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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Ventil mit einem
magnetischen Verbundbauteil, das mindestens einen unmagnetischen
Teil und mindestens einen ferromagnetischen Teil umfasst, wobei beide
Teile kontinuierlich und einstückig
ausgebildet sind.
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Beschreibung
des verwandten Stands der Technik
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Um
in Produkten wie etwa elektromagnetischen Ventilen usw. einen Magnetkreis
zu erzeugen, indem in dem einen Produkt diskret für einen
ferromagnetischen Teil und einen unmagnetischen Teil gesorgt wird, müssen separat
aus einem ferromagnetischen Material ein Teil aus Weichstahl und
aus einem unmagnetischen Material ein Teil aus austenitischem Edelstahl
hergestellt und das ferromagnetische Teil und das unmagnetische
Teil dann zusammengebaut werden, indem die Teile durch beispielsweise
Löten geeignet
verbunden werden, um ein Bauteil für den Magnetkreis herzustellen.
Wenn auf diese Weise ein Bauteil für den Magnetkreis hergestellt
wird, müssen
jedoch separat eine Mehrzahl von Teilen aus ferromagnetischem Material
und eine Mehrzahl von Teilen aus unmagnetischem Material hergestellt
und diese Mehrzahl von Teilen durch Verbinden zusammengebaut werden.
Es sind daher viele Schritte und viel Mühe erforderlich, um ein solches
Bauteil herzustellen, was den Vorgang verkompliziert.
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Es
ist bekannt, dass sich gewöhnlicher
austenitischer Edelstahl, Stahl mit hohem Mangananteil usw. nach
einer Mischkristallbehandlung (Behandlung in fester Lösung) in
einem unmagnetischen Zustand befinden, ihnen aber eine ferromagnetische
Eigenschaft verliehen werden kann, indem sie bei Zimmertemperatur kaltverarbeitet
werden, um eine Martensitstruktur zu induzieren und zu erzeugen.
Der durch diesen Vorgang erhaltene Grad an Ferromagnetisierung ist
jedoch nicht hoch, und es ist daher in der Praxis schwierig, diesen Vorgang
auf die Herstellung von Bauteilen für den Magnetkreis anzuwenden.
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Als
Mittel zur lokalen Entmagnetisierung eines Teils eines ferromagnetischen
Materials, wie etwa Weichstahl usw., ist es auch möglich, ein
Austenetisierungselement, wie etwa Mn, Cr, Ni usw., von der Oberfläche in das
ferromagnetische Material eindiffundieren zu lassen, wobei die Herstellung
von Bauteilen für
den Magnetkreis jedoch mit Problemen verbunden ist.
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Die
JP-A-63-161146 offenbart Materialien, die als ein magnetischer Belag
nutzbar sind, indem die Zusammensetzung eines austenitischen Edelstahls
oder eines Stahls mit hohem Mangangehalt und die Verarbeitungsvorgänge für diese
Materialien optimiert werden, um Bauteile mit gleichzeitig ferromagnetischen
und unmagnetischen Eigenschaften herzustellen. Dabei wird metastabiler
austenitischer Edelstahl zu Drähten
kaltgezogen, wodurch der austenitische Edelstahl auf einer Martensitisierung
der Austenitstruktur beruhend ferromagnetisiert wird und ein Teil
der martensitisierten Drähte
zusätzlich
einer lokalen Mischkristallbehandlung unterzogen wird, um die martensitisierten
Drähte
auf einer lokalen Rückaustenitisierung
beruhend zu entmagnetisieren. Dadurch können Bauteile mit gleichzeitig
ferromagnetischen und unmagnetischen Eigenschaften erzielt werden.
Die in der JP-A-63-161146 offenbarten magnetischen Verbundbauteile
können
in diesem Fall einen ausreichend ferromagnetisierten Teil und einen
ausreichend entmagnetisierten Teil aufweisen, die einstückig ausgeführt sind
und unter gewöhnlichen
Umständen
zufriedenstellend funktionieren, wobei jedoch keine Maßnahmen
gegen Temperaturen getroffen wurden, denen die unmagnetisierten
Teile ausgesetzt werden können.
Und zwar wird in dem entmagnetisierten Teil unter harten Temperaturbedingungen,
wie etwa einer extrem niedrigen Temperatur, eine Martensitstruktur
erzeugt, wodurch sich die unmagnetischen Eigenschaften zu ferromagnetischen
Eigenschaften umwandeln. Dies war bislang ein Problem.
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Derzeit
verfügbare
elektromagnetische Ventile arbeiten wie folgt: Indem durch eine
Spule in dem Ventil ein elektrischer Strom fließen gelassen wird, wird ein
Magnetkreis erzeugt und über
eine Hülse,
an der durch den erzeugten Magnetkreis magnetische Arbeit verrichtet
wird, ein Ventilkolben betätigt.
Insbesondere dann, wenn das elektromagnetische Ventil zur Ölhydrauliksteuerung
verwendet wird, muss der Ventilkolben öldicht entlang der Innenfläche der
Hülse gleiten.
Die Hülse
wird herkömmlicherweise
aus einem unmagnetischen Material hergestellt, weshalb der Magnetkreis
durch das unmagnetische Material dringen muss, um das Ventilkolbenverhalten
empfindlicher zu gestalten und die Anregungskraft der Spule selbst
erhöht
werden muss. Abgesehen davon kann nur ein Teil der Hülse ferromagnetisiert
werden, durch den der Magnetkreis dringen muss. Bei einem Hülsenaufbau,
der durch Zusammenbringen einer Mehrzahl von Teilen durch Verbinden
hergestellt wird, muss das Verbinden durch Löten, Schweißen oder dergleichen erfolgen,
um die Hülse
herzustellen, weshalb in beträchtlichem
Umfang eine Nachbearbeitung erforderlich ist, um die gewünschte Abmessung, Form
und Präzision
zu erzielen. Es besteht daher ein Nachbearbeitungsproblem.
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Die
DE-A-2059971 offenbart ein elektromagnetisches Stellglied mit einem
Eisenkern 23, der innerhalb eines rohrförmigen Bauteils 24 in
einem durch Anregung von Spulen 21, 22 gebildeten
Magnetkreis gleiten kann. Ein Teil des rohrförmigen Bauteils 24 ist
durch eine bestimmte Wärmebehandlung
magnetisierbar gemacht worden, während
der übrige
Teil 28 davon unmagnetisch bleibt.
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Die
DE-A-4226695 offenbart eine Zusammensetzung für eine Stange 12,
die innerhalb eines Zylinders 10 gleiten kann, wobei die
Stange 12 aus unmagnetischem austenitischem Stahl besteht,
der kaltbearbeitet wurde, um ihn martensitisch und magnetisch zu
machen, und ein Teil der Stange 12 wärmebehandelt wurde, um in unmagnetischen
Austenit zurückverwandelt
zu werden.
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Die
US-A-4796855 offenbart ein elektromagnetisches Ventil, bei dem sich
am unteren Ende eines Ventilkörpers
ein unmagnetisches Teil befindet.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein elektromagnetisches Ventil mit einem
magnetischen Verbundbauteil zur Verfügung zu stellen, das mindestens
einen ausreichend ferromagnetisierten Teil und mindestens einen ausreichend
unmagnetischen Teil umfasst, wobei beide Teile kontinuierlich und
einstückig
ausgebildet sind, und das unter harten Umständen wie etwa einer extrem
niedrigen Temperatur arbeitsfähig
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein elektromagnetisches Ventil gemäß Anspruch
1 gelöst,
wobei die abhängigen
Ansprüche
2, 3 bevorzugte Merkmale des Ventils angeben.
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Die
Erfinder haben zunächst
sorgfältig
geprüft,
welche physikalischen Eigenschaften für ein magnetisches Verbundbauteil,
das gleichzeitig zufriedenstellende ferromagnetische und unmagnetische
Eigenschaften aufweist, unter gewöhnlichen Umständen erstrebenswert
sind. Sie stellten fest, dass es erforderlich ist, dass ein magnetisches
Verbundbauteil einen unmagnetischen Teil mit einer relativen magnetischen
Permeabilität μ von nicht
mehr als 1,2 umfasst und dass gleichzeitig der übrige ferromagnetisierte Teil
mit Ausnahme des Übergangsgebiets
zwischen dem unmagnetischen Teil und dem ferromagnetisierten Teil
und mit Ausnahme von Teilen, die für die ferromagnetischen Eigenschaften
im Einzelnen nicht erforderlich sind, eine magnetische Flussdichte
B50 von nicht mehr als 0,3 T aufweist.
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Um
die obengenannten Erfordernisse zu erfüllen, wählten die Erfinder die folgende
Zusammensetzung, die bei Zimmertemperatur eine stabile Austenitstruktur
sowie durch Kaltverarbeitung eine die kaltverarbeiteten Teile ferromagnetisch
machende Martensitstruktur ergibt und zufriedenstellende magnetische
Eigenschaften zeigt.
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Ein
Metallbauteil, das die oben genannten Erfordernisse erfüllen kann,
hat eine Zusammensetzung mit nicht mehr als 0,6% C, 12 bis 19% Cr,
6 bis 12% Ni, nicht mehr als 2% Mn, nicht mehr als 2% Mo, nicht
mehr als 1% Nb sowie Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen,
wobei
- das Hirayama-Äquivalent
H eq = [Ni%] + 1,05 [Mn%] + 0,65 [Cr%] + 0,35 [Si%] + 12,6 [C%]
20 bis 23% beträgt,
- das Nickeläquivalent
Ni eq = [Ni%] + 30 [C%] + 0,05 [Mn%] 9 bis 12% beträgt und
- das Chromäquivalent
Cr eq = [Cr%] + [Mo%] + 1,5 [Si%] + 0,5 [Nb%] 16 bis 19% beträgt,
- wobei "%" hier und auch im
Folgenden auf das Gewicht bezogen ist.
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Im
Hinblick auf das Hirayama-Äquivalent
wird auf "Nihon
Kinzoku Gakkaishi (Zeitschrift der Japanischen Metallurgievereinigung),
34 Nr. 5, 507–510
(1970); 34 Nr. 8, 826–829
(1970) 34 Nr. 8, 1830–1835
(1970) 35 Nr. 5, 447–451
(1971) verwiesen.
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Dass
der C-Gehalt bei der oben genannten Zusammensetzung des Metallbauteils
nicht mehr als 0,6% betragen sollte, liegt daran, dass sich bei
der Verarbeitung mit zunehmendem Carbidgehalt die Formbarkeit verringert,
auch wenn die magnetischen Eigenschaft oberhalb von 0,6% C erfüllt werden
können.
