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Die Erfindung betrifft ein Expansionsventil zum Einsatz in einem Ventilgehäuse, mit einem Hydraulikteil, das zum Angeschlossen werden an das Ventilgehäuse, vorzugsweise zum Eingesetzt werden in das Ventilgehäuse, beispielsweise unter Bereitstellung eines Außengewindes, das auf ein Innengewinde des Ventilgehäuses angepasst ist, vorbereitet ist, wobei das Hydraulikteil mit einem Aktuatorteil, aufweisend einen Elektromotor / E-Motor zum Verlagern eines Stellelements, wie einer Ventilnadel, und einem Stecker zum Versorgen des Elektromotors mit elektrischem Strom, (vorzugsweise lösbar / reversibel) über zumindest einen Formschluss verbunden ist.
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Expansionsventile (EXV), besonders die für batterieelektrischen Fahrzeuge, beinhalten üblicherweise einen Elektromotor der durch einen Verschiebe- oder Verdrehmechanimus den wirksamen Querschnitt des Ventils variiert, um mehr oder weniger Betriebsmediumexpansion zu gewährleiten.
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Der Elektromotor umfasst einen Rotor und einen Stator. Der Rotor ist in eine Ventileinheit integriert, die mit einem Spaltrohr abgedichtet wird. Der Stator ist häufig mit Kunststoff umspritzt oder in einer Kunststoffhülle gefangen (Statorgehäuse), die den Stator vor Schmutz schützt und die Halterung der elektrischen Anbindung gewährleistet. Die Statoreinheit wird bei der Montage über das Spaltrohr gefahren und am Ventilkörper oder am Ventilblock befestigt.
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Die Befestigung erfolgt mit einer direkten oder indirekten Verschraubung der Statoreinheit am Ventilkörper oder am Ventilblock. Die Befestigung kann auch durch eine Verankerung eines Rahmenblechs, dass mit dem Statorgehäuse formschlüssig verbunden wird, erfolgen. Die Befestigung kann auch durch eine Verankerung eines Bajonettrings, der formschlüssig mit dem Statorgehäuse verbunden wird, mit dem Festziehen einer Konusschraube, erfolgen. Standard ist, dass Einschraubventile zweiteilig ausgeliefert und montiert werden. Zunächst wird der Ventilkörper in den Ventilblock eingeschraubt und danach der Antriebsmotor aufgesetzt und befestigt. Eine Möglichkeit der Orientierung von beidem wäre zum Beispiel die Gewindeanfänge am Ventil und im Ventilblock zueinander zu orientieren und den Motor zum Ventil später zu orientieren (z.B.: Nut/Feder). Die Gewindelösung ist fertigungstechnisch jedoch sehr aufwändig.
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Auch bekannt sind Lösung bei dem der Motor auf dem Ventil freidrehbar aufgesetzt wird und mittels einer Schraube und einem entsprechenden, zusätzlichen Montageschritt fixiert wird. Auch könnte man den Motor z.B. mittels einer (Blech-) Lasche im Ventilblock orientieren und befestigen. Dies setzt voraus, dass zusätzliche Befestigungsgeometrien z.B. mittel zusätzlichem Fräsaufwand, eingebracht werden. Diese ist mit monetärem Mehraufwand verbunden.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits unterschiedliche Expansionsventile bekannt, die beispielsweise zur Verbindung mit einem Ventilgehäuse auf eine Befestigung durch Anschraubaugen setzen. Hierzu sind beispielsweise entsprechende Lösungen aus dem VW ID3 und dem Renault Zoe bekannt. Befestigungen durch integrierte Gewinde sind auch aus dem Audi Q7 bekannt. Befestigungen durch Verschraubung eines umspritzten Rahmenblechs sind beispielsweise aus dem BMW 13 und dem Mercedes-Benz A213 830 5204/003 bekannt. Auch gibt es bereits Befestigungen mit Bajonettringen und Konusschrauben, die eher auf eine kraftschlüssige Verbindung setzen, so beispielsweise das Danfoss EXV Bypass-Design und das Danfoss EXV Base-Design. Es sind auch Befestigungen durch Schnapphaken am Statorgehäuse mit Verdrehsicherung am Ventiltopf bekannt, so beispielsweise das Danfoss Automotive iEXV-Ventil. Bei dieser Variante gibt das Ventilgehäuse / der Ventilblock die Einbaurichtung des Expansionsventils / Ventils vor. Der Ventilblock muss dadurch für jede Anwendung spezifisch ausgelegt werden.
