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Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Aus der gattungsgemäßen
DE 199 07 732 B4 ist eine Betätigungsvorrichtung mit einem Polrohr, einer elektrischen Spule, einem topfartigen Spulenmantel und einer Polscheibe bekannt. Der Spulenmantel wird mittels einer Mutter auf dem Polrohr gehalten, wobei die Mutter mit einem O-Ring versehen ist, welcher die Mutter u.a. gegen Lösen sichert.
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Aus der
DE 10 2013 205 395 A1 ist eine weitere Betätigungsvorrichtung bekannt, bei welcher eine Mutter aus Kunststoff verwendet wird, die gegen Lösen gesichert ist.
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Aus der
US 6 202 688 B1 und der
US 2012/0 025 938 A1 sind weitere Betätigungsvorrichtungen bekannt.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sich die Spule mit der Polscheibe im Spulenmantel bei Erwärmung bzw. Abkühlung ungehindert ausdehnen bzw. zusammenziehen kann, ohne dass hierdurch die Vorspannung der Mutter beeinflusst wird. Ein unbeabsichtigtes Lösen der Mutter wird hierdurch vermieden. Weiter wird vermieden, dass die Polscheibe Kurzschlüsse an der Spule verursacht. Weiter kann auf gesonderte Sicherungsmaßnahmen für die Mutter verzichtet werden. Eine geeignete Vorspannung der Schraubverbindung bietet eine ausreichende Sicherheit gegen Lösen der Mutter. Darüber hinaus kann eine besonders platzsparende Mutter zum Einsatz kommen, so dass die Betätigungsvorrichtung wenig Bauraum benötigt.
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Gemäß Anspruch 1 wird vorgeschlagen, dass eine gesonderte Distanzscheibe vorgesehen ist, welche in Richtung der Längsachse an einem ersten Anlagebereich am Polrohr anliegt, wobei sie in entgegengesetzter Richtung an einem zweiten Anlagebereich an der Kopfseite des Spulenmantels derart anliegt, dass sich die Polscheibe und die Distanzscheibe nicht kraftübertragend berühren. Die Klemmkraft der Mutter wird also über die Distanzscheibe abgestützt, während die Polscheibe nicht von der Klemmraft der Mutter beaufschlagt ist. Bei einer Erwärmung der Spule kann die Polscheibe der Längenänderung der Spule ausweichen, so dass keine Verspannungen auftreten.
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Die Betätigungsvorrichtung wird vorzugsweise zur Betätigung eines Ventils verwendet. Vorzugsweise ist in dem Polrohr ein ferromagnetischer Anker linearbeweglich aufgenommen. Der Anker ist vorzugsweise mit einem beweglichen Steuerschieber des genannten Ventils bewegungsgekoppelt. Das Polrohr besteht vorzugsweise zumindest abschnittsweise aus einem ferromagnetischen Material. Der Spulenmantel ist vorzugsweise mit einem Kunststoffmaterial ausgefüllt, in welches die Spule eingebettet ist. Das Kunststoffmaterial ist vorzugsweise unter Verwendung des Spritzgussverfahrens in den Spulenmantel eingebracht. Vorzugsweise bildet die Polscheibe eine Führung hinsichtlich einer Bewegung in Richtung der Längsachse für den Spulenmantel, so dass sich die Montage des Spulenmantels vereinfacht. Vorzugsweise sind die Polscheibe und der Spulenmantel Bestandteil des magnetischen Rückschlusses der Betätigungsvorrichtung, so dass deren Magnetkraft groß ist. Die Mutter kann unmittelbar am Boden des Spulenmantels anliegen. Es ist aber auch denkbar, dass zwischen der Mutter und dem Boden des Spulenmantels eine Unterlegscheibe angeordnet ist.
