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Die Erfindung betrifft ein Ventil, insbesondere ein Saugventil, in einer Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Pumpe, insbesondere eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, in der das Saugventil eingesetzt ist.
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Stand der Technik
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Ein Ventil, insbesondere ein elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil, einer-Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems ist durch die
DE 10 2013 220 593 A1 bekannt. Das Saugventil weist ein Ventilelement auf, das zwischen einer Öffnungs- und einer Schließstellung beweglich ist und das über einen Ankerbolzen zumindest mittelbar mit einem Magnetanker in Kontakt ist. Durch den Magnetanker kann somit eine Betätigungskraft auf das Ventilelement übertragen werden. Die Hochdruckpumpe weist ein Pumpengehäuse mit einem Gehäuseteil auf, in dem in einer Zylinderbohrung ein Pumpenkolben hubbweweglich angebracht ist, der in der Zylinderbohrung einen Pumpenarbeitsraum begrenzt. Der Pumpenarbeitsraum ist über das Saugventil mit einem Kraftstoffzulauf verbindbar und über ein Rückschlagventil mit einem Hochdruckspeicher verbindbar.
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Der Magnetanker ist Teil eines elektromagnetischen Aktors, der außerdem eine Magnetspule umfasst. Bei Bestromung der Magnetspule bildet sich ein Magnetfeld aus wodurch sich der Magnetanker relativ zur Magnetspule gegen eine Federkraft bewegt um den Arbeitsluftspalt zu schließen.
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Die aus der
DE 10 2013 220 593 A1 bekannte Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems mit Saugventil, bei der alle vorangehend beschriebenen Elemente mit Kraftstoff umgeben sind, weist gewisse Nachteile auf.
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Für die Ausführungsform, dass ein in den Magnetanker eingepresstes Zwischenelement, insbesondere ein eingepresster Ankerbolzen verwendet wird, wodurch eine kraftschlüssige Pressverbindung zwischen beiden Elementen hergestellt wird, kann der Stand der Technik ebenso gewisse Nachteile aufweisen. Diese kraftschlüssige Verbindung beider Bauteile ist aufgrund der hochdynamischen Schaltbewegungen des Ankers und der hohen Duktilität des Magnetankerwerkstoffs oftmals nicht ausreichend belastbar. Bei Versagen der Pressverbindung kann es zu einer Funktionsbeeinträchtigung oder gar zu einer Verringerung der Lebensdauer des Saugventils und schlussendlich der Hochdruckpumpe kommen. Dieser negative Effekt wird insbesondere durch gegebenenfalls vorhandene axiale Strömungskanäle im Anker verstärkt.
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Weiterhin kann das Einpressen des Ankerbolzens in den Magnetanker zu einer Aufweitung des Außendurchmessers des Ankers führen, was wiederum negative Auswirkungen auf das Lagerspiel im Trägerelement und auf den magnetischen Nebenluftspalt hat. Beide negativen Auswirkungen können einen nachteiligen Einfluss auf die Funktionalität, die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer des Saugventils und der Hochdruckpumpe haben.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Saugventils mit den Merkmalen aus Anspruch 1 hat den Vorteil, dass eine Schädigung des Ankers aufgrund von aufweitenden Kräften durch den eingepressten Ankerbolzen vermieden wird und somit der Anker nur noch axial und nicht mehr radial belastet wird. Des weiteren kann, durch die formschlüssige Verbindung des Ankerbolzens mit dem Anker, eine Aufweitung des Ankers vermieden werden, wodurch ein nachträgliches Abschleifen des Ankerdurchmessers entfallen kann. Dadurch kann ein Kostenvorteil erzielt werden, da ein zusätzlicher Prozessschritt obsolet wird. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Saugventils möglich.
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Gemäß Anspruch 2 ist durch ein Einlegen des Ankerbolzens in den Magnetanker und durch ein Fixieren mittels des Halteelements in axialer Richtung der aufwendige Prozessschritt des Einpressens des Ankerbolzens in den Magnetanker nicht mehr notwendig, was zu einer Kostenreduzierung führt.
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Infolge des Anspruchs 3 bildet der Ankerbolzen einen im Querschnitt vergrößerten Kopf innerhalb des Magnetankers aus, um in Anlage zu kommen. Der Vorteil ist zum einen, dass sich der vergrößerte Kopf zum Ausbilden einer Anlagefläche im Element des Ankerbolzens vorkommt und kein separates Teil notwendig ist, was eine Kostenreduktion bewirkt. Des weiteren wird eine falsche Montage des Ankerbolzens vermieden, da der Kopf im Durchmesser in die erste Stufung der Bohrung im Magnetanker hineinpasst, jedoch zu groß ist, um bei der zweiten Stufung der Bohrung des Magnetankers durchzurutschen.
