DE19818796A1

DE19818796A1 - Kolbenstange, Kolbenanordnung und Verfahren zur Herstellung einer Kolbenstange

Info

Publication number: DE19818796A1
Application number: DE1998118796
Authority: DE
Inventors: Walter Hunger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-04-27
Filing date: 1998-04-27
Publication date: 1999-11-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kolbenstange für eine Kolbenanordnung (10), mit einem zylindrischen Grundkörper, der in axialer Richtung beabstandet zueinander angeordnet, mit einem nichtferritischen Material (38) gefüllte Ausnehmungen (36) aufweist, und mit einer den Grundkörper und die Ausnehmungen (36) abdeckenden Hartstoffschicht (40). Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch aus, daß die Ausnehmungen (36) in Umfangsrichtung des Grundkörpers begrenzt sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung der Kolbenstange (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenstange für eine Kolbenanord nung, mit einem zylindrischen Grundkörper, der in axialer Rich tung beabstandet zueinander angeordnete, mit einem nicht ferritischen Material gefüllte Ausnehmung aufweist, und mit ei ner den Grundkörper und die Ausnehmungen abdeckenden Hartstoff schicht. Die Erfindung betrifft des weiteren eine Kolbenanord nung mit einer Kolbenstange, einem daran angebrachten Kolben, einem Kolbenzylinder, in dem der Kolben verschiebbar gehalten ist, und mit einer einen magnetischen Sensor umfassenden Weg meßeinheit zur Bestimmung des Verschiebewegs der Kolbenstange. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung ei ner Kolbenstange.

Eine derartige Kolbenstange ist bspw. aus der Druckschrift EP- A2-0 115 008 bekannt.

Die in dieser Druckschrift offenbarte Kolbenstange ist Teil ei ner Kolbenanordnung mit einem Kolben und einem Kolbenzylinder, der die Einheit aus Kolbenstange und Kolben verschiebbar auf nimmt. Der Kolbenanordnung ist ein Lage-Regelsystem zugeordnet, das Lage- bzw. Positionsdaten über die Kolbenstange erhält und entsprechend verarbeitet. Die Positionsdaten liefert ein magne tischer Wegsensor, der die Kolbenstange ringförmig umschließt. Die Kolbenstange selbst weist in axialer Richtung beabstandet zueinander angeordnete, sich über den gesamten Umfang erstrec kende Ringnuten auf, die mit einem magnetischen Material ausge füllt sind. Damit entsteht - in axialer Richtung gesehen - ein Markierungsmuster aus magnetischen und nicht-magnetischen Ab schnitten, wobei der fest angeordnete Sensor bei einer Ver schiebebewegung der Kolbenstange den Übergang von einem magne tischen zu einem nicht-magnetischen Bereich oder umgekehrt de tektieren kann. Aus diesen Signalen errechnet dann das Regelsy stem den Verschiebeweg der Kolbenstange.

Zum Schutz der magnetischen und nicht-magnetischen Bereiche ist die Kolbenstange mit einer nicht-magnetischen Schicht überzo gen.

Weitere entsprechend aufgebaute Kolbenstangen sind bspw. aus den Druckschriften DE-A1-32 41 525, EP-A1-0 618 373 oder DE-A1-35 10 252 bekannt.

Der Nachteil der bekannten Kolbenstangen ist darin zu sehen, daß eine große Menge an Material zur Ausfüllung der sich über den gesamten Umfang erstreckenden Ringnuten erforderlich ist. Insbesondere bei großen Kolbenanordnungen führt dies zu einem beträchtlichen Kostennachteil. Darüber hinaus ist das Verfahren zur Herstellung einer Kolbenstange aufwendig.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Er findung darin, eine Kolbenstange zu schaffen, die einerseits zur magnetischen Wegmessung geeignet ist und andererseits ein fach und kostengünstig herstellbar ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird von einer Kol benstange der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Ausnehmungen in Umfangsrichtung des Grundkörpers begrenzt sind. Das heißt, daß sich die Ausnehmungen - in Umfangsrichtung gese hen - lediglich über einen kleinen Abschnitt erstrecken. Dies hat den Vorteil, daß nur ein Bruchteil des bisher benötigten Materials zum Ausfüllen der Ausnehmungen erforderlich ist. Da üblicherweise gerade dieses Material sehr teuer ist, lassen sich große Kosteneinsparungen erzielen.

