DE10003046C2

DE10003046C2 - Cylinder for a piston-cylinder unit

Info

Publication number: DE10003046C2
Application number: DE2000103046
Authority: DE
Inventors: Frank D Ilzig; Lothar Froehr
Original assignee: ZF Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2000-01-25
Filing date: 2000-01-25
Publication date: 2002-10-10
Anticipated expiration: 2020-01-26
Also published as: DE10003046A1

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.The invention relates to a cylinder for hydraulic, pneumatic or hydrop Neumatic units, especially for vibration dampers, the inside wall of the cylinder a sliding surface for a connected to a piston rod Piston forms and the cylinder from several coaxially arranged sleeves consists of different materials.

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.Such a cylinder is known from DE 41 07 375 A1, which has a tubular Has stiffening part which is provided with openings and at least in NEN is provided with a plastic part that forms a sliding surface and in the Breakthroughs. The connection of the stiffening part and sliding surface follows by pouring or overmolding. With such a cylinder construction the accuracy of the sliding surface required for vibration dampers in um Traverse and longitudinal direction often only through an expensive subsequent and more common achieve wise machining. The sliding surface of the cylinder is also highly stressed, so that the art forming the inner surface of the cylinder fabric part made of a high-strength and accordingly expensive plastic got to.

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.Furthermore, it is known from DE 39 01 526 C1, a cylinder tube with a housing se to surround, which consists of two interlocking cup-shaped housing parts is surrounded. These housing parts have the task of surrounding and the cylinder seal at the front, also for receiving the for sealing and guiding the Piston rod required parts. An essential stiffening of the cylinder tube can due to the snap connection of the cup-shaped housing parts, which as art injection molded parts are made, but can not be achieved. Accordingly is such a construction for use as a vibration damper between the Wheel carriers and the vehicle body not very suitable, especially because because, due to the snap connection of the plastic housing parts, this Ge barely absorb a moment of resistance against the transverse forces that occur can and therefore the metal cylinder tube, which is preferably made of brass, must be designed accordingly thick-walled. Hence such a construction not only expensive, but also very heavy.

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.In vehicle construction, light weight aggregates are used to save weight vibration dampers that are as light as possible are also required. This is particularly suitable Aluminum, but cylinders made of aluminum must have thick walls be so that they have the required rigidity due to the Schwin shear forces acting on the damper are necessary. Furthermore, the sliding surface of the Cylinder wear-resistant and easy to run. For example also known from engine construction, the sliding surface of aluminum cylinders with egg to provide a layer of low-friction material. For this, for example a coating with chrome or similar materials or a hard coating applied. The application of such wear-resistant sliding surfaces is very expensive and with a lot of effort for the preparation of the aluminum cylinder tet, so that a uniformly thick and flawless on the inner surface of the aluminum um-cylinder adhesive coating is created. The expensive test effort for such Cylinder also extends to the dimensional accuracy of the tread, often one Rework is required, for example machining.

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.The invention has for its object a cylinder for hydraulic, pneuma tables or hydropneumatic units, especially for vibration dampers to create the required bending stiffness with the lowest possible weight like a low-friction and low-wear tread for a sliding on it Piston has and the required accuracy of the sliding surface without subsequent machining is formed.

Diese Aufgabe wird entsprechend der Erfindung durch die kennzeichnenden Merk male von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhaft Ausgestaltungen und Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved according to the invention by the characterizing note male solved by claim 1. Advantageous refinements and embodiments are the subject of the subclaims.

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.To create a cylinder for a vibration damper with low weight one of the demands made in vehicle construction. This is with an aluminum Cylinder tube within reach, but a tread is to be provided that has good sliding properties and have the lowest possible abrasion. According to the invention this enables when the cylinder is formed from an aluminum tube into which a thin-walled sleeve made of a wear-resistant material with low-friction Properties is used. In the case of a forming process, in particular in a Cold forming process, the aluminum tube is replaced by a thin-walled sleeve material component expanding in the radial direction on the entire axial length firmly connected to the aluminum tube. Such a connection between the aluminum tube and the sleeve has an axial pressing sen a sleeve forming the tread the main advantage that this sleeve can be very thin-walled. In addition, this combination of Aluminum tube connected to the sleeve a high bending stiffness of the cylinder with a light weight.

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.It is advantageous if the thin-walled sleeve is designed as a steel sleeve. This The combination of materials particularly fulfills the requirement for light weight the aluminum tube and the wear-resistant and low-friction tread through the Steel sleeve, the parts and connection type can also be produced inexpensively is. The fact that a special preparation of the Au outer surface for the inventive connection of the steel sleeve with the aluminum Pipe is not required. It is also advantageous that this connection over the extends the entire length of the steel tube. This way at least one will be a force conclusive connection between the steel sleeve and the aluminum tube fen. A simple positive connection is obtained when the front of the Steel sleeve are overlapped by end sections of the aluminum tube. For form coherent connections are suitable for all types of projections and / or recesses levies. In this way, projections can also be provided on the steel sleeve consist of flanges on the sleeve ends, for example.