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Bezugnehmend auf Anspruch 4 bietet die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Saugventils den Vorteil, dass eine Steigerung der mechanischen Belastbarkeit zwischen den Anker und dem Ankerbolzen erzielt werden, da diese mittels Formschluss verbunden sind und nicht mehr mittels Kraftschluss.
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Gemäß Anspruch 5 ist ein weiterer Vorteil, dass sich beim Einschieben des Halteelements, aufgrund der Ausformung dieses Elements, direkt eine Vorspannung ergibt und keine weiteren Schritte notwendig sind, um eine Vorspannung zu erzielen.
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Zudem bietet die erfindungsgemäße Ausgestaltung gemäß Anspruch 6 und 7 den Vorteil, dass eine aufwendiges Einstellen und Nachmessen der erforderlichen Vorspannkraft entfällt, da durch die entsprechende Ausformung der Kontur genau die erforderliche Vorspannkraft erzielt wird.
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Betreffend Anspruch 8 hat die plastisch deformierbare Ausgestaltung des Halteelements den Vorteil, dass Toleranzschwankungen der axial relevanten Maße am Magnetanker, am Ankerbolzen und auch am Halteelement, insbesondere der Toleranzkette der Elemente, ausgeglichen werden können. Dies reduziert die Fehleranfälligkeit, aber auch die Fertigungskosten der Elemente, da kein so enger Toleranzbereich der Einzelteile auf Fertigungsebene zugrunde gelegt werden muss.
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Beziehend auf Anspruch 9 bietet die Verwendung eines separaten Elements zum erzeugen der Vorspannung den Vorteil, dass Standardteile wie Spannscheibe oder Federring verwendet werden können, was zu einer weiteren Kostenreduzierung führt.
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Gemäß Anspruch 10 kann durch die Verwendung eines hochfesten Materials für das Element des Ankerpins, vorzugsweise im Kontaktbereich mit dem Ventilelement, eine Steigerung der Kavitationsbeständigkeit und der Beständigkeit gegenüber der mechanischen Belastbarkeit erzielt werden, insbesondere im Vergleich zum relativ duktilen Material des Ankers.
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Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Pumpe in einem Längsschnitt,
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2 einen in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt der Pumpe in vergrößerter Darstellung mit einem Saugventil,
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3 einen in 2 mit III bezeichneten Ausschnitt des Saugventils in vergrößerter Darstellung.
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4 einen in 3 mit A-A bezeichneten Schnitt des Halteelements gemäß einem ersten Ausführungbeispiel, wobei eine in Einschieberichtung (V) abnehmende Dicke nur über einen kurzen Teil der gesamten Einschublänge vorhanden ist.
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5 einen in 3 mit A-A bezeichneten Schnitt des des Halteelements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei die in Einschieberichtung (V) abnehmende Dicke über den gesamten Teil der gesamten Einschublänge vorhanden ist.
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6 einen in 3 mit A-A bezeichneten Schnitt des Halteelements gemäß einem dritten Ausführungbeispiel, wobei die in Einschieberichtung (V) abnehmende Dicke einen gekrümmten Verlauf annimmt.
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7 eine in 4 mit B-B bezeichnete Draufsicht auf das Halteelement.
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8 und 9 einen in 4 mit IV bezeichneten Ausschnitt des Saugventils in vergrößerter Darstellung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt eine Schnittdarstellung einer schematisch dargestellten Hochdruckpumpe 1, die als Kraftstoffhochdruckpumpe ausgebildet ist und vorzugsweise bei einem Common-Rail-Einspritzsystem verbaut ist. Mittels der Hochdruckpumpe 1 wird von einem Kraftstoffniederdrucksystem, das zumindest einen Tank, einen Filter und eine Niederdruckpumpe aufweist, bereitgestellter Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher gefördert, aus dem der dort gespeicherte Kraftstoff von Kraftstoffinjektoren zur Einspritzung in zugeordnete Brennräume einer Brennkraftmaschine entnommen wird. Die Zubringung des Kraftstoffes zum Pumpenarbeitsraum erfolgt über ein elektro-magnetisches ansteuerbares Saugventil 2, wobei das elektromagnetisch ansteuerbare Saugventil nachfolgend noch erläutert wird, an der Hochdruckpumpe verbaut ist.
