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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein Magnetventil mit einem Magnetantrieb mit einem aus einer Spritzgussmasse gebildeten Gehäuse, sowie eine Batterie aus Magnetventilen, ein Verfahren zur Herstellung eines Magnetventils und ein Werkzeug.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Magnetantriebe kommen bei Magnetventilen zum Einsatz, um diese entsprechend anzutreiben. Typischerweise weist ein derartiger Magnetantrieb einen Magnetanker sowie eine Magnetspule auf, die zusammenwirken. Die am weitesten verbreitete Form von Magnetantrieben basieren auf sogenannten Hubankern. Dabei ist der Anker innerhalb der Spule angeordnet, welche wiederum von einem Gehäuse umgeben ist. Magnetventile, die einen Antrieb mit Hubanker aufweisen, sind jedoch für einige Anwendungen ungeeignet, da die Abmessungen des Gehäuses zu groß sind.
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In einer anderen Bauform, wird der Anker außerhalb der Spule angeordnet. Die Spule und der Anker sind dann üblicherweise von zwei getrennten Gehäusen umgeben: dem Ankergehäuse und dem Spulengehäuse. Das Spulengehäuse wird typischerweise durch Umspritzen oder Umpressen mit einem Kunststoff verwirklicht, um die Spule vor schädlichen äußeren Einflüssen zu schützen. Das Ankergehäuse ist häufig aus zwei Gehäusen zusammengesetzt, die den Anker derartig umschließen, dass dieser darin beweglich gelagert ist. Die beiden Gehäuse, das Ankergehäuse und das Spulengehäuse, werden anschließend typischerweise miteinander verbunden, um eine Einheit zu bilden.
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Die äußeren Abmessungen des Gehäuses dieser Bauform sind jedoch für viele Anwendungen auch noch zu groß. Das betrifft vor allem immer weiter voranschreitende Miniaturisierungen, wenn beispielsweise eine große Zahl von Magnetventilen zu einer Batterie zusammengefügt wird.
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BESCHREIBUNG
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Magnetventil und ein Verfahren zur Herstellung eine Magnetventils bereitzustellen, das einen Magnetantrieb mit einer platzsparenden und sehr kompakten Bauweise aufweist. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung eine Batterie von Magnetventilen bereitzustellen, die eine möglichst dichte Aneinanderreihung von Magnetventilen ermöglicht.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Magnetventil bereitgestellt, das einen Magnetantrieb aufweist, dessen Gehäuse wenigstens teilweise von einer Spritzgussmasse gebildet wird. Der Magnetantrieb umfasst eine Magnetspule, die eine Wicklung aufweist, ein Magnetjoch und einen Magnetanker. Der Magnetanker ist außerhalb der Magnetspule angeordnet (es handelt sich also nicht um einen Hubanker). Der Magnetanker ist beweglich gelagert. Das Gehäuse kann die Magnetspule, das Magnetjoch und den Magnetanker teilweise bzw. überwiegend umgeben. Das Gehäuse (Spritzgussgehäuse) ist vorzugsweise einteilig und überwiegend oder vollständig aus einer (im Endzustand natürlich gehärteten) Spritzgussmasse gebildet. Es kann eine Öffnung aufweisen, die mit einem Deckel verschlossen wird
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Die Begriffe „Spritzgussmasse” oder „Umspritzen” beziehen sich im Kontext der vorliegenden Beschreibung auf das Spritzgießen (oft auch als Spritzguss oder Spritzgussverfahren bezeichnet). Dies ist ein Urformverfahren, das hauptsächlich in der Kunststoffverarbeitung eingesetzt wird. Mit diesem Verfahren lassen sich Formteile herstellen, wie bspw. das Gehäuse des Magnetventils bzw. Magnetantriebs gemäß Aspekten der Erfindung. Dazu wird mit einer Spritzgießmaschine der jeweilige Werkstoff, meist Kunststoff, in einer Spritzeinheit plastifiziert (flüssig gemacht) und in ein Spritzgießwerkzeug eingespritzt. Der Hohlraum, die Kavität, des Werkzeugs bestimmt die Form und die Oberflächenstruktur des fertigen Teils. Als Kunststoffe kommen insbesondere thermoplastische Polymere in Betracht. Im Kontext der vorliegenden Beschreibung der Erfindung ist im Bezug auf das gespritzte Gehäuse gemäß Aspekten der Erfindung, der Begriff „Spritzgussmasse” so zu verstehen, dass es sich um die bereits gehärtete Spritzgussmasse, bspw. einen gehärteten Kunststoff (ggf. auch thermoplastische Polymer) handelt, der im Spritzgussverfahren zur Herstellung des Gehäuses verwendet wurde.
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Die Magnetspule und das Magnetjoch können vorteilhaft von dem Gehäuse aus Spritzgussmasse derart umgeben sein, dass in dem Gehäuse ein erster Abschnitt für die Magnetspule und das Magnetjoch vorgesehen ist. Das Gehäuse kann einen zweiten Abschnitt zur Aufnahme des Magnetankers aufweisen. Der zweite Abschnitt des Gehäuses kann vorteilhaft so gestaltet sein, dass der Magnetanker in den zweiten Abschnitt eingesetzt werden kann. Der Magnetanker ist in dem zweiten Abschnitt beweglich gelagert.
