DE102005039661B4

DE102005039661B4 - Lagerungsmaterial

Info

Publication number: DE102005039661B4
Application number: DE200510039661
Authority: DE
Inventors: Klaus Manfred Steinich
Original assignee: ASM Automation Sensorik Messtechnik GmbH
Current assignee: ASM Automation Sensorik Messtechnik GmbH
Priority date: 2005-08-22
Filing date: 2005-08-22
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2025-08-23
Also published as: DE102005039661A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Wellenleitereinheit (1) durch Lagern eines drahtförmigen Wellenleiters (2) in einem rohrförmigen, stabilen Rückleiter (3), durch Anordnung eines Lagerungsschlauches (4) dazwischen, umfassend die folgenden Schritte:
– Auswählen eines Lagerungsschlauches, dessen Außendurchmesser (5) im unbelasteten Zustand größer ist als der Innendurchmesser des hohlen Rückleiters (3),
– Dehnen des Lagerungsschlauches (4) in Längsrichtung (10) so stark und über eine so lange Zeit, dass sich der Außendurchmesser des Lagerungsschlauches (4) auf einen Wert geringer als der Innendurchmesser (6) des Rückleiters (3) reduziert,
– Einbringen des Lagerungsschlauches (4) in den Rückleiter (3) bevor die elastische Rückverformung des Lagerungsschlauches (4) wieder stattgefunden hat,
– Warten, bis sich der Lagerungsschlauch (4) im Inneren des Rückleiters (3) durch Rückverformung axialfest verklemmt hat, und anschließend
– Einbringen des Wellenleiters (2) in den im Rückleiter (3) befindlichen Lagerungsschlauch (4).

Description

I. Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft die Lagerung eines magnetostriktiven Wellenleiters.
II. Technischer Hintergrund
Bei der Herstellung von magnetostriktiven Positionssensoren wird ein in seinem mittleren Bereich möglichst wenig bedämpfter, aber dennoch ausreichend sicher geführter, magnetostriktiver, drahtförmiger Leiter benötigt, der aus diesem Grund häufig im Inneren eines rohrförmigen Rückleiters aus Messing oder einem anderem Metall untergebracht ist. Dabei ist es bekannt, den Wellenleiter gegenüber dem rohrförmigen oder rinnenförmigen Rückleiter mittels eines dazwischen angeordneten, rohrförmigen oder rinnenförmigen Lagerungselementes aus Kunststoff, insbesondere eines Lagerungsschlauches, zu lagern.
Dies bedeutet, dass über weite Teile der Längserstreckung der Außendurchmesser des Wellenleiters noch Spiel gegenüber dem Innendurchmesser des Lagerungsschlauches besitzt, und nur an definierten Stellen entlang der Längserstreckung dieser Innendurchmesser des Lagerungsschlauches so verringert ist, beispielsweise durch nachträgliche eingebrachte Einkerbungen in dem umgebenden Rückleiter, dass sein Innendurchmesser am Außendurchmesser des Wellenleiters anliegt und eine mechanische Lagerung des Wellenleiters bietet.
Dabei soll dennoch der Anlagedruck möglichst gering sein, um die Dämpfungswirkung gering zu halten.
Ein Problem ist dabei das Einbringen und Fixieren des Lagerungsschlauches im rohrförmigen Rückleiter, bevor der Wellenleiter als letztes der drei Elemente eingebracht wird, denn nach dem Einbringen des Wellenleiters kann das Crimpen, also Verformen des Rückleiters radial von außen nach innen und damit auch die Verformung des Lagerungsschlauches, erfolgen, die auch eine Axialfixierung zur Folge hat.
