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Die Erfindung betrifft ein Elektromagnetventil, insbesondere für schlupfgeregelte Kraftfahrzeugbremsanlagen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der
DE 100 10 734 A1 ist bereits ein Elektromagnetventil bekannt geworden, dessen Rückstellfeder unmittelbar zwischen einem das Ventilgehäuse verschließenden Magnetkern und dem Magnetanker angeordnet ist, so dass bei elektromagnetisch Erregung der Magnetanker über seinen gesamten Hub gegen die Rückstellfeder bewegt werden muss. Überdies muss unter dem Einfluss einer hydraulischen Druckdifferenz zum Anheben des ersten Ventilschließkörpers vom zweiten Ventilschließkörper nicht nur gegen die Rückstellfeder, sondern zusätzlich entgegen einer am ersten Ventilschließkörper wirksamen hydraulischen Schließkraft der Magnetanker in Richtung des Magnetkerns über seinen gesamten Arbeitshub angezogen werden.
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Zwangsläufig bedarf es entsprechend hoher magnetischer Schaltkräfte, um die durch die Rückstellfeder und die hydraulische Druckdifferenz verursachten Kräfte überbrücken zu können.
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Die gattungsbildende Druckschrift
DE 10 2005 014 100 A1 offenbart ein Elektromagnetventil mit einem ersten und einen zweiten Ventilschließkörper in koaxialer Anordnung, wobei der erste Ventilschließkörper mittels eines Koppelelements relativ beweglich an einem Magnetanker positioniert ist. Das als Hülsentopf ausgeführte Koppelelement besteht aus einem vorzugsweise im Tiefziehverfahren hergestellten Dünnblech, das kraft- und/oder formschlüssig mit dem Magnetanker verbunden ist. Der erste Ventilschließkörper weist einen Bund auf, der abhängig von der Stellung des ersten Ventilschließkörpers im Bereich einer im Magnetanker vorgesehenen Druckausgleichsbohrung anlegbar ist.
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Weiterhin ist aus
DE 195 31 007 A1 ein Elektromagnetventil bekannt, das mit einem einzigen Ventilschließkörper versehen ist, der hubbeweglich in einem Koppelelement geführt ist, das am Magnetanker fixiert ist. Das Koppelement ist in einer Ausführungsvariante als eine in einer Bohrung des Magnetankers eingebördelte Ringscheibe dargestellt.
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Schließlich geht aus der
DE 199 17 756 A1 ein Elektromagnetventil hervor, dessen Ventilschließkörper einen Gelenkkopf aufweist, der mittels einer Einschnürung an einem Magnetanker gehalten ist. Diese Einschnürung kann beispielsweise über den Umfang an mehreren Stellen des Magnetankers ausgeführt sein.
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Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektromagnetventil der angegebenen Art mit möglichst einfachen, funktionsgerechten Mitteln kostengünstig und kleinbauend auszuführen und derart zu verbessern, dass mittels einer einfachen Montage des Ventilschließkörpers am Magnetanker ein ungehinderter Druckausgleich innerhalb des Koppelements gewährleistet ist und zwar unabhängig von der Stellung des ersten Ventilschließkörpers.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Elektromagnetventil der angegebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen im nachfolgenden aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen hervor.
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Es zeigen:
- 1 eine Gesamtansicht eines Elektromagnetventils im Längsschnitt, mit einem in einem Koppelelement geführten ersten Ventilschließglied,
- 2a-d die einzelnen Montageschritte zur Befestigung des Koppelelements am Magnetanker,
- 3 eine Perspektivansicht des aus einem Drehteil hergestellten Koppelelements,
- 4 eine Perspektivansicht des aus einem durch Kunststoff-Spritzgießen hergestellten Koppelelements,
- 5 eine Schnittdarstellung des aus 4 bekannten Koppelelements, das mittels einer Axialverstemmung im Magnetanker befestigt ist,
- 6 die Befestigung des als Drehteil ausgeführten Koppelelements innerhalb des Magnetankers mittels einer Axialverstemmung,
- 7 die Befestigung des als Drehteil ausgeführten Koppelelements innerhalb des Magnetankers mittels einer Radialverstemmung.
