WO2014202061A1 - Elektromagnetische schaltvorrichtung - Google Patents

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electromagnetic
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Jens Hoppe
Josef GRÖSCHEL
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Definitions

  • the present invention relates to an electromagnetic switching device.
  • the invention relates to an electromagnetic switching device provided with a bearing sleeve which accommodates a magnet armature, a bearing and a pressure pin guided over the bearing.
  • the invention relates to a method for producing an electromagnetic switching device.
  • a bearing sleeve is integrated by means of a welding process in the switchable magnet arrangement. All other parts are placed in an injection mold and molded with plastic compound so that they are held firmly together. It should be realized in the magnet without compensation holes in the anchor piston pressure equalization.
  • the armature and / or the yoke and / or the cone-shaped guide body and / or the bearing is surrounded by a magnetically conductive, media-permeable material.
  • Object of the present invention is to provide an electromagnetic switching device that is simple and inexpensive to manufacture and still has the required tightness against the olbenetzten interior of the magnet and the environment.
  • Another object of the invention is to provide a method of manufacturing an electromagnetic switching device that is simple and inexpensive.
  • An electromagnetic switching device comprises at least one magnet armature, a yoke, one movably guided in a bearing along an axis Pressure pin and a bearing sleeve.
  • the bearing sleeve accommodates at least the bearing and the magnet armature.
  • At least the electromagnet jacket and the bearing sleeve are formed from a material as a one-piece component by means of a forming process, preferably by means of a deep drawing technique.
  • the integrally formed component which comprises at least electromagnetic jacket and bearing sleeve, all other, still present in the electromagnetic switching device components are used.
  • At least the magnet armature and the bearing are inserted into the bearing sleeve by guiding the pressure pin along an axis.
  • a coil, a coil carrier, an intermediate segment and possibly a pole core and / or a yoke are used.
  • a sealing function is integrated, which eliminates additional components that form the sealing function.
  • the electromagnetic sleeve, the bearing sleeve and the pole core are formed as a one-piece component made of a material.
  • the pole core is thereby formed on the outer diameter of the bearing sleeve.
  • the yoke is mounted as a separate component between the bearing sleeve and the electromagnetic jacket.
  • the electromagnetic sleeve, the bearing sleeve, the yoke and the pole core are formed as a one-piece component from a material.
  • the pole core and the yoke are thereby formed on the outer diameter of the bearing sleeve.
  • a yoke plate connects to the formed on the bearing sleeve yoke.
  • the magnet armature can be stored and / or guided in the interior of the bearing sleeve. This can be done for example by a sliding bearing, which is provided between the armature and the interior of the bearing sleeve.
  • a magnetically non-conductive sliding layer between the armature and the interior of the bearing sleeve may be provided.
  • the electromagnetic jacket and the bearing sleeve are formed as a one-piece component together from a material.
  • the pole core and the yoke are mounted as separate components on the outer diameter of the bearing sleeve.
  • pole core and / or yoke are mounted as separate components on the outer diameter of the bearing sleeve, they are preferably deep-drawn, extruded, flared or sintered.
  • the space of the magnet armature inside the bearing sleeve is closed by pressing in flux guides downwards. Because a desired magnetic saturation is generated at an intermediate segment located on the outer diameter of the bearing sleeve, the two flux-conducting segments, pole core and yoke, of the soft iron circle are separated from one another.
  • FIG. 1 is a sectional view of an electromagnetic switching device according to the prior art
  • FIG. 2a is a sectional view of a first embodiment of the electromagnetic switching device, wherein the electromagnetic jacket, Bearing sleeve and pole core are formed as a one-piece component, a sectional view of the one-piece component according to the first embodiment, a three-dimensional sectional view of the one-piece component according to the first embodiment, a sectional view of a second embodiment of the electromagnetic switching device, in the electromagnetic sheath, bearing sleeve, pole core and yoke as a one-piece component are formed, a sectional view of the one-piece component according to the second embodiment, a three-dimensional sectional view of the one-piece component according to the second embodiment, a sectional view of a third embodiment of the electromagnetic switching device in which the electromagnetic jacket and bearing sleeve are formed as a one-piece component and pole core and Yoke are separate components.
