DE2232238A1

DE2232238A1 - Nicht loesbare verbindung zwischen einer fuehrung, insbesondere kolbenstangenfuehrung fuer stossdaempfer und einer dichtung sowie verfahren und vorrichtung zum herstellen der verbindung

Info

Publication number: DE2232238A1
Application number: DE2232238A
Authority: DE
Inventors: David Peasley; Maurice Roberts
Original assignee: Girling Ltd
Current assignee: Girling Ltd
Priority date: 1971-07-02
Filing date: 1972-06-30
Publication date: 1973-01-11
Also published as: AU4398972A; US3850483A; FR2145200A5; ZA724366B

Description

GIRLING LIMITED
Birmingham, Warwickshire,England

betreffend

Nicht lösbare Verbindung zwischen einer Führung, insbesondere Kolbenstangenführung für Stoßdämpfer und einer Dichtung sowie Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen der Verbindung

Die Erfindung betrifft eine nicht lösbare Verbindung zwischen einer Führung aus thermoplastischem Kunststoff und einer Dichtung. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer solchen Verbindung. Ohne darauf beschränkt zu sein, ist die Erfindung besonders anwendbar auf eine Kolbenstangenführung für hydraulische oder pneumatische Kolben- und Zylinderanordnungen, beispielsweise hydraulische Stoßdämpfer und Federbeine für Aufhängungen.

Die Kolbenstangenführungen derartiger Anordnungen sind zweckmäßigerweise als Form- oder Preßstücke aus thermoplastischen Kunstharzen, wie glasfaserverstärktem Nylon hergestellt, und die Kolbenstangendichtungen sind mit einem zweckmäßigen Klebstoff in ihrer Lage in der Führung befestigt. Da aber einige der neuerdings zur Verwendung gelangenden hydraulischen Fluide den Klebstoff angreifen, ist eine andere Art der Be-

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_ 2 festigung erwünschte

Die Erfindung soll den genannten und weiteren Nachteilen nicht lösbarer Anordnungen bestmöglich entgegenwirken.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird eine Führungs- und Dichtungsanordnung für eine Kolbenstange geschaffen, die eine ringförmige, thermoplastische Kolbenstangenführung auf-? weist, welche mit einer inneren Aussparung zur Aufnahme einer ringförmigen Dichtung aus einem elastomeren Stoff ausgebildet ist, die durch einen nach innen verformten Ringbereich der thermoplastischen Stangenführung in der Nähe der'Dichtung nicht lösbar bzw» dauerhaft in ihrer Lage verriegelt ist_o In einer solchen Führungsanordnung für eine Kolbenstange ist die Dichtung vorzugsweise axial zusammengedrückt zwischen einer Schulter am inneren Ende der Aussparung und einem ringförmigen Halteglied gehalten, welches seinerseits durch den nach innen verformten Ringbereich der Stangenführung gegen eine Bewegung axial nach außen gehalten ist_o

Gemäß der Erfindung wird auch ein Verfahren zum Herstellen einer nicht lösbaren Anordnung, beispielsweise einer Führungs- und Dichtungsanordnung für eine Kolbenstange geschaffen, die ein thermoplastisches Bauelement und ein anderes Bauelement aufweist» Das Verfahren sieht vor, gleichseitig Ultraschallenergie und .mechanischen Druck auf einen Bereich des thermoplastischen Bauelements aufzubringen, um diesen Bereich zu erweichen und in Klemmeingriff mit dem anderen Bauelement zu verformen bzw„ su stauchen., Mit diesem Verfahren ist eine sichere und nicht lösbare, dauerhafte Verbindung erzielbar, bei der ein gewisser Grad an Spannungsenergie (strain energy) "eingeschlossen" ist«,

Die Erfindung schafft auch ein Werkzeug, mit dem das Verfahren ausgeführt wird und das eine Ultraschallsonde aufweist, in deren Stirnfläche eine Ringnut zum Zusammenwirken

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-mit dem genannten Bereich des thermoplastischen Bauelements ausgebildet ist und die einen Hand hat, der sich um den Umfang der Uut erstreckte Die Ringnut hat vorzugsweise einen insgesamt gekrümmten Querschnittsbereich, der an seinem Außenumfang kontinuierlich in die innere Oberfläche des Randes übergeht und an seinem Innenumfang kontinuierlich in eine kegelstumpfförmige Oberfläche übergeht, die sich so erstreckt, daß sie auf die Stirnfläche der Sonde trifft«.

