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EINLEITUNG
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Positionsüberwachungen, die verwendet werden, um Ventilpositionen für Kraftfahrzeuggetriebe zu identifizieren.
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Gegenwärtige Ventilpositionsüberwachungen, die zum Identifizieren von Ventilpositionen für automatische Getriebe verwendet werden, erfordern eine zweiteilige Baugruppe mit einem Magneten, der an einem Ventilschaft unter Verwendung von beispielsweise einer Klammer oder einem Befestigungselement befestigt ist. Die Befestigung zwischen dem Magnetelement und dem Schaft ermöglicht es dem Magneten, sich zu neigen, wenn sich der Magnet in Längsrichtung mit der Schaftbewegung bewegt. Da die Position des Magneten erfasst wird, kann jede Magnetneigung in Bezug auf eine echte Längsverschiebung eine fehlerhafte Positionsangabe des Magneten und daher eine fehlerhafte Anzeige der Ventilposition verursachen.
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Während gegenwärtige Ventilpositionssensoren ihren beabsichtigten Zweck erreichen, besteht somit ein Bedürfnis nach einem neuen und verbesserten System und einer Vorrichtung zum Ermitteln einer Ventilposition von Automatikgetriebe-Steuerventilen.
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Aus der Druckschrift
US 5 136 126 A ist beispielsweise ein kugelbasierter Kippschalter bekannt, welcher jedoch nicht auf einer magnetischen Erfassung beruht. In der Druckschrift
CN 1 04 279 205 A ist eine Kolben-Zylinder-Vorrichtung beschrieben, in der eine Position eines Bauteils magnetisch erfasst wird. Die Druckschrift
SU 788 217 A1 offenbart einen Übertragungsschalter, in dem eine Position einer Kugel magnetisch erfasst wird.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, einen verbesserten Magnetpositionsschalter bereitzustellen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß beinhaltet ein gekapselter Magnetpositionsschalter einen Rohrkörper. Mit einer Innenwand des Rohrkörpers sind mehrere Führungsschienen verbunden. Innerhalb des Rohrkörpers ist eine Magnetkugel positioniert und wird durch die mehreren Führungsschienen koaxial zu einer Längsachse des Rohrkörpers geführt. Mehrere Sensoren, die mit einem Schalter verbunden sind, sind entlang des Rohrkörpers positioniert. Die Sensoren erfassen und signalisieren eine Position der Magnetkugel innerhalb des Rohrkörpers.
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In einer Ausführungsform beinhaltet der Rohrkörper eine erste Stirnwand, die ein erstes Ende des Rohrkörpers verschließt, und eine entgegengesetzt positionierte zweite Stirnwand, die ein zweites Ende des Rohrkörpers verschließt.
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In einer Ausführungsform weist die zweite Stirnwand eine Öffnung auf, die koaxial mit der Längsachse des Rohrkörpers ausgerichtet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine Welle, die einen Ventilschaft eines Ventils definiert, verschiebbar in der Öffnung aufgenommen, die in der zweiten Stirnwand ausgebildet ist, und kontaktiert die Magnetkugel direkt, um die Magnetkugel zu verschieben.
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Gemäß einer Ausführungsform ist ein Vorspannelement innerhalb des Rohrkörpers positioniert, das die erste Stirnwand direkt berührt und die Magnetkugel berührt.
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Gemäß einer Ausführungsform spannt das Vorspannelement die Magnetkugel normalerweise in Richtung der zweiten Stirnwand vor.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Schalter ein Hall-Effekt-Schalter.
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Gemäß einer Ausführungsform beinhalten die mehreren Führungsschienen drei Führungsschienen, die in gleichem Winkel zueinander um einen inneren Umfang des Rohrkörpers herum positioniert sind.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die mehreren Führungsschienen ein nichtmagnetisches Metallmaterial.
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Gemäß einer Ausführungsform sind die mehreren Führungsschienen ein nichtmagnetisches Polymermaterial.
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Gemäß einer Ausführungsform definiert der Rohrkörper ein nichtmagnetisches Material.
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Gemäß einer Ausführungsform ist ein Vorspannelement innerhalb des Rohrkörpers positioniert, das eine Vorspannkraft bereitstellt, die zum Verschieben der Magnetkugel wirkt.
