DE10034411A1

DE10034411A1 - Surface coating for guiding components of a piston-cylinder machine such as a vibration absorber comprises layers of hard metallic material

Info

Publication number: DE10034411A1
Application number: DE10034411A
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Hofmann; Norbert Deppert; Thomas Eichenmueller; Matthias Raulf; Siegfried Dinter
Original assignee: Mannesmann Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1999-07-31
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2001-02-01

Abstract

Surface coating for a workpiece comprises layers (12,13,14) of a hard metallic material, preferably nickel. The parts of the workpiece (3,4,11) provided with the layer can then be assembled without being post-worked.

Description

Die Erfindung betrifft eine Oberflächenbeschichtung an Führungs- oder geführten Bauteilen eines Kolben-Zylinder-Aggregats entsprechend dem Oberbegriff von An spruch 1.The invention relates to a surface coating on leadership or guided Components of a piston-cylinder unit according to the generic term of An saying 1.

Eine Oberflächenbeschichtung, die vorwiegend zur Schmierung beim Tiefziehen o der Kalibrieren dient, ist durch die DE 197 23 795 A1 bekannt. Hierbei ist bereits das angelieferte Bandmaterial oder die Rohre mit einer Phosphatschicht bzw. einer Schicht aus einem weichen Metall versehen, so daß bei der Herstellung der Schwin gungsdämpfer-Zylinder der Werkstoff leichter umgeformt werden kann und die Zieh werkzeuge nicht extra geschmiert werden müssen. Weiter zeigt die G 81 20 842.1 U1 eine Kolbenstangenführung aus Sintermetall für Schwingungsdämpfer mit einer Führungsschicht aus Polytetrafluorethylen, die infolge der Porenstruktur des Sinter körpers eine gute Haftung besitzt und die üblichen Führungsbuchsen ersetzen soll. A surface coating that is primarily used for lubrication during deep drawing o the calibration is known from DE 197 23 795 A1. Here is already that supplied strip material or the pipes with a phosphate layer or one Layer of a soft metal provided so that in the manufacture of the Schwin damper cylinder the material can be formed more easily and the drawing tools do not have to be lubricated. The G 81 20 842.1 also shows U1 a piston rod guide made of sintered metal for vibration dampers with a Guide layer made of polytetrafluoroethylene, which is due to the pore structure of the sinter body has good liability and is intended to replace the usual guide bushes.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Verschleiß und Reibung zwischen relativ zueinander gleitenden Teilen bei Kolben-Zylinder-Aggregaten durch eine Be schichtung zu vermindern, wobei die mit der Beschichtung versehenen Bauteile kos tengünstig hergestellt und montiert werden können.The object of the present invention is to prevent wear and friction between parts sliding relative to each other in piston-cylinder units by a Be To reduce layering, the components provided with the coating kos can be manufactured and assembled cheaply.

Diese Aufgabe wird entsprechend der Erfindung mit den kennzeichnenden Merkma len von Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved according to the invention with the characteristic Merkma len solved by claim 1. Further advantageous configurations are the subject of subclaims.

Dadurch, daß die Schicht aus einem harten metallischen Grundwerkstoff, beispiels weise Nickel, gebildet ist, wird eine Verminderung von Reibung und Verschleiß er zielt, wobei das Bauteil kostengünstig herstellbar ist, da keinerlei Nacharbeit erforderlich wird. Die metallische Schicht wird durch eine NiP- oder eine NiB-Schicht mit einer dünnen Schichtdicke von ca. 12 µm ± 3 µm gebildet. Bauteile wie Kolben, Zylinderrohr, Kolbenstangenführung oder Kolbenstangen-Führungsbuchse und Kolbenring können problemlos im Bad mit einer derartigen dünnen metallischen Schicht versehen werden.Characterized in that the layer of a hard metallic base material, for example wise nickel, is formed, he will reduce friction and wear aims, whereby the component is inexpensive to manufacture, since no rework is required. The metallic layer is a NiP or NiB layer formed with a thin layer thickness of approx. 12 µm ± 3 µm. Components such as pistons, Cylinder tube, piston rod guide or piston rod guide bush and Piston ring can easily in the bathroom with such a thin metallic Layer.

Bei gesinterten Bauteilen, wie Kolben oder Kolbenstangenführung wird zweckmäßi gerweise zuerst eine Dampfbehandlung vorgenommen, damit eine günstigere Ober fläche für die Haftung der Schicht geschaffen wird. Das Bauteil wird dabei einem Heißdampf ausgesetzt, so daß sich sehr rasch eine dünne Oxidschicht bildet, die einen weiteren Verschleißschutz darstellt.For sintered components, such as pistons or piston rod guides, it is advisable Sometimes steam treatment is carried out first, so that a cheaper upper surface for the adhesion of the layer is created. The component becomes one Exposed to superheated steam, so that a thin oxide layer forms very quickly, the represents a further wear protection.

