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Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Das Saugventil dient der Versorgung einer Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, mit Kraftstoff. Ferner betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe mit einem solchen Saugventil.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2014 200 339 A1 ist ein elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, bekannt, das eine ringförmige Magnetspule zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker sowie einen Polkern umfasst, der gemeinsam mit dem Anker einen Arbeitsluftspalt begrenzt. Der Anker ist zumindest abschnittsweise von einem Ventilkörper umgeben, der vorliegend als Verschlussschraube ausgebildet ist und der Befestigung des Saugventils an der Hochdruckpumpe dient. Der Polkern und der Ventilkörper sind mittels einer Hülse verbunden, wobei die Verbindung der Hülse mit dem Polkern über eine Schweißnaht erfolgt. Da mit Anschlagen des Ankers am Polkern die Schweißnaht stark belastet wird, so dass die Gefahr besteht, dass die Bauteilverbindung vorzeitig versagt, wird zur Entlastung der Schweißnaht vorgeschlagen, den Polkern in Richtung des Ankers axial vorzuspannen. Auf diese Weise sollen die Robustheit der Bauteilverbindung und in der Folge die Robustheit des Saugventils gesteigert werden.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisch ansteuerbares Saugventil anzugeben, das besonders verschleißarm betreibbar ist, so dass die Robustheit weiter gesteigert wird.
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Zur Lösung der Aufgabe wird das elektromagnetisch ansteuerbare Saugventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird eine Hochdruckpumpe mit einem solchen Saugventil vorgeschlagen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das für eine Hochdruckpumpe eines Kraftstoffeinspritzsystems, insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, vorgeschlagene elektromagnetisch ansteuerbare Saugventil umfasst eine ringförmige Magnetspule zur Einwirkung auf einen hubbeweglichen Anker, der gemeinsam mit einem Polkern einen Arbeitsluftspalt begrenzt und zumindest abschnittsweise von einem Ventilkörper umgeben ist. Erfindungsgemäß ist in einer den Anker zumindest abschnittsweise aufnehmenden Ausnehmung des Ventilkörpers ein als Hubanschlag für den Anker dienendes, ein- oder mehrteilig ausgebildetes Anschlagelement eingesetzt und mit dem Ventilkörper kraft- und/oder formschlüssig verbunden.
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Durch Vorsehen eines ein- oder mehrteilig ausgebildeten Anschlagelements kann der Verschleiß im Anschlagbereich des Ankers weiter reduziert werden. Denn das Anschlagelement kann aus einem Werkstoff gefertigt sein, der besonders verschleißfest ist. Insbesondere kann das Anschlagelement aus einem anderen Werkstoff als der Ventilkörper ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend kann das Anschlagelement einer Nachbehandlung unterzogen, beispielsweise gehärtet worden sein, um die Verschleißfestigkeit zu steigern.
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Die kraft- und/oder formschlüssige Verbindung des Anschlagelements mit dem Ventilkörper stellt sicher, dass sich das Anschlagelement nicht relativ zum Ventilkörper bewegen kann. Das heißt, dass das Anschlagelement in Bezug auf den Ventilkörper lagefixiert ist. Dies wirkt sich verschleißmindernd aus, da das Anschlagelement weniger auf Reibung beansprucht wird.
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Die kraft- und/oder formschlüssige Verbindung wirkt ferner einem hydraulischen Kleben des Anschlagelements am Anker entgegen, wenn sich dieser vom Anschlagelement weg in Richtung des Polkerns bewegt. Dadurch, dass das Anschlagelement der Bewegung des Ankers nicht mehr folgen kann, ist auch die Gefahr beseitigt, dass sich das Anschlagelement in der Ausnehmung des Ventilkörpers schräg stellt und verklemmt, was zur Folge haben könnte, dass der Anker nicht oder nur verzögert in seine Ausgangslage zurückgestellt werden kann. Somit führt die kraft- und/oder formschlüssige Verbindung des Anschlagelements mit dem Ventilkörper auch zu einer höheren Funktionssicherheit.
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Die kraft- und/oder formschlüssige Verbindung des Anschlagelements mit dem Ventilkörper kann auf vielfältige Weise realisiert werden.
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Beispielsweise kann das Anschlagelement in die Ausnehmung des Ventilkörpers eingepresst sein. Der Presssitz kann zwischen einem Außenumfangsbereich des Anschlagelements und einem Innenumfangsbereich des Ventilkörpers erzielt werden, wenn der Außenumfangsbereich ein radiales Übermaß gegenüber dem Innenumfangsbereich besitzt. Eine Pressverbindung ist einfach und kostengünstig herstellbar. Über die Einpresstiefe des Anschlagelements kann der Ankerhub eingestellt werden.