Obgleich die erfindungsgemäße Kolbenstange in den unterschied lichsten Anwendungsgebieten und für beliebige Kolbenanordnungen verwendbar ist, macht sich die Kosteneinsparung besonders bei sehr großen Kolbenanordnungen vorteilhaft bemerkbar.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besitzen die Ausnehmungen im Querschnitt die Form eines Kreisabschnitts. Vorzugsweise sind die Ausnehmungen im Querschnitt sichelförmig ausgebildet.

Die beiden vorgenannten Formen der Ausnehmungen haben den Vor teil, daß sie besonders einfach und damit kostengünstig her stellbar sind.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen die Ausnehmungen im Querschnitt die Form eines Kreisringabschnittes auf.

Diese Form hat den Vorteil, daß die radiale Dicke des Füllmate rials über die gesamte Fläche konstant ist, so daß eine Verbes serung der Signalerzeugung erzielbar ist.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine Be festigungseinrichtung zur drehfesten Befestigung der Kolben stange vorgesehen.

Dies hat den Vorteil, daß eine exaktere Messung mit im Hinblick auf die Ausgestaltung des magnetischen Sensors geringerem Auf wand möglich ist.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird als Ma terial zum Füllen der Ausnehmungen eine Aluminium-Nickel- Legierung eingesetzt.

Dieses Material liefert aufgrund seiner Materialeigenschaften besonders gute Meßergebnisse.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch durch eine Kolbenanordnung der eingangs genannten Art gelöst, die sich da durch auszeichnet, daß die Kolbenstange erfindungsgemäß ausge bildet ist, wobei die gefüllten Ausnehmungen mit dem Sensor zu sammenwirken.

Wie bereits zuvor genannt, läßt sich dadurch eine kostengünsti gere Kolbenanordnung schaffen.

Ferner wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Kolben stange gelöst, das durch folgende Verfahrensschritte gekenn zeichnet ist:
Einbringen von in Umfangsrichtung begrenzten und in axia ler Richtung beabstandeten Ausnehmungen in die Oberfläche der Kolbenstange,
Ausfüllen der Ausnehmungen mit einem nicht-ferritischen Material,
Feinstbearbeiten der Oberfläche der Kolbenstange und
Überziehen der Oberfläche der Kolbenstange mit einer Hart stoffschicht.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß das Aufbringen des nicht ferritischen Materials auf einen kleinen Umfangsbereich be grenzt ist. Dies vereinfacht das Verfahren und führt damit auch zu Kostenvorteilen. Eine weitere Vereinfachung der Verarbeitung läßt sich dadurch erzielen, daß die Nuten durch exzentrisches Einspannen und Bearbeiten der Kolbenstange eingebracht werden.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachste hend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils an gegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei spiels mit Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Kolbenan ordnung und

Fig. 2a bis c Querschnittsdarstellungen entlang der Linie A-A in Fig. 1 von drei unterschiedlich ausgestalteten Kol benstangen.

In Fig. 1 ist eine Kolbenanordnung mit dem Bezugszeichen 10 ge kennzeichnet, wobei der Übersichtlichkeit halber lediglich die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Bauteile dargestellt sind. Die Kolbenanordnung 10 selbst ist für die unterschied lichsten Anwendungen einsetzbar.

Die Kolbenanordnung 10 umfaßt einen Kolbenzylinder 12, der eine Einheit aus einer Kolbenstange 14 und einem Kolben 16 aufnimmt. Diese Einheit ist innerhalb des Kolbenzylinders 12 in Längs richtung verschiebbar gehalten.

Der Kolbenzylinder 12 weist an seinen beiden Längsenden jeweils Abdichtplatten 18a, 18b auf, so daß ein nach außen abgedichte ter Zylinderraum 20 entsteht. Dieser Zylinderraum 20 wird durch den Kolben 16, der mittels Dichtungen 22 dicht an der Zylinder innenwand anliegt, in zwei voneinander getrennten Zylinderkam mern 24a, 24b getrennt. Diese beiden Zylinderkammern 24a, 24b stehen üblicherweise über in der Fig. 1 nicht dargestellte Ven tile aufweisende Leitungen miteinander in Verbindung.

