DE10003046A1 - Zylinder für ein Kolben-Zylinderaggregat - Google Patents

Abstract

Es wird ein Zylinder für hydraulische, pneumatische oder hydropneumatische Aggregate, insbesondere für Schwingungsdämpfer, beschrieben, wobei die Zylinder-Innenwand die Gleitfläche für einen mit einer Kolbenstange verbundenen Kolben bildet. Der Zylinder ist aus mehreren koaxial ineinander angeordnete Hülsen aus unterschiedlichen Werkstoffen gebildet. Vorteilhaft ist es, wenn der Zylinder ein Aluminium-Rohr aufweist, in das eine dünnwandige Hülse eingesetzt ist, die bei einem im Wesentlichen in radialer Richtung verlaufenden Umformvorgang zumindest des Aluminium-Rohrs fest mit diesem verbunden wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinder für hydraulische, pneumatische oder hydrop­ neumatische Aggregate, insbesondere für Schwingungsdämpfer, wobei die Innen­ wand des Zylinders eine Gleitfläche für einen mit einer Kolbenstange verbundenen Kolben bildet und der Zylinder aus mehreren koaxial ineinander angeordnete Hülsen aus unterschiedlichen Werkstoffen besteht.

Durch die DE 41 07 375 A1 ist ein solcher Zylinder bekannt, der ein rohrförmiges Versteifungsteil aufweist, das mit Durchbrechungen versehen ist und zumindest in­ nen mit einem Kunststoffteil versehen ist, das eine Gleitfläche bildet und in die Durchbrechungen eingreift. Die Verbindung von Versteifungsteil und Gleitfläche er­ folgt durch Umgießen oder Umspritzen. Mit einer solchen Zylinderkonstruktion läßt sich die für Schwingungsdämpfer erforderliche Genauigkeit der Gleitfläche in Um­ fangs- und Längsrichtung oftmals nur durch eine teuere nachträgliche und üblicher­ weise spanabhebende Bearbeitung erzielen. Die Gleitfläche des Zylinders ist außerdem hoch beansprucht, so dass das die Innenfläche des Zylinders bildende Kunst­ stoffteil aus einem hochfesten und dementsprechend teueren Kunststoff bestehen muss.

Weiter ist es durch die DE 39 01 526 C1 bekannt, ein Zylinderrohr mit einem Gehäu­ se zu umgeben, das aus zwei miteinander verrastbaren topfförmigen Gehäuseteilen umgeben ist. Diese Gehäuseteile haben die Aufgabe, den Zylinder zu umgeben und stirnseitig abzudichten, ferner zur Aufnahme der zur Abdichtung und Führung der Kolbenstange erforderlichen Teile. Eine wesentliche Versteifung des Zylinderrohrs kann infolge der Schnappverbindung der topfförmigen Gehäuseteile, die als Kunst­ stoff-Spritzgussteile ausgeführt sind, jedoch nicht erreicht werden. Dementsprechend ist eine solche Konstruktion zum Einsatz als Schwingungsdämpfer zwischen den Radträgern und dem Fahrzeugaufbau wenig geeignet, insbesondere auch deshalb, weil, bedingt durch die Schnappverbindung der Kunststoff-Gehäuseteile, dieses Ge­ häuse kaum ein Widerstandsmoment gegen die auftretenden Querkräfte aufnehmen kann und deshalb das Metall-Zylinderrohr, das vorzugsweise aus Messing besteht, entsprechend dickwandig ausgeführt sein muß. Folglich ist eine solche Konstruktion nicht nur teuer, sondern weist auch ein hohes Gewicht auf.

Im Fahrzeugbau werden zur Gewichtseinsparung möglichst leichte Aggregate, also auch möglichst leichte Schwingungsdämpfer gefordert. Hierfür eignet sich besonders Aluminium, jedoch müssen aus Aluminium gefertigte Zylinder starkwandig ausgeführt sein, damit sie die erforderliche Steifigkeit aufweisen, die infolge der auf die Schwin­ gungsdämpfer einwirkenden Querkräfte notwendig ist. Ferner soll die Gleitfläche des Zylinders verschleißfest und gleitgünstig ausgeführt sein. So ist es beispielsweise auch aus dem Motorenbau bekannt, die Gleitfläche von Aluminium-Zylindern mit ei­ ner Schicht aus gleitgünstigem Werkstoff zu versehen. Hierzu wird beispielsweise eine Beschichtung mit Chrom oder ähnlichen Materialien oder eine Hartcoatierung angewendet. Das Aufbringen derartiger verschleißfester Gleitflächen ist sehr teuer und mit einem hohen Aufwand für die Vorbereitung des Aluminium-Zylinders behaf­ tet, damit ein gleichmäßig dicker und einwandfrei auf der Innenfläche des Alumini­ um-Zylinders haftender Überzug geschaffen wird. Der teuere Prüfaufwand für solche Zylinder erstreckt sich auch auf die Maßhaltigkeit der Lauffläche, wobei oftmals eine Nacharbeit erforderlich wird, beispielsweise eine spanabhebende Bearbeitung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zylinder für hydraulische, pneuma­ tische oder hydropneumatische Aggregate, insbesondere für Schwingungsdämpfer zu schaffen, der bei möglichst geringem Gewicht die geforderte Biegesteifigkeit so­ wie eine gleitgünstige und verschleißarme Lauffläche für einen darauf gleitenden Kolben aufweist und die geforderte Genauigkeit der Gleitfläche ohne nachträgliche spanabhebende Bearbeitung gebildet wird.

