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Die Erfindung betrifft ein Steuerventil zum Steuern der Fluidströmung in einer Hydrauliksteuereinheit, insbesondere zur Anordnung in einer Hydrauliksteuereinheit eines elektronisch gesteuerten Bremssystems.
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Elektronisch gesteuerte Bremssysteme für Fahrzeuge sind wohlbekannt. Eine Art eines solchen elektronisch gesteuerten Bremssystems umfasst eine Hydrauliksteuereinheit (HCU), welche in fluidischer Verbindung zwischen einem Hauptzylinder und mehreren Radbremsen angeordnet ist. Die HCU weist gewöhnlich ein Gehäuse auf, in dem Steuerventile und weitere Komponenten zum selektiven Steuern des Hydraulikbremsdrucks an den Radbremsen enthalten sind.
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Steuerventile für HCUs sind üblicherweise als elektronisch betätigte Solenoidventile ausgebildet. Ein typisches Solenoidventil weist einen zylindrischen Anker auf, welcher verschiebbar in einer Hülse oder Flussröhre aufgenommen ist, und zwar so, dass er relativ zu einem Ventilsitz beweglich ist. Eine Feder dient zur Vorspannung des Ankers in eine offene oder geschlossene Stellung, wodurch eine Fluidströmung durch das Ventil gestattet bzw. blockiert wird. Um die Hülse ist eine Spulenanordnung vorgesehen. Wird das Ventil erregt, bewirkt das von der Spulenanordnung erzeugte elektromagnetische Feld bzw. der Fluss, dass sich der Anker aus der vorgespannten offenen oder geschlossenen Stellung in die geschlossene bzw. offene Stellung bewegt.
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Derartige Steuerventile sind in den Dokumenten
DE 39 27 150 A1 ,
US 6,520,600 B1 ,
US 6,065,734 und
US 6,453,930 B1 beschrieben. So beschreibt beispielsweise das Dokument
US 6,520,600 B1 ein Steuerventil mit einer einteiligen Hülse. Dieses Steuerventil umfasst einen Ventilsitz und einen Hülse. Die Hülse ist aus einem ferromagnetischen Material gebildet, wobei ungefähr in der Mitte der Hülse ein Bereich mit reduzierter Materialstärke vorgesehen ist. In der Hülse ist ein Anker aufgenommen, der einen hohlzylindrischen Ankerkern aus ferromagnetischem Material und einen Ankerkörper umfasst, der aus einem gegossenen Material, wie zum Beispiel Polyphenylensulfid oder Polyphthalamid, besteht.
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Steuerventile, die in einer HCU angeordnet sind, werden durch ein elektronisches Steuermodul betätigt, um gewünschte Bremsfunktionen vorzusehen, wie etwa ein blockierfreies Bremsen, eine Traktionssteuerung oder eine Fahrzeugstabilitätssteuerung.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuerventil bereitzustellen, bei dem der Anker rasch und in vorhersagbarer Weise auf das von der erregten Spulenanordnung erzeugte elektromagnetische Feld anspricht.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Steuerventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorzugsweise bildet ein Abschnitt der Hülse, in dem eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut gebildet ist, den Ringbereich erhöhter magnetischer Reluktanz. Der Anker weist ferner ein zweites Ende auf, welches aus nicht-ferromagnetischem Material gebildet ist und dem ersten Ende axial gegenüberliegt. Vorzugsweise befindet sich der Anker bei nicht erregter Spulenanordnung am Ende eines Wegs weg von dem ersten Körperteil, derart, dass das Steuerventil in einer offenen Stellung ist. Bei erregter Spule befindet sich der Anker vorzugsweise am Ende eines Wegs zu dem ersten Körperteil hin, derart, dass das Steuerventil in einer geschlossenen Stellung ist. Wenn sich das Steuerventil in der offenen Stellung befindet, steht eine Feder in Eingriff mit dem Anker, um den Anker in Richtung weg von dem ersten Körperteil zu drängen. Der erste Körperteil bildet einen Ventilsitz des Steuerventils, wobei der Anker mit dem Ventilsitz zusammenwirkt, um eine Fluidströmung durch das Steuerventil zu blockieren, wenn der Anker in einer geschlossenen Stellung ist. Ist der Anker in einer offenen Stellung, ist eine Fluidströmung durch das Steuerventil nicht blockiert. Der Flussverlauf über den ersten im Wesentlichen radialen Flussweg und der Flussverlauf über den im Wesentlichen axialen Flussweg erzeugen eine Kraft, die den Anker aus der offenen Stellung hin zur geschlossenen Stellung drängt, wenn die Spulenanordnung erregt ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar:
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1 schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeugbremssystem mit einer Hydrauliksteuereinheit, welche ein normalerweise offenes Steuerventil, ein normalerweise geschlossenes Steuerventil, einen Akkumulator sowie eine Pumpe aufweist,
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2 eine Schnittansicht durch die Hydrauliksteuereinheit der 1, die das normalerweise offene Steuerventil zeigt,
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3 eine Schnittansicht durch die Hydrauliksteuereinheit der 1, die das normalerweise geschlossene Steuerventil zeigt,
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4 eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts des in 2 gezeigten normalerweise offenen Steuerventils, wobei der Verlauf des magnetischen Flusses dargestellt ist,
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5 eine grafische Darstellung der Kraft gegenüber dem Ankerweg für das in 2 gezeigte normalerweise offene Steuerventil,
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6 eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts des in 3 gezeigten normalerweise geschlossenen Steuerventils, wobei der Verlauf des magnetischen Flusses dargestellt ist,
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7 eine grafische Darstellung der Kraft gegenüber dem Ankerweg für das in 3 gezeigte normalerweise geschlossene Steuerventil,
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8 eine geschnittene Teilansicht einer abgewandelten Ausführungsform des in 3 gezeigten normalerweise geschlossenen Steuerventils, wobei eine Hülse und ein Anker gezeigt sind,
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9 eine Schnittansicht einer abgewandelten Ausführungsform des normalerweise geschlossenen Steuerventils,
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10 eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts des in 9 gezeigten normalerweise geschlossenen Steuerventils, wobei der Verlauf des magnetischen Flusses dargestellt ist, und
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11 eine Schnittansicht einer abgewandelten Ausführungsform des in 9 gezeigten normalerweise geschlossenen Steuerventils.
