DE10320002A1

DE10320002A1 - Kolbenstange in Metall/Kunststoffbauweise

Info

Publication number: DE10320002A1
Application number: DE2003120002
Authority: DE
Inventors: Klaus Schreiner
Original assignee: ZF Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2003-05-06
Filing date: 2003-05-06
Publication date: 2004-11-25

Abstract

Kolbenstange, insbesondere für ein Kolben-Zylinderaggregat, wobei zumindest Teile der Kolbenstange von einer Kunststoffbaugruppe und weitere Teile von einer Metallbaugruppe gebildet werden, wobei die Kolbenstange eine stetig geformte Mantelfläche aufweist und die Kunststoffbaugruppe aus einem mit Kohlefasern verstärkten Kunststoff besteht, wobei die Kunststoffbaugruppe und die Metallbaugruppe in Reihe zueinander angeordnet sind.

Description

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

Im Rahmen der Massenreduzierung bei einem Schwingungsdämpfer ist es bereits aus der DE 29 41 036 A1 bekannt, das Behälterrohr aus einem Kunststoff herzustellen. Des weiteren wird in der DE 29 42 716 A1 ein Reibungsdämpfer für eine Waschmaschine beschrieben, wobei die Kolbenstange des Reibungsdämpfers vollständig aus einem Kunststoff besteht.

Bei einer weiterentwickelten Form wird gemäß der DE 44 19 870 A1 bei einem Reibungsdämpfer eine Kunststoffkolbenstange mit einem Metallkern eingesetzt. Für die Herstellung der Kolbenstange werden zwei Möglichkeiten offenbart. Zum einen kann man einen Metallkern verwenden und diesen zum Fertigteil mit einem Kunststoff umspritzen. Damit soll eine möglichst feste Verbindung zwischen dem Metallkern und dem Kunststoffmantel erreicht werden.

Alternativ kann die Kunststoffkolbenstange rohrförmig ausgeführt sein und einen Metallkern über ein offenes Ende aufnehmen. Zwischen dem Kunststoffrohrkörper und dem Metallkern ist eine Formschlussverbindung ausgeführt.

Um bei der Kunststoffkolbenstange eine ausreichende Festigkeit zu erreichen, verfügt die Kunststoffkolbenstange über axial verlaufende Versteifungsrippen. Derartige Versteifungsrippen verhindern jedoch die Anwendung einer Kunststoffkolbenstange bei einem Schwingungsdämpfer, da die Abdichtung des mit einem Arbeitsmedium gefüllten Zylinders sehr große Probleme bereitet.

Zur Massenreduzierung wurden mit der DE 82 22 698 U1 oder der DE 83 17 308 U1 rohrförmige Kolbenstangen aus einem vollständig metallischen Werkstoff bekannt gemacht. Des weiteren beschreibt die EP 0028979 B1 eine hohle Pleuelstange, die aus einem Hohlkörper aus Kohlenfasern und darin angeordnet einer Seele aus Fasern besteht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kolbenstange aus Kunststoff derart weiter zu entwickeln, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Abdichtungsprobleme behoben sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Kombination des speziellen Kunststoffs und der Metallbaugruppe ermöglicht z. B. einen kreisrunden oder auch ovalen Querschnitt für die Kolbenstange. Unter einer stetig geformten Mantelfläche sind alle Oberflächen subsummiert, die keine Vor- oder Rücksprünge aufweisen.

Der CFK-Kunststoff verfügt über eine Dichte von ca. 2 kg/dm³, hingegen Stahl in der Regel eine Dichte von 7,85 kg/dm³ aufweist. Die Kombination dieser beiden Werkstoffe ermöglicht bei einem Schwingungsdämpfer zusätzlich zu einer Massenreduzierung den Einsatz eines kleineren Kolbenstangendurchmessers, wodurch wiederum in Folge eine Dämpfkraft in Einfahrrichtung der Kolbenstange vorteilhafterweise verringert werden kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist an beiden Enden der Kunststoffbaugruppe jeweils eine Metallbaugruppe mit Anschlussmitteln ausgeführt.