Die Erfindung wird nachfolgend mit vorteilhaften Einzelheiten anhand eines gegenwärtig bevorzugten AusführungsbeispielB einer Anordnung, sowie eines Verfahrens zum Herstellen der Anordnung und einer Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens näher erläuterte Es zeigt:

Fig· 1 einen Axialschnitt durch eine Eblbenstangenführungsanordnung gemäß der Erfindung;

Pig* 2 und 3 zwei Verfahrensstufen bei der Herstellung der Anordnung gemäß Fig <, 1;

Hg. 4 eine Seitenansicht der bei dem Verfahren verwendeten Ultraschallsonde;

Fig· 5 einen Detailschnitt eines leils einer Hut und eines Randes am Ende der in Fig_o 4 gezeigten Ultraschallsonde in vergrößertem Maßstab»

Die in Fig« 1 gezeigte Anordnung weist eine Kolbenstangenführung 1 aus glasfaserverstärktem Nylon auf, die an der Außenseite eine Aussparung in Umfangsrichtung zur Aufnahme einer äußeren Dichtung 2 und eine Aussparung an der Innenseite in Form einer Ansenkung 3 hat, die an ihrem inneren Ende mit einem Zapfen 9 und einer nach außen weisenden Schulter 4 ausgebildet ist, gegen die eine Kolbenstangendichtung 5 mittels eines ringförmigen Haltegliedes geklemmt ist_o Das Halteglied ist in Form einer Unterlegscheibe 6 vorgesehen, die in einer Aussparung zwischen einer schmalen Schulter 7 (besser zu sehen in Fig, 2 und 3) und einem nach innen verformten Endbereich der Kolbenstangenführung 1 unlösbar verriegelt ist» Die Dich-

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tung 5 besteht aus einem elastomeren Stoff und die Unterlegscheibe 6 aus Metalle In der fertigen Anordnung ist die Dichtung 5 von der Unterlegscheibe 6 axial zusammengedrückt gehalten, die ihrerseits vom Endbereich 8 gehalten ist„

Wie Figo 2 zeigt, hat die Kolbenstangenführung ursprünglich einen Endbereich 8 mit insgesamt parallelen Seiten, wobei der Innendurchmesser so groß ist, daß die Unterlegscheibe 6 aufgenommen werden kann_o Die Dichtung 5 wird zuerst eingesetzt und eingeschoben, bis sie mit der Schulter 4 in Eingriff tritt, und die Unterlegscheibe 6 wird so eingesetzt,, daß sie am äußeren Ende der Dichtung etwas oberhalb der äußeren Schulter 7 ruht_o Die Anordnung wird mittels des in Fig_o 4 gezeigten Werkzeugs vervollständigt, bei dem es sich um eine Verbundanordnung aus einer Kraftquelle 10 und einer Ultraschallschweißsonde oder Sonotrode 11 handelt, deren unteres Ende 12 einen Rand 22 hat, der sich längs des Umfangs einer Ringnut 13 mit teilkreisförmigem Schnitt erstreckt, wie aus Figo 5 ersichtliche