Aus der DE 197 53 805 A1 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung einer Wellenleitereinheit durch das Lagern eines drahtförmigen Wellenleiters in einem rohrförmigen, stabilen Rückleiter durch Anordnung einer Lagerung dazwischen bekannt. Dabei wird wie folgt vorgegangen: Zunächst wird eine sog. Hilfsseele aus einem elastischen Material bereitgestellt, um welche dann eine Lagerung gefertigt wird. Anschließend wird die Hilfsseele mit dem Wellenleiter verbunden und aus der Lagerung herausgezogen, wodurch der Wellenleiter in die Lagerung eingezogen wird. Die Anordnung bestehend aus Wellenleiter und Lagerung kann anschließend in dem Rückleiter angeordnet werden.
Die DE 39 04 525 A1 beschreibt ein Verfahren zum Einbringen eines schlauchförmigen Elements in ein rohrförmiges Element, wobei das schlauchförmige Element beim Einziehen in das rohrförmige Element durch einen Dehnvorgang gedehnt wird, wodurch sich der Querschnitt des schlauchförmigen Elements verringert. Nachdem das schlauchförmige Element in dem rohrförmigen Element angeordnet wurde, wird der Dehnvorgang abgebrochen und das schlauchförmige Element zieht sich in seine ursprüngliche Form zusammen, um an der Innenfläche des rohrförmigen Elementes anzuliegen.
Schließlich ist in der DE 35 19 439 A1 ein Verfahren angegeben, bei dem ein schlauchförmiges Element zunächst mit einer bestimmten Temperatur, die unter der Kristallisationstemperatur des Schlauchmaterials liegt, beaufschlagt wird und anschließend gedehnt wird zur Verringerung des Außendurchmessers des schlauchförmigen Elements. Um das schlauchförmige Element wieder in die ursprüngliche Form zu bringen, muss es über die Kristallisationstemperatur erhitzt werden.
III. Darstellung der Erfindung
a) Technische Aufgabe
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Herstellungsverfahren anzugeben, bei dem das Einbringen eines Lagerungsschlauches ohne eine Beschädigung des Wellenleiters erfolgt und das dennoch möglichst schnell, einfach und kostengünstig durchführbar ist.
b) Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch das definierte Festlegen einer radialen Übergröße des Lagerungsschlauches gegenüber dem Rückleiter im unbelasteten, also ungedehnten, Zustand und über einen festgelegten definierten Temperaturbereich wird erreicht, dass sich im montierten Zustand der Außendurchmesser des Lagerungsschlauches am Innendurchmesser des Rückleiters über die gesamte Länge anpresst, und dadurch selbst der Innendurchmesser des Lagerungsschlauches eine Vorspannung nach radial außen besitzt.
Wenn zuletzt durch das crimpen an bestimmten Längspositionen in einem bestimmten Abstand zueinander durch radiales nach innen verformen des Rückleiters auch der Innendurchmesser des Lagerungsschlauches nach innen verlagert wird, bis er am Wellenleiter anliegt und diesen mit einer definierten, geringen Vorspannung umschließt und mechanisch lagert, ist sichergestellt, dass in den Längsbereichen dazwischen auch bei einer horizontal liegenden Wellenleitereinheit der Innendurchmesser des Lagerungsschlauches nicht mittels durchhängen auf Grund des Schwerkrafteinfluss oder anderen Effekten ungewollt am Wellenleiter anliegt und diesen ungewollt bedampft.
Dadurch können trotz eines nur geringen radialen Spieles zwischen Außendurchmesser des Wellenleiters und Innendurchmesser des Lagerungsschlauches die axialen Abstände der Lagerungsstellen groß gewählt werden. Da jede Lagerungsstelle erzwungenermaßen eine Bedämpfung des Wellenleiters darstellt, wird durch Vergrößerung der Abstände dazwischen diese Bedämpfung auf ein Minimum reduziert, was die Signalqualität der Wellenleitereinheit verbessert bzw. die maximal erreichbare Baulängen vergrößert.
Der Lagerungsschlauch wird vor dem Einbringen in den Rückleiter in Längsrichtung je nach Erfordernissen für das Material des Dehnungsschlauches definiert hinsichtlich Längenzunahme als auch der dafür vorgesehenen Zeitintervalle gedehnt und gegebenenfalls anschließend gedehnt gehalten, bis der Außendurchmesser des Lagerungsschlauches auf Grund der bei der Längsdehnung stattfindenden Fließvorgänge im Material geringer ist als der Innendurchmesser des Rückleiters.