Damit eine Kolbenstangendichtung eines Schwingungsdämpfers von der Kolbenstange nicht übermäßig auf Verschleiß belastet wird, weisen die Kunststoffbaugruppe und die Metallbaugruppe im Kontaktbereich innerhalb der Fertigungstoleranz einen gleichen Querschnitt auf, so dass in einem abschließenden Feinbearbeitungsverfahren eine dichte übergangslose Oberfläche erzeugt werden kann.

Für eine besonders einfache und zerspanungsarme Fertigung sind die Kunststoffbaugruppe und die Metallbaugruppe miteinander stoffschlüssig verbunden, z. B. durch eine Verklebung.

Zur Vergrößerung des Kontaktbereichs der Metallbaugruppe und der Kunststoffbaugruppe ist die Kontaktfläche konisch ausgeführt. Bei einer entsprechenden Abstimmung des Konuswinkels kann eine selbsthemmende Klemmwirkung erreicht werden. Dazu weist die Metallbaugruppe ein in die Kunststoffbaugruppe führendes zapfenförmiges Ende auf.

Im Hinblick auf eine hohe Lebensdauer einer Kolbenstangendichtung ist zumindest die Mantelfläche der Kolbenstange mit einer Metallbeschichtung, z: B. einer Chromschicht, versehen.

Alternativ kann die Kunststoffbaugruppe von einem Rohr der Metallbaugruppe zumindest teilweise eingehüllt sein. Wenn man das Rohr der Metallbaugruppe über die gesamte Länge der Kunststoffbaugruppe erstrecken lässt, dann kann man eine hochfeste Verbindung, z. B. Reibschweißverbindung, zwischen den Komponenten der Metallbaugruppe erreichen, so dass insgesamt eine hochbelastbare Kolbenstange vorliegt.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt:
1 Kolbenstange mit einer Reihenanordnung von Kunststoffbaugruppe und Metallbaugruppen
2 u. 3 Kolbenstange mit einem konischen Kontaktbereich zwischen der Kunststoffbaugruppe und der Metallbaugruppe
4 Kolbenstange mit einer Rohr innerhalb der Metallbaugruppe
Die 1 zeigt eine Kolbenstange 1, insbesondere für ein Kolben-Zylinderaggregat, wobei zumindest Teile der Kolbenstange von einer Kunststoffbaugruppe 3 und weitere Teile von einer Metallbaugruppe 5 gebildet werden, die in Reihe zueinander angeordnet sind. Unabhängig von den Ausführungsvarianten weist die Kolbenstange eine stetig geformte Mantelfläche 7 auf und die Kunststoffbaugruppe besteht aus einem mit Kohlefasern verstärktem Kunststoff. Der Begriff „stetig" bezieht sich im auf die Oberflächenstruktur in Umfangsrichtung. Es ist keinesfalls so, dass die erfindungsgemäße Kolbenstange keine Absätze oder Durchmesseränderung aufweisen darf. Dabei bildet die Mantelfläche 7 der Kunststoffbaugruppe die Führungsfläche für die gesamte Kolbenstange.
An beiden Enden der Kunststoffbaugruppe ist jeweils eine Metallbaugruppe 5 mit Anschlussmitteln 9, 11 ausgeführt. Die Anschlussmittel dienen z. B. für die Befestigung eines Kolbens und einem Anschlussorgan der Kolbenstange, z. B. an einer Fahrzeugkarosserie in Verbindung mit einem Schwingungsdämpfer oder auch einer Gasfeder als Kolben-Zylinderaggregat. Es wird angestrebt, dass für beide Metall baugruppen 5 ein identischer Rohling, beispielsweise Schmiederohling, verwendet werden kann, um den Fertigungsprozess zu vereinfachen.
Damit man in der Bemessung der Baulänge der Kunststoffbaugruppe frei und auch ein Überfahren einer Kolbenstangendichtung klaglos möglich ist, weisen die Metallbaugruppe im Kontaktbereich innerhalb der Fertigungstoleranz einen gleichen Querschnitt auf. Es besteht die Möglichkeit, etwaige Fertigungstoleranzen durch eine abschließende Oberflächenbearbeitung auszugleichen.
Die Kunststoffbaugruppe und die Metallbaugruppe sind miteinander stoffschlüssig verbunden, wobei ein Klebeverfahren an Kontaktflächen 13, 15 bevorzugt wird.
Im Hinblick auf eine hohe Lebensdauer einer Kolbenstangendichtung ist zumindest die Mantelfläche der Kolbenstange mit einer Metallbeschichtung, z: B. einer Chromschicht, versehen. Die Metalloberfläche weist eine definierte Rauhigkeit auf, die bei einem Schwingungsdämpfer mit einer Hydraulikfüllung einen Schmierfilm trägt, der die Kolbenstangendichtung schützt. Aufgrund des hohen Kunststoffanteils bezogen auf die gesamte Kolbenstange 1 wird eine deutliche Gewichtseinsparung erreicht.
Abweichend zur 1 verfügen die Metallbaugruppen 5 über eine konisch ausgeführte Kontaktfläche 13; 15, der sich ein in die Kunststoffbaugruppe führendes zapfenförmiges Ende anschließt. Wenn man bei der Herstellung der Klebeverbindung zwischen der Metallbaugruppe und der Kunststoffbaugruppe eine axiale Vorspannung einleitet, dann wird die Klebeverbindung durch die Radialkraftkomponente aufgrund der konischen Kontaktfläche noch besser verdichtet. Zusätzlich kann ein Klemmeffekt zwischen den beiden Baugruppen ausgenutzt werden.
Mit der 3 soll im Vergleich zur 2 dokumentiert werden, dass die Kunststoffbaugruppe auch als ein Rohr ausgeführt werden kann, insbesondere weil eine konische Kontaktfläche 13; 15 vorliegt.
Mit der 4 wird deutlich gemacht, dass die Metallbaugruppe auch ein Rohr 17 aufweisen kann, das die Kunststoffbaugruppe 3 zumindest teilweise einhüllt. In diesem Fall verbindet das Rohr 17 beide Anschlussmittel 9, 11, indem jeweils eine Schweißverbindung 19; 21 ausgeführt ist. Zusätzlich kann zwischen der Kunststoffbaugruppe 3 und den Anschlussmitteln 9; 11 noch eine Klebeverbindung vorliegen.

