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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Ventil
zum Öffnen
und zum Schließen
von Fluidkanälen
und insbesondere auf dessen Aufbau, bei dem eine äußere Umfangsfläche eines
bewegbaren Kerns gleitend und hin- und herbewegbar an einem nicht-magnetischen
Element gehalten ist.
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Wie
dies in den Druckschriften
JP
10-38126 A ,
DE
19 504 185 A1 und
JP
11-118 062 A gezeigt ist, ist ein elektromagnetisches Ventil
bekannt, bei dem sich ein Ventilelement zusammen mit einem bewegbaren
Element eines elektromagnetischen Antriebselementes so hin- und
herbewegt, dass das Ventilelement einen Fluiddurchsatz in Fluidkanälen steuern kann,
indem es die Fluidkanäle öffnet oder
schließt, oder
das das Ventilelement an einer mittleren Position positioniert,
um den Fluiddurchsatz zu erhöhen oder
zu verringern. Bei dem in den Druckschriften
DE 19 504 185 A1 oder
JP 11-118 062 A offenbarten
herkömmlichen
elektromagnetischen Ventil ist eine an dem bewegbaren Element angebrachte
Welle gleitend und hin- und herbewegbar gehalten. Bei dem in der
Druckschrift
JP 10-38126
A offenbarten herkömmlichen
elektromagnetischen Ventil ist das bewegbare Element selbst gleitend
und hin- und herbewegbar gehalten.
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Vorzugsweise
ist ein Spalt zwischen dem bewegbaren Element und einem inneren
Zylinder eines festen Elementes, das eine äußere Umfangsfläche des
bewegbaren Elementes abdeckt und zusammen mit dem bewegbaren Element
einen magnetischen Kreis ausbildet, so klein wie möglich, wobei
das bewegbare Element den inneren Zylinder nicht berührt, um
eine größere magnetische
Anziehungskraft auf das bewegbare Element auszuüben.
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Bei
dem in den Druckschriften
DE
19 504 185 A1 oder
JP 11-118 062 A offenbarten elektromagnetischen
Ventil sind jedoch ein Haltelement zum Halten der Welle und der
innere Zylinder des festen Elementes getrennt ausgebildet. Daher
sind die Mittellinien des Halteelementes und des inneren Zylinders
in der Regel versetzt und das bewegbare Element gelangt in der Regel
in Kontakt mit dem inneren Zylinder, der die äußere Umfangsfläche des
bewegbaren Elementes umschließt.
Zur Bewältigung
dieses Problems ist der innere Zylinder so ausgebildet, dass er
einen größeren Innendurchmesser
hat, so dass das bewegbare Element nicht in Kontakt mit dem inneren
Zylinder kommen kann, selbst wenn die Mittellinien des Halteelements
und des inneren Zylinders zueinander versetzt sind.
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Wenn
der Luftspalt zwischen dem inneren Zylinder und dem bewegbaren Element
aufgrund des größeren Innendurchmessers
des inneren Zylinders größer wird,
wird ein Durchmesser des elektromagnetischen Antriebelementes größer, während die
magnetische Anziehungskraft geringer wird. Um einen angemessenen
Wert der magnetischen Anziehungskraft aufrechtzuerhalten, wird die
Windungszahl einer Spule des elektromagnetischen Antriebselementes erhöht. Jedoch
führt das
Erhöhen
der Windungszahl der Spule zu einem größeren elektromagnetischen Antriebselement.
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Bei
dem in der Druckschrift
JP
10-38126 A gezeigten elektromagnetischen Ventil ist eine
aus einem nicht-magnetischen Metall geschaffene Haltebuchse zwischen
dem inneren Zylinder des festen Elementes und dem bewegbaren Element
angeordnet, wobei die Haltebuchse das bewegbare Element gleitend
und hin- und herbewegbar hält.
Des weiteren hält
eine Buchse einer Ventileinheit das Ventilelement. Wenn das bewegbare
Element und das Ventilelement getrennt ausgebildet sind, gibt es
nicht das Problem der Mittellinienversetzung des festen Elementes
relativ zu dem bewegbaren Element, selbst wenn das Ventilelement
durch die Buchse der Ventileinheit gehalten ist. Demgemäß ist es
nicht notwendig, dass der innere Zylinder einen größeren Innendurchmesser
hat, um das Problem des Mittellinienversatzes zu bewältigen.
Wenn des Weiteren eine Dicke der Haltebuchse dünner ist, ist der Spalt zwischen
dem inneren Zylinder des festen Elementes und des bewegbaren Kerns
kleiner.
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Jedoch
hat das in der Druckschrift
JP 10-38126
A offenbarte elektromagnetische Ventil einen Nachteil.
Die Haltebuchse ist becherartig geformt. Ein elastisch verformbarer
Rand der becherartigen Buchse ist elastisch an einem inneren Umfangsrand
eines plattenartigen festen Elementes gehalten, was nicht verhindern
kann, dass ein von einer Seite des Ventilelementes zu einer Seite
des bewegbaren Elementes kommendes Fluid zu einer Außenseite
der Haltebuchse austritt, wie z. B. von einem zwischen dem inneren
Zylinder und einem Anziehungsabschnitt des festen Elementes zum
Anziehen des bewegbaren Elementes vorgesehenen Spalt zu einer Seite
der Spule. Wie dies vorstehend erwähnt ist, tritt ein von der
Seite des Ventilelementes kommendes Fluid in der Regel zu der Außenseite
der Haltebuchse aus.