Ebenso ist es Vorteilhaft, wenn die Kolbenstangenfürung mit einer Führungsbuchse versehen ist, die an der zylindrischen Innenwand die metallische Schicht trägt. Eine solche Führungsbuchse kann aus Stahl bestehen und muß keinen Dehnungsspalt wie die bekannten DU-Buchsen aufweisen, so daß keine oder zumindest wesentlich geringere Leckströme im Bereich der Kolbenstangenführung auftreten.It is also advantageous if the piston rod guide with a guide bush is provided, which carries the metallic layer on the cylindrical inner wall. A such guide bushing can be made of steel and does not have an expansion gap have as the known DU sockets, so that no or at least essential lower leakage currents occur in the area of the piston rod guide.

Um Beschichtungskosten zu sparen, die sich aus der Größe der beschichteten Flä che und der Schichtdicke berechnen, wird nur die Gleitfläche beschichtet, was auf einfache Weise dadurch erreicht wird, daß zum Aufbringen der metallischen Schicht eine Anzahl von gleichen Bauteilen aufeinander gestapelt werden. Auch ist es vor teilhaft, wenn der Kolben zusammen mit dem Kolbenring in einem Arbeitsgang be schichtet wird, wodurch die in Kontakt zur Zylinderwand kommenden Bauteile in ei nem Arbeitsgang beschichtet werden und anschließend nicht mehr zusammenge baut werden müssen.In order to save coating costs, which result from the size of the coated surface surface and the layer thickness, only the sliding surface is coated, which is indicated is easily achieved in that the application of the metallic layer a number of identical components are stacked on top of each other. It is also before partial if the piston together with the piston ring be in one operation is layered, whereby the components coming into contact with the cylinder wall in egg coated in one operation and then no longer joined together must be built.

Ferner wird für die Kolbenringe eine kostengünstige Beschichtung erzielt, wenn die Kolbenringe gestapelt werden, wodurch bei solchen Kolbenringen-Stapeln nur die äußere Gleitfläche mit der harten Schicht versehen wird. Eine sehr einfache Lösung wird dadurch erreicht, daß der Kolbenring aus einem im Querschnitt kreisförmigen Draht gebildet ist, der an der Ober- und Unterseite abgeflacht wird.Furthermore, an inexpensive coating is achieved for the piston rings if the Piston rings are stacked, whereby only the outer sliding surface is provided with the hard layer. A very simple solution is achieved in that the piston ring from a circular in cross section Wire is formed, which is flattened at the top and bottom.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert.Based on the embodiment shown in the drawing, the Invention explained in more detail.

Die Figur zeigt einen Zweirohr-Schwingungsdämpfer im Längsschnitt, der zwischen Achse und Aufbau eines Fahrzeugs angeordnet ist, wobei auf der Innenwand eines Zylinders 1 ein fest mit einer Kolbenstange 2 verbundener Kolben 3 gleitet. Zwischen einem Bodenventilkörper 7 und einer Kolbenstangenführung 4 ist der Zylinder 1 ein gespannt, was durch Umbördeln des freien Endes eines Behälters 6 erfolgt. Die Kol benstange 2 ist axial beweglich in der Kolbenstangenführung 5 angeordnet und durch eine Kolbenstangendichtung 5 nach außen abgedichtet. Der Innenraum des Zylinders 1 ist mit Dämpfflüssigkeit gefüllt und wird vom Kolben 3 in einen oberen Arbeitsraum 8 und einen unteren Arbeitsraum 9 unterteilt, während sich zwischen dem Zylinder 1 und dem Behälter 6 ein mit Dämpfflüssigkeit und Gas gefüllter Aus gleichsraum 10 befindet.The figure shows a two-tube vibration damper in longitudinal section, which is arranged between the axle and the body of a vehicle, a piston 3 slidingly connected to a piston rod 2 sliding on the inner wall of a cylinder 1 . The cylinder 1 is clamped between a bottom valve body 7 and a piston rod guide 4 , which is done by flanging the free end of a container 6 . The Kol benstange 2 is axially movable in the piston rod guide 5 and sealed by a piston rod seal 5 to the outside. The interior of the cylinder 1 is filled with damping fluid and is divided by the piston 3 into an upper working space 8 and a lower working space 9 , while between the cylinder 1 and the container 6 there is an equalizing space 10 filled with damping fluid and gas.