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Ein beispielhaftes Fahrzeugbremssystem mit einem erfindungsgemäßen Ventil ist in 1 allgemein mit 10 bezeichnet. Das Bremssystem 10 umfasst Ventile und andere, weiter unten erläuterte Komponenten, um beim Bremsen eine blockierverhindernde Funktion bereitzustellen. Bei anderen Ausführungsformen kann das Bremssystem zudem Komponenten enthalten, um Funktionen der Traktionskontrolle und/oder der Steuerung der Fahrzeugstabilität vorzusehen. Bei noch anderen Ausführungsformen kann das Bremssystem 10 als elektronisches Bremsmanagementsystem ausgebildet sein.
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Das beispielhafte Bremssystem 10 weist ein Bremspedal 12 auf, welches mit einem Hauptzylinder 14 verbunden ist, der ein unter Druck stehendes Bremsfluid an eine Mehrzahl von Radbremsen 16 liefert, von denen nur eine gezeigt ist. Die Radbremse 16 ist schematisch als Scheibenbremse dargestellt. Sie kann allerdings auch eine beliebige andere Art von Radbremse sein, die gemeinhin in Fahrzeugen gefunden wird, einschließlich einer Trommelbremse.
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Das Bremssystem 10 weist außerdem eine Hydrauliksteuereinheit (HCU) 18 auf, welche in fluidischer Verbindung mit dem Hauptzylinder 14 und der Radbremse 16 steht. Die HCU 18 weist ein Gehäuse 19 mit Bohrungen zur Aufnahme von Steuerventilen und weiteren, nachstehend erläuterten Komponenten auf. Zwischen den Bohrungen sind Fluidleitungen vorgesehen, um eine Fluidverbindung zwischen den Ventilen und den weiteren Komponenten herzustellen. Zum Zweck der Klarheit der Darstellung ist in 1 nur ein Komponentensatz dargestellt. Üblicherweise nimmt die HCU 18 allerdings auch entsprechende Komponenten für andere Bremskreise und/oder Räder des Fahrzeugs auf.
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Die HCU 18 umfasst ein gewöhnlich als Absperr- oder Trennventil bezeichnetes normalerweise offenes Steuerventil 20, welches zwischen dem Hauptzylinder 14 und der Radbremse 16 angeordnet ist. Ferner umfasst sie mindestens einen Niederdruckakkumulator 22, ein zwischen der Radbremse 16 und dem Niederdruckakkumulator 22 angeordnetes, gewöhnlich als Ablassventil bezeichnetes normalerweise geschlossenes Steuerventil 24 sowie eine Hydraulikpumpe 26, welche einen mit dem Niederdruckakkumulator 22 verbundenen Einlass sowie einen mit der Fluidleitung zwischen dem Hauptzylinder 14 und dem Steuerventil 20 verbundenen Pumpauslass aufweist. Die HCU 18 kann abhängig von der Auslegung des Systems weitere Fluidströmungsbauteile wie etwa einen Dämpfer, Drosselöffnungen und Rückschlagventile enthalten (von denen keine dargestellt sind). Das Steuerventil 20 ist vorzugsweise als zwischen zwei Stellungen umschaltbares Solenoidventil ausgebildet. Das Steuerventil 24 ist ebenso vorzugsweise als Solenoidventil ausgebildet, welches zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung umschaltbar ist. Die Ventile 20 und 24 sowie die Pumpe 26 sind elektrisch an ein elektronisches Steuermodul (nicht gezeigt) angeschlossen und werden so betrieben, dass sie in wohlbekannter Weise für ein gewünschtes Systembremsen sorgen.
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Eine Schnittansicht einer Ausführungsform des normalerweise offenen Steuerventils 20 ist in 2 gezeigt. Das Steuerventil 20 ist in einer in dem Gehäuse 19 gebildeten Bohrung 30 aufgenommen. Wie weiter unten im Einzelnen erläutert, weist das Steuerventil 20 einen Ventilkörper 98 mit einem ersten Körperteil (Ventilsitz) 102 und einem zweiten Körperteil (Hülse) 118 auf. Das Steuerventil 20, das ein normalerweise offenes Absperrventil ist, weist ferner einen Anker 100 auf, der bei nicht erregtem Steuerventil 20 in Richtung weg von dem Ventilsitz 102 vorgespannt ist. Eine Spulenanordnung 104 ist um die Hülse 118 angeordnet. Wenn die Spulenanordnung 104 erregt wird und ein elektromagnetisches Feld erzeugt, wird der Anker 100 in Richtung zu dem Ventilsitz 102 gezogen, wodurch eine Fluidströmung durch das Ventil 20 verhindert wird.
