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Die
Erfindung betrifft ein Polrohr für
eine elektromagnetische Stellvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1, eine elektromagnetische Stellvorrichtung gemäß Anspruch 4, ein Verfahren zum
Herstellen eines Pohlrohrs gemäß Anspruch
5, ein Umformwerkzeug zum Herstellen eines Pohlrohrs gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 11 sowie die Verwendung eines Umformwerkzeugs gemäß Anspruch
13.
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Es
sind Pohlrohre für
elektromagnetische Stellvorrichtungen zum Verstellen eines Ventilelementes
bekannt, die an ihrem Außenumfang
ein Schlüsselflächenpaar
aufweisen. Das Schlüsselflächenpaar
bei dem bekannten Polrohr dient zum manuellen Festlegen des Polrohrs
mit darin axial verstellbar angeordnetem Anker an einem Ventilblock. Üblicherweise
wird das Polrohr für
eine derartige elektromagnetische Stellvorrichtung von einer langen Stange
aus ferromagnetischem Material gefertigt.
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Schlüsselflächen werden
in der Praxis bei Polrohren entweder:
- a) während der
Drehbearbeitung durch eine so genannte Mehrkantschlageinrichtung
in einer Drehmaschine, oder
- b) nach einer Drehbearbeitung mit einer Fräsmaschine, beispielsweise einer
konventionellen Fräsmaschine,
einer CNC-Fräsmaschine
oder einer Sonderfräsmaschine,
oder
- c) nach einer Drehbearbeitung durch Räumen mit Hilfe einer konventionellen
Räummaschine
oder einer Sonderräummaschine
gefertigt.
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Nachteilig
bei den bekannten Verfahren ist es, zum Erzielen einer exakten Parallelität zweier Schlüsselflächen eines
Schlüsselflächenpaares
in der Regel eine Nachbearbeitung notwendig ist. Weiterhin ist,
insbesondere bei dem Einsatz einer Fräseinrichtung zum Einbringen
der Schlüsselflächen, dass
sich Fräswerkzeuge
gegenseitig behindern können,
mit der Folge, dass immer nur zwei einander gegenüberliegende
Schlüsselflächen gleichzeitig
bearbeitet werden können.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Polrohr vorzuschlagen,
bei dem das mindestens eine Schlüsselflächenpaar
einfacher und exakter fertigbar ist. Mit Vorteil sollen Nachbearbeitungsprozesse
zur Herstellung einer exakten Parallelität von Schlüsselflächen nicht länger notwendig
sein. Ferner besteht die Aufgabe darin, eine entsprechend optimierte
elektromagnetische Stellvorrichtung, ein Verfahren sowie ein Umformwerkzeug
zum Herstellen mindestens eines Schlüsselflächenpaares an einem Polrohr
vorzuschlagen.
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Polrohrs mit den Merkmalen des Anspruchs
1, hinsichtlich der elektromagnetischen Stellvorrichtung mit den
Merkmalen des Anspruchs 4, hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen
des Anspruchs 5, hinsichtlich des Umformwerkzeuges mit den Merkmalen
des Anspruchs 11 sowie durch eine Verwendung eines Umformwerkzeuges
gemäß Anspruch
13 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtli che Kombinationen aus zumindest
zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten
Merkmalen. Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen rein verfahrensgemäß offenbarte
Merkmale auch als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.
Ebenso sollen rein vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale als verfahrensgemäß offenbart
gelten und beanspruchbar sein.