Dass der Cr-Gehalt 12 bis 19% und der Ni-Gehalt 6 bis 12% betragen
sollte, liegt daran, dass sich die unmagnetische Eigenschaften,
wie zum Beispiel die relative magnetische Permeabilität u von
nicht mehr als 1,2, nicht unterhalb der Untergrenze der Cr-Ni-Gehalte
erzielen lässt,
wohingegen oberhalb der Obergrenze der Cr- und Ni-Gehalte die magnetische
Flussdichte B4000 bei einer Magnetfeldstärke von
3980 A/m nicht auf weniger als 0,3 T (0,3 Tesla) eingestellt werden
kann. Wenn der Mn-Gehalt mehr als 2% beträgt, wird bei der Verarbeitung die
Formbarkeit gesenkt. Daher wird die Obergrenze des Mn-Gehalts auf
2% festgelegt.
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Darüber hinaus
können
in den Metallbauteilen bestimmte Mengen an Mo und Nb enthalten sein.
Durch die Aufnahme von Mo lässt
sich wirksam der Ms-Punkt senken, und die Aufnahme von Nb kann wirksam
zu einer Festigkeitssteigerung des Metallbauteils beitragen. Abhängig von
dem gewünschten
Zweck können
Mo oder Nb oder sowohl Mo als auch Nb enthalten sein. Es ist vorzuziehen,
dass das Metallbauteil nicht mehr als 2% Mo und nicht mehr als 1%
Nb enthält.
Oberhalb dieser Obergrenzen nimmt bei der Verarbeitung die Formbarkeit
ab.
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Die
jeweiligen Elemente auf die genannten Bereiche zu beschränken, ist
noch nicht ausreichend und die gewünschten magnetischen Eigenschaften
müssen
sich durch Kombinationen innerhalb dieser Kombinationsbereiche ergeben.
Dazu muss erfindungsgemäß für das Hirayama-Äquivalent H eq = 20 bis 23%,
für das Nickeläquivalent
Ni eq = 9 bis 12% und für
das Chromäquivalent
Cr eq = 16 bis 19% erfüllt
sein. Solange diese Bedingungen nicht erfüllt sind, wird lediglich eine
der gewünschten
ferromagnetischen und unmagnetischen Eigenschaften erfüllt.
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Die
Gründe,
diese Bedingungen genau anzugeben, sind nachstehend erläutert:
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1 zeigt
einen Zusammenhang zwischen dem Hirayama-Äquivalent
und der relativen magnetischen Permeabilität.
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Wie
aus 1 hervorgeht, sinkt die relative magnetische Permeabilität μ mit zunehmendem
Hirayama-Äquivalent
H eq, wobei sich bei einem Hirayama-Äquivalent H eq von nicht weniger
als 20% eine relative magnetische Permeabilität μ von nicht mehr als 1,2 erzielen
lässt.
Daher wird die Untergrenze des Hirayama-Äquivalent H eq auf 20% festgelegt.
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2 zeigt
einen Zusammenhang zwischen dem Streckungsverhältnis bei Kaltverarbeitung
und der magnetischen Flussdichte B4000 nach
der Kaltverarbeitung.
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Wie
aus 2 hervorgeht, wird die Austenitstruktur mit zunehmendem
Hirayama-Äquivalent
H eq stabilisiert, was dazu führt,
dass eine Ferromagnetisierung durch Kaltverarbeitung kaum stattfinden
kann und die magnetische Flussdichte B4000 gesenkt
wird. Bei einem als Kaltverarbeitung durchgeführten Kaltwalzen ließ sich oberhalb
von H eq = 23 % auch dann, wenn das Streckungsverhältnis erfüllt wurde,
kaum B4000 = 0,3 T erzielen. Daher wird
die Obergrenze des Hirayama-Äquivalents
H eq erfindungsgemäß auf 23%
festgelegt.
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Das
Nickel-Äquivalent
Ni eq und das Chrom-Äquivalent
Cr eq werden aus den gleichen Gründen
wie oben auf 9 bis 12% beziehungsweise 16 bis 19 % festgelegt.
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In
dem Metallbauteil sind üblicherweise
nicht mehr als 2% Si und nicht mehr als 0,5% Al als Desoxidationselemente
sowie andere unvermeidbare Verunreinigungselemente enthalten. Diese
Elemente üben
bei der Herstellung jedoch keine nachteilige Wirkung auf die Eigenschaften
des magnetischen Verbundbauteils aus.
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Die
Erfinder fanden außerdem
heraus, dass das Metallbauteil mit der oben genannten Zusammensetzung
unter harten Temperaturumständen
keine zufriedenstellenden magnetischen Eigenschaften hat und führten daher
weitere intensive Untersuchungen durch. Und zwar stellten die Erfinder
Metallbauteile her, die die oben genannte Bedingungen für die Zusammensetzung
erfüllten,
und unterzogen die Bauteile einer Mischkristallbehandlung, um sie
zu entmagnetisieren, und ließen
sie dann verschiedenen Tieftemperaturen standhalten. Wie in 3 gezeigt
ist, wurde bei den Bauteilen eine Erhöhung der relativen magnetischen
Permeabilität
beobachtet und konnte für
die unmagnetische Eigenschaft das Erfordernis μ = nicht mehr als 1,2 nicht
erfüllt
werden.
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Es
stellte sich daher heraus, dass die Metallbauteile mit der oben
genannten Zusammensetzung darüber
hinaus gleichzeitig die Erfordernisse der ferromagnetischen und
unmagnetischen Eigenschaft erfüllen müssen und
selbst unter harten Temperaturumständen keiner Änderung
der relativen magnetischen Permeabilität μ des entmagnetisierten Teils
unterliegen dürfen.
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Als
Folge weiterer intensiver Untersuchungen stießen die Erfinder auf Metallbauteilstrukturen,
die sich selbst bei extrem niedriger Temperatur, wie etwa einer
Temperatur von nur –40°C, nicht
in Bezug auf die relative magnetische Permeabilität μ ändern. Und
zwar fanden die Erfinder heraus, dass der Anstieg der relativen magnetischen
Permeabilität μ bei extrem
niedriger Temperatur auf der Tatsache beruht, dass die extrem niedrige
Temperatur niedriger als die Temperatur des Ms-Punkts ist, d.h. niedriger als eine
Temperatur, bei der die Austenitstruktur in die Martensitstruktur
umwandelt. Sie erkannten, dass eine Erhöhung der relativen magnetischen
Permeabilität
bei einer Temperatur von nur –40°C unterdrückt werden
kann, wenn die Temperaturen der Ms-Punkte der Metallbauteile mit
der oben genannten Zusammensetzung niedriger als beispielsweise –40°C sind.
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Die
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Korngrößen der
Austenitkristallkörner
geändert werden,
um die Temperatur des Ms-Punkts niedriger als die herkömmliche
Temperatur des Ms-Punkts einzustellen, wodurch die Änderung
der unmagnetischen Eigenschaft zu der ferromagnetischen Eigenschaft
bei extrem niedriger Temperatur unterdrückt wird. Das heißt, dass
im Anwendungsbereich der magnetischen Verbundbauteile durch die
Erfindung zum ersten Mal die Tatsache Berücksichtigung findet, dass die
Temperatur des Ms-Punkts, die die Umwandlung der Austenitstruktur
in die Martensitstruktur einleitet, mit abnehmenden Austenitkristallkorngrößen gesenkt
wird.
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4 veranschaulicht
das Konzept, das hinter den oben genannten Tatsachen steht. Wie
aus 4 hervorgeht, stehen die Austenitkristallkorngrößen und
die Temperatur des Ms-Punkts in einem engen Zusammenhang miteinander
und sinkt die Temperatur des Ms-Punkts bei einer bestimmten Kristallkorngröße abrupt.
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5 zeigt
die Änderung
der relativen magnetischen Permeabilität μ des Metallbauteils, bevor es
abgekühlt
wurde und nachdem es abgekühlt
und für
eine Stunde bei –40°C gehalten
wurde.
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Wie
aus 5 hervorgeht, stellten die Erfinder erstmals fest,
dass die relative magnetische Permeabilität μ, selbst wenn das Metallbauteil
bei –40°C gehalten
wird, 1,2 nicht überschreitet,
wenn die Erwärmungsbedingungen
so gewählt
werden, dass sich die Austenitkristallkorngröße bei nicht mehr als 30 μm halten
lässt.
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Die
Erfinder führten
darüber
hinaus Untersuchungen hinsichtlich eines Verfahrens durch, wie sich
die Kristallkorngröße des Austenitteils
(entmagnetisierten Teils) des Metallbauteils auf nicht mehr als
30 μm einstellen
lässt,
und fanden, dass das optimale Verfahren ein Kaltverarbeiten des
Metallbauteils zur Ferromagnetisierung des Bauteils und dann innerhalb
von 10 Sekunden eine Mischkristallbehandlung umfasst. Das heißt, dass
das Erhitzen des Bauteils für
sehr kurze Zeit stattfinden muss. Und zwar kann eine Erhöhung der
Korngröße in dem
Bereich des Bauteils, in dem sich die Martensitstruktur in die Austenitstruktur
umwandelt, dadurch verhindert werden, dass die Mischkristallbehandlung
innerhalb von 10 Sekunden stattfindet. Zu diesem Zweck ist es im
Einzelnen wünschenswert,
dass bei der Mischkristallbehandlung eine Hochfrequenzerhitzung Verwendung
findet.
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5 wird
im Folgenden ausführlicher
erläutert.
Und zwar zeigt 5 einen Zusammenhang zwischen
der Kristallkorngröße in dem
entmagnetisierten Bereich, der unter Hochfrequenzerhitzung durch
lokale Mischkristallbehandlung des ferromagnetisierten Bereichs
erhalten wurde, und Änderungen
der relativen magnetischen Permeabilität μ nach dem Abkühlen und
Halten des entmagnetisierten Bereichs bei –40°C. Wie bereits vorstehend erwähnt wurde,
stellte sich heraus, dass die relative magnetische Permeabilität μ, selbst
wenn der entmagnetisierte Bereichs bei –40°C gehalten wird, 1,2 nicht überschreitet,
wenn die Erhitzungsbedingungen so gewählt werden, dass sich die Kristallkorngröße bei nicht
mehr als 30 μm
halten lässt.
