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Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine gattungsgemäße Anordnung ist aus der
DE 102 38 840 A1 bekannt.
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Stand der Technik
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Zur Verbesserung des magnetischen Flussüberganges eines Elektromagneten in der Bauart eines Hubmagneten wird dessen Hubankerkolben in einer einseitig mit einem Boden versehenen Hülse aus einem unmagnetischen Material geführt. Die Führungshülse ist mit ihrem offenen Ende außen um den Steuerkonus gelagert und mit dem Gehäuse verbunden. Das geschlossene Ende der Hülse mit dem Boden ist im Bereich des Joches, an der dortigen Querwand des Gehäuses gelagert.
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Aus der nachveröffentlichten
DE 10 2005 049 663 A1 der Anmelderin ist es bekannt, eine mit einem Boden versehene Lagerhülse mit ihrem offenen Ende innerhalb des Steuerkonusses anzuordnen. Das geschlossene Ende der Hülse mit dem Boden erstreckt sich bis zum rückwärtigen Ende des Gehäuses und reicht insbesondere bis an die dortige Querwand.
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Bei Elektromagneten wird allgemein auf Grund der magnetischen Wechselwirkung zwischen Ankerkolben und Konus eine in radialer Richtung sich erstreckende sog. Antiklebscheibe zwischen beiden Bauteilen angeordnet, die ein Haften des Ankerkolbens am Konus nach Abschalten der Erregerspule verhindert. Nur wenn der Ankerkolben auf Grund einer äußeren Hubbegrenzung die Querwand der Konusfläche nicht erreicht, ist keine Antiklebscheibe notwendig. Der Einbau solcher Hubbegrenzungen ist aber auf Grund des beschränkten Hubraumes des Elektromagneten konstruktiv nicht immer zu realisieren. Die alleinige Wahl von Magnetwerkstoffen mit geringer Remanenzinduktion ist als Ersatz für eine Antiklebscheibe nicht ausreichend.
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DE 20 2005 019 685 U1 zeigt einen Elektromagneten mit einer Antiklebscheibe, die als Anschlagdämpfung ausgeführt ist und ein Anhaften des Ankerkolbens am Konus verhindert. Die Scheibe ist ringförmig angeordnet, und liegt mit ihrem Außenumfang an dem Innenumfang eines Pohlrohres in etwa der Mitte desselben an.
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In
DE 197 17 445 C2 ist die Antiklebscheibe zwischen Ankerkolben und der zugehörigen Querwand des Konusses angeordnet.
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In beiden Fällen ist die Antiklebscheibe als separates Bauteil ausgeführt, deren Montage bei der Herstellung des Magneten sehr aufwendig ist. Ein Zusammenhang mit der Lagerung des Ankerkolbens ist dem Stand der Technik nicht zu entnehmen.
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In
DE 101 64 301 A1 ist zur Begrenzung des Ankerhubs ebenfalls eine Antiklebscheibe vorgesehen, die als separates Bauteil ausgeführt ist.
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Aufgabe der Erfindung
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, bei einem Elektromagneten der genannten Art, die Anordnung der Antiklebscheibe in Hinblick auf die Lagerung des Ankerkolbens in einer Lagerhülse zu verbessern. Die Aufgabe wird in Verbindung mit seinem Oberbegriff durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
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Im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen ist das geschlossene Ende der Lagerhülse im Bereich des Konusses angeordnet und bildet dort den Hülsenboden. Die Antiklebscheibe wird damit als Distanzhalter zwischen Ankerkolben und Konus mit der Lagerhülse zu einer baulichen Einheit zusammengefasst. Eine zusätzliche Antiklebscheibe im Bereich des Ankerhubraumes sowohl am Hülsenboden oder an der Stirnseite des Ankerkolbens ist nicht mehr erforderlich.
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Durch Reduzierung von Einzelteilen und gleichzeitiger Erhöhung der mechanischen Steifigkeit und Beibehaltung der Wandung des Lagermaterials wird die Lagerung des Ankerkolbens deutlich verbessert, was zu einer geringen Hysterese führt. Insbesondere die magnetische Flussführung zwischen einem Eisenrückschluss im Joch oder Gehäuseteilen des Elektromagneten und dem Ankerkolben im Gehäuse wird durch die Ausgestaltung des Hülsenbodens als Antiklebscheibe verbessert.
