersieb hat insbesondere die Funktion einen Schmutzeintrag in den Anker aufnehmenden Ankerraum zu verhindern.
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Wie vorstehend bereits erläutert, können das Führungsdombauteil und der Spulenträger aus unterschiedlichen Materialien zum Erfüllen unterschiedlicher Anforderungen ausgestaltet sein. Für den bevorzugten Fall der Ausbildung des Spulenträgers aus Kunststoff, insbesondere durch die Realisierung eines Kunststoffspritzgussteils ist es von Vorteil, wenn es sich um einen glasfaserverstärkten Kunststoff handelt. Für den bevorzugten Fall, dass das Führungsdombauteil ebenfalls aus Kunststoff ausgebildet werden soll ist es von Vorteil, wenn hier das zur Anwendung kommende Material keine Glasfaserbeimischung enthält oder zumindest einen, bevorzugt um mindestens 10%, geringeren Gewichtsprozentanteil an Glasfasern als der Kunststoff des Spulenträgers.
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Für den Fall der Ausbildung des Führungsdombauteils aus Kunststoff ist es bevorzugt, wenn dem Führungsdombauteilmaterial reibungsminimierende Beimischungen, insbesondere PTFE beigemischt sind. Auch ist es möglich - unabhängig von der konkreten Ausbildung des Spulenträgers - das Führungsdombauteil aus Metall, insbesondere aus einer Messinglegierung auszubilden. Das Metall sollte so gewählt sein, dass es den funktionsbedingt bei einem erfindungsgemäßen Elektromagnetventil auftretenden magnetischen Fluss nicht oder zumindest schlecht leitet. Durch die Realisierung eines Metall-Führungsdoms können noch exaktere Rundheitsanforderungen erfüllt werden.
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Im Hinblick auf die konkrete Realisierung der festen Verbindung zwischen dem Führungsdombauteil und dem Rohr, insbesondere einem axialen Endbereich des Rohrs gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Bevorzugt ist die Festlegung/Fixierung so realisiert, dass ein unmittelbarer Kontakt zwischen dem Führungsdombauteil und dem Rohr besteht und das Rohr und Führungsdombauteil unmittelbar form- und/oder kraftschlüssig in Wechselwirkung, d.h. miteinander verbunden sind.
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Grundsätzlich ist es möglich, zur Fixierung des Führungsdombauteils am Rohr zusätzliche Fixiermittel, insbesondere in Form eines Rast- oder Klemmmechanismus, einzusetzen. Bevorzugt wird auf von dem Rohr und dem Führungsbauteil separate, d.h. zusätzliche Befestigungsmittel, wie Schrauben oder Nieten verzichtet, d.h. die Aneinanderfixierung erfolgt bevorzugt ausschließlich durch eine entsprechende Ausbildung, insbesondere Ausformung und/oder Relativanordnung von Führungsdombauteil und Rohr.
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Als besonders zweckmäßig ist eine Ausführungsform, bei der die Fixierung von Rohr und Führungsdombauteil, besonders bevorzugt ausschließlich, durch Umspritzen eines Rohrabschnitts, insbesondere eines Rohrendabschnitts verwirklicht ist, wobei es hierzu besonders zweckmäßig ist, wenn das Rohr im umspritzten Bereich verformt ist, insbesondere in der Art einer Haken- bzw. Widerhakenkontur, um somit die Verbindung hinsichtlich ihrer Festigkeit zu optimieren. Die Fixierung des Führungsdombauteils am Rohr durch Umspritzen des Rohres ist insbesondere hinsichtlich des resultierenden, guten Rundlaufs von besonderem Vorteil. Die Fixierung durch Umspritzen hat zudem den Vorteil, dass auf einen vom Spritzgussvorgang separaten Montageschritt zur Verbindung von Rohr und Führungsdombauteil verzichtet werden kann.
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Alternativ zu dem vorerwähnten Umspritzen ist es möglich, das Führungsdombauteil durch Umbördeln des Rohres an letzterem zu fixieren, wobei hierzu das Rohr, insbesondere ein Rohrendabschnitt um einen, insbesondere umfangsseitigen Fixierabschnitt des Führungsdombauteils umgebördelt ist bzw. wird.