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Der zweite Abschnitt ist vorteilhaft so ausgestaltet, dass der Magnetanker den erforderlichen Spielraum hat, den er für den Betrieb benötigt. Hierzu weist der zweite Abschnitt vorzugsweise einen entsprechenden Hohlraum auf, in dem der Magnetanker angeordnet ist.
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Gemäß den vorstehenden Aspekten der Erfindung wird ein Gehäuse für den Magnetantrieb eines Magnetventils geschaffen, welches in einem einzigen Verfahrensschritt (Spritzgussverfahren) hergestellt werden kann. Zusätzlich wird erreicht, dass die Magnetspule nur von einer Wandung umgeben ist, wodurch der Magnetantrieb eine entsprechend platzsparende Bauweise aufweist.
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Die das Baumaß bestimmenden Dimension des Magnetantriebs, bzw. Magnetventils ist im vorliegenden Kontext die Höhe des Gehäuses. Durch die Ausgestaltung des Gehäuses gemäß Aspekten der Erfindung und die damit verbundene angestrebte Verringerung der Höhe, also der das Baumaß bestimmenden Dimension, wird ein platzsparender Aufbau des Magnetventils erreicht.
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Vorteilhaft kann der zweite Abschnitt eine Öffnung aufweisen. Diese kann dazu dienen, den Magnetanker nach Fertigstellung des Gehäuses in den zweiten Abschnitt bzw. den Hohlraum im zweiten Abschnitt einzuführen.
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Die Öffnung kann dadurch bereitgestellt werden, dass eine der sechs möglichen Wände (vier Seitenwände, eine Bodenwand und eine Deckelwand) nur teilweise oder gar nicht von der Spritzgussmasse gebildet wird. Vorteilhaft kann lediglich die Deckelwand (bzw. Bodenwand je nach Blickwinkel) nicht vorhanden sein. Der zweite Abschnitt weist dann im Wesentlichen eine Bodenwand und vier Seitenwände auf, wobei eine der Seitenwände (im vorliegenden Kontext die „vierte” Seitenwand) vom ersten Abschnitt des Gehäuses gebildet wird. Dort befinden sich die vollständig von der Spritzgussmasse umgebene Magnetspule und das bis auf die Polflächen von Spritzgussmasse umgebene Magnetjoch. Mit anderen Worten kann der Hohlraum im zweiten Abschnitt im Spritzgussverfahren vorteilhaft an einer Seite offen bleiben.
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Insbesondere können sich innerhalb der vierten Seitenwand des zweiten Abschnitts vorteilhaft dann auch die Polflächen des Magnetjochs befinden.
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Vorteilhaft sind die Polflächen nicht von Spritzgussmasse bedeckt. Dies würde die Funktion des Magnetantriebs beinträchtigen.
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Der zweite Abschnitt des Gehäuses ist vorteilhaft becher- oder wannenförmig ausgebildet. Dies bedeutet, dass der zweite Abschnitt des Gehäuses eine Aufnahme für den Magnetanker darstellt. Die Becher- oder Wannenform impliziert, dass hier ein Hohlraum vorhanden ist, der wenigstens an einer Seite nicht durch eine Wand aus Spritzgussmasse verschlossen ist.
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Zum Schließen des zweiten Abschnitts (rundum Verschließen des Hohlraums für den Magnetanker) kann ein Deckel vorgesehen sein, der mit dem Gehäuse verbunden ist und diesen entsprechend dichtend abschließt. Dieser Deckel ersetzt dann die nicht von der Spritzgussmasse bereitgestellte Deckelwand des zweiten Abschnitts.
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Der Deckel kann dabei mit dem Gehäuse verklebt sein, sodass sich eine stabile Verbindung ausbildet.
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Alternativ kann der Deckel mit dem Gehäuse ultraschallverschweißt sein.
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Der Deckel kann Schrägen oder Nuten bzw. Rillen aufweisen. Das Gehäuse kann komplementäre Nuten bzw. Rillen oder Schrägen aufweisen, die mit den Schrägen oder Nuten bzw. Rillen des Deckels zusammenwirken.
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Die von der erhärteten Spritzgussmasse gebildete Kunststoffwand des Gehäuses kann vorteilhaft eine Dicke von nur 0,25 mm bis 0,3 mm aufweisen, womit der Platzbedarf des gesamten Gehäuses aufgrund der geringen Wandstärke und somit der Platzbedarf des gesamten Magnetantriebs entsprechend verringert werden kann. Die Wandstärke kann dabei die Mindeststärke der Spritzgussmasse bezeichnen, mit der diese die Magnetspule und das Magnetjoch rundum abdeckt (bis auf die Polflächen, die weitgehende unbedeckt bleiben sollen).
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Der Deckel kann ebenfalls vorteilhaft eine Wandstärke von nur 0,25 mm bis 0,3 mm aufweisen.
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Der zweite Abschnitt des Gehäuses für den Magnetanker kann seitlich neben der Magnetspule angeordnet sein. Dies bietet den Vorteil einer besonders kompakten Ausführungsform.
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Alternativ kann der zweite Abschnitt für den Magnetanker auch unter- oder oberhalb der Magnetspule angeordnet sein. Die Anordnung des zweiten Abschnitts ist abhängig von der Spulengeometrie und kann entsprechend angepasst werden.