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Die 1 zeigt in einer erheblichen Vergrößerung ein Elektromagnetventil im Längsschnitt mit einem einteiligen, im Tiefziehverfahren dünnwandig ausgeführten Ventilgehäuse 1, das einen separaten, am Außenumfang des Ventilgehäuses aufgesetzten und mittels Laserschweißung befestigten Haltekragen 2 aufnimmt, der durch spanlose Umformung beispielsweise als Kaltschlagteil hergestellt ist. Der im wesentlichen scheibenförmige Haltekragen 2 ist am Außenumfang als Verstemmstempel ausgebildet, so dass dieser mit seiner am Umfang umlaufenden Hinterschneidung mit dem Ventilgehäuse 1 in einer gestuften Aufnahmebohrung eines blockförmigen Ventilträgers 4 eingepresst ist, dessen weiches Material durch einen Einpressvorgang zu Befestigungs- und Dichtzwecken in die Hinterschneidung verdrängt ist. Oberhalb des Haltekragens 2 ist der offene Endabschnitt des hülsenförmigen Ventilgehäuses 1 mit einem Stopfen verschlossen, der gleichzeitig die Funktion eines Magnetkerns 14 übernimmt. Auch der Stopfen besteht aus einem kostengünstigen und hinreichend präzise gefertigten Kaltschlagteil, das mit dem Ventilgehäuse 1 am Außenumfang laserverschweißt ist. Unterhalb des Stopfens befindet sich ein Magnetanker 15, der aus einem Rund- oder Mehrkantprofil durch Kaltschlagen bzw. Fließpressen gleichfalls sehr kostengünstig hergestellt ist. Der Magnetanker 15 verschließt unter der Wirkung einer Rückstellfeder 16 in der Ventilgrundstellung mit dem im Fortsatz des Magnetankers 15 angeordneten ersten Ventilkörper 7 einen ersten, in einem zweiten Ventilschließkörper 8 angeordneten Ventildurchlass 5. Hierzu ist der erste Ventilschließkörper 7 zweckmäßigerweise an einem Stößelabschnitt angebracht, der an der unteren Stirnfläche des Magnetankers 15 hubbeweglich angeordnet ist, während der zweite Ventilschließkörper 8 im wesentlichen als hülsenförmiger Ventilkolben ausgeführt ist, der unter der Wirkung einer den zweiten Ventilschließkörper 8 von seinem Ventilsitzkörper 27 anhebenden Feder 17 beaufschlagt ist. Die Feder 17 stützt sich hierzu an einem Rand des zweiten Ventilschließkörpers 8 ab.
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Infolge der Wirkung der Rückstellfeder 16 auf den ersten Ventilschließkörper 7 verschließt in der abbildungsgemäßen Ventilgrundstellung der zweite Ventilschließkörper 8 einem im unteren Ende des Ventilgehäuses 1 vorgesehenen zweiten Ventildurchlass 6, dessen abhängig vom hydraulischen Differenzdruck freischaltbarer Durchlassquerschnitt erheblich größer ist als der elektromagnetisch freischaltbare Öffnungsquerschnitt am ersten Ventildurchlass 5.
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Zur Aufnahme und Abdichtung des Ventilgehäuses 1 in der Bohrungsstufe 11 ist das Ventilgehäuse 1 im Bereich der Bohrungsstufe 11 im Durchmesser verkleinert und mit einem Dichtring 10 versehen, so dass sich zwischen dem Ventilgehäuse 1 und der Bohrungsstufe 11 kein Leckagestrom zwischen dem seitlich in das Ventilgehäuse 1 einmündenden Druckmitteleinlass 13 und den unterhalb des Ventilgehäuses 1 angeordneten Druckmittelauslass 19 einstellen kann. Der im wesentlichen als Schrägkanal im Ventilträger 4 dargestellte Druckmitteleinlass 13 setzt sich über den im Hohlraum 20 des Ventilträgers 4 befindlichen Ringfilter 12 zur gestanzten Querbohrung 21 im Ventilgehäuse 1 fort, so dass einlassseitiges Druckmittel unmittelbar am zweiten Ventilschließkörper 8 ansteht, dessen in der Horizontalebene angeordneten Querbohrungen 21 einen widerstandsarmen, umlenkungsfreien und damit einen direkten Strömungsweg zum zweiten Ventilkörper 8 gewährleisten. Gleichfalls besteht ein weiterer Strömungsweg über die Querbohrungen 18 zum ersten Ventilkörper 7.