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Unabhängig von der konkreten Realisierung der Verbindung zwischen Führungsdombauteil und Rohr ist es bevorzugt, wenn diese Verbindung außerhalb bzw. benachbart zum Spulenträger, zumindest zum Wicklungsabschnitt des Spulenträgers verwirklicht ist.
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Bevorzugt ist der Anker am Führungsdom über mindestens die Hälfte seiner Ankeraxialerstreckung geführt. Bei Bedarf kann der Anker bei einer axialen Verstellbewegung zusätzlich zu der realisierten Ankerinnenführung an seinem Außenumfang am Spulenträger geführt sein, bevorzugt, zumindest abschnittsweise, weiter bevorzugt vollständig axial außerhalb des Wicklungsabschnittes.
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Das nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete Elektromagnetventil kann ausschließlich mit einem, nämlich dem ersten, Ventilsitz ausgebildet werden und dann bevorzugt in der Bauform als 2/2 Wegeventil, wobei der einzige (erste) Ventilsitz dann alternativ am Führungsdom vorgesehen sein kann, insbesondere stirnseitig an diesem durch einteilige Ausbildung mit dem Führungsdom, was bevorzugt ist oder gegenüberliegend im Bereich des Kerns, entweder unmittelbar am Kern ausgebildet oder an einem im Kern aufgenommenen, vorzugsweise diesen durchsetzenden Ventilsitzbauteil. Die Ausführungsform mit am Führungsdom vorgesehenem ersten Ventilsitz eignet sich besonders für eine im unbestromten Zustand geschlossene Ausführungsform, insbesondere bei axial zwischen dem Anker und dem Kern angeordneter Rückstellfeder, während sich die Ausführungsform mit im Bereich des Kerns angeordnetem einzigen Ventilsitz besonders als im unbestromten Zustand offene Ausführungsform eignet, ebenfalls bei axial zwischen Kern und Anker vorgesehener Rückstellfeder. Bei einer Ausführungsform als im unbestromten Zustand geschlossenes Ventil ist es bevorzugt, wenn ein dem ersten Ventilsitz unmittelbar zugeordneter, zu einem Versorgungsanschluss führender Versorgungskanal, vorzugsweise als Zentralkanal innerhalb des Ankers verläuft und die Druckluft über am Außenumfang des Führungsdoms vorgesehene Kanäle bzw. zumindest einen solchen Kanal wieder abgeführt bzw. zu einem Arbeitsanschluss geleitet wird.
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Alternativ ist, wie erwähnt, die Ausführung mit zwei Ventilsitzen realisierbar, nämlich einem ersten Ventilsitz und einem axial davon beabstandeten zweiten Ventilsitz, wobei einer der Ventilsitze am Führungsdom vorgesehen ist, während der andere der Ventilsitze am Kernbereich vorgesehen ist, entweder unmittelbar am Kern oder einem im Kern angeordneten Ventilsitzbauteil bzw. -element. Die Ausführungsform mit einem ersten und einem zweiten Ventilsitz eignet sich insbesondere für die Ausbildung des Elektromagnetventils als 3/2 Wegeventil, bevorzugt mit einem im unbestromten Zustand geschlossenen ersten Ventilsitz.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Elektromagnetventils besteht darin, dass der Anker im Vergleich zu einer Vollmateriallösung deutlich gewichtsreduziert ist. Grundsätzlich ist es möglich den zumindest abschnittsweise hülsen- bzw. hülsenstumpfförmigen Anker als Drehteil auszubilden, wobei eine kostengünstige Fertigung durch Sintern oder Kaltfließpressen, jedenfalls als formgebundenes Bauteil bevorzugt ist. Die resultierende Gewichtsreduzierung ist auch für die magnetische Auslegung, u.a. den Kupferanteil der Wicklung von Vorteil, da bei gleicher Vibrationssicherheit eine vorzugsweise vorgesehene Rückstellfeder, gegen deren Federkraft der Anker bei Bestromung der Wicklung axial verstellbar ist, schwächer ausgelegt werden kann, als bei einem vergleichbaren Vollmaterialanker.