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In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
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Es kann vorgesehen sein, dass der erste und der zweite Anlagebereich im Wesentlichen ringartig um die Längsachse herum angeordnet sind, wobei der zweite Anlagebereich einen größeren Abstand zur Längsachse aufweist als der erste Anlagebereich. Das Festdrehen der Mutter bewirkt somit eine Verbiegung der Mutter, so dass die Schraubverbindung eine gewisse Elastizität aufweist. Hierdurch ergibt sich eine erhöhte Sicherheit gegen Lösen der Mutter, insbesondere, wenn die Betätigungsvorrichtung Vibrationen ausgesetzt ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Distanzscheibe aus Stahl besteht. Die Distanzscheibe ist vorzugsweise so steif ausgeführt, dass auch, wenn die Schraubvorspannung vorhanden ist, keine kraftübertragende Berührung zwischen der Distanzscheibe und der Polscheibe stattfindet. Hierbei ist anzumerken, dass es unschädlich ist, wenn die Polscheibe lose an der Distanzscheibe anliegt. Es kommt einzig darauf an, dass die Polscheibe nicht unter Spannung gesetzt werden kann. Dies wird am sichersten verhindert, wenn von vorneherein ein Freiraum zwischen der Polscheibe und der Distanzscheibe vorhanden ist. Die Distanzscheibe besteht vorzugsweise aus ungehärtetem Stahl. Teurer Federstahl ist nicht erforderlich.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Mutter aus Stahl besteht. Im Stand der Technik werden typischerweise vergleichsweise große Kunststoffmuttern eingesetzt, um die Wärmeausdehnung der Spule auszugleichen. Mit der Erfindung kann eine vergleichsweise kleine Mutter aus Stahl verwendet werden, so dass Bauraum und in der Folge Kosten eingespart werden. Weiter wird durch die Mutter aus einem ferromagnetischen Material der magnetische Rückschluss verbessert, so dass die Magnetkraft der Betätigungsvorrichtung steigt.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Distanzscheibe in Form einer ebenen Platte mit konstanter Dicke ausgebildet ist, welche eine Ausnehmung aufweist, die der Polscheibe derart zugewandt ist, dass zwischen der Polscheibe und der Distanzscheibe ein Freiraum vorhanden ist. Durch den Freiraum soll verhindert werden, dass die Polscheibe von der Distanzscheibe gegen die Spule gedrückt wird. Hierdurch können Kurzschlüsse in der Spule entstehen, welche die Funktionsfähigkeit der Spule beeinträchtigen. Weiter ermöglicht der Freiraum, dass sich die Spule bei Erwärmung im Wesentlichen ungehindert ausdehnen kann. Insbesondere wird die Vorspannung der Mutter hierbei nicht verändert, so dass ein Lösen der Mutter nicht zu befürchten ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Ausnehmung in Richtung der Längsachse eine konstante Tiefe aufweist. Eine derartige Ausnehmung ist besonders einfach herstellbar.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Durchmesser der Ausnehmung gleich oder größer dem Außendurchmesser der Polscheibe ist. Hierdurch kann die Polscheibe bei einer Erwärmung der Spule in die Ausnehmung hinein gedrückt werden, ohne dass es zu einer Anlage zwischen der Polscheibe und der Distanzscheibe kommt.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Polscheibe abschnittsweise in die Ausnehmung hinein ragt. Diese Ausführungsform kann besonders einfach bei bereits bestehenden Betätigungsvorrichtungen nachgerüstet werden. Bei Betätigungsvorrichtungen gemäß dem Stand der Technik steht die Polscheibe oft etwas über den Spulenmantel über. Die vorstehend vorgeschlagene Distanzscheibe kann in diesen Fällen problemlos nachgerüstet werden, ohne dass der Spulenmantel oder die Polscheibe verändert werden müssen.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Polscheibe so tief im Spulenmantel versenkt eingebaut ist, dass zwischen der Polscheibe und der Distanzscheibe ein Freiraum vorhanden ist. Diese Ausführungsform kommt vorzugsweise bei Neukonstruktionen zum Einsatz, bei denen die Abmessungen des Spulenmantels und der Polscheibe im Wesentlichen frei gewählt werden können. Die Distanzscheibe ist vorzugsweise in Form einer ebenen Platte mit konstanter Dicke ausgeführt. Die obige Ausnehmung in der Distanzscheibe ist vorzugsweise nicht vorhanden. Wegen der Vorteile des Freiraums wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
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Es kann vorgesehen sein, dass der erste Anlagebereich von einem nach radial außen über das Polrohr überstehenden Abschnitt gebildet wird, der im Querschnitt betrachtet sechskantförmig ausgebildet ist. An die Sechskantform kann ein Schraubenschlüssel angesetzt werden, mit dem die Betätigungsvorrichtung an einem Ventil bzw. das Ventil an einem Ventilblock montiert werden kann.