Bei der Bewegung der Achse gegenüber dem Aufbau gleitet die Kolbenstange 2 in der Kolbenstangenführung 4 und der Kolben 3 auf der Innenwand des Zylinders 1. In einer Nut des Kolbens 3 ist ein Kolbenring 11 angeordnet, der zumindest auf der dem Zylinder 1 zugekehrten Wand mit einer Schicht 14 aus einem harten metalli schen Grundwerkstoff versehen ist. Ebenso trägt der Kolben 3 wenigstens auf der zylindrischen Außenfläche eine Schicht 13 zur Minderung von Verschleiß und Rei bung. Weiter kann auch die Kolbenstangenführung 4 auf der mit der Kolbenstange 2 zusammenwirkenden Gleitfläche mit einer entsprechenden Schicht 12 versehen sein. Es ist nicht zwingend erforderlich, daß der Schwingungsdämpfer mit allen drei verschleiß- und reibungsmindernden Schichten 12, 13 und 14 versehen ist. Diese Schichten 12, 13 und 14 werden galvanisch aufgebracht und können mit sehr gerin ger Schichtdicke hergestellt werden. Es hat sich herausgestellt, daß eine NiP- oder NiB-Schicht mit einer Schichtdicke von etwa 12 µm ± 3 µm ausreicht, damit eine we sentliche Verringerung von Reibung und Verschleiß erhalten wird. Mit einer derart geringen Schichtdicke wird eine kostengünstige Lösung geschaffen, da eine nach trägliche Bearbeitung der beschichteten Bauteile nicht erforderlich ist. Bei bestimm ten Einbausituationen des Schwingungsdämpfers kann es vorteilhaft sein, wenn eine oder mehrere der NiP- oder NiB-Schichten 12, 13, 14 mit Tefloneinlagerungen kombi niert werden.When the axis moves relative to the body, the piston rod 2 slides in the piston rod guide 4 and the piston 3 on the inner wall of the cylinder 1 . In a groove of the piston 3 , a piston ring 11 is arranged, which is provided at least on the wall facing the cylinder 1 with a layer 14 of a hard metallic base material. Likewise, the piston 3 carries at least on the cylindrical outer surface a layer 13 to reduce wear and tear. Furthermore, the piston rod guide 4 can also be provided with a corresponding layer 12 on the sliding surface interacting with the piston rod 2 . It is not absolutely necessary that the vibration damper be provided with all three wear and friction reducing layers 12 , 13 and 14 . These layers 12 , 13 and 14 are applied galvanically and can be produced with a very small layer thickness. It has been found that a NiP or NiB layer with a layer thickness of about 12 microns ± 3 microns is sufficient to achieve a substantial reduction in friction and wear. With such a small layer thickness, an inexpensive solution is created, since subsequent processing of the coated components is not necessary. In certain installation situations of the vibration damper, it may be advantageous if one or more of the NiP or NiB layers 12 , 13 , 14 are combined with Teflon inclusions.

Die erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung eignet sich nicht nur für die be schriebenen Kolben-Zylinder-Aggregate, sondern ist zur Reibungs- und Verschleiß minderung auch bei anderen im Maschinenbau bekannten Bauteilen, die mit Gleit reibung arbeiten, anwendbar.The surface coating according to the invention is not only suitable for be written piston-cylinder units, but is for friction and wear reduction also in other components known in mechanical engineering that use sliding work friction, applicable.

Claims

1. Surface coating on guide or guided components of a piston-cylinder unit, such as vibration damper, shock absorber, air spring, adjusting cylinder and. Ä., With a piston rod connected to a piston guided by a piston rod guide in a cylinder and sealed by a piston rod seal to the outside, the piston carries a piston ring and slides on the inner surface of the cylinder, while at least one of the sliding parts with a layer on one another Sliding property, characterized in that the layer ( 12 , 13 , 14 ) is formed from a hard metallic base material, such as nickel, and the verse hen workpiece ( 3 , 4 , 11 ) can be assembled without rework.

2. Surface coating according to claim 1, characterized in that the metallic layer ( 12 , 13 , 14 ) is formed by a NiP or NiB layer with a layer thickness of approximately 12 µm ± 3 µm.

3. Surface coating according to claims 1 and 2, characterized in that for sintered components, such as pistons ( 3 ) or piston rod guide ( 4 ), a steam treatment is carried out before coating.

4. Surface coating according to one or more of the preceding claims, characterized in that the piston rod guide ( 4 ) has a pressed-in guide bush, the cylindrical inner wall of which is provided with the metallic layer ( 12 ).

5. Surface coating according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that for applying the metallic layer ( 12 , 13 , 14 ) a number of the same components are stacked and only the sliding surface is coated.

6. Surface coating according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the piston ( 3 ) is coated together with the piston ring ( 11 ) in one operation.

7. Surface coating according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the piston ring ( 11 ) is formed from a wire with a circular annular cross section, which is flattened abge on the top and bottom, whereby an easy stacking is created and the layer ( 14 ) is only arranged on the outside.

8. Surface coating according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the layers ( 12 , 13 , 14 ) in combination with Teflon inclusions on the components ( 3 , 4 , 11 ) are applied.