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Alternativ oder ergänzend kann das Anschlagelement in die Ausnehmung des Ventilkörpers eingeklemmt sein. Der Klemmsitz führt vorzugsweise zu einer kraft- und formschlüssigen Verbindung des Anschlagelements mit dem Ventilkörper. Er kann über eine entsprechende ineinandergreifende Außen- bzw. Innenkontur am Anschlagelement und/oder am Ventilkörper realisiert werden. Beispiele werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
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Ferner kann das Anschlagelement in die Ausnehmung des Ventilkörpers eingeschraubt sein. Die Schraubverbindung führt ebenfalls zu einem Formschluss, so dass der Sitz des Anschlagelements im Ventilkörper sicher festgelegt ist. Ferner kann über die Einschraubtiefe des Anschlagelements der Ankerhub eingestellt werden.
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Bevorzugt weist das Anschlagelement zumindest einen Abschnitt oder ein Teil auf, der bzw. das ringförmig ausgebildet ist und unter einer radialen Vorspannung am Ventilkörper anliegt. Die radiale Vorspannung dient der Ausbildung eines Presssitzes, über den ein Kraftschluss zwischen dem Anschlagelement und dem Ventilkörper herstellbar ist. In einer besonders einfachen Ausgestaltung ist das Anschlagelement ringförmig ausgebildet und weist ein radiales Übermaß gegenüber der Ausnehmung des Ventilkörpers auf.
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Ferner bevorzugt ist das Anschlagelement in axialer Richtung an einem ringförmigen Absatz des Ventilkörpers abgestützt. Durch den ringförmigen Absatz ist die axiale Lage des Anschlagelements festgelegt, so dass der Absatz einer Relativbewegung des Anschlagelements gegenüber dem Ventilkörper in axialer Richtung entgegen wirkt.
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Des Weiteren bevorzugt weist das Anschlagelement zumindest einen Abschnitt oder ein Teil auf, der bzw. das hülsenförmig ausgebildet ist. Über den hülsenförmigen Abschnitt bzw. das hülsenförmige Teil kann der Bereich eines Presssitzes zwischen dem Anschlagelement und dem Ventilkörper vergrößert werden. Vorzugsweise liegt hierzu der hülsenförmige Abschnitt bzw. das hülsenförmige Teil radial innen am ringförmigen Absatz des Ventilkörpers unter einer radialen Vorspannung an. Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass der hülsenförmige Abschnitt bzw. das hülsenförmige Teil den Absatz formschlüssig umgreift. Auf diese Weise kann ein Formschluss bewirkt werden. Um diesen zu erzielen, kann am hülsenförmigen Abschnitt bzw. am hülsenförmigen Teil ein umlaufender Bundabschnitt ausgebildet sein, der um den Absatz geklemmt wird, so dass der Bundabschnitt den Absatz hintergreift. Der Formschluss kann aber auch über einzelne Rastnasen bewirkt werden, die am hülsenförmigen Abschnitt bzw. am hülsenförmigen Teil zur Herstellung des Formschlusses ausgebildet sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Anschlagelement mehrteilig ausgebildet und umfasst ein ringförmiges Teil und ein im Wesentlichen hülsenförmiges Teil. Die mehrteilige Ausführung vereinfacht die Fertigung des Anschlagelements. Ferner können unterschiedliche Werkstoffe eingesetzt werden, so dass diese auf die jeweilige Funktion eines Teils genau abstimmbar sind.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Ventilkörper eine Innenumfangsfläche mit einer Geometrie auf, in die das Anschlagelement eingreift. Die Geometrie kann beispielsweise ein Innengewinde sein, in die ein Außengewinde des Anschlagelements einschraubbar ist. Ferner kann die Geometrie eine Nut sein, in die ein Außenumfangsabschnitt des Anschlagelements formschlüssig einsetzbar ist. Die Geometrie kann durch eine umlaufende Nut oder mehrere, vorzugsweise in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnete Nuten oder Ausnehmungen ausgebildet sein, in die beispielsweise nach radial außen vorspringende Nasen des Anschlagelements eingreifen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Ventilkörper einen innerhalb der Ausnehmung angeordneten Kragenabschnitt auf, der das Anschlagelement formschlüssig umgreift. Der Kragenabschnitt kann insbesondere am ringförmigen Absatz des Ventilkörpers ausgebildet sein und zum Hintergreifen des Anschlagelements abgewinkelt ausgeführt sein. Der Kragenabschnitt kann auch mehrere Rastnasen aufweisen, die das Anschlagelement hintergreifen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Saugventil ist vorzugsweise der Anker mit einem hubbeweglichen Ventilglied mechanisch koppelbar und in Richtung des Ventilgliedes von der Federkraft einer Feder beaufschlagt. Der mit dem Ventilglied koppelbare Anker kann somit zur Betätigung des Ventilglieds eingesetzt werden.
