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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen proportionalen Betätigungsmagneten,
insbesondere für ein
Magnetventil, umfassend ein erstes Pohlrohr, in welchem ein Magnetanker
axial beweglich angeordnet ist, und ein zweites Pohlrohr, in welchem
ein Ventilstößel axial
beweglich geführt
ist, welcher mechanisch mit dem Magnetanker verbunden ist, und wobei der
Ventilstößel einen
aus dem zweiten Polrohr herausgeführten Endbereich aufweist,
welcher als Ventilsitz ausgebildet ist, wobei weiterhin ein nicht
magnetischer Distanzring zwischen dem ersten Polrohr und dem zweiten
Polrohr angeordnet ist.
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Derartige
Betätigungsmagnete
weisen einen Ankerhub von ca. 2 mm auf, sodass ein Fluidstrom über einen
Ventilsitz schalt- bzw. regelbar ist, wobei der Ventilsitz an einem
Ventilstößel ausgebildet
ist, welcher mit dem Magnetanker mechanisch in Verbindung steht.
Das erste Polrohr sowie das zweite Polrohr ist aus einem magnetischen
Material hergestellt, wobei die Polrohre bezüglich ihres Magnetflusses über den
nicht magnetischen Distanzring von einander getrennt sind. Damit
kann eine Proportionalität des
Betätigungsmagneten
erzielt werden, wobei die Proportionalität den Hub des Magnetankers
in Abhängigkeit
der Spannung bzw. der Leistungsaufnahme der elektrischen Spule beschreibt,
welche außenseitig
um die Polrohre angeordnet ist.
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Um
eine mechanische Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Polrohr
zu schaffen, können diese
entweder über
einen Spulenträger
miteinander verbunden sein, indem die Polrohre in den Spulenträger über eine
Passung eingesetzt sind. Alternativ können die Polrohre über eine
Fügeverbindung
mit dem nicht magnetischen Distanzring miteinander verbunden sein.
Diese Fügeverbindung
kann eine Schweißverbindung
oder eine Lötverbindung
umfassen, wobei zur Schaffung der Fügeverbindung beide magnetischen
Polrohrstücke über eine
spanende Bearbeitung ihrer erforderlichen Kontur vorbereitet sind. Nach
der Herstellung der Schweiß-
bzw. Lötverbindung
erfolgt wiederum eine spanende Nachbearbeitung auf Fertigmaß.
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Aus
der
DE 199 07 732
A1 ist ein proportionaler Betätigungsmagnet für ein hydraulisches
Magnetventil umfassend ein zweites Polrohr zur Aufnahme eines Ventilkegels,
sowie ein Polrohr zur Aufnahme eines Ankers bekannt. Das zweite
Polrohr gliedert sich dabei in einen Ventilkegelbereich, an den sich
ein gegenüberliegend
angeordnetes vorderes Polrohr anschließt. Dabei ist in einem Übergangsbereich
zwischen dem Ventilkegelbereich und dem Polrohr ein Konusbereich
vorgesehen, der mit einem einstückig
mit dem ersten Polrohr und dem zweiten Polrohr in Verbindung stehenden
nicht magnetischen Materialbereich ausgebildet ist. Der Übergangsbereich
zwischen den Polrohren ist so ausgeformt, dass mit dem Betätigungsmagnet
auf den Ventilkegel eine Kraft erzeugt wird, die proportional zum
angelegten Strom ist. Somit ist ein proportionales Verhalten des Betätigungsmagneten
erzielbar, wobei die Polrohre zwecks Verbindung entweder durch ein
Fügeverfahren
miteinander verbunden werden müssen
oder in den Spulenträger
eingepresst werden.