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Für die Wirkung der Antiklebscheibe ist es notwendig, dass zumindest der Hülsenboden der Führungshülse aus einem antimagnetischen Material besteht, wobei selbstverständlich auch die ganze Hülse aus einem solchen Material bestehen kann. Dies schließt aber nicht aus, dass für den axialen Bereich der Hülse ein nichtmagnetisches Material verwendet werden kann, wodurch der Arbeitsluftspalt und damit der Eisenrückfluss zwischen Ankerkolben und Joch/Gehäuse vergrößert werden kann. Dies führt zu einer Reduzierung der Querkraftkomponente im Ankerkolben.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Hülsenboden eine in Richtung des Ankerkolbens sich erstreckende Profilierung auf, die ein Aufprall- und/oder Dämpfungselement für den aufprallenden Ankerkolben umfasst. Damit ist in axialer Richtung die Dicke der Antiklebscheibe variabel einstellbar.
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Die Profilierung des Hülsenbodens kann bei Beibehaltung der Dicke auch durch axiale Ausbuchtungen in Form einer Umstülpung in ihrem radialen Verlauf erzielt werden, die neben der Antihaftwirkung zusätzlich auch Dämpfungseigenschaften beim Aufprall des Ankerkolbens auf den Hülsenboden aufweist.
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Zur besseren Fixierung der Lagerhülse im Konusbereich ist der Hülsenboden in einer zentrischen axialen Ausdrehung des Konusses angeordnet, dessen äußerer axial vorstehender Rand den Steuerkonus bildet, der je nach Anforderung an die Weg-Hubcharakteristik des Magneten vorzugsweise in Richtung der Lagerhülse eine abfallende Kontur aufweist. Der axial abragende Rand des Konusses ist somit Bestandteil des Hubraums des Ankerkolbens.
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Es ist weiter vorteilhaft, wenn die Wandstärke der Lagerhülse über dessen Länge konstant ist. Die Herstellung einer solchen Hülse, die vorzugsweise aus dünnem, hartem Material besteht, ist kostengünstig. Gleichzeitig wird damit überall ein gleichmäßiger Abstand zwischen dem Ankerkolben und dem Joch/Gehäuse hergestellt.
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Die Lagerhülse endet vorteilhaft axial mit ihrem offenen Ende im Bereich des Joches. Sie erstreckt sich somit nahezu über die gesamte axiale Länge des Elektromagneten. Sie weist auf ihrer gesamten Länge den gleichen Durchmesser auf und ist fest mit dem Joch und/oder dem Konus verbunden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung weist das Joch einen radialen Teil in Form einer Ringscheibe, und in Richtung des Konusses einen axialen Teil in Form eines Rohres auf, dessen axiale Länge sich bis in den Bereich der Zylinderspule erstreckt. Die Jochringscheibe ist in einer ersten Variante auf das Jochrohr aufgesetzt. Alternativ dazu können aber beide Teile L-förmig als ein Bauteil ausgeführt sein, wobei der kurze Schenkel die Jochringscheibe umfasst und der lange Schenkel das axiale Jochrohr bildet.
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Der Elektromagnet wird vorteilhaft als Betätigungselement für ein Stellelement eines Ventils eingesetzt. Hierzu ist es notwendig, dass der Ankerkolben eine axial zentrische Bohrung aufweist, wobei an der dem offenen Ende der Lagerhülse zugewandten Stirnseite des Ankerkolbens eine Betätigungstange axial herausragt. Die Bohrung kann in Form einer Sacklochbohrung, in der die Stange gelagert ist, oder durchgehend bis zum anderen Ende des Ankerkolbens bis zum Konusbereich ausgeführt sein.
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Die Stange weist an ihrem dem Ankerkolben abgewandten Ende einen Dichtstößel auf, mit dem der Zu- und Abfluss eines Fluids oder Mediums des Ventils ganz oder teilweise geöffnet bzw. verschließbar ist.
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Bei der Ausführung der zentrischen Ankerkolbenbohrung als durchgehende Bohrung ist vorteilhaft das dem Konus zugewandte Ende der Bohrung in einem radial vergrößerten Hohlraum angeordnet. Dieser in axialer Richtung sich erstreckende Hohlraum bildet mit seinem Schulterbereich im Inneren des Ankerkolbens eine erste Lagerstelle für eine axial sich erstreckende Druckfeder, die sich mit ihrem anderen Ende im Konusbereich abstützt. Nach Abschaltung der magnetischen Erregung in der Spule drückt die Feder den Ankerkolben wieder in seine Ausgangsstellung zurück. Durch die Versenkung der Lagerstelle der Gegendruckfeder in das Innere des Ankerkolbens kann die Baulänge des gesamten Elektromagneten erheblich reduziert werden.