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In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Führungsdom sich soweit axial innerhalb des Innenkanals und dem darin aufgenommenen Rohr erstreckt, dass er sich und vorzugsweise auch ein am Führungsdom vorgesehener erster Ventilsitz radial innerhalb der Wicklung befindet. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Führungsdom axial über mindestens ein Viertel der Axialerstreckung der Wicklung bzw. des Wicklungsabschnittes in den Wicklungsabschnitt hineinragt, ganz besonders bevorzugt über mindestens ein Drittel der Axialerstreckung des Wicklungsabschnittes, noch weiter bevorzugt, zumindest näherungsweise um die hälftige Axialerstreckung des Wicklungsabschnittes, so dass ein minimale axiale Baulänge bei guter Funktionalität und bauraumoptimierter Anbringung des Kerns, bevorzugt innerhalb des Spulenträgers möglich ist.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn das radiale Führungsspiel zwischen dem Außenumfang des Führungsdoms und dem Innenumfang des Ankers kleiner ist als ein Radialspiel zwischen dem Außenumfang des Ankers und Rohres, um in soweit ein im Hinblick auf eine minimierte Ankerklemmneigung optimiertes Ventil zu erhalten. Bevorzugt ist das Führungsspiel (Radialspiel) zwischen dem Innenumfang des Ankers und dem Außenumfang des Führungsdoms aus einem Wertebereich zwischen 0,01 mm und 0,1mm (entspricht einer Durchmesserdifferenz zwischen dem Innendurchmesser des Ankers und dem Außendurchmesser des Führungsdoms zwischen 0,02mm und 0,2mm) gewählt. Bevorzugt ist eine minimale Spaltbreite (Radialspiel) zwischen dem Außenumfang des Ankers und dem Innenumfang des Rohres größer als das vorgenannte Radialspiel, bevorzugt größer als 0,15mm, noch weiter bevorzugt größer als 0,2mm.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Kern zumindest abschnittsweise innerhalb des Spulenträgers angeordnet ist, wobei dann das Führungsdombauteil von einem von dem Kern abgewandeten Ende des Wicklungsabschnittes her in diesen hineinragt. Ganz besonders bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform, bei der der Kern gegenüber dem Spulenträger in radialer Richtung, insbesondere über eine am Außenumfang des Kerns vorgesehene Ringdichtung und/oder über eine am Innenumfang des Spulenträgers vorgesehene Ringdichtung abgedichtet ist, um einen Druckluftaustritt in axialer Richtung in einem Bereich zwischen Spulenträger und Kern zu vermeiden.
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Grundsätzlich ist es möglich, dass der Anker unmittelbar mit dem ersten und ggf. einem zweiten Ventilsitz zusammenwirkt. Erfindungsgemäß ist der Anker über ein Dichtelement mit dem ersten Ventilsitz zusammenwirkend ausgebildet und angeordnet. Die Dichtfunktion ist über ein Dichtelement realisiert, weiter bevorzugt über ein Elastomerteil, wobei noch weiter bevorzugt das Dichtelement formschlüssig am Anker festgelegt ist, bevorzugt, indem das Dichtelement eine axiale Durchgangsöffnung, insbesondere stirnseitig, im Anker durchsetzt und den Durchgangsöffnungsrand zu beiden Axialseiten in radialer Richtung übergreift, was beispielsweise durch eine Außenumfangsnut am Dichtelement realisierbar ist. Insbesondere für den bevorzugten Fall, dass das Dichtelement eine Durchgangsöffnung des Ankers zu beiden Axialseiten durchsetzt und sowohl - in Abhängigkeit der Schaltstellung - mit dem Führungsdom, insbesondere einem dort vorgesehenen Ventilsitz, und mit dem Kern oder einem fakultativ im Kern vorgesehenen Ventilsitzbauteil zusammenwirkt, kommt dem Dichtelement eine Doppelfunktion zu.