2 zeigt das untere profilierte Ende der Sonotrode in Eingriff mit dem äußeren Endbereich 8 der Stangenführung, die auf einer ortsfesten Platte oder einer sonstigen Fläche abgestützt ist₀ Der ausgesparte Bereich der Sonotrode paßt eng auf die Außenseite der Stangenführung, und wenn die Kraft eingeschaltet und die Sonotrode nach unten bewegt wird, wird der Bereich 8 durch Ultraschall erwärmt und erweicht, wobei der Werkstoff durch den nach unten wirkenden Druck der Sonotrode nach innen und unten über den Umfang der Unterlegscheibe fließt.. Wenn die gegenüberliegende Fläche des unteren Endes der Sonotrode sich der Unterlegscheibe nähert, preßt sie den \7erkstoff gegen die Unterlegscheibe, die sie gegen die federnde Kraft der Dichtung 5 nach unten auf die Schulter 7 drückte Wenn die in Figo 3 gezeigte endgültige Lage erreicht ist, wird die Kraft abgeschaltet, und man läßt das Nylon abkühlen und sich erhärten, während noch Druck beibehalten wird, wodurch jegliche federnde oder elastische Erholung der Teile beim Auf-

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heftendes Drucks im wesentlichen oder vollkommen ausgeschaltet wird«. In manchen Fällen kann es allerdings möglich sein, die Kraft abzuschalten und gleichzeitig die Sonotrode zu entfernen«.

Es zeigt sich, daß mit diesem Verfahren eine sehr zufriedenstellende Verbindung der !eile erhalten wird, wobei die Zyklusdauer kurz ist und die Homogenität des Nylons im wesentlichen unbeeinträchtigt bleibt, und zwar aufgrund" der Neigung der Sonde, die ein glattes Fließschema verursacht und aufgrund der Naiur der Illtraschallheizverfahren, denn normalerweise verursacht Erwärmung durch Ultraschall die Trennung des Füllstoffs von einem mit einem Füllstoff versehenen thermoplastischen Werkstoff,, Bei diesem Verfahren werden auch gewisse bekannt.e Schwierigkeiten bisher angewandter Verfahren vermieden, beispielsweise das Reibschweißen mit seiner langen Zyklusdauer und die Verwendung erwärmter Druckformwerkzeuge, die die Tendenz haben, den Werkstoff ungleichmäßig zu erwärmen, ein übermäßig starkes Abschmelzen zu verursachen und die verformte Oberfläche beschädigen, da Teilchen am Werkzeug haften bleiben«,

Der ringförmige Zapfen 9 hält den radial inneren Rand des inneren Endes der Dichtung 5 und" verringert dadurch das Durchbiegen der Dichtung nach innen, wenn die KoIbenstangenführung unter Druck gesetzt wird und trägt dadurch dazu bei, dai3 die Dichtung nicht in zur Druckbeaufschlagung in der Kolbenstange vorgesehene Hüten eingreift und die Kolbenstange in ihrer Lage verklemmt«, Der in Frage stehende Innenrand der Dichtung 5 wird von der Kolbenstange weggehalten, so daß im Betrieb G-eräuoche und ruckartiges Arbeiten verringert sind_o Es liegt auf der Hand, daß der Zapfen 9 bei-Kolbenstangenführurigs anordnungen aus Aluminium oder anderen Werkstoffen eben:;o vorteilhaft wäre»

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mit einem Rand 22 versehen, der sich längs des Umfangs einer Ringnut 13 erstreckte Die Ringnut 13 hat einen insgesamt gekrümmten Querschnittsbereich, der an seinem Außenumfang 23 kontinuierlich in die Innenfläche des Randes 22 übergeht und an seinem Innenumfang 24 kontinuierlich in eine kegelstumpfförmige Fläche 25 übergeht, die sich so erstreckt, daß sie auf die Stirnfläche der Sonotrode 11 trifft₀

Die Unterseite des Randes 22 ist bei 26 abgeschrägt und führt den äußeren Endbereich 8 der Stangenführung in die Sonotrode 11, wenn diese abgesenkt wird« Der äußere Endbereich 8 hat eine entsprechende, abgeschrägte Kante 27 (I*igo 2), die . auch dazu beiträgt, die Dicke des in die Sonotrode 11 eintretenden Werkstoffs zu verringern und ein rasches Anfangsschmelzen erlaubt, was die Zyklusdauer verkürzte

