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Die Erfindung betrifft eine Schweißverbindung bei einem Kolbenstangenaggregat gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Bei einem Kolbenstangenaggregat ist sehr häufig die Oberfläche einer Kolbenstange als tragendes Bauteil verchromt, um eine hochwertige Gleitfläche und einen Korrosionsschutz zu erhalten. Vielfach werden Anbauteile an der Kolbenstange befestigt, damit eine Konstruktion auf einem einfachen Stangenprofil basieren kann.
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Ein typisches Anbauteil an einer Kolbenstange ist eine Stützscheibe für einen Zuganschlag. Vielfach wird eine derartige Stützscheibe formschlüssig mit der Kolbenstange verbunden. Diese Variante bietet den grundsätzlichen Vorteil der freien Materialauswahl für die Stützscheibe. Es zeigen sich jedoch auch Grenzen der Belastbarkeit, bei deren Überschreitung die Formschlussverbindung abreißt.
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Die
DE 195 14 101 A1 beschreibt ein Kolbenstangenaggregat mit einer Kolbenstange, deren Anbauteil mit der Kolbenstange verschweißt ist. Nähere Angaben zur konkreten Ausgestaltung der Schweißverbindung sind nicht offenbart. Nach dem Kenntnisstand der Anmelderin werden die Anbauteile mit einem Widerstandsschweißverfahren mit der Kolbenstange verbunden. Dafür ist es vielfach notwendig, dass die bereits verchromte Kolbenstange im Schweißbereich mit dem Anbauteil nachbearbeitet wird, um eine tragende Schweißverbindung zu erzielen. Alternativ könnte man die Kolbenstange im Bereich des Anbauteils vor dem Verchromen sicherlich abdecken, womit jedoch auch wieder ein zusätzlicher Aufwand verbunden ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine hochbelastbare Verbindung zwischen einem Anbauteil und einem tragenden Bauteil eines Kolbenstangenaggregats zu schaffen.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Anbauteil zumindest einen Werkstoffbestandteil aufweist, der bei Erzeug der Schweißverbindung aus dem Anbauteil in einen Schweißbereich der Schweißverbindung hineindiffundiert.
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Der Vorteil besteht darin, nun auch Bauteile miteinander verschweißt werden können, die aufgrund ihrer Materialeigenschaften tendenziell nicht für eine Schweißverbindung vorgesehen sind. Des Weiteren muss bei der Erzeugung der Schweißverbindung kein separater Zusatzwerkstoff zugeführt werden. Dadurch würde der Schweißaufwand deutlich ansteigen.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Oberflächen der zu verschweißenden Bauteile nicht von einer Beschichtung befreit werden müssen.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist das tragende Bauteil zumindest im Bereich der Schweißverbindung eine verchromte Oberfläche und das Anbauteil als Werkstoffbestandteil Nickel auf. Der Werkstoffanteil des Anbauteils verhindert eine Sprödbrüchigkeit der Schweißverbindung.
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Optional kann das Anbauteil eine Nickelschicht zumindest im Bereich der Schweißverbindung aufweisen. Dadurch kann der Grundwerkstoff des Anbauteils freier gewählt werden.
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Alternativ kann das Anbauteil Nickel als Legierungsbestandteil aufweisen, um einen Beschichtungsaufwand zu vermeiden.
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Für eine möglichst lange Schweißverbindung wird das Anbauteil von einem Hülsenkörper mit einem umlaufenden Flansch gebildet, der eine Stützfläche aufweist, wobei die Schweißung den Hülsenkörper radial durchdringt.
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Damit sich im Bereich der Stützfläche kein Spalt bilden kann, in den z. B. Dämpfmittel eines Schwingungsdämpfers eindringen kann, ist die Schweißung über den Hülsenkörper schräg in Richtung der Stützfläche des Anbauteils ausgeführt.
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Eine weitere Maßnahme zur Minimierung der Spaltbildung besteht darin, dass die Schweißung in Umfangsrichtung des Anbauteils ausgeführt ist.
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Zusätzlich kann eine Mehrzahl von Schweißungen in einer axialen Anordnung ausgeführt sein. Darüber lässt sich die maximale Spalttiefe begrenzen.
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Im Hinblick auf eine möglichst kurze Taktzeit und eine einfache Schweißvorrichtung sind Schweißungen in einer spiralförmigen Schweißung zusammengefasst.