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Der Anker 100 wird vorzugsweise als eine Unterbaugruppe gefertigt und dann mit dem Rest des Ventils 20 zusammengesetzt. Der Anker 100 weist einen Ankerkörper 106 auf, welcher als Hohlzylinder aus ferromagnetischem Material gefertigt ist. Der Ankerkörper 106 besitzt ein erstes Ende 106A und ein zweites Ende 106B. Vorzugsweise ist jedes Ende 106A und 106B des Ankerkörpers 106 eine ebene Fläche. Der Ankerkörper 106 weist einen longitudinalen (vorzugsweise axialen) Durchgang 108 auf. Der Längsdurchgang 108 kann als Bohrung ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der Längsdurchgang 108 mit einem zentral gelegenen, durchmesserreduzierten Abschnitt 108A ausgeführt. Der Längsdurchgang 108 kann aber auch mit einem konstanten Durchmesser oder einer beliebigen gewünschten Kombination von Durchmessern ausgeführt sein.
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Der Anker 100 umfasst ferner einen Ankerkern 110. Vorzugsweise ist der Ankerkern 110 von einem geformten Material gebildet, etwa Polyphenylensulfid (PPS), Polypthalamid (PPA) oder Polyetheretherketon (PEEK). Gewünschtenfalls kann der Ankerkörper 106 in eine Form (nicht gezeigt) gesetzt werden. Sodann kann das gewünschte Material in die Form eingeleitet werden, um den Ankerkern 110 zu bilden. Der Ankerkern 110 besitzt einen zentralen Abschnitt 112, welcher in dem Längsdurchgang 108 des Ankerkörpers 106 angeordnet ist. Ein erster Endabschnitt 114 und ein zweiter Endabschnitt 116 sind an gegenüberliegenden Enden des zentralen Abschnitts 112 gebildet. Vorzugsweise erstreckt sich der zweite Endabschnitt 116 um eine vorbestimmte Entfernung über die zweite Endfläche 106B hinaus. Der erste Endabschnitt 114 ist vorzugsweise koplanar zur ersten Endfläche 106A und ragt vorzugsweise nicht über diese hinaus. Der zweite Endabschnitt 116 kann einen Außendurchmesser besitzen, der kleiner als der Außendurchmesser des Ankerkörpers 106, jedoch größer als der Außendurchmesser des zentralen Abschnitts 112 ist. Der zweite Endabschnitt 116 endet vorzugsweise in einer im Wesentlichen ebenen Endfläche 117. Die Ausbildung und Struktur des Ankers 100 kann als ein Ankerkörper 106 beschrieben werden, der einen darübergeformten Ankerkern 110 aufweist.
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Der Anker 100 ist verschiebbar in einer Flussröhre oder Hülse 118 mit einem geschlossenen Ende 128 aufgenommen. Die Hülse 118 weist einen dem Ventilsitz 102 benachbarten ersten ferromagnetischen Abschnitt 119, einen zweiten ferromagnetischen Abschnitt 120 sowie dazwischen eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut auf, welche einen Ringbereich 121 definiert. Der Ringbereich 121 stellt einen Bereich erhöhter magnetischer Reluktanz zwischen dem ersten ferromagnetischen Abschnitt 119 und dem zweiten ferromagnetischen Abschnitt 120 der Hülse 118 bereit.
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Wie in den 2 und 4 gezeigt, bildet ein dem Ringbereich 121 benachbarter Teil des ersten ferromagnetischen Abschnitts 119 einen radialen Magnetpol 122 zur im Wesentlichen radialen Leitung des Magnetflusses vom Anker 100 zur Hülse 118 über einen ersten im Wesentlichen radialen Flussweg. Der radiale Magnetpol 122 ist als der Zwischenraum zwischen dem Innendurchmesser der Hülse 118 und dem Außendurchmesser des Ankers 100 festgelegt. In 4 ist eine repräsentative Flusslinie 144 gezeigt, die diesen allgemein radialen Flussweg nimmt.
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Wie am Besten in 4 zu erkennen, bildet ein dem ersten Endabschnitt 114 des Ankers 100 benachbarter Abschnitt des Ventilsitzes 102 einen axialen Magnetpol 124 für die im Wesentlichen axiale Leitung des Magnetflusses vom ersten Endabschnitt 114 des Ankers 100 zu dem Ventilsitz 102 über einen im Wesentlichen axialen Flussweg. Ein Magnetpol ist hier als ein Bereich definiert, in dem ein magnetischer Fluss einen Körper verlässt und/oder in ihn eintritt.
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Der Anker 100 befindet sich dann, wenn die Spulenanordnung 104 nicht erregt ist, am Ende eines Weges weg vom Ventilsitz 102, wie in 2 gezeigt, so dass das Steuerventil 20 in einer offenen Stellung ist. Eine Feder 130 steht in Eingriff mit dem Anker 100 und drängt den Anker 100 weg von dem Ventilsitz 102, wenn sich das Steuerventil 20 in der offen Stellung befindet. Bei erregter Spulenanordnung 104 befindet sich der Anker 100 am Ende eines Weges in Richtung zu dem Ventilsitz 102 hin, derart, dass das Steuerventil 20 in einer geschlossenen Stellung ist.
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Wenn sich das Steuerventil 20 in der geschlossenen Stellung befindet, ist ein Durchfluss von Fluid durch das Steuerventil 20 blockiert. Wenn sich das Steuerventil 20 in der offenen Stellung befindet, ist der Fluiddurchfluss durch das Steuerventil 20 nicht blockiert. Bei erregter Spulenanordnung erzeugen der Flussverlauf längs des ersten allgemein radialen Flusswegs am radialen Magnetpol 122, wie in 4 durch eine Linie 144 dargestellt, und der Flussverlauf längs des allgemein axialen Flusswegs am axialen Magnetpol 124, wie in 4 durch eine Linie 145 dargestellt, eine Kraft, die den Anker 100 von der offenen Stellung in Richtung zur geschlossenen Stellung drängt.