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So wirkt das Dichtelement, insbesondere wenn dieses als Elastomerteil ausgebildet ist, zu beiden axialen Seiten hin als, vorzugsweise einziges, Dämpfungselement, so dass auf die im Stand der Technik gezeigte, aufwändige Federstiftkonstruktion verzichtet wird und hat darüber hinaus eine Dichtfunktion zur Abdichtung des ersten Ventilsitzes und, falls vorhanden, zur Abdichtung des dann gegenüberliegenden zweiten Ventilsitzes. Diese vorteilhafte Ausführung des Elektromagnetventils ist insbesondere dann einfach realisierbar, wenn der Führungsdom axial bis radial innerhalb des Wicklungsabschnittes in den Anker hineinragt, wodurch die jeweiligen Wechselwirkungsflächen zur Wechselwirkung mit dem Ventilsitz und dem Kern näher zusammenrücken als im Stand der Technik. Hierdurch ist es konstruktiv vorteilhaft möglich, vorstehend erläuterte Doppelfunktion eines Dichtelementes zu realisieren.
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Wollte man eine Einstückigkeit von Dichtung und Dämpfung bei dem aus der
DE 41 39 670 C2 bekannten Ventil realisieren, so wäre dies nur äußerst aufwändig mittels Elastomer-Durchvulkanisierung durch den Anker oder Montage eines sehr langen Elastomerbauteils im Anker möglich. In diesem Fall würde die Länge dieses einstückigen Elastomerteils in der Größenordnung der Ankerlänge liegen und durch den elastomertypischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen etwa 130 und 185 × 10
-6mm/K typischerweise mehrere zehntel Millimeter Temperaturausdehnung zeigen, insbesondere im typischen Temperatureinsatzbereich für Kraftfahrzeuge zwischen etwa -40°C und 125°C zzgl. Eigenerwärmung. Diese Ausdehnung müsste im Ankerhub vorgehalten werden, wobei jedoch eine größere Ankerhub-Auslegung bei gleicher Schließkraft eine Überdimensionierung des Magneten mit einem größeren Eisen- und Kupferanteil im Flusskreis erfordert und somit neben einem erhöhten Bauraumbedarf zu erhöhten Herstellungskosten führen würde.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die Axialerstreckung des dann sowohl mit der Kernseite als auch mit dem Dom wechselwirkenden Dichtelementes deutlich geringer ist als die Axialerstreckung des Ankers. Bevorzugt beträgt die Axialerstreckung des Dichtelementes weniger als 50%, noch weiter bevorzugt weniger als 40%, ganz besonders bevorzugt weniger als 30% der Axialerstreckung des Ankers. Ganz besonders bevorzugt ist die Axialerstreckung des eine Doppelfunktion erfüllenden Dichtelementes aus einem Wertebereich zwischen etwa 10% und 30%, noch weiter bevorzugt zwischen etwa 15% und 25% der axialen Ankerlänge gewählt.
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Alternativ ist es auch denkbar, jedem der Ventilsitze ein eigenes Dichtelement zuzuordnen oder vollständig auf ein vom Anker separates Dichtelement zu verzichten.
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Durch eine vorteilhafte weiterbildungsgemäße formschlüssige Verbindung zwischen dem Dichtelement und dem Anker kann auf die sonst üblichen Haftvermittler verzichtet werden. Insbesondere dann, wenn dem Dichtelement, bevorzugt auf der Kernseite, gleichzeitig die Funktion einer Anschlagdämpfung zukommt, sorgt dies für eine Minimierung von Schaltgeräuschen sowie eine Verschleißminimierung durch Vermeidung von metallisch harten Anschlägen und damit einer Steigerung der Lebensdauer.
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Wie bereits eingangs angedeutet ist eine Ausführungsform des Elektromagnetventils besonders bevorzugt, bei der der erste Ventilsitz, insbesondere stirnseitig, am Führungsdom angeordnet ist, insbesondere indem der Ventilsitz einteilig mit dem Führungsdom ausgebildet ist. Alternativ ist es, wie erwähnt möglich, den ersten Ventilsitz am Kern oder einem im Kern angeordneten Ventilsitzbauteil anzuordnen, wobei im letztgenannten Fall das Ventilsitzbauteil bevorzugt gleichzeitig einen Druckluftkanal zum Ventilsitz begrenzt.
