DE4120709A1 - Verfahren zur herstellung eines hydraulikzylinders - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Hydraulikzylinders und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Hydraulikzylindern, die als Brems­ zylinder in Kraftfahrzeugen Verwendung finden.

Hydraulikzylinder, die in sehr großen Stückzahlen in Massenproduktion hergestellt werden, bestehen in der Regel aus Formkörpern, die im Gußverfahren (Grauguß oder Aluminiumguß) erzeugt werden. Solche Hydraulikzy­ linder haben einen relativ dünnwandigen Zylindermantel, von dem mindestens ein Anschlußstutzen absteht, wobei Anschlußstutzen für den Druckanschluß, als Tankports und/oder für die Entlüftung vorgesehen sein können. Bei den Hauptbremszylindern eines Fahrzeugs ist ein Flansch vorhanden, mit dem der Hydraulikzylinder an einem Trag­ teil des Fahrzeugs befestigt wird, beispielsweise an dem Bremskraftverstärker. Die relativ komplizierte Form des Hydraulikzylinders erfordert aufwendige und teure Herstellungsverfahren und Gießformen, wobei auch Gieß­ kerne oder Ziehkerne benutzt werden können. Es ist auch bekannt, zunächst einen Grundkörper herzustellen und an diesem dann die Anschlußstutzen durch Schweißen zu befes­ tigen. Beim Schweißen ergeben sich jedoch thermische Verformungen der Innenwand des Grundkörpers. Bei den bekannten Herstellungsverfahren ist daher eine sehr genaue Nachbearbeitung der Innenwand des Zylinderman­ tels, an der sich später der Kolben entlangbewegt, erforderlich, z. B. eine Nachbearbeitung durch Fein­ bohren, Honen oder Ziehschleifen. Diese Feinbearbeitung ist zeitaufwendig und teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Hydraulikzylinders anzugeben, das eine kostengünstige und einfache Fertigung mit geringem Aufwand ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrensschritten.

Erfindungsgemäß werden Hydraulikzylinder aus Aluminium­ material (Aluminium oder einer Aluminiumlegierung) da­ durch hergestellt, daß bereits im Anfangsstadium ein Rohr hergestellt wird, dessen Innenfläche von hoher Oberflächengüte ist. Die Herstellung dieses Rohres erfolgt entweder im Strangpreßverfahren oder dadurch, daß ein Rohrrohling im Kaltziehverfahren über einen Innendorn gezogen wird. Sowohl das Strangpreßverfahren als auch das Kaltziehverfahren bieten den Vorteil relativ niedriger Werkzeugkosten, wobei dennoch ein Rohr so präzise hergestellt werden kann, daß seine zylindrische Innenwand eine extrem hohe Oberflächengüte und Maßgenauigkeit hat. Eine Nachbearbeitung dieser Innenfläche erfolgt anschließend an die Rohrherstellung nicht mehr.

Nach der Herstellung des Rohres werden vorgefertigte hohle Anschlußstutzen durch Widerstands-Preßstumpf­ schweißen an dem Rohr befestigt. Bei dieser Schweiß­ technik wird jedes der beiden zu verbindenden Teile mit einer Elektrode verbunden und durch den Kontaktbereich der Werkstücke wird kurzzeitig ein hoher Gleichstrom geschickt, wodurch die beiderseitigen Materialien auf­ schmelzen. Das Widerstandsschweißen kann bei entspre­ chend hohen Stromstärken in sehr kurzer Zeit von Bruch­ teilen einer Sekunde oder maximal einer Sekunde durch­ geführt werden, so daß die Erwärmung des Rohres örtlich begrenzt bleibt. Dadurch wird verhindert, daß die Er­ wärmung des Rohres sich bis zur Innenfläche so weit fortsetzt, daß Verziehungen eintreten können. Das Ende des Rohrstutzens verschmilzt mit der Rohrwand und bil­ det dort eine örtlich begrenzte Schweißlinse. Die Stär­ ke der Rohrwand beträgt vorzugsweise etwa 7 bis 8 Milli­ meter.

Nach dem Anschweißen des Rohrstutzens bzw. der Rohr­ stutzen werden diese von innen her durchgebohrt, wobei die Bohrung bis in das Rohrinnere hinein vorgetrieben wird.

Bei Hydraulikzylindern, die als Hauptbremszylinder benutzt werden, ist es in der Regel erforderlich, das eine Rohrende mit einem Zylinderboden zu verschließen. Dies erfolgt zweckmäßigerweise durch Anschweißen des Zylinderbodens mittels Elektronenstrahlschweißung oder Impulsschweißung. Diese Verfahren haben den Vorteil, daß der Schweißstrahl sehr genau geführt werden kann und daß die Erwärmung der Werkstücke örtlich sehr be­ grenzt ist. Es wird auch kein Fremdmaterial aufgetra­ gen. Die örtlichen Wärmeeinwirkungen lassen sich durch die kurze Schweißzeiten lokal begrenzen, so daß nicht die Gefahr des Verziehens des Werkstücks und unerwünsch­ ter Gefügeveränderungen besteht.

