FR2852653A1

FR2852653A1 - Piston rod e.g. for a vibration damper has a core of a plastics material with carbon fibers, in a press fit within a metal tube, and sealed against the entry of air

Info

Publication number: FR2852653A1
Application number: FR0303477A
Authority: FR
Inventors: Klaus Schreiner
Original assignee: ZF Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2003-03-21
Filing date: 2003-03-21
Publication date: 2004-09-24
Anticipated expiration: 2023-03-21
Also published as: FR2852653B1

Abstract

The piston rod, in a piston/cylinder assembly, has a plastics structure with reinforcement carbon fibers forming the core (3) of the piston rod (1) enclosed within a metal tube (5), with a constant mantle outer surface (7). The blank for the core is of larger dimensions than the interior of the tube, and the tube is shaped around it in a press fit. The metal tube has an opening (9) at least at one end, for surplus plastics material to escape. The core has at least two shoulders (11,13), aligned against each other, as support surfaces for the core within the outer tube.

Description

L'invention concerne une tige de piston destinée à un ensemble piston-The invention relates to a piston rod intended for a piston-

cylindre, au moins certaines parties de la tige de piston étant formées par un sous-groupe en 5 matière plastique et d'autres parties par un sous groupe cylinder, at least some parts of the piston rod being formed by a plastic sub-group and other parts by a sub-group

en métal, la tige de piston présentant une surface périphérique formée en continu et le sous-groupe en matière plastique étant constitué d'une matière plastique renforcée de fibres de carbone. made of metal, the piston rod having a peripheral surface formed continuously and the plastic subgroup consisting of a plastic material reinforced with carbon fibers.

Dans le cadre de la réduction des masses dans un amortisseur, il est déjà connu d'après le document DE 29 41 036 Ai, de fabriquer le tube enveloppe en une matière plastique. Par ailleurs, dans le document DE 29 42 716 15 Ai est décrit un amortisseur à friction pour une machine à laver, la tige de piston de l'amortisseur à friction étant réalisée entièrement en une matière plastique. In the context of the reduction of the masses in a shock absorber, it is already known from the document DE 29 41 036 Ai to manufacture the envelope tube from a plastic material. Furthermore, in document DE 29 42 716 15 Ai, a friction damper for a washing machine is described, the piston rod of the friction damper being made entirely of a plastic material.

Selon une forme perfectionnée, on utilise d'après le 20 document DE 44 19 870 Ai, dans un amortisseur à friction, une tige de piston en matière plastique, avec une âme en métal. Deux possibilités sont divulguées pour la fabrication de la tige de piston. D'une part on peut utiliser une âme en métal et la surmouler avec une 25 matière plastique pour former la pièce finie. Cette manière de procéder doit assurer une liaison la plus résistante possible entre l'âme en métal et l'enveloppe en matière plastique. According to an improved form, according to document DE 44 19 870 Ai, in a friction damper, a plunger rod made of plastic, with a metal core, is used. Two possibilities are disclosed for the manufacture of the piston rod. On the one hand, a metal core can be used and overmolded with a plastic material to form the finished part. This procedure must ensure the strongest possible connection between the metal core and the plastic casing.

En variante, la tige de piston en matière plastique peut être d'une configuration tubulaire et recevoir une âme en métal par l'intermédiaire d'une extrémité ouverte. Alternatively, the plastics rod can be of a tubular configuration and receive a metal core via an open end.

Entre le corps tubulaire en matière plastique, et l'âme en métal est réalisée une liaison par complémentarité de 35 forme. Between the tubular plastic body and the metal core is formed by a complementary shape.

En vue d'obtenir une résistance suffisante pour la tige de piston en matière plastique, la tige de piston en matière plastique dispose de nervures de renfort s'étendant axialement. De telles nervures de renfort 5 empêchent toutefois l'utilisation d'une tige de piston en matière plastique dans un amortisseur, parce que l'étanchéité du cylindre rempli d'un fluide de travail pose de très gros problèmes. In order to obtain sufficient resistance for the plastic piston rod, the plastic piston rod has axially extending reinforcing ribs. However, such reinforcing ribs prevent the use of a plastic piston rod in a shock absorber, because the sealing of the cylinder filled with a working fluid poses very great problems.