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Hinsichtlich
der Ausbildung des Polrohrs für eine
elektromagnetische Stellvorrichtung liegt der Erfindung der Gedanke
zugrunde, dass das mindestens eine Schlüsselflächenpaar durch Umformen hergestellt
ist. Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung das Schlüsselflächenpaar
durch Umformen des fertigen Polrohrs oder eines Polrohrrohlings
zu erzeugen. Anders ausgedrückt
wird das mindestens eine, aus zwei parallelen Schlüsselflächen bestehende,
am Außenumfang
des Polrohrs angeordnete Schlüsselflächenpaar
nicht wie im Stand der Technik durch einen materialabtragenden Fertigungsschritt sondern,
vorzugsweise ausschließlich,
durch einen Umformvorgang erzeugt. Die Ausbildung mindestens eines
Schlüsselflächenpaares
durch einen Umformvorgang hat eine Vielzahl von Vorteilen. So ist
es möglich,
eine sehr exakte Parallelität
der beiden diametral gegenüberliegenden,
ein Schlüsselflächenpaar
bildenden Schlüsselflächen zu
erzeugen, ohne das materialabtragende Nachbearbeitungen notwendig
sind. Zudem ist es erstmals möglich,
mehrere Schlüsselflächenpaare
gleichzeitig herzustellen, wodurch zum einen die Fertigungszeit
insgesamt verkürzt
werden kann und zum anderen die Bearbeitungszeit (Hauptzeit) in
der CNC-Bearbeitungsmaschine verkürzt werden kann, insbesondere
dann wenn ein Umformwerkzeug zum Erzeugen des mindestens einen Schlüsselflächenpaares
außerhalb der
CNC-Bearbeitungsmaschine ange ordnet ist. Es ist jedoch, bei Bedarf
eine Ausführungsform
realisierbar, bei der das Umformwerkzeug in die CNC-Bearbeitungsmaschine
integriert ist. Bevorzugt handelt es sich bei einem nach dem Konzept
der Erfindung ausgebildeten Polrohr, das bevorzugt zumindest größtenteils
aus einem ferromagnetischen Material ausgebildet ist, um ein Polrohr
einer elektromagnetischen Stellvorrichtung zum Verstellen eines
Ventilkörpers,
insbesondere in einem Ventilblock, wobei das Polrohr, zumindest
abschnittsweise, im montierten Zustand der Stellvorrichtung umfänglich von
einem elektromagnetischen Aktuator (Spule) umgeben ist.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass das
Polrohr mehrere, insbesondere vier, vorzugsweise gleichzeitig in
Umfangsrichtung verteilt angeordnete Schlüsselflächenpaare aufweist, wobei sämtliche
Schlüsselflächenpaare
durch Umformen erzeugt, d. h. eingeprägt sind.
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Im
Hinblick auf eine Minimierung der Fertigungszeit ist eine Ausführungsform
des Polrohrs bevorzugt, bei der sämtliche Schlüsselflächenpaare durch
einen gemeinsamen Umformvorgang eingebracht sind. Hierdurch wird
eine gegenseitige Beeinflussung (Materialverdrängung) der Schlüsselflächenpaare
durch das Einbringen benachbarter Schlüsselflächenpaare weitgehend minimiert.
Alternativ ist es denkbar, mindestens zwei Schlüsselflächenpaare nacheinander in voneinander
getrennte Umformvorgänge
zu erzeugen.
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Die
Erfindung führt
auch auf eine elektromagnetische Stellvorrichtung mit einem nach
dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Pohlrohr, bei dem mindestens
ein Schlüsselflächenpaar
durch Umformen eingebracht ist. Die Stellvorrichtung umfasst mindestens
einen elektromagnetischen Aktuator zum Verstellen mindestens eines,
in dem Polrohr angeordneten Ankers.
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Die
Erfindung führt
auch auf ein Verfahren zum Herstellen eines Polrohrs, insbesondere
zum Herstellen mindestens eines Schlüsselflächenpaares an einem Polrohr.
Kern des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist es, dass das mindestens eine Schlüsselflächenpaar durch Umformen, insbesondere
mittels eines Umformwerkzeugs eingebracht wird. Dabei liegt es im
Rahmen der Erfindung, das Schlüsselflächenpaar
in das fertige Polrohr oder in einen Polrohrrohling einzubringen.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des Verfahrens,
bei der das mindestens eine Schlüsselflächenpaar
außerhalb
einer CNC-Bearbeitungsmaschine, vorzugsweise vor der CNC-Bearbeitung des Polrohrs
eingebracht wird, um somit die Hauptzeit der Fertigung in der CNC-Bearbeitungsmaschine
zu minimieren.
