DE102018215493A1

DE102018215493A1 - Herstellungsverfahren für ein Ankerführungsrohr, einen elektromagnetischen Aktor und ein Magnetventil

Info

Publication number: DE102018215493A1
Application number: DE102018215493.7A
Authority: DE
Inventors: Michael Ruthardt; Jakob Brenner; Andreas Höh; Kurt Engel
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2018-09-12
Filing date: 2018-09-12
Publication date: 2020-03-12

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Ankerführungsrohrs (44) vorgeschlagen, das seinerseits für die Herstellung eines elektromagnetischen Aktors (3) und/oder eines Magnetventils (1) verwendbar ist. Vorgeschlagen werden ferner ein Ankerführungsrohr (44), ein damit ausgestatteter elektromagnetischer Aktor (3) und ein ebenfalls damit ausgestattetes Magnetventil (1). Das Ankerführungsrohr (44) wird durch Tiefziehen einer Blechronde hergestellt, die über einen aus einem unmagnetischen Werkstoff bestehenden scheibenförmigen Zentralabschnitt und einen den Zentralabschnitt umschließenden, aus einem weichmagnetischen Werkstoff bestehenden ringscheibenförmigen Außenabschnitt besteht. Nach dem Tiefziehen definiert der unmagnetische Werkstoff einen ersten axialen Endabschnitt (46) und der weichmagnetische Werkstoff einen sich koaxial daran anschließenden zweiten axialen Endabschnitt (47) des Ankerführungsrohrs (44).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Ankerführungsrohrs für einen elektromagnetischen Aktor, wobei das Ankerführungsrohr aus einem durch Tiefziehen einer Blechronde erzeugten Rohrkörper besteht. Ferner betrifft die Erfindung ein Ankerführungsrohr für einen elektromagnetischen Aktor, wobei das Ankerführungsrohr als Tiefziehteil ausgebildet ist.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines elektromagnetischen Aktors, der einen Elektromagnet und einen diesbezüglich durch Magnetkraft verschiebbaren weichmagnetischen Anker umfasst, wobei der Elektromagnet eine aus einem Spulenträger und einer darauf sitzenden Spule bestehende Spuleneinheit, ein von der Spuleneinheit koaxial umschlossenes tiefgezogenes Ankerführungsrohr, einen an einem ersten axialen Endabschnitt des Ankerführungsrohrs angeordneten weichmagnetischen Kern und einen die Spuleneinheit zumindest partiell umschließenden, mittels eines ersten Joch-Endabschnittes mit dem weichmagnetischen Kern verbundenen und mit einem zweiten Joch-Endabschnitt in dem Bereich eines zweiten axialen Endabschnittes des Ankerführungsrohres ragenden weichmagnetischen Jochkörper aufweist, und wobei sich der Anker axial verschiebbar in dem Ankerführungsrohr erstreckt und an dem zweiten axialen Endabschnitt des Ankerführungsrohrs mit einem Kopfabschnitt herausragt.
Die Erfindung betrifft ferner einen elektromagnetischen Aktor, mit einem Elektromagnet und einem diesbezüglich durch Magnetkraft verschiebbaren weichmagnetischem Anker, wobei der Elektromagnet eine aus einem Spulenträger und einer darauf sitzenden Spule bestehende Spuleneinheit, ein von der Spuleneinheit koaxial umschlossenes, als Tiefziehteil ausgebildetes Ankerführungsrohr, einen an einem ersten axialen Endabschnitt des Ankerführungsrohrs angeordneten weichmagnetischen Kern und einen die Spuleneinheit zumindest partiell umschließenden, mittels eines ersten Joch-Endabschnittes mit dem weichmagnetischem Kern verbundenen und mit einem zweiten Joch-Endabschnitt in dem Bereich eines zweiten axialen Endabschnittes des Ankerführungsrohres ragenden weichmagnetischen Jochkörper aufweist, und wobei sich der Anker axial verschiebbar in dem Ankerführungsrohr erstreckt und an dem zweiten axialen Endabschnitt des Ankerführungsrohrs mit einem Kopfabschnitt herausragt.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Ankerführungsrohr für einen elektromagnetischen Aktor, wobei das Ankerführungsrohr als Tiefziehteil ausgebildet ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Magnetventil mit einem elektromagnetischen Aktor, der einen in einem als Tiefziehteil ausgebildeten Ankerführungsrohr verschiebbar angeordneten und durch Magnetkraft antreibbaren weichmagnetischen Anker aufweist, durch den ein Ventilglied des Magnetventils antreibbar oder gebildet ist.
Ein derartiger Stand der Technik ist in der DE 10 2012 011 627 A1 im Zusammenhang mit einem Magnetventil beschrieben.
Das bekannte Magnetventil umfasst einen elektromagnetischen Aktor mit einem Elektromagnet und einem diesbezüglich durch Magnetkraft verschiebbaren weichmagnetischen Anker. Der Anker bildet ein Ventilglied, das in der Lage ist, abhängig von der momentan eingenommenen Position eine Fluidströmung zu steuern. Die Magnetkraft ist durch eine mit einer Spule ausgestattete Spuleneinheit erzeugbar, die den weichmagnetischen Anker umschließt. Zur Führung bei seiner Bewegung erstreckt sich der Anker in einem von der Spuleneinheit umschlossenen Ankerführungsrohr, das aus einem tiefgezogenen korrosionsbeständigen, weichmagnetischen Material besteht und außerhalb der Spuleneinheit einen spanlos aufgeweiteten Bereich aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Maßnahmen vorzuschlagen, die es ermöglichen, den Anker eines elektromagnetischen Aktors auf kostengünstige Weise herzustellen und bei seiner bestimmungsgemäßen Verwendung mit geringem Energieaufwand und/oder hohen Antriebskräften zu betätigen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Ankerführungsrohrs gelöst, das sich durch folgende Verfahrensschritte auszeichnet:

(a) Herstellen einer Blechronde umfassend einen aus einem unmagnetischen Werkstoff bestehenden scheibenförmigen Zentralabschnitt und einen aus einem weichmagnetischen Werkstoff bestehenden, den Zentralabschnitt konzentrisch umschließenden und unlösbar fest mit dem Zentralabschnitt verbundenen ringscheibenförmigen Außenabschnitt, und
(b) anschließendes Tiefziehen der Blechronde, wobei die Blechronde in einen Rohrkörper umgeformt wird, der einen aus dem unmagnetischen Werkstoff bestehenden ersten axialen Endabschnitt und einen sich koaxial daran anschließenden, aus dem weichmagnetischen Werkstoff bestehenden zweiten axialen Endabschnitt hat.