Pour réduire les masses, le document DE 82 22 698 Ul ou le document DE 83 17 308 Ul divulguent des tiges de piston de forme tubulaire en un matériau entièrement métallique. Par ailleurs, le document EP 0028979 Bl décrit une tige de bielle creuse, qui est constituée 15 d'un corps creux en fibres de carbone dans lequel est disposée une âme en fibres. To reduce the masses, the document DE 82 22 698 IU or the document DE 83 17 308 I1 discloses piston rods of tubular shape made of an entirely metallic material. Furthermore, document EP 0028979 B1 describes a hollow rod rod, which consists of a hollow body made of carbon fibers in which a fiber core is arranged.

Le document DE 196 47 506 Al constituant l'état de la technique à la base de l'invention, décrit une tige de 20 piston, notamment destinée à un ensemble pistoncylindre, au moins certaines parties de la tige de piston étant formées par un sous-groupe en matière plastique et d'autres parties par un sous groupe en métal, la tige de piston présentant une surface 25 périphérique formée en continu et le sous-groupe en matière plastique étant constitué d'une matière plastique renforcée de fibres de carbone. Document DE 196 47 506 A1 constituting the state of the art on which the invention is based, describes a piston rod, in particular intended for a piston-cylinder assembly, at least certain parts of the piston rod being formed by a sub plastic group and other parts by a metal sub-group, the piston rod having a continuously formed peripheral surface and the plastic sub-group consisting of a plastic material reinforced with carbon fibers.

A l'intérieur d'un manchon en matière plastique est 30 placée une âme en acier sur laquelle sont également formés les éléments de raccordement. Le sous-groupe en métal du côté extérieur a uniquement pour fonction d'assurer un état de surface extérieur le plus lisse possible. Inside a plastic sleeve is placed a steel core on which the connecting elements are also formed. The function of the metal subgroup on the exterior side is solely to ensure the smoothest possible exterior surface finish.

Par ailleurs, il est en outre connu d'après le document DE 82 14 767 Ul, de munir une âme en matière plastique en tant que support de résistance, d'une surface en métal. Furthermore, it is also known from document DE 82 14 767 IU to provide a plastic core as a resistance support with a metal surface.

Le but de la présente invention consiste à développer une tige de piston en matière plastique de manière à remédier aux problèmes d'étanchéité connus de par l'état de la technique. The object of the present invention is to develop a plunger rod made of plastic so as to remedy the sealing problems known from the state of the art.

Conformément à l'invention, ce but est atteint par une tige de piston du type de celle mentionnée en introduction et caractérisée en ce que le sous-groupe en matière plastique forme une âme de la tige de piston, qui est enfermée par un tube en métal, et l'âme présente 15 en tant que pièce brute, un volume plus grand que le volume nominal d'une cavité pour l'âme à l'intérieur du tube en métal, et le tube en métal est pressé sur l'âme par la voie d'un procédé de formage par déformation. According to the invention, this object is achieved by a piston rod of the type mentioned in the introduction and characterized in that the plastic sub-group forms a core of the piston rod, which is enclosed by a tube metal, and the core has as volume a larger volume than the nominal volume of a cavity for the core inside the metal tube, and the metal tube is pressed onto the core by a deformation forming process.

La combinaison de la matière plastique spéciale et du sous-groupe en métal permet par exemple la réalisation d'une section transversale circulaire ou bien également de forme ovale pour la tige de piston. La dénomination surface périphérique formée de manière continue englobe 25 toutes les surfaces qui ne présentent pas de protubérances ni de creux. The combination of the special plastic and the metal subgroup allows for example the realization of a circular cross section or also of oval shape for the piston rod. The designation peripheral surface formed continuously encompasses all surfaces which do not have protuberances or depressions.

