DE4022303A1 - Betaetigungszylinder mit stutzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Betätigungszylinder nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.

Die Energiezufuhr für pneumatisch bzw. hydraulisch betriebene Brems- oder Betätigungszylinder erfolgt im allgemeinen über Rohr- bzw. Schlauchleitungen, welche am Gehäuse des Betätigungszylinders befestigt werden. Dazu können Schraub- oder Steckverbindungen unterschiedlicher Ausführungen vorgesehen sein. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und des Platzbedarfs sind für Betätigungszylinder der genannten Art oftmals Gewindestutzen gefordert, die fest mit dem Zylindergehäuse verbunden sein müssen. Die ist bedingt durch die notwendige Druckdichtheit und die erforderliche mechanische Festigkeit, um das Anziehdrehmoment beim Festziehen der Schraubverbindung übertragen zu können. Bei Zylinderkörpern aus Stahl werden zur Befestigung von Stutzen aus Stahl Verbindungstechniken angewandt (Schmelzschweißen, Hartlöten), die für die Werkstoffpaarungen Aluminium/Aluminium oder Aluminium/Stahl nicht geeignet sind. Aus Gründen der Gewichtsreduzierung und der Korrosionsbeständigkeit werden jedoch zunehmend Brems- oder Betätigungszylinder aus Aluminiumlegierungen gefordert. Gleichzeitig sind Anschlußstutzten aus Stahl wegen der oben erwähnten Fertigungsanforderungen nicht durch Aluminiumstutzen ersetzbar.

Bekannt sind zur Verbindung von Stahlstutzen und Aluminiumzylinderkörpern Verfahren wie Einschrauben und Verkleben, Einpressen (Stutzen mit Verzahnung oder Rändel) oder Einbördeln. Diesen Verfahren ist gemein, daß zum einen nur geringe Anziehdrehmomente übertragen werden können, für die Abdichtung gegen Innendruck zusätzlicher Aufwand erforderlich ist (separate Dichtung oder Klebung) und die Sicherung der Verbindung gegen Lösen zusätzlich durchgeführt werden muß (z. B. Verstiften oder Kleben). Dies zieht entsprechend Arbeits- bzw. Kostenaufwand nach sich.

Davon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Betätigungszylinder, bestehend aus einem Zylinderkörper aus einer Aluminiumlegierung mit einem Anschlußstutzen aus Stahl, zu schaffen, bei welchem die Verbindung zwischen Zylinderkörper und Anschlußstutzen den vorgenannten Anforderungen gerecht wird. Im besonderen soll es in wirtschaftlicher Weise möglich sein, ohne Verwendung von Dichtungselementen eine absolut dichte Verbindung zu schaffen, welche eine hohe mechanische Festigkeit besitzt und keine Nachbearbeitungen erfordert.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale nach dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruches 1.

Durch die im Reibschweißverfahren gewonnene Verbindung zwischen dem aus einer Aluminiumlegierung bestehenden Zylinderkörper und dem aus Stahl bestehenden Anschlußstutzen ist auf einfache Weise ermöglicht, einen absolut druckdichten Anschluß zu schaffen, welcher zur Verbindung mit Rohr- bzw. Schlauchleitungen die erforderliche mechanische Festigkeit besitzt, um hohe Anziehdrehmomente übertragen zu können.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in weiteren Patentansprüchen aufgeführt.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.

Fig. 1 der Zeichnung ist eine Längsschnittansicht eines Zylinderkörpers mit einem erfindungsgemäß an diesem befestigten Stutzen;

Fig. 2 ist eine gegenüber Fig. 1 vergrößerte Teilschnittansicht unter Darstellung des Stutzens während des im Reibschweißverfahren durchgeführten Verbindens; und

Fig. 3 und

Fig. 4 sind Schnittansichten von Stutzen gemäß weiterer Ausführungsformen.

In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Zylinderkörper 1 dargestellt, an welchem gemäß der Erfindung ein Stutzen 3 im Reibschweißverfahren befestigt ist. Bei diesem Verfahren wird (Fig. 2) der Stutzen 3 mittels eines Werkzeuges 5 in Drehung versetzt und an dem zur Verbindung dienenden Teil, d. h. an der Schweißfläche 7 des Zylinderkörpers 1 in Kontakt gebracht. Der Zylinderkörper 1 ist hierbei drehfixiert. Durch Drehung des Stutzens 3 und Reibung am Zylinderkörper 1 entsteht Wärme und teilweiser Übergang des Materials des Zylinderkörpers und des Stutzens in einen plastischen Zustand. Mit Hilfe eines weiteren Werkzeuges 9 wird bei gleichzeitiger Abbremsung des Werkzeuges 5 eine erhöhte Kraft gegenüber dem Stutzen 3 ausgeübt, d. h. der Stutzen 3 wird gegenüber dem Zylinderkörper 1 gestaucht. Der zwischen den beiden Teilen existierende plastische Werkstoff wird hierbei zum Teil nach außen verdrängt und die Verbindung von Zylinderkörper und Stutzen ist herbeigeführt.