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Vorteilhaft ist es, dass dem ersten Ventilsitz ein sich axial innerhalb des Führungsdombauteils, bevorzugt innerhalb des Führungsdoms erstreckender, bevorzugt als Zentralkanal ausgebildeter, erster Fluidkanal, bevorzugt ein Druckluftkanal, und/oder ein, bevorzugt am Außenumfang des Führungsdoms angeordneter, bevorzugt als Arbeitskanal ausgebildeter, zweiter Fluidkanal, bevorzugt ein Druckluftkanal zugeordnet ist und/oder dass das Führungsdombauteil im ersten und/oder zweiten Fluidkanal mindestens ein, insbesondere durch Spritzgießen, einteilig mit dem Führungsdombauteil ausgebildetes Filtersieb aufweist.
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Für den Fall der Anordnung, vorzugsweise Ausbildung des ersten Ventilsitzes am Führungsdom ist es bevorzugt, wenn innerhalb des Führungsdoms ein, bevorzugt als Zentralkanal ausgebildeter erster Fluidkanal, insbesondere ein Druckluftkanal ausgebildet ist, der ganz besonders bevorzugt einen Versorgungskanal bildet, der von einem Versorgungsanschluss versorgt wird. Die Druckluft kann bei geöffnetem ersten Ventilsitz bevorzugt über mindestens einen am Außenumfang des Führungsdoms vorgesehenen Fluidkanal, insbesondere einen zu einem Arbeitsanschluss führenden Arbeitskanal abgeführt werden. Im Fall des Vorsehens des ersten Ventilsitzes am Kern oder einen am Kern vorgesehenen Ventilsitzelement erfolgt der Zustrom oder Abstrom von Druckluft zu dem bzw. von dem ersten Ventilsitz durch einen innerhalb des Kerns oder eines Ventilsitzbauteils vorgesehenen Kanal.
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Vorgenannte Arbeitskanäle am Außenumfang des Führungsdoms werden bevorzugt gebildet von Axialnuten zwischen in Umfangsrichtung beabstandeten Führungsabschnitten bzw. Führungssegmenten, die eine, bevorzugt zylindrische Hüllkontur begrenzen zur Führung des dann bevorzugt hohlzylindrischen Ankers an seinem Innenumfang.
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Vorzugsweise weist das Elektromagnetventil einen axial von dem ersten Ventilsitz beabstandeten, vorzugsweise am Kern angeordneten und/oder einteilig mit dem Kern ausgebildeten zweiten Ventilsitz-auf.
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Bei einer Ausführungsform mit zwei axial gegenüberliegenden Ventilsitzen ist es bevorzugt, wenn eine luftleitende Verbindung zwischen einem Ankerinnenraum, vorzugsweise zwischen mindestens einem am Außenumfang des Führungsdoms vorgesehenen Kanal und einem Luftkanal im Kern oder in einem im Kern vorgesehenen Ventilsitzbauteil realisiert ist, insbesondere durch mindestens eine axiale Durchgangsöffnung im Bereich einer Ankerstirnseite, so dass ein Luftaustausch bei am ersten Ventilsitz anliegendem Anker zwischen dem dann geöffneten kernbereichsseitigen zweiten Ventilsitz und dem Ankerinnenraum, vorzugsweise dem dort mündenden umfangsseitigen Luftkanal am Führungsdom ermöglicht ist.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Arbeitshub des Ankers durch axiales Verstellen und anschließendes Sichern des Kerns, insbesondere durch Verstemmen eines den Spulenträger axial überragenden Kernabschnittes mit einem metallischen, den magnetischen Fluss leitenden, vorzugsweise als Ventilgehäuse ausgebildeten, Flussleitblechs, einstellbar und/oder eingestellt ist. Hierdurch kann eine optimierte Energieeffizienz des elektromagnetischen Antriebs realisiert werden. Darüber hinaus ist eine derartige Montage bei gegebenen Toleranzen gut beherrschbar.