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Die Hochdruckpumpe 1 weist ein Pumpengehäuse 3 mit einem Nockenwellenraum 5 auf. In den Nockenwellenraum 5 ragt eine Nockenwelle 7 mit einem beispielsweise als Doppelnocken ausgebildeten Nocken 9 hinein. Die Nockenwelle 7 ist in zwei beidseits des Nockens 9 angeordnete und als Radiallager ausgebildeten Lagern in Form eines in dem Pumpengehäuse 3 angeordneten Gehäuselagers 11 und eines Flanschlagers 13, das in einem mit dem Pumpengehäuse 3 verbundenen Flansch 15, der den Nockenwellenraum 5 zur Umgebung hin dicht abschließt, gelagert. Der Flansch 15 weist eine durchgehende Öffnung auf, durch die ein antriebsseitiger Endabschnitt 17 der Nockenwelle 7 hindurch ragt. Der antriebsseitige Endabschnitt 17 weist beispielsweise eine Konus auf, auf den ein Antriebsrad aufgesetzt und gesichert ist. Das Antriebsrad ist beispielsweise als Riemenrad oder Zahnrad ausgebildet. Das Antriebsrad wird von der Brennkraftmaschine direkt oder indirekt beispielsweise über einen Riementrieb oder ein Zahnradgetriebe angetrieben.
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In das Pumpengehäuse 3 ist weiterhin eine Stößelführung 19 eingelassen, in die ein eine Laufrolle 21 aufweisender Rollenstößel 23 eingesetzt ist. Die Laufrolle 21 läuft auf dem Nocken 9 der Nockenwelle 7 bei einer Drehbewegung derselben ab und der Rollenstößel 23 wird somit in der Stößelführung 19 translatorisch auf und ab bewegt. Dabei wirkt der Rollenstößel 23 mit einem Pumpenkolben 18 zusammen, der in einer in einem Pumpenzylinderkopf 27 ausgebildeten Zylinderbohrung 29 ebenfalls translatorisch auf und ab bewegbar angeordnet ist.
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In einem von der Stößelführung 19 und der Pumpenbohrung 29 gebildeten Stößelfederraum 31 ist eine Stößelfeder 33 angeordnet, die sich einerseits an dem Pumpenzylinderkopf 27 und andererseits an dem Rollenstößel 23 abstützt und eine dauerhafte Anlage der Laufrolle 21 auf dem Nocken 9 in Richtung der Nockenwelle 7 sicherstellt. In dem Pumpenzylinderkopf 27 ist in Verlängerung des Pumpenkolbens 18 ein Pumpenarbeitsraum 35 gebildet, in den über das elektro-magnetisches ansteuerbares Saugventil 2 Kraftstoff eingebracht wird. Die Einbringung des Kraftstoffs erfolgt bei einer Abwärtsbewegung des Pumpenkolbens 18, während bei einer Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens 18 in dem Pumpenarbeitsraum 35 befindlicher Kraftstoff über einen Hochdruckauslass 39 mit einem eingesetzten Auslassventil 16 über eine weiterführende Hochdruckleitung in den Hochdruckspeicher gefördert wird. Die Hochdruckpumpe 1 ist insgesamt kraftstoffgeschmiert, wobei der Kraftstoff von dem Niederdrucksystem in den Nockenwellenraum 5 gefördert wird, der mit dem Saugventil 2 strömungsverbunden ist. Dieses elektro-magnetisches ansteuerbare Saugventil 2 und dessen Funktionalität wird im Folgenden beschrieben.
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Im Saugbetrieb der Hochdruckpumpe 1 ist das elektro-magnetisch ansteuerbare Saugventil 2 geöffnet und eine Verbindung des Pumpenarbeitsraums 35 mit dem Kraftstoffzulauf 26 hergestellt, so dass dem Pumpenarbeitsraum 35 über das Saugventil 2 Kraftstoff zugeführt wird. Im Förderbetrieb der Hochdruckpumpe 1 wird der dem Pumpenarbeitsraum 35 zugeführte Kraftstoff verdichtet und über das in dem Hochdruckauslass 39 angeordnete Hochdruckventil 16 einem Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) zugeführt. Im Verdichtungsbetrieb der Hochdruckpumpe 1, bei dem sich der Pumpenkolben 18 aufwärts bewegt, ist das Saugventil 2 geschlossen, wenn eine Kraftstoffförderung erfolgen soll, und dichtet den Pumpenarbeitsraum 35 gegenüber dem Kraftstoffzulauf 26 ab.