Claims

Kolbenstange für einen Schwingungsdämpfer, wobei zumindest Teile der Kolbenstange von einer Kunststoffbaugruppe und weitere Teile von einer Metallbaugruppe gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (1) eine stetig geformte Mantelfläche (7) aufweist und die Kunststoffbaugruppe (3) aus einem mit Kohlefasern verstärktem Kunststoff besteht, wobei die Kunststoffbaugruppe (3) und die Metallbaugruppe (5) in Reihe zueinander angeordnet sind.
Kolbenstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Enden der Kunststoffbaugruppe (3) jeweils eine Metallbaugruppe (5) mit Anschlussmitteln (9; 11) ausgeführt ist.
Kolbenstange nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffbaugruppe (3) und die Metallbaugruppe (5) im Kontaktbereich innerhalb der Fertigungstoleranz einen gleichen Querschnitt aufweisen.
Kolbenstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffbaugruppe (3) und die Metallbaugruppe (5) miteinander stoffschlüssig verbunden sind.
Kolbenstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (13; 15) zwischen der Kunststoffbaugruppe (3) und der Metallbaugruppe (5) konisch ausgeführt ist.
Kolbenstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbaugruppe (5) ein in die Kunststoffbaugruppe führendes zapfenförmiges Ende aufweist.
Kolbenstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffbaugruppe (3) rohrförmig ausgeführt ist.
Kolbenstange nach einem der Ansprüche 1 bis 4; dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Mantelfläche (7) der Kolbenstange (1) mit einer Metallbeschichtung versehen ist.
Kolbenstange nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffbaugruppe (3) von einem Rohr (17) der Metallbaugruppe (5) zumindest teilweise eingehüllt ist.