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Die Erfindung führt auch auf ein sicherheitsrelevantes Pneumatiksystem, insbesondere ein (Pneumatik-) Bremssystem für Kraftfahrzeuganwendungen, bevorzugt für Nutzfahrzeuganwendungen. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei dem sicherheitsrelevanten System um ABS- oder EBS-Bremssystem, bei welchem ein nach dem Konzept der Erfindung ausgebildetes Elektromagnetventil eingesetzt wird, das besonders bevorzugt die Funktion eines ABS-Bremsventils oder eines EBS-Bremsventils übernimmt. Durch das robuste Konstruktionsprinzip ist die Eignung für derartige sicherheitsrelevante elektromagnetische Ventile in sicherheitsrelevanten Pneumatiksystemen gegeben. Unabhängig davon ist das nach dem Konzept der Erfindung ausgebildete, bevorzugt als Pneumatikventil ausgebildete Ventil auch für andere, nicht zwingend fahrzeugspezifische und/oder sicherheitsrelevante Anwendungen einsetzbar.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
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Diese zeigen in:
- 1: eine geschnittene Darstellung eines als im unbestromten Zustand geschlossenen 2/2-Wegeventils, wobei hier ein im Spulenträger gehaltenes Rohr durch Umspritzen an einem Führungsdombauteil festgelegt ist, und
- 2: eine Darstellung eines alternativen 2/2-Wegeventils, wobei hier das Rohr durch Umbördeln am Führungsdombauteil festgelegt ist.
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In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 ist eine Bauform eines nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Elektromagnetventils als 2/2-Wegeventil in bei Bestromung offener Ausführung gezeigt (alternativ ist auch eine bei Bestromung geschlossene Ausführung realisierbar) Zu erkennen ist ein aus Kunststoff ausgebildeter Spulenträger 1, der in einem axialen Wicklungsabschnitt eine bestrombare Wicklung 2 trägt. Die Bestromung der Wicklung 2 erfolgt über einen Kontaktpin 3. Der Spulenträger 1 ist bevorzugt als Kunststoffspritzgussteil aus einem Kunststoffmaterial mit Glasfaserbeimischung ausgebildet.
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Innerhalb des Spulenträgers 1 ist ein von diesem begrenzter, als Durchgangskanal verwirklichter Innenkanal 4 ausgebildet, in welchem abschnittsweise ein als Tiefziehteil ausgebildetes Rohr 5 aus nichtmagnetischem Metall, insbesondere aus Stahl oder Aluminium angeordnet ist. Das Rohr 5 überragt den Spulenträger 1 in axialer Richtung, hier in der Zeichnungsebene nach unten.
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Innerhalb des Rohrs 5 ist ein in der Längsschnittansicht im Wesentlichen U-förmig konturierter, hülsenförmiger Anker 6 aufgenommen, mit einer Führungsöffnung 8 versehen ist, die auf der vom Kern 7 abgewandten Seite offen ist. Durch Bestromen der Wicklung 2 ist der Anker 6 innerhalb des Rohres 4 axial verstellbar, hier in der Zeichnungsebene nach oben in Richtung Kern 7. Zur Rückstellung des Ankers 6 bei Nichtbestromung der Wicklung 2 ist eine Rückstellfeder 9 vorgesehen, die sich einenends stirnseitig am Kern 7 und anderenends stirnseitig am Anker 6 abstützt.
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Zu erkennen ist, dass der Spulenträger 1 von einem den magnetischen Fluss leitenden, metallischen Gehäuse 10 umschlossen ist, so dass der magnetische Fluss innerhalb des Kerns 7 in axialer Richtung von dem Anker 6 weg dann radial nach außen in das Gehäuse 10, dann wieder axial innerhalb des Gehäuses 10 an der Wicklung 2 vorbei in der Zeichnungsebene nach unten und wieder innerhalb des Gehäuses 10 nach radial innen fließen kann, über einen abschnittsweise von dem Rohr 5 und einem Radialspalt 11 gebildeten Luftspalt in den Anker 6 und in diesem in axialer Richtung zum Kern 7, wobei der magnetische Fluss dabei einen zwischen Anker 6 und Kern 7 gebildeten Luftspalt 12 überbrücken muss. Dem Gehäuse 10 kommt gleichzeitig eine Jochscheibenfunktion zu.
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Zur Führung des Ankers 6 ist ein hier beispielhaft als Kunststoffspritzgussteil ohne Glasfaserbeimischung ausgebildetes Führungsdombauteil 13 vorgesehen, an dem ein Führungsdom 14 ausgebildet ist, der axial in das Rohr 5 und den Innenkanal 4 hineinragt, und zwar bis weit radial innerhalb des Wicklungsabschnittes 2 hinein, hier in etwa im Bereich eines unteren bzw. endseitigen Wicklungsabschnittdrittels.