Falls an dem Hydraulikzylinder ein Flansch angebracht werden muß, erfolgt die Fixierung des Flansches zweck­ mäßigerweise ausschließlich durch Kaltverformung (Aufdornen) des Rohrmaterials sowie anschließendem Aufpressen.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeich­ nungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher er­ läutert.

Es zeigen:

Fig. 1 das Ansetzen eines Anschlußstutzens an das Rohr zu Beginn des Preßstumpfschweißens,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Anordnung nach Fig. 1 nach Beendigung des Preßstumpfschweißens,

Fig. 3 die Anbringung eines Zylinderbodens an dem einen Rohrende durch Elektronenstrahlschweißen oder Ringbuckel-Preßstumpfschweißen,

Fig. 4 eine erste Möglichkeit des Anbringens eines Flansches an dem Hydraulikzylinder,

Fig. 5 eine zweite Möglichkeit der Anbringung eines Flansches an dem Hydraulikzylinder, und

Fig. 6 eine Stirnansicht eines Hydraulikzylinders mit drei Anschlußstutzen.

Gemäß Fig. 1 ist ein Rohr 10 aus Aluminiummaterial vor­ gesehen, dessen Wandstärke etwa 7 bis 8 Millimeter beträgt. Das Rohr ist entweder insgesamt durch Strang­ pressen von Aluminiummaterial hergestellt oder durch Kaltziehen eines (z. B. auch durch Kaltziehen über einen Brückendorn hergestellten) Rohlingrohres über einen Kalibrierdorn bearbeitet worden, so daß die Rohrinnen­ wand 11 exakt zylindrisch und von extrem hoher Ober­ flächengüte ist. Die Oberflächengüte der Außenfläche des Rohres ist von untergeordneter Bedeutung.

An das Rohr 10 ist ein im wesentlichen zylindrischer hohler Anschlußstutzen 12 angesetzt, dessen dem Rohr zugewandtes Ende 13 nach außen hin zugespitzt ist und daher kegelstumpfförmige Gestalt hat. Der Anschluß­ stutzen 12 weist eine axiale Sackbohrung 14 mit einem Innengewinde 15 auf.

Gegen das dem Rohr 10 abgewandte Ende des Anschluß­ stutzens 12 drückt eine Elektrode 16, während die (nicht dargestellte) Gegenelektrode mit dem Rohr 10 verbunden ist. Der Berührungsbereich zwischen dem Anschlußstutzen 12 und dem Rohr 10, der wegen der Rohr­ krümmung am Anfang nur linienförmig ist, stellt im Ver­ lauf des Stromflusses die geringste Querschnittsfläche dar, so daß hier die größte Stromdichte erzeugt wird und das Material von Rohr 10 und Rohrstutzen 12 zu schmelzen beginnt. Während des Stromflusses drückt die Elektrode 16 den Anschlußstutzen 12 entsprechend dem Aufschmelzen in die Wand des Rohres 10 nach.

Fig. 2 zeigt den Zustand von Rohr 10 und Anschluß­ stutzen 12 nach Beendigung des Schweißvorganges. Im Berührungsbereich hat sich eine Schweißlinse 17 ausge­ bildet, in der die Materialien von Rohr und Anschluß­ stutzen ineinandergeflossen sind, wobei sich das kegel­ stumpfförmige Ende 13 des Anschlußstutzens verkürzt hat. Das Material der Schweißlinse ist teilweise seit­ lich herausgedrückt worden.

Im Anschluß an das Anschweißen des Anschlußstutzens 12 an das Rohr 10 ist eine Bohrung 18 axial durch den An­ schlußstutzen hindurchgebohrt worden, um das zuvor ge­ schlossene Ende 13 aufzubohren. Die Bohrung 18 erstreckt sich durch die Schweißlinse 17 und die Wand des Rohres 10 hindurch bis in das Rohrinnere. Der Durchmesser der Bohrung 18 ist wesentlich geringer als derjenige der Bohrung 15.

Fig. 3 zeigt den Zustand, daß nach Anbringung des Anschlußstutzens 12 in der vorbeschriebenen Weise das eine Ende des Rohres 10 mit einem Zylinderboden 20 verschlossen wird. Das Rohr 10 ist mit einem Stufen­ absatz versehen worden, der in einen komplementären Stufenabsatz des Zylinderbodens 20 hineinpaßt, und der Zylinderboden 20 ist an dem Rohr 10 mit einer durch Elektronenstrahlschweißen entstandenen Schweißnaht 21 von außen her angeschweißt worden. Ebenso wie beim An­ schweißen des Anschlußstutzens erstreckt sich beim An­ schweißen des Zylinderbodens 20 die Wärmeeinflußzone nicht bis zur Innenfläche 11 des Rohres 10.