Ein durch ein solches Verfahren hergestelltes Ankerführungsrohr hat mit dem ersten axialen Endabschnitt und mit dem zweiten axialen Endabschnitt zwei sich koaxial aneinander anschließende Längenabschnitte, die einerseits unlösbar fest miteinander verbunden sind, andererseits aber hinsichtlich ihres magnetischen Verhaltens völlig unterschiedlich sind. Während der zweite axiale Endabschnitt aus einem weichmagnetischen Werkstoff besteht, besteht der erste axiale Endabschnitt aus einem unmagnetischen Werkstoff, also einem nicht magnetisierbarem Werkstoff und jedenfalls keinem Werkstoff mit ferromagnetischen Eigenschaften. Durch den unmagnetischen Werkstoff wird ein in der Nähe erzeugtes Magnetfeld nicht oder zumindest nicht nennenswert beeinflusst, während der weichmagnetische Werkstoff unter dem Einfluss eines Magnetfeldes magnetisierbar ist. In einem elektromagnetischen Aktor kann das Ankerführungsrohr vorteilhaft so angeordnet werden, dass der weichmagnetische zweite axiale Endabschnitt in dem Bereich liegt, in dem ein sich in dem Ankerführungsrohr erstreckender und durch ein Magnetfeld bewegbarer Anker aus dem Ankerführungsrohr herausragt. Dadurch kann in diesem Bereich ein für Verluste verantwortlicher Luftspalt zwischen dem Anker und einer weichmagnetischen Joch-Einrichtung des elektromagnetischen Aktors vermieden werden. Besonders vorteilhaft und kostengünstig ist die Herstellung des aus zwei unterschiedlichen Materialien bestehenden Ankerführungsrohres durch Tiefziehen einer Blechronde, die einen aus dem unmagnetischen Werkstoff bestehenden scheibenförmigen Zentralabschnitt und einen den scheibenförmigen Zentralabschnitt konzentrisch umschließenden, aus dem weichmagnetischen Werkstoff bestehenden ringscheibenförmigen Außenabschnitt hat. Der Zentralabschnitt und der Außenabschnitt sind in einem ringförmigen Fügebereich, der durch den Außenumfang des Zentralabschnittes und den Innenumfang des Außenabschnittes definiert wird, unlösbar fest miteinander verbunden, sodass die Blechronde trotz zweier Materialien nur ein einziges starres Bauteil repräsentiert. Sowohl der Zentralabschnitt als auch der Außenabschnitt sind für sich gesehen ein flaches Metallteil, wobei diese beiden flachen Metallteile vor dem Tiefziehvorgang zu der Blechronde zusammengefügt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Zur Herstellung der aus zwei unterschiedlichen Metallen bestehenden Blechronde werden der Zentralabschnitt und der Au-ßenabschnitt bevorzugt unabhängig voneinander gefertigt und anschließend koaxial ineinander eingesetzt und unlösbar fest zusammengefügt. Man kann eine Vielzahl von Zentralabschnitten und Außenabschnitten auf Vorrat herstellen, die dann anschließend jeweils paarweise zu einer Blechronde zusammengefügt werden. Das Zusammenfügen geschieht bevorzugt mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, insbesondere mittels einer Schweißverbindung. Eine weitere vorteilhafte Fügemöglichkeit besteht in der Anwendung eines Walzverfahrens.
Sofern der Zentralabschnitt und der Außenabschnitt zur Bildung der Blechronde miteinander verschweißt werden, wird zweckmäßigerweise ein Schweißverfahren angewandt, das ohne Zufuhr eines separaten Fügematerials auskommt. Eine bevorzugte Möglichkeit hierfür ist das Laserstrahlschweißen. Als besonders vorteilhaft wird allerdings die Anwendung eines Diffusionsschweißverfahrens angesehen. Hierbei werden die beiden Fügepartner mit engem Kontakt zueinander fest zusammengepresst und einer hohen Temperatur ausgesetzt. Als Resultat ergibt sich ein fugenloser Metallverbund.
Die Fertigung des Zentralabschnittes und des Außenabschnittes erfolgt vorzugsweise durch Ausstanzen aus einem großflächigen Ausgangsmaterial. Die beiden Bestandteile der herzustellenden Blechronde können in großer Anzahl mit hoher Maßhaltigkeit aus dem Ausgangsmaterial ausgestanzt werden.
Bevorzugt hat der Zentralabschnitt der Blechronde eine kreisförmige Außenkontur, wobei der zugeordnete ringscheibenförmige Außenabschnitt eine dazu komplementäre kreisförmige Innenkontur hat. Prinzipiell sind allerdings auch hiervon abweichende, zueinander komplementäre Konturen möglich. Insbesondere können die Innenkontur und die Außenkontur auf einer Kreislinie liegen, im Umfangsverlauf aber gezackt oder gewellt oder in anderer Form strukturiert sein, sodass sich in der radialen Richtung der Blechronde in der Umfangsrichtung der Blechronde verteilte Überlappungen der Materialien des Zentralabschnittes und des Außenabschnittes ergeben, die sich vorteilhaft auf die Festigkeit des Fügeverbundes auswirken.
Bevorzugt wird die Blechronde mit einem undurchbrochenen Zentralabschnitt hergestellt. Der Zentralabschnitt ist in diesem Fall eine ungelochte Scheibe. Nach dem Tiefziehen hat der Rohrkörper daher einen becherförmigen Längenabschnitt mit einem den ersten axialen Endabschnitt abschließenden, aus dem unmagnetischen Material bestehenden Boden.
Der vorgenannte Boden kann je nach Ausgestaltung des unter Verwendung des Ankerführungsrohrs herzustellenden elektromagnetischen Aktors unverändert verbleiben, oder aber er wird nach dem Vorgang des Tiefziehens abgetrennt oder weiter vorteilhaft zentral gelocht. Das Lochen erfolgt vorzugsweise durch ein Stanzverfahren. Als Resultat ergibt sich ein den Rohrkörper durchgängig koaxial durchsetzender, axial beidseits offener Rohrinnenraum.
Ein offener Boden ermöglicht in vorteilhafter Weise das Einsetzen eines weichmagnetischen Kerns einer Joch-Einrichtung bei der Herstellung eines elektromagnetischen Aktors. Man kann einen durchbrochenen Boden auch dadurch herstellen, dass man schon zur Herstellung der Blechronde keinen geschlossenen scheibenförmigen Zentralabschnitt verwendet, sondern einen scheibenförmigen Zentralabschnitt, der mittig gelocht ist, sodass er die Form einer Ringscheibe hat.
Als Werkstoff für den unmagnetischen Zentralabschnitt wird vorzugsweise ein austenitischer Stahl verwendet. Als besonders zweckmäßig hat sich ein Stahl mit der Spezifikation X4CrNi18-12 erwiesen. Es handelt sich hier um einen nicht rostenden austenitischen Chrom-Nickel-Stahl mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt.
Als Werkstoff für den weichmagnetischen Außenabschnitt wird insbesondere ein unlegierter, nicht austenitischer Stahl verwendet. Eine bevorzugte Stahlsorte ist Stahl mit der Spezifikation St 14. Es handelt sich hier um einen weichen, insbesondere kaltgewalzten Stahl, der über ein sehr gutes Kaltumformverhalten verfügt.
Vorzugsweise wird die Blechronde derart tiefgezogen, dass nach dem Tiefziehen der weichmagnetische zweite axiale Endabschnitt des Rohrkörpers einen ringscheibenförmigen Flanschabschnitt aufweist, der bezüglich des sich anschließenden, beim Tiefziehen gestreckten Längenabschnittes des Rohrkörpers ringsum radial nach außen ragt. Dieser Flanschabschnitt kann bei der Herstellung eines elektromagnetischen Aktors zur einfachen Fixierung verwendet werden.
