DE102012211649A1

DE102012211649A1 - Bearbeitung eines gussstückintegrierten Steuerkörpers

Info

Publication number: DE102012211649A1
Application number: DE201210211649
Authority: DE
Inventors: Michael J. Habel; Derek Kinch
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2012-07-04
Publication date: 2013-01-24
Also published as: CN102886639A; US20130019479A1; CN102886639B; US8555503B2

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Ventils weist das Herstellen eines Ventilkörpers; das Einarbeiten einer Bohrung durch Führen eines Werkzeugs mit Schneidkanten entlang einer Achse in den Ventilkörper; das Einarbeiten einer Nut und einer Stirnfläche in der Bohrung an axial voneinander beabstandeten Orten durch Drehen des Werkzeugs um einen kreisförmigen Umfang, dessen Mittelpunkt mit der Bohrung ausgerichtet ist; und das Zuführen von Schmiermittel in einem pneumatischen Strom durch das Werkzeug zu den Schneidkanten.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Verfahren zur Herstellung eines Regelventils, welches durch ein direkt wirkendes Solenoid gesteuert wird, das in einem bearbeiteten Hauptsteuergussstück für ein automatisches Getriebe angeordnet ist.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Ein automatisches Getriebe weist ein Hydrauliksystem zum Regeln des Fluiddrucks und des Hydraulikfluiddurchflusses in verschiedenen Leitungen, die mit Komponenten des Getriebes verbunden sind, auf. Das System weist ein Regelschieberventil auf, das in einem Hauptsteuergussstück eingehaust ist, das in einer Fertigungsanlage für Getriebe bearbeitet wird. Das Gussstück, vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung, wird für gewöhnlich als Ventilkörper bezeichnet. Die Komponenten des Systems sind in dem Ventilkörper montiert.
Ein solenoidbetätigtes Schaltventil regelt den Druck, der von dem Ventil zu einer Kupplung oder Bremse übermittelt wird, deren Einrück- bzw. Ausrückzustand den Gang bestimmt, in welchem das Getriebe betrieben wird. Allerdings ist die Maßtoleranzakkumulation bei den meisten Ventilkörper-Gussstücken zu groß, als dass die Verwendung eines praktischen integrierten Elektromagneten und das Erreichen der erforderlichen Durchfluss- und Druckregelgenauigkeit möglich wären.
Getriebe mit direkt wirkenden Solenoiden bedürfen eines Verfahrens, um Hydraulikdruck für Kupplungen und Bremsen für Betriebsbedingungen mit hohen Drehmomenten vorzusehen, derart, dass der Druck unabhängig von dem für die Schaltsteuerung geeigneten Steuerdruck zugeführt werden kann.
In dieser Branche besteht ein Bedarf an einem Verfahren zum Bearbeiten eines Ventils in einem Ventilkörper, derart, dass die Abmessungen von bestimmten Merkmalen des Ventils und die zugehörigen Toleranzen höchst präzise sind. Vorzugsweise werden die entscheidenden Merkmale, beispielsweise eine Nut und eine Stirnfläche, gleichzeitig in einem einzigen Arbeitsgang mit Bearbeitungsausrüstungen bearbeitet, die sich eines Bearbeitungsverfahrens mit Minimalmengenschmierung bedienen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ein Verfahren zur Herstellung eines Ventils weist das Herstellen eines Ventilkörpers, das Einarbeiten einer Bohrung durch Einführen eines Werkzeugs mit Schneidkanten entlang einer Achse in den Ventilkörper, das Einarbeiten einer Nut und Stirnfläche in die Bohrung an axial voneinander beabstandeten Orten durch Drehen des Werkzeugs um einen kreisförmigen Umfang, dessen Mittelpunkt mit der Bohrung ausgerichtet ist, und das Zuführen von Schmiermittel in einem pneumatischen Strom durch das Werkzeug zu den Schneidkanten auf.
Bei dem Verfahren werden mehrere entscheidende funktionelle Merkmale mittels eines Kreisinterpolations-Bearbeitungsverfahrens gleichzeitig eingearbeitet.
Alle Kanten, welche exakte relative Positionen erfordern, werden zu Gunsten verbesserter Toleranzen und Fertigungseffizienz in einem einzigen Arbeitsgang geschnitten. Die Steuerkanten 48, 49 werden nicht gegossen, sondern vielmehr zu Gunsten verbesserter Kantenqualität, Positionsgenauigkeit und dem Vermeiden von Formschrägen präzisionsbearbeitet. Hochgradig präzise Toleranzen ermöglichen die genaue Regelung des Austritts von Hydraulikfluid und Druckregelgenauigkeit.