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Ein einem offenen Ende der Hülse 118 benachbarter ringförmiger Abschnitt 127 ist über einen nach radial außen stehenden Flansch 129 gebördelt, welcher an dem Ventilsitz 102 ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Hülse 118 durch Vernietung in der Bohrung 30 gehalten, wobei Material des Gehäuses 119 in eine an der Außenfläche der Hülse 118 gebildete Nut 131 hineingepresst ist, wie in 2 gezeigt. Die Kombination aus Hülse 118 und Ventilsitz 102 kann in der Bohrung 30 durch beliebige gewünschte mechanische oder chemische Mittel gehalten sein, die dahingehend wirksam sind, die Hülse 118 in der Bohrung 30 zu halten, wie etwa ein Gewindeeingriff.
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Der Ventilsitz 102 weist einen longitudinalen (vorzugsweise axialen) Fluiddurchgang 132 auf, welcher in einer durchmesserreduzierten Bohrung 134 endet, die sich bis zu einer Öffnung 134A erstreckt. Ein Sitz 136 ist an einer Außenfläche des Ventilsitzes 102 ausgebildet. Der Sitz 136 steht vorzugsweise unter einem Winkel a1 im Bereich von etwa 3° bis etwa 5°, gemessen von einer zu einer Achse der Bohrung 134 orthogonalen Ebene 137. Höchstvorzugsweise beträgt der Winkel a1 des Sitzes 136 etwa 4°. Die erste Endfläche 106A des Ankers 100 wirkt als Ventildichtelement und gelangt in Eingriff mit dem Sitz 136, wenn sich der Anker 100 nach unten bewegt. Wenn die Fläche 106A in Eingriff mit dem Sitz 136 steht, sind der Fluiddurchgang 132 und die Öffnung 134 blockiert. Bei nicht erregter Spulenanordnung 104 befindet sich die erste Endfläche 106A in einem Abstand d1 vom Sitz 136. In dieser Position steht die ebene Endfläche 117 des zweiten Endabschnitts 116 in Eingriff mit einer Innenfläche des geschlossenen Endes 128. Vorzugsweise ist der Ventilsitz 102 aus einem ferromagnetischen Material gebildet, beispielsweise Stahl. Allerdings ist Stahl nicht erforderlich. Der Ventilsitz 102 kann aus einem beliebigen gewünschten ferromagnetischen Material gebildet sein.
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Eine Filteranordnung 138 kann einem Einlass des Fluiddurchgangs 132 benachbart vorgesehen sein, wenngleich eine solche nicht erforderlich ist. Eine Lippendichtung 140 kann in einer Nut 142 angeordnet sein, welche in einer Außenfläche des Ventilsitzes 102 gebildet ist. Jegliche andere gewünschte Art von Fluiddichtmittel kann gleichfalls verwendet werden.
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Der Anker 100 bildet ein wirtschaftliches Ansprechelement, das sich im Betrieb des Steuerventils 20 in der Hülse 118 hin und herbewegt, um für gewünschte Bremsantworten des Bremssystems 10 zu sorgen.
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Bei erregter Spulenanordnung 104 erzeugt der radiale Magnetpol 122 eine Kraft, die durch eine im Wesentlichen flache Kraft/Ankerweg-Kurve dargestellt ist, wie in 5 durch eine Linie A gezeigt. Ferner erzeugt bei erregter Spulenanordnung 104 der axiale Magnetpol 124 eine Kraft, die durch eine generell nicht-lineare Kraft/Ankerweg-Kurve dargestellt ist, wie in 5 durch eine Linie B gezeigt.
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Vorteilhafterweise sorgt die Kombination des radialen Magnetpols 122 und des axialen Magnetpols 124, wie in den 2 und 4 dargestellt, für ein verbessertes Ventilverhalten. Das verbesserte Ventilverhalten äußert sich durch eine im Wesentlichen gerade Kraft/Ankerweg-Kurve, wie durch eine Linie C in 5 gezeigt. Die Kombination des radialen Magnetpols 122 und des axialen Magnetpols 124 stellt ferner sicher, dass sich das Steuerventil 20 vergleichsweise schnell öffnet, und bewahrt eine maximale Ankerkraft in der geschlossenen Stellung.
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Eine Schnittansicht einer Ausführungsform des normalerweise geschlossenen Steuerventils 24 ist in 3 dargestellt. Das Steuerventil 24 ist in einer in dem Gehäuse 19 gebildeten Bohrung 32 aufgenommen. Vorzugsweise umfasst das Steuerventil 24 viele Komponenten, die identisch zu dem in 2 gezeigten Steuerventil 20 sind, einschließlich der Spulenanordnung 104. Wie weiter unten im Einzelnen erläutert, weist das Steuerventil 24, das ein normalerweise geschlossenes Ventil ist, einen Anker 200 auf, welcher bei nicht erregtem Steuerventil 24 in Richtung zu einem Ventilsitz 202 hin vorgespannt ist. Wird die Spulenanordnung 104 erregt und ein elektromagnetisches Feld erzeugt, wird der Anker 200 in Richtung weg von dem Ventilsitz 202 gezogen, wodurch eine Fluidströmung durch das Steuerventil 24 gestattet wird.