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Das Gehäuse kann eine nach innen weisende Erhebung aufweisen, die an einer Innenwand des Gehäuses angeordnet ist. Die Erhebung kann dabei die Dicke der Wand bereichsweise erhöhen. Diese nach innen weisende Erhebung kann als Fließhilfe bei der Herstellung des Gehäuses dienen. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die Magnetspule von allen Seiten gleichmäßig umflossen wird und somit im Ergebnis gleichmäßig von der Spritzgussmasse umgeben ist. Aufgrund der gleichmäßigen Umspritzung der Magnetspule ist garantiert, dass die Magnetspule von allen Seiten mit einer ausreichenden Wandstärke umgeben ist. Insbesondere kann so verhindert werden, dass die Magnetspule nicht vollständig von der Spritzgussmasse umgeben ist.
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Die Erhebung ist vorteilhaft im Bereich des zweiten Abschnitts angeordnet und dort vorteilhaft als nach innen gerichtete Erhebung (also in den Hohlraum hinein).
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Die Erhebung ist bspw. quaderförmig und entspricht einer Nut im Werkzeug. Durch die Höhe und Breite der Erhebung bzw. der Nut im Werkzeug wird der Fließquerschnitt bestimmt.
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Je nach dem, wie Magnetspule und der Magnetanker zueinander angeordnet sind und wie und von wo die Spritzgussmasse in das Werkzeug zur Herstellung des Gehäuses eingespritzt wird, kommen unterschiedliche Anordnungen und Geometrien von Fließhilfen bzw. Erhebungen im fertigen Gehäuse in Betracht. Durch die Bereitstellung einer Fließhilfe gemäß Aspekten der Erfindung (also einer oder mehrerer entsprechender Erhebungen im fertigen Gehäuse) wird das Problem gelöst, in einem Spritzvorgang ein Gehäuse bereitzustellen, das gleichzeitig einen ersten Abschnitt aufweist, in dem die Spule angeordnet und möglichst gleichmäßig umgeben ist und einen zweiten Abschnitt in dem der bewegliche Anker angeordnet ist, wozu hier ein Hohlraum ausgebildet ist. Im Bereich der Wände, die diesen Hohlraum umgeben, kann die Spritzgussmasse, insbesondere bei kleinen Abmessungen des Gehäuses (dünne Wände), nicht ausreichend gut fließen. Das kann dazu führen, dass insbesondere die Magnetspule im ersten Abschnitt nicht ausreichend abgedeckt ist.
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Die nach innen weisende Erhebung (Fließhilfe) kann sich vorteilhaft über die eine Wand (bspw. die Bodenwand) des Hohlraums des zweiten Abschnitts erstrecken. Die Erhebung (Fließhilfe) kann sich vorteilhaft über die gesamte Breite des Hohlraums des zweiten Abschnitts erstrecken. Dies bedeutet, dass sich die Erhebung bzw. Fließhilfe von einer Seitenwand des zweiten Abschnitts des Gehäuses bis zum ersten Abschnitt des Gehäuses erstreckt. Diese Seitenwand ist vorteilhaft diejenige, die dem ersten Abschnitt gegenüber liegt. Im ersten Abschnitt befindet sich die Magnetspule und das Magnetjoch. Insbesondere kann die Magnetspule dadurch vollständig gleichmäßig umspritzt werden. Dies ist besonders vorteilhaft, da im Bereich des Hohlraums des zweiten Abschnitts die Spritzgussmasse lediglich im Bereich der vergleichsweise dünnen Wände (bspw. der Bodenwand) fließen kann und ein gleichmäßiges Verteilen der Spritzgussmasse dadurch erschwert wird. Um dieses Problem zu beheben, wird eine Fließhilfe im Werkzeug bereitgestellt, die sich im Ergebnis im Gehäuse in einer Erhebung manifestiert.
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Die Querschnittfläche der Erhebung ist vorteilhaft so gewählt, dass eine optimale Verteilung der Spritzgussmasse gewährleistet ist. Mit anderen Worten wird der Fließquerschnitt der Fließhilfe so gewählt, dass gewährleistet ist, dass die Magnetspule (und auch das Magnetjoch bis auf die Polflächen) vollständig und mit gleichmäßiger Wandstärke von der Spritzgussmasse umgeben sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Magnetanker zwei Polstücke und das Gehäuse im ersten Abschnitt einen Spritzgussabschnitt auf. Dieser Spritzgussabschnitt ist so angeordnet, dass er von den Polstücken und der Wicklung der Magnetspule begrenzt wird und den von den Polstücken und der Wicklung begrenzten Bereich ausfüllt.
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Die als Fließhilfe dienende Erhebung liegt dann vorteilhaft mit einem Ende an dem Spritzgussabschnitt an (mündet in diesen). Ferner kann dann die als Fließhilfe dienende Erhebung mit einem anderen Ende an einer Wand des Hohlraums anliegen (in die Wand münden).
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Der Spritzgussabschnitt weist vorteilhaft die Höhe des Gehäuses auf. Mit anderen Worten, füllt er in voller Höhe den (im Wesentlichen quaderförmigen) Bereich aus, der von der Spulenwicklung und den Polstücken abgegrenzt wird.
