DE102006004783A1

DE102006004783A1 - Vibration damper piston rod in steel of specific carbon and manganese content, used for engines and machines with piston rods and cylinders, comprises aluminum and titanium alloying additions

Info

Publication number: DE102006004783A1
Application number: DE102006004783A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr. Ing. Lutz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2005-03-26
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2006-09-28

Abstract

A vibration damper piston rod in St 52 steel has a carbon content less than 0.25%, and manganese content higher than 1.3%. The aluminum and titanium contents can be 0.04-0-06 and less than 0.001 respectively.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenstange für einen Schwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The The invention relates to a piston rod for a vibration damper according to the preamble of Claim 1.

Kolbenstangen für Schwingungsdämpfer bestehen häufig aus einem Stahl C35. Dieser Werkstoff weißt einen C-Gehalt von min. 0,35 % auf. Mangan ist in etwa mit 0,5 % enthalten und Aluminium beschränkt sich auf 0,03 %. C35 ist sehr gut härtbar, aber leider auch überhärtbar, so dass im Fertigungsablauf vergleichsweise häufig die Werkstoffhärte überprüft werden muss. Die Dauerfestigkeit beträgt ca. 400N/mm². Eine Kolbenstange, die in Schwingungsdämpfer, insbesondere einem Schwingungsdämpfer in Federbeinausführung verwendet wird, unterliegt einer hohen Biegebelastung. Um diese Biegebelastungen aufnehmen zu können, ist ein bestimmter Kolbenstangendurchmesser notwendig. Der Durchmesser der Kolbenstange des Schwingungsdämpfers bestimmt wesentlich das Dämpfkraftverhalten des Schwingungsdämpfers, da das verdrängte Volumen der in den Zylinder des Schwingungsdämpfers ein- und ausfahrenden Kolbenstange durch die Dämpfventile strömen muss.Piston rods for vibration damper often consist of a steel C35. This material has a C content of min. 0.35%. Manganese is contained at about 0.5% and aluminum is limited to 0.03%. C35 can be hardened very well, but unfortunately it can also be over-hardened, so that the material hardness must be checked relatively frequently in the production process. The fatigue strength is approx. 400N / mm ² . A piston rod used in vibration absorbers, particularly a shock absorber type vibration damper, is subject to a high bending load. To accommodate these bending loads, a certain piston rod diameter is necessary. The diameter of the piston rod of the vibration damper essentially determines the damping force behavior of the vibration damper, since the displaced volume of the piston rod entering and leaving the cylinder of the vibration damper must flow through the damping valves.

Des weiteren sollte ein Kolbenstangenwerkstoff gut schweißbar sein, da ein Kolbenzapfen vielfach als Einzelteil an die Kolbenstange angeschweißt und nicht aus dem vollen Material spanend hergestellt wird.Of further, a piston rod material should be well weldable, because a piston pin often as an individual part of the piston rod welded and not made from the full material.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Werkstoff für eine Kolbenstange bereitzustellen, der eine höhere Festigkeit aufweist und zu dem schweißbar ist.task In the present invention, it is a material for a piston rod to provide a higher Has strength and is weldable to the.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Stahl der Qualität ST 52 entspricht und einen C-Gehalt von <0,25 % und einen Mn-Gehalt >1,3 % aufweist.According to the invention Task solved by that the steel of quality ST 52 and has a C content of <0.25% and a Mn content> 1.3%.