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Es ist weiter von Vorteil, wenn der dem Konus abgewandte Hubraum des Ankerkolbens durch einen radial sich erstreckende Spritzschutz abgedichtet ist. Der Spritzschutz verhindert ein Eindringen von Schmutz. Eine Dichtfunktion ist nur beschränkt möglich. Insbesondere bei der Ausführung des Elektromagneten als Betätigungselement hat sich dieser Schutz bewährt. Er ist als Kunststoffscheibe ausgeführt und radial an dem offenen Ende der Lagerhülse eingepresst und weist einen zentralen Durchlass für die Betätigungsstange auf. Die Spritzschutzscheibe kann als zusätzliche Antiklebscheibe genutzt werden, falls eine solche für diesen Bereich erforderlich ist.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Hülsenboden ein axial abragendes Verlängerungsteil aufweist, das in einen axialen Durchgriff des Konusses hineinragt. Das Verlängerungsteil bewirkt die Fixierung der Lagerhülse im Konus. Damit wird der Konus zu einem rohrförmigen Bauteil, in dessen Innenwandung das Verlängerungsteil befestigt ist. Beide Bauteile sind durch radiale nach außen gerichtete und umfangmäßig in axiale Richtung sich erstreckende Sicken am Verlängerungsteil miteinander verbunden.
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Die in Richtung des Ankerkolbens angeordnete Stirnseite des Konusrohres bildet jetzt radiale Auflageflächen und damit die Antiklebscheibe für den Boden der Lagerhülse ohne den radialen Bereich des Verlängerungsteiles. Weist die Stirnseite zusätzlich eine axiale Ausdrehung aus, wie oben schon erwähnt, bildet der axiale Ausdrehrand des Konusrohres den Steuerkonus, der sich axial über die Querwand der Lagehülse erstreckt.
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Der Konus weist neben seinem axial sich erstreckenden rohrförmigen Teil auch ein radial sich erstreckendes Teil auf, das ähnlich wie das entsprechende Jochteil, als ringförmige Scheibe ausgeführt ist, und mit ihrer radialen Innenseite die Begrenzung für die Zylinderspule bildet. Beide Konusteile können analog wie beim Joch ebenfalls entweder einstückig oder aus zwei Bauteilen bestehen. Bei der zuletzt genannten Variante bilden der radiale Teil des Konusses und des Joches und die Zylinderspule einen hohlen zylinderförmigen Magnetkörper, in dessen Bohrung der Ankerkolben mit der Lagerhülse, das axiale Rohr des Joches und des Konusses eingesteckt werden können.
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In der Ausführung der Lagerhülse mit Verlängerungsteil weist vorteilhaft dessen Boden eine Durchgangsöffnung für die Druckfeder auf, die mit ihrem vom Ankerkolben abgewandten Ende in dem Durchgriff des Konusses angeordnete Führungshülse gelagert ist. Die Führungshülse kann im Durchgriff des Konusrohres axial verschiebbar angeordnet sein, wodurch der Federweg/bzw. die Federvorspannung von außen nachjustiert werden kann, ohne den Magneten zu demontieren.
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Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und einem an Hand der Zeichnung nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel.
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Ausführungsbeispiel
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1 zeigt einen schematischen Längsquerschnitt der Erfindung.
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2 zeigt eine Schnittdarstellung gemäß der Linie B-B der 1.
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3 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein Detail der 1.
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4 zeigt eine Längsquerschnittsdarstellung der 3
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1 zeigt in einem schematischen Längsquerschnitt ein Pilotventil mit einem Elektromagneten 1 als Betätigungselement und einem an seiner linken Stirnseite angeordneten Ventilteil 2. Das Ventilteil 2 weist eine Ventilhülse 4 mit einem Zu- und Ablauf 3 auf, wobei der Zu- und Ablauf 3 mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
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Das als Zulauf 3 definierte Bauteil ist in einer axialen Bohrung 5 der Ventilhülse 4 angeordnet, die von einem Dichtstößel 6 durch den Elektromagneten 1 jeweils ganz oder teilweise geöffnet bzw. geschlossen werden kann. Der zugehörige Abfluss 3 für das Ventil ist radial in Höhe des Dichtstößels 6 angeordnet.
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Der Dichtstößel 6 ist mit einer Betätigungsstange 7 verbunden, die mit Ihrem anderen Ende in eine axial durchgehende Bohrung 8 eines durch Magnetkraft des Elektromagneten 1 axial bewegten Hubankerkolbens 9 gelagert ist. In 1 ist der Dichtstößel 6 als separates Bauteil wie eine Glocke über das Ende der Betätigungsstange 7 gestülpt.
