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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen eines Zuganschlags an einer Kolbenstange eines Schwingungsdämpfers, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, sowie die damit hergestellte Kolbenstange-Zuganschlag-Baueinheit. Schwingungsdämpfer, welche eine Kolbenstange-Zuganschlag-Baueinheit als Bestandteil haben sind in der Automobilindustrie hinlänglich bekannt. Diese Schwingungsdämpfer umfassen zumindest einen Arbeitszylinder, welcher zumindest teilweise mit einem Dämpfmedium gefüllt ist, sowie mindestens einen Kolben, welcher innerhalb des Arbeitszylinders, bezogen auf die Längsachse des Arbeitszylinders axial verschiebbar angeordnet ist und den Arbeitszylinder in zwei Arbeitskammern unterteilt. Der Kolben ist an einer Seite mit einer Kolbenstange verbunden, welche abgedichtet, durch eine Kolbenstangenführung, aus dem Arbeitszylinder herausgeführt und an einem weiteren Befestigungsbauteil eines Kraftfahrzeugs festgelegt ist. Der Kolben weist in der Regel mindestens eine Öffnung, welche beide Arbeitskammern miteinander verbindet, sowie mindestens eine Drosselscheibe, welche die Öffnung an einer Seite zumindest teilweise abdeckt.
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Das von der Kolbenstange abgewandte Ende des Arbeitszylinders ist üblicherweise durch einen Zylinderboden verschlossen und ist zumindest mittelbar an einem Fahrzeugrad-tragendem Bauteil des Kraftfahrzeugs angebracht. Wird der Kolben innerhalb des Arbeitszylinders axial verschoben, so verkleinert sich eine Arbeitskammer wobei sich die andere vergrößert. Aufgrund der relativen Größenveränderung der beiden Kammern entsteht ein Druckunterschied zwischen den beiden Kammern, welcher das Dämpfmedium aus der verkleinerten Arbeitskammer, durch die Öffnung des Kolbens hindurch in die vergrößerte Arbeitskammer strömen lässt. Die Drosselscheibe erschwert den Durchfluss des Dämpfmediums, wodurch ein Dämpfeffekt entsteht.
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In einigen Betriebszuständen, wie beispielsweise beim Überfahren von Schlaglöchern kann es nicht ausgeschlossen sein, dass der Kolben mit einer hohen Geschwindigkeit in Richtung Kolbenstangenführung bewegt wird und auf diese trifft. Das kann zu Undichtigkeit der Kolbenstangendichtung führen oder auch den Kolben beschädigen. Um das zu vermeiden werden die Schwingungsdämpfer mit einem Zuganschlag ausgerüstet, welcher an der Kolbenstange axial befestigt wird und die Aufgabe hat die vorstehend beschriebene Kollision von Kolben und Kolbenstangenführung zu verhindern.
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Die Befestigung des Zuganschlags an der Kolbenstange kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Dieser kann an der Kolbenstange angeschweißt, oder auf eine andere Weise mit der Kolbenstange stoffschlüssig verbunden sein. Da die Kolbenstange ein hoch präzises Bauteil ist, welches im Idealfall keine Verformungen nach der Herstellung der Kolbenstange aufweisen darf, ist die stoffschlüssige Verbindung des Zuganschlags an der Kolbenstange sehr umständlich und ist mit hohen Kosten verbunden.
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Des Weiteren kann die Kolbenstange eine umlaufende Nut aufweisen, wie beispielsweise in der
DE 78 10 988 U1 offenbart. Die Nut nimmt einen Sprengring auf und sichert einen Zuganschlag an der Kolbenstange axial. Diese Befestigungsmethode ist weit verbreitet. Um den Sprengring an der Kolbenstange zu befestigen muss dieser geöffnet werden, sodass dieser den Abschnitt der Kolbenstange bis hin zur umlaufenden Nut, nach Möglichkeit berührungslos passieren kann. Danach greift der Sprengring in die umlaufende Nut der Kolbenstange ein und sichert den Zuganschlag axial an der Kolbenstange. Zusätzlich muss eine axiale Befestigungsmöglichkeit zur Festlegung des Sprengrings an der Kolbenstange realisiert werden, damit der Sprengring bei einer starken Belastung des Zuganschlags nicht aus der Nut herausrutschen kann. Somit kann die vorstehend erläuterte Befestigung ebenfalls kostenintensiv sein.
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Es kann ebenfalls eine formschlüssige Verbindung des Zuganschlags mit der Kolbenstange realisiert werden, indem man den Zuganschlag durch Verpressen an der Kolbenstange axial befestigt, wie in der
DE 78 10 988 U1 oder in der
DE 85 20 989 U1 offenbart.