  • FIG. 1 shows an electromagnetic switching device 10 according to the prior art.
  • the bearing sleeve 1 1, which contains the magnet armature 13, is connected to the cup-shaped housing part 50 by means of a welding process and thus a component of the electromagnetic switching device 10.
  • the coil 14, coil support 15 and yoke 16 are outside the bearing sleeve 1 1 arranged net.
  • cup-shaped housing part 50, coil 14, bobbin 15 and yoke 16 are inserted into an injection mold and molded with a plastic mass 52, so that they are fixed in position in the electromagnetic switching device 10.
  • the pot-shaped housing part 50 is closed by means of a conical guide body 51, in which a pressure pin 19 is guided.
  • the pressure pin 19 is axially movable along an axis A.
  • FIG. 2 a shows an electromagnetic switching device 10 according to the invention, according to a first embodiment.
  • FIGS. 2 b and 2 c show the one-piece component 100 produced from a material by means of a forming process.
  • This component consists of electromagnetic jacket 12, bearing sleeve 1 1 and pole core 17.
  • the pole core 17 is thereby formed on the outer diameter 22 of the bearing sleeve 1 1.
  • the coil 14, the bobbin 15, the yoke 16 and an intermediate segment 18 are separated by the pole core 17 and yoke 16 are inserted between the bearing sleeve 1 1 and the solenoid sheath 12.
  • FIG. 3 a shows an electromagnetic switching device 10 according to the invention, according to a second embodiment.
  • FIGS. 3b and 3c show the one-piece component 100 made of a material, produced by means of a forming process.
  • the component consists of elec- rommagnetmantel 12, bearing sleeve 1 1, pole core 17 and yoke 16.
  • the pole core 17 and the yoke 16 are thereby formed on the outer diameter 22 of the bearing sleeve 1 1. Since the yoke 16 is formed directly on the outer diameter 22 of the bearing sleeve 1 1 in this embodiment, the one-piece component 100 is closed at the upper end by a yoke plate 31. It can also be a bearing, advantageously a sliding bearing 30, be provided in the bearing sleeve 1 1, which serves for storage or guidance of the armature 13. All other components still present in the magnetic switching device 10 are positioned as in the previous embodiment.
  • FIG. 4 a shows an electromagnetic switching device 10 according to the invention, according to a third embodiment.
  • FIG. 4b shows the one-piece component 100 produced from a material by means of a forming process.
  • the component consists of electromagnetic jacket 12 and bearing sleeve 1 first
  • Fig. 4c shows the pole core 17, which is mounted in this embodiment on the outer diameter 22 of the bearing sleeve 1 1 as a separate component. All other components still present in the magnetic switching device 10 are positioned as in the previous embodiments.

Abstract

Es ist eine elektromagnetische Schaltvorrichtung (10) und ein Verfahren zur Herstellung der elektromagnetischen Schaltvorrichtung (10) offenbart. Hierzu ist ein Magnetanker (13) und ein in einem Lager (21) entlang einer Achse (A) beweglicher Druckstift (19) geführt. Eine Lagerhülse (11) nimmt zumindest das Lager (21) und den Magnetanker (13) auf. Ein Elektromagnetmantel (12) und die Lagerhülse (11) sind zusammen, aus einem Material, als ein einstückiges Bauteil (100) ausgebildet.

Description

Elektromagnetische Schaltvorrichtung
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Schaltvorrichtung. Im Besonderen bezieht sich die Erfindung auf eine elektromagnetische Schaltvorrichtung, die mit einer Lagerhülse versehen ist, die einen Mag- netanker, ein Lager und einen über das Lager geführten Druckstift aufnimmt.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer elektromagnetischen Schaltvorrichtung.