Insbesondere abhängig von der gewünschten Länge des Ankerführungsrohres erfolgt das Tiefziehen mittels nur eines einzigen Zuges oder aber mittels mehrerer aufeinanderfolgender Züge. Diese letztgenannte Verfahrensweise wird auch als Zugfolgeverfahren oder mehrstufige Tiefziehen bezeichnet.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch durch ein als Tiefziehteil ausgebildetes Ankerführungsrohr der eingangs genannten Art gelöst, das einen aus einem unmagnetischen Werkstoff bestehenden ersten axialen Endabschnitt und einen sich in einem Fügebereich koaxial daran anschließenden, aus einem weichmagnetischen Werkstoff bestehenden zweiten axialen Endabschnitt aufweist, wobei die beiden axialen Endabschnitte in dem Fügebereich unlösbar fest miteinander verbunden sind.
Dieses tiefgezogene Ankerführungsrohr wird vorzugsweise gemäß dem vorstehend erläuterten Verfahren hergestellt. Die beiden axialen Endabschnitte des Ankerführungsrohrs sind in dem Fügebereich vorzugsweise ohne zusätzliche Fügematerial und zweckmäßigerweise stoffschlüssig miteinander verbunden. Als bevorzugte Verbindung liegt eine Schweißverbindung vor, insbesondere eine Diffusionsschweißverbindung.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Herstellung eines elektromagnetischen Aktors gelöst, bei dem ein in dem weiter oben erläuterten Sinne hergestelltes oder ausgebildetes Ankerführungsrohr derart in die Spuleneinheit eingesetzt wird, dass ein hohlzylindrischer Längenabschnitt des weichmagnetischen zweiten axialen Endabschnittes des Rohrkörpers in einem radial zwischen dem Anker und dem zweiten Joch-Endabschnitt des Jochkörpers liegenden Zwischenraum angeordnet ist.
Dies bietet den weiter oben im Zusammenhang mit der Herstellung des Ankerführungsrohres bereits angesprochenen Vorteil, dass sich im Betrieb des Aktors bei der Bestromung der Spuleneinheit ein optimierter Magnetfeldverlauf ausbilden kann, der bei geringer Energieaufnahme hohe Antriebskräfte am beweglichen Anker hervorruft. Der unmagnetische erste axiale Endabschnitt befindet sich im Bereich des weichmagnetischen Kerns und hat den Effekt, dass er den Verlauf des Magnetfeldes nicht beeinflusst, sodass sich bei der Bestromung der Spule in dem zwischen dem weichmagnetischen Kern und dem Aktor befindlichen Arbeitsspalt ein intensiven Magnetfeld mit hoher Anziehungskraft ausbilden kann. Gleichzeitig sorgt der im Bereich des zweiten Joch-Endabschnittes des Jochkörpers liegende zweite axiale Endabschnitt dafür, dass ein parasitärer Luftspalt vermieden wird und das Magnetfeld äußerst verlustarm zwischen dem zweiten Joch-Endabschnitt des Jochkörpers und dem diesbezüglich benachbarten Längenabschnitt des Ankers übertreten kann. Daraus resultiert insgesamt ein wenig verlustbehaftetes, starkes Magnetfeld.
Bei der Herstellung des elektromagnetischen Aktors wird zweckmäßigerweise der weichmagnetische Kern, bevor das Anker-Führungsrohr in die Spuleneinheit eingesetzt wird, derart in das Anker-Führungsrohr eingesteckt, dass er zur leichten Verbindung mit dem ersten Joch-Endabschnitt des Jochkörpers an dem ersten axialen Endabschnitt des Ankerführungsrohres herausragt. Bevorzugt erstreckt sich der weichmagnetische Kern teils innerhalb und teils außerhalb des Ankerführungsrohrs.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird auch durch einen elektromagnetischen Aktor der eingangs genannten Art gelöst, bei dem das Ankerführungsrohr unter Anwendung des weiter oben geschilderten Verfahrens hergestellt oder in dem weiter oben erläuterten Sinne ausgebildet ist, wobei ein hohlzylindrischer Längenabschnitt des weichmagnetischen zweiten axialen Endabschnittes in einem radial zwischen dem Anker und dem zweiten Joch-Endabschnitt des Jochkörpers liegenden Zwischenraum angeordnet ist.
Die damit verbundenen Vorteile sind die gleichen, die vorstehend im Zusammenhang mit dem sich auf den elektromagnetischen Aktor beziehenden Herstellungsverfahren erläutert wurden.
Schließlich wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe auch durch ein Magnetventil der eingangs genannten Art gelöst, dessen elektromagnetischer Aktor in dem vorstehend erläuterten Sinne hergestellt oder ausgebildet ist.
Ein solches Magnetventil eignet sich zur Steuerung von Fluidströmen, wobei der bewegliche Anker ein Ventilglied bildet oder antreibt, das mit einem Ventilsitz zusammenwirken kann, um eine Fluid-Überströmöffnung wahlweise zu verschließen oder für einen Durchtritt von fluidischem Druckmedium freizugeben. Ein solches Magnetventil ist zur Steuerung von fluidischen Druckmedien geeignet, wobei es insbesondere zur Steuerung von Druckluft verwendet wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

1 einen Längsschnitt einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetventils, in dem ein elektromagnetischer Aktor und ein Ankerführungsrohr enthalten sind, die erfindungsgemäße hergestellt und ausgebildet sind, und
2 bis 10 mehrere aufeinanderfolgende Verfahrensschritte, die bei der Ausführung eines vorteilhaften Verfahrens zur Herstellung eines Ankerführungsrohrs ausgeführt werden, wobei das Ankerführungsrohr dem in 1 gezeigten entspricht, zur besseren Veranschaulichung jedoch mit größerer Wanddicke illustriert ist, wobei abgesehen von der 4 jeweils zwei Ansichten (a) und (b) illustriert sind, wobei die Ansicht (a) einen Schnitt gemäß Schnittlinie B-B aus Ansicht (b) und die Ansicht (b) eine Draufsicht mit Blickrichtung gemäß Pfeil A aus Ansicht (a) repräsentiert.

In der 1 ist ein Magnetventil 1 illustriert, das einen Ventilkörper 2 aufweist, an dem ein elektromagnetischer Aktor 3 montiert ist.
Der Ventilkörper 2 begrenzt eine Ventilkammer 4, in die ein erster Ventilkanal 5 und ein zweiter Ventilkanal 6 einmünden, die beide in dem Ventilkörper 2 verlaufen. Der zweite Ventilkanal 6 liegt außerhalb der Zeichenebene und ist deshalb nur gestrichelt angedeutet.
Der erste Ventilkanal 5 mündet mit einer Steueröffnung 7 in die Ventilkammer 4 ein, die von einem an dem Ventilkörper 2 angeordneten Ventilsitz 8 umrahmt ist. Die Steueröffnung 7 weist in der Achsrichtung einer Hauptachse 12, wobei der Ventilsitz 8 koaxial zu der Hauptachse 12 angeordnet ist.
Der elektromagnetische Aktor 3 ist an eine außen am Ventilkörper 2 ausgebildete Montagefläche 13 angesetzt. Mittels nicht weiter gezeigter Befestigungsmittel, beispielsweise Befestigungsschrauben, ist der elektromagnetische Aktor an dem Ventilkörper 2 befestigt.