Anschließend kann das Einbringen des Lagerungsschlauches in axialer Richtung in den hohlen Rückleiter hinein erfolgen, wobei die radiale Rückdehnung des Lagerungsschlauches im Wesentlichen erst nach der Einbringung in den Rückleiter erfolgen darf.
Dies wird entweder dadurch sichergestellt, dass der Lagerungsschlauch unter axialer Vorspannung, also beispielsweise mittels einer Hilfs-Seele, die während des Einziehens den Lagerungsschlauch weiterhin axial unter Vorspannung hält, in den Rückleiter erfolgt oder als Material für den Lagerungsschlauch ein solches Material gewählt wird, dass nach Beenden der Längsdehnung die Rückverformung zeitlich so langsam vor sich geht, dass genügend Zeit zum Einschieben des noch nicht wieder vollständig rückverformten Lagerungsschlauches in den Rückleiter möglich ist.
Je nach Materialstruktur, beispielsweise falls der Lagerungsschlauch aus einem Schaumartigen, beispielsweise einem gereckten, Material besteht, kann es notwendig sein, dieses Einbringen Schwerkraft-unterstützt vertikal von oben her durchzuführen.
Auch ein Abschneiden des während der Längsdehnung in einer Spannvorrichtung geklemmten Endes des Lagerungsschlauches und dessen Verformung zu einem runden Außendurchmesser kann sinnvoll sein, ebenso wie ein Tordieren des Lagerungsschlauches vor dem Einbringen in den Rückleiter, was insbesondere bei schaumartiger oder gereckter Struktur, vor allem bei offenporiger Struktur, zu einem Vermindern der Hohlräume und einer zusätzlichen Verringerung des Außendurchmessers führen kann.
Die Rücktordierung kann nach dem Einbringen in den Rückleiter passiv erfolgen oder schneller durch aktive Rücktordierung, da im allgemeinen im montiertem Zustand keine Torsion des Lagerungsschlauches gewünscht ist.
Unter einem gerecktem Material versteht man im Sinne der vorliegenden Anmeldung, dass ....
Da beim Längsdehnen die Fließvorgänge innerhalb des Materials des Lagerungsschlauches nicht über die gesamte Länge homogen verlaufen, wird der Lagerungsschlauch vor der Längsdehnung länger als benötigt, also länger als die Rückleiter-Länge, zugeschnitten, damit danach zumindest die in der Spannvor richtung geklemmten Endbereiche, eventuell auch die daran anschließenden Übergangsbereiche, des Lagerungsschlauches abgeschnitten und entfernt werden können, um in dem im Rückleiter verbleibenden Bereich einen homogene Struktur innerhalb des Lagerungsschlauches sicherzustellen.
Das Vercrimpen durch radiale Verformung des Rückleiters nach innen wird erst durchgeführt, wenn die Rückverformung des Lagerungsschlauches abgeschlossen ist.
Dies kann erreicht werden, in dem vor dem Vercrimpen ein ausreichender Zeitraum für die Rückverformung des Lagerungsschlauches eingeräumt wird, oder die Rückverformung aktiv beschleunigt wird, was bei den meisten Materialien durch Einbringen von Wärme in den Lagerungsschlauch möglich ist.
Dies kann erfolgen durch Hindurchblasen von heißer Luft durch den axialen inneren Hohlraum des Lagerungsschlauches, oder durch Erwärmen des metallenen, hohlen Rückleiters, wobei letzteres entweder ebenfalls gleichzeitig über die gesamte Länge des Rückleiters erfolgen kann, oder auch von der Mitte der axialen Länge aus beginnend zu den Enden hin, um eine gezielte axiale Schrumpfung und damit radiale Dehnung des Materials des Lagerungsschlauches zu dem dann unverändert positioniert bleibenden mittleren, axialen Bereich hin erfolgt.