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Die
Erfinder haben wie erwähnt
die auf die gewünschten
magnetischen Verbundbauteile anwendbaren Wunschbedingungen für die Metallbauteile
ermittelt, doch konnten sie bislang kein voll zufriedenstellendes Verfahren
zur Herstellung der gewünschten
magnetischen Verbundbauteile finden. Die Erfinder versuchten beispielsweise
durch herkömmliche
kontinuierliche Pressziehverarbeitung die in 10C gezeigten
becherförmigen
Bauteile 10 herzustellen, doch fanden sie, dass sich die
bei der Erfindung erwünschte
Magnetflussdichte B4000 von nicht mehr als
0,3 T nicht konstant erreichen ließ, wenn lediglich diese kontinuierliche
Pressziehverarbeitung durchgeführt
wurde. Als Folge weiterer Untersuchungen stellten die Erfinder fest,
dass die Ursache für
den Misserfolg, die erwünschte
Magnetflussdichte B4000 zu erzielen, wie
folgt ist.
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Die
Erläuterung
erfolgt unter Bezugnahme auf 6, die einen
Zusammenhang zwischen dem Verarbeitungsgrad bei Verarbeitungsschritten
und einer Verarbeitungstemperatur des unter plastischer Verarbeitung stehenden
Metallbauteils zeigt.
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Sobald
dem Metallbauteil eine Dehnung verliehen wird, erreicht die Verarbeitungstemperatur
des unter plastischer Verarbeitung stehenden Bauteils aufgrund von
Wärmeerzeugung
während
der plastischen Verarbeitung leicht den Md-Punkt, eine Grenztemperatur
für die
Umwandlung der unmagnetische Eigenschaften zeigenden Austenitstruktur
in die ferromagnetische Eigenschaften zeigende Martensitstruktur.
Die Erfinder stellten fest, dass die Weiterverarbeitung über den
dem Md-Punkt entsprechenden Punkt X hinaus eine Überverarbeitung α darstellt,
die zu einer Dehnung führt,
die nicht mehr zur Erzeugung einer Martensitstruktur beiträgt. Daher
kann sich nur bei einer Verarbeitung bis zu dem Punkt X eine wirksame
Dehnung ergeben, auch wenn die Überverarbeitung α eine Möglichkeit
zur Ferromagnetisierung darstellt.
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Die
Erfinder erkannten daher, dass das oben genannte Problem gelöst werden
kann, indem die Dehnung in Teilschritten verliehen wird, wodurch
die Wärmeerzeugung
während
der Verarbeitung auf ein Minimum unterdrückt oder reduziert wird, und
dass eine weitere Ferromagnetisierung dadurch erzielt werden kann,
dass das Bauteil auf nicht mehr als Zimmertemperatur abgekühlt wird,
um die während
der in Teilschritten erfolgenden plastischen Verarbeitung erzeugte
Wärme vor
dem sich anschließenden
Teilverarbeitungsschritt abzuführen,
und dass dann der sich anschließende
plastische Verarbeitungsschritt durchgeführt wird, um dem Bauteil eine
Dehnung zu verleihen.
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Und
zwar kann dadurch, dass die plastische Verarbeitung durchgeführt wird,
indem beispielsweise, wie durch die Zickzacklinie B in 6 gezeigt,
in Teilschritten mit so vielen Stufen wie möglich gezogen und geglättet wird,
um eine metastabile austenitische Edelstahlstruktur zu erhalten,
die Dehnungsbeaufschlagung bei der plastischen Verarbeitung optimiert
und dadurch die Wärmeerzeugung
infolge der plastischen Verarbeitung unterdrückt werden.
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In 6 erfolgt
die durch die Zickzacklinie B angegebene plastische Verarbeitung,
indem der herkömmliche
eine Verarbeitungsschritt in drei Stufen ➀, ➁ und ➂ aufgeteilt
wird.
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Indem
die plastische Verarbeitung auf diese Weise in mehreren Stufen durchgeführt wird,
kann die plastische Verarbeitung mit dem gewünschten Endverarbeitungsgrad
erfolgen, während
die Verarbeitungstemperatur unterhalb des Md-Punkts gehalten wird
und dem Bauteil daher zufriedenstellende ferromagnetische Eigenschaften
verliehen werden können.
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Abgesehen
davon kann die plastische Verarbeitung, mit der die Dehnung verliehen
wird, auch durchgeführt
werden, nachdem das Bauteil vorher abgekühlt wurde. Durch die vorherige
Abkühlung
des Bauteils kann die Verarbeitungstemperatur des Bauteils selbst
bei Erreichen des Endverarbeitungsgrads niedriger als der Md-Punkt
gehalten werden, wie durch die Linie C in 6 gezeigt
ist, und kann das Ferromagnetisierungsniveau des Bauteils, wie beispielsweise
B4000, leicht auf nicht mehr als 0,3 T eingestellt
werden. Und zwar wird das Bauteil auf eine extrem niedrige Temperatur
wie etwa –196°C abgekühlt, um
das Ferromagnetisierungsniveau zu verbessern und die während der
plastischen Verarbeitung erzeugte Wärme abzuführen. Durch diese Abkühlbehandlung
kann das Zielniveau der Ferromagnetisierung, wie etwa der magnetischen
Flussdichte B4000 von nicht mehr als 0,3
T, ohne eine erhöhte
Zahl an Verarbeitungsschritten erreicht werden, d.h. mit einer höheren Verarbeitungseffizienz.
Die Verarbeitungstemperatur des Bauteils sollte bei den einzelnen
Verarbeitungsstufen aus den folgenden Gründen nicht mehr als 100°C betragen.
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7 zeigt
einen Zusammenhang zwischen der Verarbeitungstemperatur des Metallbauteils
und dem Martensitanteil (%).
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Die
Erfinder untersuchten anhand von Zugversuchen den Zusammenhang zwischen
der Dehnung verleihenden Geschwindigkeit und der Erhöhung der
Verarbeitungs temperatur des Bauteils. Dabei führten die Erfinder mit metastabilem
austenitischem Edelstahl einen Zugversuch in einem Thermostattank
bei einer Dehnung verleihenden Geschwindigkeit von 1 mm/min durch,
bei der die Wärmeerzeugung
infolge der plastischen Verarbeitung vernachlässigt werden konnte. Als Folge
dessen stellte sich heraus, dass wie in 7 gezeigt bei
100°C oder
mehr keine Martensitstruktur mehr erzeugt wurde. Und zwar beträgt der Anteil
der erzeugten Martensitstruktur bei 100°C oder mehr 10% oder weniger.
Die gewünschten
magnetischen Eigenschaften konnten daher erreicht werden, indem
bei der plastischen Verarbeitung des Bauteils eine Verarbeitungstemperatur
von nicht mehr als 100°C
verwendet wurde.
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Die
Erfinder führten
weitere Untersuchungen durch und fanden, dass eine Spannungsrisskorrosion verhindert
werden kann, wenn bei dem Metallbauteil nach der Ziehverarbeitung
eine Glättungsarbeit
von 10% oder mehr Anwendung findet.
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8 zeigt
einen Zusammenhang zwischen dem Glättungsarbeitsgrad und Änderungen
der Eigenspannung.
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Es
wird davon ausgegangen, dass die Hauptursache für die Spannungsrisskorrosion
Zugeigenspannungen sind, die durch die Ziehverarbeitung erzeugt
entlang der Umfangsrichtung auftreten (siehe 9), wobei
die Zugeigenspannungen durch die Glättungsarbeit deutlich reduziert
werden können.
Wie in 8 gezeigt ist, gelangen die Eigenspannungen bei
einem Glättungsarbeitsgrad
von 10% in einen Bereich, der zu keinen Eigenspannungen mehr führt, und
können
entgegen den Erwartungen bei einem Glättungsarbeitsgrad von 20% oder
mehr vollständig
in Druckeigenspannungen geändert
werden. Es wurden Proben der geglätteten Bauteile beurteilt,
indem sie in einer 42% Magnesiumchloridlösung eingetaucht wurden. Wie
in Tabelle 1 gezeigt ist, stellte sich bei diesem Versuch heraus,
dass keine Spannungsrisskorrosion bei den Proben auftrat, die einer
Glättungsarbeit
mit einem Glättungsarbeitsgrad
von 10% oder mehr unterzogen wurden. Die Glättungsarbeit ist ebenfalls
ein sehr wirksames Mittel, um zum Erzielen einer Ferromagnetisierung
eine Dehnung zu verleihen, und stellt daher einen der Schritte zur
Ferromagnetisierung dar.
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Zusammengefasst
lässt sich
sagen, dass gemäß einer
ersten Ausgestaltung der Erfindung ein magnetisches Verbundbauteil
vorgesehen ist, das ein Metallbauteil mit nicht mehr als 0,6% C,
12 bis 19% Cr, 6 bis 12% Ni, nicht mehr als 2% Mn, nicht mehr als
2% Mo, nicht mehr als 1% Nb, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen
umfasst, wobei
- das Hirayama-Äquivalent H eq = [Ni%] + 1,05
[Mn%] + 0,65 [Cr%] + 0,35 [Si%] + 12,6 [C%] 20 bis 23% beträgt,
- das Nickeläquivalent
Ni eq = [Ni%] + 30 [C%] + 0,05 [Mn%] 9 bis 12% beträgt und
- das Chromäquivalent
Cr eq = [Cr%] + [Mo%] + 1,5 [Si%] + 0,5 [Nb%] 16 bis 19% beträgt und
- "%" auf das Gewicht
bezogen ist, wobei das Metallbauteil durch Kaltverarbeitung ferromagnetisiert
wird, und ein Teil des ferromagnetisierten Bauteils durch lokale
Mischkristallbehandlung auf Kristallkorngrößen von nicht mehr als 30 μm eingestellt
wird, wodurch dem lokal entmagnetisierten Teil eine relative magnetische
Permeabilität μ von nicht
mehr als 1,2 bei einer Temperatur von nur –40°C verliehen wird.
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Nach
der Ferromagnetisierung durch Kaltverarbeitung oder nach der lokalen
Entmagnetisierung eines Teils des ferromagnetisierten Bauteils durch
lokale Erwärmung
sollte darüber
hinaus vorzugsweise bei einer Temperatur von nicht mehr als 500°C ein Spannungsarmglühen durchgeführt werden.
Durch das Spannungsarmglühen
kann die Ferromagnetisierung weiter intensiviert werden. Das Spannungsarmglühen ist
eine Behandlung zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften,
bei der die dem Bauteil durch Kaltverarbeitung verliehene plastische
Verformung beseitigt wird.
