DE102005063565B3 - Verfahren zur Herstellung einer Kolbenstange, Stoßdämpfer und Verschiebungssensor - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Kolbenstange, Stoßdämpfer und Verschiebungssensor Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Kolbenstange, die unter ihrer Oberfläche einen ersten Abschnitt einer ersten magnetischen Phase und axial daran anschließend einen zweiten Abschnitt einer zweiten magnetischen Phase aufweist, um eine Verschiebung zwischen der Kolbenstange und einem mit ihr verbundenen Zylinder erfassen zu können, dadurch gekennzeichnet, dass eine Maske (42) auf dem über dem ersten Abschnitt liegenden Teil der Stangenoberfläche angebracht und der über dem zweiten Abschnitt liegende Teil der Stangenoberfläche unmaskiert gelassen wird und danach der unmaskierte Teil der Stangenoberfläche auf wenigstens eine Temperatur (Ms) heruntergekühlt wird, bei der die Martensitumwandlung einsetzt, so dass die vorliegende Phase in eine unterschiedliche Phase mit unterschiedlicher Permeabilität umgewandelt wird.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist auf einen Stoßdämpfer für ein Fahrzeug und ein Verfahren zu seiner Herstellung gerichtet. Insbesondere ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf einen Stoßdämpfer für ein Fahrzeug gerichtet, weicher einen integrierten Verschiebungssensor enthält.
  • HINTERGRUNDINFORMATION
  • Eine Anzahl von Anwendungen bei Fahrzeugen/Kraftfahrzeugen benötigt als Eingangssignal die Distanz zwischen der Fahrzeugkarosserie (d. h. der gefederten Masse) und der Aufhängung (d. h. der ungefederten Masse). Beispiele solcher Anwendungen umfassen automatische Fahrzeugnivelliersysteme, semi-aktive und aktive Aufhängungssysteme und Nivelliersysteme für Hochleistungs-Entladungsscheinwerfer.
  • Bei bekannten Anwendungsfällen wird das Eingangssignal für gewöhnlich von separat angeordneten Verschiebungssensoren geliefert. Diese Sensoren sind typischerweise mittels einer Halterung an der gefederten Masse angebracht und mit der ungefederten Masse mittels eines Verbindungsstabs und einer Halterung verbunden. Jeder dieser Sensoren ist separat mit dem elektrischen System des Fahrzeugs mittels einer zugehörigen Verdrahtung verbunden.
  • Bekannte Verschiebungssensoren, wie oben beschrieben, sind jedoch aufgrund der großen Anzahl von verwendeten Teilen, des Arbeitsaufwands zur Anbringung des Sensors und der Notwendigkeit der Sensorkalibrierung, nachdem das Fahrzeug die Fertigungsstraße verlassen hat, teuer.
  • Aus der EP 0 296 808 A1 wird ein Positionssensor mit einer in einem Zylinder beweglichen Kolbenstange vorgeschlagen, welcher Bereiche mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften aufweist. Diese Bereiche werden dadurch erhalten, dass die Kolbenstange bei ihrer Fertigung in vorgebbaren Bereichen durch Laser- oder Elektronenstrahlung lokal erwärmt wird. Dieser Positionssensor kann jedoch nur mit großem Aufwand hergestellt werden.