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Statorbefestigungen bei Expansionsventile (EXV), besonders die für batterieelektrischen Fahrzeuge, sind kostenintensiv (viele Bauteile) und/oder montageintensiv (z.B. Verschraubung) und/oder unflexibel: Der Stator kann etwa nur in einer bestimmten Richtung eingebaut werden.
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Der Stand der Technik zeigt somit schon viele Lösungen zur Anwendung von Expansionsventilen am Ventilgehäuse auf, die jedoch nicht vollständig zufriedenstellend sind.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beseitigen oder wenigstens zu mildern.
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Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Expansionsventil erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Hydraulikteil und das Aktuatorteil zumindest geometrisch und stofflich so aufeinander abgestimmt sind, dass das Aktuatorteil an unterschiedlichen diskreten Stellen, insbesondere zur Einnahme unterschiedlicher Winkelpositionen zwischen dem Aktuatorteil und dem Hydraulikteil, am Hydraulikteil festlegbar ist bzw. festgelegt ist.
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Damit wird auch das Problem gelöst, dass bei Einschraubventilen / Cartridge-Ventilen die spätere, notwendige Orientierung beim Einschrauben des Ventilkörpers häufig nicht beibehalten werden kann. Das Problem dabei ist nämlich nicht die Orientierung des eigentlichen Ventils, da dieses quasi rotationssymmetrisch ist, es ist vielmehr durch den Stecker bedingt. Es ist nämlich so, dass der Antriebsmotor, bzw. der Anschlussstecker des Motors exakt nach der Montage positioniert sein muss. Bei engen Bauräumen kann dann mit anderen Bauteilen nämlich sonst eine Kollision auftreten. Insbesondere beim Verbauen mehrerer Ventile. Die vorgestellte Lösung stellt nun erfreulicherweise eine besonders einfache und kostengünstige Verbesserung sicher.
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Mit anderen Worten wird also eine Lösung vorgeschlagen, die auf zusätzliche Bearbeitungsschritte, z.B. in Form von Montage und/oder Bearbeitung, verzichtet. Der Ventilkörper bekommt zum einen, einen Zacken aufweisenden / kronenförmigen Antrieb, mittels dessen das Ventil eingeschraubt werden kann. Zum anderen wird der Verschraubungsanschlag so gewählt, dass zwischen einer „Antriebskrone“ und einem Ventilblock noch ein Freiraum / Abstand / Luft bestehen bleibt. Damit entsteht ein Hinterschnitt.
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Die Krone bekommt damit noch weitere Funktionen beim Aufstecken des Antriebsmotors. Der Antriebsmotor wird nun nach Kundenbedarf orientiert aufgesteckt. Die Freiräume zwischen den Zacken der Krone geben die Orientierung in ungefähr ±14° vor. In diese greifen entsprechende Zapfen auf dem Motorgehäuse ein. Damit ist der Motor orientiert. Zeitgleich wird auch das entstehende Motormoment darüber abgestützt. Schnapphaken, die ebenfalls im Motorgehäuse integriert sind, sichern den Motor in axialer Richtung.
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Damit ist die Montage bezüglich der Orientierung etwas gröber, aber durch die Steckmontage stark vereinfacht und schneller.
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Wie in den Figuren später noch dargestellt, können die Kronengeometrien unterschiedlich ausgeführt werden. Dies hat den Vorteil, dass für verschiedene Modelle unterschiedliche Werkzeuge benötigt werden (analog zu Vergasereinstellschrauben; Manipulation oder unterschiedliche Kunden). Auch gäbe es damit bei geschickter Wahl der unterschiedlichen Kronengeometrie eine Art Poka-Yoke-Konzept für den Fall, dass es unterschiedliche Ventile/Motoren gibt. Die Verbindung „Statoreinheit“ zu „Ventileinheit“ wird mit am Statorgehäuse integrierten Schnapphaken und Verdrehsicherungensrippen, verriegelt. Dadurch wird eine kosten- und montagegünstige Statorbefestigung und eine einstellbare Einbaurichtung des Stators ermöglicht.
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Der Vorteil der vorgeschlagenen Lösung ist die schnelle und einfache Steckmontage. Zwar wird durch die Krone ein spezielles Werkzeug beim OEM benötigt, aber der eigentliche Aufwand für die Montage des Ventils bleibt davon unberührt. Die Montage des Motors ist dafür aber deutlich schneller durch die angesprochene Steck- bzw. Clipsmontage.