La matière plastique renforcée de fibres de carbone présente une densité d'environ 2x103 kg/m3, par rapport 30 à de l'acier présentant généralement une densité de 7,85x103 kg/m3. La combinaison de ces deux matériaux permet, dans un amortisseur, en plus d'une réduction de la masse, l'utilisation d'un diamètre de tige de piston plus faible, ce qui permet à son tour de réduire 35 avantageusement une force d'amortissement dans le sens de la rentrée de la tige de piston. The carbon fiber reinforced plastic has a density of about 2x103 kg / m3, compared to steel generally having a density of 7.85x103 kg / m3. The combination of these two materials allows, in a damper, in addition to a reduction in mass, the use of a smaller piston rod diameter, which in turn makes it possible to advantageously reduce a force of damping in the direction of retraction of the piston rod.

Dans le cas d'une sollicitation en flexion, les contraintes de surface sont supérieures aux contraintes à l'intérieur du corps. L'on remédie à cet état de fait 5 par la disposition du sous-groupe en métal, à l'extérieur. En outre, il est plus facile de réaliser des assemblages ou liaisons par filetage ou soudage. In the case of a bending stress, the surface stresses are greater than the stresses inside the body. This situation is remedied 5 by the arrangement of the metal sub-group outside. In addition, it is easier to make assemblies or connections by threading or welding.

Il est garanti que le sous-groupe en matière plastique 10 soit entouré totalement par le tube en métal, de sorte qu'il ne peut par exemple plus apparaître d'inclusions d'air entre l'âme et le tube. It is guaranteed that the plastic sub-group 10 is completely surrounded by the metal tube, so that for example no more air inclusions can appear between the core and the tube.

Par ailleurs, le tube en métal présente à au moins une 15 extrémité, une ouverture de sortie de résidus. Lorsque l'âme de la tige de piston présente un certain excès de volume par rapport au volume nominal du tube en métal à l'état fini, de la matière plastique en excès peut alors s'échapper du tube de métal et être éliminée. 20 L'âme présente avantageusement au moins deux étagements ou décrochements d'orientation opposée, qui servent de surfaces d'appui de l'âme par rapport au tube en métal. Furthermore, the metal tube has at least one end, a residue outlet opening. When the core of the piston rod has a certain excess of volume compared to the nominal volume of the metal tube in the finished state, excess plastic material can then escape from the metal tube and be eliminated. The core advantageously has at least two staggerings or recesses of opposite orientation, which serve as bearing surfaces of the core with respect to the metal tube.

En conséquence, aussi bien l'âme que le tube de métal 25 absorbent obligatoirement une part de la charge appliquée. Consequently, both the core and the metal tube 25 must absorb part of the applied load.

L'invention va être explicitée plus en détail dans la suite, au regard du dessin annexé. 30 La figure unique montre une tige de piston 1, notamment destinée à un ensemble piston-cylindre, au moins certaines parties de la tige de piston étant formées par un sous-groupe en matière plastique 3 et d'autres 35 parties par un sous groupe en métal 5. La tige de piston présente une surface périphérique 7 formée de manière continue et le sousgroupe en matière plastique est constitué d'une matière plastique renforcée de fibres de carbone. La dénomination continue se rapporte à la structure de surface dans la direction périphérique. Il 5 n'est en aucun cas imposé que la tige de piston conforme à l'invention ne puisse pas présenter d'étagements ou décrochements ou de variations de diamètre. The invention will be explained in more detail below, with reference to the attached drawing. The single figure shows a piston rod 1, in particular intended for a piston-cylinder assembly, at least certain parts of the piston rod being formed by a plastic sub-group 3 and other parts by a sub-group. made of metal 5. The piston rod has a peripheral surface 7 formed continuously and the plastic subgroup consists of a plastic material reinforced with carbon fibers. The continuous designation refers to the surface structure in the peripheral direction. It is in no way imposed that the piston rod according to the invention cannot have staggerings or recesses or variations in diameter.