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Gemäß einer
zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
eines magnetischen Verbundbauteils vorgesehen, mit den Schritten
Ferromagnetisieren eines Metallbauteils mit nicht mehr als 0,6%
C, 12 bis 19% Cr, 6 bis 12% Ni, nicht mehr als 2% Mn, nicht mehr
als 2% Mo, nicht mehr als 1% Nb, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen,
wobei
- das Hirayama-Äquivalent
H eq = [Ni%] + 1,05 [Mn%] + 0,65 [Cr%] + 0,35 [Si%] + 12,6 [C%]
20 bis 23% beträgt,
- das Nickeläquivalent
Ni eq = [Ni%] + 30 [C%] + 0,05 [Mn%] 9 bis 12% beträgt,
- das Chromäquivalent
Cr eq = [Cr%] + [Mo%] + 1,5 [Si%] + 0,5 [Nb%] 16 bis 19% beträgt und
- "%" auf das Gewicht
bezogen ist, durch Kaltverarbeiten und dann Vornehmen einer lokalen
Mischkristallbehandlung bei einem Teil des ferromagnetisierten Bauteils
innerhalb von nicht mehr als 10 Sekunden, ohne den Teil aufzuschmelzen,
wodurch die Kristallkorngrößen des
Teils auf nicht mehr als 30 μm
eingestellt werden und dem auf diese Weise entmagnetisierten Teil
eine relative magnetische Permeabilität μ von nicht mehr als 1,2 bei
einer Temperatur von nur –40°C verliehen
wird. Die Mischkristallbehandlung sollte vorzugsweise innerhalb von
2 Sekunden erfolgen.
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Gemäß einer
dritten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
eines magnetischen Verbundbauteils vorgesehen, mit den Schritten
Vornehmen eines Ziehschritts und eines Glättungsschritts bei einem Metallbauteil
mit nicht mehr als 0,6% C, 12 bis 19% Cr, 6 bis 12% Ni, nicht mehr
als 2% Mn, nicht mehr als 2% Mo, nicht mehr als 1% Nb, Rest Fe und
unvermeidbare Verunreinigungen, wobei
- das Hirayama-Äquivalent
H eq = [Ni%] + 1,05 [Mn%] + 0,65 [Cr%] + 0,35 [Si%] + 12,6 [C%]
20 bis 23% beträgt,
- das Nickeläquivalent
Ni eq = [Ni%] + 30 [C%] + 0,05 [Mn%] 9 bis 12% beträgt,
- das Chromäquivalent
Cr eq = [Cr%] + [Mo%] + 1,5 [Si%] + 0,5 [Nb%] 16 bis 19% beträgt und
- "%" auf das Gewicht
bezogen ist, wodurch das Bauteil ferromagnetisiert wird, und dann
Entmagnetisieren eines Teils des ferromagnetisierten Bauteils, wodurch
dem entmagnetisierten Teil eine relative magnetische Permeabilität μ von nicht
mehr als 1,2 bei einer Temperatur von nur –40°C verliehen wird.
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Gemäß einer
vierten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
des magnetischen Verbundbauteils vorgesehen, mit den Schritten Vornehmen
eines Dehnung verleihenden Verarbeitungsschritts in mehreren Stufen
bei einem Metallbauteil mit nicht mehr als 0,6% C, 12 bis 19% Cr,
6 bis 12% Ni, nicht mehr als 2% Mn, nicht mehr als 2% Mo, nicht
mehr als 1% Nb, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen, wobei
- das Hirayama-Äquivalent
H eq = [Ni%] + 1,05 [Mn%] + 0,65 [Cr%] + 0,35 [Si%] + 12,6 [C%]
20 bis 23% beträgt,
- das Nickeläquivalent
Ni eq = [Ni%] + 30 [C%] + 0,05 [Mn%] 9 bis 12% beträgt,
- das Chromäquivalent
Cr eq = [Cr%] + [Mo%] + 1,5 [Si%] + 0,5 [Nb%] 16 bis 19% beträgt und
- "%" auf das Gewicht
bezogen ist, während
die Verarbeitungstemperatur der einzelnen Verarbeitungsstufen auf nicht
mehr als 100°C
gesteuert wird, wodurch das Bauteil zu einem ferromagnetisierten
Bauteil mit einer magnetischen Flussdichte B4000 von
nicht weniger als 0,3 T umgewandelt wird, und dann Vornehmen einer
lokalen Mischkristallbehandlung bei einem Teil des ferromagnetisierten
Bauteils innerhalb von 10 Sekunden, wodurch die Kristallkorngrößen des
der Mischkristallbehandlung unterzogenen Teils auf nicht mehr als
30 μm eingestellt werden.
-
Gemäß einer
fünften
Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines
magnetischen Verbundbauteils vorgesehen, mit den Schritten Abkühlen eines
Bauteils mit nicht mehr als 0,6% C, 12 bis 19% Cr, 6 bis 12% Ni,
nicht mehr als 2% Mn, nicht mehr als 2% Mo, nicht mehr als 1% Nb,
Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen, wobei
- das Hirayama-Äquivalent
H eq = [Ni%] + 1,05 [Mn%] + 0,65 [Cr%] + 0,35 [Si% + 12,6 [C%] 20
bis 23% beträgt,
- das Nickeläquivalent
Ni eq = [Ni%] + 30 [C%] + 0,05 [Mn%] 9 bis 12% beträgt,
- das Chromäquivalent
Cr eq = [Cr%] + [Mo%] + 1,5 [Si%] + 0,5 [Nb%] 16 bis 19% beträgt und
- "%" auf das Gewicht
bezogen ist, auf eine Temperatur von nicht mehr als Zimmertemperatur,
dann Vornehmen eines Dehnung verleihenden Verarbeitungsschritts
bei dem Bauteil, während
die Verarbeitungstemperatur auf nicht mehr als 100°C gesteuert
wird, wodurch das Bauteil zu einem ferromagnetisierten Bauteil mit
einer magnetischen Flussdichte B4000 von
nicht weniger als 0,3 T umgewandelt wird, und Vornehmen einer lokalen Mischkristallbehandlung
bei einem Teil des ferromagnetisierten Bauteils innerhalb von 10
Sekunden, wodurch die Kristallkorngrößen des der Mischkristallbehandlung
unterzogenen Teils auf nicht mehr als 30 μm eingestellt werden.
-
Gemäß einer
sechsten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
eines magnetischen Verbund bauteils vorgesehen, mit den Schritten
Vornehmen eines Dehnung verleihenden Verarbeitungsschrittes in mehreren
Stufen bei einem Metallbauteil mit nicht mehr als 0,6% C, 12 bis
19% Cr, 6 bis 12% Ni, nicht mehr als 2% Mn, nicht mehr als 2% Mo,
nicht mehr als 1% Nb, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen,
wobei
-
- das Hirayama-Äquivalent
H eq = [Ni%] + 1,05 [Mn%] + 0,65 [Cr%] + 0,35 [Si%] + 12,6 [C%]
20 bis 23% beträgt,
- das Nickeläquivalent
Ni eq = [Ni%] + 30 [C%] + 0,05 [Mn%] 9 bis 12% beträgt,
- das Chromäquivalent
Cr eq = [Cr%] + [Mo%] + 1,5 [Si%] + 0,5 [Nb%] 16 bis 19% beträgt und
- "%" auf das Gewicht
bezogen ist, während
die Verarbeitungstemperatur der einzelnen Verarbeitungsstufen auf nicht
mehr als 100°C
gesteuert wird, dann Vornehmen einer Glättungsarbeit bei dem Bauteil
mit einem Glättungsgrad
von nicht weniger als 10%, wodurch das Bauteil in ein ferromagnetisiertes
Bauteil mit einer magnetischen Flussdichte B4000 von
nicht weniger als 0,3 T umgewandelt wird, und dann Vornehmen einer
lokalen Mischkristallbehandlung bei einem Teil des ferromagnetisierten
Bauteils innerhalb von 10 Sekunden, wodurch die Kristallkorngrößen bei
dem lokal der Mischkristallbehandlung unterzogenen Teil auf nicht
mehr als 30 μm eingestellt
werden.
-
Gemäß einer
siebten Ausgestaltung der Erfindung ist ein elektromagnetisches
Ventil vorgesehen, mit einem beweglichen Eisenkern, der gleitfähig in einem
durch Anregung einer Spule gebildeten Magnetkreis vorgesehen ist
und der dazu dient, durch eine durch die Anregung der Spule hervorgerufene
Gleitbewegung einen Fluiddurchlass zu öffnen oder zu schließen, und
einem Trägerbauteil
mit einem Loch, durch das der bewegliche Eisenkern gleitfähig eingeführt ist,
wobei sich zumindest ein Teil des Trägerbauteils in dem Magnetkreis befindet
und das Trägerbauteil
aus einem Metallbauteil hergestellt ist, das kontinuierlich und
einstückig
ausgebildet mindestens einen ferromagnetischen Teil und mindestens
einen unmagnetischen Teil umfasst, wobei der unmagnetische Teil
eine Spanne bzw. Breite von nicht weniger als 1 mm hat.
-
Gemäß einer
achten Ausgestaltung der Erfindung ist ein elektromagnetisches Ventil
vorgesehen, mit einem beweglichen Eisenkern, der gleitfähig in einem
durch Anregung einer Spule gebildeten Magnetkreis vorgesehen ist
und der dazu dient, durch eine durch die Anregung der Spule hervorgerufene
Gleitbewegung einen Fluiddurchlass zu öffnen oder zu schließen, und
einem Trägerbauteil
mit einem Loch, durch das der bewegliche Eisenkern gleitfähig eingeführt ist,
wobei sich zumindest ein Teil des Trägerbauteils in dem Magnetkreis befindet
und das Trägerbauteil
aus einem Metallbauteil hergestellt ist, das kontinuierlich und
einstückig
ausgebildet mindestens einen ferromagnetischen Teil und mindestens
einen unmagnetischen Teil umfasst, wobei der unmagnetische Teil
zumindest das untere Ende des beweglichen Eisenkerns umgibt.
-
Bei
der ersten bis dritten Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aufgrund
der in den 1 bis 5 gezeigten
neuen Tatsachen ein bemerkenswertes magnetisches Verbundbauteil,
dessen unmagnetischer Teil sich niemals in einen ferromagnetischen
Teil umwandelt, selbst wenn er harten Temperaturbedingungen ausgesetzt
wird.