Dadurch wird verhindert, dass bereits radial gedehnte Bereiche, die somit bereits am Innenumfang des Rückleiters anliegen, sich noch in axialer Richtung verlagern müssen, was Restspannungen im bereits fertig montierten Lagerungsschlauch der Wellenleitereinheit bewirken könnte und damit undefinierte, negative Relationen zwischen Lagerungsschlauch und Wellenleiter.
Das Crimpen kann über den Umfang verteilt durch Einpressen einzelner Punkte nach innen geschehen, oder auch durch Herstellen einer ringnutförmigen Einschnürung des hohlen Rückleiters in Form einer Umfangsnut. Dabei soll durch das Crimpen eine definierte, leichte Anlage des Innendurchmessers des Lagerungsschlauches am Wellenleiter erreicht werden, was auch überprüft werden kann, in dem während oder unmittelbar nach dem Crimpen, insbesondere jeder einzelnen Crimp-Stelle, die dadurch bedingte erhöhte Bedämpfung des Wellenleiters hinsichtlich seiner mechanischen Schwingungsfähigkeit in radialer Richtung gemessen wird.
Da die zunehmende Bedämpfung durch jede Crimpstelle bekannt ist, kann jeder einzelne Crimpvorgang unter Überprüfung so weit radial durchgeführt werden, bis der unvermeidliche Dämpfungseffekt durch diese zusätzliche Crimpstelle eingetreten ist.
Um den Lagerungsschlauch in den Rückleiter axial einbringen zu können, ohne dabei die axiale Vorspannung aufrecht erhalten zu müssen, wird vorzugsweise für den Lagerungsschlauch ein Material gewählt, bei dem die Rückverformung nach einer axialen Dehnung zeitverzögert erfolgt, insbesondere mehr als 30 Sekunden, besser mehr als eine Minute, besser mehr als zwei Minuten vergehen, bis bei Raumtemperatur die Rückverformung um mehr als 70%, insbesondere mehr als 50%, erfolgt ist.
Bevorzugt wird dabei Material eingesetzt, bei dem diese verzögerte Rückverformung durch Erwärmen beschleunigt werden kann, insbesondere der Zeitfaktor der Rückverformung mindestens halbiert werden kann bei einer Erhöhung der Temperatur des Dehnungschlauches um 30 Grad.
Ein bevorzugtes Material dieser Gruppe ist Polytetrafluorethylen, bekannt unter dem Handelsname Teflon.
c) Ausführungsbeispiele
Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
1: den Lagerungsschlauch im ungedehnten und gedehnten Zustand sowie die radialen Relationen zum Rückleiter,
2: das Einbringen des Lagerungsschlauches in den Rückleiter und
3: die aktiv beschleunigte Rückverformung des Lagerungsschlauches sowie das Crimpen.
1a zeigt den Lagerungsschlauch 4, dessen axiale Endbereiche 12a, b bereits in den Spannbacken einer entsprechenden Spannvorrichtung 7a, b aufgenommen und daher flachgequetscht sind.
In der Querschnittsdarstellung ist zu erkennen, dass – im mittleren, nicht beeinflussten und noch ungedehnten Bereich – der Lagerungsschlauch 4 dabei noch einen größeren Außendurchmesser 5 besitzt als der Innendurchmesser des hohlen Rückleiters 3, in den er später eingebracht werden soll.
1b zeigt die gleiche Situation bei dem definiert in Längsrichtung 10 durch Auseinanderbewegen der Spannvorrichtungen 7a, b axial gedehnten Lagerungsschlauch 4, wodurch dessen Querschnitt in dem mittleren Bereich dazwischen soweit verringert wird, dass in diesem Zustand nunmehr sein Außendurchmesser 5 deutlich geringer ist als der Innendurchmesser 6 des Rückleiters 3, und auf Grund der langsamen Rückverformung dieser Zustand auch eine Zeit lang erhalten bleibt nach Entfernen der Spannvorrichtung 7a, b und damit der Vorspannung in Längsrichtung (1c).
