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Die Erfindung betrifft eine Kolbenstange, die einen Kolbenstangenkopf und eine mit diesem über eine Schweißverbindung verbundene Stange aufweist.
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Eine derartige Kolbenstange ist bekannt. Sie kann aus einem Vollmaterial durch Zerspanung hergestellt werden, was aber aufwendig und teuer ist. Üblicherweise wird daher eine Kolbenstange aus einem Kolbenstangenkopf und einer Stange hergestellt, wobei diese beiden Bauteile zur Ausbildung der fertigen Kolbenstange verschraubt oder durch Schweißen verbunden werden. Übliche hierzu verwendete Schweißverfahren sind das Lichtbogenschweißen mit Zusatzwerkstoffen oder das Reibschweißen. Bei beiden Schweißverfahren ist es erforderlich, die beiden Bauteile mechanisch vorzubearbeiten, um eine Schweißnahtvorbereitung anzubringen bzw. die Maßhaltigkeit der entsprechenden Bauteile sicher zu stellen.
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Derartige Kolbenstangen werden weitverbreitet in einem Zylinder, z. B. einem Hydraulikzylinder, verwendet, wo sie eine Abfolge von Hubbewegungen durchführen. Um einem übermäßigen Verschleiß von im Zylinder angeordneten Dichtungen und/oder Abstreifern entgegenzuwirken, ist bei den bekannten Kolbenstangen vorgesehen, dass die fertige Kolbenstange eine Oberflächenbeschichtung, z. B. aus Chrom oder aus Nickel-Chrom, aufweist, um einen entsprechenden Korrosionsschutz, eine geeignete Abriebfestigkeit und eine möglichst hohe Oberflächenvergütung zu gewährleisten.
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Es ist bekannt, die Oberflächenbeschichtung nach dem Fügen von Kolbenstangenkopf und Stange und nach der vorstehend beschriebenen mechanischen Bearbeitung aufzubringen. Eine derartige Vorgangsweise ist jedoch relativ aufwendig und derart ausgebildete Kolbenstangen sind daher teuer in ihrer Herstellung. Es ist auch bekannt, Stangen, die schon eine beschichtete Oberfläche haben, zu verarbeiten. Bei beiden Vorgehensweisen ist aber, wie vorstehend beschrieben, eine Verbindung zwischen Kolbenstangenkopf und Stange erforderlich. Bei den üblichen Lichtbogen- und Reibschweißverfahren wird jedoch dabei die Beschichtung der Stange nicht nur im Bereich der eigentlichen Schweißnaht, sondern großflächiger zerstört. Es ist daher erforderlich, die Kolbenstange in Bezug auf die vorgesehene Einbausituation in einem definierten Zylinder derart abzustimmen, dass die Schweißnaht in axialer Richtung der Stange einen deutlichen Abstand zu den im Zylinder angeordneten Abstreifern und/oder Dichtungen hat, damit diese bei den Hubbewegungen der Kolbenstange nur mit einem intakten Oberflächenbereich der bekannten Kolbenstange in Kontakt kommen. Dies führt aber zwangsläufig dazu, dass sich das Einbaumaß einer derartigen Kolbenstange vergrößert, was oft ein großer Nachteil ist. Ein weiterer Nachteil eines derartigen Herstellungsverfahrens mittels eines Schweißverfahrens mit einem hohen Energieeintrag ist, dass die abschließende mechanische Bearbeitung der bekannten Kolbenstange erst nach dem Verschweißen durchgeführt werden kann, da bei den üblichen Schweißverfahren auftretende Schweißtoleranzen und/oder Schweißverzüge eine derartige Nachbearbeitung erforderlich machen.
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Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kolbenstange der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass ein geringeres Einbaumaß der erfindungsgemäßen Kolbenstange in einem Zylinder ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gelöst, dass die Schweißverbindung zwischen Kolbenstangenkopf und Stange durch ein Schweißverfahren mit einem niedrigen Energieeintrag ausgebildet ist.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Schweißverbindung zwischen dem Kolbenstangenkopf und der Stange der erfindungsgemäßen Kolbenstange eine Laserschweißverbindung oder eine Elektronenstrahlschweißverbindung ist.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein zur Verbindung der Kolbenstange mit einem Kolben dienender Zapfen in der Stange der erfindungsgemäßen Kolbenstange mittels eines Schweißverfahrens mit einem geringen Energieeintrag, insbesondere mittels eines Laserschweißverfahrens oder mittels eines Elektronenstrahlschweißverfahrens, eingeschweißt ist.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem Ausführungsbeispiel zu entnehmen, das im Folgenden anhand der Figuren beschrieben wird. Es zeigen:
- 1 einen Querschnitt durch einen Zylinder mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolbenstange,
- 2 das Ausführungsbeispiel der Kolbenstange der 1, und
- 3 eine Explosionsdarstellung der 2, teilweise im Schnitt.
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In den 1 bis 3 ist ein allgemein mit 1 bezeichnetes Ausführungsbeispiel einer Kolbenstange dargestellt, welche einen Kolbenstangenkopf 10 und eine Stange 20 aufweist, die über eine Schweißverbindung 11 miteinander verbunden sind. Ein erstes Ende 21a der Stange 20 weist eine Vertiefung 23a, in der ein Montagevorsprung 13a, z. B. ein Zapfen, des Kolbenstangenkopfs 10 einsetzbar ist. Es ist auch möglich, den Montagevorsprung 13a an der Stange 20 auszubilden und die Vertiefung 23a am Kolbenstangenkopf 10 anzubringen. An einer dem Kolbenstangenkopf 10 entgegengesetzten Ende 21b der Stange 20 ist ein Kolben 30, der über einen Zapfen 33b mit der Stange 20 verbunden ist, vorgesehen. Der Zapfen 33b ist hierbei in einer Ausnehmung 23b der Stange 20 aufgenommen. Die 1 zeigt eine derartig ausgebildete Kolbenstange 1 in einem Zylinder 40, dessen Stirnfläche 41 eine Durchtrittsöffnung 42 für die Stange 20 der Kolbenstange 1 aufweist. Ein derartiger Zylinder 40 kann z. B. ein Hydraulik- oder ein Pneumatikzylinder sein. In der Stirnfläche 41 des Zylinders 40 sind in bekannter Weise Dichtungen 43 und/oder Abstreifer 44 angeordnet. Ein derartiger Aufbau einer Zylinderanordnung ist bekannt und muss daher nicht mehr näher beschrieben werden.