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Der Führungsdom ist axial in die Führungsöffnung 8 (Führungskanal) des Ankers 6 hineingeführt. Zwischen dem Führungsdom 14 und dem Innenumfang der Führungsöffnung 8 ist ein Führungsspalt 15 ausgebildet, der deutlich geringer bemessen ist als der Radialspalt zwischen dem Innenumfang des Rohres 5 und dem Außenumfang des Ankers 6, so dass der Anker 6 ausschließlich an seinem Innenumfang, nicht jedoch am Rohr 5 geführt ist.
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Zu erkennen ist weiterhin, dass das innerhalb des Spulenträgers 1 zylindrische Rohr 5 in einem in der Zeichnungsebene unteren Endbereich 16 im Längsschnitt hakenförmig umgeformt ist und aus radialer Richtung in einen Fixierabschnitt 17 des Führungsdombauteils 13 hineinragt.
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Diese Realisierungsform ist durch Umspritzen des verformten Endbereichs 16 des Rohrs 5 mit dem Führungsdombauteil 13 bzw. dem Führungsdombauteilmaterial umsetzbar.
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Bei unbestromter Wicklung 2 wirkt der Anker 6, genauer ein formschlüssig am Anker 6 festgelegtes, hier elastomeres Dichtelement 18, welches eine Durchgangsöffnung 19 im Anker 6 in Richtung eines Ankerinnenraums, d.h. in Richtung Führungsöffnung 8 überragt, mit einem stirnseitig am Führungsdom 14 ausgebildeten ersten Ventilsitz 20 zusammen. In Richtung auf diesen ersten Ventilsitz 20 wird der Anker 6 mittels der bereits erwähnten Rückstellfeder 9 kraftbeaufschlagt.
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Der abschnittsweise innerhalb des Innenkanals 4 angeordnete Kern 7 kann axial gesichert werden über eine Verstemmung 21 mit dem Gehäuse 10. Zu erkennen ist, dass das Rohr 5 abschnittsweise sandwichartig aufgenommen ist radial zwischen dem Kern 7 und der den Innenkanal 4 begrenzenden und die Wicklung 2 tragenden Umfangswand des Spulenträgers 1.
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Bei Bestromung der Wicklung 2 wird der Anker 6 axial in Richtung des Kerns 7 verstellt, an welchem er sich dann über das Dichtelement 18 abstützt, welchem somit nicht nur eine dichtende, sondern auch eine anschlagdämpfende Funktion zukommt.
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Bei geöffnetem ersten Ventilsitz 21, d.h. bei bestromter Wicklung 2 kann Druckluft über einen ersten, als Zentralkanal ausgebildeten Fluidkanal, hier ein Versorgungskanal 28 axial in den Ankerinnenraum (axiale Führungsöffnung 8) strömen und aus diesem in entgegensetzter Axialrichtung über am Außenumfang des Führungsdoms 14 ausgebildete zweite Fluidkanäle 22 hin zu einem Arbeitsanschluss A. Der Versorgungskanal 28 wird von einem Versorgungsanschluss P versorgt.
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Selbstverständlich kann das Elektromagnetventil auch in entgegengesetzter Richtung durchströmt werden (dann ändern sich die Anschlussbezeichnungen entsprechend). Bei Bedarf kann das Führungsdombauteil 13 mit einem nicht gezeigten, vorzugsweise integralen, einstückig mit diesem ausgebildeten Filtersieb (nicht gezeigt), insbesondere im Versorgungskanal 28, bevorzugt im Bereich des Versorgungsanschlusses P innerhalb des Führungsdombauteils 13 realisiert werden.
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In Einbaulage ist der Versorgungsanschluss gegenüber dem Arbeitsanschluss über eine O-Ringdichtung 23 abgedichtet, die sich axial an einer Ringschulter 24 des Führungsdombauteils 13 abstützt. Gegenüber der Umgebung wird der Versorgungsanschluss P abgedichtet über eine weitere O-Ringdichtung 25, die sich an einem Widerlager 26 axial abstützt, das in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in vorteilhafter Weise von einem umgeformten Abschnitt des Rohrs 5 gebildet ist.