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Um
die vorstehend erwähnten
Probleme zu lösen,
ist es somit eine Aufgabe der Erfindung, ein kompaktes elektromagnetisches
Ventil vorzusehen, das eine hinreichend große magnetische Anziehungskraft
erzeugen kann und wobei verhindert wird, dass ein Fluid zu der.
Außenseite
eines nicht-magnetischen Elementes austreten kann.
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Die
vorangehend beschriebenen Probleme werden durch ein elektromagnetisches
Ventil nach Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Ventils sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
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Um
die vorstehend erwähnte
Aufgabe zu erreichen, setzt sich das elektromagnetische Ventil zum
Steuern eines Fluiddurchsatzes in Fluidkanälen aus Folgendem zusammen:
einem
bewegbaren Element, einer Ventileinheit mit einem Gehäuse und
einem Ventilelement, das in dem Gehäuse untergebracht ist und zusammen
mit dem bewegbaren Element eine Hin- und Herbewegung ausführt, einer
Vorspanneinrichtung zum
Drücken
des bewegbaren Elementes in einer Richtung seiner Hin- und Herbewegung,
einer Spule zum Erzeugen einer magnetischen Anziehungskraft, die an
dem bewegbaren Element in der anderen Richtung seiner Hin- und Herbewegung
wirkt, einem festen Element
mit einem um einer äußeren Umfangsfläche des
bewegbaren Elementes herum angeordneten zylindrischen Abschnitt
(erstes festes Element) und einem gegenüber dem zylindrischen Abschnitt
so angeordneten Anziehungsabschnitt (zweites festes Element), dass
dazwischen in der Richtung der Hin- und Herbewegung des bewegbaren
Elementes ein Spalt gebildet ist, und einem becherartigen nicht-magnetischen Element,
das innerhalb eines inneren Umfanges des festen Elementes angeordnet
ist, um das bewegbare Element gleitend und hin- und herbewegbar
zu halten.
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Durch
den vorstehend erwähnten
Aufbau bilden das feste Element und das bewegbare Element einen
magnetischen Kreis aus, und das becherartige nicht-magnetische Element
erstreckt sich radial, um bezüglich
einer Richtung der Hin- und Herbewegung des bewegbaren Elementes
ein Ende des bewegbaren Elementes abzudecken, und es erstreckt sich
axial, um den Spalt bis zu dem Anziehungsabschnitt abzudecken.
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Wie
dies vorstehend erwähnt
ist, gibt es kein Problem des Mittellinienversatzes des zylindrischen Abschnitts
relativ zu dem bewegbaren Element, da das innerhalb des inneren
Umfanges des festen Elementes angeordnete becherartige nicht-magnetische Element
das bewegbare Element gleitend und hin- und herbewegbar hält. Demgemäß kann ein
Innendurchmesser des zylindrischen Abschnitts kleiner sein, so dass
er einem Außendurchmesser
des bewegbaren Elementes entspricht und das kompakte elektromagnetische
Ventil ohne eine Verringerung der magnetischen Anziehungskraft verwirklicht
werden kann.
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Da
sich des weiteren das becherartige nicht-magnetische Element radial
erstreckt, um bezüglich
einer Richtung der Hin- und Herbewegung des bewegbaren Elementes
das Ende des bewegbaren Elementes abzudecken, und axial erstreckt,
um den Spalt bis zu dem Anziehungsabschnitt abzudecken, wird verhindert,
dass ein von dem Ventilelement zu dem bewegbaren Element kommendes
Fluid zu einer Außenseite
des becherartigen nicht-magnetischen Elementes austritt.
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Das
erste feste Element und das zweite feste Element können außerhalb
des becherartigen Elementes angeordnet sein, oder sie können außerhalb bzw.
innerhalb des becherartigen Elementes angeordnet sein.
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Unter
dem Gesichtspunkt der Herstellung (Montage) ist es vorzuziehen,
dass das becherartige nicht-magnetische Element an seinem Ende in
der anderen Richtung der Hin- und Herbewegung mit einem Flanschabschnitt
versehen ist. Die Montage des becherartigen Elementes ist einfach,
wenn sein Flanschabschnitt zwischen dem festen Element und dem Gehäuse der
Ventileinheit angeordnet ist.
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Vorzugsweise
ist des weiteren der Flanschabschnitt des becherartigen Elementes
an einem an dem Gehäuse
der Ventileinheit vorgesehenen Flanschabschnitt axial befestigt,
und zwar vorzugsweise über
ein Dichtelement wie z. B. ein O-Ring, um einen eventuellen Zwischenraum
zwischen dem becherartigen Element und dem Gehäuse der Ventileinheit abzudichten.
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Außerdem können die
Flanschabschnitte des becherartigen Elementes und des Gehäuses einfach
befestigt werden, indem ein Abschnitt des festen Elementes an dem
Gehäuse
verstemmt wird.
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Vorzugsweise
ist das bewegbare Element an seinem äußeren Umfang teilweise mit
einer nicht an dem becherartigen nicht-magnetischen Element gleitenden Aussparung
und an entgegengesetzten Seiten der Aussparung mit Kontaktflächen versehen,
die an dem becherartigen nicht-magnetischen Element gleiten. Wenn
etwas Fremdmaterial zwischen dem zylindrischen Abschnitt und dem
bewegbaren Element eingetreten ist, wird das Fremdmaterial in der Aussparung
aufgenommen. Infolgedessen kann die ruhige Hin- und Herbewegung
des bewegbaren Elementes nicht durch das Fremdmaterial gestört werden,
so dass ein Gleitwiderstand zwischen dem nicht-magnetischen Element
und dem bewegbaren Element verringert werden kann. Außerdem sind
die Kontaktflächen
durch das becherartige Element gehalten, wobei sich das bewegbare
Element ohne ein Verkanten und ohne ein Schwingen in dem becherartigen
Element bewegen kann.