Eine der beiden Abdichtplatten 18a weist eine Bohrung 26 auf, durch die die Kolbenstange 14 hindurchgreift, wobei eine Ab dichtung der Zylinderkammer 24a durch einen Dichtungsring 28 erzielt wird.

An der der Zylinderkammer 24a abgewandten Seite der Abdicht platte 18a ist ein Haltering 30 ortsfest angebracht, der einen magnetischen Sensor 32, bspw. einen Differentialsensor, trägt. Im allgemeinen weist der magnetische Sensor 32 Spulen auf, die die Kolbenstange 14 in Umfangsrichtung umschließen. Wie sich aus der Fig. l ergibt, durchgreift die Kolbenstange 14 den ma gnetischen Sensor 32 vollständig.

Der magnetische Sensor 32 ist mit einer Wegmeßeinrichtung 34 verbunden, die eine Lageregelung der Kolbenstange 14 und des Kolbens 16 zuläßt.

Der magnetische Sensor 32 ermöglicht eine relative Positions messung der Kolbenstange 14 dadurch, daß Änderungen des magne tischen Felds bedingt durch die Bewegung der Kolbenstange 14 im Bereich der Spule 32 elektrische Induktionssignale auslösen. Durch Aufbringen einer magnetischen Längsmarkierung auf die Kolbenstange 14 kann die Verschiebestrecke durch die Anzahl der erzeugten Induktionssignale berechnet werden.

Hierfür weist die Kolbenstange 14 eine Vielzahl von Ausnehmun gen 36 auf, wobei der Übersichtlichkeit halber in Fig. 1 ledig lich vier solcher Ausnehmungen 36 dargestellt sind. Die Ausneh mungen 36 sind in axialer Richtung der Kolbenstange 14 beab standet zueinander angeordnet und mit einem vorbestimmten Mate rial 38 ausgefüllt. Das Material wird so gewählt, daß sich - in axialer Richtung gesehen - magnetische und nicht-magnetische Bereiche abwechseln. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird als Material eine nicht-ferritische Aluminium-Nickel-Legierung verwendet. Selbstverständlich sind auch andere Materialien ein setzbar.

Die Kolbenstange 14 ist mit einer Hartstoffschicht 40 vollstän dig umgeben, die vorzugsweise aus einem keramischen Material besteht. Dieser Schicht 40 kommt die Aufgabe zu, die Korro sionsbeständigkeit zu verbessern, so daß sich dadurch auch in aggressiver Umgebung die Lebensdauer der Kolbenstange 14 er höht. Gleichzeitig lassen sich Laufeigenschaft und Härte durch eine keramische Schicht verbessern, so daß der Verschleiß ver mindert wird.

Wie sich aus der Fig. 1 ergibt, erstrecken sich die Ausnehmun gen 36 nicht über den gesamten Umfang der Kolbenstange 14.

Vielmehr sind sie in Umfangsrichtung begrenzt. In der Fig. 2 sind mehrere Ausgestaltungen dieser Ausnehmungen 36 darge stellt, wobei es sich hierbei nicht um eine vollständige Wie dergabe aller Möglichkeiten handelt. Selbstverständlich sind auch andere Formen der Ausnehmungen 36 denkbar, wobei es ledig lich darauf ankommt, daß die Ausnehmungen 36 sich nicht über den gesamten Umfang erstrecken.

In Fig. 2a ist im Querschnitt die Kolbenstange 14' dargestellt, die von der Hartstoffschicht 40 umgeben ist. Die Ausnehmung 36' ist - bezüglich der Fig. 2 - an der oberen Seite vorgesehen und weist im Querschnitt die Form eines Kreisabschnitts auf. Das heißt also, daß eine Bodenfläche 42' der Ausnehmung 36' eben ist. Üblicherweise sind auch die beiden Seitenflächen 44' pa rallel zueinander und senkrecht zur Bodenfläche 42' angeordnet.

Das in Fig. 2b dargestellte Ausführungsbeispiel einer Kolben stange 14' weist eine Ausnehmung 36'' auf, die im Querschnitt einem Kreisringabschnitt entspricht. Das heißt also, daß die Bodenfläche 42'' der Ausnehmung 36'' einem Abschnitt eines kreisförmigen Zylindermantels entspricht, dessen Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt der Kolbenstange 14 zusammenfällt. Der Ab stand der Bodenfläche 42'' zur inneren Fläche der Hartstoff schicht 40 ist damit über die gesamte Fläche der Ausnehmung 36'' konstant.