Hintergrund der Erfindung Bei bekannten elektromagnetischen Schaltvorrichtungen erfolgt die Abdichtung beispielsweise durch Einbringung von O-Ring-Dichtungen oder durch eine mediendichte Umspritzung der Spule. Ein Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen ist, dass durch die zusätzlich benötigten Bauteile ein erhöhter Montageaufwand und damit auch höhere Kosten verursacht werden. Auch besteht das nicht zu unterschätzende Risiko, dass die beim Umspritzpro- zess auftretenden Schwankungen zu Undichtigkeiten führen können.
Aus der DE 10 2006 015 233 B4 ist eine elektromagnetische Stellvorrichtung bekannt, bei der der Jochabschnitt und der Kernabschnitt als ein einstückig gefertigtes Jochkernelement realisiert sind, wodurch das aufwendige axiale Zent- rieren relativ zueinander entfällt. Es wird dabei ein magnetischer Kurzschluss zwischen dem Kern und dem Joch erzeugt, welcher aufgrund weiterer geometrischer Anordnungen zwar nur geringe Auswirkungen auf Effizienz bzw. Wir- kungsgrad hat, jedoch diese nicht ganz abmindert. Die Lagereinheit wird hier in das Gehäuse montiert.
In der DE 10 2007 061 862 A1 wird eine Lagerhülse mittels eines Schweißverfahrens in der schaltbaren Magnetanordnung integriert. Alle anderen Teile werden in eine Spritzgussform eingesetzt und mit Kunststoffmasse umspritzt, so dass sie fest aneinander gehalten werden. Es soll ein Druckausgleich im Magneten ohne Ausgleichsbohrungen im Ankerkolben realisiert werden. Dazu wird vorgeschlagen, dass der Anker und/oder das Joch und/oder der konusförmige Führungskörper und/oder das Lager von einem magnetisch leitfähigen, mediendurchlässigen Material umgeben ist.
Die Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik weisen demnach einen erhöhten Montageaufwand auf. Aufgrund des Umspritzprozesses und des mediendurchlässigen Materials kann keine vollständige und sichere Abdichtung des Magneten gegenüber der Umgebung erreicht werden. Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist, eine elektromagnetische Schaltvorrichtung zu schaffen, die einfach und kostengünstig herzustellen ist und trotzdem die erforderliche Dichtigkeit gegenüber dem olbenetzten Innenraum des Magneten und der Umgebung aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine elektromagnetische Schaltvorrichtung gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zur Herstellung einer e- lektromagnetischen Schaltvorrichtung zu schaffen, das einfach und kostengünstig ist.
Die obige Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung der elektromagne- tischen Schaltvorrichtung gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 6 umfasst.
Eine elektromagnetische Schaltvorrichtung umfasst zumindest einen Magnetanker, ein Joch, einen in einem Lager entlang einer Achse beweglich geführten Druckstift und eine Lagerhülse. Die Lagerhülse nimmt zumindest das Lager und den Magnetanker auf.
Erfindungsgemäß werden dabei zumindest der Elektromagnetmantel und die Lagerhülse mittels eines Umformprozesses, bevorzugt mittels Tiefziehtechnik, aus einem Material als ein einstückiges Bauteil ausgebildet. In das als einstückig ausgebildete Bauteil, welches zumindest Elektromagnetmantel und Lagerhülse umfasst, werden alle weiteren, noch in der elektromagnetischen Schaltvorrichtung vorhandenen Bauteile, eingesetzt. In die Lagerhülse werden zumindest der Magnetanker und das Lager, indem der Druckstift entlang einer Achse geführt ist, eingesetzt. Zwischen dem Elektromagnetmantel und der Lagerhülse werden eine Spule, ein Spulenträger, ein Zwischensegment und ggf. ein Polkern und/oder ein Joch eingesetzt. In die Lagerhülse ist eine Dichtfunktion integriert, wodurch zusätzliche Bauteile, die die Dichtfunktion ausbilden, entfallen. Außerdem ist es nicht mehr nötig die Bauteile mit- tels eines Umspritzprozesses zu umspritzen. Dadurch werden der Montagaufwand und das Risiko von Undichtigkeiten, die durch den Umspritzprozess entstehen können, verringert.