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Die Feder 17 befindet sich außerhalb des den Druckmitteleinlass 13 mit dem Druckmittelauslass 19 verbindbaren Strömungswegs, wozu entfernt vom Strömungsweg die Führungshülse 3 im Ventilgehäuse 1 eingesetzt ist, an der sich das vom zweiten Ventilschließkörper 8 abgewandte Ende der Feder 17 abstützt. Folglich ist die Feder 17 oberhalb der Querbohrungen 21 an der Führungshülse 3 angeordnet. Die Führungshülse 3 stützt sich an einer Gehäusestufe 9 im Ventilgehäuse 1 ab. Diese Gehäusestufe 9 ist oberhalb der das Ventilgehäuse 1 durchdringenden Querbohrung 21 angeordnet. Die Führungshülse 3 ist im Topfboden derart geöffnet, dass in deren Öffnung der zweite Ventilschließkörper 8 in Richtung auf den Ventilsitzkörper 27 geführt und zentriert werden kann. Das untere Ende der Feder 17 stützt sich am Topfboden der Führungshülse 3 ab. Der vom Topfboden abgewandte Topfrand ist nach der Innenwand des Ventilgehäuses 1 abgekröpft. Hierdurch ist zwischen dem Außenmantel des Hülsentopfs und der Innenwand des hülsenförmigen Ventilgehäuses 1 ein Ringraum 25 gelegen, der über Druckausgleichsöffnungen 18, die im Ventilgehäuse 1 und am Umfang des Hülsentopfs angeordnet sind, zwischen dem Druckmitteleinlass 13 und einem Magnetankerraum 26 eine permanente Druckmittelverbindung herstellt. Die Führungshülse 3 und die Ventilhülse 1 bestehen jeweils aus einem tiefgezogenen Dünnblech, in welches die Druckausgleichsöffnungen 18 eingestanzt oder eingeprägt sind. Hierdurch ergeben sich besonders kleine, kostengünstig und präzise herzustellende Ventilteile.
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Das einteilige Ventilgehäuse 1 ist als abgestufte, dünnwandig gezogene Hülse ausgeführt, dessen vom zweiten Ventildurchlass 6 abgewandtes offenes Hülsenende vom Magnetkern 14 verschlossen ist. Der zweite Ventildurchlass 6 ist zur mechanischen Entlastung des Ventilgehäuses 1 in einem scheiben- oder hülsenförmigen Ventilsitzkörper 27 vorgesehen, der an der Innenwand des Ventilgehäuses 1 mittels Presssitz gehalten ist. Der Ventilsitzkörper 27 besteht aus einem verschleißfesten Metall. Er ist in seiner Bauhöhe derart gewählt, dass der zweite Ventilschließkörper 8 auf der Höhe der diametralen Querbohrungen 21 des Ventilgehäuses 1 endet.
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Der Magnetanker 15 ist relativ zum ersten Ventilschließkörper 7 bewegbar ausgeführt, so dass vorteilhaft eine elektromagnetische Betätigung des Magnetankers 15 gewährleistet ist, die nicht von der hydraulischen Schließkraft beeinträchtigt wird, die den ersten Ventilschließkörper 7 entgegengesetzt zum Öffnungshub des Magnetankers 15 beaufschlagt. Der erste Ventilschließkörper 7 ist daher in der einfachsten Ausführung über ein definiertes Axialspiel mit dem Magnetanker 15 gekoppelt.