Le sous-groupe en matière plastique forme une âme de la 10 tige de piston qui est enfermée par le sous-groupe en métal sous la forme d'un tube en métal. On utilisera de préférence pour le tube en métal, de l'acier qui, le cas échéant, pour augmenter la résistance, est en plus soumis à un traitement thermique. L'âme présente, en 15 tant que pièce brute, un volume plus grand que le volume nominal d'une cavité pour l'âme à l'intérieur du tube en métal. The plastic sub-group forms a core of the piston rod which is enclosed by the metal sub-group in the form of a metal tube. Preferably, for the metal tube, steel will be used which, if necessary, to increase the strength, is additionally subjected to a heat treatment. The core has, as a blank, a volume greater than the nominal volume of a cavity for the core inside the metal tube.

En ce qui concerne la fabrication, on met en òuvre un 20 tube brut en métal de diamètre constant dans lequel on introduit l'âme préformée. Ensuite, le tube en métal est pressé sur toute sa surface sur l'âme, par la voie d'un procédé de formage par déformation. Il est par exemple possible d'utiliser un procédé de formage par 25 déformation selon le principe décrit dans le document DE 82 22 698 Ul ou le document DE 83 17 308 Ul. Il est ainsi possible de garantir qu'aucune inclusion d'air se forme entre l'âme en matière plastique et le tube en métal. Pour le volume excédentaire de l'âme en matière 30 plastique, le tube en métal présente à au moins l'une de ses extrémités, une ouverture de sortie de résidus 9. De la matière plastique qui s'en échappe peut simplement être sectionnée au ras de la surface frontale ou surface de bout de la tige de piston. With regard to manufacturing, a raw metal tube of constant diameter is used, into which the preformed core is introduced. Then, the metal tube is pressed over its entire surface on the core, by means of a deformation forming process. It is for example possible to use a deformation forming method according to the principle described in the document DE 82 22 698 Ul or the document DE 83 17 308 Ul. It is thus possible to guarantee that no air inclusion occurs. form between the plastic core and the metal tube. For the excess volume of the plastic core, the metal tube has, at at least one of its ends, a residue outlet opening 9. Plastic which escapes therefrom can simply be cut through. flush with the front surface or end surface of the piston rod.

35 Comme on peut le constater, l'âme présente au moins deux étagements ou décrochements 11, 13 d'orientation opposée, qui servent de surfaces d'appui de l'âme par rapport au tube en métal. Cela permet de réaliser une fixation axiale de l'âme en matière plastique par 5 rapport au tube en métal. D'éventuelles sollicitations de flexion sont absorbées par la tige de piston, tout comme elles le seraient également dans le cas d'une tige de piston homogène.As can be seen, the core has at least two staggerings or recesses 11, 13 of opposite orientation, which serve as bearing surfaces for the core with respect to the metal tube. This allows an axial fixing of the plastic core relative to the metal tube. Any bending stresses are absorbed by the piston rod, just as they would also be in the case of a homogeneous piston rod.

Claims

1. Piston rod for a piston-cylinder assembly, at least some parts of the piston rod being formed by a plastic sub-group and other parts by a metal sub-group, the piston rod having a surface continuously formed device and the plastic subgroup consisting of a carbon fiber reinforced plastic, characterized in that the plastic subgroup (3) forms a core of the piston rod (1) , which is enclosed by a metal tube (5), and the core (3) has as a blank a volume greater than the nominal volume of a cavity for the core inside the tube metal (5), and the metal tube (5) is pressed onto the core (3) by a deformation forming process.

2. Piston rod according to claim 1, characterized in that the metal tube (5) has at least one end, a residue outlet opening (9).

3. Piston rod according to one of claims 1 or 2, characterized in that the core (3) has at least two staggerings or recesses (11, 13) of opposite orientation, which serve as bearing surfaces of the core (3) relative to the metal tube (5).