DE10202455C1

DE10202455C1 - Kolbenstange in Metall/Kunststoffbauweise

Info

Publication number: DE10202455C1
Application number: DE2002102455
Authority: DE
Inventors: Klaus Schreiner
Original assignee: ZF Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2002-01-22
Filing date: 2002-01-22
Publication date: 2003-10-16
Anticipated expiration: 2022-01-23

Abstract

Kolbenstange, insbesondere für ein Kolben-Zylinderaggregat, wobei zumindest Teile der Kolbenstange von einer Kunststoffbaugruppe und weitere Teile von einer Metallbaugruppe gebildet werden, wobei die Kolbenstange eine stetig geformte Mantelfläche aufweist und die Kunststoffbaugruppe aus einem mit Kohlefasern verstärkten Kunststoff besteht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenstange gemäß dem Oberbegriff von Patentan spruch 1.

Im Rahmen der Massenreduzierung bei einem Schwingungsdämpfer ist es bereits aus der DE 29 41 036 A1 bekannt, das Behälterrohr aus einem Kunststoff herzustel len. Des weiteren wird in der DE 29 42 716 A1 ein Reibungsdämpfer für eine Waschmaschine beschrieben, wobei die Kolbenstange des Reibungsdämpfers voll ständig aus einem Kunststoff besteht.

Bei einer weiterentwickelten Form wird gemäß der DE 44 19 870 A1 bei einem Rei bungsdämpfer eine Kunststoffkolbenstange mit einem Metallkern eingesetzt. Für die Herstellung der Kolbenstange werden zwei Möglichkeiten offenbart. Zum einen kann man einen Metallkern verwenden und diesen zum Fertigteil mit einem Kunststoff umspritzen. Damit soll eine möglichst feste Verbindung zwischen dem Metallkern und dem Kunststoffmantel erreicht werden.

Alternativ kann die Kunststoffkolbenstange rohrförmig ausgeführt sein und einen Me tallkern über ein offenes Ende aufnehmen. Zwischen dem Kunststoffrohrkörper und dem Metallkern ist eine Formschlussverbindung ausgeführt.

Um bei der Kunststoffkolbenstange eine ausreichende Festigkeit zu erreichen, ver fügt die Kunststoffkolbenstange über axial verlaufende Versteifungsrippen. Derartige Versteifungsrippen verhindern jedoch die Anwendung einer Kunststoffkolbenstange bei einem Schwingungsdämpfer, da die Abdichtung des mit einem Arbeitsmedium gefüllten Zylinders sehr große Probleme bereitet.

Zur Massenreduzierung wurden mit der DE 82 22 698 U1 oder der DE 83 17 308 U1 rohrförmige Kolbenstangen aus einem vollständig metallischen Werkstoff bekannt gemacht. Des weiteren beschreibt die EP 0028979 B1 eine hohle Pleuelstange, die aus einem Hohlkörper aus Kohlenfasern und darin angeordnet einer Seele aus Fa sern besteht.

Die gattungsbildende DE 196 47 506 A1 beschreibt eine Kolbenstange, insbesonde re für ein Kolben-Zylinderaggregat, wobei zumindest Teile der Kolbenstange von ei ner Kunststoffbaugruppe und weitere Teile von einer Metallbaugruppe gebildet wer den, wobei die Kolbenstange eine stetig geformte Mantelfläche aufweist und die Kunststoffbaugruppe aus einem mit Kohlefasern verstärktem Kunststoff besteht.

Innerhalb einer Kunststoffhülse ist ein Stahlkern eingelegt, an dem auch die An schlüsse ausgeführt sind. Die außenseitige Metallbaugruppe hat lediglich die Funkti on einer möglichst glatten Oberfläche zu erfüllen.

Des weiteren ist noch aus der DE 82 14 767 U1 bekannt, einen Kunststoffkern als Festigkeitsträger mit einer Metalloberfläche zu versehen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kolbenstange aus Kunststoff derart weiter zu entwickeln, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Abdichtungs probleme behoben sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 ge löst.

Die Kombination des speziellen Kunststoffs und der Metallbaugruppe ermöglicht z. B. einen kreisrunden oder auch ovalen Querschnitt für die Kolbenstange. Unter einer stetig geformten Mantelfläche sind alle Oberflächen subsummiert, die keine Vor- o der Rücksprünge aufweisen.

Der CFK-Kunststoff verfügt über eine Dichte von ca. 2 kg/dm³, hingegen Stahl in der Regel eine Dichte von 7,85 kg/dm³ aufweist. Die Kombination dieser beiden Werk stoffe ermöglicht bei einem Schwingungsdämpfer zusätzlich zu einer Massenredu zierung den Einsatz eines kleineren Kolbenstangendurchmessers, wodurch wieder um in Folge eine Dämpfkraft in Einfahrrichtung der Kolbenstange vorteilhafterweise verringert werden kann.

