DE102006004783A1

DE102006004783A1 - Kolbenstange für einen Schwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE102006004783A1
Application number: DE102006004783A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr. Ing. Lutz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2005-03-26
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2006-09-28

Abstract

Kolbenstange für einen Schwingungsdämpfer aus Stahl, wobei der Stahl der Qualität ST 52 entspricht und einen C-Gehalt von < 0,25% und einen Mn-Gehalt > 1,3% aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenstange für einen Schwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Kolbenstangen für Schwingungsdämpfer bestehen häufig aus einem Stahl C35. Dieser Werkstoff weißt einen C-Gehalt von min. 0,35 % auf. Mangan ist in etwa mit 0,5 % enthalten und Aluminium beschränkt sich auf 0,03 %. C35 ist sehr gut härtbar, aber leider auch überhärtbar, so dass im Fertigungsablauf vergleichsweise häufig die Werkstoffhärte überprüft werden muss. Die Dauerfestigkeit beträgt ca. 400N/mm². Eine Kolbenstange, die in Schwingungsdämpfer, insbesondere einem Schwingungsdämpfer in Federbeinausführung verwendet wird, unterliegt einer hohen Biegebelastung. Um diese Biegebelastungen aufnehmen zu können, ist ein bestimmter Kolbenstangendurchmesser notwendig. Der Durchmesser der Kolbenstange des Schwingungsdämpfers bestimmt wesentlich das Dämpfkraftverhalten des Schwingungsdämpfers, da das verdrängte Volumen der in den Zylinder des Schwingungsdämpfers ein- und ausfahrenden Kolbenstange durch die Dämpfventile strömen muss.

Des weiteren sollte ein Kolbenstangenwerkstoff gut schweißbar sein, da ein Kolbenzapfen vielfach als Einzelteil an die Kolbenstange angeschweißt und nicht aus dem vollen Material spanend hergestellt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Werkstoff für eine Kolbenstange bereitzustellen, der eine höhere Festigkeit aufweist und zu dem schweißbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Stahl der Qualität ST 52 entspricht und einen C-Gehalt von <0,25 % und einen Mn-Gehalt >1,3 % aufweist.

Mit dem neuen Werkstoff, der sich gut schweißen lässt kann durch Wärmebehandlung eine Dauerfestigkeit von >700N/mm² erreicht werden. Folglich kann man den Kolbenstangendurchmesser verringern und insgesamt einen deutlich leichteren Schwingungsdämpfer erreichen. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass durch geringen C-Gehalt in Kombination mit dem Mn-Gehalt eine Überhärtung nicht möglich ist. Damit kann der Aufwand für die Härteprüfung entscheidend reduziert werden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung beträgt der Al-Gehalt zwischen 0,04 und 0,06%. Mit dem Al-Gehalt kann die Eignung des Werkstoff zur spanenden Bearbeitung verbessert werden. Die Kolbenstange wird als Rohling mit einem gewissen Übermaß auf Länge geschnitten und anschließend überdreht. Der Al-Gehalt führt zu kürzeren Spänen, die in automatisierten Bearbeitungsmaschinen leichter beherrschbar sind.

Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch beträgt der Ti-Gehalt < 0,001 % beträgt. Es wird ein feinkörniges Gefüge erreicht, das sich festigkeitssteigernd auswirkt.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Die einzige Figur zeigt einen Schwingungsdämpfer 1, in dessen Zylinders 3 eine Kolbenstange 5 axial beweglich geführt ist. Eine Kolbenstangenführung 7 an dem einen Ende und ein Bodenventil 9 an dem anderen Ende des Zylinders 3 begrenzen einen vollständig mit Dämpfmedium gefüllten Arbeitsraum, der von einem an der Kolbenstange befestigten Kolben 11 in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 13; 15 unterteilt wird. Konzentrisch zum Zylinder ist ein Behälterrohr 17 angeordnet, das mit der Außenwandung des Zylinders einen nur teilweise mit Dämpfmedium gefüllten ringförmigen Ausgleichsraum 19 für das von der Kolbenstange bei einer Einfahrbewegung verdrängte Volumen im kolbenstangenfernen Arbeitsraum 15 bildet.

Die Kolbenstange 5 ist als ein Massivteil ausgeführt und umfasst mehrere Abschnitte. Sie besteht aus einem Stahlwerkstoff der Qualität St 52. Einem Mittelstück 21 schließt sich an einem Ende außerhalb des Zylinders ein nicht dargestelltes Endstück mit einer Anschlussfläche für ein Anschlussorgan an. Das Ende in Richtung des kolbenstangenfernen Arbeitsraums wird von einem ggf. hohlen Zapfen 23 gebildet, der über eine Schweißverbindung 25 mit dem Ende der Kolbenstange 5 verbunden ist. Die Schweißverbindung wird bevorzugt nach einem Reibschweißverfahren hergestellt, so dass abgesehen von der Schweißzone keine nennenswerte Wärmeeinwirkung vorliegt, die die Kolbenstange z. B. verziehen könnte. Ein C-Gehalt von 0,25 % führt zu einer guten Schweißbarkeit. Der Zapfen 23 und das Mittelstück 21 können vor der Herstellung der Schweißverbindung vollständig spanend bearbeitet und auch verchromt sein. Die spanende Bearbeitung wird durch einen Al-Gehalt von 0,04 bis 0,06 % erleichtert. Die Stirnflächen des Mittelstücks 21 und des Stopfens 23 für die Schweißverbindung 25 werden vor dem Verchromen durch geeignete Maßnahmen isoliert, damit keine Einschlüsse die Qualität der Schweißverbindung beeinträchtigen können. Der angeschweißte Zapfen 23 muss nicht verchromt werden, da dieser Bereich der Kolbenstange nach der Montage ständig im Schwingungsdämpfer verbleibt und im Dämpfmedium gegen Korrosion geschützt ist.

Die Kolbenstange 5 der 1 wird aus Stangenmaterial, z. B. durch Laser, auf Länge geschnitten. Zur Festigkeitssteigerung wird die Kolbenstange gehärtet. Als besonders vorteilhaft hat sich das Mittel- oder Niedrigfrequenz-Induktivhärten bewährt. Die Entscheidung für eines der beiden Härtverfahren wird von der gewünschten Eindringtiefe und der Taktzeit bestimmt.

Ein Mn-Gehalt von >1,3 % in Kombination mit einem C-Gehalt von 0,25 % führt dazu, dass keine Überhärtung der Kolbenstange im Fertigungsprozess stattfinden Ein Ti-Gehalt <0,001 % fördert wiederum ein feines Gefüge, das sich ebenfalls festigkeitssteigernd auswirkt. Die Kolbenstange mit dem erfindungsgemäßen Werkstoff verfügt über eine Dauerfestigkeit von >700N/mm², so dass die Kolbenstange 5 sehr große Querkräfte aufnehmen kann und insgesamt mit einem kleineren Durchmesser verwendbar ist. Diese Maßnahme führt zu einer wesentlichen Gewichtseinsparung am Schwingungsdämpfer.

Claims

Kolbenstange für einen Schwingungsdämpfer aus Stahl, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl der Qualität ST 52 entspricht und einen C-Gehalt von <0,25 % und einen Mn-Gehalt >1,3 % aufweist.
Kolbenstangen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Al-Gehalt zwischen 0,04 und 0,06 % beträgt.
Kolbenstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ti-Gehalt <0,001 % beträgt.