  • Angesichts des Voranstehenden besteht eine Notwendigkeit, einen gattungsgemäßen Verschiebungssensor mit geringerem Aufwand herzustellen und einen Verschiebungssensor anzugeben, welcher einen verringerten Aufwand hinsichtlich Einbau und Kalibrierung benötigt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kolbenstange, die unter ihrer Oberfläche einen ersten Abschnitt einer ersten magnetischen Phase und axial daran anschließend einen zweiten Abschnitt einer zweiten magnetischen Phase aufweist, um eine Verschiebung zwischen der Kolbenstange und einem mit ihr verbundenen Zylinder erfassen zu können, wobei eine Maske auf dem über dem ersten Abschnitt liegenden Teil der Stangenoberfläche angebracht und der über dem zweiten Abschnitt liegende Teil der Stangenoberfläche unmaskiert gelassen wird und danach der unmaskierte Teil der Stangenoberfläche auf wenigstens eine Temperatur heruntergekühlt wird, bei der die Martensitumwandlung einsetzt, so dass die vorliegende Phase in eine unterschiedliche Phase mit unterschiedlicher Permeabilität umgewandelt wird.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft einen Stoßdämpfer, der einen Zylinder, eine mit dem Zylinder verbundene Kolbenstange und einen Kolben in Verbindung mit der Kolbenstange aufweist. Die Kolbenstange ist gemäß dem oben ausgeführten Herstellungsverfahren magnetisch kodiert, so dass sie eine Mehrzahl von magnetischen Phasensprüngen aufweist. Diese Phasensprünge erlauben die Bestimmung der Position der Kolbenstange relativ zum Zylinder, so dass diese als Verschiebungssensor wirken kann.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1 ist eine geschnittene schematische Ansicht eines Stoßdämpfers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine Profilansicht einer Kolbenstange und zeigt Herstellungsschritte zur magnetischen Kodierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3 ist eine Profilansicht einer Kolbenstange und zeigt Herstellungsschritte zur magnetischen Kodierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist eine Profilansicht einer Kolbenstange mit integriertem Verschiebungssensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5 ist eine Profilansicht einer Kolbenstange und zeigt Herstellungsschritte zur magnetischen Kodierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 6 ist eine Profilansicht einer Anordnung aus Kolbenstange und Röhre und zeigt eine Mehrzahl von Ausführungsformen des Zusammenbaus einer Röhre aus rostfreiem Stahl über der Stange.
  • 7 ist eine Profilansicht einer Anordnung aus Kolbenstange und Röhre und zeigt eine Mehrzahl von Ausführungsformen des Zusammenbaus einer Aluminiumröhre über der Stange.
  • 8 ist eine Profilansicht einer Anordnung aus Kolbenstange und Röhre und zeigt eine andere Ausführungsform des Zusammenbaus einer Röhre aus rostfreiem Stahl über der Stange.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft einen Stoßdämpfer, der an einem Fahrzeug angeordnet wird und der eine Kolbenstange hat, welche magnetisch kodiert ist. Die magnetisch kodierte Kolbenstange erlaubt eine Bestimmung der Position der Kolbenstange relativ zu dem Stoßdämpferzylinder, so dass ein Verschiebungssensor geschaffen wird, der in dem Stoßdämpfer für das Fahrzeug integriert ist.
  • 1 ist eine geschnittene vereinfachte Darstellung eines Stoßdämpfers 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Stoßdämpfer 10 weist einen Kolben 12, einen Zylinder 14, eine Kolbenstange 16 und eine Ölfüllung 18 auf. Der Stoßdämpfer 10 dient in bekannter Weise zur Stoßdämpfung bei einem Fahrzeug.
  • Die Kolbenstange 16 ist mit magnetischem Material 20 kodiert, was erlaubt, dass der Stoßdämpfer 10 auch als Verschiebungssensor dient. Das kodierte magnetische Material 20 der Kolbenstange 16 erzeugt örtliche Materialphasenänderungen an der Oberfläche der Kolbenstange 16, was zu Sprüngen von Materialphasen mit hoher und niedriger magnetischer Permeabilität führt. Wenn die Differenz in der magnetischen Suszeptibilität hoch genug ist, lassen sich die Übergänge mittels bekannter magnetischer Sensortechniken erkennen und die Kolbenstange 16 kann als Teil eines Verschiebungssensors verwendet werden, der im Stoßdämpfer 10 integriert ist.
  • 2 ist eine Profilansicht einer Kolbenstange 26 und zeigt Herstellungsschritte zur magnetischen Kodierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In einer Ausführungsform ist die Kolbenstange 26 aus rostfreiem Stahl gebildet. In anderen Ausführungsformen kann die Kolbenstange 26 aus jedem Material gebildet werden, welches empfänglich für Phasenänderungen unter der Einwirkung einer Kaltverformung oder eines anderen Verformungstyps ist.
  • In einem Schritt 20 wird ein Kerbenprofil in die Oberfläche der Kolbenstange 26 gefräst. In einem Schritt 22 werden die oberen Teile der Kerben mittels eines Hämmer- oder anderen Kompressionsvorgangs verformt, was die benötigte örtliche Phasenänderung schafft. Schließlich wird in einem Schritt 24 nach dem Hämmervorgang das abgeflachte Profil der Stange auf den benötigten Durchmesser und die benötigte Oberflächenrauigkeit geschliffen. Im Ergebnis hat die Materialphase unter den verformten Abschnitten 28 der Oberfläche der Kolbenstange 26 eine andere relative magnetische Permeabilität („μr”) als die anfängliche Materialphase und liefert somit die magnetische Kodierung.