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Von
besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform
des Verfahrens, bei der das (spätere)
Polrohr vor dem Einbringen der Schlüsselflächen von einer Stange aus ferromagnetischem
Material abgetrennt wird. Anders ausgedrückt wird in Weiterbildung des
Verfahrens das Polrohr bzw. ein Stangenabschnitt (Rohling) in der
CNC-Bearbeitungsmaschine nicht an einer langen, drehend angetriebenen
Stange aus ferromagnetischem Material bearbeitet, sondern es wird
vor der CNC-Bearbeitung ein Stangenabschnitt von der Stange aus
ferromagnetischem Material abgetrennt, der dann in der CNC-Bearbeitungsmaschine
bearbeitet wird. Diese bevorzugte Ausbildung des Verfahrens ermöglicht es
auch Stangen aus ferromagnetischem Material, insbesondere Stahlstangen,
die mit geringeren Anforderungen an die Wuchtgüte hergestellt sind zur Herstellung
von Polrohren zu verwenden.
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Bevorzugt
wird das mindestens eine Schlüsselflächenpaar
vor der CNC-Bearbeitung in das Polrohr eingebracht, so dass bei
der CNC-Bearbeitung beim Prägevorgang
außen überstehendes,
aus dem Umformvorgang resultierendes Material abgedreht werden kann,
um ein kreisrund konturiertes Polrohr zu erhalten. Bei Bedarf ist
jedoch auch eine Verfahrensvariante realisierbar, bei der das mindestens eine
Schlüsselflächenpaar
nach der CNC-Bearbeitung außerhalb
der CNC-Bearbeitungsmaschine
in das Polrohr bzw. eingebracht wird.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der
Umformvorgang derart parametriert ist, dass durch den Umformvorgang
bei der Herstellung mindestens eines Schlüsselflächenpaares eine Längenzunahme
des Polrohrs, insbesondere aus einem Wertebereich zwischen etwa
1 mm und etwa 5 mm, zu verzeichnen ist. Hierdurch kann ferromagnetisches
Material zur Herstellung des Polrohrs eingespart werden. Anders
ausgedrückt
kann ein Polrohr mit einer gleichen Länge wie ein Polrohr aus dem
Stand der Technik mit weniger Materialeinsatz gefertigt werden.
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Um
eine möglichst
exakte Positionierung der Schlüsselflächen mindestens
eines Schlüsselflächenpaares
zu realisieren, ist eine Ausführungsform bevorzugt,
bei der das Polrohr, insbesondere der Stangenabschnitt, vor dem
Einbringen des Schlüsselflächenpaares,
insbesondere mittels eines Zentrierrohrs, vorzugsweise in einem
Umformwerkzeug zentriert.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass mehrere,
vorzugsweise gleichmäßig in Umfangsrichtung
verteilt angeordnete, Schlüsselflächenpaare
gleichzeitig durch Umformen erzeugt werden. Es ist jedoch auch eine
Ausführungsform
denkbar, bei der mehrere Schlüsselflächenpaare
durch separate Umformvorgänge
nacheinander erzeugt werden.