-
Bei
der ersten bis sechsten Ausgestaltung der Erfindung kann aufgrund
der in den 1 bis 8 gezeigten
neuen Tatsachen verhältnismäßig leicht
ein magnetisches Verbundbauteil mit mindestens einem ferromagnetischen
Teil und mindestens einem unmagnetischen Teil hergestellt werden,
die kontinuierlich und einstückig
ausgebildet sind.
-
Bei
der siebten Ausgestaltung der Erfindung wird in einem elektromagnetischen
Ventil ein Trägerbauteil
mit mindestens einem ferromagnetischen Teil und mindestens einem
unmagnetischen Teil verwendet, die kontinuierlich und einstückig ausgebildet
sind, und kann unter Verwendung des eine Breite von nicht weniger als
1 mm aufweisenden unmagnetischen Teils ein beweglicher Eisenkern
stabil angetrieben werden.
-
Bei
der achten Ausgestaltung der Erfindung ist das Trägerbauteil
vorgesehen, dessen unmagnetischer Teil dazu gebracht wurde, das
untere Ende des beweglichen Eisenkerns zu umgeben, weswegen der
bewegliche Eisenkern stabiler angetrieben werden kann.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt
den Kennlinienverlauf eines Zusammenhangs zwischen dem Hirayama-Äquivalent
H eq und der relativen magnetischen Permeabiliät μ.
-
2 zeigt
den Kennlinienverlauf eines Zusammenhangs zwischen dem Streckungsverhältnis und der
magnetischen Flussdichte μ.
-
3 zeigt
einen Kennlinienverlauf eines Zusammenhangs zwischen dem Hirayama-Äquivalent
H eq und der relativen magnetischen Permeabilität μ bezüglich der Temperatur als Parameter.
-
4 zeigt
im Konzept einen Zusammenhang zwischen der Kristallkorngröße und den
Temperaturen, bei denen die Umwandlung zu einer Martensitstruktur
stattfindet.
-
5 zeigt Änderungen
der relativen magnetischen Permeabilität eines Metallbauteils, bevor
es abgekühlt
wurde und nachdem es abgekühlt
und für
eine Stunde bei –40°C erhalten
wurde.
-
6 zeigt
einen Kennlinienverlauf eines Zusammenhangs zwischen dem Verarbeitungsgrad
in einem Verarbeitungsschritt und einer Verarbeitungstemperatur
eines Metallbauteils unter plastischer Verarbeitung.
-
7 zeigt
einen Zusammenhang zwischen der Verarbeitungstemperatur eines Metallbauteils
und dem Martensitanteil (%).
-
8 zeigt
einen Kennlinienverlauf eines Zusammenhangs zwischen dem Glättungsarbeitsgrad
und Änderungen
der Eigenspannung.
-
9 zeigt
in einer Ansicht die Umfangsrichtung, entlang der Zugeigenspannungen
auftreten.
-
10A bis 10F zeigen
Schritte zur Herstellung des besprochenen magnetischen Verbundbauteils.
-
11A und 11B zeigen
Schritte zur Herstellung des besprochenen magnetischen Verbundbauteils.
-
12 zeigt
eine Zusammenhang zwischen der Spannungsarmglühbedingung und der magnetischen Flussdichte.
-
13A bis 13F zeigen
Schritte zur Herstellung des besprochenen magnetischen Verbundbauteils.
-
14A und 14B zeigen
Schritte zur Herstellung des besprochenen magnetischen Verbundbauteils.
-
15 zeigt
eine vertikale Querschnittansicht eines elektromagnetischen Ventils,
bei dem das besprochene magnetische Verbundbauteil verwendet wird.
-
16 zeigt
einen Zusammenhang zwischen der Breite eines unmagnetischen Teils
und einer Magnetkraft in einem elektromagnetischen Ventil.
-
17 zeigt
einen Zusammenhang zwischen der Breite eines unmagnetischen Teils
und der eines ferromagnetisierten Teils in einem elektromagnetischen
Ventil.
-
18 zeigt
eine vertikale Querschnittansicht eines elektromagnetischen Ventils,
bei dem das besprochene magnetische Verbundbauteil verwendet wird.
-
AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
-
Beispiele 1 bis 4
-
In
einem Vakuuminduktionsofen wurden Legierungen der in der folgenden
Tabelle 2 als Beispiele 1 bis 4 bezeichneten Zusammensetzungen geschmolzen
und durch Gießen
und Walzen jeweils zu 1,0 mm dicken Scheibenplatten 1 geformt,
wobei die Scheibenplatten 1 in einem Heizofen bei 1000°C weichgeglüht wurden.
-
-
Die
auf diese Weise angefertigten Scheibenplatten 1 aus den
Legierungen der Beispiele 1 bis 4 wurden bei Zimmertemperatur stufenweise über die
in 10B gezeigte Form einer Zieharbeit unterzogen,
während
eine Zunahme der Verarbeitungstemperatur verhindert wurde, sodass
die in 10C gezeigten Becherformen 10 mit
guter ferromagnetischer Eigenschaft erhalten wurden. Durch weitere
Glättungsarbeit über die
in den 10D und 10E gezeigten
Formen, um einen Glättungsgrad
(t–t'/t × 100) von
30% oder mehr zu erreichen, wobei t die Dicke einer Scheibenplatte
vor dem Glätten
und t' die Dicke
danach ist, wurden die in 10F gezeigten
Zylinder 20 mit durchweg ferromagnetischer Eigenschaft
erhalten.
-
Der
Ferromagnetisierungsgrad durch Martensitisierung der Austenitstruktur
hängt nicht
nur stark von dem Verarbeitungsgrad, sondern auch von der Verarbeitungstemperatur
ab, wobei eine weitere Ferromagnetisierung durch Steuerung der Verarbeitungstemperatur
erreicht werden kann.
-
Bei
der Erfindung kam zur lokalen Mischkristallbehandlung der folgende
Vorgang zum Einsatz. Und zwar wurde eine Hochfrequenzspule
22 wie
in
11A gezeigt um den Mittelteil des ferromagnetisierten
Zylinders
20 gesetzt und ein Teil des Zylinders
20 lokal
erwärmt
und durch eine Kühlflüssigkeit
bei einer Temperatur von etwa 20°C
gekühlt,
wodurch der Teil entmagnetisiert wurde. Die folgenden Hochfrequenzheizbedingungen
kamen zum Einsatz.
Frequenz: | 100
kHz |
Plattenspannung: | 6
kV |
Plattenstrom: | 2,1
A |
Erhitzungszeit: | 0,8
s |
-
Die
Hochfrequenzerwärmung
wurde als Erwärmungsmittel
zur Entmagnetisierung eines Teils des Zylinders 20 aus folgenden
Gründen
eingesetzt:
-
Bislang
wurde ein Teil eines Martensitbereichs (ferromagnetisierten Bereichs)
einer lokalen Mischkristallbehandlung unterzogen, um ihn in einen
Austenitbereich (entmagnetisierten Bereich) umzuwandeln. Für die lokale
Mischkristallbehandlung des ferromagnetisierten Bereichs wurde ein
Hochenergiestrahl wie etwa ein Laser, ein Elektronenstrahl usw.
verwendet. Um den entmagnetisierten Bereich in einer ausreichenden
Tiefe auszubilden, wurden die aufgrund der Kaltverarbeitung verformten
Kristallkörner
einmal aufgeschmolzen, indem die Oberfläche des ferromagnetisierten
Bereichs mit einem Hochenergiestrahl beaufschlagt und sofort unter
Ausbildung einer Erstarrungsstruktur gekühlt wurde, wodurch der ferromagnetisierte
Bereich entmagnetisiert wurde. Wegen der Erzeugung von der Erstarrungsstruktur
eigenem δ-Ferrit und wegen
vergrößerten Kristallkörnern in
dem durch die Wärme
beeinflussten Bereich nahe dem durch den Hochenergiestrahl aufgeschmolzenen
Teil usw. konnte dem entmagnetisierten Bereich jedoch nicht die
gewünschte
relative magnetische Permeabilität μ von nicht
mehr als 1,2 verliehen werden. Daher kommt bei der Erfindung eine
Hochfrequenzerwärmung
zum Einsatz.
-
Da
bei der Hochfrequenzerwärmung
als Wärmequelle
ein durch einen Hochfrequenzstrom in dem Bauteil lokal erzeugter
Wirbelstrom verwendet wird, kann nicht nur die Mischkristallbehandlung
sehr einfach innerhalb kurzer Zeit und ohne lokales Aufschmelzen
durchgeführt
werden, indem die Spulenform, die Frequenz, die Stromspannung, usw.
gesteuert werden, sondern kann wegen der kurzen Erwärmungszeit
von etwa einigen wenigen Sekunden auch eine Vergrößerung der
Kristallkörner
verhindert werden.
-
Der
Zylinder 20 wurde durch das oben erwähnte lokale Hochfrequenzerwärmen und
das Kühlen,
wie in dem Beispiel von 11B gezeigt
ist, in drei Bereiche A, B und C unterteilt, wobei die Bereiche
A und C ferromagnetische Eigenschaften aufwiesen, während der
Bereich B dazwischen unmagnetische Eigenschaften aufwies.
-
Aus
den ferromagnetisierten Bereichen A und C wie auch aus dem entmagnetisierten
Bereich B der auf diese Weise erhaltenen Zylinder der Beispiele
1 bis 4 wurden Probestücke
zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften angefertigt und einer
Bestimmung der magnetischen Eigenschaften durch ein Gleichstrom-Magnetflussmessgerät oder durch
ein Permeameter unterzogen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle
gezeigt, wobei sich herausstellte, dass sich auf diese Weise magnetische
Verbundbauteile erzielen ließen,
die die erwünschten
magnetischen Eigenschaften und Kristallkorngrößen von nicht mehr als 30 μm aufwiesen,
die die Bedingung dafür
sind, bei einer extrem niedrigen Temperatur die unmagnetische Eigenschaft aufrechtzuerhalten.
-
-
Beispiel 5
-
In
Beispiel 5 wurde bei dem Zylinder 20 gemäß Beispiel
2 nach der vorstehend erwähnten
Kaltverarbeitung zusätzlich bei
500°C oder
Temperaturen unterhalb von 500°C
ein Spannungsarmglühen
durchgeführt, um
eine weitere Ferromagnetisierung zu erzielen.
-
12 zeigt Änderungen
der magnetischen Eigenschaften des Zylinders gemäß Beispiel 2, wenn der Zylinder
bei 500°C
oder Temperaturen unterhalb von 500°C einem Spannungsarmglühen unterzogen
wird.