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Um nach einem anfänglichen Teilhub des Magnetankers den erste Ventilschließkörper 7 anheben zu können, befindet sich am Magnetanker 15 ein Koppelelement 28, das den ersten Ventilschließkörper 7 in gewissen Grenzen relativ beweglich am Magnetanker 15 hält. Das Koppelelement 28 ist bevorzugt als eine am Magnetanker 15 befestigte Hülse ausgeführt, die eine ringscheibenförmige Anschlagschulter 29 aufweist, durch deren Öffnung sich der erste Ventilschließkörper 7 mit seinem Stößelabschnitt 22 in Richtung auf den zweiten Ventilschließkörper 8 erstreckt. Zwischen der Anschlagschulter 29 und einem Bund 30 am Stößelabschnitt 22 ist ein vom Bund 30 überbrückbarer Abstand vorgesehen, um eine Relativbewegung zwischen dem Magnetanker 15 und dem Ventilschließkörper 7 zu gewährleisten. Hierdurch hält zu Beginn des Magnetankerhubs der erste Ventilschließkörper 7 die Öffnung 5 im zweiten Ventilschließkörper 8 zunächst verschlossen.
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Der Bund 30 weist somit in der elektromagnetisch nicht erregten Ventilstellung einen Axialabstand X1 vom Hülsenende des Koppelelement 28 auf, wobei der Axialabstand X1 dem anfänglichen, gegenüber dem ersten Ventilschließkörper 7 relativ bewegten Magnetankerhub entspricht, bei dem der erste Ventilschließkörper 7 während der elektromagnetischen Erregung des Magnetankers 15 unter der Wirkung unterschiedlicher Hydraulikdrücke am zweiten Ventilschließkörper 8 verharrt.
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Das Koppelelement 28 besteht aus einem vorzugsweise im Tiefziehverfahren hergestellten Dünnblech, das kraft- und/ oder formschlüssig mit dem Magnetanker 15 verbunden ist.
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Nach 1 ist das Koppelelement 28 als Hülsentopf ausgeführt. Abhängig von der Presstiefe des Koppelelements 28 am unteren Abschnitt des Magnetankers 15 verbleibt zwischen dem Boden des Hülsentopfs und dem Bund 30 der einstellbare Axialabstand XI, wodurch die gewünschte Relativbewegung zwischen dem Magnetanker 15 und dem ersten Ventilschließkörper 7 festgelegt ist.
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An dem unteren Abschnitt der die Rückstellfeder 16 abschnittsweise im Magnetanker 15 aufweisenden Bohrungsstufe schließt sich eine Druckausgleichsbohrung an, die sich bis in das Koppelelement 28 erstreckt.
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Funktionsweise des Elektromagnetventils:
- In der abgebildeten, elektromagnetisch nicht erregten Ventilstellung nehmen infolge der Schließkraft der Rückstellfeder 16, deren Federkraft größer dimensioniert ist als die Kraft der entgegengesetzt wirkenden Feder 17, beide Ventilschließkörper 7 ihre Ventilschließstellungen ein.
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Unter der Voraussetzung, dass gleiche hydraulische Drücke im Druckmitteleinlass 13 und Druckmittelauslass 19 vorherrschen, legt der Magnetanker 15 bei elektromagnetischer Erregung bis zum Anliegen am Magnetkern 14 einen Hub zurück, der dem maximalen Hub des zweiten Ventilschließkörpers 8 entspricht. Da die Wirkung der Rückstellfeder 16 auf die Ventilschließkörper 7, 8 in der elektromagnetischen Erregung infolge der vom Bund 30 entfernten Anordnung der Rückstellfeder 16 aufgehoben ist, bewegen sich beide aneinander anliegende Ventilschließkörper 7, 8 infolge der Wirkung der Feder 17 synchron zur Magnetankerbewegung, sodass der maximale Querschnitt am Ventildurchlass 6 sofort nach elektromagnetischer Erregung freigegeben wird.