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Die als Fließhilfe dienende Erhebung weist dann vorteilhaft eine Querschnittfläche (einen Fließquerschnitt) auf, die so gewählt ist, dass sich während des Spritzgussverfahrens der Spritzgussabschnitt vollständig ausbilden kann.
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Der Magnetanker kann in dem Hohlraum des zweiten Abschnitts des Gehäuses schwenkbar gelagert sein.
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Der Magnetanker kann mit einem Betätigungselement zusammenwirken, wobei der Magnetanker bei aktivierter Magnetspule verstellt wird, sodass der Magnetanker das Betätigungselement betätigt.
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Der Magnetanker kann L-förmig ausgebildet sein, wobei der Magnetanker einen kürzeren und einen längeren Schenkel aufweist.
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Der kürzere Schenkel des Magnetankers wirkt dann vorteilhaft mit dem Betätigungselement zusammen.
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Der Magnetanker liegt vorteilhaft mit dem Ende des längeren Schenkels des Magnetankers, das von dem kürzeren Schenkel des Magnetankers weg weist, an der Polfläche des Magnetjochs an.
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An dem Betätigungselement kann ein Dichtelement vorgesehen sein, welches zum Verschließen eines Ventilsitzes dient. Somit kann der Magnetanker über das Betätigungselement einen Ventilsitz freigeben bzw. schließen.
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Die Spritzgussmasse, die für das Gehäuse verwendet wird, kann, wie vorstehend erläutert, vorzugsweise ein thermoplastischer Kunststoff sein. Somit kann das Gehäuse in einem Spritzgussverfahren hergestellt werden, wobei gleichzeitig, also in einem Verfahrensschritt des Spritzgussverfahrens, der erste Abschnitt für die Magnetspule und das Magnetjoch und der zweite Abschnitt für den Magnetanker hergestellt werden. Der erste und zweite Abschnitt bilden dann ein einteiliges gespritztes Gehäuse, das ggf. nur im Bereich des zweiten Abschnitts noch mit einem Deckel verschlossen werden kann.
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Die verwendete Spritzgussmasse kann ein Material sein, das eine hohe Fließfähigkeit aufweist, um zu gewährleisten, dass die komplexe Struktur des Gehäuses gespritzt werden kann. Die hohe Fließfähigkeit ist nötig, um auf dem Gehäuses vorgesehene Erhebungen zu realisieren.
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Die hohe Fließfähigkeit der Spritzgussmasse in Verbindung mit der nach innen weisenden Erhebung, die als Fließhilfe dient, stellen eine optimale Kombination dar, um das Gehäuse bestehend aus erstem und zweitem Abschnitt herzustellen.
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Als Material für die Spritzgussmasse kommt beispielsweise ein Liquid Crystal Polymer (LCP) in Frage, da dieses Material eine hohe Fließfähigkeit aufweist und entsprechend gut geeignet ist, um das Gehäuse zu bilden.
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Die zur Herstellung des Gehäuses verwendete Spritzgussmasse kann teilweise in die Wicklung der Magnetspule eindringen, wenn die Spritzgussmasse ein gut fließender Kunststoff ist. Dadurch kann die Störsicherheit verbessert werden.
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Die Abmessungen des Gehäuses des Magnetventils können insbesondere so sein, dass die Länge und Breite des Gehäuses größer sind als die Höhe. Die Höhe entspricht dem sogenannten Rastermaß von Magnetventilen, wenn diese in Batterien angeordnet werden. Die Höhe kann kleiner oder gleich 9 mm sein. Die Höhe kann vorteilhaft 4,5 mm oder weniger betragen. Die Höhe kann vorteilhaft zwischen 2,5 mm und 5 mm liegen.
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Die Erfindung stellt ferner eine Batterie von Magnetventilen bereit, von denen eines oder mehrere einen Magnetantrieb mit einem Gehäuse gemäß den vorstehenden Aspekten aufweist.
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Die Batterie von Magnetventilen gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung kann vorteilhaft 8, 16 oder 32 Magnetventile enthalten. Die Magnetventile werden vorteilhaft jeweils so aneinandergefügt, dass eine erste Seite eines ersten Magnetventils, an der sich die Bodenwand des zweiten Abschnitts (und auch des ersten Abschnitts) befindet, an eine zweite Seite eines zweiten Magnetventils, an der der Bodenwand des zweiten Abschnitts gegenüberliegenden Seite, zu liegen kommt. Mit anderen Worten werden die Magnetventile Seite an Seite angeordnet, wobei jeweils gegenüberliegende Seiten der Magnetventile aneinander liegen.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Öffnung des Hohlraums mindestens eines Magnetventils von einer Seitenwand eines benachbarten Magnetventils verschlossen werden. Innerhalb einer Batterie können also die zweiten Seiten der Magnetventile (also bspw. die Seiten an denen sich die Öffnung des zweiten Abschnitts des Gehäuses befindet) auch zunächst unverschlossen bleiben (also ohne Deckel). Die Öffnung bzw. der Hohlraum in dem sich der Anker befindet, wird dann lediglich von der ersten Seite des jeweils benachbarten Magnetventils verschlossen. Lediglich das letzte bzw. erste (je nach Blickwinkel) Magnetventil benötigt dann ggf. noch einen Deckel zum Verschließen der Öffnung des zweiten Abschnitts des Gehäuses. Durch diese Maßnahme kann die Platzersparnis noch vergrößert werden.