-
Wie
in 12 zu erkennen ist, können die magnetischen Eigenschaften
mit zunehmender Glühtemperatur
verstärkt
werden, wobei die maximalen magnetischen Eigenschaften unter Luftkühlung bei
450°C erzielt
werden können.
-
Die
vorstehenden Beispiele 1 bis 4 betreffen das Beispiel becherförmiger Bauteile,
jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Und zwar kann aus der
besprochenen Metallbauteilzusammensetzung für das besprochene magnetische
Verbundbauteil ein rohrförmiges
Bauteil hergestellt und durch Kaltverarbeitung wie etwa Ziehen usw.
ferromagnetisiert werden, wobei das sich ergebende ferromagnetisierte
Bauteil lokal durch Hochfrequenzerwärmen entmagnetisiert werden
kann, oder aus der besprochenen Metallbauteilzusammensetzung für das besprochene
magnetische Verbundbauteil kann ein plattenförmiges Bauteil hergestellt
und durch Kaltverarbeitung wie etwa Walzen usw. ferromagnetisiert
werden, wobei das sich ergebende ferromagnetisierte Bauteil durch
Hochfrequenzerwärmen
lokal entmagnetisiert werden kann.
-
Bei
den vorstehenden Beispielen 1 bis 4 wurde zur lokalen Mischkristallbehandlung
Hochfrequenzerwärmen
eingesetzt, doch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Und
zwar kann bei der Erfindung ein beliebiger Vorgang zum Erwärmen eines
beliebigen Teils des ferromagnetisierten Elements eingesetzt werden,
um es innerhalb kurzer Zeit ohne Aufschmelzen zu entmagnetisieren.
-
In
Beispiel 5 konnten die maximalen magnetischen Eigenschaften bei
einer Glühtemperatur
von 450°C erzielt
werden, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Und
zwar ändert
sich die zur Erzielung optimaler magnetischer Eigenschaften erforderliche
Glühtemperatur
in einem Temperaturbereich von nicht mehr als 500°C, wenn die
Metallbauteilzusammensetzung und Kaltverarbeitungsbedingungen geändert werden.
-
Beispiele 6 bis 13
-
In
einem Vakuuminduktionsofen wurden Legierungen der in der folgenden
Tabelle 4 als Beispiele 6 bis 13 bezeichneten Zusammensetzungen
geschmolzen und durch Gießen
und Walzen jeweils zu 1,2 mm dicken Scheibenplatten 1 geformt,
wobei die Scheibenplatten 1 durch Erwärmen bei 950°C weichgeglüht wurden.
-
-
Die
auf diese Weise angefertigten Scheibenplatten 1 aus den
Legierungen der Beispiele 6 bis 9 wurden bei Zimmertemperatur stufenweise über die
in 13B gezeigte Form einer Zieharbeit unterzogen,
um Becherformen 15 zu erreichen, wie sie in 13C gezeigt sind. Das stufenweise Ziehen der Scheibenplatten 1 erfolgte
in sieben Stufen, um einen Anstieg der Verarbeitungstemperatur zu
verhindern und gute ferromagnetische Eigenschaften zu erzielen,
während
die Verarbeitungstemperatur der Scheibenplatten 1 unter
100°C gehalten
wurde, wodurch sich die Becherformen 15 ergaben. Durch
weitere Glättungsarbeitsschritte über die in
den 13D und 13E gezeigten
Formen, um einen Glättungsgrad
(t–t'/t × 100) von
10% oder mehr zu erreichen, wobei t die Dicke einer Scheibenplatte
vor dem Glätten
und t' die Dicke
danach ist, wurden die in 13F gezeigten
gewünschten
Zylinder 25 mit durchweg ferromagnetischer Eigenschaft
erhalten.
-
Der
Ferromagnetisierungsgrad durch die Martensitisierung der Austenitstruktur
hängt nicht
nur stark von dem Verarbeitungsgrad, sondern auch von der Verarbeitungstemperatur
ab, wobei eine weitere Ferromagnetisierung durch Steuerung der Verarbeitungstemperatur
erzielt werden kann.
-
Wenn
die Bauteile mit den in Tabelle 4 gezeigten Zusammensetzungen lediglich
durch Ziehen in die Becherformen verarbeitet werden, besteht aufgrund
von Eigenspannungen die Gefahr von Spannungsrisskorrosion oder Alterungsrissen.
Bei diesen Beispielen 6 bis 13 können
jedoch die Eigenspannungen durch weitere Glättungsarbeit vermindert und
die verminderten Eigenspannungen von Druckspannung in Zugspannung
umgewandelt werden. Daher kann auf diese Weise eine Spannungsrisskorrosion
usw. als Folge von Eigenspannungen usw. verhindert werden.
-
Bei
der Erfindung kam zur lokalen Mischkristallbehandlung der folgende
Vorgang zum Einsatz. Und zwar wurde eine Hochfrequenzspule
27 wie
in
14A gezeigt um den Mittelteil des ferromagnetisierten
Zylinders
25 gesetzt und ein Teil des Zylinders
25 lokal
erwärmt
und durch eine Kühlflüssigkeit
bei einer Temperatur von etwa 20°C
gekühlt,
wodurch der Teil entmagnetisiert wurde. Die folgenden Hochfrequenzheizbedingungen
kamen zum Einsatz.
Frequenz: | 100
kHz |
Plattenspannung: | 6
kV |
Plattenstrom: | 2,1
A |
Erhitzungszeit: | 0,8
s |
-
Da
bei der Hochfrequenzerwärmung
als Wärmequelle
ein durch einen Hochfrequenzstrom in dem Bauteil lokal erzeugter
Wirbelstrom verwendet wird, kann nicht nur die Mischkristallbehandlung
sehr einfach innerhalb kurzer Zeit und ohne lokales Aufschmelzen
durchgeführt
werden, indem die Spulenform, die Frequenz, die Stromspannung, usw.
gesteuert werden, sondern kann wegen der kurzen Erwärmungszeit
von etwa einigen wenigen Sekunden auch eine Vergrößerung der
Kristallkörner
verhindert werden.
-
Der
Zylinder 25 wurde durch das oben erwähnte lokale Hochfrequenzerwärmen und
das Kühlen,
wie in dem Beispiel von 14B gezeigt
ist, in drei Bereiche A, B und C unterteilt, wobei die Bereiche
A und C ferromagnetische Eigenschaften aufwiesen, während der
Bereich B dazwischen unmagnetische Eigenschaften aufwies.
-
Aus
den ferromagnetisierten Bereichen A und C wie auch aus dem entmagnetisierten
Bereich B der auf diese Weise erhaltenen Zylinder der Beispiele
6 bis 13 wurden Probestücke
zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften angefertigt und einer
Bestimmung der magnetischen Eigenschaften durch ein Gleichstrom-Magnetflussmessgerät oder durch
ein Permeameter unterzogen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle
5 gezeigt, wobei sich herausstellte, dass sich auf diese Weise magnetische
Verbundbauteile erzielen ließen,
die die erwünschten
magnetischen Eigenschaften und Kristallkorngrößen von nicht mehr als 30 μm aufwiesen,
die die Bedingung dafür
sind, bei einer extrem niedrigen Temperatur die unmagnetische Eigenschaft aufrechtzuerhalten.
-
-
Bei
den vorstehenden Beispielen 6 bis 13 kam zur lokalen Mischkristallbehandlung
eine Hochfrequenzerwärmung
zum Einsatz, jedoch ist die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt. Und
zwar kam bei der Erfindung jeder Vorgang zum Erwärmen lediglich eines Teils
des ferromagnetisierten Bauteils eingesetzt werden, um ihn innerhalb
einer kurzen Zeit ohne Aufschmelzen zu entmagnetisieren.
-
Beispiele 14 und 15
-
Bei
diesen Beispielen 14 und 15 erfolgte eine Kühlung, bevor der Legierung
eine Dehnung verliehen wurde. Die bei diesen Beispielen 14 und 15
verwendete Legierung entsprach der Legierung mit der Zusammensetzung
des Beispiels 6.
-
Und
zwar wurde die Legierung mit der gleichen Zusammensetzung wie in
Beispiel 6 in einem Vakuuminduktionsofen geschmolzen und durch Gießen und
Walzen zu 1,2 mm dicken Scheibenplatten 1 geformt, wie
sie in 13A gezeigt sind, und die Scheibenplatten 1 durch
Erwärmen
auf 950°C
weichgeglüht.
-
Die
auf diese Weise hergestellten Scheibenplatten wurden in Beispiel
14 auf 77°C
abgekühlt,
indem die Scheibenplatten in durch Hinzugabe von Trockeneis auf –77°C abgekühltes flüssiges Methanol
getaucht wurden, während
die anderen Scheibenplatten in Beispiel 15 auf –196°C abgekühlt wurden, indem die Scheibenplatten
in Flüssigstickstoff
getaucht wurden.
-
Die
auf diese Weise vorbereiteten Scheibenplatten wurden dann bei Zimmertemperatur
stufenweise über
die in
-
13B gezeigte Form einer Zieharbeit unterzogen,
um die in 13C gezeigten Becherformen 15 zu
erhalten. Und zwar erfolgte das stufenweise Ziehen in drei Stufen,
um einen Anstieg der Verarbeitungstemperatur zu verhindern, während die
Verarbeitungstemperatur der Scheibenplatte 1 unterhalb
von 100°C
gehalten wurde, wodurch die Becherformen 15 erhalten wurden.
Durch weitere Glättungsarbeit über die
in den 13D und 13E gezeigten
Formen, um einen Glättungsgrad
(t–t'/t × 100) von
30% oder mehr zu erreichen, wobei t die Dicke einer Scheibenplatte
vor dem Glätten
und t' die Dicke
danach ist, wurden die in 13F gezeigten
gewünschten
Zylinder 25 mit durchweg ferromagnetischer Eigenschaft
erhalten.
-
-
Wie
aus Tabelle 6 hervorgeht, können
magnetische Verbundbauteile mit ferromagnetischer Eigenschaft erzielt
werden, indem die Legierung vor dem Ziehen abgekühlt wird. Indem sie vor der
die Dehnung verleihenden Verarbeitung abgekühlt werden, lassen sich magnetische
Verbundbauteile mit mindestens einem ausreichend ferromagnetisierten
Teil und mindestens einem ausreichend entmagnetisierten Teil, die
kontinuierlich und einstückig
ausgebildet sind, mit weniger Verarbeitungsschritten erzielen.