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Es
ist des weiteren vorzuziehen, dass das bewegbare Element mit einem
Ausgleichskanal versehen ist, um Räume an entgegengesetzten Seiten des
bewegbaren Elementes in der Richtung seiner Hin- und Herbewegung
zu verbinden. Wenn ein Fluid beim Hin- und Herbewegen des bewegbaren
Elements durch den Ausgleichskanal hindurchtreten kann, kann eine
ruhige Bewegung des bewegbaren Elementes sichergestellt werden.
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Des
weiteren ist eine äußere Umfangsfläche des
bewegbaren Elementes, die an dem becherartigen nicht-magnetischen
Element gleitet, vorzugsweise mit einem Material zum Reduzieren
des Gleitwiderstandes beschichtet.
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Vorzugsweise
ist das zweite feste Element mit einem Stopper versehen, der in
Kontakt mit dem Ventilelement gelangt. Wenn die axiale Bewegung des
Ventilelementes durch den Stopper begrenzt ist, kann die Bewegung
des Ventilelementes genau gesteuert werden. Falls der Stopper aus
einem nicht-magnetischen Material geschaffen ist, kann das aus einem
magnetischen Material geschaffene Ventilelement verwendet werden,
ohne ein nicht-magnetisches
Element zwischen dem Stopper und dem Ventilelement getrennt einzubauen,
was zu einer verringerten Anzahl von Bauteilen und zu einer verringerten
Montagezeit führt.
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Wenn
das Ventilelement in Kontakt mit dem Stopper ist, kann sich das
bewegbare Element über eine
vorbestimmte Distanz axial bewegen. Wenn das becherartige Element
an dem Gehäuse
befestigt ist, wird daher das Ventilelement durch die Vorspannkraft
zu dem bewegbaren Element gedrückt.
Der Stopper dient jedoch nicht zum Übertragen der Vorspannkraft
auf das bewegbare Element, so dass das bewegbare Element nicht gegen
den Boden des becherartigen Elementes gedrückt werden kann und der Boden
nicht verformt werden kann.
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Wenn
des weiteren das elektromagnetische Ventil bei einer Bedingung verwendet
wird, bei der eine äußere Schwingung
auf das Ventilelement und das bewegbare Element übertragen wird, schlägt nur das
bewegbare Element gegen den Boden und übt eine Schwingungslast daran
aus, die kleiner ist als eine Schwingungslast sowohl des Ventilelementes als
auch des bewegbaren Elementes. Daher wird die Verformung des becherartigen
Elementes eingeschränkt
und es kann eine längere
Lebensdauer des elektromagnetischen Ventils sichergestellt werden.
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Andere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sowie das Betriebsverfahren
und die Funktion der dazugehörigen
Bauteile werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, den
angehängten
Ansprüchen
und den beigefügten
Zeichnungen ersichtlich, die alle Bestandteil dieser Anmeldung sind.
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1 zeigt
eine Querschnittansicht eines elektromagnetischen Ventils gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel;
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2A zeigt
eine Querschnittansicht eines bewegbaren Elementes entlang einer
Linie IIA-IIA der 1;
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2B zeigt
eine Querschnittansicht einer Abwandlung des bewegbaren Elementes
der 2A;
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3 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
eines bewegbaren Elementes und eines nicht-magnetischen Elementes
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel;
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4 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
eines bewegbaren Elementes und eines nicht-magnetischen Elementes
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel;
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5 zeigt
eine Querschnittansicht eines hydraulischen Steuerventils gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel;
und
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6 zeigt
eine Querschnittansicht eines elektromagnetischen Antriebselementes
gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Ein
elektromagnetisches Ventil gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1 beschrieben,
das auf ein hydraulisches Steuerventil einer Einrichtung zum Einstellen
von Ventilsteuerzeiten für
einen Verbrennungsmotor angewendet wird. Die 1 zeigt
einen Zustand, bei dem einem elektromagnetischen Antriebselement 10 kein
Strom zugeführt wird.
Pfeile A und B zeigen Richtungen einer Hin- und Herbewegung einer
bewegbaren Einheit 20.
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Wie
dies in der 1 gezeigt ist, setzt sich das
hydraulische Steuerventil 1 aus dem elektromagnetischen
Antriebselement 10, das eine magnetische Anziehungskraft
erzeugt, wenn es erregt wird, und aus einem Spulenkörpersteuerventil 30 zusammen,
das durch eine magnetische Anziehungskraft angetrieben wird, die
durch das elektromagnetische Antriebselement 10 erzeugt
wird.
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Das
elektromagnetische Antriebselement 10 setzt sich aus einem
Jochelement 11 als ein erstes festes Element, einem festen
Kern 12 als ein zweites festes Element, einer Haspel 15,
einer um die Haspel 15 gewickelten Spule 16, der
bewegbaren Einheit 20 und einem nicht-magnetischen Element 25 zusammen.