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Vorzugsweise ist der Anker 200 aus ferromagnetischem Material gebildet. Stahl ist ein bevorzugtes Material für den Anker 200. Der Anker 200 kann auch aus anderen gewünschten Materialien gebildet sein, wie etwa ein Anker mit einem ferromagnetischen Ankerkern und einem darübergeformten Ankerkörper, wie im Zusammenhang mit dem Anker 100 beschrieben. Der Anker 200 weist ein erstes Ende 201 sowie ein zweites Ende 203 auf. Vorzugsweise ist das zweite Ende 203 eine im Wesentlichen ebene Fläche. Das erste Ende 201 weist mehrere darin ausgebildete Stufen 206 sowie eine mittig angeordnete ebene Fläche 201A auf. Es ist zu verstehen, dass der Anker 200 mit einer beliebigen gewünschten Zahl von Stufen 206 ausgeführt werden kann.
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Der Anker 200 ist verschiebbar in einer Flussröhre oder Hülse 218 mit einem geschlossenen Ende 228 aufgenommen. Die Hülse 218 weist einen ersten ferromagnetischen Abschnitt 219, einen dem Ventilsitz 202 benachbarten zweiten ferromagnetischen Abschnitt 220 sowie dazwischen einen Ringbereich 221 auf. Der Ringbereich 221 definiert einen Bereich erhöhter magnetischer Reluktanz zwischen dem ersten ferromagnetischen Abschnitt 219 und dem zweiten ferromagnetischen Abschnitt 220 der Hülse 218. Vorzugsweise sind an einer Innenfläche der Hülse 218 mehrere Stufen 212 ausgebildet. Die Stufen 212 wirken mit den Stufen 206 des Ankers 200 zusammen, wie in 3 gezeigt. Es ist zu verstehen, dass in der Hülse 218 jede gewünschte Anzahl von Stufen 212 gebildet werden kann.
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Wie in den 3 und 6 gezeigt, definieren die zusammenwirkenden Stufen 206 des Ankers 200 und die Stufen 212 der Hülse 218 radiale Magnetspalte oder -pole 222, 223 und 224 für die im Wesentlichen radiale Leitung des magnetischen Flusses von jeder der Stufen 206 des Ankers 200 zu einer jeweils zugehörigen Stufe 212 der Hülse 218. Die Stufen 206 wirken ferner mit den Stufen 212 insofern zusammen, als sie eine Mehrzahl von axialen Magnetspalten oder -polen 225 für die im Wesentliche axiale Leitung des magnetischen Flusses von den Stufen 206 zur jeweils zugehörigen Stufe 212 definieren.
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Die radialen Magnetpole 222, 223 und 224 sind als Spalte zwischen dem durch die Stufen 212 definierten Innendurchmesser der Hülse 218 und dem durch die Stufen 206 definierten Außendurchmesser des Ankers 200 definiert. Die axialen Magnetpole 225 sind durch die axialen Zwischenräume 225 (vertikal bei Betrachtung in 6) zwischen den Stufen 206 und den Stufen 212 definiert.
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Der Anker 200 befindet sich bei nicht erregter Spulenanordnung 104 am Ende eines Weges in Richtung hin zu dem Ventilsitz 202, derart, dass das Steuerventil 24 in einer geschlossenen Stellung ist, wie in 3 gezeigt. Bei geschlossener Stellung des Steuerventils 24 steht eine Feder 230 in Eingriff mit dem Anker 200, um den Anker 200 in Richtung zu dem Ventilsitz 202 zu drängen. Bei erregter Spulenanordnung 104 befindet sich der Anker 200 am Ende eines Weges weg von dem Ventilsitz 202, sodass das Steuerventil 24 in einer offenen Stellung ist.
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Wenn sich das Steuerventil 24 in der geschlossenen Stellung befindet, ist eine Fluidströmung durch das Steuerventil 24 blockiert. Wenn sich das Steuerventil 24 in der offenen Stellung befindet, ist eine Fluidströmung durch das Steuerventil 24 nicht blockiert. Bei erregter Spulenanordnung 104 erzeugt der Fluss über die allgemein radialen Flusswege an den radialen Magnetpolen 222, 223, 224, wie in 6 durch Linien 244, 245 und 246 dargestellt, eine Kraft, die den Anker 200 aus der geschlossenen Stellung in Richtung zur offenen Stellung drängt.
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Ein einem offenen Ende der Hülse 218 benachbarter Ringbereich 227 ist über einen radial nach außen stehenden Flansch 229 gebördelt, der an dem Ventilsitz 202 ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Hülse 218 durch Vernietung in der Bohrung 30 gehalten, wobei Material des Gehäuses 19 in eine in der Außenfläche der Hülse 218 gebildete Nut 231 hineingepresst ist, wie in 3 gezeigt. Die Kombination aus Hülse 218 und Ventilsitz 202 kann durch beliebige gewünschte mechanische oder chemische Mittel in der Bohrung 30 gehalten werden, die dahingehend wirksam sind, die Hülse 218 in der Bohrung 30 zu halten, wie etwa ein Gewindeeingriff.
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Der Ventilsitz 202 enthält einen longitudinalen (vorzugsweise axialen) Fluiddurchgang 232, welcher in einer durchmesserreduzierten Bohrung 234 endet, die sich bis zu einer Öffnung 234A erstreckt. An einer Außenfläche des Ventilsitzes 202 ist ein Sitz 236 ausgebildet. Vorzugsweise besitzt der Sitz 236 einen Winkel a2 im Bereich von etwa 19° bis etwa 21° gemessen von einer zu einer Achse der Bohrung 234 orthogonalen Ebene 237. Höchstvorzugsweise beträgt der Winkel a2 des Sitzes 236 etwa 20°. Der Ventilsitz 202 kann aus jedem beliebigen gewünschten Material gebildet sein. Beispielsweise kann er aus einem geformten Material gebildet sein, wie etwa Polyphenylensulfid (PPS), Polypthalamid (PPA) oder Polyetheretherketon (PEEK).
