JP7170649B2 - ノズルピストンの製造方法、ダンパーのための製造方法、ノズルピストン、ダンパー、ダンパーを製造するための製造プラント - Google Patents

Description

本発明は、ダンパー用のノズルピストンを製造するための請求項１の前文に係る方法に関する。

更に、本発明は、ダンパーのための製造方法に関する。

また、本発明は、請求項５の前文に係るノズルピストンに関する。

更に、本発明は、請求項９の前文に係るダンパーに関する。

また、本発明は、ダンパーを製造するための製造プラントに関する。

モーションダンパーは、例えば油圧ダンパーなど、開閉速度を減衰させるために例えばハッチ、ドア、及び、区画室においてしばしば使用される。製造及び構成要素に起因して、これらのダンパー及びそれらの速度に依存する減衰力は特定の許容誤差を受けやすい。特定の用途では、これらの力の許容誤差を可能な限り小さく保つことが望ましいが、従来技術のダンパーを使用してこれが常に達成されるとは限らない。

前述のダンパーには、多くの場合、ダンパー長手方向軸に対して径方向又は軸方向に配置される溝又はノズルを備えるノズルピストンが設けられる。ノズルによって画定される流れ断面積の結果として、ノズルピストンが移動されると、減衰流体、例えば作動油又は減衰ガスがストローク軸に沿って流れる。この場合、ノズルはボトルネック又はスロットルポイントとして作用し、これが減衰流体の流れ抵抗をかなり決定する。圧力管、ピストンロッド、ガイド、及び、シールパッケージ、接続部及び減衰流体などのダンパーの更なる必要な構成要素に加えて、ノズルピストン、特にノズルの形態は、特に速度に依存する減衰力及びその結果生じる力の許容誤差の調整にかなり関与する。

軸方向ノズルピストンの決定的な欠点は、ノズルの汚れ及び目詰まりに関する汚れ感度である。ノズルのサイズに応じて、デバイスにおける摩耗又は製造中にデバイスに侵入する汚れの粒子が、ノズルを詰まらせて、減衰力の増大をもたらし得る。更に、軸方向ノズルが主にピストンへと機械加工され、特に小さなドリルが極めて短い耐用年数を有するため、高い減衰力での調整は実現がより困難である。

それに比べて、焼結プロセスを使用して製造される径方向ノズルピストンは、ノズルが焼結具によって製造され、したがって、より小さい断面積が想定されるという利点を有する。これにより、確かに、前述の問題、すなわち、より高い減衰力での調整を解決することができるが、これが更なる不都合をもたらす。原理的に、焼結材料は固体材料と比べて特定の多孔率を有し、それにより、減衰力の許容誤差を和らげる。これは、多孔率に応じて、多かれ少なかれ流体がこのように減少される流れ抵抗を伴って材料を通過し得るからである。更に、減衰力にも影響を及ぼす表面特性は、焼結材料では制御が容易ではなく、ノズルピストンの後加工（ショットピーニング又は振動研削など）及びそれらのプロセス変動に大いに依存する。

更に、焼結具及び機械加工用の工具は、使用中に摩耗を受ける。結果として、工具が摩耗されると、導入されたノズルの形状、したがって、特に流れインピーダンスに関連する、したがって、減衰力に関連する断面積は、一連の製造中に１つの製造されたノズルピストンから隣のノズルピストンへと連続的に変化する。結果として、製造されたダンパーの信頼性は、設定された減衰力の精度に関して低下する。ドイツ特許第１００ ３８ ９７１ Ｃ２号明細書の文献は、バルブの絞り効果を調整するための方法について記載し、この方法では、レーザービームの熱発生によってバルブで体積による部品の燃焼が起こる。この方法の欠点は、絞り効果を変え得る且つ／又は精巧な事後機械加工によって除去されなければならない残留応力及び制御されない材料変形、特に材料隆起が、熱の影響に起因して生じ得るという点である。特に、緩和されない残留応力は、レーザー加工後の長時間であっても、亀裂や材料破損に至るまで制御不能な材料変化をもたらし得る。

ドイツ特許出願公開第２００５ ００７ ０１０ Ｂ３号明細書の文献は、バルブの絞り効果を調整するための更なる方法について記載する。この場合には、レーザービームの熱発生によってスプリング予荷重を調整するためにバルブディスクの形状の変化が引き起こされる。この場合も先と同様に、熱処理の既知の不都合及びリスクが生じる。

これは、従来技術及びそのようなダンパーのための製造方法及び製造プラントと比べて信頼性が向上した、高速で、費用効率が高い、製造が容易なダンパーを提供するという技術的課題をもたらす。

この目的は、ダンパー用のノズルピストンを製造するための請求項１に記載の方法、ダンパー用の請求項４に記載の製造方法、請求項５に記載のノズルピストン、請求項９に記載のダンパー、及び、ダンパーの製造のための請求項１０に記載の製造プラントによって達成される。有利な実施形態が従属請求項によってもたらされる。