Das Spulenkörpersteuerventil 30 setzt
sich aus einem Spulenkörper 40,
der ein Ventilelement bildet, und aus einer Buchse 31 zusammen,
die ein Gehäuse
des Spulenkörpersteuerventils 30 bildet.
Der Spulenkörper 40 wird
zusammen mit der bewegbaren Einheit 20 hin- und herbewegt,
um Arbeitsfluiddurchsätze
einzustellen, die einer Verzögerungsdruckkammer 65 und
einer Beschleunigungsdruckkammer 67 zuzuführen sind
bzw. die von der Verzögerungsdruckkammer 65 und
von der Beschleunigungsdruckkammer 67 zu evakuieren sind.
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Das
Jochelement 11 ist aus einem plattenartigen dünnen ununterbrochenen
Bogen geschaffen. Ein Flanschabschnitt 12b des festen Kernes 12 und ein
Flanschabschnitt 27 des nicht-magnetischen Elementes 25 sind
zwischen dem Joch 11 und der Buchse 31 angeordnet.
Das Joch 11 und die Buchse 31 wurden bei einem
Verstemmungsvorgang befestigt. Das Joch 11, der feste Kern 12 und
ein bewegbares Element 21 der bewegbaren Einheit 20 sind
aus einem magnetischen Material geschaffen, um einen magnetischen
Kreis auszubilden.
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Das
Joch 11 hat einen inneren zylindrischen Umfangsabschnitt 11a als
einen inneren Zylinder und einen äußeren zylindrischen Umfangsabschnitt 11b als
einen äußeren Zylinder.
Die Haspel 15 und die Spule 16 sind zwischen dem
inneren und dem äußeren zylindrischen
Umfangsabschnitt 11a bzw. 11b untergebracht. Der
innere zylindrische Umfangsabschnitt 11a deckt einen äußeren Umfang
des bewegbaren Elementes 21 ab und liegt so dem bewegbaren Element 21 radial
gegenüber.
Der äußere zylindrische
Umfangsabschnitt 11b ist über der Außenseite der Spule 16 mit
dem festen Kern 12 verbunden. Ein Verstemmungsabschnitt 11c ist
an einem Ende des äußeren zylindrischen
Umfangsabschnittes 11b ausgebildet. Das Joch 11,
die Haspel 15 und die Spule 16 sind durch ein
Harzmaterial befestigt. Der innere zylindrische Umfangsabschnitt 11a und
ein Anziehungsabschnitt 12a des festen Kerns 12 liegen
sich bei einem Spalt 19 mit einer vorbestimmten Länge in einer
Richtung der Hin- und Herbewegung der bewegbaren Einheit 20 gegenüber. Die
Dicke des Anziehungsabschnittes 12a verjüngt sich
zu dem inneren zylindrischen Umfangsabschnitt 11a.
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Ein
Ende der Spule 16 ist mit einem Anschluss 18 verbunden,
durch den ein Steuerstrom in die Spule 16 eingespeist wird.
Wenn der Steuerstrom in die Spule 16 eingespeist wird,
wird das bewegbare Element 21 zu dem Anziehungsabschnitt 12a des festen
Kernes 12 gegen eine Vorspannkraft einer Feder 50 angezogen,
die gegen den Spulenkörper 40 drückt. Die
Vorspannkraft der Feder 50 wirkt in einer Richtung eines
in der 1 gezeigten Pfeils B, d. h. in einer Richtung
der Hin- und Herbewegung der bewegbaren Einheit 20. Die
magnetische Anziehungskraft, die durch ein Einspeisen eines Stroms
in die Spule 16 ausgeübt
wird, zieht das bewegbare Element 21 in einer Richtung
eines in der 1 gezeigten Pfeils A an, d.
h. in der anderen Richtung der Hin- und Herbewegung der bewegbaren
Einheit 20.
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Die
bewegbare Einheit 20 hat das bewegbare Element 21 und
eine Welle 22, die von dem bewegbaren Element 21 an
einer Seite zum Spulenkörper 40 vorsteht.
Eine äußere Umfangsfläche des
bewegbaren Elementes 21, die an einer inneren Umfangsfläche des
nicht-magnetischen Elementes 25 gleitet, ist mit einem
Material wie z. B. Teflon beschichtet, um einen Gleitwiderstand
an dem nicht-magnetischen Element 25 zu verringern.
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Wie
dies in den 2A oder 2B gezeigt ist,
ist das bewegbare Element 21 an seiner äußeren Umfangsfläche oder
in seinem Inneren mit einem Ausgleichskanal 23 bzw. 24 versehen,
der an entgegengesetzten Seiten des bewegbaren Elementes 21 ausgebildete
Räume in
der Richtung seiner Hin- und Herbewegung verbindet. Der Ausgleichskanal 23 bzw. 24 dient
dazu, eine ruhige Hin- und Herbewegung des bewegbaren Elementes 21 sicherzustellen.
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Das
bewegbare Element 21 ist des weiteren an einem Ende an
einer Seite einer gemäß dem Pfeil A
in der 1 dargestellten magnetischen Anziehungskraft mit
einem abgeschrägten
Abschnitt 21a versehen, dessen Außendurchmesser zu dem Anziehungsabschnitt 12a kleiner
wird, wie dies in der 3 gezeigt ist.
