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Aluminiumzylinder für einen hydraulischen Stellantrieb
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Die Erfindung bezieht sich auf Aluminiumzylinder hydraulischer Stellantriebe,
insbesondere auf eine abriebfeste und die Korrosion hemmende Schicht, die auf einer
Innenfläche eines Aluminiumzylinders gebildet ist, welche einem Hydraulikmittel
ausgesetzt werden und mit einem Kolben in Gleitkontakt gelangen soll.
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Viele herkömmliche hydraulische Stellantriebe zur Verwendung in zahlreichen
hydraulischen Systemen, beispielsweise
in Kraftfahrzeugen, Fluggeräten
und Schiffen, verwenden Aluminiumzylinder. Derzeit werden Aluminiumzylinder hydraulischer
Stellantriebe gewöhnlich durch Druckguß und anschliessendes Bohren oder eine andere
Art maschineller Bearbeitung hergestellt. Die Innenfläche oder Oberfläche der Bohrung
der so hergestellten Aluminiumzylinder wird keiner Oberflächenbehandlung unterworfen,
sondern weist eine dünne Aluminiumoxidschicht auf, die sich aus der natürlichen
Oxydation durch Luftsauerstoff ergibt. Diese Aluminiumoxidschicht ist dünn, bis
herab zu etwa 0,1 pin, und wird demzufolge leicht abgerieben, wenn ein Kolben in
der Zylinderbohrung eine Gleitbewegung ausführt. Wird die Aluminiumoxidschicht einmal
herausgerieben oder trennt sie sich von der Innenfläche des Zylinders im Betrieb
ab, ist die Innenfläche nicht mehr gegen eine Korrosion des Aluminiums geschützt,
da die Innenfläche durch ein Hydraulikmittel gegen Luft isoliert ist.
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Herkömmliche Hydraulikmittel enthalten gewöhnlich bestimmte organische
Verbindungen, wie z.B. Amine. Der oben beschriebene Aluminiumzylinder wird in vielen
Fällen in einem hydraulischen System verwendet und umfaßt eine bestimmte Komponente,
die aus Kupfer hergestellt und in Fluidverbindung mit dem Aluminiumzylinder ist.
Sodann ist eine in dem Hydraulikmittel enthaltene organische Verbindung für die
Reaktion mit Kupfer zu einer organischen Kupferverbindung verantwortlich, die in
dem Hydraulikmittel löslich ist, was zum Vorliegen von Kupferionen in dem Hydraulikmittel
führt. Da Kupfer eine geringere Ionisationstendenz
als Aluminium
aufweist, neigt in dem Hydraulikmittel enthaltenes Kupfer zum Abscheiden auf der
Innenfläche des Aluminiumzylinders, so daß Lokalelemente an Stellen entstehen, an
denen die Aluminiumoxidschicht verschwunden ist. Dann wird die Korrosion des Aluminiumzylinders
an der Innenfläche stark beschleunigt.
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Die so ausgelöste Korrosion der Innenfläche des Zylinders führt zu
einer Verschlechterung der Glätte der Innenfläche. Dann übt eine Kolbenkappe aus
Gummi, die an einem Ende des Kolbens angebracht ist, um ein Auslaufen des Hydraulikmittels
entlang der Kolbenflanke zu verhindern, merklichenAbrieb aus.
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Dadurch verliert der hydraulische Stellantrieb beim Betrieb an Glätte
und/oder er erfährt einen Leistungsabfall.
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Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Aluminiumzylinders
eines hydraulischen Stellantriebs, bei dem die Innenfläche des Zylinders äußerst
abrieb- und korrosionsfest ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch einen Aluminiumzylinder
eines hydraulischen Stellantriebs mit einer abriebfesten und die Korrosion hemmenden,
absichtlich in einer Dicke von wenigstens 5 pm auf und in innigem Kontakt mit einer
Innenfläche des Zylinders, die einem Hydraulikmittel ausgesetzt und in Gleitkontakt
mit einem Kolben des Stellantriebs gebracht werden soll, gebildeten Schicht.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die abriebfeste
und die Korrosion hemmende Schicht eine durch anodische Oxydation der Innenfläche
des Aluminiumzylinders gebildete Aluminiumoxidschicht.
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Bei einer-weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
die abriebfeste und korrosionshemmende Schicht ein durch ein nicht-elektrolytisches
Beschichtungsverfahren gebildeter Nickelüberzug.
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Die Erfindung wird durch die nachfolgende eingehende Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figur näher erläutert; die
Figur zeigt eine Schnittansicht einer Kupplungshauptzylindereinheit mit einem erfindungsgemäßen
Aluminiumzylinder.