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Die
DE 33 09 904 C2 offenbart
einen Betätigungsmagneten
mit einem Gehäuse,
in dem ein die Magnetwicklung tragender Spulenträger angeordnet ist, mit einem
innerhalb des Spulenträgers
hin- und her bewegbar gelagerten, mindestens einen Stößel tragenden
Magnetanker und mit das Gehäuse
abschließenden
Endstücken,
wobei zur Führung
des Ankers eine aus magnetischem Material bestehende zum Magnetanker
hin einen Luftspalt bildende, neben der Ankerführung sogleich zur Magnetflussumlenkung
dienende Buchse, innerhalb des Spulenträgers vorgesehen ist, die auf
ihrer zum Anker hinweisenden Oberfläche eine magnetisch nicht leitende Gleitschicht
aufweist, wobei der Luftspalt durch die Gleitschicht ersetzt ist.
Ein Luftspalt weist dabei zumindest ähnliche unmagnetische Eigenschaften
wie ein nicht magnetisches metallisches oder synthetisches Material
auf.
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Bei
den bekannten Ausführungsformen
der Verbindung zwischen den Polrohren sowie dem Distanzring tritt
das Problem auf, dass der Bereich der Endkontur der Polrohre durch
einen Schweißprozess verändert wird,
da das Material im Bereich der Endkontur prozessbedingt aufgeschmolzen
wird und sich im wieder erstarrten Zustand eine Veränderung
in der Endkontur ergibt. Die geänderte
Endkontur kann einen negativen Einfluss auf die magnetischen Eigenschaften
bzw. auf die Ausbildung der Magnetfeldlinien haben, was zu einer
Beeinträchtigung
der Proportionalität
des Betätigungsmagneten
führt.
Hinzu kommt, dass eine spanende Nachbearbeitung erforderlich sein
kann, um nach dem Fügeprozess
die gewünschte
Kontur beispielsweise durch ein Überdrehen
wieder herzustellen. Dieser weitere Fertigungsschritt verursacht
erhebliche Kosten, da zudem beide Polrohrstücke vorgedreht werden müssen, wobei
ein Fertigungsaufmaß berücksichtigt
werden muss. Bezüglich
eines Lötverfahrens
ist die Bestimmung einer erforderlichen Lötfuge problematisch, da unterschiedliche
Spaltmaße
in der Lötfuge
ebenfalls einen Einfluss auf die Ausbildung des Magnetfeldes haben können.
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Hinsichtlich
einer Ausführung
des mit einem Luftspalt zwischen den Polrohren ist eine zusätzliche Stützkonstruktion
erforderlich, welche beispielsweise durch den Spulenträger gegeben
sein kann. Hierbei ist zu berücksichtigen,
dass auch zwischen dem Polrohr und dem Spulenträger eine zumindest kraftschlüssige Verbindung
hergestellt sein muss, um die beiden Polrohre zueinander zu positionieren.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen proportionalen
Betätigungsmagneten
zu schaffen, bei dem die genannten Nachteile des Standes der Technik überwunden
werden und durch eine einfache Verbindung der Polrohre eine definierte
Ausbildung des Magnetfeldes möglich
ist, um die Proportionalität
des Betätigungsmagneten
zu erhalten.
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Diese
Aufgabe wird ausgehend von einem proportionalen Betätigungsmagneten
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen
gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die
Erfindung schließt
die technische Lehre ein, dass das erste Polrohr, das zweite Polrohr
sowie der Distanzring über
Verbindungselemente lösbar miteinander
verbindbar sind und die Polrohre über den Distanzring in axialer
und radialer Richtung zueinander ausrichtbar sind.