Diese Aufgabe wird entsprechend der Erfindung durch die kennzeichnenden Merk­ male von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhaft Ausgestaltungen und Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Einen Zylinder für einen Schwingungsdämpfer mit geringem Gewicht zu schaffen ist eine der im Fahrzeugbau gestellten Forderungen. Dies ist mit einem Aluminium- Zylinderrohr erreichbar, jedoch ist eine Lauffläche vorzusehen, die gute Gleiteigen­ schaften und möglichst geringen Abrieb aufweist. Entsprechend der Erfindung wird dies ermöglicht, wenn der Zylinder aus einem Aluminium-Rohr gebildet ist, in das eine dünnwandige Hülse aus einem verschleißfesten Werkstoff mit gleitgünstigen Eigenschaften eingesetzt ist. Bei einem Umformvorgang, insbesondere bei einem Kaltumformvorgang, des Aluminium-Rohrs wird die dünnwandige Hülse durch eine sich in radialer Richtung ausdehnende Werkstoff-Komponente auf der gesamten axialen Länge fest mit dem Aluminium-Rohr verbunden. Eine solche Verbindung zwischen dem Aluminium-Rohr und der Hülse hat gegenüber einem axialen Einpres­ sen einer die Lauffläche bildenden Hülse den wesentlichen Vorteil, dass diese Hülse sehr dünnwandig ausgebildet sein kann. Außerdem bewirkt diese Verbindung von Aluminium-Rohr mit der Hülse eine hohe Biegesteifigkeit des Zylinders verbunden mit einem geringen Gewicht.

Vorteilhaft ist es, wenn die dünnwandige Hülse als Stahlhülse ausgeführt ist. Diese Werkstoffkombination erfüllt besonders die Forderung nach leichtem Gewicht durch das Aluminium-Rohr und die verschleißfeste und gleitgünstige Lauffläche durch die Stahlhülse, wobei außerdem die Teile und Verbindungsart kostengünstig herstellbar ist. Kostengünstig wirkt sich ferner aus, dass eine besondere Vorbereitung der Au­ ßenfläche für die erfindungsgemäße Verbindung der Stahlhülse mit dem Aluminium- Rohr nicht erforderlich ist. Weiter ist vorteilhaft, dass sich diese Verbindung über die gesamte Länge des Stahlrohrs erstreckt. Auf diese Weise wird zumindest eine kraft­ schlüssige Verbindung zwischen der Stahlhülse und dem Aluminium-Rohr geschaf­ fen. Eine einfache formschlüssige Verbindung wird erhalten, wenn die Stirnseiten der Stahlhülse von Endabschnitten des Aluminium-Rohrs übergriffen werden. Für form­ schlüssige Verbindungen eignen sich alle Arten von Vorsprüngen und/oder Vertie­ fungen. So können auch Vorsprünge auf der Stahlhülse vorgesehen werden, die beispielsweise aus Umbördelungen an den Hülsenenden bestehen.

Anstelle der Stahlhülse kann problemlos auch eine Hülse aus einem anderen Werk­ stoff verwendet werden, wobei der Werkstoff lediglich eine ausreichende Steifigkeit und die erforderlichen Laufeigenschaften aufzuweisen hat. Vorteilhaft ist eine Stahl­ hülse, wobei ein in die Stahlhülse eingeführter Dorn die beim Umformvorgang des Aluminium-Rohrs auftretenden Radialkräfte aufnimmt. Dies ermöglicht die Verwen­ dung einer besonders dünnwandigen Stahlhülse, die beispielsweise eine Wandstär­ ke von etwa 0,5 mm und weniger aufweisen kann. Eine sehr günstige Verbindungs­ möglichkeit für die Stahlhülse im Aluminium-Rohr wird dann erhalten, wenn die Um­ formung durch einen Zieh- oder Kalibriervorgang erfolgt. Hierbei kann beispielsweise das Aluminium-Rohr radial nach innen und die Stahlhülse radial nach außen umge­ formt werden, wobei gleichzeitig eine Verringerung der Rauhtiefe der von der Innen­ fläche der Stahlhülse gebildeten Lauffläche erreicht wird. Somit erfordert die Laufflä­ che der Stahlhülse keinerlei weitere Feinbearbeitung durch einen speziellen Arbeits­ schritt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, eine Stahlhülse mit einer so geringen Wandstärke anzuwenden, dass deren eigene Formstabilität nicht mehr gewährleistet ist. In einem solchen Fall erfolgt die Verbindung mit dem Aluminium- Rohr im Wesentlichen durch die Kombination einer radialen Umformung mit einer Klebverbindung. Zur Aufnahme der auftretenden Radialkräfte ist in diesem Fall eine innere Abstützung der Stahlhülse durch einen Dorn unumgänglich.

Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert.

Der in der Figur gezeigte Zylinder 1 weist ein Aluminium-Rohr 3 auf, in das eine Hül­ se eingebettet ist, die aus einem Werkstoff mit gleitgünstigen und verschleißfesten Eigenschaften gebildet ist und die Lauffläche 7 für einen Kolben bildet. Als sehr ko­ stengünstige Zylinderkonstruktion hat sich eine Ausführung herauskristallisiert, bei der die Hülse als Stahlhülse 5 ausgeführt ist, die durch einen radialen Umformvor­ gang des Aluminium-Rohrs 3 mit diesem über die gesamte axiale Länge verbunden wird und infolge des Umformvorgangs eine kraftschlüssige Verbindung mit radialer Vorspannung zwischen diesen beiden Teilen geschaffen wird. Vorteilhaft ist eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Aluminium-Rohr 3 und der Stahlhülse 5, wobei ein beim Umformvorgang gebildeter Abschnitt 11 des Aluminium-Rohrs 3 die Stirnseite 9 der Stahlhülse 5 übergreift.

Eine kostengünstige Ausführung des Zylinders 1 wird erhalten, wenn das Aluminium- Rohr 3, das vorteihafterweise im Fließpressverfahren aus einer Aluminium-Ronde, einem Aluminium-Stab oder -Rohrstück hergestellt wird, durch die radiale Umfor­ mungskomponente mit der Stahlhülse 5 formschlüssig verbunden wird. Diese Ver­ bindung von Aluminium-Rohr 3 und Stahlhülse 5 wird insbesondere durch einen Zieh- oder Kalibriervorgang geschaffen, bei dem ein sich auf der Lauffläche 7 ab­ stützender Dorn die Radialkräfte aufnimmt, wodurch bei der Verbindung der Stahl­ hülse 5 mit dem Aluminium-Rohr 3 die Stahlhülse gleichzeitig mit einer glatten, rei­ bungs- und verschleißarmen Lauffläche 7 versehen wird, d. h. es wird in einem einzi­ gen Arbeitsgang sowohl die Verbindung zwischen dem Aluminium-Rohr 5 und der Stahlhülse 5 als auch eine glatte und sehr maßhaltige Lauffläche 7 geschaffen. Bei einer sehr dünnwandigen Stahlhülse kann die Verbindung auch durch Kombination einer radialen Umformung mit einer Klebverbindung hergestellt werden, wobei die auf die Stahlhülse einwirkenden Radialkräfte zwingend von einem Dorn aufgenom­ men werden müssen.

Claims (7)

1. Zylinder für hydraulische, pneumatische oder hydropneumatische Aggregate, insbesondere für Schwingungsdämpfer, wobei die Innenwand des Zylinders die Gleitfläche für einen mit einer Kolbenstange verbundenen Kolben bildet und der Zylinder durch mehrere koaxial ineinander angeordnete Hülsen aus unterschied­ lichen Werkstoffen gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (1) ein Aluminium-Rohr (3) aufweist, in das eine dünnwandige Hülse eingesetzt ist, die bei einem im Wesentlichen in radialer Richtung verlaufenden Umformvor­ gang zumindest des Aluminium-Rohrs (3) fest mit diesem verbunden wird.

2. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dünnwandige Hülse durch eine Stahlhülse (5) gebildet ist, die beim Umformvorgang form­ schlüssig mit dem Aluminium-Rohr (3) verbunden wird.

3. Zylinder nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Verbindung durch Abschnitte (11) des Aluminium-Rohrs (3) ge­ bildet ist, welche die Stirnseiten (9) der Stahlhülse (5) übergreifen.

4. Zylinder nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlhülse (5) zur Aufnahme der bei dem Umformvorgang des Aluminium-Rohrs (3) wirkenden Radialkräfte innen durch einen Dorn abgestützt ist.

5. Zylinder nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Stahlhülse (5) eine Wandstärke von ca. 0,5 mm und weniger aufweist und die Verbindung im Wesentlichen durch eine beim Umformvorgang des Aluminium-Rohrs (3) entstehende radiale Vorspannung gebildet ist.

6. Zylinder nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Umformvorgang zur formschlüssigen Verbindung der Stahl­ hülse (5) im Aluminium-Rohr (3) durch einen Zieh- oder Kalibriervorgang gebildet ist.

7. Zylinder nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Stahlhülse (5) eine sehr geringe Wandstärke aufweist und die Verbindung mit dem Aluminium-Rohr (3) im Wesentlichen durch die Kombination einer radialen Umformung mit einer Klebverbindung erfolgt.