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Gemäß einer Ausführungsform berührt das Vorspannelement die Magnetkugel direkt.
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Gemäß einer Ausführungsform wirkt die Vorspannkraft des Vorspannelements koaxial zu der Längsachse des Rohrkörpers.
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In einem anderen, nicht beanspruchten Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein gekapselter Magnetpositionsschalter einen nichtmagnetischen Rohrkörper, der eine erste Stirnwand beinhaltet, die ein erstes Ende des Rohrkörpers verschließt, und eine gegenüberliegende zweite Stirnwand, die ein zweites Ende des Rohrkörpers verschließt. Mehrere gleichwinklig beabstandete nichtmagnetische Führungsschienen sind mit einer Innenwand des Rohrkörpers zwischen der ersten Stirnwand und der zweiten Stirnwand verbunden. Eine Magnetkugel ist innerhalb des Rohrkörpers positioniert und wird zwischen der ersten Stirnwand und der zweiten Stirnwand gehalten. Die Magnetkugel ist längs der mehreren Führungsschienen koaxial zu einer Längsachse des Rohrkörpers geführt. Entlang des Rohrkörpers sind mehrere Sensoren angeordnet, die mit einem Hall-Effekt-Schalter verbunden sind, wobei die Sensoren eine Längsposition der Magnetkugel innerhalb des Rohrkörpers erfassen und signalisieren.
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Gemäß einer Ausführungsform ist ein Vorspannelement innerhalb des Rohrkörpers positioniert, das die erste Stirnwand direkt berührt und die Magnetkugel berührt, um die Magnetkugel in Richtung der zweiten Stirnwand vorzuspannen.
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Gemäß einer Ausführungsform definieren die mehreren Führungsschienen ein Polymermaterial.
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Gemäß einer Ausführungsform definieren die mehreren Führungsschienen ein Metallmaterial.
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Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die zweite Stirnwand eine Öffnung, die koaxial mit der Längsachse des Rohrkörpers ausgerichtet ist. Die Öffnung nimmt verschiebbar eine Welle auf, die einen Ventilschaft eines Ventils definiert. Die Welle berührt die Magnetkugel direkt, um die Magnetkugel zu verschieben.
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Gemäß einem weiteren, nicht beanspruchten Aspekt beinhaltet ein gekapselter Magnetpositionsschalter einen Rohrkörper, der eine erste Stirnwand beinhaltet, die ein erstes Ende des Rohrkörpers verschließt, und eine gegenüberliegende zweite Stirnwand, die ein zweites Ende des Rohrkörpers verschließt. Mehrere Führungsschienen sind mit einer Innenwand des Rohrkörpers zwischen der ersten Stirnwand und der zweiten Stirnwand verbunden. Innerhalb des Rohrkörpers ist eine Magnetkugel zwischen der ersten Stirnwand und der zweiten Stirnwand positioniert und wird durch die mehreren Führungsschienen koaxial zu einer Längsachse des Rohrkörpers geführt. Mehrere Sensoren, die mit einem Schalter verbunden sind, sind entlang des Rohrkörpers positioniert. Die Sensoren erfassen und signalisieren dem Schalter eine Position der Magnetkugel innerhalb des Rohrkörpers. Ein Vorspannelement ist innerhalb des Rohrkörpers positioniert, wobei es die erste Stirnwand direkt kontaktiert und die Magnetkugel berührt. In der zweiten Stirnwand ist eine Öffnung erzeugt, die verschiebbar eine Welle aufnimmt, die einen Ventilschaft eines Ventils definiert. Die Welle berührt direkt die Magnetkugel, um die Magnetkugel in Längsrichtung gegen eine Vorspannkraft des Vorspannelements zu verschieben.
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Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur dem Zweck der Veranschaulichung dienen und nicht dazu beabsichtigt sind, den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu begrenzen.
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Figurenliste
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur dem Zweck der Veranschaulichung und sind nicht dazu beabsichtigt, den Umfang der vorliegenden Offenbarung auf irgendeine Weise zu begrenzen.