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Die
DE 10 2011 089 140 B3 zeigt ebenfalls einen Zuganschlag, welcher die Kolbenstange in Umfangsrichtung umgreift und an der Kolbenstange zwischen dem Kolben und der Kolbenstangenführung axial befestigt ist. Der Zuganschlag ist kraftschlüssig mit der Kolbenstange verbunden. Gemäß der in der
DE 10 2011 089 140 B3 gezeigten Ausführungsvariante weist die Kolbenstange eine umlaufende Nut auf, wobei der Zuganschlag in die Nut eingepresst ist, wodurch die formschlüssige Verbindung zwischen der Kolbenstange und dem Zuganschlag realisiert wurde.
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Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist beispielsweise ein Befestigungsverfahren bekannt, welches mindestens zwei Verfahrensschritte aufweist. Im ersten Verfahrensschritt wird ein Zuganschlag an einer Kolbenstange positioniert. Der Zuganschlag umgreift die Kolbenstange in Umfangsrichtung und weist einen scheibenförmigen Abschnitt, sowie einen daran angrenzenden, zu der Kolbenstange zugewandten rohrförmigen Abschnitt auf. Die Kolbenstange weist eine umlaufende Nut auf.
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Der Zuganschlag stützt sich mit dem scheibenförmigen Abschnitt an einem ersten Werkzeugbauteil axial ab und ist so axial positioniert, dass der rohrförmige Abschnitt des Zuganschlags die umlaufende Nut der Kolbenstange zumindest teilweise abdeckt. Im zweiten Verfahrensschritt wird ein zweites, die Kolbenstange in Umfangsrichtung umgreifendes Werkzeugbauteil an dem rohrförmigen Abschnitt des Zuganschlags zur Anlage gebracht. Die Anlagefläche des zweiten Werkzeugbauteils ist schräg, insbesondere konusförmig, mit einer konstanten Steigung ausgeführt, wobei sich der Konus radial nach innen, in Richtung der Kolbenstange verjüngt.
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Das erste Werkzeugbauteil und das zweite Werkzeugbauteil führen dann eine zueinander gerichtete, bezogen auf die Längsachse der Kolbenstange axiale Relativbewegung aus, sodass sich der Abstand zwischen den beiden Werkzeugbauteilen bis auf ein definiertes Endmaß verringert.
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Dabei übt das zweite Werkzeugbauteil eine axial in Richtung des scheibenförmigen Abschnitts gerichtete Presskraft, sowie eine radial nach innen, also zur Kolbenstangenmitte gerichtete Presskraft auf den rohrförmigen Abschnitt des Zuganschlags aus und presst diesen in die Umlaufende Nut der Kolbenstange hinein.
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Nachteilig ist bei dieser Lösung der Umstand zu sehen, dass mit der Verringerung des Abstandes zwischen den Werkzeugbauteilen eine immer größere radiale Presskraft erforderlich ist, um eine optimale Verpressung und somit eine optimale Anlage des rohrförmigen Abschnittes des Zuganschlags in der umlaufenden Nut der Kolbenstange zu ermöglichen.
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Eine Vergrößerung der axialen Presskraft, während der Verringerung des Abstandes zwischen den Werkzeugbauteilen ist nicht erwünscht, da diese unweigerlich zu einem schnellen Werkzeugverschleiß führen würde.
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Die Aufgabe dieser Erfindung liegt darin, das vorstehend erläuterte Befestigungsverfahren derart weiter zu entwickeln, dass eine optimale Anlage des rohrförmigen Abschnittes des Zuganschlags in der umlaufenden Nut der Kolbenstange erreicht und der Werkzeugverschleiß jedoch minimiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zum Befestigen eines Zuganschlags an einer Kolbenstange, gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Ausführungsvarianten sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Somit wird durch die Veränderung des Steigungswinkels der Einpressfläche, mit der Verringerung des Abstandes zwischen den Werkzeugbauteilen das Kräfteverhältnis zwischen der axial gerichteten Presskraft und der radial gerichteten Presskraft sich derart verändert, dass sich die axial gerichtete Presskraft verkleinert und die radial gerichtete Presskraft vergrößert.