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Die
erfindungsgemäße Lösung bietet
den Vorteil, dass beide Polrohre miteinander verbindbar sind, ohne
ein Schweiß-
oder Lötverfahren
anzuwenden. Somit entfällt
eine spanende Nachbearbeitung, und die Bauteile können vor
der Montage direkt auf Endmaß gefertigt
werden. Hinsichtlich der Ausbildung der Endkonturen der beiden Polrohre ändern sich
diese nicht durch die Fügeverbindung,
so dass die Proportionalität
des Betätigungsmagneten
nicht beeinträchtigt
bzw. verschlechtert wird. Die Verbindungselemente können dabei
als Schrauben ausgeführt
sein, wobei das erste Polrohr endseitig einen Deckel aufweist, in
welchem die Schrauben angeordnet sind, wobei sich diese durch das
erste Polrohr hindurch erstrecken und im zweiten Polrohr einschraubbar
sind. Durch die Wahl einer Schraubenverbindung ist eine Demontage
des Betätigungsmagneten
möglich
und beliebig häufig
wiederholbar, so dass beispielsweise im Rahmen von Wartungsarbeiten
Dichtelemente etc. getauscht werden können. Mittels der als Schrauben
ausgeführten
Verbindungselemente wird der rückseitig
am ersten Polrohr angeordnete Deckel, das erste Polrohr, der nicht
magnetische Distanzring, sowie das zweite Polrohr miteinander verspannt,
so dass über
eine Zugbelastung der Schrauben ein geschlossener Kraftfluss innerhalb der
genannten Komponenten erzeugbar ist. Die Positionierung der einzelnen
Komponenten zueinander kann über
Zentrierabschnitte und entsprechende Auflageflächen durch plan ausgeführte Endkonturen erreicht
werden. Somit entfällt
zudem eine Stützrohrkonstruktion,
so dass beispielsweise ein Wicklungsgehäuse entsprechend vereinfacht
ausgeführt
sein kann.
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Die
Schrauben sind dabei innerhalb des ersten Polrohres angeordnet und
erstrecken sich durch diesen hindurch vom Deckel bis in das zweite
Polrohr, in welchem Gewindebohrungen vorgesehen sein können, in
die die Schrauben eingeschraubt sind. Der Schraubenkopf kann dabei
im Deckel versenkt sein, wobei eine Dichtung zwischen dem Schraubenkopf
und dem Deckel vorgesehen sein kann, um das Eindringen von Verunreinigungen
in den Innenraum des ersten Polrohres zu vermeiden. Gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
sind zwei Schrauben als Verbindungselemente vorgesehen, welche auf
180°C gegenüberliegend
im rotationssymmetrisch ausgeführten
Betätigungsmagneten angeordnet
sind.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Distanzring
innenseitig einen Zylinderabschnitt aufweist, in dem der Magnetanker axial
führbar
ist. Gemäß der vorgeschlagenen
Ausführungsform
des Distanzrings kann über
diesen der Magnetanker geführt
werden, wobei der Innendurchmesser des Distanzrings gemeinsam mit
dem Außendurchmesser
des Magnetankers für
die Erzeugung einer möglichen
Gleitbewegung eine Spielpassung bildet. Der Magnetanker ist mit
dem Ventilstößel starr
verbunden, wobei der Ventilstößel innerhalb
des zweiten Polrohres über
eine Gleitführung
ebenfalls axial beweglich geführt
ist. Damit ist die Anordnung Magnetanker-Ventilstößel durch
die insgesamt zweifache axiale Führung
definiert axial verschiebbar.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der
Erfindung sieht vor, dass der Magnetanker Durchgänge aufweist, wobei die Verbindungselemente
durch die Durchgänge
hindurchgeführt
sind, und wobei an den Magnetanker angrenzend eine nicht magnetische
Polrohrscheibe angeordnet ist, welche ebenfalls Durchgänge aufweist,
durch die die Verbindungselemente hindurchgeführt sind. Mit dieser Ausführung des
Magentankers sowie der nicht magnetischen Polscheibe ist es möglich, die
Verbindungselemente durch den Innenraum des ersten Polrohres anzuordnen.
Die magnetischen Eigenschaften des Magnetankers werden durch die
Bohrungen für
die Schraubendurchgänge
nicht negativ beeinträchtigt,
so dass die Proportionalität
des Betätigungsmagneten
erhalten bleiben kann. Hinzu kommt die Möglichkeit, dass durch die Schrauben
eine radiale Positionierbarkeit des Magnetankers sowie des Ventilstößels erzielbar
ist, da die Durchführung
der Schrauben als Verdrehsicherung wirken kann.
