DE69433827T2

DE69433827T2 - Electromagnetic valve

Info

Publication number: DE69433827T2
Application number: DE69433827T
Authority: DE
Inventors: Yoshitada Shinkawacho Katayama; Youzou Ogakiecho Majima; Takayuki C/O Denso Corporation Shibata; Keizo Takeuchi; Toshiaki C/O Denson Corporation Terada; Shinya Sugiura; Hakaru Sasaki; Tsutomu Inui
Original assignee: Hitachi Metals Ltd; Denso Corp
Current assignee: Denso Corp; Proterial Ltd
Priority date: 1993-06-18
Filing date: 1994-06-17
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2014-06-18
Also published as: JPH0711397A; US5865907A; EP0629711A1; US6390443B1; DE69433827D1; DE69426951T2; EP0629711B1; JP3311427B2; EP1061140B1; US6187459B1; DE69426951D1; EP1061140A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
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.
Beschreibung des verwandten Stands der Technik
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die US-A-4796855 offenbart ein elektromagnetisches Ventil, bei dem sich am unteren Ende eines Ventilkörpers ein unmagnetisches Teil befindet.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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.
Diese Aufgabe wird durch ein elektromagnetisches Ventil gemäß Anspruch 1 gelöst, wobei die abhängigen Ansprüche 2, 3 bevorzugte Merkmale des Ventils angeben.
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.
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.
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.

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.
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.
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.
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.
Die Gründe, diese Bedingungen genau anzugeben, sind nachstehend erläutert:
1 zeigt einen Zusammenhang zwischen dem Hirayama-Äquivalent und der relativen magnetischen Permeabilität.
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.
2 zeigt einen Zusammenhang zwischen dem Streckungsverhältnis bei Kaltverarbeitung und der magnetischen Flussdichte B₄₀₀₀ nach der Kaltverarbeitung.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
7 zeigt einen Zusammenhang zwischen der Verarbeitungstemperatur des Metallbauteils und dem Martensitanteil (%).
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.
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.
8 zeigt einen Zusammenhang zwischen dem Glättungsarbeitsgrad und Änderungen der Eigenspannung.
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.
Tabelle 1
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.

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.
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.

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.

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.
Tabelle 3
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.
Tabelle 5
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.
Tabelle 6
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.
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.
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.
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.
Abgesehen davon konnte durch Zieharbeit, gefolgt von Glättungsarbeit nicht nur eine gleichmäßige Ferromagnetisierung, sondern gleichzeitig auch eine höhere Abmessungspräzision erreicht werden.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Beispiel 17
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.
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.
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.
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.
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.
Nachstehend wird die Arbeitsweise des elektromagnetischen Ventils gemäß diesem Beispiel 17 beschrieben.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Elektromagnetisches Ventil, mit einem beweglichen Eisenkern (34), 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 (32) 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 (32a) und mindestens einen unmagnetischen Teil (32b) umfasst, wobei der unmagnetische Teil (32b) den beweglichen Eisenkern (34) zumindest teilweise umgibt und der mindestens eine unmagnetische Teil eine Kristallkorngröße von nicht mehr als 30 μm hat.
Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1, wobei das Metallbauteil ein magnetisches Verbundbauteil ist, das 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 umfasst und das Hirayama-Äquivalent H eq = [Ni %] + 1,05 [Mn %] + 0,65 [Cr %] + 0,35 [Si %] + 12,6 [C %] 20 bis 23 beträgt; das Nickel-Äquivalent Ni eq = [Ni %] + 30 [C %] + 0,5 [Mn %] 9 bis 12 % beträgt; und das Chrom-Äquivalent Cr eq = [Cr %] + [Mo %] + 1,5 [Si %] + 0,5 [Nb %] 16 bis 19 % beträgt, wobei % nach Gewicht berechnet ist, der ferromagnetische Teil eine magnetische Flussdichte B₄₀₀₀ von nicht weniger als 0,3 T hat und der unmagnetische Teil bei einer Temperatur von nur –40°C eine relative magnetische Permeabilität μ von nicht mehr als 1,2 hat.
Elektromagnetisches Ventil nach Anspruch 1, wobei der unmagnetische Teil eine Weite von nicht mehr als 1 mm hat.