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In der Figur ist eine Hauptzylindereinheit 10 eines Kraftfahrzeug-Kupplungssystems
als ein Beispiel hydraulischer Stellantriebe dargestellt, bei denen ein erfindungsgemäßer
Aluminiumzylinder eingesetzt werden kann. Die Hauptzylindereinheit 10 weist einen
Aluminiumzylinder 12 und einen Kolben 14 auf, der vom ersteren gleitfähig aufgenommen
wird. Eine Druckstange 16, die eine Hin- und Herbewegung ausführt, die durch Betätigung
eines Kupplungspedals (nicht dargestellt) ausgelöst wird, tritt an einem Ende in
den Zylinder 12 ein, so daß der Kolben 14 in der Figur nach links gedrückt werden
kann. Der Zylinder 12 ist
mit einem Vorratsbehälter 18 so verbunden,
daß, wenn auf den Kolben 14 genügend Druck ausgeübt wird, ein Hydraulikmittel nicht
vom Zylinder 12 zum Behälter 18 rückgeführt wird, sondern zu einem (nicht dargestellten)
Betätigungszylinder, der in einer Transmission installiert ist, durch ein Kupplungsrohr
20 geführt wird, um so die Kupplung zu lösen. Eine Rückstellfeder 22 ist in dem
Zylinder 12 angeordnet, um den Kolben 14 nach rechts zu drücken, wenn sich die Druckstange
16 nach rechts bewegt. Eine Kolbenkappe 24 aus Kautschuk ist am linken Ende des
Kolbens 14 befestigt, um ein Austreten des Hydraulikmittels in den rechten Endbereich
der Bohrung des Zylinders 12 zu verhindern. Der Vorratsbehälter 18 hat eine Kappe
26, die auf der Innenseite mit einer Gummidichtung 28 versehen ist.
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Das Hydraulikmittel enthält üblicherweise eine oder mehrere Arten
organischer Verbindungen, wie z.B. Amine als Korrosionsinhibitor und/oder ein Antioxydans.
In vielen Fällen enthält auch die Gummidichtung 28 bestimmte organische Verbindungen,
wie z.B. Amine, um ein Brechen unter dem Einfluß des Ozons der Luft zu verhindern.
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Das Kupplungsrohr 20 kann gelegentlich ein Kupferrohr sein, ist aber
derzeit üblicherweise ein Stahlrohr mit einem Kupferüberzug auf der Innenseite.
Wie zuvor erwähnt, löst sich das aufgebrachte Kupfer leicht in dem Hydraulikmittel,
das organische Verbindungen, wie z.B. Amine, enthält, und führt zur Bildung von
Lokalelementen auf der Innenfläche 12a des Aluminiumzylinders
12,
wenn die Innenfläche 12a nicht mit einer Schutzschicht bedeckt ist. Selbst wenn
kein Lokalelement gebildet wird, korrodiert die Innenfläche 12a unvermeidlich, wenn
sie nicht vollständig mit einer Schutzschicht, z.B. aus Aluminiumoxid, bedeckt ist.
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Erfindungsgemäß wird eine (in der Figur nicht dargestellte) dünne
Schutzschicht absichtlich auf und in innigem Kontakt mit der Innenfläche 12a des
Aluminiumzylinders 12 bei der Herstellung des Zylinders 12 erzeugt. Verglichen mit
einer extrem geringen Dicke (etwa 0,1 ,um) einer natürlich gebildeten Aluminiumoxidschicht
wird die erfindungsgemäße Schutzschicht in einer Dicke von wenigstens 5 um gebildet.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Innenfläche
12a des Aluminiumzylinders 12 anodisch oxydiert, um eine Aluminiumoxidschicht zu
bilden. Die anodische Oxydation kann nach einem wohlbekannten Verfahren unter Verwendung
einer Elektrolytlösung erfolgen, die eine Oxalsäure-, Schwefelsäure-oder eine Chromsäurelösung
sein kann. Die anodisch gebildete Aluminiumoxidschicht oder der Film hat bevorzugt
eine Dicke von 5 bis 6 ,um, so daß der Oxidfilm einer Abtrennung von dem Bereich
des Aluminiums des Zylinders 12 völlig widersteht und durch Abrieb während der praktischen
Lebensdauer der Hauptzylindereinheit 10 nicht verschwindet.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
wird
die Schutzschicht durch Überziehen der Innenfläche 12a des Aluminiumzylinders 12
mit Nickel gebildet. Das Aufbringen von Nickel auf die Innenfläche 12a sollte nach
einem stromlosen Verfahren erfolgen, das als Kanigen-Verfahren bezeichnet wird.
Der Nickelüberzug kann bestimmte Zusätze enthalten, typischerweise eine Phosphorverbindung,
um die physikalischen Eigenschaften des Überzugs zu verbessern. Da ein so erhaltener
Nickelüberzug hohe Härte besitzt und hoch abriebfest ist, reicht eine Schichtdicke
von 5 bis 6 pm aus, um der Nickelüberzugsschicht eine praktisch befriedigende Dauerhaftigkeit
zu verleihen.
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Nickel wird unter Berücksichtigung der Ionisationstendenz des Aluminiums,
Kupfers und Nickels als Überzugsmaterial ausgewählt. Von diesen drei Metallen hat
Aluminium die größe Ionisationsneigung und Kupfer die geringste. Der Unterschied
der Ionisationsneigung zwischen Nickel und Kupfer ist jedoch sehr gering, so daß
Kupfer sich praktisch nicht auf der Nickelüberzugsschicht aus dem Hydraulikmittel
abscheidet. Daher zeigt die auf der Innenfläche 12a des Aluminiumzylinders 12 gebildete
Nickelüberzugsschicht keine merkliche Korrosion, die der Bildung von Lokalelementen
zuzuschreiben wäre.