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Vorteilhafterweise
weist das erste Polrohr und das zweite Polrohr angrenzend an den
Distanzring eine erste Endkontur bzw. eine zweite Endkontur auf,
wobei die erste bzw. zweite Endkontur mit einer nach innen gerichteten
Schräge
ausgeführt
ist. Die Notwendigkeit der Schrägen
an den Polrohren ergibt sich aus der erforderlichen Ausbildung des
Magnetfeldes, um eine Proportionalität des Betätigungsmagneten zu erzielen.
Um den Distanzring den Endbereichen der Polrohre anzupassen, wird
vorgeschlagen, dass der Distanzring im Wesentlichen einen trapezförmigen Ringquerschnitt
aufweist, so dass dieser in die nach innen gerichtete Schräge der ersten
bzw. zweiten Endkontur einpassbar ist. Die Querschnittsgeometrie
des Distanzrings entspricht damit im Wesentlichen der Kontur, welche
durch die Mantelfläche des
Magnetankers, die Endkonturen des ersten und zweiten Polrohres sowie
der Außenfläche des
Betätigungsmagneten
entspricht. Außenseitig
kann der Distanzring einen ersten Zentrierabschnitt und einen zweiten
Zentrierabschnitt aufweisen, über
welchen das erste bzw. das zweite Polrohr zentrierbar ist. Die Zentrierabschnitte
sind zur Positionierung der beiden Polrohre zueinander vorgesehen,
wobei die Aufnahme der Zentrierabschnitte durch die Polrohre möglich ist,
da eine entsprechende Gegenkontur in den Endbereichen der Polrohre
ausgebildet sein kann. Die durch die Verbindungselemente aufgebrachte
Längskraft
in den Polrohren wird vom Distanzring aufgenommen, wobei die Endbereiche
der Polrohre in den Zentrierabschnitten des Distanzrings zur Anlage kommen
und diese eine radiale Zentrierung als auch eine mögliche axiale
Lagegenauigkeit der Polrohre zueinander bestimmen. Der Bereich der
Schräge
des Zentrierrings bzw. der Endbereiche der Polrohre können im
montierten Zustand einen Spalt aufweisen, so dass zum einen eine
Doppelpassung vermieden wird und zum anderen die für die Ausbildung
des Magnetfeldes erforderliche Schräge nicht verändert wird.
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Vorteilhafterweise
ist der Distanzring aus Messing hergestellt, da Messing eine sehr
gute spanende Bearbeitung ermöglicht,
und magnetisch transparent ist. Alternativ kann der Distanzring
ein Kunststoffmaterial umfassen, wobei dieser im Spritzgussverfahren
hergestellt ist. Damit ist eine kostenminimale Herstellung des Distanzrings
möglich,
wobei auch bei einem Kunststoffmaterial eine spanende Endbearbeitung
der Funktionsflächen
zur Herstellung einer genauen Passung vorgesehen sein kann. Vorteilhafterweise
weist Kunststoff ebenfalls keine magnetischen Eigenschaften auf,
und ist somit für den
Einsatz als Distanzring geeignet. Beispielsweise kann ein Polyamid
vorgesehen werden, um vorteilhafte Gleiteigenschaften zwischen dem
metallischen Magnetanker und dem Zylinderabschnitt auf der innenliegenden
Seite des Distanzrings zu schaffen.
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Weitere
die Erfindung verbessernde Maßnahmen
sind in den Unteransprüchen
angegeben oder werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der
Erfindung anhand der Figuren näher
dargestellt. Es zeigt:
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1 einen
Querschnitt eines Betätigungsmagneten,
wobei die Schnittebene die Verbindungselemente des ersten sowie
des zweiten Polrohres darstellt;
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1a einen
vergrößerten Ausschnitt
des Distanzringes aus 1; und
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2 einen
Querschnitt eines Betätigungsmagneten
mit einer Spulenanordnung sowie einer modifizierten Ausführungsform
des Ventilstößels.