2 zeigt, dass deshalb – bei zeitverzögerter Rückverformung des Lagerungsschlauches 4 – gemäß 2b der Lagerungsschlauch 4 durch einfaches Einschieben in Längsrichtung in den rohrförmigen Rückleiter 3 erfolgen kann, wobei der Lagerungsschlauch 4 gegebenenfalls auch vorher zusätzlich zur Längsrichtung tordiert worden sein kann, wobei in diesem Fall dann das Einschieben nicht durch Axialbewegung alleine, sondern durch zusätzliche Überlagerung einer Drehbewegung um die Längsachse 10, aber entgegen der Torsionsrichtung, erfolgt.
Sofern das Material des Lagerungsschlauches sich hierfür zu schnell wieder rückverformen würde, muss die Vorspannung in Längsrichtung 10 aufgebracht bleiben.
In diesem Fall wird eine Hilfsseele 13, beispielsweise in Form einer Schnur oder eines Drahtes, durch den Rückleiter 3 geführt, und am einen Ende außerhalb des Rückleiters 3 der Anfang des Lagerungsschlauches 4 daran befestigt, und mittels der Hilfsseele 13 in den Rückleiter 3 hineingezogen, unter Aufrechterhaltung der Vorspannung im Lagerungsschlauch 4 in Längsrichtung 10, und damit unter Beibehaltung der Durchmesserverringerung.
3a zeigt bei dem in den Rückleiter 3 eingebrachten Lagerungsschlauch 4, wie durch aktives Erwärmen dessen Rückverformung, die mit einer Schrumpfung in Längsrichtung einhergeht, beschleunigt wird, entweder durch Aufbringen von Heizwärme von Außen auf den Rückleiter 3 (3a) oder durch Stromführung durch den Rückleiter 3 in Längsrichtung hindurch (3b), was beides entweder gleichzeitig über die gesamte Länge oder abschnittweise, dann vorzugsweise beginnend in der Mitte der Längserstreckung, erfolgt.
Auch die Stromdurchleitung ermöglicht dies, in dem entsprechende elektrische Kontakte hierfür zunächst gering beabstandet im Mittelbereich des Rückleiters 3 angesetzt und von dort aus zunehmend voneinander entfernt in Richtung der freien Enden des Rückleiters 3 bewegt werden.
Erst nach Abschluss der Rückverformung des Lagerungsschlauches 4 werden dessen axial aus den Rückleiter 3 vorstehende Enden 12a, b abgeschnitten und der Wellenleiter 2 in axialer Richtung durch das hohle Innere des Lagerungsschlauches 4 eingeschoben.
Anschließend erfolgt gemäß 3b das Crimpen, also Herstellen der mechanischen Lagerungsstellen des Wellenleiters 2, indem Crimp-Nasen 14 an definierten Längspositionen des Rückleiters 3 radial von außen gegen diesen angelegt werden und dessen Außenumfang radial so stark nach innen verformen, dass der Lagerungsschlauch 4, dessen Innendurchmesser bisher größer war als der Außendurchmesser des Wellenleiters 2, soweit verringert wird, dass er am Wellenleiter 2 unter einer definierten Vorspannung anliegt, wie 3c zeigt.
Das Crimpen der einzelnen Crimpstellen erfolgt vorzugsweise hintereinander, und kann unter jeweiliger Kontrolle der Dämpfungswirkung durchgeführt werden, indem zu diesem Zweck an den Wellenleiter 2 provisorisch eine Elektronik angeschlossen (wie in 3b dargestellt) und eine mechanisch-elastische Welle über die Gesamtlänge des Wellenleiters 2 geschickt wird und deren Signalstärke kontrolliert wird.
Das radiale Vercrimpen erfolgt dabei immer weiter, bis sich das durch diese zusätzliche Crimpstelle ergebende Signal-Veränderung in dem vorherbestimmten Maß eingestellt hat.