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Auf diese Weise können insbesondere Expansionsventile für batterieelektrische Fahrzeuge verbessert werden. So genannte „Four-in-one-Thermomanagementsysteme“ lassen sich dann effizient gestalten.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn eine (ungewollte) Lösbarkeit / ein ungewolltes Lösen des Aktuatorteils vom Hydraulikteil in Axialrichtung durch wenigstens einen Schnapphaken oder eine Vielzahl von Schnapphaken, vorzugsweise über den Umfang gleich verteilte (drei oder sieben) Schnapphaken, verhindert / verunmöglicht / behindert ist und/oder wenigstens ein Verdrehsicherungsteil vorhanden ist oder eine Vielzahl von vorzugsweise über den Umfang gleich verteilte, beispielsweise drei oder sieben Verdrehsicherungsteile, vorhanden sind. Auf diese Weise kann einerseits die Verdrehung des Aktuatorteils relativ zum Hydraulikteil und andererseits die Axialverschiebung des Aktuatorteils relativ zum Hydraulikteil ausgeschlossen werden.
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Es hat sich auch bewährt, wenn der Schnapphaken oder die Schnapphaken und/oder das Verdrehsicherungsteil oder die Verdrehsicherungsteile ein integraler / einmaterialiger / einteiliger Bestandteil eines Startergehäuses des Aktuatorteils ist/sind. Die Fertigung mittels Kunststoffspritzgießverfahren bietet sich dann schon aus Kostengesichtspunkten an.
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Es ist von Vorteil, wenn das dem Aktuatorteil zugewandte Ende des Hydraulikteils eine Krone ausbildet. Gerade durch solch eine Krone kann beispielsweise das Einschrauben des Hydraulikteils in das Ventilgehäuse mittels eines auf die Krone angepassten Werkzeugs erleichtert werden. Kundenspezifische Lösungen lassen sich dann für einen Kunden festlegen. Poka-Yoke-Lösungen sind ein vorteilhaftes byproduct.
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Um die Montage zu erleichtern, ist es von Vorteil, wenn die Krone eine nach radial außen weisende Verzahnung aufweist.
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Proka-Yoke-Überlegungen zuträglich ist es, wenn die Lücken zwischen Vorsprüngen der Verzahnung viereckig, beispielsweise rechteckig / quadratisch oder gerundet oder spitz zulaufend / dreieckig ausgestaltet sind.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform ist auch dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrehsicherungsteil insbesondere auf seiner nach radial innen weisenden Seite bezüglich seiner Form auf die Lücken zum (nahezu / im Wesentlichen) spielfreien Eingreifen abgestimmt ist.
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Die Erfindung betrifft auch ein Ventilgehäuse mit einem Expansionsventil, das erfindungsgemäß ausgestaltet ist, wobei es besonders bevorzugt ist, wenn das Hydraulikteil des Ventilgehäuses ein- / angeschraubt ist oder über Verbindungsschrauben und/oder Verbindungsniete am Ventilgehäuse befestigt ist. Ein modularer Aufbau wird dadurch erleichtert.
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Dabei ist es von Vorteil, wenn zumindest eine Verbindungsschraube und/oder ein Verbindungsniet eine solche (axiale) Länge besitzt, dass sie/er in eine Verdrehsicherungsausnehmung des Aktuatorteils in das Verdrehsicherungsteil eingreift. Die Anzahl der Einzelkomponenten lässt sich somit reduzieren, was in der Montage Zeit einspart und auch Kosten reduziert.
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Letztlich hat es sich dabei als vorteilhaft herausgestellt, wenn zwischen dem Ventilgehäuse und dem Aktuatorteil eine (weitere) Verdrehsicherung besteht. Die über eine lange Lebensdauer geforderte Verlässlichkeit wird nämlich dadurch erhöht.