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In 1 ist
ein proportionaler Betätigungsmagnet 1 gezeigt,
welcher aus einer Polrohranordnung und einer Spulenanordnung ausgebildet
ist, wobei die Spulenanordnung in 1 nicht
gezeigt ist. Der gezeigte Teil des Betätigungsmagneten 1 weist
ein erstes Polrohr 2 auf, in dem ein Magnetanker 3 axial
beweglich angeordnet ist. In einem zweiten Polrohr 4 ist
ein Ventilstößel 5 axial
beweglich geführt,
wobei der Ventilstößel 5 mit
dem Magnetanker 3 verbunden ist, und die Verbindung gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
ein Pressverband umfasst. Endseitig am Ventilstößel 5 ist ein Ventilsitz 6 ausgebildet,
welcher sich aus dem zweiten Polrohr 4 erstreckt, und in
einen Ventilsitz eingepasst ist, um einen Fluidstrom zu schalten
(nicht näher
dargestellt). Zwischen dem ersten Polrohr 2 und dem zweiten
Polrohr 4 ist ein Distanzring 7 eingesetzt, welcher außenseitig
mit der Außenkontur
des ersten bzw. zweiten Polrohres 2, 4 abschließt und innenseitig
den Magnetanker 3 über
einen Zylinderabschnitt axial führt.
Der Magnetanker 3 ist topfförmig ausgeführt, und über einen Hub von ungefähr 2 Millimetern
axial beweglich. Außenseitig
ist der Magnetanker 3 über den
Zylinderabschnitt des Distanzrings 7 sowie in einem vorderen
Bereich des zweiten Polrohres 4 axial geführt. Endseitig
vom ersten Polrohr 2 befindet sich ein Deckel 9,
welcher das erste Polrohr 2 über Dichtelemente abschließt. In dem
Deckel 9 sind Verbindungselemente 8 eingesetzt,
welche als Schrauben mit einem langen Schaft und einem Zylinderkopf
ausgeführt
sind, wobei sich der Schaft durch das erste Polrohr 2 hindurch
erstreckt und in Gewindebohrungen im zweiten Polrohr 4 eingeschraubt
sind. Zwischen dem Deckel 9 und den Köpfen der Zylinderschrauben
sind Dichtelemente eingesetzt, um das Eindringen von Verunreinigungen
in den Innenraum des ersten Polrohres 2 zu verhindern.
Um die Schrauben durch den Innenraum des ersten Polrohres hindurchzuführen, weist
der Magnetanker 3 Durchgänge 10 auf, welche
sich ebenfalls durch die Polscheibe 11 hindurch erstrecken,
wobei die Polscheibe 11 endseitig am Magnetanker 3 angeordnet ist,
und mit diesem mitbewegt wird. Angrenzend an den Distanzring 7 weist
sowohl das erste Polrohr 2 eine erste Endkontur 12 als
auch das zweite Polrohr 4 eine zweite Endkontur 13 auf.
Diese sind als Schräge
ausgebildet, wobei die Schräge
nach innen zeigt, und der Distanzring 7 durch einen trapezförmigen Querschnitt
an die ausgebildeten Endkonturen 12, 13 der Polrohre 2, 4 angepasst
ist.
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In 1a ist
ein vergrößerter Ausschnitt
des Distanzringes 7 gezeigt, welcher auf der Seite des ersten
Polrohres 2 einen ersten Zentrierabschnitt 15 und
auf der Seite des zweiten Pohlrohres 4 einen zweiten Zentrierabschnitt 16 aufweist. Über die
Zentrierabschnitte 15, 16 ist eine radiale Zentrierung
der jeweiligen Polrohre 2, 4 zueinander möglich, wobei diese
in die erste bzw. zweite Endkontur 12, 13 der Polrohre 2, 4 eingepasst
sind. Um eine Doppelpassung zu vermeiden, befindet sich zwischen
dem Distanzring 7 und der Schräge des ersten bzw. zweiten Polrohres 2, 4 eine
Luftspalt 17. Der Distanzring 7 ist mit einem
Innendurchmesser ausgebildet, welcher eine Passung mit dem Magnetanker 3 bildet,
so dass dieser axial beweglich und damit geführt ist. Die Vorspannkraft,
welche zur Montage durch die Befestigungselemente 8 aufgebracht
wird, wird ebenfalls durch die Zentrierabschnitte 15, 16 aufgenommen, so
dass der Distanzring 7 axial die Vorspannkraft der Verbindungselemente 8 aufnimmt.