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Die zweite Endfläche 203 des Ankers 200 wirkt als Ventildichtelement und steht mit dem Sitz 236 in Eingriff, wenn sich der Anker 200 in einer geschlossenen Stellung befindet, z. B. wenn die Spulenanordnung 104 nicht erregt ist. Steht die Fläche 203 in Eingriff mit dem Sitz 236, so ist der Fluiddurchgang 232 und die Öffnung 234 blockiert. Wenn die Spulenanordnung 104 erregt wird, wird der Anker 200 von dem Ventilsitz 202 weggezogen, so dass Fluid durch den Fluiddurchgang 232 und die Öffnung 234 im Ventilsitz 202 strömen kann. Bei nicht erregter Spulenanordnung 104 hat die planare Endfläche 201A des Ankers 200 einen vorbestimmten Abstand d2 von einer Innenfläche des geschlossenen Endes 228.
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Zwischen die Hülse 218 und den Ventilsitz 202 kann ein internes Bandfilter 249 eingesetzt sein, wenngleich ein solches nicht erforderlich ist. Vorzugsweise ist das Bandfilter in einer Tasche 250 aufgenommen, welche zwischen der Hülse 218 und dem Ventilsitz 202 gebildet ist.
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Der Anker 200 stellt ein wirtschaftliches Ansprechelement dar, das sich während des Betriebs des Steuerventils 24 in der Hülse 218 hin und her bewegt, um gewünschte Bremsantworten des Bremssystems 10 vorzusehen.
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Die radialen Magnetpole 222, 223 und 224, wie in den 3 und 6 dargestellt, sorgen für ein verbessertes Ventilverhalten. Das verbesserte Ventilverhalten äußert sich durch eine nicht-lineare Kraft/Ankerweg-Kurve, wie durch eine Linie D in 7 gezeigt. Vorzugsweise erzeugt das Steuerventil 24 eine größere Kraft in der geschlossenen Stellung im Vergleich zur offenen Stellung. Die Kombination der radialen Magnetpole 222, 223 und 224 gewährleistet ferner ein relativ schnelles Öffnen des Steuerventils 24 und erfordert eine relativ kleine Federkraft, um den Anker 200 aus der offenen Stellung in die geschlossene Stellung zu bewegen.
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8 zeigt allgemein bei 24' eine geschnittene Teilansicht einer abgewandelten Ausführungsform des vorstehend erläuterten normalerweise geschlossenen Steuerventils 24. Das Steuerventil 24' ist mit Ausnahme der Ausbildung eines Ankers 200' und einer Hülse 218' im wesentlichen identisch zum Steuerventil 24.
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Der Anker 200' weist ein erstes Ende 201' und ein zweites Ende 203' auf. Vorzugsweise ist das zweite Ende 203' eine im wesentlichen ebene Fläche. Das erste Ende 201' weist eine Ausnehmung 250 auf, in der mehrere Stufen 206' ausgebildet sind. Wenngleich bei dem Ausführungsbeispiel zwei Stufen dargestellt sind, kann der Anker 200' mit jeder beliebigen gewünschten Zahl von Stufen ausgeführt sein.
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Eine innere Endfläche 252 der Hülse 218 weist mehrere darin ausgebildete Stufen 212' auf. Vorzugsweise besitzen die Stufen 206' der Ausnehmung 250 eine Form, die im wesentlichen komplementär zur Form der Stufen 212' der Hülse 218' ist, derart, dass die Stufen 212' der Hülse 218' dann, wenn sich das Steuerventil 24' in einer geöffneten Stellung befindet, innerhalb der Stufen 206' des Ankers 200' aufgenommen sind. Es ist zu verstehen, dass der Anker 200' und die Hülse 218' mit einer beliebigen gewünschten Zahl von Stufen 206' beziehungsweise 212' ausgeführt werden können. Wie im Zusammenhang mit 3 beschrieben, wirken die Stufen 212' der Hülse 218' mit den Stufen 206' des Ankers 200' zusammen, um radiale Magnetpole 222', 223' und 224' für die im wesentlichen radiale Leitung des magnetischen Flusses von den Stufen 212' zur jeweils zugehörigen Stufe 206' zu definieren. Die Stufen 212' wirken darüber hinaus mit den Stufen 206' zusammen, um eine Mehrzahl axialer Magnetpole 225 für die im wesentlichen axiale Leitung des magnetischen Flusses von den Stufen 212' zur jeweils zugehörigen Stufe 206' zu definieren.
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Ein Ende der Feder 230 ist an der Fläche 252 angeordnet. Das andere Ende der Feder 230 steht in Eingriff mit dem Anker 200' in der Ausnehmung 250. Die Feder 230 steht mit dem Anker 200' in Eingriff, um den Anker 200' in Richtung zu dem Ventilsitz 202 zu drängen, wenn das Steuerventil 24' in der geschlossenen Stellung ist.
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Eine Schnittansicht einer weiteren abgewandelten Ausführungsform des normalerweise geschlossenen Steuerventils ist bei 24'' in 9 dargestellt. Vorzugsweise umfasst das Steuerventil 24'' eine Spulenanordnung 304. Wie nachstehend im Detail erläutert, weist das Steuerventil 24'', das ein normalerweise geschlossenes Steuerventil ist, einen Anker 300 auf, der bei nicht erregtem Steuerventil 24'' in Richtung zu einem Ventilsitz 302 hin vorgespannt ist. Wenn die Spulenanordnung 304 erregt wird, um ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, wird der Anker 300 von dem Ventilsitz 202 weggezogen, was eine Fluidströmung durch das Steuerventil 24'' gestattet.