  • 3 ist eine Profilansicht einer Kolbenstange 36 und zeigt Herstellungsschritte zur magnetischen Kodierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In einer Ausführungsform ist die Kolbenstange 36 aus rostfreiem Stahl. In anderen Ausführungsformen kann die Kolbenstange 36 aus jeglichem Material gebildet werden, welches empfänglich für Phasenänderungen unter dem Einfluss einer Kaltverformung oder eines anderen Verformungstyps ist.
  • In der anfänglichen Stangenoberfläche (Schritt 30) wird ein Kerbenprofil in die Oberfläche der Kolbenstange 36 hineinverformt (Schritt 32), so dass die benötigte Verformung für die örtliche Materialphasenänderung geschaffen wird. In einem Schritt 34 wird die Stange 36 auf den benötigten Durchmesser geschliffen, was die Erhebungen der aufgebrachten Verformung beseitigt und das magnetische Profil ergibt. Im Ergebnis hat die Materialphase unter den verformten Abschnitten 38 der Oberfläche der Kolbenstange 36 eine unterschiedliche relative magnetische Permeabilität zur anfänglichen Materialphase und liefert die magnetische Kodierung.
  • 4 ist eine Profilansicht einer Kolbenstange 46 mit einem integrierten Verschiebungssensor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In einer Ausführungsform ist die Kolbenstange 46 aus rostfreiem Stahl. In einer Ausführungsform wird die Kolbenstange 46 wie folgt hergestellt: Eine Maske 42 wird an der Oberfläche der Kolbenstange 46 angebracht. Die nichtmaskierten Teile der Stange 16 werden auf eine Temperatur von wenigstens MS (Beginn der Martensit-Umformung) heruntergekühlt. Aufgrund der örtlichen Abkühlung des Materials wird die vorliegende Phase in eine unterschiedliche Phase mit unterschiedlicher magnetischer Permeabilität verschoben. Die Stange 46 wird dann auf den korrekten Durchmesser und die Glätte geschliffen.
  • 5 ist eine Profilansicht einer Kolbenstange 56 und zeigt Herstellungsschritte zur magnetischen Kodierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In einer Ausführungsform ist die Kolbenstange 56 aus rostfreiem Stahl.
  • In einem Schritt 50 werden in der Oberfläche der Kolbenstange Kerben ausgebildet. In einem Schritt 52 werden diese Kerben mittels einer thermischen Sprühtechnik gefüllt, wobei als Sprühfüllmaterial ein Material mit einer signifikant unterschiedlichen relativen magnetischen Permeabilität im Vergleich zum Material der Kolbenstange verwendet wird. In einem Schritt 54 wird das überschüssige Füllmaterial abgeschliffen, so dass die Stange den Enddurchmesser und die Endglätte bekommt. In einem Schritt 58 wird als optionaler Endschritt eine Oberflächenbehandlung an der Stange durchgeführt, um die benötigte Oberflächenhärte, Korrosionsbeständigkeit und Abnutzungsfestigkeit zu erhalten.
  • Ausführungsformen der Kolbenstange mit einem integrierten Verschiebungssensor können in Form einer Stange aus rostfreiem Stahl vorliegen. In anderen Ausführungsformen kann eine hartchromplatierte Stange mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, wie sie typischerweise in einem Stoßdämpfer verwendet wird, zusammen mit einer Anordnung aus einer Röhre aus Aluminium oder rostfreiem Stahl über der Stange verwendet werden, wie nachfolgend beschrieben wird.
  • 6 ist eine Profilansicht einer Anordnung aus Kolbenstange und Röhre und zeigt eine Mehrzahl von Ausführungsformen des Zusammenbaus einer Röhre aus rostfreiem Stahl über der Stange. Zunächst wird über einem Stangenkern 63 eine dünnwandige Röhre 61 aus rostfreiem Stahl angeordnet. Die Befestigung der dünnwandigen Röhre aus rostfreiem Stahl kann auf unterschiedliche Weise erfolgen: Erhitzen der Röhre und Aufbringen hiervon auf dem Stahlkern im Presssitz (Schritt 60); Verschweißen der Röhre auf dem Stahlkern (Schritt 62); oder mechanische Befestigung der Röhre am Stahlkern (Schritt 64). In einer Ausführungsform kann nach der Befestigung der Röhre an dem Stangenkern die Anordnung wärmebehandelt oder oberflächenbehandelt werden, um die Oberflächenrauigkeit zu erhöhen.