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.Instead of the steel sleeve, a sleeve from another factory can also be used without any problems Material are used, the material is only sufficient rigidity and has the necessary running properties. A steel is advantageous sleeve, with an inserted into the steel sleeve mandrel during the forming process of the Aluminum tube absorbing radial forces. This enables us to use it extension of a particularly thin-walled steel sleeve, for example a wall thickness ke of about 0.5 mm and less. A very cheap connection Possibility for the steel sleeve in the aluminum tube is obtained when the order shaping is carried out by a drawing or calibration process. Here, for example the aluminum tube radially inwards and the steel sleeve radially outwards be shaped, while reducing the roughness of the inside surface of the steel sleeve formed tread is reached. Thus, the tread requires surface of the steel sleeve does not require any further finishing due to special work step.

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.In a further embodiment of the invention, it is provided that a steel sleeve with a wall thickness so small that their own dimensional stability no longer is guaranteed. In such a case, the connection with the aluminum Pipe essentially through the combination of a radial deformation with a Bond. In this case, one is used to absorb the radial forces that occur internal support of the steel sleeve by a mandrel is essential.

Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert.Based on the embodiment shown in the drawing is below the invention explained in more detail.

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.The cylinder 1 shown in the figure has an aluminum tube 3 , in which a sleeve is embedded, which is formed from a material with low-friction and wear-resistant properties and forms the tread 7 for a piston. As a very cost-effective cylinder design, an embodiment has emerged in which the sleeve is designed as a steel sleeve 5 , which is connected by a radial Umformvor gear of the aluminum tube 3 with this over the entire axial length and as a result of the forming process, a positive connection with radial Bias is created between these two parts. A positive connection between the aluminum tube 3 and the steel sleeve 5 is advantageous, wherein a section 11 of the aluminum tube 3 formed during the forming process engages over the end face 9 of the steel sleeve 5 .

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.An inexpensive design of the cylinder 1 is obtained when the aluminum tube 3 , which is advantageously produced in an extrusion process from an aluminum blank, an aluminum rod or tube piece, is positively connected to the steel sleeve 5 by the radial deformation component. This Ver connection of aluminum tube 3 and steel sleeve 5 is created in particular by a drawing or calibration process, in which a on the tread 7 from supporting mandrel absorbs the radial forces, whereby the connection of the steel sleeve 5 with the aluminum tube 3rd the steel sleeve is simultaneously provided with a smooth, low-friction and low-wear tread 7 , that is, both the connection between the aluminum tube 5 and the steel sleeve 5 and a smooth and very dimensionally stable tread 7 are created in a single operation. In the case of a very thin-walled steel sleeve, the connection can also be produced by combining a radial deformation with an adhesive connection, the radial forces acting on the steel sleeve having to be absorbed by a mandrel.

Claims

1.Cylinder for hydraulic, pneumatic or hydropneumatic units, in particular for vibration dampers, the inner wall of the cylinder forming the sliding surface for a piston connected to a piston rod and the cylinder being formed by several coaxially arranged sleeves made of different materials, characterized in that the cylinder ( 1 ) has an aluminum tube ( 3 ) into which a thin-walled sleeve is inserted, which is connected to the aluminum tube ( 3 ) in a substantially radial direction at least in the forming process.

2. Cylinder according to claim 1, characterized in that the thin-walled sleeve is formed by a steel sleeve ( 5 ) which is positively connected to the aluminum tube ( 3 ) during the forming process.

3. Cylinder according to claim 2, characterized in that the positive connection is formed by sections ( 11 ) of the aluminum tube ( 3 ) ge, which overlap the end faces ( 9 ) of the steel sleeve ( 5 ).

4. Cylinder according to claims 2 to 3, characterized in that the steel sleeve ( 5 ) for receiving the radial forces acting in the forming process of the aluminum tube ( 3 ) is supported on the inside by a mandrel.

5. Cylinder according to one of claims 2 to 4, characterized in that the steel sleeve ( 5 ) has a wall thickness of about 0.5 mm and less and the connection is essentially created by a during the forming process of the aluminum tube ( 3 ) radial bias is formed.

6. Cylinder according to one of claims 2 to 5, characterized in that the forming process for the positive connection of the steel sleeve ( 5 ) in the aluminum tube ( 3 ) is formed by a drawing or calibration process.

7. Cylinder according to one of claims 2 to 4, characterized in that the steel sleeve ( 5 ) has a very small wall thickness and the connection to the aluminum tube ( 3 ) takes place essentially by the combination of a radial deformation with an adhesive connection.