- 1 ist eine perspektivische vordere linke Ansicht auf einen gekapselten Magnetpositionsschalter gemäß einer exemplarischen Ausführungsform;
- 2 ist eine Querschnitts-Vorderansicht von Abschnitt 2 von 1;
- 3 ist eine Querschnitts-Vorderansicht modifiziert von 2;
- 4 ist eine Querschnitts-Endansicht von Abschnitt 4 von 2; und
- 5 ist eine perspektivische vordere linke Ansicht eines gekapselten Magnetpositionsschalters und eines Ventilkörpers gemäß einem exemplarischen Aspekt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist ihrer Art nach lediglich exemplarisch und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendung in keiner Weise einschränken.
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Unter Bezugnahme auf 1 beinhaltet ein gekapselter Magnetpositionsschalter 10 einen Rohrkörper 12 mit einer ersten Führungsschiene 14, einer zweiten Führungsschiene 16 und einer dritten Führungsschiene 18, die in Längsrichtung entlang einer Innenwand des Rohrkörpers 12 positioniert sind. Die erste, die zweite und die dritte Führungsschiene 14, 16, 18 sind gleichmäßig voneinander beabstandet und sind daher in Intervallen von ungefähr 120 Grad angeordnet. Eine erste Stirnwand 20 verschließt ein erstes Ende des Rohrkörpers 12 und eine zweite Stirnwand 22 verschließt ein zweites Ende des Rohrkörpers 12. Eine Magnetkugel 26 ist innerhalb des Rohrkörpers 12 positioniert und wird, wenn sie in Längsrichtung innerhalb des Rohrkörpers 12 verschoben wird, durch Kontakt mit der ersten, zweiten und dritten Führungsschiene 14, 16, 18 geführt und gestützt.
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Ein Vorspannelement 28, wie eine Druckfeder, und die Magnetkugel 26 sind in einem Hohlraum 30 positioniert, der in dem Rohrkörper 12 definiert ist, und spannen die Magnetkugel 26 normalerweise in eine erste Richtung „A“ vor. Eine Vorspannkraft des Vorspannelements 28 wirkt koaxial zu einer Längsachse des Rohrkörpers 12, der in größerem Detail unter Bezugnahme auf die 4-5 gezeigt und beschrieben ist. Die Magnetkugel 26 kann sich durch gleitenden oder rollenden Kontakt entlang der ersten, zweiten und dritten Führungsschiene 14, 16, 18 verschieben. Um den Bewegungswiderstand der Magnetkugel 26 zu minimieren, sind die erste, die zweite und die dritte Führungsschiene 14, 16, 18 aus einem nichtmagnetischen Material, wie Aluminium oder einem nichtmagnetischen Polymermaterial, hergestellt, das einen niedrigen Reibungskoeffizienten während der Verschiebung der Magnetkugel 26 bereitstellt.
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Unter Bezugnahme auf 2 und erneuter Bezugnahme auf 1 kontaktiert das Vorspannelement 28 sowohl die erste Stirnwand 20 als auch die Magnetkugel 26 und spannt die Magnetkugel 26 normalerweise in direkten Kontakt mit der zweiten Stirnwand 22 vor. Die Magnetkugel 26 kann jegliches magnetisiertes Material sein, wie ein Metall oder ein Seltenerdmaterial. Die Magnetkugel 26 ist in dem Hohlraum 30 zwischen der ersten Stirnwand 20 und der zweiten Stirnwand 22 aufgenommen. Eine Öffnung 24 ist in der zweiten Stirnwand 22 geschaffen, die einen Zugang von außerhalb der zweiten Stirnwand 22 bereitstellt, um die Magnetkugel 26 zu kontaktieren und zu verschieben, wie unter Bezugnahme auf 3 ausführlicher beschrieben.