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Das
aus einem nicht-magnetischen Material wie z. B. Edelstahl geschaffene
nicht-magnetische Element 25 ist becherartig ausgebildet
und hat einen zylindrischen Abschnitt 26 mit einem Boden 26a und dem
Flanschabschnitt 27. Das nicht-magnetische Element 25 ist
innerhalb des Jochelementes 11 und des festen Kernes 12 angeordnet,
d. h. das Joch 11 und der feste Kern 12 sind außerhalb
des nicht-magnetischen Elementes 25 angeordnet. Das nicht-magnetische
Element 25 deckt eine Öffnung 31a der Buchse 31 und
der Boden 26a des zylindrischen Abschnitts 26 deckt
ein Ende der bewegbaren Einheit 20 bezüglich einer Richtung seiner
Hin- und Herbewegung ab. Des weiteren deckt der zylindrische Abschnitt 26 den
Spalt 19 ab.
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Der
Flanschabschnitt 27 des nicht-magnetischen Elementes 25 ist
zwischen dem Flanschabschnitt 12b des festen Kernes 12 und
einem Flanschabschnitt 31b der Buchse 31 angeordnet.
Der Flanschabschnitt 27 ist an dem Flanschabschnitt 31b flüssigkeitdicht
befestigt, indem der Verstemmungsabschnitt 11c des Jochs 11 an
dem Flanschabschnitt 31b verstemmt ist.
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Ein
O-Ring 29 ist zwischen dem Flanschabschnitt 27 und
einem Ende der Buchse 31 an einer Seite zu der bewegbaren
Einheit 20 so angeordnet, dass ein Austreten des Arbeitsfluids
aus einem Zwischenraum zwischen den Flanschabschnitten 27 und 31b verhindert
werden kann.
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Die Öffnung 31a ist
an der Buchse 31 an einer Seite zu dem elektromagnetischen
Antriebselement 10 vorgesehen, damit die Welle 22 in
einen Kontakt mit dem Spulenkörper 40 gelangt,
um so eine Antriebskraft auf den Spulenkörper zu übertragen und um diesen anzutreiben.
Viele Öffnungen 32, 33, 34, 35 und 36 sind
an einer Wand der Buchse 31 an ihren vorbestimmten Positionen
vorgesehen, um Fluidkanäle
zu bilden, durch die das Arbeitsfluid hindurchtreten kann. Eine
Pumpe 60 führt
das von einem Fluidbehälter 61 angesaugte
Arbeitsfluid der Öffnung 34 zu.
Die Öffnungen 32 und 36 sind über Fluidkanäle 63 bzw. 64 zu
dem Fluidbehälter 61 offen.
Die Öffnung 33 steht über einen
Fluidkanal 66 mit der Verzögerungsdruckkammer 65 in
Verbindung und die Öffnung 35 steht über einen
Fluidkanal 68 mit der Beschleunigungsdruckkammer 67 in
Verbindung.
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Eine
innere Wand der Buchse 31 hält den Spulenkörper 40 axial
gleitend. Der Spulenkörper 40 hat
Abschnitte 41, 42, 43 und 44 mit
größerem Durchmesser,
die Kontaktflächenabschnitte
bilden, wobei jeder Durchmesser annähernd gleich groß ist wie
ein Innendurchmesser der Buchse 31, und er hat Abschnitte
mit kleinerem Durchmesser, die die verschiedenen Abschnitte mit
größerem Durchmesser verbinden.
Eine Endfläche
des Spulenkörpers 40 zu einer
Seite der bewegbaren Einheit 20 ist in Kontakt mit einem
Ende der Welle 22.
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Die
Feder 50 ist an einem ihrer Enden in Kontakt mit einer
Endfläche
des Spulenkörpers 40 an einer
zu der bewegbaren Einheit 20 entgegengesetzten Seite und
an ihrem anderen Ende in Kontakt mit einer Platte 51. Die
Feder 50 drückt
den Spulenkörper 40 in
einer Richtung des in der 1 gezeigten Pfeils
B. Die Platte 51, die eine ringartig dünne Platte ist, hat an ihrer
Mitte ein Durchgangsloch 51a.
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Als
nächstes
wird die Betriebsweise des hydraulischen Steuerventils 1 beschrieben.
- (1) Die 1 zeigt
einen Zustand, bei dem in die Spule 16 kein Strom eingespeist
ist und die magnetische Anziehungskraft nicht an dem bewegbaren
Element 21 wirkt, so dass der Spulenkörper 40 und die bewegbare
Einheit 20 aufgrund der Vorspannkraft der Feder 50 an
in der 1 gezeigten Positionen sind. Bei diesem Zustand
steht die Öffnung 34 mit
der Öffnung 35 in
Verbindung. Jedoch sind die Verbindung zwischen den Öffnungen 33 und 34 und die
Verbindung zwischen den Öffnungen 35 und 36 unterbrochen.
Demgemäß wird das
Arbeitsfluid von der Pumpe 60 über die Öffnungen 34 und 35 der
Beschleunigungsdruckkammer 67 zugeführt. Wenn gleichzeitig die Öffnung 32 mit
der Öffnung 33 in
Verbindung steht, wird das Arbeitsfluid von der Verzögerungsdruckkammer 65 zu
dem Fluidbehälter 61 evakuiert.
- (2) Wenn ein Strom in die Spule 16 eingespeist wird,
wird das bewegbare Element 21 gegen die Vorspannkraft der
Feder 50 in einer Richtung des in der 1 gezeigten
Pfeils A angezogen, d. h. zu dem Anziehungsabschnitt 12a.