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Der Dichtstößel 6 kann in einer alternativen Ausführung, die nicht dargestellt ist, auch ein Teil der Betätigungsstange 7 sein. Der radiale Durchmesser des Stangenkopfes ist in dieser Ausführung einer Durchgangsöffnung 34 des Zu- bzw. Ablaufes 3 angepasst.
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Der Hubankerkolben 9 ist in einer Lagerhülse 10 verschiebbar angeordnet, die mit ihrem offenen Ende bis in den Bereich des Ventilteils 2 sich erstreckt und deren Hülsenboden im Konusbereich des Elektromagneten 1 endet und dort zusätzlich die Funktion einer Antiklebscheibe 28 erfüllt, die verhindert, dass der Ankerkolben 9 bei Abschaltung eines Erregerstromes des Elektromagneten 1 am Konus 23 im Hülsenbodenbereich haften bleibt. Das offene Ende der Lagerhülse 10 und damit der dort vorgesehene Hubraum des Ankerkolbens 9 ist gegenüber dem Ventilteil 2, und insbesondere gegenüber dessen Zu- und Ablauf 3, durch einen Spritzschutz 13 aus Kunststoff abgetrennt, der wie ein Stopfen den Ankerhubraum abgrenzt.
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Der Elektromagnet 1 weist einen zylinderförmigen hohlen axial Magnetkörper auf, an dessen Umfang axial in der Mitte eine Zylinderspule 11 gelagert ist, die über einen Stecker 14 mit Strom versorgt wird. Der Stecker 14 erstreckt sich radial zwischen einer Seitenfläche der Zylinderspule 11 und einer Jochringscheibe 15, die auf ein Joch- oder Polrohr 16 aufgesetzt ist. In Höhe des Dichtstößels 6 weist das Rohr 16 einen Durchlass für den radialen Ablauf 3 des Mediums oder Fluids des Ventils auf. An der Innenwandung des in das Ventilteil 2 reichenden Endes des Polrohres 16 ist die Ventilhülse 4 angeordnet.
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Das Polrohr 16 erstreckt sich axial vom Ventilteil 2 bis über die Mitte der Zylinderspule. Die Lagerhülse 10 ist mit ihrer axialen Länge mit der Innenwandung des Polrohres 16 fest verbunden, dessen Aussenwandung jedoch mit dem Magnetkörper nur punktuell im Bereich des Spritzschutzes 13 verbunden ist.
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Der zylinderförmige Magnetkörper umfasst einen Kunststoffkörper 17, der aus dem Stecker 14 sowie die Lagerung 18 der Zylinderspule 11 umfasst. Er umgibt ferner die zum Konus 12 gewandte planare Fläche der Zylinderspule 11. Nach außen abgeschlossen wird die Anordnung durch ein flussführendes Gehäuse 19.
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Der Konus 12 des Elektromagneten 1 umfasst in der Darstellung der 1, einen radialen Bereich in Form einer ringförmigen Konusscheibe 20 und einen axialen Bereich in Form eines Konusrohres 21, der einen axialen Durchgriff 24 für ein axial abragendes Verlängerungsteil 25 der Lagerhülse 10 aufweist.
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3 und 4 zeigen in separaten Darstellungen jeweils die Lagerhülse 10 mit ihrem Verlängerungsteil 25. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung der Lagerhülse 10, 4 zeigt deren Längsschnitt. Das Verlängerungsteil 25 weist auf seinem Umfang verteilte radial nach außen gerichtete Sicken 27 auf, mit denen das Verlängerungsteil 25 in dem Durchgriff 24 der Lagerhülse 10 befestigt ist, wie dies auch aus 2 ersichtlich ist.
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Die Konusscheibe 20 ist auf dem hinteren Ende des Konusrohres 21 auf dessen Außenumfang aufgesetzt, der an seinem rückwärtigen Ende eine radiale Verrutschsperre 26 aufweist. Die Konusscheibe 20 liegt mit ihrer planaren Fläche am Kunststoffkörpers 17 an, die andere Fläche bildet die hintere Abgrenzung des Elektromagneten 1. Die äußere axiale Fläche der Konusscheibe 20 wird durch das Gehäuse 19 abgedeckt. Der gesamte Konus 12 wird nur durch den Kunststoffkörper 17 und das Gehäuse 19 befestigt. Zwischen dem axialen Bereich des Kunststoffkörper 17 im Konusbereich und der äußeren Wandung des Konusrohres 21 besteht keine feste Verbindung, so dass das Konusrohr 21 in die Öffnung des Magnetkörpers bei der Montage eingeschoben werden kann.