Mit dem neuen Werkstoff, der sich gut schweißen lässt kann durch Wärmebehandlung eine Dauerfestigkeit von >700N/mm² erreicht werden. Folglich kann man den Kolbenstangendurchmesser verringern und insgesamt einen deutlich leichteren Schwingungsdämpfer erreichen. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass durch geringen C-Gehalt in Kombination mit dem Mn-Gehalt eine Überhärtung nicht möglich ist. Damit kann der Aufwand für die Härteprüfung entscheidend reduziert werden.With the new material, which can be welded well, a fatigue strength of> 700 N / mm ² can be achieved by heat treatment. Consequently, you can reduce the piston rod diameter and achieve a much lighter vibration damper overall. A significant advantage is that overheating is not possible due to the low C content in combination with the Mn content. Thus, the effort for the hardness test can be significantly reduced.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung beträgt der Al-Gehalt zwischen 0,04 und 0,06%. Mit dem Al-Gehalt kann die Eignung des Werkstoff zur spanenden Bearbeitung verbessert werden. Die Kolbenstange wird als Rohling mit einem gewissen Übermaß auf Länge geschnitten und anschließend überdreht. Der Al-Gehalt führt zu kürzeren Spänen, die in automatisierten Bearbeitungsmaschinen leichter beherrschbar sind.In Further advantageous embodiment, the Al content is between 0.04 and 0.06%. With the Al content, the suitability of the material for machining Processing to be improved. The piston rod is as a blank cut to length with a certain amount of oversize and then over-turned. The Al content leads to shorter ones Chips that are easier to control in automated processing machines.

Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch beträgt der Ti-Gehalt < 0,001 % beträgt. Es wird ein feinkörniges Gefüge erreicht, das sich festigkeitssteigernd auswirkt.According to one advantageous subclaim the Ti content <0.001 % is. It will be a fine grained structure achieved, which increases strength.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.Based The following description of the figures, the invention will be explained in more detail.

Die einzige Figur zeigt einen Schwingungsdämpfer 1, in dessen Zylinders 3 eine Kolbenstange 5 axial beweglich geführt ist. Eine Kolbenstangenführung 7 an dem einen Ende und ein Bodenventil 9 an dem anderen Ende des Zylinders 3 begrenzen einen vollständig mit Dämpfmedium gefüllten Arbeitsraum, der von einem an der Kolbenstange befestigten Kolben 11 in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 13; 15 unterteilt wird. Konzentrisch zum Zylinder ist ein Behälterrohr 17 angeordnet, das mit der Außenwandung des Zylinders einen nur teilweise mit Dämpfmedium gefüllten ringförmigen Ausgleichsraum 19 für das von der Kolbenstange bei einer Einfahrbewegung verdrängte Volumen im kolbenstangenfernen Arbeitsraum 15 bildet.The single figure shows a vibration damper 1 in its cylinder 3 a piston rod 5 is guided axially movable. A piston rod guide 7 at one end and a bottom valve 9 at the other end of the cylinder 3 limit a completely filled with damping medium working space of a piston attached to the piston rod 11 in a piston rod side and a piston rod remote work space 13 ; 15 is divided. Concentric with the cylinder is a container tube 17 arranged, with the outer wall of the cylinder an only partially filled with damping medium annular compensation chamber 19 for the displaced by the piston rod during a retraction volume in the piston rod remote working space 15 forms.