Der Spulenkörper 40 bewegt
sich zusammen mit der bewegbaren Einheit 20 in der Richtung
des in der 1 gezeigten Pfeils A, bis er
durch die Platte 51 gestoppt wird. Dann steht die Öffnung 33 mit
der Öffnung 34 in
Verbindung. Jedoch ist die Verbindung zwischen den Öffnungen 34 und 35 und
die Verbindung zwischen den Öffnungen 33 und 32 unterbrochen.
Demgemäß wird das
Arbeitsfluid von der Pumpe 60 über die Öffnungen 34 und 33 der Verzögerungsdruckkammer 65 zugeführt. Wenn gleichzeitig
die Öffnung 35 mit
der Öffnung 36 in Verbindung
steht, wird das Arbeitsfluid von der Beschleunigungsdruckkammer 67 zu
dem Fluidbehälter 61 evakuiert.
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Ein
Gleichgewicht zwischen der an dem bewegbaren Element 21 wirkenden
magnetischen Anziehungskraft und der Vorspannkraft der Feder 50 bestimmt
eine Position des Spulenkörpers 40.
Wenn eine in die Spule 16 eingespeiste Stromstärke zu einem
Wert der ausgeübten
magnetischen Anziehungskraft proportional ist, kann die Position
des Spulenkörpers
linear gesteuert werden, indem die in die Spule 16 eingespeiste
Stromstärke
geändert wird.
Eine Menge des Arbeitsfluids, das der Verzögerungsdruckkammer oder der
Beschleunigungsdruckkammer zugeführt
wird bzw. von diesen evakuiert wird, kann durch die Position des
Spulenkörpers 40 eingestellt
werden.
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Gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
ist der Flanschabschnitt 27 des nicht-magnetischen Elementes 25 über den
O-Ring 29 mit dem Flanschabschnitt 31b fluiddicht
verbunden. Des weiteren deckt das nicht-magnetische Element 25 die
bewegbare Einheit 20 an der zu dem Spulenkörper 40 entgegengesetzten
Seite ab und es deckt auch den Spalt 19 zwischen dem Joch 11 und
dem Anziehungsabschnitt 12a ab. Demgemäß wird verhindert, dass das Arbeitsfluid
an einer Seite des bewegbaren Elementes 21 zu der Außenseite
des nicht-magnetischen Elementes 25 austritt, wie z. B.
an einer Seite der Spule 16. Da es notwendig ist, nur einen
eventuellen Zwischenraum zwischen der Buchse 31 und dem nicht-magnetischen Element 25 abzudichten,
ist eine Anzahl von Dichtelementen begrenzt, wie z. B. der O-Ring,
der verhindert, dass das Arbeitsfluid austritt.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Unter
Bezugnahme auf die 4 wird ein zweites Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Bauteile und Komponenten, die ähnlich wie
diejenigen des ersten Ausführungsbeispiels
sind, haben dieselben Bezugszeichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
und ihre Erläuterung
wird weggelassen.
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Eine
bewegbare Einheit 70 hat ein aus einem magnetischen Material
geschaffenes bewegbares Element 71 und eine Welle 74,
die von dem bewegbaren Element 71 zu einer Seite des Spulenkörpers 40 vorsteht.
Das bewegbare Element 71 hat an seinen entgegengesetzten
Seiten in der Richtung der Hin- und Herbewegung Abschnitte 72 und 72' mit größerem Durchmesser,
die an der inneren Wand des mit einem Boden versehenen zylindrischen
Abschnitts 26 des nicht magnetischen Elementes 25 gleiten,
und es hat einen Abschnitt 73 mit kleinerem Durchmesser,
der nicht an der inneren Wand des mit einem Boden versehenen zylindrischen
Abschnitts 26 gleitet. Ein Ausgleichskanal 75 ist
ausgebildet, um an entgegengesetzten Seiten des bewegbaren Elementes 71 vorgesehene
Räume in
der Richtung der Hin- und Herbewegung mit einem Raum zwischen der
inneren Wand des mit einem Boden versehenen zylindrischen Abschnitts 26 und
dem Abschnitt 73 mit kleinerem Durchmesser zu verbinden.
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Durch
den vorstehend beschriebenen Aufbau kann Fremdmaterial in dem Raum
zwischen der inneren Wand des mit einem Boden versehenen zylindrischen
Abschnitts 26 und dem Abschnitt 73 mit kleinerem
Durchmesser aufbewahrt werden, selbst wenn etwas Fremdmaterial zwischen
dem zylindrischen Abschnitt 26 und dem bewegbaren Element 71 eingetreten
ist. Infolgedessen kann die ruhige Hin- und Herbewegung des bewegbaren
Elementes 71 nicht durch das zwischen dem zylindrischen
Abschnitt 26 und dem bewegbaren Element 71 eingetretene
Fremdmaterial gestört
werden.
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(Drittes Ausführungsbeispiel)
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Unter
Bezugnahme auf die 5 und 6 wird ein
drittes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Bauteile und Komponenten,
die ähnlich
zu denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels
sind, haben dieselben Bezugszeichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel
und deren Erläuterung
wird weggelassen.