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Die Erfindung stellt ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung eines Magnetantriebs bereit. Zunächst werden ein Magnetjoch und eine Magnetspule in eine Spritzgussform eingelegt, die ein entsprechendes Profil zur Herstellung des Gehäuses aufweist.
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In einem nächsten Schritt wird die Spritzgussmasse in das Spritzgussteil eingespritzt, sodass der erste Abschnitt für das Magnetjoch und die Magnetspule umspritzt wird, wobei gleichzeitig der zweite Abschnitt mit dem Hohlraum für den Magnetanker gebildet wird.
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Nach erfolgtem Spritzen des Gehäuses werden der Magnetanker sowie die weiteren Bauteile, beispielsweise Federn, in den zweiten Abschnitt eingesetzt.
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Abschließend kann der zweite Abschnitt mit einem Deckel verschlossen werden.
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Aufgrund der vorgesehenen, nach innen weisenden Erhebung, die als Fließhilfe dient, ist es möglich, dass die Magnetspule gleichmäßig von der Spritzgussmasse umspritzt wird, sodass sich rundum eine ausreichende Wandstärke ausbildet.
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Insbesondere im Bereich des zuvor beschriebenen Spritzgussabschnittes werden die Wicklung der Spule und die Polstücke des Magnetjochs in voller Höhe bedeckt.
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Mit anderen Worten stellt die Erfindung unter anderem ein Verfahren zur Herstellung eines Magnetventils bereit. Das Gehäuse wird aus einer Spritzgussmasse nach einem Spritzgussverfahren hergestellt. Es werden ein erster Abschnitt des Gehäuses, in dem eine Magnetspule und ein Magnetjoch angeordnet sind und ein zweiter Abschnitt des Gehäuses mit der Spritzgussmasse gebildet, derart dass sich ein Hohlraum zur Aufnahme eines beweglich gelagerten Magnetankers bildet. Es erfolgt dann das Härten der Spritzgussmasse. Schließlich kann der Magnetanker in den Hohlraum des zweiten Abschnitts eingesetzt werden, so dass er dort beweglich gelagert ist. Das Ausbilden des ersten Abschnitts und das Ausbilden des zweiten Abschnitts erfolgt vorzugsweise im gleichen Spritzvorgang.
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Die Erfindung stellt ferner ein Werkzeug bereit, welches ausgestaltet ist, um im Spritzgussverfahren, das Gehäuse für das Magnetventil bzw. den Magnetantrieb gemäß Aspekten der Erfindung bereitzustellen.
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Ferner sieht die Erfindung vor, dass das Herstellen des Gehäuses mit dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt mit einem Werkzeug erfolgt, welches ausgestaltet ist, um das Gehäuse mit dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt aus der Spritzgussmasse zu bilden.
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Das Werkzeug weist vorteilhaft eine Nut auf, welche als Fließhilfe dient. Diese Nut entspricht der Erhebung im fertigen Gehäuse.
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Weitere Aspekte des Verfahrens und des Werkzeugs ergeben sich aus der vorstehenden Beschreibung des Magnetventils gemäß Aspekten der Erfindung.
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BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Im Folgenden werden die Merkmale und Aspekte der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, dabei zeigt:
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1 eine Querschnittansicht des Gehäuses eines Magnetantriebs für ein Magnetventil gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach dem ersten Herstellungsschritt,
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2 einen Längsschnitt entlang der Linie II der 1 mit Deckel,
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3 eine Querschnittansicht eines Magnetventils mit einem Magnetantrieb gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in zusammengebautem Zustand,
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4 eine perspektivische Ansicht eines Deckels zum Verschließen des Gehäuses, und
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Batterie von Magnetventilen gemäß Aspekten der Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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1 zeigt einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Magnetventils mit einem Magnetantrieb 10 nach einem ersten Herstellungsschritt. Der Magnetantrieb 10 ist nach dem ersten Verfahrensschritt gezeigt, in dem das Gehäuse 12 mit einem ersten Abschnitt A1 mit der Magnetspule 14 und dem Magnetjoch 16 und einem zweiten Abschnitt A2 für den Magnetanker (nicht dargestellt) in einem Spritzgussverfahrensschritt hergestellt wurde. Alle gezeigten Bestandteile des Gehäuses, bis auf die Magnetspule 14 und das Magnetjoch 16 sind demnach aus Spritzgussmasse hergestellt. Insbesondere sind diese innerhalb eines Schrittes eines Spritzgussverfahrens aus Spritzgussmasse hergestellt.