Der Zylinderkörper 1 besteht aus einer Aluminiumlegierung, z. B. Al Mg Si 1 und ist im Kaltfließpreßverfahren hergestellt. Um die beim Reibschweißen auftretenden Kräfte mit möglichst geringen Verformungen übertragen zu können und um die Ausbildung des Schweißwulstes gering zu halten, ist der Zylinderkörper warmausgehärtet. Die Oberfläche des Zylinderkörpers ist zu Erzielung einer guten Abriebbeständigkeit (Kolbenlauffläche) und zum Schutz vor Korrosion anodisiert. Da diese Oxydschicht eine gute Schweißverbindung behindert, wird sie im sogenannten Fügebereich vor der Schweißung wieder entfernt. Hierbei wird mittels einer Fräsvorrichtung die am Zylinderkörper 1 bestehende Senkung (Fig. 1) nochmals bearbeitet, wobei die Oxydschicht der Anodisierung in der Schweißfläche 7 entfernt wird. Es entsteht hierbei eine zylindrische Senkung, deren Schulterhöhe zur Bildung einer Schweißwulstkammer 11 (Fig. 2) ausgelegt ist.

Der Stutzen 3 besteht zum Schutz vor Korrosion aus Stahl, d. h. aus einem nichtrostenden Material (z. B. X20 Cr13). Er ist für die Reibschweißung in besonderer Weise gestaltet: Der Stutzenfuß 13 (Fig. 2) ist im Durchmesser größer als das Gewinde 15 des Stutzenkopfes 17. Der so entstehende Bund dient der Abstützung des beim Reibschweißen durch das Werkzeug 9 aufgebrachten, axial gerichteten Stauchkraft, wodurch die Maßhaltigkeit der Stutzenkontur erhalten bleibt. Das beim Reibschweißvorgang aufgebrachte Drehmoment wird von dem z. B. als Außensechskant ausgebildeten Werkzeug 5 auf einen Innensechskant des Stutzens 3 übertragen. Dadurch ist ein Spannen des Stutzens im Gewinde nicht erforderlich, d. h. die Beschädigung des Gewindes ist vermieden. Die Fügefläche 19 des Stutzenfußes 13 ist so ausgebildet, daß die Schweißwulstkammer 11 (Fig. 2) für den zwischen Stutzen 3 und Zylinderkörper 1 entstehenden Schweißwulst gebildet wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die zylindrische Ansenkung mit ebener Stirnfläche im Zylinderkörper vom Durchmesser genau auf den Außendurchmesser des Stutzenfußes 13 abgestimmt ist. Das geringe Übermaß des Ansenkdurchmessers läßt nur einen geringen Spalt 21 zwischen Stutzen- und Zylinderkörperkontur frei; dieser Spalt schränkt ein Austreten des Schweißwulstes ein. Die umlaufende Fase 23 am Stutzenfuß 13 (Fig. 2) bildet mit der zylindrischen Ansenkung im Zylinderkörper ein Ringvolumen in Form der Schweißwulstkammer 11, welche den Schweißwulst ganz oder teilweise aufnehmen kann. Dadurch erübrigt sich eine nachträgliche, arbeitsaufwendige Entfernung des Schweißwulstes.

Gemäß Fig. 1 ist der Stutzen im Reibschweißverfahren unter einem vorbestimmten Winkel am Zylinderkörper fixierbar; hierbei ist am Zylinderkörper 1 unter einem vorbestimmten Winkel von z. B. 40° eine Stufensenkung vorgesehen, deren großer Außendurchmesser zur Schaffung des Freiraumes für die (nicht dargestellte) Überwurfmutter der Schraubverbindung am Stutzen 3 und für das Werkzeug 9 beim Schweißen vorgesehen ist. Der stufenweise sich anschließende kleinere Außendurchmesser ist für die Ausbildung des vorbeschriebenen engen, ringförmigen Spaltes 21 mit dem Stutzenfuß 13 vorgesehen. Die Durchgangsbohrung im Zylinderkörper ist ursprünglich kleiner als das spätere Maß und dient bei der Oberflächenbehandlung des Zylinderkörpers zur Entlüftung der Zylinderkörperinnenseite. Alle Flächen sind in dieser Fertigungsstufe anodisiert. Zum Zwecke der Verbindung des Stutzens wird der Zylinderköper 1 in eine Abdrehvorrichtung eingesetzt, während der Stutzen im Spindelfutter der Schweißmaschine fixiert wird. Mittels einer Fräsvorrichtung wird zunächst die Senkung nochmals bearbeitet, um die Oxydschicht der Anodisierung in der Schweißfläche 7 zu entfernen. Es entsteht hierdurch die zylindrische Senkung, deren Schulterhöhe zur Bildung der Schweißwulstkammer 11 ausgebildet ist. Gleichzeitig wird durch eine Abdreheinheit die Fügefläche des Stutzenfußes überdreht, um eine saubere und oxydfreie Stirnfläche zu erhalten. Nachfolgend erfolgt der vorstehend erläuterte Reibschweißvorgang. Nach dem Reibschweißen wird die Durchgangsbohrung 25 im Zylinderkörper aufgebohrt, um eingetretenes Wulstmaterial zu entfernen.