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Durch eine große radial gerichtete Presskraft wird eine optimale Anlage des rohrförmigen Abschnittes des Zuganschlags in der umlaufenden Nut der Kolbenstange erreicht, wobei sich die axial gerichtete Presskraft während eines Einpressvorgangs werkzeugschonend reduziert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante kann die Einpressfläche des zweiten Werkzeugbauteils zumindest teilweise konvex ausgeführt sein. In diesem Fall würde der rohrförmige Abschnitt des Zuganschlags einen Einpressabschnitt aufweisen, welcher eine umlaufende, zumindest teilweise konkav ausgebildete Oberfläche aufweist. Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren. Diese zeigen:
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1a)–c): eine schrittweise Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Befestigungsverfahrens;
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2a)–b) eine beispielsweise Darstellung eines Befestigungsverfahrens gemäß Patentanspruch 1;
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3: eine Darstellung des Kräfteverhältnisses nach dem Befestigungsverfahren aus dem Stand der Technik;
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4: eine Darstellung des Kräfteverhältnisses nach dem Befestigungsverfahren gemäß Patentanspruch 1;
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5: eine Schnittdarstellung einer möglichen Ausführungsvariante des zweiten Werkzeugbauteils.
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In den 1a); 1b), 1c) und 3 ist ein aus dem Stand der Technik bekanntes Befestigungsverfahren dargestellt, wonach ein Zuganschlag 1 an einer Kolbenstange 2 positioniert und festgelegt wird. Der Zuganschlag 1 umgreift die Kolbenstange 2 in Umfangsrichtung und weist einen scheibenförmigen Abschnitt 3, sowie einen daran angrenzenden, zu der Kolbenstange 2 zugewandten rohrförmigen Abschnitt 4 auf. Die Kolbenstange 2 weist eine umlaufende Nut 5 auf. Die Nut 5 weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen schräg zu der Längsachse A der Kolbenstange 2 ausgeführten Anlageabschnitt 9 auf, zur Anlage des rohrförmigen Abschnitts 4. Des Weiteren weist die Nut einen Radius R1 auf, welcher der Verhinderung einer Kerbwirkung dient.
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Der Zuganschlag 1 stützt sich mit dem scheibenförmigen Abschnitt 3 an einem ersten Werkzeugbauteil 6 axial ab und ist so axial positioniert, dass der rohrförmige Abschnitt 4 des Zuganschlags 1 die umlaufende Nut 5 der Kolbenstange 2 zumindest teilweise abdeckt. Ein zweites, die Kolbenstange 2 in Umfangsrichtung umgreifendes Werkzeugbauteil 7 wird an dem rohrförmigen Abschnitt 4 des Zuganschlags 1 an dessen Einpressfläche 8 zur Anlage gebracht. Die Ausgestaltung der Einpressfläche 8 des zweiten Werkzeugbauteils 7 ist durch eine konusförmige Ausnehmung 10 im zweiten Werkzeugbauteil 7 definiert und verläuft schräg, mit einer konstanten Steigung zu der Längserstreckungsachse A der Kolbenstange 2, wobei sich der Konus über dessen gesamte Längenerstreckung radial, in Richtung der Kolbenstange 2 verjüngt.
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Das erste Werkzeugbauteil 6 und das zweite Werkzeugbauteil 7 führen dann eine zueinander gerichtete, bezogen auf die Längsachse A der Kolbenstange 2 axiale Relativbewegung aus, sodass sich der Abstand zwischen den beiden Werkzeugbauteilen 6; 7 bis auf ein definiertes Endmaß 11 verringert. Dabei übt das zweite Werkzeugbauteil 7 eine Normalkraft FN auf den rohrförmigen Abschnitt 4 des Zuganschlags 1 aus, welche in Richtung des Normalvektors – also senkrecht zu der Einpressfläche 8 gerichtet ist und den rohrförmigen Abschnitt 4 des Zuganschlags 1 in die Umlaufende Nut 5 der Kolbenstange 2 hineinpresst.
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Zum besseren Verständnis der Funktionsweise kann die Normalkraft FN vektoriell in eine axial in Richtung des scheibenförmigen Abschnitts gerichtete Presskraft FA, sowie eine radial nach innen, also zur Kolbenstangenmittelachse A gerichtete Presskraft FR zerlegt werden.
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Durch den konstanten Steigungswinkel der Einpressfläche 8 bleibt die Wirkrichtung der Normalkraft FN und dadurch auch das Kräfteverhältnis zwischen der axial gerichteten Presskraft FA und der radial gerichteten Presskraft FR stets konstant.
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In der 3 ist das Kräfteverhältnis der auf den rohrförmigen Abschnitt 4 des Zuganschlags 1 wirkenden Kräfte an drei Wirkstellen P1, P2 und P3, entlang des Einpressabschnitts 14 beispielsweise dargestellt und ist noch deutlicher ersichtlich. Die Wirkrichtung der an den Stellen P1, P2 und P3 wirkenden Normalkraft FN1, FN2 und FN3 ist aufgrund der konstanten Steigung stets gleich, wodurch das jeweilige Kräfteverhältnis zwischen der radial gerichteten Kraft FR1, FR2, FR3 zu der jeweils zugehörigen axial gerichteten Kraft FA1, FA2, FA3, ebenfalls immer gleich bleibt.