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Die
Erfindung führt
ferner auf ein Umformwerkzeug zum Einbringen mindestens eines Schlüsselflächenpaares
in ein Polrohr für
eine elektromagnetische Stellvorrichtung. Ein nach dem Konzept der Erfindung
ausgebildetes Umformwerkzeug umfasst mindestens zwei diametral gegenüberliegende,
in radialer Richtung nach innen verstellbare Stempel zum Einbringen
mindestens eines Schlüsselflächenpaares
durch einen Prägevorgang
in den Außenumfang eines
Polrohrs. Sollen mehrere, vorzugsweise vier, Schlüsselflächenpaare
gleichzeitig in das Polrohr eingeprägt werden, so umfasst das Umformwerkzeug
bevorzugt eine der Anzahl von Schlüsselflächenpaaren entsprechende Anzahl
von Stempelpaaren mit jeweils zwei diametral gegenüberliegenden Stempeln.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform
des Umformwerkzeugs, bei der sich die Stempel in radialer Richtung
nach innen verjüngen,
also die Umfangserstreckung mit zunehmender Erstreckung in radialer
Richtung nach innen abnimmt. Bevorzugt sind die Stempel dabei zumindest
abschnittsweise als Teilkreissegment ausgebildet, um somit eine
Zentrierung der Stempel in Umfangsrichtung zu realisieren.
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Darüber hinaus
führt die
Erfindung auf eine Verwendung eines Umformwerkzeugs, vorzugsweise aufweisend
mindestens zwei diametral gegenüberliegende
Stempel, zum Erzeugen min destens eines Schlüsselflächenpaares am Außenumfang
eines Polrohres für
eine elektromagnetische Stellvorrichtung durch Umformen.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand
der Zeichnungen. Diese zeigen in:
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1:
eine schematische Darstellung eines Polrohres für eine elektromagnetische Stellvorrichtung,
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2a bis 2c:
eine Abfolge von Verfahrensschritten zum Einprägen eines Schlüsselflächenpaares
in ein Polrohr,
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3:
eine perspektivische Darstellung eines in einem Umformwerkzeug angeordneten
Polrohrs,
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4a:
eine Draufsicht auf ein Umformwerkzeug mit Polrohr,
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4b:
eine Längsschnittansicht
des Umformwerkzeuges und des Polrohrs entlang der Schnittlinie A-A
gemäß 4a.
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5:
ein alternatives Umformwerkzeug zum gleichzeitigen Einbringen von
vier um 90° zu
einer versetzten Schlüsselflächen, und
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6:
eine schematische Darstellung eines Vierkkant-Umformungsprozesses.
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In
den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen
Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In 1 ist
eine typischerweise zur Betätigung
eines Hydraulik- oder Pneumatikventils als Stellpartner ausgebildete
elektromagnetische Stellvorrichtung 1 gezeigt, welche eine
in einem Polrohr 2 geführte,
aus einem Anker 3 und einem Ankerstößel 4 gebildete Ankereinheit
aufweist. Mit seinem in der Zeichnungsebene linksseitigen Eingriffsende
betätigt der
Ankerstößel 14 den
nicht gezeigten Stellpartner.
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In
nicht gezeigter Weise ist das Polrohr (wie ansonsten bekannt) von
einem elektromagnetischen Aktuator (Spulenträger samt Spulenvorrichtung)
umschlossen, wobei die Bestromung des Aktuators dann die Ankereinheit 3, 4 (gegen
die Kraft einer nicht gezeigten Rückstellfeder, typischerweise
auf Seiten des Stellpartners ausgebildet) in die in 1 gezeigte
linksseitige Position bewegt wird. Bei Entstromung des Aktuators
bzw. Umpolung des Steuersignals bewegt sich dann die Ankereinheit 3, 4 wiederum
zurück
in die in 1 rechtsseitige Anschlagposition,
wobei sie dann an einem Stößelelement 5 (so
genannter Not- bzw. Hahnstößel zur
manuellen Betätigung
des Ankers 3 durch z. B. Schieben an einem Angriffsende 6)
anliegt. Wie aus 1 erkennbar ist, ist das Stößelelement 5 mittig
in einem Anschlagelement 7 (dichtend mittels innerer Ringdichtung 8)
gehalten. Das Anschlagelement 22 ist mittels einer äußeren Ringdichtung 9 gegenüber einer
Innenseite des hohlzylindrischen Polrohrs abgedichtet und mittels
einer Einbördelung 10 des
Polgehäuseendes,
welche in eine Ringnut 11 im Anschlagelement 20 eingreift,
unlösbar
am Polrohr 2 befestigt.