Alternativ zu der vorstehend beschriebenen Ausführung und Gestaltung des Verfahrens sind erfindungsgemäß Weiterbildungen möglich, welche z. B. die Formgebung des Stutzens 3 betreffen. Der in Fig. 3 wiedergegebene Stutzen weist anstelle der Fase 23 stirnseitig eine Ringnut 27 auf, welche zur Aufnahme des Schweißwulstmaterials dient. Fernerhin ist der Stutzen stirnseitig am Stutzenfuß 13 mit einem Ringsteg 29 versehen; dieser greift in die Durchgangsbohrung 25 des Zylinderkörpers ein und verhindert ein Eintreten des Schweißwulstes in die Bohrung. Eine weitere Variante veranschaulicht Fig. 4. Bei dieser Ausführungsform des Stutzens ist anstelle der Fase 23 ein Absatz 31 vorgesehen, welcher in gleicher Weise wie die vorstehend erwähnte Ringnut 27 zur Aufnahme des Wulstmaterials dient. Es sind auch weitere Modifikationen im Bereich der Stirnfläche des Stutzens 3 möglich, um beim Reibschweißvorgang entstehendes Wulstmaterial aufzunehmen, um also insbesondere zu verhindern, daß Wulstmaterial durch den Spalt 21 an die Außenseite der Verbindung tritt. Durch eine derartige Gestaltung des Stutzens ist keinerlei Nachbearbeitung der Verbindung nötig.

Bezugszeichenliste

 1 Zylinderkörper
 3 Stutzen
 5 Werkzeug
 7 Schweißfläche
 9 Werkzeug
11 Schweißwulstkammer
13 Stutzenfuß
15 Gewinde
17 Stutzenkopf
19 Fügefläche
21 Spalt
23 Fase
25 Durchgangsbohrung
27 Ringnut
29 Ringsteg
31 Absatz

Claims (6)

1. Betätigungszylinder mit Stutzen zum Anschluß von Rohr- bzw. Schlauchleitungen, bestehend aus einem Zylinderkörper aus einer Aluminiumlegierung und einem Stutzen aus Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzen (3) im Reibschweißverfahren mit dem Zylinderkörper (1) verbunden ist.

2. Betätigungszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzen (3) mit einem Stutzenfuß (13) in einer Senkbohrung des Zylinderkörpers (1) eingesetzt ist, wobei im Bereich der Fügefläche (19) des Stutzenfußes (13) oder im Bereich des angrenzenden Außenumfangs wenigstens eine Schweißwulstkammer (11) zur Aufnahme des beim Reibschweißen entstehenden Schweißwulstmaterials vorgesehen ist.

3. Betätigungszylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Senkbohrung als Stufenbohrung im Material des Zylinderkörpers (1) ausgebildet, derart, daß im Freiraum des größeren Durchmessers der Stufenbohrung eine Überwurfmutter oder dergleichen Verbindungselement einführbar ist.

4. Betätigungszylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Übergang von der stirnseitigen Fügefläche (19) des Stutzenfußes zu seinem Außenumfang eine Fase (23) vorgesehen ist, welche mit der im Material des Zylinderkörpers (1) befindlichen Senkbohrung die ringförmige Schweißwulstkammer (11) bildet.

5. Betätigungszlyinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Übergang der Fügefläche (19) des Stutzens zu dessen Außenumfang ein stufenförmiger Absatz (31) ausgebildet ist, welcher mit der zylindrischen Senkbohrung eine Kammer zur Aufnahme des beim Reibschweißen entstehenden Schweißwulstmaterials bildet.

6. Betätigungszylinder nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß stirnseitig an der Fügefläche (19) des Stutzens (3) ein Ringsteg (29) ausgebildet ist, welcher in die Durchgangsbohrung (25) des Zylinderkörpers (1) einführbar ist, um das Entweichen von Schweißwulstmaterial in das Innere der Durchgangsbohrung zu verhindern.