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Die Erfindung wird nachfolgend auch mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Expansionsventil, das in ein Ventilgehäuse / einen Ventilblock eingesetzt ist,
- 2 eine perspektivische Darstellung des Aktuatorteils des Expansionsventils aus 1,
- 3 das Hydraulikteil aus dem Expansionsventil der 1 in einer perspektivischen Darstellung,
- 4 ein separates Werkzeug zum Einschrauben des Hydraulikteils in das Ventilgehäuse, wobei das Werkzeug als Befestigung eines Flansches nach Art eines Kronenschlüssels ausgebildet ist,
- 5 und 6 der Ablauf des Aufsetzens des Aktuatorteils der vorhergehenden Figuren auf das Hydraulikteil der vorhergehenden Figuren,
- 7 bis 10 unterschiedliche Winkelpositionen des Steckers des Aktuatorteils relativ zu dem Hydraulikteil und dadurch auch zum Ventilblock am Ende des Montageprozesses,
- 11 bis 13 unterschiedliche Geometrien der dem Aktuatorteil zugewandten Seite eines Schnapphakens des Aktuatorteils,
- 14 bis 16 unterschiedliche Gestaltungen von in die Lücken der Verzahnung der Krone der 11 bis 13 eingreifenden Schnapphaken,
- 17 eine Längsschnitt-Darstellung des Zustandes beim Einsetzen des Aktuatorteils auf das Hydraulikteil, bei bereits vorinstallierter Spindel mit daran befestigtem Rotor und überdeckendem Spaltrohr,
- 18 eine Vergrößerung des Bereichs XVIII aus 1, wobei ein Dichtring zwischen einer Stirnseite des Hydraulikteils und einem ihr zugewandten Anschlag des Aktuatorteils vorhanden ist, um eine axiale Vorspannung in der Verbindung zu bewirken und gleichzeitig als Schmutzschutz zu wirken,
- 19 eine Vergrößerung des in das Ventilgehäuse eingesetzten Expansionsventils im fertig montierten Zustand in perspektivischer Darstellung,
- 20 eine weitere Ausführungsform zur Ausgestaltung jenes dem Hydraulikteil zugewandten Abschnitts des Aktuatorteils,
- 21 eine weitere Ausführungsform eines Expansionsventils mit verändertem Hydraulikteil, das zur Anbringung mit Befestigungsschrauben am Ventilgehäuse vorbereitet ist,
- 22 einen Ausschnitt eines Längsschnitts durch die Ausführungsform nach 21,
- 23 eine Variante zu der Ausführungsform nach 21, die statt auf Befestigungsschrauben auf wenigstens einen Niet setzt,
- 24 eine alternative Verdrehsicherung mit Befestigungsschrauben des Hydraulikteils am Ventilgehäuse, wobei eine Befestigungsschraube in Verdrehsicherungsausnehmungen des Aktuatorteils eingreift, und
- 25 eine Längsschnittdarstellung des Eingreifens von Befestigungsschrauben des Hydraulikteils in die Verdrehsicherungsausnehmung des Aktuatorteils / Statorteils nach der Ausführungsform gemäß 24.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Merkmale der einzelnen Ausführungsformen können untereinander ausgetauscht werden.
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In 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Expansionsventils 1 dargestellt. Es sit zum Einsatz in einem Ventilgehäuse 2 / Ventilblock vorgesehen. Das Expansionsventil 1 besitzt ein Hydraulikteil 3 und ein Aktuatorteil 4. Das Aktuatorteil 4 besitzt einen E-Motor / Elektromotor / elektrischen Motor 5 sowie einen Stecker 6. Das Aktuatorteil 4 kann auch als Statorteil bezeichnet werden.
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Das Aktuatorteil 4 besitzt Schnapphaken 7 und wenigstens ein Verdrehsicherungsteil 8. Ein Verdrehsicherungsteil 8 kann als Verdrehsicherungsrippe 9, wie auch in 2 gut zu erkennen, ausgebildet sein.
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Natürlich ist es möglich, dass ein Schnapphaken 7 selber als Verdrehsicherungsteil 8 / Verdrehsicherungsrippe 9 dient. Der Elektromotor 5 besitzt einen Rotor 10 und einen Stator 11. Zwischen dem Rotor 10 und dem Stator 11 gibt es ein Spaltrohr 12.
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Innerhalb einer Cartridge 13 ist eine Nadel 14, das als Stellelement 15 agiert, angeordnet. Eine Verlagerung der Nadel 14 / des Stellelements 15 in Axialrichtung, wird durch eine Spindel 16 erzwungen, die fest mit dem Rotor 10 verbunden ist. Fließt Strom durch den Stator 11, wird über Magnetkräfte eine Zwangsbewegung des Rotors 10 und damit der Spindel 16 gezeitigt, wodurch die Nadel 14, die in einem Gewinde innerhalb der Spindel 16 sitzt, nach oben oder unten, also in Axialrichtung 17 oder entgegen der Axialrichtung 17 verlagert wird. Die Radialrichtung ist mit dem Bezugszeichen 18 referenziert.
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Es gibt auch einen Vorspanndichtring 19, der auch in der 17 und 18 im Vordergrund steht.
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Das Aktuatorteil 4 besitzt ein Statorgehäuse 20. In der 3 ist das Hydraulikteil 3 mit einem Außengewinde. 21 dargestellt. An einem dem Aktuatorteil 4 zugewandten Ende 22 besitzt das Hydraulikteil 3 eine Verzahnung 23, nämlich eine Außenverzahnung. 24. Dabei gibt es Vorsprünge 25 und regelmäßig dazwischen angeordnete Lücken / Rücksprünge 26.