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Es kann vorgesehen sein, dass der zweite Anlagebereich von einer ebenen Stirnfläche des Spulenmantels gebildet wird, welche senkrecht zur Längsachse angeordnet ist. Die genannte Stirnfläche ist besonders einfach herstellbar. Sie verläuft vorzugsweise ringartig um die Längsachse, wobei Unterbrechungen vorhanden sein können.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
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1 einen grobschematischen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung.
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1 zeigt einen grobschematischen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung 10. Die Betätigungsvorrichtung 10 umfasst ein Polrohr 12, welches sich entlang einer Längsachse 11 erstreckt. Innen in dem Polrohr 12 ist ein ferromagnetischer Anker 33 in Richtung der Längsachse 11 beweglich aufgenommen. Der Anker 33 ist vorzugsweise mit dem Steuerschieber eines (nicht dargestellten) hydraulischen Ventils bewegungsgekoppelt. Das Polrohr 12 kann einstückig an dem Ventil vorgesehen sein. Es kann aber auch als gesondertes Bauteil ausgebildet sein. Das Ventil ist vorzugsweise in Form eines Einschraubventils ausgebildet.
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Im einfachsten denkbaren Fall wird der Anker 33 von einer Feder 37 in eine Endstellung gedrückt, so dass ein Ende des Ankers 33 im Bereich eines Flussunterbrechungsabschnitts 35 im Polrohr 12 angeordnet ist. Abseits des Flussunterbrechungsabschnitts 35 besteht das Polrohr 12 aus einem ferromagnetischen Material. Der Flussunterbrechungsabschnitt 35 kann aus einem magnetisch nicht leitenden Material wie Kupfer bestehen. Es ist aber auch denkbar, dass das Polrohr 12 dort mit einer sehr geringen Wandstärke ausgebildet ist, so dass der ferromagnetische Werkstoff des Polrohrs in Sättigung gerät, wenn die Spule 30 unter Strom gesetzt wird. Mittels einer Strichlinie ist grobschematisch der ringartig geschlossene Verlauf des magnetischen Flusses um die Spule 30 eingezeichnet, welcher entsteht, wenn die Spule 30 unter Strom gesetzt wird. Der magnetische Fluss konzentriert sich auf Bereiche der Betätigungsvorrichtung 10, welche aus ferromagnetischem Material bestehen. Er wird daher vom Flussunterbrechungsabschnitt 35 in den Anker 33 abgelenkt. Die Magnetkräfte bewirken eine Kraft auf den Anker 33, welche in Richtung einer Verkleinerung des Luftspalts 34 gerichtet ist, so dass der Anker sich gegen die Kraft der Feder 37 verschiebt, bis der Luftspalt 34 das kleinstmögliche Maß aufweist. In der Folge muss der magnetische Fluss keinen Luftspalt mehr überbrücken, wobei er weitgehend vollständig in ferromagnetischem Material verläuft.
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Die Außenumfangsfläche des Polrohrs 12 ist im Wesentlichen kreiszylindrisch bezüglich der Längsachse 11 ausgebildet, wobei sie beispielsweise von einer Schlüsselfläche unterbrochen sein kann. Am freien Ende des Polrohrs 12 ist ein Außengewinde 13 angeordnet, auf welchem eine Mutter 20 aufgeschraubt ist, die aus Stahl besteht.
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An der Mutter 20 liegt ein Spulenmantel 40 unmittelbar an, wobei zwischen dem Spulenmantel 40 und der Mutter 20 eine Unterlegscheibe angeordnet sein kann. Der Spulenmantel 40 besteht aus Stahl und wurde ausgehend von einem ebenen Blech mit konstanter Dicke in eine topfartige Form umgeformt. Hierbei kommt vorzugsweise das Tiefziehverfahren zur Anwendung. Der Spulenmantel 40 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch bezüglich der Längsachse 11 ausgebildet. Er hat einen Boden 41, wobei am in Richtung der Längsachse 11 gegenüberliegenden Ende eine offene Kopfseite 42 angeordnet ist. Der Boden 41 ist in Form einer ebenen Platte mit konstanter Dicke ausgebildet, welche von einer Bohrung 44 durchsetzt ist, die konzentrisch zur Längsachse 11 ausgebildet ist. Die Bohrung 44 ist mit geringem Spiel an das Polrohr 12 angepasst, so dass der dortige Luftspalt möglichst klein ist, wobei idealerweise kein Luftspalt vorhanden ist.