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Das Gehäuse 12 umfasst demnach im Wesentlichen den ersten Abschnitt A1 und den zweiten Abschnitt A2. Der zweite Abschnitt A2 weist eine Bodenfläche 18 auf (die sich im Übrigen auch über den ganzen ersten Bereich A1 erstreckt), von der sich die Seitenwände des Gehäuses 12 im Wesentlichen senkrecht (also zum Betrachter hin) erstrecken. Der zweite Abschnitt A2 weist einen Hohlraum 100 auf, der zum Betrachter hin geöffnet ist. Der Hohlraum 100 ist umgeben von einer ersten Seitenwand 20, die am oberen Ende des Gehäuse 12 angeordnet ist. Im Uhrzeigersinn erstreckt sich senkrecht zur ersten Seitenwand 20 eine zweite Seitenwand 22. Gegenüber der ersten Seitenwand 20 des Gehäuses 12 ist eine dritte Seitenwand 24 vorgesehen, die sich bis in den zweiten Abschnitt A2 hinein erstreckt und mit einem hier nicht dargestellten Fluidgehäuse zusammenwirkt. Die vierte Seitenwand 4 des Hohlraums 100 wird vom ersten Abschnitt bereitgestellt, in dem sich die vollständig umspritzte Magnetspule 14 und das Magnetjoch 16 befindet. Eine weitere Außenwand 26 wird vom zweiten Abschnitt bereitgestellt.
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Somit ist der erste Abschnitt A1 des Gehäuses 12 voll umspritzt und enthält die Magnetspule 14 sowie das Magnetjoch 16, welche nahezu vollständig von der Spritzgussmasse umgeben sind. Lediglich die Polflächen 44 und 46 des Magnetjochs 16 sind nicht von Spritzgussmasse bedeckt.
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Das Gehäuse 12 weist ferner einen zweiten Abschnitt A2 auf, der sich in der gezeigten Ausführungsform zwischen einer Außenfläche der zweiten Seitenwand 22 und dem ersten Abschnitt A1 befindet. Dieser zweite Abschnitt A2 dient zur Aufnahme eines hier noch nicht eingesetzten Magnetankers.
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Aus der 1 wird deutlich, dass das gespritzte Gehäuse 12 eine komplexe Struktur aufweist, da die Wände 20 bis 26 verschiedene Ausnehmungen und Einkerbungen aufweisen, sodass für die Herstellung des Gehäuses 12 ein gut fließender Kunststoff als Spritzgussmasse verwendet werden kann.
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Beispielsweise sind in der Außenwand 26 des Gehäuses 12 eine erste Einkerbung 30 sowie eine Stopfenaufnahme 32 ausgebildet. Die Stopfenaufnahme 32 liegt zwischen der Seitenwand 26 und der Seitenwand 24, wobei entlang der Seitenwand 24 zudem ein Betätigungskanal 34 ausgebildet ist, der für die Aufnahme eines noch nicht eingesetzten Betätigungselements dient. Die zweite Seitenwand 22 weist zudem eine zweite Einkerbung 36 auf der Außenseite sowie eine Federaufnahme 38 im Bereich des Hohlraums 100 auf.
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Ferner ist an der zweiten Seitenwand 22 eine nach innen weisende Erhebung 40 vorgesehen, die als Fließhilfe fungiert. Die Erhebung 40 erstreckt sich entlang der Bodenfläche 18 des zweiten Abschnitts A2. Die Erhebung 40 erstreckt sich über die gesamte Breite B40 des Hohlraums 100.
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Die Erhebung bzw. Fließhilfe 40 dient dazu, die Spritzgussmasse beim Spritzen des Gehäuses 12 entsprechend zu verteilen, sodass sich eine gleichmäßige Umspritzung der Magnetspule 14 ergibt. Dank der Erhebung bzw. Fließhilfe 40 ist es möglich, dass ein vollständiger Spritzgussabschnitt 42 zwischen der Wicklung der Magnetspule 14 und den Polstücken (auch Magnetjochbeinen) 28 und 52 des Magnetjochs 16 relativ mittig im Gehäuse 12 herstellbar ist.
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Der Spritzgussabschnitt 42 liegt direkt an der Magnetspule 14 an (Magnetspule 14 ist hier auch vollständig umflossen), füllt den Raum zwischen den Polstücken (auch Magnetjochbeinen) 28 und 52 aus und schließt bündig mit den Polflächen 44, 46 des Magnetjochs 16 ab.
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Die Polflächen 44, 46 sind dem Hohlraum 100 des zweiten Abschnitts A2 zugewandt. Die beiden Polflächen 44, 46 bilden mit dem umspritzten Wicklungsabschnitt 42 eine zum zweiten Abschnitt A2 gewandte bündige Kante, welche die vierte Seitenwand für den Hohlraum 100 des zweiten Abschnitts A2 bildet.
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Der Fließquerschnitt QF der Fließhilfe bzw. der Querschnitt der Erhebung 40 ist so gewählt, dass die Magnetspule 14 vollständig umgeben von Spritzgussmasse ist, insbesondere auch im Bereich des Spritzgussabschnitts 42.
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Zudem weist der Spritzgussabschnitt 42 dieselbe Höhe wie die Seitenwände 20 bis 26 des Gehäuses 12 auf.
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Die Höhe H des Gehäuses 12 sowie weitere Merkmale hinsichtlich des zweiten Abschnitts A2 ergeben sich aus der 2, die einen Längsschnitt entlang der in 1 gezeigten Linie II darstellt.
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In 2 ist das Gehäuse 12 in einem Längsschnitt gezeigt, wobei nun ein Deckel 48 gezeigt ist, der den becherförmigen Abschnitt A2 abschließt. Der Deckel 48 kann an das Gehäuse 12 geklebt sein oder mittels Ultraschallschweißen an diesem befestigt sein.