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Vorzugsweise ist der Anker vollständig aus einem ferromagnetischen Material gebildet. Stahl ist ein bevorzugtes Material für den Anker 300. Der Anker 300 kann auch aus anderen gewünschten Materialien gebildet sein, etwa ein Anker mit einem ferromagnetischen Ankerkern und einem darübergeformten nicht-ferromagnetischen Ankerkörper in einer Weise ähnlich dem oben beschriebenen Anker 100 oder eine andere geeignete Ausbildung für einen elektromagnetisch betätigten Anker.
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Der Anker 300 weist ein erstes Ende 301 und ein zweites Ende 303 auf. Vorzugsweise ist das zweite Ende 303 eine im wesentlichen ebene Fläche. Das erste Ende 301 weist eine Ausnehmung 305 auf, in der mehrere Stufen 306 ausgebildet sind. Es ist zu verstehen, dass der Anker 300 mit einer beliebigen gewünschten Anzahl von Stufen 306 ausgebildet sein kann. Eine gehärtete Kugel 310 ist in einer axialen Bohrung 312 befestigt, welche zentral im Anker 300 ausgebildet ist. Die Kugel 310 steht etwas über das zweite Ende 303 des Ankers 300 vor. Die axiale Bohrung 312 steht in fluidischer Verbindung mit der Ausnehmung 305. Eine Querbohrung 314 ist am zweiten Ende 303 des Ankers 300 gebildet und steht in fluidischer Verbindung mit der Axialbohrung 312.
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Eine magnetische Polkappe oder ein magnetisches Polelement 316 weist mehrere Stufen 317 auf, die an einem Ende desselben gebildet sind. Vorzugsweise weist das Polelement 316 ferner einen zentral gebildeten, im Wesentlichen zylindrischen Vorsprung 320 auf. Ein Ende einer Feder 330 ist um den Vorsprung 320 angeordnet. Das andere Ende der Feder 330 steht mit dem Anker 300 in der Ausnehmung 305 in Eingriff. Vorzugsweise besitzen die Stufen der Ausnehmung 305 eine Gestalt, die komplementär zur Gestalt der Stufen 317 des Polelements 316 ist, derart, dass die Stufen 317 des Polelements 316 innerhalb der Stufen 306 der Ausnehmung 305 aufgenommen sind, wenn sich das Steuerventil 24'' in einer geöffneten Stellung befindet. Es ist zu verstehen, dass das Polelement 316 mit jeder beliebigen gewünschten Zahl von Stufen 317 ausgeführt werden kann.
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Ein im Wesentlichen zylindrischer Adapter 315 weist eine Adapterbohrung 321 auf. Der Adapter 315 ist vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Material gefertigt. Stahl ist ein bevorzugtes Material für den Adapter 315.
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Vorzugsweise ist der Ventilsitz 302 in der Adapterbohrung 321 an einem Ende des Adapters 315 angeordnet. Höchstvorzugsweise ist der Ventilsitz 302 in die Adapterbohrung 321 hineingedrückt und an dem Adapter 315 durch eine beliebige gewünschte Methode angebracht, beispielsweise durch Presssitz. Der Ventilsitz 302 kann aus einem beliebigen gewünschten Material gefertigt sein. Vorzugsweise ist der Ventilsitz 302 aus einem geformten Material hergestellt, etwa Polyphenylensulfid (PPS), Polypthalamid (PPA) oder Polyetheretherketon (PEEK).
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Ein Ende einer Flussröhre oder Hülse 318 ist in der Adapterbohrung 321 am anderen Ende des Adapters 315 angeordnet. Das andere Ende der Hülse 318 ist um das Polelement 316 angeordnet. Vorzugsweise ist die Hülse 302 an dem Polelement 316 und dem Adapter 315 durch irgendeine gewünschte Methode angebracht, etwa durch Presssitz oder Schweißen. Vorzugsweise weist eine Hülsenbohrung 328 der Hülse 318 einen Innendurchmesser auf, der gleich dem Innendurchmesser der Adapterbohrung 321 ist. Der Anker 300 und das Polelement 316 sind verschiebbar in der Adapterbohrung 321 und der Bohrung 328 der Hülse 318 aufgenommen. Vorzugsweise lässt man den Anker 300 und das Polelement 316 beim Zusammenbau des Ventils 24'' in die Hülsenbohrung 328 und die Adapterbohrung 321 hineinfallen. Gewünschtenfalls können das Polelement 316, die Hülse 318 und der Adapter 315 auch einstückig hergestellt werden.
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Die Hülse 318 ist vorzugsweise aus einem nicht-ferromagnetischen Material gefertigt, etwa rostfreiem Stahl, wenngleich ein beliebiges anderes nicht-ferromagnetisches Material ebenfalls verwendet werden kann. Alternativ kann die Hülse 318 derart ausgebildet sein, dass sie einen ersten ferromagnetischen Abschnitt, einen dem Adapter 315 benachbarten zweiten ferromagnetischen Abschnitt sowie dazwischen einen zentralen nicht-ferromagnetischen Abschnitt aufweist. Der zentrale Abschnitt definiert einen Bereich erhöhter magnetischer Reluktanz zwischen dem ersten ferromagnetischen Abschnitt und dem zweiten ferromagnetischen Abschnitt der Hülse 318.
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Wie in 10 gezeigt, definieren die zusammenwirkenden Stufen 306 des Ankers 300 und die Stufen 317 des Polelements 316 radiale Magnetpole 322, 323 und 324 für die im Wesentlichen radiale Leitung des magnetischen Flusses zwischen jeder der Stufen 306 des Ankers 300 und der jeweils zugehörigen Stufe 317 des Polelements 316. Die Stufen 317 wirken ferner mit den Stufen 306 in der Weise zusammen, dass sie eine Mehrzahl von axialen Magnetpolen 327 für die im Wesentlichen axiale Leitung des magnetischen Flusses von den Stufen 317 zur jeweils zugehörigen Stufe 306 definieren.