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Der Anker kann unmittelbar oder mittelbar über einen Kontaktstift mit dem Ventilglied mechanisch koppelbar sein. Die Verwendung eines Kontaktstifts zur Kopplung besitzt den Vorteil, dass dieser aus einem besonders verschleißfesten Werkstoff gefertigt sein kann, so dass der Verschleiß an den Anschlag- und Kontaktflächen des Ankers weiter reduziert wird.
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Vorzugsweise ist die Federkraft der Feder, die den Anker in Richtung des Ventilglieds beaufschlagt, größer als die Federkraft einer weiteren Feder, die das Ventilglied in Schließrichtung beaufschlagt. Das Saugventil ist in diesem Fall als stromlos offenes Ventil ausgebildet, so dass die Bestromung der Magnetspule lediglich zum Schließen des Ventils erfolgt.
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Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner eine Hochdruckpumpe mit einem erfindungsgemäßen Saugventil vorgeschlagen. Das Saugventil ist dabei in ein Gehäuseteil der Hochdruckpumpe integriert. Das heißt, dass das Ventilglied des Saugventils über eine Bohrung des Gehäuseteils der Hochdruckpumpe geführt ist und/oder mit einem im Gehäuseteil der Hochdruckpumpe ausgebildeten Ventilsitz zusammenwirkt. Durch Integration des Saugventils in die Hochdruckpumpe kann eine besonders kompakt bauende Anordnung geschaffen werden.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch ein integriertes elektromagnetisch betätigbares Saugventil gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
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2 einen vergrößerten Ausschnitt der 1 im Bereich des unteren Hubanschlags für den Anker,
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3 einen vergrößerten Ausschnitt der 2 im Bereich des Anschlagelements,
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4 einen schematischen Längsschnitt durch ein Saugventil gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
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5 einen schematischen Längsschnitt durch ein Saugventil gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
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6 einen schematischen Längsschnitt durch ein Saugventil gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
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7 einen schematischen Längsschnitt durch ein Saugventil gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
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8 einen schematischen Längsschnitt durch ein Saugventil gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und
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9 einen schematischen Längsschnitt durch ein Saugventil gemäß einer siebten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Das in der 1 dargestellte elektromagnetisch ansteuerbare Saugventil ist in ein Gehäuseteil 15 einer Hochdruckpumpe integriert. Vorliegend bildet das Gehäuseteil 15 der Hochdruckpumpe eine Bohrung 16 aus, über welche ein Ventilglied 12 des Saugventils hubbeweglich geführt ist.
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Das Saugventil dient der Befüllung eines im Gehäuseteil 15 ausgebildeten Hochdruckelementraums 17 der Hochdruckpumpe mit Kraftstoff. Der Kraftstoff wird im Hochdruckelementraum 17 über die Hubbewegung eines Pumpenkolbens 18 mit Hochdruck beaufschlagt und anschließend über ein Auslassventil 19 einem Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) zugeführt.
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Wie der 1 zu entnehmen ist, ist das Ventilglied 12 des Saugventils in Schließrichtung von der Federkraft einer Feder 14 beaufschlagt. Die Feder 14 ist hierzu einerseits am Gehäuseteil 15, andererseits mittelbar über einen Federteller 20 am Ventilglied 12 abgestützt. Um das Saugventil entgegen der Federkraft der Feder 14 geöffnet zu halten bzw. zu öffnen, ist eine Feder 13 vorgesehen, deren Federkraft größer als die der Feder 14 ist. Die Feder 13 ist einerseits an einem Anker 2, andererseits an einem Polkern 3 abgestützt, der gemeinsam mit dem Anker 2 einen Arbeitsluftspalt 4 begrenzt. Da der Anker 2 mit dem Ventilglied 12 mechanisch koppelbar ist, kann die Federkraft der weiteren Feder 13 zum Öffnen bzw. Offenhalten des Ventilglieds 12 eingesetzt werden. Das Schließen des Saugventils kann mittels einer Magnetspule 1 bewirkt werden, die den Anker 2 zumindest abschnittsweise umgibt. Wird die Magnetspule 1 bestromt, bewegt sich der Anker 2 entgegen der Federkraft der Feder 13 nach oben in Richtung des Polkerns 3, um den Arbeitsluftspalt 4 zwischen dem Polkern 3 und dem Anker 2 zu schließen. Dabei löst sich der Anker 2 vom Ventilglied 12, so dass die kleinere Feder 14 das Saugventil zu schließen vermag. Wird die Bestromung der Magnetspule 1 beendet, stellt die Feder 13 den Anker 2 in seine Ausgangslage zurück, wobei der Anker 2 am Ventilglied 12 anschlägt und dieses aus seinem Sitz hebt.