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In
einem in Längsrichtung
mittleren Abschnitt weist das ansonsten aus einem ferromagnetischen Material
ausgebildete Polrohr einen Ring 11 aus einem nicht ferromagnetischen
Material auf, um in diesem Bereich das Magnetfeld des nicht gezeigten
Aktuators in den Anker 3 einzukoppeln.
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Im
Bereich des in der Zeichnungsebene linken Endes ist das Polrohr 2 mit
einem Außengewinde 12 versehen,
mit dem das Polrohr 2 beispielsweise an einem Ventilblock
festlegbar ist, wobei zur Abdichtung gegenüber dem Ventilblock zwischen
dem Außengewinde 12 und
einer Ringschulter 13 eine Ringdichtung 14 vorgesehen
ist. Um dem Endkunden das Festlegen des Polrohrs 2 am nicht
gezeigten Ventilblock zu ermöglichen,
sind am Außenumfang
des Polrohrs 2 mehrere gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt
angeordnete Schlüsselflächenpaare
angeordnet, von denen in der gezeigten Schnittebene gemäß 1 ausschließlich ein
einziges Schlüsselflächenpaar 15,
umfassend zwei diametral gegenüberliegende
und parallel zueinander verlaufende Schlüsselflächen 16, 17 gezeigt
ist. Die Schlüsselflächen 16, 17 wurden
nicht durch eine spanende Bearbeitung, sondern durch Umformen in
das Polrohr vor dessen CNC-Bearbeitung
in einer CNC-Bearbeitungsmaschine eingebracht.
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In
den 2a bis 2c sind
drei Verfahrensschritte zur Herstellung eines Schlüsselflächenpaares 15 an
einem nur schematisch angedeuteten Polrohr 2 dargestellt.
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In
einem ersten, aus 2a ersichtlichen Schritt, wird
das Polrohr 2 relativ zu einem Umformwerkzeug 18 (Prägewerkzeug,
Stempelwerkzeug) umfassend zwei Stempel 19, 20 zentriert.
Die Stempel 19, 20 sind mit Hilfe einer hydraulischen
Presse in radialer Richtung nach innen relativ zu dem Polrohr 2 verstellbar.
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Nach
der Zentrierung bzw. Positionierung des Polrohrs 2 werden
die Stempel 19, 20, wie aus 2b ersichtlich,
nach radial innen bewegt, so dass das Schlüsselflächenpaar 15 mit seinen
beiden parallelen Schlüsselflächen 16, 17 erzeugt
wird.
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In
einem dritten, darauffolgenden Verfahrensschritt, werden, wie aus 2c ersichtlich
ist, die Stempel 19, 20 in radialer Richtung nach
außen
bewegt und darauffolgend das Polrohr 2 in einer CNC-Bearbeitungsmaschine
spanend bearbeitet, wobei etwaige Materialüberhänge aufgrund des Stempelvorgangs
abgedreht werden.
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Wie
sich aus den 2a bis 2c ergibt, wird
das Schlüsselflächenpaar 15 an
einem definierten, von einer langen Stange abgetrennten Stangenabschnitt
eingebracht. Es ist auch eine Ausführungsform realisierbar, bei
der das mindestens eine Schlüsselflächenpaar 15 noch
an der Stangenware eingebracht wird, woraufhin dann die Abtrennung des
gezeigten Stangenabschnitts zum Zweck einer nachfolgenden CNC-Bearbeitung
erfolgt.
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In 3 ist
in einer perspektivischen Ansicht eine mögliche Ausführungsform eines Umformwerkzeugs 18 mit
darin bereits zentriertem Polrohr 2 gezeigt. Das Umformwerkzeug 18 umfasst
zwei diametral gegenüberliegende
Stempel 19, 20 zum Erzeugen eines Schlüsselflächenpaares 15.