Bei einer Biegebelastung sind die Randspannungen höher als die Spannungen im Inneren des Körpers. Diesem Umstand wird durch die außenseitige Anordnung der Metallbaugruppe Rechnung getragen. Des weiteren lassen sich leichter Gewinde- oder auch Schweißverbindungen herstellen.

Die Kunststoffbaugruppe wird garantiert von dem Metallrohr umschlossen, so dass z. B. Lufteinschlüsse zwischen dem Kern und dem Rohr nicht mehr auftreten.

Des weiteren weist das Metallrohr an mindestens einem Ende eine Restaustrittsöff nung auf. Wenn der Kern der Kolbenstange einen gewissen Volumenüberschuss zum Nennvolumen des Metallrohres im Fertigzustand aufweist, dann kann über schüssiger Kunststoff aus dem Metallrohr austreten und entfernt werden.

Vorteilhafterweise weist der Kern mindestens zwei gegeneinander ausgerichtete Ab sätze auf, die als Abstützflächen des Kerns zum Metallrohr dienen. Folglich über nehmen sowohl der Kern und das Metallrohr zwangsläufig einen Belastungsanteil.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert wer den.

Die einzige Figur zeigt eine Kolbenstange 1, insbesondere für ein Kolben- Zylinderaggregat, wobei zumindest Teile der Kolbenstange von einer Kunststoffbau gruppe 3 und weitere Teile von einer Metallbaugruppe 5 gebildet werden. Die Kol benstange weist eine stetig geformte Mantelfläche 7 auf und die Kunststoffbaugrup pe besteht aus einem mit Kohlefasern verstärktem Kunststoff. Der Begriff stetig be zieht sich auf die Oberflächenstruktur in Umfangsrichtung. Es ist keinesfalls so, dass die erfindungsgemäße Kolbenstange keine Absätze oder Durchmesserände rung aufweisen darf.

Die Kunststoffbaugruppe bildet einen Kern der Kolbenstange, der von der Metall baugruppe in der Bauform eines Metallrohres eingeschlossen wird. Bevorzugt wird für das Metallrohr Stahl eingesetzt, der ggf. zur Festigkeitssteigerung nochmals einer Wärmebehandlung unterzogen wird. Der Kern weist als Rohling ein größeres Volu men auf als das Nennvolumen eines Hohlraums für den Kern innerhalb des Metallrohres.

Bei der Herstellung wird ein Metall-Rohrrohling mit konstantem Durchmesser einge setzt, in den der vorgeformte Kern eingeschoben wird. Anschließend wird das Metall rohr mittels eines Umformverfahrens vollflächig auf den Kern aufgepresst. Beispiels weise kann ein Umformverfahren nach dem Prinzip verwendet werden, wie es in der DE 82 22 698 U1 oder der DE 83 17 308 U1 beschrieben wird. Damit kann sicherge stellt werden, dass keinerlei Lufteinschlüsse zwischen dem Kern aus Kunststoff und dem Metallrohr vorliegen. Für das überschüssige Volumen des Kunststoffkerns weist das Metallrohr an mindestens einem Ende eine Restaustrittsöffnung 9 auf. Austre tender Kunststoff kann einfach bündig an der Stirnfläche der Kolbenstange abge trennt werden.

Wie man erkennen kann, weist der Kern mindestens zwei gegeneinander ausgerich tete Absätze 11; 13 auf, die als Abstützflächen des Kerns zum Metallrohr dienen. Damit wird eine axiale Fixierung des Kunststoffkerns zum Metallrohr erreicht. Etwai ge Biegebelastungen werden von der Kolbenstange derart aufgenommen, wie sie auch bei einer homogenen Kolbenstange auftreten würde.

Claims

1. Kolbenstange für ein Kolben-Zylinderaggregat, wobei zumindest Teile der Kolbenstange von einer Kunststoffbaugruppe und weitere Teile von einer Me tallbaugruppe gebildet werden, wobei die Kolbenstange eine stetig geformte Mantelfläche aufweist und die Kunststoffbaugruppe aus einem mit Kohlefa sern verstärktem Kunststoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffbaugruppe (3) einen Kern der Kolbenstange (1) bildet, der von einem Metallrohr (5) eingeschlossen wird und der Kern (3) als Rohling ein größeres Volumen aufweist als das Nennvolumen eines Hohlraums für den Kern innerhalb des Metallrohres (5) und das Metallrohr (5) mittels eines Um formverfahrens auf den Kern (3) aufgepresst ist.

2. Kunststoffkolbenstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallrohr (5) an mindestens einem Ende eine Restaustrittsöffnung (9) aufweist.

3. Kolbenstange nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (3) mindestens zwei gegeneinander ausgerichtete Absätze (11; 13) aufweist, die als Abstützflächen des Kerns (3) zum Metallrohr (5) dienen.