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Wie bereits eingangs erläutert, ist es wünschenswert, dass die vorgenannten Bauelemente 43, 44 des Zylinders 40 im wesentlichen nur mit Bereichen der Oberfläche 22 der Stange 20 bei der Auf- und Abbewegung der Kolbenstange 1 im Zylinder 40 in Kontakt treten, die eine hinreichend hohe Oberflächengüte haben, damit eine übermäßige Abnutzung und damit verbunden ein höherer Verschleiß der Abstreifer 44 und/oder der Dichtungen 43 vermieden wird. Bei den konventionell hergestellten Kolbenstangen, bei denen die Verbindung zwischen Kolbenstangenkopf 10 und Stange 20 mittels eines Schweißverfahrens mit einem hohen Energieeintrag, wie z. B. mittels eines Lichtbogenschweißens oder eines Reibschweißens, hergestellt ist, wird ein in axialer Richtung der Kolbenstange gesehen breiter Bereich der Oberfläche 22 der Kolbenstange beschädigt, so dass - wie ebenfalls eingangs erläutert - die Stange 20 weit über die Stirnfläche 41 des Zylinders 40 im unteren Totpunkt der Hubbewegung der Kolbenstange 1 hinausragen muss, damit die Abstreifer 44 und/oder Dichtungen 43 bei der Auf- und Abbewegung der Kolbenstange 1 nicht beschädigt werden.
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Bei der beschriebenen Kolbenstange 1 ist nun in vorteilhafter Art und Weise vorgesehen, dass die Schweißverbindung 11 zwischen Kolbenstangenkopf 10 und Stange 20 durch ein Schweißverfahren mit einem niedrigen Energieeintrag hergestellt ist. Insbesondere eignet sich hierzu ein Laser- oder Elektronenstrahlschweißen, welches sich durch seinen niedrigen Energieeintrag auszeichnet. Die Verwendung eines derartigen Schweißverfahrens zur Verbindung von Kolbenstangenkopf 10 und Stange 20 besitzt den Vorteil, dass hierdurch nur eine geringe Beschädigung der Kolbenstange 1 im Bereich der Schweißverbindung 11 auftritt. In axialer Richtung der Kolbenstange 1 gesehen ist dieser Bereich deutlich geringer als bei der Verwendung eines konventionellen Schweißverfahrens. Dies hat zur Folge, dass die Stange 20 nicht weit über die Stirnfläche 41 des Zylinders 40 im unteren Totpunkt hinausragen muss, um zu erreichen, dass bei der Hubbewegung der Kolbenstange 1 im Zylinder 40 die Abstreifer 44 und/oder Dichtungen 43 nicht mit einem durch den Schweißvorgang beschädigten Bereich der Oberfläche 12 der Stange 10 in Kontakt treten. Die beschriebene Kolbenstange 1 zeichnet sich durch ein geringeres Einbaumaß aus.
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Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines Laser- oder Elektronenstrahlschweißens zur Verbindung zwischen Kolbenstangenkopf 10 und Stange 20 besteht darin, dass ein derartiger Schweißprozess leicht zu automatisieren ist und einfach mittels einer Rundschweißmaschine und drehbarem Werkzeugtisch oder mittels eines Roboters durchgeführt werden kann.
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Der Herstellvorgang der beschriebenen Kolbenstange 1 wird nun anhand der 2 und 3 näher erläutert. Die 2 zeigt eine Seitenansicht der fertigen Kolbenstange 1, die 3 eine Explosionsdarstellung der 2, teilweise im Schnitt. Wie bereits erläutert, wird die Kolbenstange 1 durch ein Zusammenfügen von Stange 20 und Kolbenstangenkopf 10 hergestellt. Diese beiden Bauteile 10, 20 sind bereits mit einer entsprechenden Oberflächenbeschichtung, z. B. mit einer Chrom-Beschichtung oder einer Chrom-Nickel-Beschichtung versehen. Bekannterweise ist bei der Herstellung derartiger Kolbenstangen 1 ein wesentlicher Kostenfaktor die Oberflächenbehandlung derselben. Wenn diese erst nach dem Zusammenfügen von Kolbenstangenkopf 10 und Stange 20 durchgeführt werden kann, ist eine derartige Oberflächenbeschichtung sehr kostspielig. Indem nun, wie vorstehend beschrieben, vorgesehen ist, dass die Verschweißung der beiden vorgenannten Bauteile 10, 20 mittels eines Schweißverfahrens mit einem niedrigen Energieeintrag durchgeführt wird, welches nur zu einer geringen Beschädigung der Oberfläche der Kolbenstange 1 führt, kann in vorteilhafter Art und Weise die beschriebene Kolbenstange 1 durch das Zusammenfügen einer bereits oberflächenbeschichteten Stange 20 und eines ebenfalls bereits oberflächenbeschichteten Kolbenstangenkopfs 10 hergestellt werden, was die Herstellungskosten einer derartigen beschichteten Kolbenstange 1 deutlich verringert.