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An den Boden 41 schließt sich einstückig der rohrartige Abschnitt 45 des Spulenmantels 40 an, welcher in Form eines bezüglich der Längsachse 11 kreiszylindrischen Rohres mit konstanter Wanddicke ausgebildet ist. Das dem Boden 41 gegenüberliegende Ende des rohrartigen Abschnitts 45 bildet die offene Kopfseite 42 des Spulenmantels 40. Dort wird der rohrartige Abschnitt in radialer Richtung von einer Ausnehmung 43 durchsetzt, durch welche elektrische Verbindungsleitungen von der elektrischen Anschlussstelle 31 zur Spule 30 geführt werden. Die Ausnehmung 43 ist im Wesentlichen rechteckig ausgebildet, wobei sie zur Kopfseite 42 hin offen ausgebildet ist. An der Kopfseite 42 hat der Spulenmantel 40 eine ebene Stirnfläche, welche senkrecht zur Längsachse 11 angeordnet ist, wobei die Stirnfläche den zweiten Anlagebereich 52 für die Distanzscheibe 50 bildet. Der magnetische Fluss 36 bei bestromter Spule 30 verläuft bevorzugt durch den ferromagnetischen Spulenmantel 40.
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Im Inneren des rohartigen Abschnitts 45 ist eine elektrische Spule 30 aufgenommen, welche das Polrohr 12 ringartig umgibt. Die Spule 30 ist in ein Kunststoffmaterial eingebettet, welches fest an dem Spulenmantel 40 anhaftet, so dass der Spulenmantel 40 und die Spule 30 eine im Wesentlichen untrennbare Baueinheit bilden. Die elektrische Anschlussstelle 31 wird ebenfalls von dem genannten Kunststoffmaterial gebildet. Das Kunststoffmaterial wird vorzugsweise im Spritzgussverfahren an den Spulenmantel 40 angeformt. Dabei werden die Spule 30 und der Spulenmantel 40 in die entsprechende Spritzgussform eingelegt, ehe der zähflüssige Kunststoff in die Spritzgussform eingespritzt wird.
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Weiter ist eine Polscheibe 60 vorgesehen, die in Form einer ebenen Platte mit konstanter Dicke ausgebildet ist. Die Polscheibe 60 wird von einer Bohrung 61 durchsetzt, welche kreiszylindrisch bezüglich der Längsachse 11 ausgebildet ist, wobei sie mit geringem Spiel an das Polrohr 12 angepasst ist. Der dortige Luftspalt ist möglichst klein ausgeführt, wobei idealerweise kein Luftspalt vorhanden ist. Die Außenumfangsfläche 62 der Polscheibe 60 ist kreiszylindrisch bezüglich der Längsachse 11 ausgebildet, wobei sie innen am Spulenmantel 40 an einer angepassten Gegenfläche mit geringem Spiel anliegt. Die Dicke der Polscheibe 60 in Richtung der Längsachse 11 ist vergleichsweise groß ausgebildet, damit die Außenumfangsfläche 62 eine Führung für den Spulenmantel 40 bildet, um dessen Montage zu vereinfachen. Der magnetische Fluss 36 bei bestromter Spule 30 verläuft bevorzugt durch die ferromagnetische Polscheibe 60. Die Polscheibe 60 kann unmittelbar an dem oben erläuterten Kunststoffmaterial anliegen, in welches die Spule 30 eingebettet ist.
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Weiter ist eine Distanzscheibe 50 vorgesehen. Die Distanzscheibe 50 besteht vorzugsweise aus Stahl, wobei diese Materialauswahl in erster Linie der Steifigkeit der Distanzscheibe 50 geschuldet ist. Die ferromagnetischen Eigenschaften der Distanzscheibe 50 sind vorliegend von untergeordneter Bedeutung, da der magnetische Fluss 36 in erster Linie durch die parallel angeordnete Polscheibe 60 geleitet wird.