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Um eine optimale Anlage des Zuganschlages 1 an der Oberfläche des Anlageabschnitts 9 in der Nut 5 zu erreichen muss auf den rohrförmigen Abschnitt 4 eine sehr hohe radial gerichtete Presskraft FR ausgeübt werden. Also wird diese während des Pressvorgangs sukzessiv erhöht.
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Aufgrund des gleichbleibenden Kräfteverhältnisses zwischen der radial gerichteten Presskraft FR und der axial gerichteten Presskraft FA, vergrößert sich die axial gerichtete Presskraft FA, proportional zu der Erhöhung der radial gerichteten Presskraft FR, was die Werkzeugbauteile 6; 7 stark belastet.
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Die 2a); 2b) und 4 zeigen das Befestigungsverfahren, gemäß Anspruch 1. Die Einpressfläche 8 des zweiten Werkzeugbauteils 7 ist derart ausgeführt, dass über die axiale Längenerstreckung der Einpressfläche 8 deren Steigungswinkel zumindest abschnittsweise variiert, wodurch mit der Verringerung des Abstandes zwischen den Werkzeugbauteilen 6, 7 das Kräfteverhältnis zwischen der axial gerichteten Presskraft FA und der radial gerichteten Presskraft FR sich derart verändert, dass sich die axial gerichtete Presskraft FA verkleinert und die radial gerichtete Presskraft FR vergrößert.
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Die somit erreichbare sehr hohe radial gerichtete Presskraft FR drückt den rohrförmigen Abschnitt 4 des Zuganschlags 1 in die umlaufende Nut 5 der Kolbenstange 2 hinein, sodass eine optimale Anlage des rohrförmigen Abschnittes 4 an dem Anlageabschnitt 9 der Nut 5, sowie an dem daran angrenzenden Radius R1 möglich ist. Den durch die hohe radial gerichtete Presskraft FR von dem zweiten Werkzeugbauteil 7 verdrängten Werkstoff des rohrförmigen Abschnitts 4 des Zuganschlags 1 füllt die umlaufende Nut 5 der Kolbenstange 2 nahezu vollständig aus.
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Die 5 zeigt eine beispielsweise Ausführungsvariante des zweiten Werkzeugbauteils 7, gemäß Anspruch 1. Das zweite Werkzeugbauteil 7 weist einen Aufnahmeabschnitt 12, für die Aufnahme der Kolbenstange 2, welcher als eine Aufnahmebohrung 13 ausgeführt werden kann, sowie eine daran angrenzende Einpressfläche 8. Die Einpressfläche 8 des zweiten Werkzeugbauteils 7 ist konvex ausgebildet. Des Weiteren weist die Einpressfläche 8 einen im Schnittbild dargestellten Radius R2 auf. Selbstverständlich kann die Einpressfläche 8 auch ohne Radius, sondern beispielsweise als eine Aneinanderreihung mehrerer Abschnitte mit unterschiedlicher Steigung realisiert werden. Diese Ausführungsvariante ist zwar nicht explizit dargestellt, ist aber ebenfalls möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zuganschlag
- 2
- Kolbenstange
- 3
- scheibenförmiger Abschnitt
- 4
- rohrförmiger Abschnitt
- 5
- Nut
- 6
- erstes Werkzeugbauteil
- 7
- zweites Werkzeugbauteil
- 8
- Einpressfläche
- 9
- Anlageabschnitt
- 10
- konusförmige Ausnehmung
- 11
- Endmaß
- 12
- Aufnahmeabschnitt
- 13
- Aufnahmebohrung
- 14
- Einpressabschnitt
- A
- Längserstreckungsachse
- R1
- Radius
- R2
- Radius
- P1
- Wirkstelle
- P2
- Wirkstelle
- P3
- Wirkstelle
- FN
- Normalkraft
- FN1
- Normalkraft an der Wirkstelle P1
- FN2
- Normalkraft an der Wirkstelle P2
- FN3
- Normalkraft an der Wirkstelle P3
- FR1
- radial gerichtete Kraft an der Wirkstelle P1
- FR2
- radial gerichtete Kraft an der Wirkstelle P2
- FR3
- radial gerichtete Kraft an der Wirkstelle P3
- FA1
- axial gerichtete Kraft an der Wirkstelle P1
- FA2
- axial gerichtete Kraft an der Wirkstelle P2
- FA3
- axial gerichtete Kraft an der Wirkstelle P3