Der im Folgenden auch nur noch als Aktor 3 bezeichnete elektromagnetische Aktor 3 hat ein beim Ausführungsbeispiel stö-ßelförmiges Ventilglied 14, das koaxial zur der Hauptachse 12 ausgerichtet ist und mit einem dem Ventilkörper 2 zugewandten Kopfabschnitt 15 in die Ventilkammer 4 eintaucht. Eine stirnseitig an dem Kopfabschnitt 15 angeordnete Verschlussfläche 16 liegt dem Ventilsitz 8 in der Achsrichtung der Hauptachse 12 gegenüber. Im Rahmen einer durch einen Doppelpfeil angedeuteten Umschaltbewegung 17 kann das Ventilglied 14 alternativ in einer Schließstellung und in mindestens einer Offenstellung positioniert werden. In der Schließstellung liegt die Verschlussfläche 16 dichtend an dem Ventilsitz 8 an, sodass die Steueröffnung 7 verschlossen ist. In jeder Offenstellung ist die Verschlussfläche 16 von dem Ventilsitz 8 abgehoben, so dass durch die Ventilkammer 4 hindurch ein Fluidübertritt zwischen den beiden Ventilkanälen 5, 6 möglich ist.
Auf diese Weise ist eine Fluidströmung steuerbar, wobei das steuerbare Fluid ein Druckfluid ist, vorzugsweise Druckluft.
Die Verschlussfläche 16 ist exemplarisch von einem an dem Ventilglied 14 angeordneten gummielastischen Verschlusskörper 20 ausgebildet. Selbiger macht die Umschaltbewegung 17 des Ventilgliedes 14 mit.
Der Aktor 3 hat eine Längsachse 18 und ist so an dem Ventilkörper 2 montiert, dass diese Längsachse 18 mit der Hauptachse 12 zusammenfällt.
Zu dem Aktor 3 gehört ein Elektromagnet 22, der unter anderem eine koaxial zu der Längsachse 18 angeordnete Spuleneinheit 23 aufweist. Die Spuleneinheit 23 hat einen auch als Spulenkörper bezeichenbaren Spulenträger 24 mit einem zu der Längsachse 18 koaxialen rohrförmigen Tragabschnitt 24a und zwei jeweils an einem der beiden axialen Enden des Tragabschnittes 24a angeordnete, nach radial außen abstehende Flanschabschnitte 24b, 24c.
Der aus Kunststoffmaterial bestehende Spulenträger 24 begrenzt mit seinen beiden Flanschabschnitten 25b, 25c axial einen Spulenaufnahmeraum 25, in dem eine auf den rohrförmigen Tragabschnitt 24a aufgewickelte, elektrisch bestrombare Spule 26 angeordnet ist. Eine mit den Spulendrähten der Spule 26 verbundene, von außen her zugängliche elektromechanische Anschlusseinrichtung 27 erlaubt das Anlegen einer Betätigungsspannung, um die Spule 26 zu bestromen und dadurch ein Magnetfeld hervorzurufen.
Der Elektromagnet 22 hat auch eine ferromagnetische, insbesondere weichmagnetische Jocheinrichtung 28. Zu dieser Jocheinrichtung 28 gehört ein weichmagnetischer Jochkörper 32, der als Rückschlussteil für die durch Bestromung der Spule 26 erzeugbaren Magnetfeldlinien fungiert und der derart außen an die Spuleneinheit 23 angesetzt ist, dass er selbige zumindest teilweise umschließt.
Der Elektromagnet 22 ist zweckmäßigerweise von einem aus Kunststoffmaterial bestehenden Gehäuse 29 umgeben. Das Gehäuse ist bevorzugt durch Umspritzen des Elektromagneten 22 mittels eines Spritzgießverfahrens erzeugt.
Der Elektromagnet 22 hat einen dem Ventilkörper 2 abgewandten ersten Endabschnitt 33 und einen dem Ventilkörper 2 zugewandten zweiten Endabschnitt 34. Diese beiden Endabschnitte 33, 34 sind in der Achsrichtung der Längsachse 18 zueinander beabstandet.
Der Jochkörper 32 hat einen ersten Joch-Endabschnitt 35, der die Spuleneinheit 23 im Bereich des ersten Endabschnittes 33 des Elektromagneten 22 axial außen übergreift. Außerdem hat der Jochkörper 32 einen zweiten Joch-Endabschnitt 36, der die Spuleneinheit 23 im Bereich des zweiten Endabschnittes 34 des Elektromagneten 22 außen übergreift. Der zweite Joch-Endabschnitt 36 erstreckt sich in einem Bereich der axial zwischen der Spuleneinheit 23 und dem Ventilkörper 2 angeordnet ist. Der erste Joch-Endabschnitt 35 erstreckt sich vor der entgegengesetzten, dem ersten Endabschnitt 33 zugeordneten axialen Stirnseite der Spuleneinheit 23.
Zwischen den beiden Joch-Endabschnitten 35, 36 erstreckt sich ein Joch-Verbindungsabschnitt 37 des Jochkörpers 32, der magnetisch leitend mit den beiden Joch-Endabschnitten 35, 36 verbunden und insbesondere einstückig mit diesen beiden Joch-Endabschnitten 35, 36 ausgebildet ist.
Bevorzugt ist der Jochkörper 32 U-förmig ausgebildet, was auf das Ausführungsbeispiel zutrifft. Die beiden Joch-Endabschnitte 35, 36 sind hierbei von den beiden U-Schenkeln gebildet, der Joch-Verbindungsabschnitt 37 von dem zwischen den beiden U-Schenkeln verlaufenden Verbindungssteg. Der Joch-Verbindungsabschnitt 37 erstreckt sich in der Achsrichtung der Längsachse 18 in einem Umfangsbereich des Außenumfanges der Spuleneinheit 23.
Zu der Jocheinrichtung 28 gehört vorzugsweise auch noch ein weichmagnetischer Kern 38, der magnetisch leitend mit dem ersten Joch-Endabschnitt 35 verbunden ist und im Bereich des ersten Endabschnittes 33 der Spuleneinheit 23 in den von der Spuleneinheit 23 umschlossenen Spuleninnenraum 42 eintaucht. Der Kern 38 ist beispielsweise in eine Durchbrechung 43 des ersten Joch-Endabschnittes 35 eingesteckt, wobei er beispielsweise eingeklebt oder eingepresst oder eingeschweißt ist. Der Kern 38 ist vorzugsweise als ein aus weichmagnetischem Material bestehendes Tiefziehteil hergestellt.
Der Elektromagnet 22 enthält des Weiteren ein Ankerführungsrohr 44, das koaxial in den Spuleninnenraum 42 eingesetzt ist. Das Ankerführungsrohr 44 hat eine mit der Längsachse 18 zusammenfallende Längsachse 45 und ist in 10 in einer bezüglich 1 auf dem Kopf stehenden Ausrichtung auch nochmals separat abgebildet.
Das Ankerführungsrohr 44 erstreckt sich in dem Spuleninnenraum 42 ausgehend von dem dem ersten Endabschnitt 33 zugewandten Endbereich bis hin zu dem dem zweiten Endabschnitt 34 zugeordneten axialen Endbereich der Spuleneinheit 23. Zumindest im Bereich des zweiten Endabschnittes 34 ragt das Ankerführungsrohr 44 aus dem Spuleninnenraum 42 heraus.
Das Ankerführungsrohr 44 hat einen ersten axialen Endabschnitt 46, an dem sich koaxial in einem Fügebereich 48 ein zweiter axialer Endabschnitt 47 des Ankerführungsrohrs 44 anschließt. Die beiden axialen Endabschnitte 46, 47 sind in dem Fügebereich 48 unlösbar fest miteinander verbunden. Der erste axiale Endabschnitt 46 erstreckt sich ausgehend von dem ersten Joch-Endabschnitt 35 axial ein stückweit in den Spuleninnenraum 42 hinein. In gleicher Weise erstreckt sich der zweite axiale Endabschnitt 47 ausgehend von dem zweiten Joch-Endabschnitt 36 ebenfalls ein stückweit in den Spuleninnenraum 42 hinein. Der Fügebereich 48 liegt bevorzugt etwas näher bei dem zweiten Endabschnitt 34 als bei dem ersten Endabschnitt 33.