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Ein
elektromagnetisches Antriebselement 80 des hydraulischen
Steuerventils 2 setzt sich aus Folgendem zusammen:
einem
Joch 81 als ein erstes festes Element, einem festen Kern 82 als
ein zweites festes Element, der Haspel 15, der Spule 16,
einem bewegbaren Element 85, einer Welle 86 und
einem becherartigen Element 90. Das Joch 81 und
der feste Kern 82 bilden ein festes Element. Das Joch 81 ist
aus einem ununterbrochenen plattenartigen Bogen geschaffen. Das
Joch 81 hat einen inneren Zylinder 81a, einen äußeren Zylinder 81b und
einen Verstemmungsabschnitt 81c als eine Befestigungsvorrichtung.
Die Haspel 15 und die Spule 16 sind zwischen dem
inneren Zylinder 81a und dem äußeren Zylinder 81b untergebracht.
Das Joch 81 ist außerhalb
des becherartigen Elementes 90 und des bewegbaren Elementes 85 angeordnet und liegt
so dem bewegbaren Element 85 radial gegenüber. Der äußere Zylinder 81b ist über der
Außenseite
der Spule 16 mit dem festen Kern 82 verbunden.
Der Verstemmungsabschnitt 81c ist an einem Ende des äußeren Zylinders 81b ausgebildet.
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Ein
Flanschabschnitt 82b des festen Kerns 82 ist zwischen
dem Flanschabschnitt 31b der Buchse 31 und einem
Flanschabschnitt 94 des becherartigen Elementes 90 angeordnet.
Ein O-Ring 100 ist angeordnet, um einen eventuellen Zwischenraum zwischen
dem Flanschabschnitt 31b und dem Flanschabschnitt 82b abzudichten.
Ein O-Ring 101 dichtet einen Zwischenraum zwischen dem
Flanschabschnitt 82b und dem Flanschabschnitt 94 ab.
Die Flanschabschnitte 31b, 82b und 94 sind
axial zusammengedrückt
und befestigt, indem der Verstemmungsabschnitt 81c des
Jochs 81 an dem Flanschabschnitt 31b verstemmt
ist.
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Der
feste Kern 82 ist innerhalb des becherartigen Elementes 90 angeordnet.
Ein Spalt mit einer vorbestimmten Länge in der Richtung der Hin-
und Herbewegung des bewegbaren Elementes 85 ist zwischen
einem Anziehungsabschnitt 82a des festen Kerns 82 und
dem inneren Zylinder 81a vorgesehen. Ein ringartiger Stopper 83,
der aus einem nicht-magnetischen Material geschaffen ist, ist innerhalb
(an einer Innenseite) des festen Kerns 82 befestigt. Für den Fall,
dass der Spulenkörper 40 aus
einem nicht-magnetischen Material geschaffen ist, kann der Stopper 83 aus
einem magnetischen Material geschaffen sein oder er kann einstückig mit
dem festen Kern 82 ausgebildet sein.
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Das
bewegbare Element 85 hat einen Abschnitt 85a mit
kleinerem Durchmesser, der an dessen axialer Mitte einen Aussparungsabschnitt
bildet, und es hat Abschnitte 85b und 85b' mit größerem Durchmesser,
die an entgegengesetzten Seiten des Abschnitts 85a mit
kleinerem Durchmesser Kontaktflächen
bilden. Jeder Durchmesser der Abschnitte 85b und 85b' mit größerem Durchmesser
ist größer als
derjenige des Abschnittes 85a mit kleinerem Durchmesser.
Die Welle 86 ist mittels einer Presspassung in dem bewegbaren
Element 85 eingegepasst und kann mit dem Spulenkörper 40 in
Kontakt gelangen. Das bewegbare Element 85 gleitet an einer
inneren Umfangswand eines Abschnitts 92 mit kleinerem Durchmesser
des becherartigen Elementes 90.
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Das
becherartige Element 90 ist von einer zu dem Spulenkörper 40 entgegengesetzten
Seite mit einem Boden 91, dem Abschnitt 92 mit
kleinerem Durchmesser, einem Abschnitt 93 mit größerem Durchmesser
und dem Flanschabschnitt 94 in dieser Reihenfolge vorgesehen,
die aus einem nicht-magnetischen Material wie z. B. Edelstahl geschaffen sind
und als ein Körper
einstückig
so ausgebildet sind, dass die Öffnung 31a der
Buchse 31 abgedeckt ist. Der Boden 91 und die
Abschnitte 92 und 93 mit kleinerem bzw. größerem Durchmesser
bilden einen Zylinder mit einem Boden aus. Das bewegbare Element 85 ist
in dem Abschnitt 92 mit kleinerem Durchmesser untergebracht
und durch diesen hin- und herbewegbar und gleitend gehalten. Der
Flanschabschnitt 94 ist über den O-Ring 101,
den Flanschabschnitt 82b des festen Kerns 82 und
den O-Ring 100 fluiddicht an die Buchse 31 gepasst,
indem der Verstemmungsabschnitt 81c an dem Flanschabschnitt 31b verstemmt
ist.
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Eine
Bewegung des Spulenkörpers 40 zu dem
bewegbaren Element 85 ist dadurch begrenzt, dass der Spulenkörper in
Kontakt mit dem Stopper 83 gelangt. Wenn der Spulenkörper 40 in
Kontakt mit dem Stopper 83 ist, können sich das bewegbare Element 85 und
die Welle 86 über
eine Distanz d axial bewegen, wie dies in den 5 und 6 gezeigt ist.
Wenn der Strom zu der Spule 16 unterbrochen ist, wird die
Vorspannkraft der Feder 50 daher nicht über das bewegbare Element 85 und
die Welle 86 auf den Boden 91 des becherartigen
Elementes 90 übertragen.