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In der 2 sind ferner die beiden Polflächen 44, 46 des Magnetjochs 16 gut zu erkennen, die den Spritzgussabschnitt 42 einrahmen.
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Zudem sind aus der 2 die Erhebung 40 sowie deren Höhe zu erkennen. Die Erhebung 40 erhebt sich von der Bodenwand 18 in diesem Ausführungsbeispiel nur minimal, wobei die Höhe der Erhebung 40 in diesem Ausführungsbeispiel ungefähr der Hälfte der Stärke der Bodenwand 18 des Gehäuses 12 entspricht.
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Der Fließquerschnitt QF ist ebenfalls hervorgehoben (gestrichelte Linie). Der Fließquerschnitt QF ist eine Funktion der benötigten Verteilung der Spritzgussmasse. Je größer die Fläche des Querschnitt QF der Erhebung bzw. der Fließhilfe 40 ist, desto mehr Spritzgussmasse gelangt beim Spritzgussverfahren durch die Fließhilfe 40.
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3 zeigt den Magnetantrieb 10 in einer Querschnittansicht analog zu der Querschnittansicht aus 1, wobei in 3 der Magnetantrieb 10 im verbauten Zustand gezeigt ist, also das gesamte Magnetventil 200 zu sehen ist. Das Magnetventil 200 umfasst also den Magnetantrieb 10 (mit Gehäuse 12) und ein Fluidgehäuse 66.
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In dem fertiggestellten Zustand weist der Magnetantrieb 10 einen Magnetanker 50 auf, der an der ersten Polfläche 44 anliegt. Auf der gegenüberliegenden Seite ist der Magnetanker 50 mittels einer Feder 54 derart gelagert, dass der Magnetanker 50 beweglich innerhalb des Hohlraums 100 des Gehäuses 12 angeordnet ist. Die Feder 54 stützt sich zudem an der zweiten Seitenwand 22 ab und ist in die Federaufnahme 38 eingesetzt.
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Der Magnetanker 50 erstreckt sich durch den Hohlraum 100 des zweiten Abschnitts A2, wobei der Magnetanker 50 L-förmig ausgebildet ist. Demnach weist der Magnetanker 50 einen langen Schenkel 56 sowie einen kurzen Schenkel 58 auf, wobei er in der gezeigten Position mit dem langen Schenkel 56 an der ersten Polfläche 44 anliegt.
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Der kurze Schenkel 58 des Magnetankers 50 wirkt mit einem Betätigungselement 60 zusammen. Das Betätigungselement 60 ist als Hebel ausgebildet und erstreckt sich teilweise in den Betätigungskanal 34.
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Das Betätigungselement 60 wird auf der dem Magnetanker 50 gegenüberliegenden Seite von einer Feder 62 derart beaufschlagt, dass das Betätigungselement 60 den Magnetanker 50 in die gezeigte Ausgangsstellung drückt. Die Feder 62 stützt sich dabei an einem Stopfen 64 ab, der in der Stopfenaufnahme 32 eingesetzt ist.
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Ferner ist an dem Gehäuse 12 ein Fluidgehäuse 66 befestigt. Das Fluidgehäuse 66 ist an dem Gehäuse 12 mittels zweier Klammern 68 befestigt, wobei die Klammern 68 in die erste und zweite Einkerbung 30, 36 des Gehäuses 12 eingreifen.
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Das Fluidgehäuse 66 weist einen ersten Ventilsitz 70 und einen zweiten Ventilsitz 72 auf, wobei der erste Ventilsitz 70 in der gezeigten Ausführungsform von einem Dichtelement 74 verschlossen ist.
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Das Dichtelement 74 ist an dem Betätigungselement 60 derart angeordnet, dass das Dichtelement 74 einen der beiden Ventilsitze 70, 72 verschließt. In der hier gezeigten Ausgangsstellung ist der erste Ventilsitz 70 durch das Dichtelement 74 verschlossen.
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Die Funktionsweise des Magnetantriebs 10 ist dabei wie folgt:
Ein Strom wird durch die Magnetspule 14 geleitet, sodass sich ein Magnetfeld aufbaut, welches den Magnetanker 50 insbesondere an der zweiten Polfläche 46 anzieht. Die Kraft ist dabei so hoch, dass sie die Federkraft der Feder 62 überwältigt, sodass der kurze Schenkel 58 des Magnetankers 50 das Betätigungselement 60 verstellt.
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Daraufhin gibt das an dem Betätigungselement 60 angeordnete Dichtelement 74 den ersten Ventilsitz 70 frei und verschließt den zweiten Ventilsitz 72.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Magnetantriebs 10 liegt in dem platzsparenden Gehäuse 12, das in einem Verfahrensschritt eines Spritzgussverfahrens derart gebildet wird, dass gleichzeitig die Magnetspule 14 umspritzt wird und sich der zweite Abschnitt A2 bildet, sodass beide in einem Gehäuse, bestehend aus dem Gehäuse 12 und dem Deckel 48 angeordnet werden können.
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Hierzu werden zunächst die Magnetspule 14 und das Magnetjoch 16 in eine Spritzgussform bzw. das Werkzeug gelegt.