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In 2 ist
der Querschnitt eines Betätigungsmagneten 1 mit
einer Spulenanordnung 18 sowie einer modifizierten Ausführungsform
des Ventilstößels 5 mit
einem als separates Bauteil ausgeführten Ventilsitz 6 dargestellt.
Die Polrohranordnung, welche das erste Polrohr 2, den Magnetanker 3,
das zweite Polrohr 4 mit dem zwischenliegend angeordneten
Distanzring 7, die als Schrauben ausgeführten und im Deckel 9 eingesetzten
Verbindungselemente 8, welche durch den Durchgang 10 und
durch die Polscheibe 11 hindurchgeführt sind, und die erste und
zweite Endkontur 12 und 13 sowie die Druckfeder 14 umfasst,
entspricht der Anordnung aus 1. Die Spulenanordnung 18 erstreckt
sich außenseitig um
die Polrohre 2 und 3 und kann austauschbar ausgeführt sein,
sodass Magnetspulen mit unterschiedlichen Betriebsspannungen auf
die Polrohre 2 bzw. 3 aufsetzbar sind. Die Ausführungsform
des Ventilsitzes 6 entspricht einem auf dem Ventilstößel 5 ausgebildeten
Kunststoffbauteil, welches formschlüssig mit dem Ventilstößel 5 verbunden
ist. Der Formschluss der Verbindung kann durch ein thermisches Aufschrumpfen
des Ventilsitzes 6 herstellbar sein, nach dem Prinzip des
Montagespritzgusses aufgespritzt werden oder über sonstige mechanische Verbindungsmittel
wie einem Sicherungsring o.ä.
hergestellt werden. Die bewegte Einheit aus dem Magnetanker 3,
dem Ventilstößel 5 und
dem Ventilsitz 6 ist in der axialen Bewegung neben einer
Ankerführung über die äußere Zylinderfläche des
Ventilsitzes 6 geführt,
sodass eine Kunststoff-Metall- Reibpaarung gebildet ist. Das Material
des Ventilsitzes 6 kann ein Kunststoff aus der Gruppe der
Polyamide (PA) sowie ein Polybutylenterephtalat (PBT) umfassen.
Hier ist insbesondere eine gleitmittelmodifizierter Kunststoff vorteilhaft,
welcher eine Kohlefaser umfassen kann, wodurch sich eine verbesserte
Wärmebeständigkeit
ergibt. Zur innern Abdichtung des zweiten Polrohres 4 ist
ein O-Ring vorgesehen, welcher dynamisch auf der äußeren Zylinderfläche des
Ventilsitzes 6 dichtet.
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Die
Erfindung beschränkt
sich in ihrer Ausführung
nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel.
Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch
bei grundsätzlich
anders gearteten Ausführungen
Gebrauch macht.
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- 1
- Betätigungsmagnet
- 2
- erstes
Polrohr
- 3
- Magnetanker
- 4
- zweites
Polrohr
- 5
- Ventilstößel
- 6
- Ventilsitz
- 7
- Distanzring
- 8
- Verbindungselemente
- 9
- Deckel
- 10
- Durchgang
- 11
- Polscheibe
- 12
- erste
Endkontur
- 13
- zweite
Endkontur
- 14
- Druckfeder
- 15
- erster
Zentrierabschnitt
- 16
- zweiter
Zentrierabschnitt
- 17
- Luftspalt
- 18
- Spulenanordnung