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Das in 2 dargestellte, an die Hochdruckpumpe 1 angebaute elektromagnetisch ansteuerbare Saugventil 2, weist ein kolbenförmiges Ventilelement 14 auf, welches in Schließrichtung von der Federkraft einer Schließfeder 12 beaufschlagt wird. Das kolbenförmige Ventilelement 14 weist einen Schaft 25, insbesondere einen zylindrisch geformten Schaft 25, und einen vergrößerten Kopf 34 auf. Zudem weist der Pumpenzylinderkopf 27 im Kontakbereich zum geschlossenen Ventilelement 14 einen Ventilsitz 36 auf. Das kolbenförmige Ventilelement 14 ist über den Schaft 25 in einer Bohrung 38 in dem Pumpenzylinderkopf 27 geführt und weist den im Durchmesser gegenüber dem Schaft 25 vergrößerten Kopf 34 auf. An diesem vergrößerten Kopf 34 des Ventilelements 14 ist eine Dichtfläche 37 ausgebildet, die in Schließstellung des Ventilelements 14 an dem Ventilsitz 36 im Pumpenzylinderkopf 27 zur Anlage kommt. Dadurch ist der Pumpenarbeitsraum 35 vom Kraftstoffzulauf 26 getrennt und es kann kein Kraftstoff zurückströmen.
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In 2 werden die Elemente eines elektromagnetischen Aktors dargestellt:
Dieser weist einen Magnetanker 10 mit einer zylindrischen Außenkontur und einer zentralen Bohrung 32 auf, wobei die zentrale Bohrung im Innendurchmesser einen gestuften Verlauf aufweist und eine Ringschulter 30 ausbildet. Eine starke Druckfeder 4 ragt zudem in diese zentrale Bohrung 32 des Magnetankers 10 hinein, die eine axiale Kraft auf den Magnetanker 10 zum Ventilelement 14 hin ausübt. Der Magnetanker 10 wird zudem hubbeweglich in einem Trägerelement 40 axial geführt. In radialer Richtung umgibt den Magnetanker 10 eine Magnetspule 6, die bei Bestromung ein Magnetfeld ausbildet und somit eine magnetische Kraft auf den Magnetanker 10 ausüben kann.
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Das Ventilelement 14 steht über einen Ankerbolzen 8 in Kontakt mit dem Magnetanker 10, wobei beide Elemente in axialer Richtung nicht miteinander verbunden sind, sondern nur durch magnetische Kräfte und Federkräfte in Anlage miteinander gehalten werden.
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In axialer Richtung wirkt die starke Druckfeder 4 auf den Ankerbolzen 8 und den Magnetanker 10. Die starke Druckfeder sorgt in unbestromten Zustand dafür, dass der Ankerbolzen 8 auf das Ventilelement 14 wirkt und es in geöffneter Position hält. Dem wirkt zwar die Schließfeder 12 entgegen, da jedoch die starke Druckfeder 4 eine höhere Federkraft besitzt wird das Ventilelement 14 in geöffnetem Zustand gehalten. Durch eine Bestromung des Magnetankers 10 mittels der Magnetspule 6 bewegt sich der Magnetanker 10 gegen die Kraft der Druckfeder 4 vom Ventilelement 14 weg, um den Arbeitsluftspalt 28 zu schließen. Durch das Wegbewegen verliert der Ankerbolzen 8 den kraftschlüssigen Kontakt zum Ventilelement 14 wodurch sich das Ventilelement 14 durch die Kraft der Schließfeder 12 in Richtung geschlossener Zustand bewegt. In vollständig geschlossenem Zustand des Ventilelements 14 liegt dieses mit der Dichtfläche 37 am Ventilsitz 36 an und dichtet den Pumpenarbeitsraum 35 gegenüber dem Kraftstoffzulauf 26 ab.
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Der in 3 dargestellte Auschnitt III zeigt im Detail, dass der Ankerbolzen 8 mit einer radialen nutförmigen Aussparung 24 versehen ist, in die das Halteelement 20 eingeschoben wird, um den Ankerbolzen 8 mit dem Magnetanker 10 formschlüssig zu verbinden, wobei im Halteelement eine entsprechende Aussparung 42 vorgesehen ist, die zur Aussparung 24 passt. Der Ankerbolzen 8 ist zylindrisch ausgeführt, bis auf den Bereich der Aussparung 24, in dem der Ankerbolzen 8 entweder zwei parallele und plane Oberflächen aufweist, die zur Aussparung 42 des Halteelements 20 passen, oder der Bereich der Aussparung 24 im Ankerbolzen ist als umlaufende Ringnut ausgeführt. Die Breite der Aussparung 42 ist nur wenig größer als die Breite des Ankerbolzens 8 im Bereich der Aussparung 24 und hat somit nur wenig Spiel. Des weiteren weist der Ankerbolzen 8 einen im Durchmesser vergrößerten Kopf 22 auf, der, aufgrund des gestuften Verlaufs des Magnetankers 10, wenn er in den Magnetanker 10 eingesteckt wird, auf der Ringschulter 30 aufliegt. Somit dient die Ringschulter 30 des Magnetankers 10 zur Abstützung des Ankerbolzens 8 in axialer Richtung über dessen im Durchmesser vergrößerten Kopf 22. Auf der gegenüberliegenden Seite vom vergrößerten Kopf 22 ragt der Ankerbolzen 8 aus dem Magnetanker 10 heraus und weist auf dieser Seite, insbesondere im Bereich der außerhalb des Magnetankers liegt, die radiale nutförmige Aussparung 24 auf. In diese nutförmige Aussparung 24 des Ankerbolzens 8, die zwei plane und gegenüberliegende Flächen aufweist, ist nun das Halteelement 20 eingeschoben, welches auch zwei plane und gegenüberliegende Fläche im Bereich der Aussparung 42 besitzt.