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In der 4 ist ein Werkzeug 27 nach Art eines Kronenschlüssels mit Eingriffselementen 28 dargestellt. Die Eingriffselemente 28 sind zum Eingreifen in die Lücken 26 des Hydraulikteils 3 vorgesehen.
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Unterschiedliche Einbaurichtungen für das Expansionsventil 1 sind in den 7 bis 10 visualisiert.
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Der Anfang des Eintrittsvorganges des Aktuatorteils 4 auf das Hydraulikteil 3 ist in der 5 dargestellt und die Endposition in der 6.
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Dass die Lücken 26 des Hydraulikteils 3 im Bereich der Verzahnung 23 viereckig, rund oder dreieckig ausgestaltet sein können, ist den 11 bis 13 zu entnehmen, genauso wie die entsprechend angepassten Schnapphaken 7 / Verdrehsicherungsteile 8 in den 14 bis 16 graphisch detailliert sind.
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Zu den 17 bis 19 ist auszuführen, dass die Verzahnung 23 am Hydraulikteil 3 im zweiten Schritt dazu dient die Montage der Einheit „Stator“ zu erleichtern. Die Einheit wird entlang des Spaltrohrs 12 verfahren, in die gewünschte Richtung orientiert und an das Hydraulikteil 3 geclipst.
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Wie in der 20 auch gut dargestellt ist, wird die Schnappverbindung durch einen Schnapphaken 7 oder durch eine Vielzahl an Schnapphaken 7 gewährleistet. Die Form und Lage der Schnapphaken 7 können sich unterscheiden. Die Verdrehsicherung kann durch ein einziges Verdrehsicherungsteil / Verdrehsicherungselement 8 oder durch eine Vielzahl an Verdrehsicherungsteilen 8 gewährleistet werden. Die Form und Lage der Verdrehsicherungen können sich unterscheiden.
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In der Ausführungsform der 21 und 22 sind extra spezielle Befestigungsschrauben 29 eingesetzt. Die Anordnung der elektrischen Anbindung des Elektromotors 5 kann variieren. Hier ist er beispielsweise um 90° versetzt. Die Erfindung deckt also auch weitere Flanschvarianten ab, wie zum Beispiel die Ausführungsform, bei der das Hydraulikteil 3 / der Flansch 3 mit Bund ausgebildet wird, welcher mit einer oder mehreren Befestigungsschrauben 29 oder, wie in der 23 dargestellt ist, mit Nieten 30 verbunden ist / befestigt wird.
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Alternativ kann die Verdrehsicherung auch mit den Befestigungsschrauben 29 des Hydraulikteils / Flansches 3 durchgeführt werden, wie in den 24 und 25 dargestellt ist. Dabei greift eine Befestigungsschraube 29 in eine Verdrehsicherungsausnehmung 31 auf der Außenseite des Statorgehäuses 20. Die Verdrehsicherungsausnehmungen 31 können auch als Verdrehsicherungsbohrungen ausgestaltet werden. Die Befestigungsschrauben 29 des Hydraulikteils 3 dringen in die Verdrehsicherungsausnehmungen 31 des Statorgehäuses 20 ein und gewährleisten dadurch die Verdrehsicherung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Expansionsventil
- 2
- Ventilgehäuse / Ventilblock
- 3
- Hydraulikteil / Flansch / Koppelelement
- 4
- Aktuatorteil / Aktorteil / Statorteil
- 5
- E-Motor / Elektromotor
- 6
- Stecker
- 7
- Schnapphaken
- 8
- Verdrehsicherungsteil / Verdrehsicherungselement
- 9
- Verdrehsicherungsrippe
- 10
- Rotor
- 11
- Stator
- 12
- Spaltrohr
- 13
- Cartridge / Kartusche / Patrone / Kassette
- 14
- Nadel / Ventileinheit
- 15
- Stellelement / Schließ- u. Öffnungsbauteil
- 16
- Spindel
- 17
- Axialrichtung
- 18
- Radialrichtung
- 19
- Vorspanndichtring
- 20
- Statorgehäuse
- 21
- Außengewinde
- 22
- Ende
- 23
- Verzahnung
- 24
- Außenverzahnung
- 25
- Vorsprung
- 26
- Lücke / Rücksprung
- 27
- Werkzeug
- 28
- Eingriffselement
- 29
- Befestigungsschraube / Verbindungsschraube
- 30
- Niet / Verbindungsniet / Befestigungsniet
- 31
- Verdrehsicherungsausnehmung