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Bevorzugt ist die Schweißverbindung als eine Laserschweißung ausgeführt, da auch größere Eindringtiefen in Verbindung mit einem geringen Wärmeverzug erreichbar sind.
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Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt:
- 1 Schnittdarstellung durch ein Kolbenstangenaggregat
- 2 Prinzipdarstellung zum Herstellungsverfahren des Kolbenstangenaggregats nach 1
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Die 1 zeigt eine Ausführungsvariante eines Kolbenstangenaggregats in der Bauform eines Schwingungsdämpfers 1 mit einem hydraulischen Endanschlag 3, wobei dieser als ein Zuganschlag ausgeführt ist.
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Der abgebildete Schwingungsdämpfer 1 umfasst einen Zylinder 5, welcher von einem Außenrohr 7 umschlossen ist. Der Zylinder 5 ist vollständig mit einem flüssigen Dämpfmittel gefüllt. Zwischen dem Außenrohr 7 und dem Zylinder 5 ist ein Ausgleichsraum 9 radial begrenzt, welcher mit einer definierten Menge des Dämpfmittels gefüllt ist. Der Zylinder 5 und der Ausgleichsraum 9 sind durch ein hier nicht abgebildetes Bodenventil verbunden, welches einen Dämpfmittelfluss zwischen den beiden Räumen definiert. Die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht nur auf einen Zweirohrdämpfer begrenzt.
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Innerhalb des Zylinders 3 ist eine Kolbenstange 11 axial geführt. Die Kolbenstange 11 durchdringt eine Kolbenstangenführung 13 und ist über ihren Kolbenstangenzapfen 15 mit einem Kolben 17 verbunden. Der Kolben 17 unterteilt den Zylinder 5 in einen kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 19 und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 21.
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Des Weiteren weist die in der 1 abgebildete Ausführungsvariante des Schwingungsdämpfers 1 als Bestandteil des Endanschlags 3einen Steuerraum 23 auf, welcher einen etwas kleineren Wirkdurchmesser aufweist als der Zylinder 5. Dies kann durch eine Durchmesserverkleinerung, bzw. Verengung des Zylinders 5 erreicht werden. Alternativ dazu kann ein Steuerrohr 25 in den Zylinder 5 eingesetzt werden. Das Steuerrohr 25 begrenzt radial den Steuerraum 23 und hüllt die sich darin befindliche Kolbenstange 11 ein. Das Steuerrohr 25 ist in dem abgebildeten Ausführungsbeispiel derart bemessen, dass dieses sich mit dessen gesamter radial-äußeren Oberfläche an die radial-innere Fläche des Zylinders 5 anlegt.
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Der hydraulische Endanschlag 2 ist zweiteilig ausgeführt und umfasst einen Endanschlagring
27 und einen Dichtring
29. Der Endanschlagring
27 umgreift die Kolbenstange
11 und ist an der Kolbenstange
11 zwischen dem Kolben
17 und der Kolbenstangenführung
13 befestigt. Der Endanschlagring
27 stützt den Dichtring
29 axial ab und leitet die Anschlagkräfte in die Kolbenstange
11 weiter. Die Wirkungsweise eines Zuganschlags wird als bekannt vorausgesetzt. Hilfsweise wird auf die
DE 10 2011 089 140 B3 verwiesen.
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Mit der 2 soll die Herstellung der Verbindung zwischen dem Endanschlagring 27 als tragendes metallisches Anbauteil der Kolbenstange 11 verdeutlicht werden.
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Das Kolbenstangenaggregat bzw. der Schwingungsdämpfer 1 umfasst mit der Kolbenstange 11 ein tragendes Bauteil für das Anbauteil 27. Dabei weist die Kolbenstange 11 zumindest im Bereich seiner Oberfläche eine Werkstoffzusammensetzung auf, die einer stoffschlüssigen Schweißverbindung 31 mit einem metallischen Anbauteil entgegensteht. Konkret verfügen viele Kolbenstangen über eine Oberflächenbeschichtung 33 basierend auf eine Chromverbindung.
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Der Endanschlagring 27 ist mit der Kolbenstange 11 verschweißt, wobei das tragende Bauteil bzw. die Kolbenstange 11 auch im Bereich der Schweißverbindung 31 eine verchromte Oberfläche aufweist.