Der Fügebereich 48 befindet sich in einem rohrförmigen Längenabschnitt 52 des Ankerführungsrohrs 44. Dieser rohrförmige Längenabschnitt 52 hat einen Außendurchmesser, der so an den Innendurchmesser des Spuleninnenraumes 42 angepasst ist, dass er zumindest annähernd radial spielfrei in dem Spuleninnenraum 42 aufgenommen ist.
Der rohrförmige Längenabschnitt 52 durchsetzt eine Durchbrechung 53 des zweiten Joch-Endschnittes 36. Somit ist der zweite Joch-Endabschnitt 36 von einem hohlzylindrischen Längenabschnitt 54 des rohrförmigen Längenabschnittes 52 durchsetzt. Der Außendurchmesser dieses hohlzylindrischen Längenabschnittes 54 entspricht zumindest im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Durchbrechung 53 des zweiten Joch-Endabschnittes 36.
Der zweite axiale Endabschnitt 47 des Ankerführungsrohres 44 endet mit einem bezüglich der Längsachse 45 radial nach außen ragenden ringscheibenförmigen Flanschabschnitt 55. Dieser Flanschabschnitt 55 erstreckt sich in einer zu der Längsachse 45 rechtwinkeligen Ebene.
Bei der Herstellung des Magnetventils 1 und/oder des Aktors 3 wird das Ankerführungsrohr 44, nachdem zuvor der Jochkörper 32 in radialer Richtung auf die Spuleneinheit 23 aufgesetzt wurde, von der Seite des zweiten Endabschnittes 34 her mit seinem ersten axialen Endabschnitt 46 voraus durch die Durchbrechung 53 des zweiten Joch-Endabschnittes 36 hindurch in den Spuleninnenraum 42 eingesteckt. Die Einstecktiefe ist dadurch begrenzt, dass der ringscheibenförmige Flanschabschnitt 55 an der der Spuleneinheit 23 axial abgewandten Außenfläche 56 des zweiten Joch-Endabschnittes 36 zur Anlage gelangt.
Das Ankerführungsrohr 44 kann im Presssitz in dieser Gebrauchsposition fixiert sein. Axial unbeweglich fixiert ist es in dieser Gebrauchsposition aber jedenfalls dadurch, dass sich der ringscheibenförmige Flanschabschnitt 55 an der dem zweiten Joch-Endabschnitt 36 entgegengesetzten Seite an der Montagefläche 13 des Ventilkörpers 2 abstützt.
Das Ankerführungsrohr 44 umschließt einen Rohrinnenraum 57. In diesem Rohrinnenraum 57 befindet sich im Bereich des ersten axialen Endabschnittes 46 der in den Spuleninnenraum 42 hineinragende innere Längenabschnitt 58 des Kerns 38. Das Ankerführungsrohr 44 ist stirnseitig an dem ersten axialen Endabschnitt 46 offen, wobei diese Öffnung zur besseren Unterscheidung als Bodenöffnung 62 bezeichnet sei. Der Kern 38 ragt durch die Bodenöffnung 62 hindurch und ist mit einem aus dem Ankerführungsrohr 44 herausragenden äußeren Längenabschnitt 59 in der Durchbrechung 43 des ersten Joch-Endabschnittes 35 fixiert.
Der innere Längenabschnitt 58 des Kerns 38 endet in dem Rohrinnenraum 57 zweckmäßigerweise mit axialem Abstand vor dem Fügebereich 48. Zwischen dem Kern 38 und diesem Fügebereich 48 ist somit ein axialer Abstand vorhanden.
Der Aktor 3 umfasst außer dem Elektromagneten 22 auch noch einen weichmagnetischen Anker 63, der sich mit einer Teillänge in dem Rohrinnenraum 57 des Ankerführungsrohres 44 erstreckt. Der Anker 63, der insbesondere stößelförmig ausgebildet ist und der vorzugsweise über eine kreiszylindrische Außenkontur verfügt, ragt von der dem zweiten Endabschnitt 34 zugewandten Stirnseite her in den Rohrinnenraum 57 hinein, ragt allerdings auch mit einer Teillänge aus dem Rohrinnenraum 57 heraus.
Bei dem geschilderten Ausführungsbeispiel bildet unmittelbar der Anker 63 das schon beschriebene Ventilglied 14. Der Kopfabschnitt 15 ist daher ein Bestandteil des Ankers 63 und die Umschaltbewegung 17 wird von dem Anker 63 ausgeführt. Die weiter oben zu dem Ventilglied 14 gemachten Angaben gelten entsprechend für den Anker 63.
Der Anker 63 und folglich das exemplarisch von dem Anker 63 gebildete Ventilglied 14 können durch abwechselndes Aktivieren und Deaktivieren des Elektromagneten 22 zu der Umschaltbewegung 17 angetrieben werden.
Im deaktivierten Zustand, wenn die Spule 26 stromlos ist, wird der Anker durch eine Druckfeder 64 in einer Grundstellung gehalten, die beim Ausführungsbeispiel der Schließstellung entspricht und in der axial zwischen dem Anker 63 und dem weichmagnetischen Kern 38 ein im Folgenden als Arbeitsspalt 65 bezeichneter Luftspalt vorliegt. Die Druckfeder 64 sitzt exemplarisch zwischen dem Anker 63 und dem Kern 38 im Inneren des Ankerführungsrohrs 44. Im aktivierten Zustand des Elektromagneten 22, der bei bestromter Spule 26 vorliegt, hat sich ein Magnetfeld ausgebildet, das im Bereich des Arbeitsspaltes 65 eine magnetische Anziehungskraft hervorruft, so dass der Anker 63 unter Verringerung des Arbeitsspaltes 65 an den Kern 38 axial herangezogen ist. Die Druckfeder 64 ist dabei komprimiert und das Ventilglied 14 nimmt eine der oben beschriebenen Offenstellungen ein.
Durch neuerliche Deaktivierung kann das Magnetfeld entfernt werden, so dass der Anker 63 durch die Rückstellkraft der Druckfeder 64 wieder in die Grundstellung zurückgeschaltet wird.
Eine Besonderheit des Ankerführungsrohres 44 besteht darin, dass es als Tiefziehteil ausgebildet ist.
Zudem bestehen die beiden axialen Endabschnitte 46, 47 des Ankerführungsrohrs 44 aus unterschiedlichen Metallen, die sich in ihren magnetischen Eigenschaften voneinander unterscheiden. Während der erste axiale Endabschnitt 46 aus einem unmagnetischen Werkstoff besteht, besteht der sich koaxial daran anschließende zweite axiale Endabschnitt 47 aus einem weichmagnetischen Werkstoff.
In dem Fügebereich 48 sind die beiden unterschiedlichen Werkstoffe unlösbar fest zusammengefügt. Dadurch stellt sich das Ankerführungsrohr 44 als ein einheitliches Bauteil dar.