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Zudem ist zu erkennen, dass die starke Druckfeder 4 mit einer axialen Kraft direkt auf den vergrößerter Kopf 22 des Ankerbolzens 8 wirkt. Der Ankerbolzen 8 überträgt diese axiale Kraft dann zum einen über seinen vergrößerten Kopf 22 und die Ringschulter 30 auf den Magnetanker 10. Des weiteren übertragt der Ankerbolzen 8 die Kraft in axialer Richtung auch auf das Ventilelement 14. Im Falle einer Bestromung des Magnetankers 10 übt dieser eine axiale Kraft auf den vergrößerter Kopf 22 des Ankerbolzens 8 aus, der Ankerbolzen 8 gibt diese Kraft weiter an die starke Druckfeder 4 die sich hierdurch zusammendrückt. Weiterhin bewegen sich der Magnetanker und der Ankerbolzen hierbei in axialer Richtung weg vom Ventilelement 14, das sich durch die Beaufschlagung der Kraft der Schließfeder 12 in die gleiche axiale Richtung mitbewegt.
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Die in den 4, 5 und 6 dargestellte Schnittdarstellung des Schnittes A-A aus 3 zeigt unterschiedliche Ausführungsbeispiele des Halteelements 20.
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In 4 ist als erstes Ausführungsbeispiel abstrahiert dargestellt, dass das Halteelement in Einschieberichtung V eine abnehmende Dicke und/oder Höhe aufweist, um einen vorgespannten Formschluß zu erzielen. In diesem Fall ist der Bereich der abnehmenden Dicke nur über einen relativ kurzen Anteil der Einschublänge vorhanden.
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In 5 ist als zweites Ausführungsbeispiel abstrahiert dargestellt, dass das Halteelement in Einschieberichtung V eine abnehmende Dicke und/oder Höhe aufweist, um einen vorgespannten Formschluß zu erzielen. In diesem Fall ist der Bereich der abnehmenden Dicke über die gesamte Einschublänge vorhanden.
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In 6 ist als drittes Ausführungsbeispiel eine abstrahierte Kontur des Halteelements (20) dargestellt. Hierbei weist die Kontur einen gekrümmten Verlauf über die gesamte Einschublänge auf. Insbesondere muss der gekrümmte Verlauf über die gesamte Einschublänge jedoch nicht über eine kontinuierlich abnehmende Dicke verfügen, sondern kann ab – und zunehmend ausgeführt sein.
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Die in 7 dargestellte Draufsicht auf das Halteelement 20, welches insbesondere als Einpressscheibe ausgeformt ist, zeigt, dass das Halteelement 20 die eine Aussparung 42 besitzt, die es ermöglicht das Halteelement in die nutförmige Aussparung 24 des Ankerbolzens 8 einzuschieben. In der Draufsicht ist zu ersehen, dass das Halteelement 20 eine runde Form aufweist mit der nutenförmigen Aussparung 42, die zwei plane und parallele seitliche Flächen aufweist, die ein Einschieben zur Sicherung in den Ankerbolzen 8 ermöglichen.
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In 8 und 9 ist ein viertes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem zusätzlich zum Halteelement 20 ein separates Element zum Erzeugen der Vorspannung 41 vorgesehen ist, das insbesondere als Spannscheibe oder Federring ausgeführt ist. Dieses separate Element zum Erzeugen der Vorspannung 41 kann entweder, wie in 8 dargestellt, zwischen dem Magnetanker 10 und dem Haltelement 20 angeordnet sein, oder es befindet sich, wie in 9 dargestellt, zwischen dem Halteelement 20 und der vom vergrößerten Kopf 22 abgewandten Seite des Ankerbolzens 8.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013220593 A1 [0002, 0004]