Der Anwendungsbereich der bevorzugten Ausführungsform geht deutlich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen hervor. Es sollte sich verstehen, dass die Beschreibung und konkrete Beispiele, auch wenn diese bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung angeben, lediglich Zwecken der Veranschaulichung dienen. Für fachkundige Personen werden verschiedene Änderungen und Modifizierungen der beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele naheliegend sein.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung ist anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch eine diametrale Ebene eines gussstückintegrierten direkt wirkenden Solenoidventils, das in einem Ventilkörper ausgebildet ist;
2 eine schematische Draufsicht bzw. Endansicht eines Werkzeugs zum Bearbeiten des Ventils aus 1; und
3 eine Draufsicht des Werkzeugs aus 2.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Das gussstückintegrierte direkt wirkende Solenoid-Hydraulikventil 10, das in 1 dargestellt ist, ist in einem Ventilkörper 12, der aus Gussmetall, vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung, hergestellt ist, ausgebildet. Das Ventil 10 weist einen Ventilschieber 14 auf, der mit Stegen 16–19 ausgebildet ist; einen Adapter 22; einen Ankerbolzen 24, der sich durch den Adapter hindurch erstreckt und den Schieber 14 berührt; ein elektromagnetisches Solenoid 26, welches den Bolzen 24 betätigt, derart, dass er sich nach links bewegt, wenn das Solenoid erregt ist, und zulässt, dass der Schieber axial verschoben wird, wenn das Solenoid entregt ist.
Der Ventilkörper 12 ist ausgebildet mit Steueröffnungen 30, 42, durch welche Steuerdruck mit der Kammer 32, welche den Schieber 14 enthält, kommuniziert; einer Leitungsdrucköffnung 34, durch welche Leitungsdruck mit der Kammer kommuniziert; einer Sumpföffnung 36, durch welche Hydraulikfluid aus der Kammer zu einem Niederdrucksumpf strömt; und Ausgangsöffnungen 38, 40, durch welche die Kammer 32 mit einer Niederdruckquelle kommuniziert.
Der Adapter 22 wird kontinuierlich mit einer Montagebezugsebene, d.h. mit einer Referenzstirnfläche 46, die in der Sumpföffnung 36 ausgebildet ist, in Kontakt gehalten. Eine elastische Kraft, die durch eine elastische Klammer erzeugt wird, welche an der Außenfläche eines Gehäuses befestigt ist, welches das Solenoid 26 umschließt, hält den Adapter 22 mit der Stirnfläche 46 in Kontakt und stellt die richtige axiale Position des Solenoidmoduls 50 her. Das Solenoidmodul 50 weist den Adapter 22, das Solenoid 26, das Gehäuse 45 und die Feder 28 auf.
1 zeigt, dass die Durchmesser der Steuerstege 17, 18, 19 im Wesentlichen identisch, jedoch größer als der Durchmesser des Stegs 16 sind. Die Stege 16–19 werden in der Bohrung 70 eingearbeitet. Der Durchmesser des Stegs 16 definiert einen Schieberenddämpfer 60 mit großem Durchmesser zum Verbessern der Stabilität, was die Verwendung einer schmutzresistenten Dämpferöffnung mit relativ großem Durchmesser gestattet. Der Dämpfer 60 ist außerhalb des Rückkoppelwegs 64 für minimale Rückkoppelverzögerung und verbesserte Stabilität ausgebildet. Der Durchmesser des Dämpfers 60 ist relativ zu der Differenz im Durchmesser der Stege 16 und 17 groß.
Die axiale Oberfläche 64 des Adapters 22 ist aufgrund des Kontakts mit der Referenzstirnfläche 46 in der Kammer 32 angeordnet, derart, dass, wenn das Solenoid 26 entregt ist und sich der Schieber 14 in der Kammer nach rechts bewegt, der Steg 19 die Oberfläche 64 berührt, ehe der Ankerbolzen 24 eine Anschlagoberfläche in dem Solenoidmodul berührt. Auf diese Weise sieht das Schieberendmerkmal einen Festanschlag zum Zwangsüberhubschutz für das Solenoidmodul 50 vor.
Ein einziges Zerspanungswerkzeug 68, das in 2 und 3 dargestellt ist, arbeitet in dem Ventilkörper 12 eine Nut 72 in der Bohrung 70 ein, die mit der Achse der Bohrung 70 konzentrisch ist. Das Werkzeug 68 arbeitet gleichzeitig in dem Ventilkörper 12 (i) beide Steuerkanten 48, 49 an der Steueröffnung 30, (ii) die radiale Nut 72, welche die Kanten 48, 49 verbindet, und (iii) die Montagebezugsebene oder Referenzstirnfläche 46 an der Sumpföffnung 36 ein. Die Oberflächen 74 sind an der radialen Außenseite des Nutbodens 72 angeordnet.
Alle Kanten, die exakte relative Positionen erfordern, werden zu Gunsten verbesserter Toleranzen und Fertigungseffizienz in einem einzigen Arbeitsgang geschnitten. Die Steuerkanten 48, 49 werden zu Gunsten verbesserter Kantenqualität, Positionsgenauigkeit und dem Vermeiden von Formschrägen präzisionsbearbeitet und nicht gegossen. Hochgradig präzise Toleranzen ermöglichen die genaue Regelung des Austritts von Hydraulikfluid und Druckregelgenauigkeit. Enge Toleranzen ermöglichen die Durchflussregelung mit einem magnetischen Kurzhubabschnitt 50.