In Umfangsrichtung zwischen den Stempeln 19, 20 befinden
sich in jede Richtung drei Kreissegmente 21, 22, 23,
die bei Bedarf durch Stempelelemente ersetzt werden können. Wie
aus 3 zu erkennen ist, verjüngen sich die Stempel 19, 20 in
einem radial hinteren Abschnitt in Richtung des Polrohrs 2.
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Aus 4a ist
eine Draufsicht auf das Umformwerkzeug 18 gemäß 3 gezeigt.
Zu erkennen ist das zentrisch angeordnete Polrohr 2 sowie
die beiden diametral gegenüberliegenden
Stempel 19, 20 mit ihrer jeweiligen, ebenen Stempelfläche 24, 25.
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In 4a ist
das Umformwerkzeug 18 in einer längsgeschnittenen Ansicht entlang
der Schnittlinie A-A gemäß 4a gezeigt.
Zu erkennen ist, dass das Polrohr 2 mittels eines Zentrierrohres 26 zentriert,
d. h. relativ zu den Stempeln 19, 20 positioniert ist.
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In 5 ist
ein alternatives Umformwerkzeug 18 zum gleichzeitigen Einbringen
zweier um 90° zueinander
versetzter Schlüsselflächenpaare 15 in ein
Polrohr 2 gezeigt. Das Rohmaterial zur Fertigung eines
Polrohres 2 kann in einen Block 27 eingeschoben
werden. In den Block 27 sind vier um 90° zueinander versetzte Bohrungen 28, 29, 30, 31 eingebracht,
wobei die Bohrungen 28, 29, 30, 31 rechtwinklig
in einem zentrischen Aufnahmekanal 32 ausmünden, der
zur Aufnahme des Rohmaterials ausgebildet und dimensioniert ist.
Der Aufnahmekanal 32 erstreckt sich senkrecht zur Längserstreckung
sämtlicher
Bohrungen 28 bis 31. Nachdem das Rohmaterial in
den Block 27 geschoben wurde, werden in den Bohrungen 28 bis 31 aufgenommene
Stempel 33, 34, 35, 36 in radialer
Richtung nach innen in den Aufnahmekanal 32 hin einverstellt
und formen dabei das Rohmaterial um, d. h. bringen dabei ebne Schlüsselflächenpaare 15 in
das Rohmaterial ein. Um definierte Schlüsselflächenpaare 15 fertigen
zu können,
ist jeder Stempel 33 bis 36 mit einem radial außen liegenden
Kopf 37, 38, 39, 40 versehen,
der zum Anschlagen an den Außenumfang
des Blocks 27 ausgebildet ist. Hierdurch wird ein definiertes
Eintauchen der Stempel 33 bis 36 in den Block 27 hinein
gewährleistet.
Innerhalb des Blocks 27 sind Ausnehmungen eingebracht,
die dazu dienen, das durch Umformen verdrängte Material aufzunehmen und
ein Verklemmen des Rohmaterials im Block 27, genauer im
Aufnahmekanal 32, zu verhindern. Dabei müssen die Ausnehmungen
derart angeordnet und ausgebildet sein, dass eine axiale Entnahme
des Rohmaterials aus dem Aufnahmekanal 32 problemlos nach
dem Umformvorgang möglich
ist.
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6 zeigt
in einer schematischen Darstellung das Prinzip einer Vierkant-Umformung.
Zu erkennen sind vier um 90° zueinander
versetzte Stempel 33 bis 36, die Rohmaterial bzw.
ein Polrohr 2 außen
mit einer Umformkraft beaufschlagen und dadurch zwei um 90° zueinander
versetzte Schlüsselflächenpaare 15 in
das Rohmaterial einbringen. Großer
Vorteil des gezeigten Umformprozesses ist, dass zwei um 90° zueinander
versetzte Schlüsselflächen, oder
weitere Schlüsselflächen, in
einem einzigen Umformvorgang gemeinsam in das Rohmaterial eingebracht
werden können.