-
Beispiel 16
-
Bei
diesem Beispiel 16 wird die Anwendung der in den vorstehenden Beispielen
1 bis 4 erhaltenen magnetischen Verbundbauteile auf ein in Kraftfahrzeugen
usw. einzusetzendes elektromagnetisches Ventil beschrieben.
-
15 zeigt
eine vertikale Querschnittansicht eines elektromagnetischen Ventils
zum Schließen
einer Ölhydraulikleitung,
bei dem das besprochene magnetische Verbundbauteil verwendet wird.
Das elektromagnetische Ventil 30 ist mit einer zu einer
Spule 31 koaxialen becherförmigen Hülse 32 mit einem ferromagnetisierten
Teil 32a und einem entmagnetisierten Teil 32b versehen,
die durch Kaltverarbeitung und Hochfrequenzerwärmung einer Legierung nach
Beispiel 1 kontinuierlich und einstückig als Trägerbauteil ausgebildet wurde. Die
Hülse ist
durch ein Verbindungsverfahren, wie etwa Schweißen usw., mit einem Stator 33 als
einem ferromagnetischen Kern dicht verbunden, um ein Lecken von Ölhydraulikfluid
zu verhindern.
-
In
die Hülse 32 ist
ein Ventilkolben 34 als ein gleitfähiger beweglicher Eisenkern
eingefügt,
wobei der Ventilkolben 34 an einem oberen Ende einer Welle 35 dicht
angebracht ist, während
an dem unteren Ende der Welle 35 eine Kugel 36 angebracht
ist. In dem Stator 33 ist in axialer Richtung ein Einfügeloch 37 ausgebildet, sodass
die Welle 35 sich gleitend durch das Einfügeloch 37 bewegen
kann.
-
An
dem Befestigungsende der Kugel 36, d.h. dem unteren Ende
der Welle 35, befinden sich in der radialen Richtung Ausströmöffnungen 50 und
ist in das Einfügeloch 37 ein
Sitzventil 38 eingefügt. Über das Sitzventil 38 wird
ein Loch 54 bereitgestellt, das eine Einströmöffnung 52 mit
den Ausströmöffnungen 50 verbindet.
Im oberen Ende des Ventils 38 ist ein Ventilsitz 56 ausgebildet.
Zwischen dem Sitzventil 38 und der Welle 35 befindet
sich gegenüber
dem Ventilsitz 56 eine Feder 39, um auf die Welle 35 in
die Richtung, in der sich die Kugel 36 von dem Ventilsitz 56 entfernt,
eine Expansionskraft aufzubringen. Mit dem Stator 33 und
der Hülse 32 befindet
sich ein ferromagnetisches Joch 40 in Kontakt, sodass es
den Außenrand
der Spule 31 bedeckt.
-
Nachstehend
wird die Arbeitsweise des in 15 gezeigten
elektromagnetischen Ventils 30 beschrieben.
-
Durch
die von der Feder 39 ausgeübte Expansionskraft werden
die Welle 35 und der Ventilkolben 34 normalerweise
gegen das obere Ende der Hülse 32 gedrückt, wobei
sich die Kugel 36 dadurch von dem Ventilsitz 56 entfernt.
Daher ist die Einströmöffnung 52 über das
Verbindungsloch 54 mit den Ausströmöffnungen 50 verbunden,
sodass das Ventil geöffnet
ist, wobei das Ölhydraulikfluid
von der Einströmöffnung 52 zu
den Ausströmöffnungen 50 durchströmen kann.
-
Wenn
es dagegen notwendig ist, das Ventil zu schließen, lässt man es zu einer Anregung
der Spule 31 kommen, indem ein elektrischer Strom durch
die Spule 31 geschickt und in Richtung Joch 40 → ferromagnetisierter
Teil 32a der Hülse 32 → Ventilkolben 34 → Stator 33 ein
Magnetkreis erzeugt wird, wie durch den Anregungspfad L als dem
Magnetkreis gezeigt ist, wodurch der Ventilkolben 34 nach
unten in die Axialrichtung angezogen wird, um die Welle 35 zu
schieben und durch das Einfügeloch 37 gleiten
zu lassen. Dann wird die Kugel 36 auf den Ventilsitz 56 gesetzt,
um die Verbindung der Einströmöffnung 52 mit
den Ausflussöffnungen 50 zu
unterbrechen und das Ventil zu schließen. Wenn das Ventil zu öffnen ist,
wird der elektrische Strom zu der Spule 31 unterbrochen,
wodurch der Magnetkreis abklingt. Durch die von der Feder 39 aufgebrachte
Expansionskraft gleitet die Welle 35 nach oben und bewegt
sich das obere Ende des Ventilkolbens 34 nach oben, sodass
er die Innenseite des oberen Endes der Hülse 32 berührt. Die
Kugel 36 entfernt sich daher von dem Ventilsitz 56.
Die Einströmöffnung 52 wird
daher erneut über
das Verbindungsloch 54 mit den Ausströmöffnungen 50 verbunden,
um das Ventil zu öffnen.
-
Es
folgt eine ausführliche
Beschreibung der Hülse 32.
-
Die
Hülse 32 wird
wie in den Beispielen 1 bis 4 durch Zieh- und Glättungsarbeit durchgängig ferromagnetisiert
und dann in einem gewünschten
Bereich durch Hochfrequenzerwärmen
lokal entmagnetisiert. Die Position und die Spanne oder Breite des
entmagnetisierten Bereichs haben einen großen Einfluss auf die auf den
Ventilkolben 34 wirkende Magnetkraft. Und zwar ist das
elektromagnetische Ventil bei diesem Beispiel so ausgebildet, dass
zwischen dem Ventilkolben 34 und dem Stator 33 innerhalb
der Axiallänge
der Spule 31 für einen
Zwischenraum 60 gesorgt ist. Durch den Zwischenraum 60 innerhalb
der Axiallänge
der Spule 31 kann eine Abnahme der Magnetkraft aufgrund
eines Lecks des magnetischen Flusses verhindert werden, wenn der elektrische
Strom auf die Spule 31 aufgebracht wird.
-
Die
Spanne oder Breite des in der Hülse 32 ausgebildeten
entmagnetisierten Teils 32b trägt ebenfalls dazu bei, eine
Abnahme der Magnetkraft zu verhindern.
-
16 zeigt
einen Zusammenhang zwischen der Spanne oder Breite des entmagnetisierten
Teils 32b und der Magnetkraft.
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Wie
aus 16 hervorgeht, nimmt die Magnetkraft plötzlich ab,
wenn die Spanne oder Breite des entmagnetisierten Teils 32b weniger
als 1 mm beträgt,
weswegen die Untergrenze für
die Breite 1 mm sein muss. Abgesehen davon ergibt sich, wie in 17 gezeigt
ist, dann eine ausreichende Magnetkraft, wenn die Obergrenze der
Breite des entmagnetisierten Teils 32b auf ein l/L-Verhältnis von
nicht mehr als 0,95 eingestellt wird, wobei L die Axiallänge der
Hülse 32 und
l die Axiallänge
des entmagnetisierten Teils 33b ist, da die relative magnetische
Permeabilität μ am Zwischenraum 60 bei
einer Breite des entmagnetisierten Teils 32b von weniger
als 1 mm kleiner als die des entmagnetisierten Teils 32b der
Hülse 32 ist
und der Magnetkreis folglich durch den Zwischenraum 60 um
den entmagnetisierten Teil 32b der Hülse 32 herumgeht und
die Magnetkraft auf den Ventilkolben 34 vermindert wird.
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Wenn
das Verhältnis
l/L dagegen mehr als 0,95 beträgt,
ist die Breite des ferromagnetisierten Teils 33a kleiner,
weshalb der Magnetfluss, der den Magnetkreis erzeugt, gesättigt ist
und auch die Magnetkraft verringert wird.
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Die
Ferromagnetisierung der Hülse 32 in 15 wurde
wie in den Beispielen 6 bis 13 gleichmäßig entlang der gesamten Axiallänge der
Hülse 32 durch
weitere Glättungsarbeit
innerhalb eines Temperaturbereichs durchgeführt, der nicht den Md-Punkt überschritt,
wodurch die Magnetkraft stabilisiert wurde.
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Abgesehen
davon konnte durch Zieharbeit, gefolgt von Glättungsarbeit nicht nur eine
gleichmäßige Ferromagnetisierung,
sondern gleichzeitig auch eine höhere
Abmessungspräzision
erreicht werden.
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Wenn
für die
Hülse 32 eines
elektromagnetischen Ventils ein herkömmliches magnetisches Verbundbauteil
mit einem einstückig
ausgebildeten ferromagnetisierten Teil und entmagnetisierten Teil
verwendet wird, ist das obere Endteil der Hülse 32 ferromagnetisiert,
weswegen der beim Durchgang eines elektrischen Stroms durch eine
Spule 31 erzeugte Magnetfluss nicht nur wie in 15 gezeigt
entlang der Seitenfläche
der Hülse 32 verläuft, sondern
auch um das obere Endteil herumgeht. Daher ist die Magnetkraft vermindert.
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Bei
der Erfindung wurde die Hülse 32 dagegen
durch Kaltverarbeitung des oberen Endteils der Hülse 32 mit einem geringeren
Grad an plastischer Verformung als die Seitenfläche der Hülse 32 ausgebildet,
wodurch eine geringere Spannung auf das obere Endteil der Hülse 32 aufgebracht
und dadurch das Ferromagnetisierungsniveau an dem oberen Endteil
verglichen mit dem entlang der Seitenfläche gesenkt wurde. Das heißt, dass
auf der gleichen Hülse 32 zwei
ferromagnetisierte Teile mit unter schiedlichen Ferromagnetisierungsniveaus
ausgebildet werden konnten, weshalb der Magnetfluss nicht mehr um
das obere Endteil der Hülse 32 herumging,
wenn das obere Ende des Ventilkolbens 34 mit dem Innenumfang
an dem oberen Endteil der Hülse 32 in
Punkt- oder Linienkontakt gebracht wurde. Bei der Erfindung wurden
daher gleichmäßige und ausreichende
ferromagnetische Eigenschaften an der Stelle erzielt, an der diese
Eigenschaften erforderlich sind, wobei die ferromagnetischen Eigenschaften
an der Stelle, wo sie nicht erforderlich sind, auf ein niedrigeres
Niveau unterdrückt
werden konnten.
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Bei
dem beschriebenen elektromagnetischen Ventil wurde als Ferromagnetisierungsniveau
die magnetische Flussdichte B4000 auf der
Seitenfläche
der Hülse
auf nicht weniger als 0,3 T eingestellt, wodurch die Magnetkraft
stabilisiert werden konnte.