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Der Bewegungsraum des Ankers 2 wird vorliegend einerseits durch den Polkern 3, andererseits durch ein Anschlagelement 7 begrenzt, das gemeinsam mit dem Anker 2 in einer zentralen Ausnehmung 6 eines Ventilkörpers 5 aufgenommen ist. Das Anschlagelement 7 ist mit dem Ventilkörper 5 formschlüssig verbunden und somit lagefixiert. Der Formschluss wird vorliegend über einen Kragenabschnitt 11 des Ventilkörpers 5 realisiert.
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Wie den 2 und 3 zu entnehmen ist, welche das Anschlagelement 7 des Saugventils der 1 jeweils in einer vergrößerten Darstellung zeigen, ist das Anschlagelement 7 ringförmig ausgebildet und in axialer Richtung an einem ringförmigen Absatz 8 des Ventilkörpers 5 abgestützt. Am ringförmigen Absatz 8 ist der Kragenabschnitt 11 ausgebildet, der an seinem Ende abgewinkelt ist, um das ringförmige Anschlagelement 7 zu hintergreifen (siehe auch 3).
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den 4 bis 9 dargestellt.
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Bei der Ausführungsform der 4 ist das Anschlagelement 7 wiederum ringförmig ausgebildet und an einem ringförmigen Absatz 8 des Ventilkörpers 5 abgestützt. Aufgrund eines radialen Pressübermaßes wird jedoch eine Pressverbindung (siehe Pfeile) zwischen dem Anschlagelement 7 und dem Ventilkörper 5 erreicht.
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Eine bevorzugte Weiterbildung ist in der 5 gezeigt. Hier wird ein Formschluss zwischen dem Anschlagelement 7 und dem Ventilkörper 5 mittels einer Geometrie 10 erreicht, die im Bereich einer Innenumfangsfläche 9 des Ventilkörpers 5 in Form einer umlaufenden Nut ausgebildet ist. In die Nut greift eine Außenkontur des ringförmigen Anschlagelements ein, die vorliegend als umlaufender Steg ausgebildet ist.
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Gemäß der Ausführungsform der 6 kann das Anschlagelement 7 auch einen hülsenförmigen Abschnitt aufweisen, der radial innen am ringförmigen Absatz 6 des Ventilkörpers 5 unter einer radialen Vorspannung anliegt. Der Bereich der Pressverbindung kann auf diese Weise vergrößert werden (siehe Pfeile).
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Um darüber hinaus einen Formschluss zu erzielen, kann, wie in der 7 beispielhaft dargestellt, der hülsenförmige Abschnitt des Anschlagelements 7 auch in der Weise ausgebildet sein, dass er den ringförmigen Absatz 8 des Ventilkörpers 5 hintergreift.
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Eine mehrteilige Ausführung des Anschlagelements 7 ist in der 8 dargestellt. Hier wird das Anschlagelement 7 aus einem ringförmigen ersten Teil 7.1 und einem im Wesentlichen hülsenförmigen zweiten Teil 7.2 gebildet. Über das hülsenförmige zweite Teil 7.2 kann eine Pressverbindung zwischen dem Anschlagelement 7 und dem Ventilkörper 5 erreicht werden (siehe Pfeile), während die beiden Teile 7.1 und 7.2 formschlüssig miteinander verbunden sind.
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Darüber hinaus kann auf einen ringförmigen Absatz 8 des Ventilkörpers 5 auch verzichtet werden. Stattdessen kann im Bereich einer Innenumfangsfläche 9 des Ventilkörpers 5 eine Geometrie 10 in Form eines Innengewindes ausgebildet sein, in welches das Anschlagelement 7 einschraubbar ist. Das Anschlagelement 7 weist hierzu ein Außengewinde 22 auf.
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Bei den Ausführungsbeispielen der 4 bis 9 erfolgt die mechanische Kopplung des Ankers 2 mit dem Ventilglied 12 mittelbar über einen Kontaktstift 21. Der Kontaktstift 21 schützt die Anschlag- und/oder Kontaktflächen am Anker 2 vor Verschleiß. Die Anordnung eines solchen Kontaktstifts 21 ist jedoch nicht zwingend erforderlich, so dass die Kopplung zwischen Anker 2 und Ventilglied 12 auch unmittelbar realisiert werden kann. Umgekehrt kann auch das in den 1 bis 3 dargestellte Saugventil einen Kontaktstift 21 zur mechanischen Kopplung des Ankers 2 mit dem Ventilglied 12 aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014200339 A1 [0002]