Die unmagnetischen Eigenschaften des ersten axialen Endabschnittes 46 haben den Effekt, dass das bei aktiviertem Elektromagnet erzeugte Magnetfeld mit hoher Felddichte durch den Arbeitsspalt 65 hindurchtritt. Derjenige Längenabschnitt des ersten axialen Endabschnittes 46, der den Anker 63 an seinem dem Kopfabschnitt 15 axial entgegengesetzten inneren Endabschnitt axial überlappt, hat keine flussleitende Wirkung, die der axialen anziehenden Magnetkraft abträglich sein könnte.
Die weichmagnetische Ausgestaltung des zweiten axialen Endabschnittes 47 des Ankerführungsrohres 44 hat den Effekt, dass der radial zwischen dem Außenumfang des Ankers 63 und dem Innenumfang der Durchbrechung 53 des zweiten Joch-Endabschnittes 36 befindliche ringförmige Zwischenraum 67 mit weichmagnetischem Material ausgefüllt ist, nämlich mit dem weiter oben erwähnten hohlzylindrischen Längenabschnitt 54 des Ankerführungsrohres 44, der zu dem weichmagnetischen zweiten axialen Endabschnitt 47 gehört. Dadurch ist ein zumindest annähernd verlustfreier Übergang des Magnetfeldes vom zweiten Joch-Endabschnitt 36 zu dem ebenfalls weichmagnetischen Anker 63 gewährleistet. Ein sogenannter parasitärer Luftspalt kann in diesem Bereich daher vermieden werden. Dies wirkt sich positiv auf die erzielbare magnetische Anziehungskraft aus.
Bei der Herstellung des Aktors 3 wird das Ankerführungsrohr 44 zweckmäßigerweise im mit dem weichmagnetischen Kern 38 vorbestückten Zustand in die Spuleneinheit 23 eingesteckt. Der Kern 38 wird also in der aus 1 ersichtlichen Stellung vormontiert und dann zusammen mit dem Ankerführungsrohr 44 eingesetzt. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, das Ankerführungsrohr 44 ohne den Kern 38 zu montieren und den Kern 38 erst anschließend einzuführen, bevor darauffolgend der Anker 63 eingesteckt wird.
Die 2 bis 10 illustrieren einen bevorzugten Verfahrensablauf zur Tiefzieh-Herstellung des Ankerführungsrohrs 44. Ein Grundgedanke des Verfahrens besteht darin, zunächst eine in 5 gezeigte Blechronde 68 herzustellen, die anschließend durch Tiefziehen in einen aus beispielweise der 8 hervorgehenden Rohrkörper 72 umgeformt wird, der unmittelbar oder mit noch geringfügiger Nachbearbeitung das Ankerführungsrohr 44 bildet.
Aus diesem Grund werden weiter oben im Zusammenhang mit dem Ankerführungsrohr 44 verwendete Bezeichnungen, so beispielsweise die beiden axialen Endabschnitte 46, 47, der Fügebereich 48, der rohrförmige Längenabschnitt 44, der hohlzylindrische Längenabschnitt 54, der ringscheibenförmige Flanschabschnitt 55, der Rohrinnenraum 57 und die Bodenöffnung 62, bei der Beschreibung des Rohrkörpers 72 zur Vereinfachung ebenfalls verwendet.
Zur Durchführung des Verfahrens wird zunächst eine aus 5 ersichtliche Blechronde 68 hergestellt. Die Blechronde 68 hat einen aus einem unmagnetischen Werkstoff bestehenden scheibenförmigen Zentralabschnitt 73 und einen aus einem weichmagnetischen Werkstoff bestehenden, den Zentralabschnitt 73 konzentrisch umschließenden ringscheibenförmigen Außenabschnitt 74. Der Zentralabschnitt 73 liegt mit seiner radialen Außenumfangsfläche 75 fugenlos an der Innenumfangsfläche 76 des ringscheibenförmigen Außenabschnittes 74 an. Der Kontaktbereich zwischen der Außenumfangsfläche 75 und der Innenumfangsfläche 76 definiert den weiter oben schon angesprochenen Fügebereich 48, der sich ununterbrochen rings um die Längsachse 77 der Blechronde 68 herum erstreckt.
In dem Fügebereich 48 sind der Zentralabschnitt 73 und der Außenabschnitt 74 unlösbar fest miteinander verbunden. Somit hat die Blechronde 68 zumindest annähernd die gleichen Eigenschaften wie ein einstückiges Bauteil. Die Blechronde 68 ist somit ein scheibenförmiges Metallteil, das aus zwei unterschiedlichen Metallen besteht, die sich vor allem in den magnetischen Eigenschaften voneinander unterscheiden.
Zur Herstellung der Blechronde 68 werden gemäß 2 der ringscheibenförmige Außenabschnitt 74 und gemäß 3 der scheibenförmige Zentralabschnitt 73 unabhängig voneinander gefertigt. Anschließend werden diese beiden Bestandteile 73, 74 gemäß 4 entsprechend des dortigen Montagepfeiles 78 koaxial ineinander eingesetzt, so dass sie in einer gemeinsamen, zu der Längsachse 77 rechtwinkeligen Rondenebene 82 liegen (5).
Bei diesem ineinander Einsetzen und/oder daran anschließend werden der Zentralabschnitt 73 und der Außenabschnitt 74 unlösbar fest zusammengefügt. Hierzu wird in dem Fügebereich 48 eine bevorzugt stoffschlüssige Verbindung hergestellt.
Vorzugsweise wird die unlösbare Verbindung in dem Fügebereich 48 mittels einer Schweißverbindung realisiert, wobei eine Diffusionsschweißverbindung als besonders vorteilhaft angesehen wird. Alternative Möglichkeiten bestehen beispielsweise in der Ausbildung einer Laserschweißverbindung oder in einer Walzverbindung, vergleichbar dem sogenannten Plattieren.
Vorteilhaft ist es jedenfalls, wenn das unlösbar feste Zusammenfügen des Zentralabschnittes 73 und des Außenabschnittes 74 ohne Zufuhr eines separaten Fügematerials erfolgt, sodass keine relevanten mechanischen Nachbearbeitungen erforderlich sind.
Die individuelle Herstellung des Zentralabschnittes 73 und des Außenabschnittes 74 erfolgt beispielsweise durch Stanzen. Jede dieser Komponenten liegt daher vor dem Zusammenfügen gemäß 4 als metallisches Stanzteil vor.
Als zweckmäßig wird es angesehen, wenn der ringscheibenförmige Außenabschnitt 74 und somit auch die fertiggestellte Blechronde 68 eine kreisförmige Außenkontur hat.
Bevorzugt sind auch der Außenumfang des Zentralabschnittes 73 und der daran angepasste Innenumfang des Außenabschnittes 74 kreisförmig konturiert.
Bei dem beispielhaft erläuterten Herstellungsverfahren wird ein Zentralabschnitt 73 verwendet, der vollständig geschlossen ist und keine Durchbrechung aufweist. Er hat daher die Form einer geschlossenen Kreisscheibe. Die eventuell gewünschte Bodenöffnung 62 wird erst nach dem Tiefziehvorgang in einem gesonderten Verfahrensschritt gemäß 9 ausgebildet.
Hiervon abweichend besteht allerdings die Möglichkeit, auch schon den Zentralabschnitt 73 ringscheibenförmig auszubilden, so dass schon die Blechronde 68 über ein zentrales Loch verfügt, das nach dem Tiefziehen die Bodenöffnung 62 repräsentiert.