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Das Anbauteil 27 weist zumindest einen Werkstoffbestandteil aufweist, der bei Erzeugung der Schweißverbindung 31 aus dem Anbauteil 27 in einen Schweißbereich der Schweißverbindung hineindiffundiert. Dabei ist vorgesehen, dass das Anbauteil 27 als Werkstoffbestandteil Nickel aufweist, indem das Anbauteil 27 mit einer Nickelschicht 35 zumindest im Bereich der Schweißverbindung 31 versehen ist oder Nickel als Legierungsbestandteil aufweist.
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Das Anbauteil 27 wird bevorzugt von einem Hülsenkörper 37 mit einem umlaufenden Flansch 39 gebildet wird, der eine Stützfläche 41 für den Dichtring 9 aufweist. Die Schweißung wird derart ausgeführt, dass der Schweißstrahl 43 den Hülsenkörper 37 radial durchdringt.
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Grundsätzlich kann die Schweißung rechtwinklig zur Oberflächen der Kolbenstange 11 ausgeführt werden. Es hat sich aber als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Schweißung über den Hülsenkörper 37 schräg unter einem Winkel α in Richtung der Stützfläche 41 des Anbauteils 27 ausgeführt ist. Dann kann ein schädlicher Spalt 49 ausgehend von der Stützfläche 41 in Richtung des Hülsenkörpers 37 minimiert werden. Bei einer schräggestellten Schweißung wird die Schweißverbindung 31 an die Stützfläche verlagert.
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Des Weiteren ist aus der 2 ersichtlich, dass die Schweißung in Umfangsrichtung des Anbauteils ausgeführt ist. Bevorzugt ist eine Mehrzahl von Schweißungen ausgeführt. Über die Schweißnahtkontaktflächengröße kann die Tragfähigkeit des Endanschlagrings 27 dimensioniert werden.
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Man kann die Mehrzahl der Schweißungen auch in einer spiralförmigen Schweißung zusammenfassen. Man kann dann ein einzelnes Schweißwerkzeug 45 einsetzen und dieses um den Hülsenkörper 37 rotieren lassen oder die Baugruppe Endanschlag-Kolbenstange zum Schweißwerkzeug 45 verdrehen.
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Prinzipiell ist die Schweißverbindung 31 bevorzugt als eine Laserschweißung ausgeführt.
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Bei der Durchführung der Schweißung zwischen dem Endanschlagring 27 und der Kolbenstange 11 wird eine in allen Details fertigbearbeitete Kolbenstange 11 eingesetzt, d. h. auch die Chromschicht 33 auf der Oberfläche der Kolbenstange 11 ist vorhanden. Danach wird das Anbauteil 27 auf der Kolbenstange 11 positioniert. Das Anbauteil 27 weist bevorzugt einen Nickelanteil von min 3% auf. Als Werkstoff ist beispielsweise ein legierter Stahl in der Qualität 14NiCr14 verwendbar. Danach wird die Laserschweißung schräg zur Längsachse 47 der Kolbenstange 11 in Richtung der Stützfläche 41 ausgeführt. Mit der Energiezufuhr während der Schweißung kann Nickelanteil aus dem Werkstoff des Anbauteils 27 in die Schmelze mit der Kolbenstange 11 hineindiffundieren und damit einen in der Schmelze vorhandenen Chromanteil hinsichtlich des schädlichen Anteils bzgl. einer Sprödbrüchigkeit kompensieren.
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Aufgrund der Auswahl des Schweißverfahrens besteht keine Gefahr der Oberflächenverunreinigung der Kolbenstange 11.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schwingungsdämpfer
- 3
- Endanschlag
- 5
- Zylinder
- 7
- Außenrohr
- 9
- Ausgleichsraum
- 11
- Kolbenstange
- 13
- Kolbenstangenführung
- 15
- Kolbenstangenzapfen
- 17
- Kolben
- 19
- kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
- 21
- kolbenstangenferner Arbeitsraum
- 23
- Steuerraum
- 25
- Steuerrohr
- 27
- Endanschlagring
- 29
- Dichtring
- 31
- Schweißverbindung
- 33
- Oberflächenbeschichtung
- 35
- Nickelschicht
- 37
- Hülsenkörper
- 39
- Flansch
- 41
- Stützfläche
- 43
- Schweißstrahl
- 45
- Schweißwerkzeug
- 47
- Längsachse
- 49
- Spalt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19514101 A1 [0004]
- DE 102011089140 B3 [0023]
