DE4022303A1

DE4022303A1 - Friction welded joint between hose attachments and cylinder - provides space to accommodate weld bead

Info

Publication number: DE4022303A1
Application number: DE19904022303
Authority: DE
Inventors: Alf Dipl Ing Siebke
Original assignee: Knorr Bremse AG
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 1990-07-13
Filing date: 1990-07-13
Publication date: 1992-01-16

Abstract

Actuating cylinder has a cylinder body (1) with nozzles (3) for attachment of hoses or pipes providing pneumatic or hydraulic power. The nozzle is set into a counter but in the cylinder body, with a space (11) formed by the nozzle foot (13) in the arta of the joint with the body for receiving the weld bead formed when the nozzle is attached by friction welding. The space can also be formed by making the counterbore a stepped bore. ADVANTAGE - Sealed joint between steel and Al alloy, with high strength, requiring no further machining.

Description

Die Erfindung betrifft einen Betätigungszylinder nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to an actuating cylinder according to the Generic term of patent claim 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. The energy supply for pneumatically or hydraulically operated brake or actuating cylinder generally takes place via pipe or Hose lines, which on the housing of the actuating cylinder be attached. This can be done with screw or plug connections different versions can be provided. Because of Economy and space requirements are for actuating cylinders of the type mentioned often required threaded connector that firmly with the Cylinder housing must be connected. This is due to the necessary pressure tightness and the required mechanical Strength to the tightening torque when tightening the To be able to transfer screw connection. In the case of cylindrical bodies Steel is used to attach steel sockets Joining techniques applied (fusion welding, brazing), the for the material combinations aluminum / aluminum or aluminum / steel are not suitable. For the sake of weight loss and However, corrosion resistance is increasingly braking or Actuating cylinders made of aluminum alloys required. At the same time are steel connectors because of the above Manufacturing requirements cannot be replaced by aluminum sockets.

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.Are known for connecting steel sockets and Aluminum cylinder body processes such as screwing and gluing, Pressing in (spigot with teeth or knurling) or crimping. What these methods have in common is that they are only minor Tightening torques can be transmitted for sealing against Internal pressure requires additional effort (separate seal or adhesive) and securing the connection against loosening must also be carried out (e.g. pinning or gluing). This entails labor and costs.

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.Based on this, the object of the invention is one Actuating cylinder consisting of a cylinder body from a Aluminum alloy with a connecting piece made of steel, to create in which the connection between the cylinder body and Connection piece meets the aforementioned requirements. in the special it should be possible in an economical way without Use of sealing elements an absolutely tight connection create, which has a high mechanical strength and none Reworking required.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale nach dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruches 1.The features according to the Characterizing part of claim 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.Due to the connection between the made of an aluminum alloy cylinder body and the Steel existing connecting piece is easily possible to create an absolutely pressure-tight connection, which for Connection with pipe or hose lines the required possesses mechanical strength to transmit high tightening torques to be able to.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in weiteren Patentansprüchen aufgeführt.Advantageous refinements and developments are in others Claims listed.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.The invention is described below using exemplary embodiments Explained with reference to the accompanying drawings.

Fig. 1 der Zeichnung ist eine Längsschnittansicht eines Zylinderkörpers mit einem erfindungsgemäß an diesem befestigten Stutzen; Fig. 1 of the drawing is a longitudinal sectional view of a cylinder body with a nozzle attached thereto according to the invention;

Fig. 2 ist eine gegenüber Fig. 1 vergrößerte Teilschnittansicht unter Darstellung des Stutzens während des im Reibschweißverfahren durchgeführten Verbindens; und FIG. 2 is a partial sectional view enlarged from FIG. 1, showing the connector during the friction welding process; FIG. and

Fig. 3 und FIGS. 3 and

Fig. 4 sind Schnittansichten von Stutzen gemäß weiterer Ausführungsformen. Fig. 4 are sectional views of nozzles according to other embodiments.

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.In Fig. 1 of the drawing, a cylinder body 1 is shown, to which, according to the invention, a nozzle 3 is fastened in the friction welding process. In this method ( FIG. 2), the nozzle 3 is set in rotation by means of a tool 5 and brought into contact on the part serving for the connection, ie on the welding surface 7 of the cylinder body 1 . The cylinder body 1 is rotationally fixed. Rotation of the connector 3 and friction on the cylinder body 1 generate heat and partial transition of the material of the cylinder body and the connector to a plastic state. With the help of a further tool 9 , when the tool 5 is braked at the same time, an increased force is exerted with respect to the socket 3 , ie the socket 3 is compressed with respect to the cylinder body 1 . The plastic material existing between the two parts is partly displaced outwards and the connection between the cylinder body and the nozzle is brought about.

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.The cylinder body 1 consists of an aluminum alloy, for. B. Al Mg Si 1 and is made in the cold extrusion process. In order to be able to transmit the forces occurring during friction welding with as little deformation as possible and to keep the formation of the weld bead low, the cylinder body is thermoset. The surface of the cylinder body is anodized to achieve good abrasion resistance (piston running surface) and to protect against corrosion. Since this oxide layer hinders a good weld connection, it is removed in the so-called joining area before welding. Here, the countersink existing on the cylinder body 1 ( FIG. 1) is machined again by means of a milling device, the oxide layer of the anodization in the welding surface 7 being removed. The result is a cylindrical depression, the shoulder height of which is designed to form a weld bead chamber 11 ( FIG. 2).