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Unter Bezugnahme auf 3 und erneuter Bezugnahme auf 1-2, kann der gekapselte Magnetpositionsschalter 10 in Verbindung mit einem Positionserfassungssystem 32 wie folgt verwendet werden. Die Magnetkugel 26 kann in einer zweiten Richtung „B“ entgegen der ersten Richtung „A“ innerhalb des Hohlraums 30 gegen die Vorspannkraft des Vorspannelements 28 verschoben werden. Entlang einer Außenwand 34 des Rohrkörpers 12 sind ein oder mehrere Sensoren positioniert. In einem exemplarischen Aspekt weisen die Sensoren einen ersten Sensor 36 auf, der in der Nähe der Stelle der Magnetkugel 26 in ihrer Position angeordnet ist, die an der in 2 gezeigten zweiten Stirnwand 22 anliegt. Ein zweiter Sensor 38 ist ungefähr in der Mitte zwischen der ersten Stirnwand 20 und der zweiten Stirnwand 22 positioniert. Ein dritter Sensor 40 ist in der Nähe einer verschobenen Position der Magnetkugel 26 positioniert, wenn sie sich in der Nähe der ersten Stirnwand 20 befindet, wie dargestellt. Der erste, zweite und dritte Sensor 36, 38, 40 sind jeweils mit einem Hall-Effekt-Schalter 42 verbunden, der gemäß der Erzeugung einer Spannungsdifferenz, definiert als Hall-Spannung an einem elektrischen Leiter, quer zu einem elektrischen Strom im Leiter und einem Magnetfeld senkrecht zum Strom wirkt.
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Eine Welle 44, wie beispielsweise ein Ventilschaft, der während des Übergangs von einer Fahrzeugbetriebs- zu einer Fahrzeugparkposition eines Kraftfahrzeuggetriebes verschoben wird, erstreckt sich in die Öffnung 24, die in der zweiten Stirnwand 22 ausgebildet ist. Wenn die Welle 44 in der zweiten Richtung „B“ verschoben wird, zum Beispiel wenn das Getriebe in eine Parkposition gewechselt wird, kontaktiert die Welle 44 direkt die Magnetkugel 26 und versetzt die Magnetkugel 26 in die zweite Richtung „B“. Wenn sich die Magnetkugel 26 bewegt, bewegt sich auch das von der Magnetkugel 26 erzeugte Magnetfeld entsprechend, und die Position der Magnetkugel 26 in dem Hohlraum 30 kann unter Verwendung eines Hall-Effekt-Schalters und von Sensoren gemessen werden.
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Wenn sich die Magnetkugel 26 in der in 2 gezeigten Position befindet, in der sie die zweite Stirnwand 22 direkt kontaktiert, wird das Magnetfeld und daher die Position der Magnetkugel 26 durch den nächstgelegenen Sensor, den ersten Sensor 36, erfasst. Wenn sich die Magnetkugel 26 in der zweiten Richtung „B“ bewegt, wird das Vorspannelement 28 komprimiert, und wenn die Magnetkugel 26 den zweiten Sensor 38 passiert, wird eine zweite erfasste Position der Magnetkugel 26 in einer Mittelposition an dem Hall-Effekt-Schalter 42 gelesen. Wenn sich die Magnetkugel 26 weiter in die zweite Richtung „B“ bewegt, wird das Vorspannelement 28 weiter komprimiert, und wenn die Magnetkugel 26 den dritten Sensor 40 passiert, wird eine dritte erfasste Position der Magnetkugel 26 in einer verschobenen Position an dem Hall-Effekt-Schalter 42 gelesen. Unter Verwendung einer bekannten Verschiebung der Welle 44, beispielsweise der bekannten Verschiebung zwischen einer Getriebeeingriffsposition und einer Getriebeparkposition, kann das Signal, das durch den dritten Sensor 40 an der dritten erfassten Position der Magnetkugel 26 erzeugt wird, als Bestätigung verwendet werden, dass das Getriebe in die Parkposition platziert wurde.
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Wenn die Welle 44 anschließend in der ersten Richtung „A“ entgegengesetzt verschoben wird, verschiebt die Vorspannkraft des Vorspannelements 28 die Magnetkugel 26 in der ersten Richtung „A“. Die erfasste Position der Magnetkugel 26 ändert sich, wenn ihre Position, die durch die Signale von dem dritten Sensor 40, dem zweiten Sensor 38 und dem ersten Sensor 36 weitergeleitet wird, empfangen wird. Wenn die Magnetkugel 26 wieder die zweite Stirnwand 22 berührt, wird ihre Position durch ein Signal von dem ersten Sensor 36 angezeigt.