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Wie in 9 gezeigt, befindet sich der Anker 300 an einem Ende eines Weges in Richtung hin zu dem Ventilsitz 302, wenn die Spulenanordnung 304 nicht erregt ist, derart, dass das Steuerventil 24'' in einer geschlossenen Stellung ist. Die Feder 330 steht so in Eingriff mit dem Anker 300, dass sie den Anker 300 in Richtung zu dem Ventilsitz 302 drängt, wenn sich das Steuerventil 24'' in der geschlossenen Stellung befindet. Bei erregter Spulenanordnung 304 befindet sich der Anker 300 am Ende eines Weges weg von dem Ventilsitz 302, derart, dass das Steuerventil 24'' in einer offenen Stellung ist.
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Wenn sich das Steuerventil 24'' in der geschlossenen Stellung befindet, ist eine Fluidströmung durch das Steuerventil 24'' blockiert. Wenn sich das Steuerventil 24'' in der offenen Stellung befindet, ist eine Fluidströmung durch das Steuerventil 24'' nicht blockiert. Bei erregter Spulenanordnung 304 erzeugt der Fluss über die allgemein radialen Flusswege an den radialen Magnetpolen 322 und 324, wie in 10 durch Linien 325 und 326 dargestellt, eine Kraft, die den Anker 300 aus der dargestellten geschlossenen Stellung in Richtung zur offenen Stellung (nicht gezeigt) drängt.
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Bezugnehmend erneut auf 9, weist der Ventilsitz 302 einen zentralen axialen Fluiddurchgang 332 auf, welcher in einer durchmesserreduzierten Bohrung 334 endet. An einer Außenfläche des Ventilsitzes 302 ist ein Sitz 336 gebildet. Vorzugsweise weist der Sitz 336 einen Winkel a3 im Bereich von etwa 20° bis etwa 30° auf, gemessen von einer zu einer Achse der Bohrung 334 orthogonalen Ebene 337. Höchstvorzugsweise beträgt der Winkel a3 des Sitzes 336 etwa 25°.
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Die Kugel 310 wirkt als Ventildichtelement und steht in Eingriff mit dem Sitz 336, wenn sich der Anker 300 in einer geschlossenen Stellung befindet, z. B. wenn die Spulenanordnung 304 nicht erregt ist. Steht die Kugel 310 im Eingriff mit dem Sitz 336, so sind der Fluiddurchgang 332 und die Öffnung 335 blockiert. Bei erregter Spulenanordnung 304 werden der Anker 300 und die Kugel 310 von dem Ventilsitz 302 weggezogen, so dass ein Fluid durch den Fluiddurchgang 332 und die Öffnung 334 im Ventilsitz 302 strömen kann.
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Der Anker 300 bildet ein wirtschaftliches Ansprechelement, das sich während des Betriebs des Steuerventils 24'' in der Hülse 318 hin und her bewegt, um gewünschte Bremsantworten des Bremssystem 10 vorzusehen.
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11 stellt allgemein bei 24''' eine Schnittansicht einer abgewandelten Ausführungsform des normalerweise geschlossenen Steuerventils 24 mit einer beispielhaften abgewandelten Ausgestaltung eines Polelements und eines Ankers dar. Das Steuerventil 24''' ist im Wesentlichen identisch zu dem Steuerventil 24'' mit Ausnahme eines Ankers 300' und eines Polelements 316'.
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Der Anker 300' weist ein erstes Ende 301' und ein zweites Ende 303' auf. Vorzugsweise ist das zweite Ende 303' eine im Wesentlichen ebene Fläche. Mehrere Stufen 306' sowie ein mittig ausgebildeter, annähernd zylindrischer Vorsprung 309 sind an dem ersten Ende 301' gebildet. Es ist zu verstehen, dass jede beliebige gewünschte Anzahl von Stufen 306' an dem Anker 300' ausgebildet werden kann.
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Das Polelement 316' weist eine Ausnehmung 311 mit mehreren darin ausgebildeten Stufen 317' auf. Vorzugsweise besitzen die Stufen 317' der Ausnehmung 311 eine Gestalt, die komplementär zur Gestalt der Stufen 306' des Ankers 300' ist, so dass die Stufen 306' des Ankers 300' innerhalb der Stufen 317' des Polelements 316' aufgenommen sind, wenn sich das Steuerventil 24''' in einer offenen Stellung befindet. Es ist zu verstehen, dass das Polelement 316' mit jeder gewünschten Zahl von Stufen 317' ausgeführt werden kann. Die Stufen 306' des Ankers 300' wirken mit den Stufen 317' des Polelements 316' zusammen, um radiale Magnetpole für die allgemein radiale Leitung des magnetischen Flusses von den Stufen 317' zur jeweils zugeordneten Stufe 306' zu definieren. Die Stufen 306' wirken ferner mit den Stufen 317' zur Bildung einer Mehrzahl von axialen Magnetpolen 327' für die allgemein axiale Leitung des magnetischen Flusses von den Stufen 317' zur jeweils zugeordneten Stufe 306' zusammen.
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Ein Ende der Feder 330 ist um den Vorsprung 309 angeordnet. Das andere Ende der Feder 330 steht im Eingriff mit dem Polelement 316' in der Ausnehmung 311. Die Feder 330 steht mit dem Anker 300 in Eingriff, um den Anker 300 in Richtung zu dem Ventilsitz 302 zu drängen, wenn sich das Steuerventil 24''' in der geschlossenen Stellung befindet.