Bei einer ersten Ausführungsform der elektromagnetischen Schaltvorrichtung werden der Elektromagnetmantel, die Lagerhülse und der Polkern als ein einstückiges Bauteil zusammen aus einem Material ausgebildet. Der Polkern wird dabei am Außendurchmesser der Lagerhülse ausgeformt. In dieser Ausführungsform wird das Joch als ein separates Bauteil zwischen der Lagerhülse und dem Elektromagnetmantel montiert.
Bei einer zweiten Ausführungsform der elektromagnetischen Schaltvorrichtung werden der Elektromagnetmantel, die Lagerhülse, das Joch und der Polkern als ein einstückiges Bauteil zusammen aus einem Material ausgebildet. Der Polkern und das Joch werden dabei am Außendurchmesser der Lagerhülse ausgeformt. Eine Jochplatte schließt an das an der Lagerhülse ausgeformte Joch an. Der Magnetanker kann im Innern der Lagerhülse gelagert und/oder geführt werden. Dies kann beispielsweise durch ein Gleitlager erfolgen, das zwischen Magnetanker und dem Inneren der Lagerhülse vorgesehen ist. Ebenso kann eine magnetisch nicht-leitende Gleitschicht zwischen Magnetanker und dem Inneren der Lagerhülse vorgesehen sein.
In einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schaltvorrichtung werden der Elektromagnetmantel und die Lagerhülse als ein einstückiges Bauteil zusammen aus einem Material ausgebildet. Der Polkern und das Joch werden als separate Bauteile an dem Außendurchmesser der Lagerhülse montiert.
In den Ausführungsformen, in denen Polkern und/oder Joch als separate Bauteile auf dem Außendurchmesser der Lagerhülse montiert werden, sind diese bevorzugt tiefgezogen, fließgepresst, gespant oder gesintert.
Der Raum des Magnetankers innerhalb der Lagerhülse wird durch Einpressen von Flussleitstücken nach unten hin abgeschlossen. Dadurch, dass an einem sich am Außendurchmesser der Lagerhülse befindlichen Zwischensegment eine gewollte magnetische Sättigung erzeugt wird, werden die beiden Flussleit- segmente, Polkern und Joch, des Weicheisenkreises voneinander getrennt.
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile an- hand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer elektromagnetischen Schaltvorrich- tung gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2a eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform der elektromagnetischen Schaltvorrichtung, bei der Elektromagnetmantel, Lagerhülse und Polkern als ein einstückiges Bauteil ausgeformt sind, eine Schnittdarstellung des einstückigen Bauteils gemäß der ersten Ausführungsform, eine dreidimensionale Schnittdarstellung des einstückigen Bauteils gemäß der ersten Ausführungsform, eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der elektromagnetischen Schaltvorrichtung, bei der Elektromagnetmantel, Lagerhülse, Polkern und Joch als ein einstückiges Bauteil ausgeformt sind, eine Schnittdarstellung des einstückigen Bauteils gemäß der zweiten Ausführungsform, eine dreidimensionale Schnittdarstellung des einstückigen Bauteils gemäß der zweiten Ausführungsform, eine Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform der elektromagnetischen Schaltvorrichtung, bei der Elektromagnetmantel und Lagerhülse als ein einstückiges Bauteil ausgeformt sind und Polkern und Joch separate Bauteile sind. eine Schnittdarstellung des einstückigen Bauteils gemäß der dritten Ausführungsform, eine Schnittdarstellung und eine dreidimensionale Darstellung des Polkerns, welcher als separates Bauteil auf die Lagerhülse montiert wird.