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Ferner ist 1 zu entnehmen, dass der Arbeitsanschluss A in dem gezeigten Ausführungsbeispiel von dem Rohr 5 gebildet, bzw. in diesem realisiert ist.
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Das Rohr 5 hat selbst keine Führungsfunktion für den Anker 6, dient aber (bis auf den Arbeitsanschluss A) zur Abdichtung des abschnittsweise von dem Rohr 5 begrenzten Ankerraums 27 gegenüber der Umgebung. Der Ankerraum 27 wird in axialer Richtung von dem Kern 7 und gegenüberliegend von dem Fixierabschnitt des Führungsdombauteils 13 begrenzt.
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Das in 1 gezeigte Elektromagnetventil (ebenso wie das später noch zu erläuternde, in 2 gezeigte Elektromagnetventil) kann anstelle der gezeigten 2/2-Wegeventil Ausführungsform auch als 3/2-Wegeventil ausgebildet werden. Zu diesem Zweck kann im Kern 7, ein beispielsweise als Zentralkanal ausgebildeter weiterer Kanal R vorgesehen werden, der hier nur strichliert dargestellt ist. An diesem Fall wird dann ein diesem Kanal R zugeordneter zweiter Ventilsitz am Kern 7, gegenüberliegend dem Dichtelement 18 ausgebildet, wobei das Dichtelement 18 alternativ mit dem ersten 20 oder dem zweiten Ventilsitz zusammenwirkt. Bei Bedarf kann bei einer solchen Ausführungsform durch mindestens einen Axialkanal benachbart zum Dichtelement 18 im Anker 6 eine dauerhaft fluidleitende Verbindung zwischen dem Ankerinnenraum (Führungsöffnung 8) und einem Bereich radial benachbart des zweiten Ventilsitzes geschaffen werden, so dass bei geöffnetem zweiten Ventilsitz und folglich geschlossenem ersten Ventilsitz 20 eine fluidleitende Verbindung zwischen dem Kanal R im Kern 7 und den Fluidkanälen 22 besteht.
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Im Folgenden wird das Ausführungsbeispiel gemäß 2 erläutert, wobei zur Vermeidung von Wiederholungen im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 eingegangen wird. Im Hinblick auf die Gemeinsamkeiten wird auf 1 mit zugehöriger Figurenbeschreibung verwiesen.
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Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist bei dem in 2 gezeigten Elektromagnetventil das Führungsdombauteil 13 am Rohr 5 nicht durch Umspritzen sondern durch Umbördeln des Fixierabschnitts 17 mit dem Endbereich 16 des Rohres 5 festgelegt, so dass das Führungsdombauteil 13 axial und radial an dem Rohr 5 gesichert ist. Hierzu hintergreift der Endbereich 16 des Rohrs 5 bzw. die Umbördelung den Fixierabschnitt 17 in einem in der Zeichnungsebene unteren Bereich nach radial innen.
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Auch die in 2 gezeigte oder dort als 2/2-Wegeventil ausgebildete Variante kann bei Bedarf als 3/2-Wegeventil ausgebildet werden.
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Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist der Arbeitsanschluss A bei der Ausführungsform gemäß 2 nicht unmittelbar von dem Rohr 5 gebildet, sondern im Radial etwas breiteren Führungsdombauteil 13 realisiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spulenträger
- 2
- Wicklung
- 3
- Kontaktpin
- 4
- Innenkanal
- 5
- Rohr
- 6
- Anker
- 7
- Kern
- 8
- Führungsöffnung
- 9
- Rückstellfeder
- 10
- Gehäuse
- 11
- Radialspiel
- 12
- Luftspalt
- 13
- Führungsdombauteil
- 14
- Führungsdom
- 15
- Führungsspalt
- 16
- Endbereich des Rohres
- 17
- Fixierabschnitt
- 18
- Dichtelement
- 19
- Durchgangsöffnung
- 20
- erster Ventilsitz
- 21
- Verstemmung
- 22
- zweite Fluidkanäle
- 23
- O-Ringdichtung
- 24
- Ringschulter
- 25
- O-Ringdichtung
- 26
- Widerlager
- 27
- Ankerraum
- 28
- Versorgungskanal
- A
- Arbeitsanschluss
- P
- Versorgungsanschluss
- R
- Kanal