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Ist aber der Druck im Druckmitteleinlass 13 größer als der Hydraulikdruck am Druckmittelauslass 19, vermindert sich die Wirkung der Feder 17 auf den zweiten Ventilschließkörper 8 um den aus der hydraulischen Beaufschlagung des zweiten Ventilschließkörpers 8 resultierenden Kraftbetrag. Dementsprechend vermindert bzw. eliminiert sich auch die Rückwirkung der Feder 17 auf den ersten Ventilschließkörper 7, der zusätzlich zur Kraftwirkung der Rückstellfeder 16 unter der Wirkung der hydraulischen Druckdifferenz im Schließsinn beaufschlagt wird.
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Erfolgt unter den dargelegten Gegebenheiten nunmehr eine elektromagnetisch initiierte Hubbewegung des Magnetankers 15, so legt der Magnetanker 15 unter Kompression der Rückstellfeder 16 zunächst bis zum Anliegen der Schulter 29 am Bund 30 den Axialabstand X1 zurück, was einem Teilhub des Magnetankers 15 entspricht. Während diesem Teilhub verharrt somit der erste, hydraulisch nicht druckausgeglichene Ventilschließkörper 7 unter der Wirkung des hydraulischen Drucks in der abgebildeten Schließstellung am zweiten Ventilschließkörper 8. In dem Moment, wenn infolge der Relativbewegung des Magnetankers 15 gegenüber dem ersten Ventilschließkörper 7 die Schulter 29 des Koppelelements 28 den Bund 30 berührt, ist der Abstand des Magnetankers 15 vom Magnetkern 14 bereits um den Teilhub X1 auf ein Minimum reduziert, sodass vorteilhaft nur eine geringe elektromagnetische Erregung erforderlich ist, um zum Abheben des ersten Ventilschließkörpers 7 vom Ventildurchlass 5 den verbliebenen minimalen Luftspalt zwischen Magnetkern und Magnetanker zu überbrücken.
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Somit wird der erste Ventilschließkörper 7 erst kurz bevor der Magnetanker 15 den Magnetkern 14 erreicht, über das Koppelelement 28 angehoben, wodurch sich der erste Ventilschließkörper 7 vom zweiten Ventilschließkörper 8 entfernt und den blendenförmigen Ventildurchlass 5 freigibt. Damit ist auf verhältnismäßig einfache Weise die Voraussetzung geschaffen, dass auch der zweite Ventilschließkörper 8 durch die Feder 17 unterstützt den drosselfreien großen Querschnitt des Ventildurchlasses 6 zu öffnen vermag, sobald ein hydraulischer Druckausgleich über den Ventildurchlass 5 gewährleistet ist.
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Die Erfindung basiert auf der Überlegung, entweder durch eine plastische Verformung des Magnetankers 15 oder durch eine plastische Verformung des Koppelelements 28 eine dauerhafte Befestigung zwischen dem Magnetanker 15 und dem Koppelelement 28 herzustellen, wozu bezüglich der Details auf die weiteren Ausgestaltungsvarianten verwiesen wird, die in den 2-7 verdeutlicht sind.
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Die 2a-2d zeigen in einer Perspektivansicht die einzelnen Montageschritte zur Lagerung des ersten Ventilschließkörpers 7 am Magnetanker 15, wozu gemäß der 2a zunächst der Magnetanker 15 in gegenüber 1 umgekehrter Richtung auf einer nicht darstellten Arbeitsplatte aufgesetzt wird, danach gemäß 2b der erste Ventilschließkörper 7 mit seinem Bund in eine kurze Stufenbohrung des Magnetankers 15 eingesetzt wird, gemäß 2c das topfförmige Koppelelement 28 über den Stößelabschnitt des Ventilschließkörpers 7 und über den Außenumfang des Magnetankers 15 gestülpt sowie schließlich gemäß 2d gleichmäßig über den Außenumfang des Koppelelements 28 mittels eines Verstemmwerkzeugs punktförmig radial verstemmt wird.