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Nachdem
die gesamte Hülse 32 durch
Glättungsarbeit
ferromagnetisiert wurde, wurde auf der Hülse 32 lokal der entmagnetisierte
Teil 32b ausgebildet, indem an dem Teil, der entmagnetisiert
werden sollte, von der Außen-
oder Innenseite der Hülse 32 aus
eine lokale Hochfrequenzerwärmung
durchgeführt
wurde, wodurch auf sämtlichen
Außen-
und Innenumfangsseiten gleichzeitig eine gleichmäßige Mischkristallbehandlung des
gewünschten
Teils erfolgte. Der durch Hochfrequenz erwärmte Teil der Hülse 32 konnte
daher bei besserer Abmessungspräzision
vollständig
und gleichmäßig entmagnetisiert
werden. Indem als unmagnetisches Niveau die relative magnetische
Permeabilität μ auf nicht
mehr als 1,2 eingestellt wurde, konnte die Magnetkraft stabilisiert
werden.
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Durch
den Einsatz des beschriebenen magnetischen Verbundbauteils mit dem
mindestens einen ferromagnetisierten Teil 32a und dem mindestens
einen entmagnetisierten Teil 32b, die kontinuierlich und
einstückig
ausgebildet sind, als Hülse 32 für das in
diesem Beispiel 16 gezeigte elektromagnetische Ventil 30 konnte bei
Durchleitung eines elektrischen Stroms durch die Spule 31 der
magnetische Fluss wirksam erzeugt werden, während der magnetische Widerstand
an dem ferromagnetisierten Teil 32a der Hülse 32 deutlich
geringer war, was zu einem effizienten Antrieb des Ventilkolben 34 beitrug.
Die Magnetkraft konnte daher um etwa 40% über den Wert einer herkömmlichen
Hülse erhöht werden,
die lediglich den entmagnetisierten Teil aufwies. Das heißt, dass
entsprechend der 40%-igen Erhöhung
der Magnetkraft die Spulengröße verringert
und das elektromagnetische Ventil deutlich kleiner gestaltet werden
könnte.
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Darüber hinaus
kamen bei der Ausbildung der Hülse 32 die
Zieh- und Glättungsarbeit
zum Einsatz, weshalb die gewünschten
Teile mit besserer Abmessungspräzision
extrem dünn
gestaltet werden konnten und sich das elektromagnetische Ventil
daher wesentlich kleiner gestalten ließ.
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Beispiel 17
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18 zeigt
eine vertikale Querschnittansicht eines weiteren elektromagnetischen
Ventils zum Öffnen oder
Schließen
beispielsweise einer Ölhydraulikleitung,
bei dem das beschriebene magnetische Verbundbauteil verwendet wird,
wobei Bauteile, die mit denen in 15 identisch
sind, mit den gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet sind.
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Das
in 18 gezeigte elektromagnetische Ventil hat ebenfalls
eine mit einer Spule 31 koaxiale Hülse 32 mit zwei ferromagnetisierten
Teilen 32a und einem entmagnetisierten Teil 32b,
wobei die Hülse 32 in
ein Loch 33a eines Stators 33 als ferromagnetischem
Kern eingefügt
ist und durch ein Verbindungsverfahren, wie etwa Schweißen usw.,
mit dem Stator 33 dicht verbunden ist, um ein Lecken von Ölhydraulikfluid
zu verhindern.
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An
dem inneren oberen Ende der Hülse 32 ist
mittels einer abdichtenden Befestigung, wie etwa Schweißen, Verstemmen
usw., ein ferromagnetischer Anschlag 70 dicht befestigt.
Unterhalb des unteren Endes des Anschlags 70 und innerhalb
der Hülse
ist in die Hülse 32,
durch eine entmagnetisierte Platte 72 getrennt, ein gleitfähiger ferromagnetischer
Ventilkolben 74 eingefügt.
Der Ventilkolben 74 ist mit dem oberen Endteil einer Welle 35 in
einem gegebenen Abstand von dem oberen Ende des Ventilkolbens 74 befestigt,
sodass für
einen Hohlraum 84 gesorgt ist, wobei an dem unteren Ende
der Welle 35 eine Kugel 36 befestigt ist.
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Durch
den Stator 33 hindurch ist in Axialrichtung ein Einfügeloch 37 ausgebildet,
durch das sich die Welle 35 gleitend bewegen kann. An dem
Befestigungsende der Kugel 36, d.h. dem unteren Ende der
Welle 35, befinden sich durch den Stator 33 hindurchgehende
Einströmöffnungen 76,
wobei in einer Ausströmöffnung 78 an
einer Kontaktposition mit der Kugel 36 ein Sitzventil 38 mit
einem Ventilsitz 82 eingefügt ist und durch das Sitzventil 38 hindurch
in Axialrichtung ein Loch 80 hindurchgeht, das die Einströmöffnungen 76 mit der
Ausströmöffnung 78 verbindet.
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In
einem zwischen dem oberen Ende des Ventilkolbens 74 und
dem oberen Endteil der Welle 35 ausgebildeten Hohlraum 84 befindet
sich zwischen dem unteren Ende des Abschlusses 70 und dem
oberen Ende der Welle 35 eine Feder 86, um eine
Expansionskraft aufzubringen, sodass sich der Zusammenbau des Ventilkolbens 74 und
der Welle 35 nach unten bewegen kann, um die Kugel 36 auf
den Ventilsitz 82 zu setzen. Mit dem Stator 33 und
der Hülse 32 befindet
sich ein ferromagnetisches Joch 88 in Kontakt, das den
Außenumfang einer
Spule 31 bedeckt.
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Nachstehend
wird die Arbeitsweise des elektromagnetischen Ventils gemäß diesem
Beispiel 17 beschrieben.
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Durch
die von der Feder 86 aufgebrachte Expansionskraft wird
der Zusammenbau der Welle 35 und des Ventilkolbens 74 in
Axialrichtung nach unten gedrückt,
um die Kugel 36 auf den Ventilsitz 82 zu setzen. Die
Verbindung der Einströmöffnungen 76 mit
der Ausströmöffnung 78 wird
daher wie auch der Fluss des Ölhydraulikfluids
unterbrochen.
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Wenn
das Ventil zu öffnen
ist, wird dagegen ein elektrischer Strom durch die Spule 31 fließen gelassen,
um die Spule 31 anzuregen, und wird, wie durch den in 18 gezeigten
Anregungspfad R gezeigt ist, in Richtung des Jochs 88 → Stators 33 → unteren
ferromagnetischen Teils 32a der Hülse 32 → Ventilkolbens 74 → Abschlusses 70 → oberen
ferromagnetischen Teil 32a der Hülse 32 ein Magnetkreis
erzeugt, wodurch der Ventilkolben 74 in Axialrichtung nach
oben angezogen wird und sich die Welle 35 gleitend durch
das Einfügeloch 37 hindurch
nach oben bewegt. Daher entfernt sich die Kugel 36 von
dem Ventilsitz 82 und werden die Einströmöffnungen 76 durch
das Verbindungsloch 80 hindurch mit der Ausströmöffnung 78 verbunden,
um das Ventil zu öffnen.
Das Ölhydraulikfluid
fließt
daher von den Einströmöffnungen 76 zu
der Ausströmöffnung 78.
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Wenn
das Ventil zu schließen
ist, wird der Durchgang des elektrischen Stroms zu der Spule 31 unterbrochen,
sodass der Magnetkreis abklingt. Der Zusammenbau der Welle 35 des
Ventilkolbens 74 bewegt sich durch die von der Feder 36 aufgebrachte
Expansionskraft gleitend in Axialrichtung nach unten, um die Kugel 36 auf
dem Ventilsitz 82 zu setzen. Daher wird die Verbindung
der Einströmöffnungen 76 mit
der Ausströmöffnung 78 unterbrochen
und das Ventil geschlossen.
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Im
Beispiel 17 fand als die Hülse 32 das
besprochene magnetische Verbundbauteil mit den zwei kontinuierlich
und einstückig
ausgebildeten ferromagnetisierten Teilen 32a und dem einen
entmagnetisierten Teil 32b Verwendung, wobei die Welle 35 auch
unter harten Temperaturbedingungen ohne Änderung der magnetischen Eigenschaften
angetrieben werden konnte.
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In
Beispiel 17 wird das besprochene magnetische Verbundbauteil in einem
elektromagnetischen Ventil zum Steuern der Ölhydraulikleitung verwendet.
Das elektromagnetische Ventil ist jedoch nicht auf elektromagnetische
Ventile zum Steuern der Ölhydraulikleitung
eingeschränkt,
sondern kann das besprochene magnetische Verbundbauteil beispielsweise
auch bei elektromagnetischen Ventilen zur Verwendung in Einspritzern usw.
und zur Steuerung einer Durchflussmenge eines Gases usw. einsetzen.
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Metallbauteil
mit nicht mehr als 0,6% C, 12 bis 19% Cr, 6 bis 12% Ni, nicht mehr
als 2% Mn, nicht mehr als 2% Mo, nicht mehr als 1% Nb sowie Rest
Fe und unvermeidbare Verunreinigungen, wobei
- das Hirayama-Äquivalent
H eq = [Ni%] + 1,05 [Mn%] + 0,65 [Cr%] + 0,35 [Si%] + 12,6 [C%]
20 bis 23% beträgt,
- das Nickeläquivalent
Ni eq = [Ni%] + 30 [C%] + 0,05 [Mn%] 9 bis 12% beträgt,
- das Chromäquivalent
Cr eq = [Cr%] + [Mo%] + 1,5 [Si%] + 0,5 [Nb%] 16 bis 19% beträgt und
- "%" auf das Gewicht
bezogen ist, das aus mindestens einem ferromagnetischen Teil mit
einer magnetischen Flussdichte B4000 von
nicht weniger als 0,3 T und mindestens einem unmagnetischen Teil
mit einer relativen magnetischen Permeabilität μ von nicht mehr als 1,2 bei
einer Temperatur von nicht weniger als –40°C besteht, die durch Ferromagnetisieren
und anschließendes
lokales Entmagnetisieren eines Teils oder von Teilen des ferromagnetisierten
Bauteils kontinuierlich und einstückig ausgebildet sind, wobei
das unmagnetische Teil eine Kristallkorngröße von nicht mehr als 30 μm hat und
das auf diese Weise erzielte magnetische Verbundbauteil in elektromagnetischen
Ventilen als ein Trägerbauteil,
etwa als eine Hülse,
eingesetzt wird.