Als Werkstoff für den unmagnetischen Zentralabschnitt 73 wird vorzugsweise ein austenitischer Stahl verwendet. Exemplarisch kommt ein Stahl mit der Spezifikation X4CrNi18-12 zur Anwendung.
Für den weichmagnetischen Außenabschnitt wird ein ferromagnetischer, weicher und bevorzugt unlegierter Stahl verwendet. Exemplarisch kommt ein St 14-Stahl zur Verwendung.
Die gemäß 2 bis 5 hergestellte Blechronde 68 wird anschließend gemäß 6 bis 8 einem mehrstufigen Tiefziehvorgang unterzogen. Die Unterteilung des Tiefziehens in mehrere aufeinander folgende Züge hat den Vorteil, dass ein Rohrkörper 72 mit großer Länge gezogen werden kann, ohne den Werkstoff und insbesondere auch den Fügebereich 48 über Gebühr zu beanspruchen. Grundsätzlich kann das Tiefziehen auch mittels nur eines einzigen Zuges stattfinden.
Vor dem in 6 illustrierten ersten Zug des Tiefziehens wird die Blechronde 68 auf eine strichpunktiert angedeutete Matrize 83 aufgelegt, die eine Formausnehmung 84 hat. Mittels eines Niederhalters 85 wird die Blechronde 68 im Bereich ihres ringscheibenförmigen Außenabschnittes 74 mit der Matrize 83 kontrolliert verspannt. Anschließend wird in an sich bekannter Weise mit einem Stempel 86 eine Drückkraft 87 auf den Zentralabschnitt 73 aufgebracht, was dazu führt, dass die Blechronde 68 in die Formausnehmung 84 hineingezogen wird.
In gleicher Weise schließen sich gemäß 7 und 8 mehrere weitere Züge an, beim Ausführungsbeispiel zwei Stück. In 8 ist der letzte Zug illustriert, der auch als Fertigzug bezeichnet wird. Die mehreren Züge unterscheiden sich dadurch, dass der Durchmesser der Formausnehmung 84 der Matrize 83 und der Durchmesser des Stempels 86 mit jedem weiteren Zug abnimmt, sodass der Durchmesser des Rohrkörpers 72 Zug um Zug verringert wird. Außerdem wird bei jedem Zug eine axiale Längung des Rohrkörpers 72 hervorgerufen, bis letztlich der Rohrkörper 72 mit der gewünschten Endlänge vorliegt, die in 8 illustriert ist.
Bei Verwendung eines durchbrechungslosen Zentralabschnittes 73 hat der nach dem Tiefziehen vorliegende Rohrkörper 72 einen becherförmigen Längenabschnitt 88 mit einem geschlossenen Boden 89. Gemäß 9 schließt sich dann an das Tiefziehen bevorzugt ein Stanzvorgang an, bei dem mittels eines Stanzwerkzeuges 92 die gewünschte Bodenöffnung 62 in den Boden 89 eingestanzt wird. Dadurch hat der Rohrkörper 72 einen axial durchgehenden, axial beidseits offenen Rohrinnenraum 57.
Die Bodenöffnung 62 kann alternativ zu einem Stanzverfahren auch auf andere Weise hergestellt werden. Insbesondere besteht die Möglichkeit, den Boden 89 des becherförmigen Längenabschnittes 88 komplett abzutrennen, so dass nur der rohrförmige Längenabschnitt 52 verbleibt.
Durch entsprechendes Festhalten des Außenabschnittes 74 mittels des Niederhalters 85 und des Ermöglichens eines kontrollierten Nachfließens des eingespannten Materials der Ronde wird zweckmäßigerweise erreicht, dass ein durch einen Teilbereich des Außenabschnittes 74 bestehender Ringbund 90 verbleibt, der den weiter oben erwähnten ringscheibenförmigen Flanschabschnitt 55 bildet. Dieser Ringbund 90 bzw. Flanschabschnitt 55 überragt den sich anschließenden rohrförmigen Längenabschnitt 52 rings um die Längsachse 45 herum in radialer Richtung.
Der nach dem Tiefziehen vorliegende Rohrkörper 72 hat einen ersten axialen Endabschnitt 46 und einen sich koaxial daran anschließenden zweiten axialen Endabschnitt 47. Der erste axiale Endabschnitt 46 besteht aus dem entsprechend umgeformten Zentralabschnitt 73, der zweite axiale Endabschnitt 47 aus dem entsprechend umgeformten Außenabschnitt 74 der Blechronde 68.
Das gemäß den Verfahrensschritten der 2 bis 10 hergestellte Ankerführungsrohr 44 kann anschließend zur Herstellung des elektromagnetischen Aktors 3 mit der Spuleneinheit 23 vereinigt werden. Unter Verwendung des elektromagnetischen Aktors 3 kann durch Kombination mit einem Ventilkörper 2 ein Magnetventil 1 hergestellt werden.
Der elektromagnetische Aktor 3 kann auch für andere Antriebszwecke als in einem Magnetventil 1 genutzt werden, beispielsweise als elektromagnetische Schaltvorrichtung in einer Maschine oder in einem Stromkreis.
Das Tiefziehen der Blechronde 68 kann im als Einzelteil vorliegenden Zustand der Blechronde 63 erfolgen. Dies geschieht, insbesondere wenn das Tiefziehen mittels mehrerer aufeinanderfolgender Züge stattfindet, bevorzugt in einer sogenannten Transferpresse.