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Unter Bezugnahme auf 4 ist es für eine genaue Bestimmung der Position der Magnetkugel 26, wenn sie innerhalb des Hohlraums 30 verschoben wird, vorzuziehen, dass sich die Magnetkugel 26 so nahe wie möglich entlang einer Bahn bewegt, um mit einer Längsachse 46 des Rohrkörpers 12 kollinear zu werden. Die Verwendung von mindestens drei Führungsschienen, einschließlich der ersten, zweiten und dritten Führungsschiene 14, 16, 18, stützt die Magnetkugel 26 entlang ihrer Bewegungsbahn ab. Jede nachfolgende der Führungsschienen 14, 16, 18 ist unter einem gleichen Winkel Alpha (α) von einer anderen der Führungsschienen ausgerichtet. Wenn drei Führungsschienen verwendet werden, beträgt der Winkel α daher 120 Grad. Jede der ersten, zweiten und dritten Führungsschienen 14, 16, 18 ist an einer Innenfläche 48 des Rohrkörpers 12 befestigt. Als ein weiteres Beispiel wird, wenn vier Führungsschienen verwendet werden, ist Winkel α dementsprechend gleich 90 Grad. Eine Außenfläche 50 der Magnetkugel 26 kontaktiert eine Innenfläche 52 von jeder der ersten, zweiten und dritten Führungsschienen 14, 16, 18 entlang einer wesentlichen Länge der ersten, zweiten und dritten Führungsschienen 14, 16, 18 direkt. Die Innenflächen 52 jeder der ersten, zweiten und dritten Führungsschienen 14, 16, 18 sind daher im Wesentlichen parallel zueinander orientiert. Die Innenflächen 52 jeder der ersten, zweiten und dritten Führungsschienen 14, 16, 18 können im Wesentlichen planar sein oder können eine konkave Krümmung aufweisen, die einer konvexen Krümmung der Außenfläche 50 der Magnetkugel 26 entspricht.
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Unter Bezugnahme auf 5 und erneuter Bezugnahme auf 1-4, ist in einer exemplarischen Anwendung des gekapselten Magnetpositionsschalters 10 der Rohrkörper 12 so bemessen, dass er gleitend in einer Öffnung 54 eines Ventilkörpers 56 eines Kraftfahrzeuggetriebes aufgenommen werden kann. Der gekapselte Magnetpositionsschalter 10 kann unter Verwendung eines Befestigungselements 58, das mit dem Ventilkörper 56 verschraubt ist, gehalten werden. Die Welle 44 definiert einen Ventilschaft eines Ventils 60, das sich in ein entgegengesetztes Ende der Öffnung 54 erstreckt, um verschiebbar in der Öffnung 24 aufgenommen zu werden, die in der zweiten Stirnwand 22 ausgebildet ist, wie unter Bezugnahme auf 3 beschrieben ist. Ein Vorspannelement 62, wie eine Druckfeder, spannt das Ventil 60 von dem gekapselten Magnetpositionsschalter 10 weg vor.
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Ein gekapselter Magnetpositionsschalter 10 der vorliegenden Offenbarung bietet mehrere Vorteile. Diese schließen die Eliminierung eines Verbinders ein, der jetzt verwendet wird, um den Ventilschaft bekannter Ventile mit einer Sensorvorrichtung zu verbinden. Bekannte Verbinder können es dem Magneten ermöglichen, zu kippen, wenn der Magnet sich in Längsrichtung mit der Bewegung des Schaftes verschiebt, was zu einer fehlerhaften Positionserfassung führt. Die Welle 44 des gekapselten Magnetpositionsschalters 10 ist koaxial mit der Längsachse 46 des Rohrkörpers 12 ausgerichtet, berührt direkt die Magnetkugel 26 und weist daher an dieser Verbindung keinen Verbinder auf. Die Magnetkugel 26 minimiert das Potential für die axiale Position der Magnetkugel 26 entlang ihres Wegs auf der Längsachse 46 des Rohrkörpers 12 innerhalb des Rohrkörpers 12, um eine fehlerhafte Ventilpositionsablesung zu erzeugen. Die Verwendung von mehreren Führungsschienen 14, 16, 18 stellt sicher, dass die Magnetkugel 26 nicht von der Längsachse 46 des Rohrkörpers 12 verdrängt oder verschoben wird.