Das Zerspanungswerkzeug 68 ist mit einem axial ausgerichteten Schaft 76 ausgebildet. Eine erste gelagerte Schneidkante 78 erstreckt sich radial von dem Schaft 76 weg und weist eine Schneidkante 80 zum Herstellen der Nut 72 in dem Ventilkörper 12 auf, wobei die Nut durch die innere Steuerkante 48 und die äußere Steuerkante 49 an der Steueröffnung 30 definiert ist. Eine zweite gelagerte Schneidkante 82, die von der gelagerten Schneidkante 78 axial beabstandet ist und sich radial von dem Schaft 76 weg erstreckt, weist eine Schneidkante 84 zum Herstellen der Referenzstirnfläche 46, die an der Sumpföffnung 34 ausgebildet ist, auf.
Alle Durchmesser und Fasen der Präzisionsbohrung und andere Merkmale des Ventils 10 werden mit einem vorhandenen Standardzerspanungswerkzeug halbfertig bearbeitet, ehe das Zerspanungswerkzeug 68 verwendet wird, oder können fertig bearbeitet werden, nachdem die fertige Bohrung 70 fertig bearbeitet wurde.
Die radialen Öffnungen 30, 34, 36, 38, 40 und 42 werden danach mit einem anderen Zerspanungswerkzeug hergestellt.
Das Zerspanungswerkzeug 68 funktioniert mit Schmiermittel, das in einem axialen Durchgang 86 entlang dem Schaft 76 und in radialen Durchgängen 88, 90 entlang den gelagerten Schneidkanten 78, 82 zu den Schneidkanten 80, 84 geführt wird. Ein pneumatischer Strom, vorzugsweise Druckluft, führt das Schmiermittel durch die Durchgänge 86, 88, 90 zu den Schneidkanten 80, 84 mit einer bevorzugten Durchflussgeschwindigkeit im Bereich von 10–200 ml pro Stunde. Die Durchgänge 88, 90 sind derart auszulegen, dass stetige und gleiche Durchsatzmengen von jeder Auslassstelle erzielt werden.
Vorzugsweise ist das Schmiermittel CareCut^TM ES 1 NA, ein chlor- und schwermetallfreies pures Schneidöl, das im Handel bei Castrol erhältlich ist.
Nachdem die Bohrung 70 halbfertig oder fertig bearbeitet wurde, werden die radiale Nut 72, welche die Kanten 48, 49 bildet, und die Montagebezugsebene oder Referenzstirnfläche 46 in der Bohrung durch Drehen der Achse 92 des Zerspanungswerkzeugs 68 entlang einem kreisförmigen Umfang 94, dessen Mittelpunkt mit der Achse der Bohrung 70 ausgerichtet ist und dessen Radius im Wesentlichen gleich dem radialen Abstand zwischen dem Radius der Steuerkanten 48, 49 und dem äußeren Radius der gelagerten Schneidkante 80 ist, eingearbeitet.
Bei einem vorhergehenden oder nachfolgenden Bearbeitungsschritt werden die Präzisionsdurchmesser und -oberflächen des Steuerkörpergussstücks mithilfe branchenüblicher Reibahlen fertig bearbeitet.
Gemäß den Bestimmungen der Patentstatuten wurde die bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es sollte jedoch festgehalten werden, dass die alternativen Ausführungsformen auf andere Weise realisiert werden können, als hier konkret veranschaulicht und beschrieben wird.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Ventils, umfassend: (a) Herstellen eines Ventilkörpers; (b) Einarbeiten einer Bohrung durch Führen eines Werkzeugs mit Schneidkanten entlang einer Achse in den Ventilkörper; (c) Einarbeiten einer Nut und einer Stirnfläche in Gussöffnungen in der Bohrung an axial voneinander beabstandeten Orten durch Drehen des Werkzeugs um einen kreisförmigen Umfang, dessen Mittelpunkt mit der Bohrung ausgerichtet ist; (d) Zuführen von Schmiermittel in einem pneumatischen Strom durch das Werkzeug zu den Schneidkanten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (a) ferner das Herstellen des Ventilkörpers aus Gussmetall umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (b) ferner Folgendes umfasst: vor dem Einarbeiten der Nut und der Stirnfläche in dem Ventilkörper mittels des Werkzeugs, Verwenden eines zweiten Zerspanungswerkzeugs, um die Oberflächen der Bohrung halbfertig zu bearbeiten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (b) ferner Folgendes umfasst: nach dem Einarbeiten der Nut und der Stirnfläche in dem Ventilkörper mittels des Werkzeugs, Fertigbearbeiten des Ventils mittels Reibahlen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (c) ferner Folgendes umfasst: während sich das Werkzeug dreht, Drehen des Werkzeugs um einen kreisförmigen Umfang, dessen Mittelpunkt mit der Bohrung ausgerichtet ist und dessen Radius im Wesentlichen gleich einem radialen Abstand zwischen einem Radius der Nut und einem äußeren Radius der Schneidkante des Werkzeugs, das die Nut einarbeitet, ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (d) ferner Folgendes umfasst: Zuführen von Schmiermittel in einem Druckluftstrom durch Durchgänge in dem Werkzeug, welche Schmiermittel in dem Luftstrom zu den Schneidkanten des Werkzeugs führen.