Gemäß Fig. 4 wird an dem dem Zylinderboden 20 abgewand­ ten Rohrende ein separat vorgefertigter Flansch 22, der eine Durchgangsöffnung 23 aufweist, befestigt. An dem Rohrende wird durch Kaltumformung, also durch Pressen, eine Anschlagschulter 24 erzeugt. Ferner wird dieser Endabschnitt des Rohres 10 mit einer radialen Aufwei­ tung 25 versehen, auf die der Flansch 22 im Preßsitz aufgeschoben werden kann, bis er gegen die Anschlag­ schulter 24 stößt. Das Aufschiebene des Flansches 22 erfolgt in diesem Fall vor dem Anschweißen des Rohr­ stutzens 12. Der Flansch 22, der Löcher aufweist, dient der Anbringung des Hydraulikzylinders an einem anderen Tragteil, z. B. an dem Bremsverstärker eines Fahrzeugs.

Fig. 5 zeigt eine andere Art der Anbringung eines Flansches 22 an dem Rohr 10. Hierbei ist zunächst eine dem Rohrende zugewandte Anschlagschulter 26 durch Kalt­ umformung erzeugt, gegen die der Flansch 22 vom Rohr­ ende her gesetzt wurde. Anschließend ist das Rohrende ebenfalls durch Kaltumformung mit einer Aufweitung 27 versehen, die das Entfernen des Flansches 22 von der Anschlagschulter 26 verhindert. Bei dem Ausführungs­ beispiel von Fig. 5 kann der Flansch 22 angebracht wer­ den, nachdem der bzw. die Anschlußstutzen 12 an dem Rohr 10 befestigt worden sind.

Fig. 6 zeigt einen Hauptbremszylinder der Bremsanlage eines Fahrzeugs, wobei an dem Rohr 10 mehrere über die Rohrlänge verteilt angebrachte Anschlußstutzen 12a, 12b, 12c vorgesehen sind, die radial zum Rohr 10 ausge­ richtet sind. Der Anschlußstutzen 12a dient als Tank­ port, der mit einem Tank für Bremsflüssigkeit verbunden wird, um Bremsflüssigkeit in den Zylinder nachzuliefern. Die Anschlußstutzen 12b und 12c stellen Druckanschlüsse dar, an die jeweils ein Bremskreis des Fahrzeugs angeschlossen ist. Bei dem dargestellten Ausführungs­ beispiel sind die Anschlußstutzen 12a, 12b, 12c, in Stirnansicht des Rohres 10 gesehen gegeneinander versetzt angeordnet. Es ist auch möglich, eine andere Verteilung der Anschlußstutzen über den Umfang des Roh­ res vorzusehen. Ferner ist es möglich, mehrere Anschluß­ stutzen entlang einer achsparallelen Längslinie des Rohres 10 anzuordnen.

In das Rohr 10 wird mindestens ein Kolben eingesetzt, dessen Dichtring abdichtend an der Innenfläche des Roh­ res anliegt. Durch Bewegen des Kolbens wird im Rohr bzw. Bremszylinder Druck erzeugt.

Der Hydraulikzylinder eignet sich insbesondere als Bremszylinder, und zwar sowohl als Hauptbremszylinder als auch als Radbremszylinder oder allgemein als Betätigungszylinder z. B. für Kupplungen. Bei einem Rad­ bremszylinder sind ein oder mehrere Kolben vorhanden, die durch den im Zylinder herrschenden Hydraulikdruck bewegt werden, um auf die Radbremse einzuwirken. Bei einem Radbremszylinder ist in der Regel kein Zylinder­ boden und kein Umfangsflansch vorhanden.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung eines Hydraulikzylinders aus einem Rohr (10), an dem mindestens ein seit­ lich abstehender Anschlußstutzen (12) befestigt wird, mit den folgenden Verfahrensschritten:

• a) Herstellen eines Rohres (10) mit einer zylindrischen Innenfläche (11) von hoher Oberflächengüte durch Strangpressen von Aluminiummaterial oder durch Kaltziehen eines Rohlingrohres aus Aluminiummaterial über einen Kalibrierdorn,
• b) Aufschweißen mindestens eines vorgefertigten hohlen Anschlußstutzens (12) an das Rohr (10) durch Widerstands-Preßstumpfschweißen, wobei das an das Rohr (10) anzusetzende Ende (13) des Anschlußstutzens (12) im wesentlichen geschlossen ist,
• c) Aufbohren des geschlossenen Endes des Anschlußstutzens (12) und der Rohrwand.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das an das Rohr (10) anzusetzende Rohr (13) des Anschlußstutzens (12) zugespitzt ausgebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das Kaltumformen eines Endes des Rohres (10) zur Erzeugung einer Anschlagschulter (24) und das Aufweiten dieses Endes und Aufpressen eines Flansches (22) auf das aufgeweitete Ende im Anschluß an Schritt a).

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das Kaltumformen eines Rohres (10) zur Erzeugung einer Anschlagschulter (26), das Aufschieben eines Flansches (22) bis zum Anschlag gegen die Anschlagschulter und das Aufweiten des über den Flansch (22) vorstehenden Rohrendes zum Festhalten des Flansches an der Anschlagschulter (26).

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekenn­ zeichnet durch das Anschweißen eines Zylinder­ bodens (20) an ein Ende des Rohres (10) mittels Elektronenstrahlschweißung.