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Die Distanzscheibe liegt einerseits an dem bereits angesprochenen zweiten Anlagebereich 52 an dem Spulenmantel 40 an. An ihrer in Richtung der Längsachse 11 gegenüberliegenden Seite liegt sie an einem ersten Anlagebereich 51 am Polrohr 12 an. Der erste Anlagebereich 51 ist an einem radial über das verbleibende Polrohr 12 überstehenden Abschnitt 14 angeordnet. Er ist in Form einer ebenen, ringartigen Anlagefläche ausgebildet, welche senkrecht zur Längsachse 11 angeordnet ist. Der radial überstehende Abschnitt 14 bildet vorliegend ein Sechskantprofil, mittels dem das Polrohr 12 bzw. das mit dem Polrohr 12 fest verbundene Ventil in einem Ventilblock eingeschraubt werden kann.
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Die vorstehend beschriebene Anordnung der Distanzscheibe 50 bewirkt, dass die Klemmkraft der Mutter 20 über den Spulenmantel 40 an der Distanzscheibe 50 abgestützt wird, wobei die Distanzscheibe 50 wiederum am Polrohr 12 abgestützt ist. Die Polscheibe 60 ist nicht an der Abstützung der Klemmkraft der Mutter 20 beteiligt. Sie kann sich vielmehr minimal im Spulenmantel 40 bewegen, so dass wärmebedingte Längenänderungen der Spule 30 keine Verspannungen bewirken. Die Vorspannkraft der Mutter 20 bleibt damit weitgehend unabhängig von der Temperatur der Spule 30 konstant, so dass ein Lösen der Mutter 20 nicht zu befürchten ist. Weiter wird die Polscheibe 60 nicht von der Klemmkraft der Mutter 20 in das Kunststoffmaterial gedrückt, in welche die Spule 30 eingebettet ist. Eine elektrisch leitende Berührung der Drahtwicklungen der Spule 30 und der Polscheibe 60 ist mithin ausgeschlossen, so dass ein Windungskurzschluss der Spule 30 vermieden wird.
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Die Distanzscheibe 50 ist in Form einer ebenen Platte mit konstanter Dicke ausgebildet, wobei sie an der der Polscheibe 60 zugewandten Seite mit einer Ausnehmung 55 versehen ist. Der Durchmesser der Ausnehmung 55 ist etwas größer als der Durchmesser der Polscheibe 60 ausgebildet, so dass die Polscheibe 60 die Distanzscheibe 50 nicht berührt. Vielmehr ist zwischen der Polscheibe 60 und der Ausnehmung 55 ein Freiraum 54 vorhanden und zwar unabhängig davon, wie stark die Distanzscheibe 50 von der Mutter 20 unter Biegespannung gesetzt wird. Die Tiefe der Ausnehmung 55 in Richtung der Längsachse 11 ist konstant ausgebildet. Die Außenumfangsfläche der Distanzscheibe 50 ist kreiszylindrisch bezüglich der Längsachse 11 ausgebildet. Weiter hat die Distanzscheibe 50 eine bezüglich der Längsachse 11 kreiszylindrische Bohrung 53, welche vom Polrohr 12 durchsetzt wird. Die Stirnfläche der Distanzscheibe 50, welche am ersten Anlagebereich 51 anliegt, ist eben und senkrecht zur Längsachse 11 ausgebildet. Gleiches trifft auf die ringartige Stirnfläche der Distanzscheibe 50 zu, welche am zweiten Anlagebereich 52 anliegt. Der zweite Anlagebereich 52 ist am radial äußeren Rand der Distanzscheibe 50 angeordnet, wobei der erste Anlagebereich 51 am radial inneren Rand der Distanzscheibe 50 angeordnet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Betätigungsvorrichtung
- 11
- Längsachse
- 12
- Polrohr
- 13
- Außengewinde am Polrohr
- 14
- radial überstehender Abschnitt
- 20
- Mutter
- 30
- Spule
- 31
- elektrische Anschlussstelle
- 33
- Anker
- 34
- Luftspalt
- 35
- Flussunterbrechungsabschnitt
- 36
- magnetischer Fluss
- 37
- Feder
- 40
- Spulenmantel
- 41
- Boden des Spulenmantels
- 42
- offene Kopfseite des Spulenmantels
- 43
- Ausnehmung im Spulenmantel
- 44
- Bohrung
- 45
- rohrartiger Abschnitt
- 50
- Distanzscheibe
- 51
- erster Anlagebereich
- 52
- zweiter Anlagebereich
- 53
- Bohrung in der Distanzscheibe
- 54
- Freiraum
- 55
- Ausnehmung
- 60
- Polscheibe
- 61
- Bohrung der Polscheibe
- 62
- Außenumfangsfläche der Polscheibe