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweili- gen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße elektromagnetische Schaltvorrichtung ausgestaltet sein kann und stellen somit keine abschließende Begrenzung der Erfindung dar. Fig. 1 zeigt eine elektromagnetische Schaltvorrichtung 10 gemäß dem Stand der Technik. Die Lagerhülse 1 1 , welche den Magnetanker 13 enthält, ist mit dem topfförmigen Gehäuseteil 50 mittels eines Schweißverfahrens verbunden und somit ein Bestandteil der elektromagnetischen Schaltvorrichtung 10. Spule 14, Spulenträger 15 und Joch 16 sind außerhalb der Lagerhülse 1 1 angeord- net. Lagerhülse 1 1 , topfförmiges Gehäuseteil 50, Spule 14, Spulenträger 15 und Joch 16 werden in eine Spritzgussform eingesetzt und mit einer Kunst- stoffmasse 52 umspritzt, so dass sie in ihrer Lage in der elektromagnetischen Schaltvorrichtung 10 fixiert sind. Das topfförmige Gehäuseteil 50 wird mittels eines konusförmigen Führungskörpers 51 , in dem ein Druckstift 19 geführt ist, abgeschlossen. Der Druckstift 19 ist entlang einer Achse A axial beweglich.
Fig. 2a zeigt eine erfindungsgemäße elektromagnetische Schaltvorrichtung 10, gemäß einer ersten Ausführungsform. In den Figuren 2b und 2c ist das aus einem Material, mittels eines Umformprozesses hergestellte, einstückige Bauteil 100 dargestellt. Dieses Bauteil besteht aus Elektromagnetmantel 12, La- gerhülse 1 1 und Polkern 17. Der Polkern 17 wird dabei auf dem Außendurchmesser 22 der Lagerhülse 1 1 ausgeformt. Die Spule 14, der Spulenträger 15, das Joch 16 sowie ein Zwischensegment 18, durch das Polkern 17 und Joch 16 voneinander getrennt sind, werden zwischen der Lagerhülse 1 1 und dem Elektromagnetmantel 12 eingesetzt. Das Lager 21 , in dem der entlang der Achse A bewegbare Druckstift 19 geführt wird, und der beweglich gelagerte Magnetanker 13, der durch Einpressen von Flussleitstücken 40 abgeschlossen ist, werden in das Innere 24 der Lagerhülse 1 1 eingesetzt. Die Lagerhülse 1 1 ist einseitig durch einen Deckel 23 verschlossen, der ebenfalls durch den Um- formprozess ausgebildet wird. Fig. 3a zeigt eine erfindungsgemäße elektromagnetische Schaltvorrichtung 10, gemäß einer zweiten Ausführungsform. In den Figuren 3b und 3c ist das aus einem Material, mittels eines Umformprozesses hergestellte, einstückige Bauteil 100 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform besteht das Bauteil aus Elekt- romagnetmantel 12, Lagerhülse 1 1 , Polkern 17 und Joch 16. Der Polkern 17 und das Joch 16 werden dabei auf dem Außendurchmesser 22 der Lagerhülse 1 1 ausgeformt. Da das Joch 16 in dieser Ausführungsform direkt am Außendurchmesser 22 der Lagerhülse 1 1 ausgeformt wird, wird das einstückige Bauteil 100 am oberen Ende durch eine Jochplatte 31 abgeschlossen. Es kann auch ein Lager, vorteilhafterweise ein Gleitlager 30, in der Lagerhülse 1 1 vorgesehen sein, das zur Lagerung bzw. Führung des Magnetankers 13 dient. Alle anderen Bauteile, die noch in der magnetischen Schaltvorrichtung 10 vorhandenen sind, sind wie in der vorangehenden Ausführungsform positioniert.