Die Kolbenstange 5 ist als ein Massivteil ausgeführt und umfasst mehrere Abschnitte. Sie besteht aus einem Stahlwerkstoff der Qualität St 52. Einem Mittelstück 21 schließt sich an einem Ende außerhalb des Zylinders ein nicht dargestelltes Endstück mit einer Anschlussfläche für ein Anschlussorgan an. Das Ende in Richtung des kolbenstangenfernen Arbeitsraums wird von einem ggf. hohlen Zapfen 23 gebildet, der über eine Schweißverbindung 25 mit dem Ende der Kolbenstange 5 verbunden ist. Die Schweißverbindung wird bevorzugt nach einem Reibschweißverfahren hergestellt, so dass abgesehen von der Schweißzone keine nennenswerte Wärmeeinwirkung vorliegt, die die Kolbenstange z. B. verziehen könnte. Ein C-Gehalt von 0,25 % führt zu einer guten Schweißbarkeit. Der Zapfen 23 und das Mittelstück 21 können vor der Herstellung der Schweißverbindung vollständig spanend bearbeitet und auch verchromt sein. Die spanende Bearbeitung wird durch einen Al-Gehalt von 0,04 bis 0,06 % erleichtert. Die Stirnflächen des Mittelstücks 21 und des Stopfens 23 für die Schweißverbindung 25 werden vor dem Verchromen durch geeignete Maßnahmen isoliert, damit keine Einschlüsse die Qualität der Schweißverbindung beeinträchtigen können. Der angeschweißte Zapfen 23 muss nicht verchromt werden, da dieser Bereich der Kolbenstange nach der Montage ständig im Schwingungsdämpfer verbleibt und im Dämpfmedium gegen Korrosion geschützt ist.The piston rod 5 is designed as a solid part and includes several sections. It consists of a steel material of quality St 52. A centerpiece 21 joins at one end outside the cylinder an unillustrated end piece with a connection surface for a connecting member. The end in the direction of the piston rod remote working space is from an optionally hollow pin 23 formed, which has a welded joint 25 with the end of the piston rod 5 connected is. The welded joint is preferably produced by a friction welding process, so that apart from the welding zone no significant heat effect is present, the piston rod z. B. could forgive. A C content of 0.25% results in good weldability. The pin 23 and the middle piece 21 can be completely machined and also chrome plated prior to making the weld. The machining is facilitated by an Al content of 0.04 to 0.06%. The end faces of the middle piece 21 and the stopper 23 for the welded joint 25 are insulated by appropriate means before chrome plating so that no inclusion can affect the quality of the welded joint. The welded pin 23 does not need to be chrome plated as this area of the piston rod remains in the vibration damper after assembly and is protected in the damping medium against corrosion.

Die Kolbenstange 5 der 1 wird aus Stangenmaterial, z. B. durch Laser, auf Länge geschnitten. Zur Festigkeitssteigerung wird die Kolbenstange gehärtet. Als besonders vorteilhaft hat sich das Mittel- oder Niedrigfrequenz-Induktivhärten bewährt. Die Entscheidung für eines der beiden Härtverfahren wird von der gewünschten Eindringtiefe und der Taktzeit bestimmt.The piston rod 5 of the 1 is made of rod material, for. B. by laser, cut to length. To increase the strength of the piston rod is hardened. Particularly advantageous is the medium or low-frequency induction hardening has proven. The decision for one of the two hardening methods is determined by the desired penetration depth and the cycle time.

Ein Mn-Gehalt von >1,3 % in Kombination mit einem C-Gehalt von 0,25 % führt dazu, dass keine Überhärtung der Kolbenstange im Fertigungsprozess stattfinden Ein Ti-Gehalt <0,001 % fördert wiederum ein feines Gefüge, das sich ebenfalls festigkeitssteigernd auswirkt. Die Kolbenstange mit dem erfindungsgemäßen Werkstoff verfügt über eine Dauerfestigkeit von >700N/mm², so dass die Kolbenstange 5 sehr große Querkräfte aufnehmen kann und insgesamt mit einem kleineren Durchmesser verwendbar ist. Diese Maßnahme führt zu einer wesentlichen Gewichtseinsparung am Schwingungsdämpfer.An Mn content of> 1.3% in combination with a C content of 0.25% means that no overhardening of the piston rod takes place in the manufacturing process. A Ti content <0.001% in turn promotes a fine structure, which also increases in strength effect. The piston rod with the material according to the invention has a fatigue strength of> 700 N / mm ² , so that the piston rod 5 can absorb very large lateral forces and overall is usable with a smaller diameter. This measure leads to a significant weight saving on the vibration damper.

Claims

Piston rod for a vibration damper made of steel, characterized in that the steel of the quality ST 52 corresponds and has a C content of <0.25% and a Mn content> 1.3%.

Piston rods according to claim 1, characterized that the Al content is between 0.04 and 0.06%.

Piston rod according to claim 1, characterized that the Ti content <0.001 % is.