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Anschließend wird die Spritzgussmasse in das Werkzeug eingeleitet, sodass die Magnetspule 14 von der Spritzgussmasse umschlossen wird und sich gleichzeitig das Gehäuse 12 samt Seitenwänden 20 bis 26 ausbildet.
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Dank der Erhebung 40 ist es dabei möglich, dass sich der Spritzgussabschnitt 42 derart ausbildet, dass überall eine ausreichende Wandstärke des Gehäuses 12 garantiert ist.
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Nach Abkühlen der Spritzgussmasse können die weiteren Bauteile wie beispielsweise der Magnetanker 50 in den Hohlraum 100 des Gehäuses 12 eingesetzt werden.
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Abschließend wird das Gehäuse 12 mit dem Deckel 48 verschlossen, sodass sich ein Gehäuse bildet, indem die Magnetspule 14 ebenfalls von nur einer Wandung umgeben ist, wodurch eine entsprechend miniaturisierte Ausführungsform eines Magnetantriebs 10 geschaffen ist.
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Eine perspektivische Ansicht des Deckels 48 ist in 4 gezeigt. Daraus ist ersichtlich, dass der Deckel lediglich groß genug ist um den Hohlraum 100 des zweiten Abschnitts A2 des Gehäuses 12 zu verschießen. Insbesondere erstreckt sich der Deckel nicht in den ersten Abschnitt A1, wodurch die angestrebte Verringerung der Höhe H, also der das Baumaß bestimmenden Dimension, erreicht wird.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das Verfahren zur Herstellung eines Magnetantriebs die folgenden Schritte umfassen.
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Zunächst wird die Magnetspule 14 mit dem Magnetjoch 16 in eine Spritzgussform (Werkzeug) eingelegt. Dabei können Sockel verwendet werden auf welche die Spule 14 und das Joch 16 aufgelegt werden um einen Abstand zum Werkzeug bereitzustellen damit sich auch unterhalb der Spule 14 und dem Joch 16 eine Wand aus Spritzgussmasse bilden kann. Die Spritzgussform bzw. das Werkzeug weist ein entsprechendes Profil zur Herstellung des Gehäuses auf. Insbesondere ist das Werkzeug so ausgestaltet das sich einem Spritzgussvorgang die Abschnitte A1 und A2 des Gehäuses 12 ausbilden.
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Das Werkzeug (Spritzgussform) besitzt insbesondere eine Form, die so ausgestaltet ist, dass der Hohlraum 100 im zweiten Abschnitt A2 des Gehäuses 12 entsteht. Außerdem stellt das Werkzeug eine Nut oder einen Kanal in Form der Fließhilfe (später Erhebung 40 innerhalb des Gehäuses) bereit. Mittels dieser Fließhilfe wird eine gleichmäßige und ausreichende Verteilung der Spritzgussmasse während des Einspritzens erreicht.
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In einem nächsten Schritt wird die Spritzgussmasse in die Spritzgussform (Werkzeug) eingespritzt, sodass zum einen der erste Abschnitt für das Magnetjoch 16 und die Magnetspule 14 aus Spritzgussmasse gebildet wird. Gleichzeitig wird der zweite Abschnitt mit dem Hohlraum für den Magnetanker 50 aus Spritzgussmasse gebildet. Insbesondere wird mittels der Fließhilfe 40 der Spritzgussabschnitt 42 ausreichend mit Spritzgussmasse versorgt, so wie die Wicklung 14 von allen Seiten gleichmäßig abgedeckt.
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Die Sockel, auf denen Spule 14 und Joch 16 aufgelegt wurden, werden dabei mit eingespritzt.
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Nach erfolgtem Spritzen und Härten des Gehäuses 12 werden der Magnetanker 50 sowie die weiteren Bauteile, beispielsweise Federn, in den Hohlraum des zweiten Abschnitts A2 eingesetzt.
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Anschließend kann der zweite Abschnitt mit einem Deckel 48 verschlossen werden.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Batterie von Magnetventilen 200 gemäß Aspekten der Erfindung. Jedes Magnetventil 200 weist ein Gehäuse 12 gemäß den vorstehenden Aspekten der Erfindung auf. In Richtung D haben die Magnetventile 200 alle die Dimension H (die das Baumaß bestimmende Dimension), entsprechend der Höhe H, die in 2 gezeigt ist. Diese Dimension H ist also maßgeblich dafür, wie dicht die Magnetventile 200 nebeneinander gepackt werden können. Derartigen Batterien können 8, 10 (wie im dargestellten Beispiel), 16, 32 oder mehr Magnetventile umfassen. Das Rastermaß für die Magnetventile kann zwischen 2,5 mm und 5 mm liegen, vorzugsweise 4,5 mm. Daraus ergibt sich auch die maximale Höhe H, die ein Ventil in der Richtung D aufweisen darf. H beträgt dann also ebenfalls 2,5 mm bis 5 mm und vorzugsweise 4,5 mm. Um derartige dichte Packungen zu erreichen, kann das Gehäuse 12 jedes Magnetventils vorzugsweise gemäß den Aspekten und Ausführungsbeispielen der Erfindung ausgestaltet sein, da hierdurch auf eine doppelte Seitenwand verzichtet werden kann.