Alternativ kann das Tiefziehen der Blechronde 63 auch in einem Zustand stattfinden, in dem sie mit mehreren weiteren Blechronden 63 zu einem Rondenverbund zusammengefasst ist. Dabei sind mehrere Blechronden 63 bevorzugt in eine plattenförmige, insbesondere gitterartige Tragstruktur integriert, aus der sie nach der Umformung herausgetrennt werden. Das Heraustrennen erfolgt bevorzugt als letzter Verfahrensschritt, wenn das Ankerführungsrohr 44 fertiggestellt ist. Mehrere oder sämtliche Blechronden 63 des Rondenverbundes werden bevorzugt gleichzeitig tiefgezogen. Auch hier sind bei Bedarf mehrere aufeinanderfolgende Züge möglich. In diesem Zusammenhang wird zweckmäßigerweise ein sogenanntes Folgeverbundwerkzeug verwendet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012011627 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Ankerführungsrohrs (44) für einen elektromagnetischen Aktor (3), wobei das Ankerführungsrohr (44) aus einem durch Tiefziehen einer Blechronde (68) erzeugten Rohrkörper (72) besteht, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: (a) Herstellen einer Blechronde (68) umfassend einen aus einem unmagnetischen Werkstoff bestehenden scheibenförmigen Zentralabschnitt (73) und einen aus einem weichmagnetischen Werkstoff bestehenden, den Zentralabschnitt (73) konzentrisch umschließenden und unlösbar fest mit dem Zentralabschnitt (73) verbundenen ringscheibenförmigen Außenabschnitt (74), und (b) anschließendes Tiefziehen der Blechronde (68), wobei die Blechronde (68) in einen Rohrkörper (72) umgeformt wird, der einen aus dem unmagnetischen Werkstoff bestehenden ersten axialen Endabschnitt (46) und einen sich koaxial daran anschließenden, aus dem weichmagnetischen Werkstoff bestehenden zweiten axialen Endabschnitt (47) hat.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralabschnitt (73) und der Außenabschnitt (74) unabhängig voneinander gefertigt und zur Bildung der Blechronde (68) koaxial ineinander eingesetzt und unlösbar fest zusammengefügt werden, zweckmäßigerweise durch eine stoffschlüssige Verbindung.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralabschnitt (73) und der Außenabschnitt (74) durch Verschweißen zusammengefügt werden, zweckmäßigerweise ohne Zufuhr eines separaten Fügematerials und weiter zweckmäßigerweise durch Diffusionsschweißen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralabschnitt (73) und der Außenabschnitt (74) der Blechronde (68) vor dem miteinander Verbinden unabhängig voneinander als Stanzteile hergestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechronde (68) mit einem eine kreisförmige Außenkontur aufweisenden Zentralabschnitt (73) und einem eine dazu komplementäre kreisförmige Innenkontur aufweisenden Außenabschnitt (74) hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechronde (68) mit einem undurchbrochenen Zentralabschnitt (73) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Tiefziehen ein becherförmiger Längenabschnitt (88) des Rohrkörpers (72) geformt wird, der einen den ersten axialen Endabschnitt (46) abschließenden, aus dem unmagnetischem Material bestehenden Boden (89) hat, wobei dieser Boden (89) anschließend abgetrennt oder zentral gelocht wird, sodass ein den Rohrkörper (72) koaxial durchsetzender, axial beidseits offener Rohrinnenraum (57) entsteht, wobei das Lochen zweckmäßigerweise durch Stanzen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff für den unmagnetischen Zentralabschnitt (73) ein austenitischer Stahl verwendet wird, zweckmäßigerweise ein Stahl mit der Spezifikation X4CrNi18-12.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff für den weichmagnetischen Außenabschnitt (74) ein weicher, unlegierter Stahl verwendet wird, zweckmäßigerweise ein Stahl mit der Spezifikation St 14.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechronde (68) derart tiefgezogen wird, dass der weichmagnetische zweite axiale Endabschnitt (47) des Rohrkörpers (72) einen bezüglich eines sich anschließenden rohrförmigen Längenabschnittes (52) des Rohrkörpers (72) radial nach außen ragenden ringscheibenförmigen Flanschabschnitt (55) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Tiefziehen der Blechronde (68) mittels mehrerer aufeinanderfolgender Züge oder mittels nur eines einzigen Zuges erfolgt.
Ankerführungsrohr für einen elektromagnetischen Aktor (3), wobei das Ankerführungsrohr (44) als Tiefziehteil ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ankerführungsrohr (44) einen aus einem unmagnetischen Werkstoff bestehenden ersten axialen Endabschnitt (46) und einen sich in einem Fügebereich (48) koaxial daran anschließenden, aus einem weichmagnetischen Werkstoff bestehenden zweiten axialen Endabschnitt (47) aufweist, wobei die beiden axialen Endabschnitte (46, 47) in dem Fügebereich (48) unlösbar fest miteinander verbunden sind.
Ankerführungsrohr nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden axialen Endabschnitte (46, 47) des Ankerführungsrohrs (44) in dem Fügebereich (48) ohne zusätzliches Fügematerial und zweckmäßigerweise stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Verfahren zur Herstellung eines elektromagnetischen Aktors (3), der einen Elektromagnet (22) und einen diesbezüglich durch Magnetkraft verschiebbaren weichmagnetischen Anker (63) umfasst, wobei der Elektromagnet (22) eine aus einem Spulenträger (24) und einer darauf sitzenden Spule (26) bestehende Spuleneinheit (23), ein von der Spuleneinheit (23) koaxial umschlossenes tiefgezogenes Ankerführungsrohr (44), einen an einem ersten axialen Endabschnitt (46) des Ankerführungsrohrs (44) angeordneten weichmagnetischen Kern (38) und einen die Spuleneinheit (23) zumindest partiell umschließenden, mittels eines ersten Joch-Endabschnittes (35) mit dem weichmagnetischen Kern (38) verbundenen und mit einem zweiten Joch-Endabschnitt (36) in den Bereich eines zweiten axialen Endabschnittes (47) des Ankerführungsrohres (44) ragenden weichmagnetischen Jochkörper (32) aufweist, und wobei sich der Anker (63) axial verschiebbar in dem Ankerführungsrohr (44) erstreckt und an dem zweiten axialen Endabschnitt (47) des Ankerführungsrohrs (44) mit einem Kopfabschnitt (15) herausragt, dadurch gekennzeichnet, dass ein nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestelltes oder gemäß Anspruch 12 oder 13 ausgebildetes Ankerführungsrohr (44) derart in die Spuleneinheit (23) eingesetzt wird, dass ein hohlzylindrischer Längenabschnitt (54) des weichmagnetischen zweiten axialen Endabschnittes (47) des Rohrkörpers (72) in einem radial zwischen dem Anker (63) und dem zweiten Joch-Endabschnitt (36) des Jochkörpers (32) liegenden Zwischenraum (67) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einsetzen des Ankerführungsrohres (44) in die Spuleneinheit (23) der weichmagnetische Kern (38) so in das Ankerführungsrohr (44) eingesteckt wird, dass er an dem ersten axialen Endabschnitt (46) des Ankerführungsrohres (44) zur Verbindung mit dem ersten Joch-Endabschnitt (35) des Jochkörpers (32) herausragt.
Elektromagnetischer Aktor, mit einem Elektromagnet (22) und einem diesbezüglich durch Magnetkraft verschiebbaren weichmagnetischen Anker (63), wobei der Elektromagnet (22) eine aus einem Spulenträger (24) und einer darauf sitzenden Spule (26) bestehende Spuleneinheit (23), ein von der Spuleneinheit (23) koaxial umschlossenes, als Tiefziehteil ausgebildetes Ankerführungsrohr (44), einen an einem ersten axialen Endabschnitt (46) des Ankerführungsrohrs (44) angeordneten weichmagnetischen Kern (38) und einen die Spuleneinheit (23) zumindest partiell umschließenden, mittels eines ersten Joch-Endabschnittes (35) mit dem weichmagnetischen Kern (38) verbundenen und mit einem zweiten Joch-Endabschnitt (36) in den Bereich eines zweiten axialen Endabschnittes (47) des Ankerführungsrohres (44) ragenden weichmagnetischen Jochkörper (32) aufweist, und wobei sich der Anker (63) axial verschiebbar in dem Ankerführungsrohr (44) erstreckt und an dem zweiten axialen Endabschnitt (47) des Ankerführungsrohrs (44) mit einem Kopfabschnitt (15) herausragt, dadurch gekennzeichnet, dass das Ankerführungsrohr (44) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt oder nach Anspruch 12 oder 13 ausgebildet ist, wobei ein hohlzylindrischer Längenabschnitt (54) des weichmagnetischen zweiten axialen Endabschnittes (47) in einem radial zwischen dem Anker (63) und dem zweiten Joch-Endabschnitt (36) des Jochkörpers (32) liegenden Zwischenraum (67) angeordnet ist.
Magnetventil, mit einem elektromagnetischen Aktor (3), der einen in einem als Tiefziehteil ausgebildeten Ankerführungsrohr (44) verschiebbar angeordneten und durch Magnetkraft antreibbaren weichmagnetischen Anker (63) aufweist, durch den ein Ventilglied (14) des Magnetventils (1) antreibbar oder gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromagnetische Aktor (3) mit einem Verfahren nach Anspruch 14 oder 15 hergestellt oder gemäß Anspruch 16 ausgebildet ist.