In Fig. 2c ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kolben stange 14''' dargestellt, wobei die Ausnehmung 36''' im Quer schnitt eine Sichelform besitzt. Auch in diesem Ausführungsbei spiel weist die Bodenfläche 42''' die Form eines Abschnitts ei nes kreisförmigen Zylindermantels auf, wobei dessen Mittelpunkt jedoch versetzt zum Mittelpunkt der Kolbenstange, d. h. exzen trisch gewählt ist. Im Gegensatz zu der in Fig. 2b gezeigten Form nimmt damit der Abstand der Bodenfläche 42''' zur inneren Fläche der Hartstoffschicht 40 in Umfangsrichtung nach außen hin ab.

Wie bereits erwähnt, ist allen in Fig. 2 gezeigten Ausführungs beispielen gemein, daß die Ausnehmungen 36 in Umfangsrichtung begrenzt sind, so daß sie sich nicht um den gesamten Umfang der Kolbenstange 14 erstrecken. Damit ist die in die Ausnehmungen 36 zu füllende Materialmenge entsprechend geringer als bei ei ner sich über den gesamten Umfang erstreckenden Ringnut.

Zur Herstellung der in Fig. 2c dargestellten Ausnehmungen 36''' wird die Kolbenstange 14 exzentrisch bspw. in eine Drehmaschine eingespannt, so daß der Drehmeißel lediglich im Bereich der ge wünschten Ausnehmung 36 zur Wirkung kommt. Anschließend wird in die Ausnehmungen 36 das erforderliche nicht-ferritische Mate rial gefüllt. Anschließend wird die Oberfläche der Kolbenstange 14 feinstbearbeitet, dann durch thermisches Spritzen eine Haft vermittlerschicht und schließlich die Hartstoffschicht 40 auf getragen.

Während die Ausnehmung 36''' entsprechend Fig. 2c durch eine Drehmaschine gefertigt werden kann, läßt sich die Ausnehmung 36' gemäß Fig. 2a durch einen Fräsvorgang einbringen.

Claims

1. Kolbenstange für eine Kolbenanordnung (10), mit einem zy lindrischen Grundkörper, der in axialer Richtung beabstan det zueinander angeordnete, mit einem nicht-ferritischen Material (38) gefüllte Ausnehmungen (36) aufweist, und mit einer den Grundkörper und die Ausnehmungen (36) abdecken den Hartstoffschicht (40), dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (36) in Umfangsrichtung des Grundkörpers be grenzt sind.

2. Kolbenstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (36) im Querschnitt die Form eines Kreis abschnitts besitzen (Fig. 2a).

3. Kolbenstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (36) im Querschnitt sichelförmig ausge bildet sind (Fig. 2c).

4. Kolbenstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (36) im Querschnitt die Form eines Kreis ringabschnitts aufweisen (Fig. 2b).

5. Kolbenstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß zu deren drehfesten Befestigung eine Befestigungseinrichtung vorgesehen ist.

6. Kolbenstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Material (38) eine Alumini um-Nickel-Legierung ist.

7. Kolbenanordnung mit einer Kolbenstange (14), einem daran angebrachten Kolben (16), einem Kolbenzylinder (12), in dem der Kolben (16) verschiebbar gehalten ist, und mit ei ner einen magnetischen Sensor (32) umfassenden Wegmeßein heit (34) zur Bestimmung des Verschiebewegs der Kolben stange (14), dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist, wo bei die gefüllten Ausnehmungen (36) mit dem Sensor (32) zusammenwirken.

8. Verfahren zur Herstellung einer Kolbenstange nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Schritte:
Einbringen von in Umfangsrichtung begrenzten und in axialer Richtung beabstandeten Ausnehmungen (36) in die Oberfläche der Kolbenstange (14),
Ausfüllen der Ausnehmungen mit einem nicht ferritischen Material (38),
Feinstbearbeiten der Oberfläche der Kolbenstange (14) und
Überziehen der Oberfläche der Kolbenstange (14) mit einer Hartstoffschicht (40).

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen durch exzentrisches Einspannen und Bearbeiten der Kolbenstange (14) eingebracht werden.