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Das Konusrohr 21 weist an seinem dem Ankerkolben 9 zugewandten Stirnseite eine in axialer Richtung sich erstreckende Ausdrehung 22 auf, deren äußerer radialer Rand einen Steuerkonus 23 für den Flussübergang zu dem Ankerkolben 9 bildet. Der Durchmesser der Ausdrehung 22 entspricht in etwa dem der Innenwandung des Polrohres 16. Die Lagerhülse 10 ist mit Ihrem Bodenbereich innerhalb der Ausdrehung 22 angeordnet, Sei weist auf Ihrer gesamten Länge den gleichen Durchmesser auf.
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Der radiale Bereich des Lagerhülsenboden, der zwischen dem Steuerkonus 23 und dem Durchgriff 24 angeordnet ist, wird erfindungsgemäß als Antiklebscheibe 28 verwendet, die bei Abschalten des Erregerstromes in der Zylinderspule 11 ein Festkleben des Ankerkolbens 9 im Konus verhindert. Der radiale Bereich weist in dem Ausführungsbeispiel einen leicht S-förmigen Verlauf auf, der damit zusätzlich eine Dämpfungs- bzw. Aufprallfunktion für den Ankerkolben 9 erhält.
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Die axiale Bohrung 8 des Ankerkolbens 10 erweitert sich an ihrem dem Konus 12 zugewandten Ende zu einem Hohlraum 29, der im Inneren des Ankerkolbens 9 eine Schulter bildet, gegen die sich ein Ende einer axialen Gegendruckfeder 30 drückt, die aus dem Hohlraum 20 heraus ragt, einen Durchgang 36 im Boden des Verlängerungsteiles 25 der Lagerhülse 10 im Konusrohr 21 durchgreift und mit ihrem rückwärtigen Ende gegen eine axial verschiebbare Führungshülse 31 drückt. Die Führungshülse 31 weist hierzu an ihrem der Feder 30 zugewandten Ende einen axial sich erstreckenden Höcker 33 auf. Das andere Ende der Hülse 31 ist in der hinteren Stirnwand des Konusrohres 21 eingepresst. Die Federvorspannung wird mit der Führungshülse 31 eingesellt.
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2 zeigt eine Schnittdarstellung der 1 im Bereich B-B. Dargestellt ist, wie die Gegenddruckfeder 30 in dem Verlängerungsteil 25 der Lagerhülse 10 durch ein in im Inneren des Teils 25 angeordnetes Führungsrohr 32 geführt ist.
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Das in 1 dargestellte Pilotventil ist in der stromlos geschlossenen Position dargestellt. Die Gegenddruckfeder 30 drückt über den Ankerkolben 9 und die Betätigungsstange 7 den Dichtstößel 6 in die Durchgangsöffnung 34 des Zu- und Abflusses 3 hinein, so dass er in der in 1 dargestellten Position verschlossen ist. Bei Bestromung der Zylinderspule 11 wird der Ankerkolben 9 durch die Magnetkraft gegen die Feder 30 gezogen und auf den Bodenbereich der Lagerhülse 10 gedrückt, dessen radialer Bereich durch seinen S-förmigen Verlauf zusätzlich als Aufprall- oder Dämpfungselement wirkt. Bei Abschaltung des Erregerstromes verhindert der radiale Teil der Bodens ein Festkleben des Ankerkolbens 9 in dieser Position.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektromagnet
- 2
- Ventilteil
- 3
- Zu- und Ablauf
- 4
- Ventilhülse
- 5
- Axiale Bohrung (Ventilhülse)
- 6
- Dichtstößel
- 7
- Betätigungsstange
- 8
- Axiale Bohrung (Ankerkolben)
- 9
- Hubankerkolben
- 10
- Lagerhülse
- 11
- Zylinderspule
- 12
- Konus
- 13
- Spritzschutz
- 14
- Stecker
- 15
- Jochscheibe
- 16
- Joch-Polrohr
- 17
- Kunststoffkörper
- 18
- Spulenhalterung
- 19
- Gehäuse
- 20
- Konusscheibe
- 21
- Konusrohr
- 22
- Ausdrehung
- 23
- Steuerkonus
- 24
- Durchgriff (Konus)
- 25
- Verlängerungsteil (Lagerhülse)
- 26
- Verrutschsperre
- 27
- Sicken
- 28
- Antiklebscheibe
- 29
- Hohlraum
- 30
- Gegendruckfeder
- 31
- Führungshülse
- 32
- Führungsrohr
- 33
- Höcker
- 34
- Durchgangsöffnung (Zu- und/oder Abfluss)
- 35
- Durchlass (Spritzschutz)
- 36
- Durchgang (Verlängerungsteil)