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Wenn
des weiteren der Verstemmungsabschnitt 81c des Jochs 81 an
den Flanschabschnitt 31b der Buchse 31 verstemmt
wird, wird eine Befestigungskraft nicht auf den Boden 91 des
becherartigen Elementes 90 übertragen, da die Befestigungskraft
nicht auf das bewegbare Element 85 übertragen wird. Demgemäß wird der
Boden 91 nicht verformt.
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Wenn
des weiteren das hydraulische Steuerventil 2 an einem schwingenden
Element angebracht ist, schwingen der Spulenkörper 40 und das bewegbare
Element 85 axial. Selbst wenn das bewegbare Element 85 schwingt
und gegen den Boden 91 schlägt, wird die Druckkraft von
dem Spulenkörper 40 nicht
auf den Boden 91 übertragen,
da der Stopper 83 die Bewegung des Spulenkörpers 40 zu
dem Boden 91 stoppt. Infolgedessen ist die Verformung des Bodens
eingeschränkt,
so dass eine Lebensdauer des becherartigen Elementes 90 verlängert werden kann.
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Wenn
außerdem
eine axiale Bewegung des Spulenkörpers 40 durch
den Stopper 83 begrenzt ist, kann die Bewegung des Spulenkörpers 40 genau
gesteuert werden.
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Da
das bewegbare Element 85 an seiner axialen Mitte mit einem
Abschnitt 85a mit kleinerem Durchmesser versehen ist, kann
das Fremdmaterial in dem Raum zwischen den Abschnitten 92 und 85a mit
kleinerem Durchmesser aufbewahrt werden, selbst wenn etwas Fremdmaterial
zwischen dem Abschnitt 92 mit kleinerem Durchmesser des
becherartigen Elementes 90 und dem bewegbaren Element 85 eingetreten
ist. Infolgedessen kann die ruhige Hin- und Herbewegung des bewegbaren Elementes 85 nicht
durch das zwischen dem Abschnitt 92 mit kleinerem Durchmesser
des becherartigen Elementes 90 und dem bewegbaren Element 85 eingetretene Fremdmaterial
gestört
werden.
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Wenn
des weiteren die Abschnitte 85b und 85b' mit größerem Durchmesser
an entgegengesetzten Seiten des Abschnitts 85a mit kleinerem
Durchmesser an der Innenseite des becherartigen Elementes 90 gleiten,
kann sich das bewegbare Element 85 ohne ein Verkanten oder
ein Schwingen bewegen.
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Gemäß den vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispielen
deckt das aus einem nicht-magnetischen Material geschaffene becherartige
Element die Öffnung 31a der
Buchse 31 ab und der Flanschabschnitt des becherartigen
Elementes wurde bei einem Verstemmungsvorgang an dem Flanschabschnitt 31b der
Buchse 31 befestigt. Demgemäß wird verhindert, dass das
Arbeitsfluid an einer Seite des bewegbaren Elementes zu der Außenseite
des becherartigen Elementes austritt, wie z. B. zu der Seite der
Spule 16.
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Wenn
des weiteren das bewegbare Element durch das becherartige nicht-magnetische
Element direkt gehalten ist, das an der inneren Umfangsfläche des
festen Elementes angeordnet ist, können die axialen Mittellinien
des festen Elementes und des bewegbaren Elementes nicht versetzt
werden. Es ist daher nicht notwendig, dass das feste Element zum Ausgleichen
des Mittellinienversatzes einen größeren Innendurchmesser hat,
so dass ein kompaktes elektromagnetisches Antriebselement verwirklicht werden
kann. Wenn außerdem
ein Luftspalt zwischen dem inneren Zylinder des Jochs und dem bewegbaren
Element kleiner ist, kann eine ausreichende magnetische Anziehungskraft
selbst bei einem kompakten elektromagnetischen Antriebselement sichergestellt
werden.
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Anstelle
des vorstehend erwähnten
hydraulischen Steuerventils, bei dem der Spulenkörper als ein Ventilelement
an einer mittleren Position gehalten ist, um die in den Fluidkanälen fließenden Fluiddurchsätze zu steuern,
wobei der in die Spule eingespeiste Strom gesteuert wird, kann der
Aufbau der vorliegenden Erfindung auf beliebige Bauarten von elektromagnetischen
Ventilen angewendet werden, bei denen z. B. das Ventilelement so
arbeitet, dass es nicht an der mittleren Position gehalten ist,
aber die Fluidkanäle
bei zwei Betriebsarten vollständig öffnet bzw. schließt, um den
Fluiddurchsatz zu steuern.
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Bei
dem elektromagnetischen Ventil ist die äußere Umfangsfläche des
bewegbaren Elementes 21 von dem inneren Zylinder 11a des
Jochs 11 umgeben. Der innere Zylinder des Jochs und der
Anziehungsabschnitt 12a des festen Kerns 12 liegen
sich bei dem Spalt 19 mit der vorbestimmten Länge in einer
Richtung einer Hin- und Herbewegung des bewegbaren Elementes gegenüber. Das
nicht-magnetische Element 25, das innerhalb des Jochs und
des festen Kerns angeordnet ist, hält das bewegbare Element gleitend
und hin- und herbewegbar. Das nicht-magnetische Element deckt bezüglich einer Richtung
der Hin- und Herbewegung ein Ende des bewegbaren Elementes und den
Spalt zwischen dem inneren Zylinder und dem Anziehungsabschnitt
ab.