Nach Herstellen aller Crimpstellen liegt eine funktionsfähige Wellenleitereinheit 1 bestehend aus rohrförmigen Rückleiter 3, darin radial aufgenommenen rohrförmigen Lagerungsschlauch 4 und darin wiederum aufgenommenen drahtförmigen Wellenleiter 2 vor.

1: Wellenleitereinheit
2: Wellenleiter
3: Rückleiter
4: Lagerungsschlauch
5: Außendurchmesser von (4)
6: Innendurchmesser von (3)
7a, b: Spannvorrichtung
8a, b: Verformungspunkte
9: Ringnut
10: Längsrichtung
11: Innendurchmesser von (4)
12a, b: Endbereich
13: Hilfsseele
14a, b: Crimpnasen

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Wellenleitereinheit (1) durch Lagern eines drahtförmigen Wellenleiters (2) in einem rohrförmigen, stabilen Rückleiter (3), durch Anordnung eines Lagerungsschlauches (4) dazwischen, umfassend die folgenden Schritte: – Auswählen eines Lagerungsschlauches, dessen Außendurchmesser (5) im unbelasteten Zustand größer ist als der Innendurchmesser des hohlen Rückleiters (3), – Dehnen des Lagerungsschlauches (4) in Längsrichtung (10) so stark und über eine so lange Zeit, dass sich der Außendurchmesser des Lagerungsschlauches (4) auf einen Wert geringer als der Innendurchmesser (6) des Rückleiters (3) reduziert, – Einbringen des Lagerungsschlauches (4) in den Rückleiter (3) bevor die elastische Rückverformung des Lagerungsschlauches (4) wieder stattgefunden hat, – Warten, bis sich der Lagerungsschlauch (4) im Inneren des Rückleiters (3) durch Rückverformung axialfest verklemmt hat, und anschließend – Einbringen des Wellenleiters (2) in den im Rückleiter (3) befindlichen Lagerungsschlauch (4).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsdehnung des Lagerungsschlauches (4) beendet wird vor dem Einbringen in den Rückleiter (3) und das Einbringen mittels Einschieben erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dehnen in Längsrichtung (10) durch Einspannen der Enden des Lagerungsschlauches (4) in Spannvorrichtungen (7a, 7b), die dann relativ zueinander definiert nach Zeit und Abstand auseinander bewegt werden, erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in Längsrichtung (10) zu dehnende Lagerungsschlauch (4) etwas länger abgelängt wird, als die später benötigte Länge im Rückleiter (3) und vor dem Einführen in den Rückleiter (3) am Einführende das in der Spannvorrichtung (7a) geklemmte Stück des Lagerungsschlauches (4) abgelängt und ggf. der Außendurchmesser rund geformt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einschieben des Wellenleiters (2) Rückleiter (3) und Lagerungsschlauch (4) erwärmt, wenigstens in Längsrichtung abschnittweise erwärmt, werden zum schnelleren Durchführen der Rückverformung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einführen des Lagerungsschlauchs (4) in den hohlen Rückleiter (3) der Lagerungsschlauch (4) tordiert wird und insbesondere das Einschieben den Rückleiter (3) unter Drehung entgegen der Torsionsdrehung des Lagerungsschlauches erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Rückdehnen des Lagerungsschlauches (4) in radialer Richtung im Rückleiter (3) und insbesondere vor dem Einbringen des Wellenleiters (2) der Lagerungsschlauch (4) an den Enden des Rückleiters (3) abgeschnitten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vercrimpen des hohlen Rückleiters unter Kontrolle der dadurch bedingten zunehmenden Bedämpfung des Wellenleiters bis auf das unvermeidliche Bedämpfungsmaß erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einbringen des Wellenleiters (2) der rohrförmige Rückleiter (3) an mehreren Stellen der Längsrichtung radial nach Innen verformt wird, entweder in Form von einzelnen über den Umfang verteilten Verformungspunkten (8a, b) oder einer umlaufenden Ringnut (9) zum Anlegen des Innendurchmessers des Lagerungsschlauches (4) am Außendurchmesser des Wellenleiters (2) an diesen Stellen.