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.The nozzle 3 is made of steel to protect against corrosion, ie of a non-rusting material (e.g. X20 Cr13). It is designed in a special way for friction welding: the socket base 13 ( FIG. 2) is larger in diameter than the thread 15 of the socket head 17 . The collar thus created serves to support the axially directed compressive force applied by the tool 9 during friction welding, as a result of which the dimensional accuracy of the nozzle contour is retained. The torque applied during the friction welding process is determined by the z. B. transferred as an external hexagon tool 5 to an internal hexagon of the nozzle 3 . This means that it is not necessary to tighten the socket in the thread, ie damage to the thread is avoided. The joining surface 19 of the socket base 13 is designed in such a way that the weld bead chamber 11 ( FIG. 2) is formed for the weld bead formed between the socket 3 and the cylinder body 1 . This is achieved in that the cylindrical countersink with a flat end face in the cylinder body is precisely matched to the outside diameter of the socket base 13 . The slight excess of the countersink diameter leaves only a small gap 21 between the socket and cylinder body contour; this gap restricts the sweat bead from escaping. The circumferential chamfer 23 on the socket base 13 ( FIG. 2) forms, with the cylindrical countersink in the cylinder body, an annular volume in the form of the weld bead chamber 11 , which can absorb the weld bead in whole or in part. This eliminates the need for subsequent, labor-intensive removal of the welding bead.

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.According to FIG. 1, the nozzle can be fixed in the friction welding process at a predetermined angle on the cylinder body; here is on the cylinder body 1 at a predetermined angle of z. B. 40 ° a step reduction is provided, the large outer diameter to create the space for the (not shown) nut of the screw connection on the nozzle 3 and for the tool 9 is provided during welding. The gradually smaller outer diameter is provided for the formation of the narrow annular gap 21 described above with the socket base 13 . The through hole in the cylinder body is originally smaller than the later dimension and is used for the surface treatment of the cylinder body to vent the inside of the cylinder body. All surfaces are anodized in this production stage. For the purpose of connecting the nozzle, the cylinder body 1 is inserted into a twisting device, while the nozzle is fixed in the spindle chuck of the welding machine. The countersink is first machined again by means of a milling device in order to remove the oxide layer of the anodization in the welding surface 7 . This creates the cylindrical countersink, the shoulder height of which is designed to form the weld bead chamber 11 . At the same time, the joint surface of the socket base is turned over by a twisting unit in order to obtain a clean and oxide-free end surface. The friction welding process explained above takes place below. After the friction welding, the through hole 25 is drilled out in the cylinder body in order to remove any bead material that has entered.

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.As an alternative to the embodiment and design of the method described above, further developments are possible according to the invention which, for. B. relate to the shape of the nozzle 3 . Instead of the chamfer 23 , the nozzle shown in FIG. 3 has an annular groove 27 on the end face, which is used to hold the weld bead material. Furthermore, the neck is provided on the front end of the neck base 13 with an annular web 29 ; this engages in the through bore 25 of the cylinder body and prevents the welding bead from entering the bore. A further variant is illustrated in FIG. 4. In this embodiment of the connecting piece, instead of the chamfer 23, a shoulder 31 is provided, which in the same way as the above-mentioned annular groove 27 serves to receive the bead material. Further modifications are also possible in the region of the end face of the connecting piece 3 in order to accommodate bead material which arises during the friction welding process, in order in particular to prevent bead material from passing through the gap 21 to the outside of the connection. With such a design of the nozzle, no post-processing of the connection is necessary.

BezugszeichenlisteReference symbol list

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 1 cylinder body
3 sockets
5 tools
7 welding surface
9 tools
11 welding bead chamber
13 socket base
15 threads
17 nozzle head
19 joining surface
21 gap
23 chamfer
25 through hole
27 ring groove
29 ring bridge
31 paragraph

Claims

1. actuating cylinder with connecting piece for connecting pipe or hose lines, consisting of a cylinder body made of an aluminum alloy and a connecting piece made of steel, characterized in that the connecting piece ( 3 ) is connected to the cylinder body ( 1 ) in the friction welding process.

2. Actuating cylinder according to claim 1, characterized in that the socket ( 3 ) with a socket base ( 13 ) in a counterbore of the cylinder body ( 1 ) is used, wherein in the area of the joining surface ( 19 ) of the socket base ( 13 ) or in the area of at least one welding bead chamber ( 11 ) is provided for receiving the welding bead material formed during friction welding.

3. Actuating cylinder according to claim 1 or 2, characterized in that the counterbore is designed as a stepped bore in the material of the cylinder body ( 1 ), such that a union nut or similar connecting element can be inserted in the free space of the larger diameter of the stepped bore.

4. Actuating cylinder according to claim 2, characterized in that a chamfer ( 23 ) is provided at the transition from the front joining surface ( 19 ) of the socket foot to its outer circumference, which with the counterbore located in the material of the cylinder body ( 1 ) the annular weld bead chamber ( 11th ) forms.

5. actuating cylinder according to claim 2, characterized in that a step-shaped shoulder ( 31 ) is formed at the transition of the joining surface ( 19 ) of the connecting piece to its outer periphery, which step forms a chamber with the cylindrical counterbore for receiving the welding bead material formed during friction welding.

6. Actuating cylinder according to one of the preceding claims, characterized in that an annular web ( 29 ) is formed on the end face on the joining surface ( 19 ) of the connecting piece ( 3 ), which is insertable into the through bore ( 25 ) of the cylinder body ( 1 ) to the Prevent welding bead material from escaping inside the through hole.