Fig. 4a zeigt eine erfindungsgemäße elektromagnetische Schaltvorrichtung 10, gemäß einer dritten Ausführungsform. In Figur 4b ist das aus einem Material, mittels eines Umform prozesses hergestellte, einstückige Bauteil 100 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform besteht das Bauteil aus Elektromagnetmantel 12 und Lagerhülse 1 1 . Fig. 4c zeigt den Polkern 17, welcher in dieser Ausführungsform auf dem Außendurchmesser 22 der Lagerhülse 1 1 als separates Bauteil montiert wird. Alle anderen Bauteile, die noch in der magnetischen Schaltvorrichtung 10 vorhandenen sind, sind wie in den vorangehenden Ausführungsformen positioniert.
Bezugszeichenliste
10 elektromagnetische Schaltvorrichtung
1 1 Lagerhülse
12 Elektromagnetmantel
13 Magnetanker
14 Spule
15 Spulenträger
16 Joch
17 Pol kern
18 Zwischensegment
19 Druckstift
21 Lager
22 Außendurchmesser
23 Deckel
24 Inneres der Lagerhülse
30 Gleitlager
31 Jochplatte
40 Flussleitstück
50 topfförmiger Gehäuseteil
51 konusförmiger Führungskörper
52 Kunststoffmasse
100 einstückiges Bauteil
A Achse

Claims

Patentansprüche
1 . Elektromagnetische Schaltvorrichtung (10),
mit einem Magnetanker (13),
einem in einem Lager (21 ) entlang einer Achse (A) beweglich geführten Druckstift (19),
einem Joch (16)
und einer Lagerhülse (1 1 ), die zumindest das Lager (21 ) und den Magnetanker (13) aufnimmt,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Elektromagnetmantel (12) und die Lagerhülse (1 1 ) zusammen, aus einem Material, als ein einstückiges Bauteil (100) ausgebildet sind.
2. Elektromagnetische Schaltvorrichtung (10) nach Anspruch 1 , wobei ein konusformiger Polkern (17) an der Lagerhülse (1 1 ) aus dem Material des Elektromagnetmantels (12) und der Lagerhülse (1 1 ) ausgeformt ist.
3. Elektromagnetische Schaltvorrichtung (10) nach Anspruch 1 , wobei ein konusformiger Polkern (17) und ein konusförmiges Joch (16) and der La- gerhülse (1 1 ) aus dem Material des Elektromagnetmantels (12) und der
Lagerhülse (1 1 ) ausgeformt sind.
4. Elektromagnetische Schaltvorrichtung (10) nach Anspruch 1 , wobei ein Polkern (17) als ein separates Bauteil ist und auf der Lagerhülse (1 1 ) montiert ist und diese umgibt.
5. Elektromagnetische Schaltvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Polkern (17) und das Joch (16) durch ein magnetisch gesättigtes Zwischensegment (18) voneinander getrennt sind.
6. Verfahren zur Herstellung einer elektromagnetischen Schaltvorrichtung (10),
umfassend die folgenden Schritte,
Ausbilden eines einstückigen Bauteils (100) aus einem Material mittels eines Umformprozesses, wobei das einstückige Bauteil (100) zumindest eine Lagerhülse (1 1 ) und einen Elektromagnetmantel (12) umfasst;
Einsetzen eines Magnetankers (13) eines Druckstifts (19) und eines Lagers (21 ) in die Lagerhülse (1 1 ); und Einsetzen einer Spule (14) mit Spulenträger (15) und eines Jochs (16) zwischen der Lagerhülse (1 1 ) und dem Elektromagnetmantel (12) des einstückigen Bauteils (100).
Verfahren nach Anspruch 6, wobei beim Umformprozess des einstückigen Bauteils (100) ein Polkern (17) an der Lagerhülse (1 1 ) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei beim Umformprozess des einstückigen Bauteils (100) ein Polkern (17) und ein ein Joch (16) an der Lagerhülse (1 1 ) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei ein Polkern (17) als separates Bauteil eingesetzt wird und die Lagerhülse (1 1 ) teilweise umschließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei ein Flussleitstück (40) in die Lagerhülse (1 1 ) eingepresst wird.
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