  • 7 ist eine Profilansicht einer Anordnung aus Kolbenstange und Röhre und zeigt eine Mehrzahl von Ausführungsformen des Zusammenbaus einer Aluminiumröhre mit der Stange. Eine dünnwandige Aluminiumröhre wird anodisiert, um die benötigte Oberflächenhärte zu erhalten. Die anodisierte Aluminiumröhre 73 wird über eine Kernstange 71 aus Stahl gesetzt und dann an der Schaftendseite mit einer Gummidichtung 74 befestigt. Die Befestigung an der Kolbenseite kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, u. a. Verschweißen der Röhre an dem Stahlkern (Schritt 70) und mechanische Befestigung der Röhre am Stahlkern (Schritt 72).
  • 8 ist eine Profilansicht einer Anordnung aus Kolbenstange und Röhre und zeigt eine andere Ausführungsform des Zusammenbaus einer Röhre aus rostfreiem Stahl mit einer Stange. Eine dünnwandige Röhre 80 aus rostfreiem Stahl wird über einen Metallkern 82 aus Stahl geschoben. Die Röhre wird auf dem Stabkern mittels eines Kragens (Rückschlagstopp) 84 positioniert, der mittels Widerstandsschweißen an dem Stabkern aus Stahl befestigt ist. An der anderen Seite wird Öffnung zwischen der Röhre aus rostfreiem Stahl und dem Stahlkern mittels eines O-Ring 86 verschlossen. Die Befestigung der Röhre aus rostfreiem Stahl kann mittels einer von oben her anbringbaren Befestigung mittels Verschweißen der Röhre aus rostfreiem Stahl mit dem Stangenkern oder mittels einer mechanischen Befestigung zwischen der Röhre aus rostfreiem Stahl und dem Stabkern erfolgen.
  • Wie beschrieben, erlauben Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eines Stoßdämpfers mit einer Kolbenstange, welche magnetisch kodiert ist, dass der Stoßdämpfer als ein Verschiebungssensor wirken kann, ohne dass eine große Anzahl von Teilen, eine Mehrzahl von Sensoren und eine Kalibrierung des Sensors nach dessen Einbau im Fahrzeug notwendig ist.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Kolbenstange, die unter ihrer Oberfläche einen ersten Abschnitt einer ersten magnetischen Phase und axial daran anschließend einen zweiten Abschnitt einer zweiten magnetischen Phase aufweist, um eine Verschiebung zwischen der Kolbenstange und einem mit ihr verbundenen Zylinder erfassen zu können, dadurch gekennzeichnet, dass eine Maske (42) auf dem über dem ersten Abschnitt liegenden Teil der Stangenoberfläche angebracht und der über dem zweiten Abschnitt liegende Teil der Stangenoberfläche unmaskiert gelassen wird und danach der unmaskierte Teil der Stangenoberfläche auf wenigstens eine Temperatur (Ms) heruntergekühlt wird, bei der die Martensitumwandlung einsetzt, so dass die vorliegende Phase in eine unterschiedliche Phase mit unterschiedlicher Permeabilität umgewandelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt die Kolbenstange (46) auf den korrekten Durchmesser und die korrekte Glätte geschliffen wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (46) eine Stange aus rostfreiem Stahl ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (46) eine an einem Stahlkern (63) befestigte Röhre (61) aus rostfreiem Stahl aufweist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (46) eine an einem Stahlkern (71) befestigte Aluminiumröhre (73) aufweist.
  6. Stoßdämpfer mit einer nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellten Kolbenstange (46), einem mit der Kolbenstange (46) verbundenen Kolben (12) und einem Zylinder (14), der mit der Kolbenstange (46) in Verbindung steht.
  7. Stoßdämpfer nach Anspruch 6, ferner mit einem Schaltkreis zur Erkennung eines magnetischen Übergangs zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt zur Berechnung einer Verschiebung der Kolbenstange (46) in dem Zylinder (14).
  8. Verschiebungssensor für ein Fahrzeug, mit einem Stoßdämpferzylinder (14) und einer in dem Zylinder angeordneten Kolbenstange (46), die nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellt ist.
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