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Aus 3 geht in einer Perspektivansicht anstelle der Verwendung eines Tiefziehteils für das Koppelelement 28 ein aus einem Drehteil hergestelltes Koppelelement 28 hervor, dessen Schulter 29 mit mehreren Druckausgleichsbohrungen 13' versehen ist. Die Kontur des Drehteils entspricht der topfförmigen Kontur des als Tiefzeihteil hergestellten Koppelelements 28 und weist zur präzisen radialen Führung des Ventilschließkörpers 7 an der Schulter 29 einen hülsenförmigen Fortsatz auf, der an den Querschnitt des Stößelabschnitts angepasst ist.
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Alternativ zu den bisher erwähnten Varianten zum Halteelement 28 geht aus 4 ein durch Kunststoffspritzgießen hergestelltes Koppelelement 28 hervor, dessen konische Außenkontur den für die Kunststoffspritztechnik erforderlichen Herstellbelangen gerecht wird. Weitere konstruktive Einzelheiten sind hierzu aus einer Schnittzeichnung in 5 ersichtlich.
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Die 5 bis 7 zeigen abweichend von den Ausführungsbeispielen nach 1, 2a-d das Koppelelement 28 als mit dem ersten Ventilschließkörper 7 vormontierte, eigenständig handhabbare Baugruppe, wobei das Koppelelement 28 jeweils unmittelbar in die dem Ventilgehäuseunterteil zugewandten untere Stufenbohrung des Magnetankers 15 eingesetzt. Zur sicheren Befestigung des Koppelelements 28 am Magnetanker 15 ist gemäß 5, 6 der untere Rand des Magnetankers 15 mittels eines geeigneten Verstemmstempels derart axial verstemmt, dass das Material des Magnetankers 15 unter Wirkung des Verstemmstempels im Bereich des unteren Magnetankerrands auf die trichterförmige Außenkontur des Koppelelements 28 verformt ist.
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Die bereits eingangs erwähnte Befestigung des Koppelelements 28 mittels partieller Radialverstemmung des Magnetankermaterials 15 auf Höhe der Stufenbohrung als auch die erwähnte Axialverstemmung erfordert eine steife Konstruktion zur Aufnahme der wirksamen Verstemmkräfte, weshalb die Wandstärke des nach 5-7 im Magnetanker 15 eingesetzten Koppelelements 28 im Bereich der Stufenbohrung entsprechend groß dimensioniert ist. Sowohl in 6 als auch 7 ist das Koppelelement 28 als Drehteil mit einer jeweils die trichterförmige Kontur schräg durchdringenden Druckausgleichsbohrung 13' ausgeführt, während das in 5 abgebildete Koppelelement 28 baulich dem aus 4 bekannten Koppelelement 28 entspricht, dessen den Stößelabschnitt führende Gehäusebohrung durch eine partielle Ausnehmung die Funktion der Druckausgleichsbohrung übernimmt. Zur verformungsfreien Aufnahme der Radialkraft weist das in 7 abgebildete Halteelement 27 auf der Höhe des Bunds 30 eine konstante Wandstärke anstelle der aus 4, 5, 6 ersichtlichen Absätze auf.
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Soweit bezüglich der Ausführungsformen nach 3-7 nicht auf alle zeichnerisch ersichtlichen Details eingegangen wurde, sind diese Details dem Beschreibungsteil zu 1 zu entnehmen.
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Das vorgestellte Elektromagnetventil findet bevorzugt eine Verwendung in schlupfgeregelten Kraftfahrzeugbremsanlagen, die nach dem Rückförderprinzip ausgelegt sind. Insbesondere bei der Verwendung einer entsprechend saugstarken Stufenkolbenpumpe in einer mit Fahrdynamikregelung versehenen Kraftfahrzeugbremsanlage wird durch den Einsatz des vorgestellten Elektromagnetventils eine unerwünschte Saugdrosselung der Stufenkolbenpumpe sicher vermieden. Die Saugdrosselung lässt sich nämlich dadurch wirkungsvoll verhindern, dass der unter hydraulischem Hochdruck stehende (zweite) Ventildurchlass im Elektromagnetventil nunmehr aufgrund des vorgestellten Ventilaufbaus großzügig dimensioniert werden kann, ohne dabei eine Veränderung am Magnetkreis vornehmen zu müssen.