Obwohl der Rand 22 vorzugsweise in engem G-leitsitz auf die Kolbenstangenführung 1 paßt, ist auch ein Festsitz mögliche Im letzteren Fall bearbeitet der Rand 22 die Außenfläche der Kolbenstangenführung 1₉ während die Sonotrode 11 nach unten bewegt wird» Die Randlänge ist von dem Ausmaß der Energie an der Arbeitsfläche bestimmt und kann so gewählt sein,

daß die gesamte Außenfläche der Kolbenstangenführung 1 oder ein teliebiger Teil derselben bearbeitet wird»

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Claims

Ansprüche

1J) Nicht lösbare Verbindung zwischen einer Führung aus

lermoplastischem Kunststoff, insbesondere einer Kolbenstangenführung und einer insbesondere ringförmigen Dichtung, . vorzugsweise aus einem elastomeren Werkstoff, die in einer Aussparung der Führung aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (5) durch einen nach innen verformten Ringbereich (8) der Führung (1) dauerhaft in ihrer Lage verriegelt ist.
2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Dichtung (5) axial zusammengepreßt zwischen einer Schulter (4) am inneren Ende der Aussparung (3) und einem ringförmigen Halteglied (6) gehalten ist, welches durch den nach innen verformten Bereich (8) der Führung (1) gegen eine Bewegung nach außen gesichert ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Ende der Aussparung (3) mit einem ringförmigen, axial nach außen weisenden Zapfen (9) ausgebildet ist,der innen neben der Schulter (4) angeordnet ist und das innere Ende der Dichtung (5) hält«
4. Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen einem thermoplastischen Bauteil, insbesondere einer Führung, und einem zweiten Bauteil, insbesondere einer Dichtung, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig Ultras chall energie und mechanischer

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Druck auf einen Bereich (8) des thermoplastischen Bauteils (1) zum Erweichen und. Verformen des Bereichs in klemmenden Eingriff mit dem zweiten Bauteil (5) aufgebraucht wird.
5. Verfahren naeh Anspruch 4, dadurch gekennzeichn e t , daß die Einwirkung der Ultraschallenergie beendet wird, wenn sich der Bereich (8) des thermoplastischen Bauteils erweicht, und daß der mechanische Druck beibehalten wird, bis der Bereich (8) erneut erhärtet «
6. Vorrichtung warn Ausführen des Verfahrens nach Anspruch. 4 oder 5» mit einer Ultraschallsonde, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stirnfläche (12) der Sonde eine Ringnut (13) zum Zusammenwirken mit dem Bereich (8) des thermoplastischen Bauteils (1) ausgebildet ist, und daß sich ein Rand (22) um den Umfang der Ringnut erstreckt,
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (13) einen insgesamt gekrümmten Querschnittsbereich hat, der an seinem Außenumfang (23) kontinuierlich in die Innenfläche (26) des Randes (22) übergeht und an seinem Innenumfang (24) kontinuierlich in eine Kegelstumpffläche (25) übergeht, die sich so erstreckt, daß sie auf die Stirnfläche (12) der Sonde trifft.
8. Werkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich-T-net, daß die Innenfläche (26) des Randes (22) zur Führung des Bereichs (8) des thermoplastischen Bauteils (1) in die Nut abgeschrägt ist.
9. Kolbenstangenführungsanordnung mit einer inneren, ringförmigen Aussparung zur Aufnahme einer Dichtung, deren inneres Ende eine Schulter zur Anordnung des inneren Endes der Dichtung auf ihrem Sitz hat, -dadurch gekennzeichnet , daß ein ringförmiger, axial nach außen weisender Zapfen (9) vorgesehen ist, der radial innerhalb und neben der Schulter (4) angeordnet ist und das innere Ende der Dichtung (5) hält.

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