本発明に係る方法は、減衰流体を収容するダンパーのダンパーチャンバ内に配置するためのノズルピストンを製造するために使用され、この場合、ピストンは、ダンパーチャンバを第１の流体チャンバと第２の流体チャンバとに分ける。方法は、少なくとも、
ａ．好ましくはピストン基材を機械加工することによってピストンブランクを製造するステップと、
ｂ．超短パルスレーザー加工によってピストンブランクに少なくとも１つの凹部を導入するステップであって、凹部は、ダンパーチャンバ内にノズルピストンを配置する際に、第１の流体チャンバと第２の流体チャンバとの間に減衰流体に流れインピーダンスを適合させる減衰流体用のノズルを画定する、ステップと、
を含む。

ノズルを画定する凹部により、ダンパーの作動中に減衰流体が第１及び第２の流体チャンバ間で前後に流れることができ、それにより、ピストンがダンパーチャンバ内で移動できるようになる。減衰流体の流れ抵抗は、流路のボトルネックとしてのノズルに大きく依存し、それにより、ピストンを移動させるのに必要な力、したがって、ダンパーの減衰力を決定する。

ピストンブランクは、好適には、例えば、機械加工、例えば旋削、フライス削り、穿孔、及び／又は、研削によって製造される。これは、このようにすると、多数の想定し得るピストン形状を、簡単に、安価で、迅速に、特に制御可能な化学的及び／又は機械的表面特性を伴って製造できるからである。この目的のため、本発明によれば、好ましくはピストンブランクの製造直後に、チップ又は化学残留物を除去するために、ピストンブランクの洗浄ステップ、研磨ステップ、及び／又は、コーティングステップを実行できる。保管条件に関係なくピストンブランクのそのような制御された状態を得るために、いくつかのピストンを包装手段内に更に保管できるとともに、好ましくはピストンブランクのノズルピストンへの更なる加工の直前にのみ及び／又は制御された環境条件下でいくつかのピストンを包装手段から除去することができる。

製造の柔軟性を高めて保管の労力を減らすため、ピストンブランクに十分な量の材料を残すことによって様々な設計タイプに関するピストンブランクを標準化して製造し、例えば超短パルスレーザーステップを用いた後加工により、対応する構造タイプ固有のノズル形状を有する標準化されたピストンブランクからそれぞれの構造タイプ固有のノズルピストンを製造することができる。ピストンブランクは、好ましくは、後加工されるようになっていてノズルピストンのノズルを画定するピストンブランクの領域を除き、そこから製造され得る全てのノズルピストンに対応する。結果として、高価な超短パルスレーザー加工は、例えば機械加工と比べて高価で遅い方法によって最小量の材料に制限される。本発明に係るガイドラインによれば、ノズルピストンの全ての構造は、製造公差に対する要求を低減する且つ／又は標準化され得る且つ／又は超短パルスレーザー加工によって後加工され得る最も費用効率が高い前加工によって製造される。

特に、本発明に係る方法は、ピストンブランクを例えば固体材料から費用効率良く製造できるという利点を有する。本発明は、単一の製造ステップ、特に焼結プロセスで通常のようにノズルピストンを製造しないという表面的な欠点を、本発明に係る二段階又は多段階プロセスを使用して、特に異なるシリーズの一連の多数のダンパーのプロセス全体のより高い製造効率及び柔軟性、並びに、それらのより高い高品質及びより低い不合格によって補うことができるという所見に従う。

機械加工具又は焼結具とは対照的に、レーザーは、処理結果に直接影響を及ぼす工具摩耗を何ら受けず、その結果、処理結果の再現性がより高くなる。更に、焼結具とは対照的に、例えば、幾何学的に異なる凹部或いは更にはアンダーカットを同じレーザーを用いて簡単な方法で製造することができる。結果として、特に小型のシリーズの場合、追加費用を伴わずにより柔軟な製造が可能になる。

超短パルスレーザー加工は、除去領域の周囲を加熱せずに材料を除去できるという更なる利点を与える。結果として、ピストン材料の変形、残留応力、及び／又は、隆起が回避され、それにより、一般的に使用される方法を用いるよりも正確で再現可能な処理が可能になる。これにより、特に高い一貫した精度を有する、例えばＩＳＯ公差クラスＩＴ５～ＩＴ６に準拠したサイズ公差を有する費用効率が高い信頼性のあるノズルの製造が可能となる。精密で再現可能に製造されるノズルは、減衰流体のための正確で再現できる調整可能な流れ抵抗を確保し、したがって、ダンパーの確実に調整できる減衰挙動を確保する。

超短パルスレーザー加工による導入は、ピストン基材の昇華温度を超えるノズルピストンの除去領域の局部ピストン温度で行なわれ得る。すなわち、材料が除去されるべき除去領域において、ピストン基材は、それが固体状態から気相又はエアロゾルへ移行するように超短パルスレーザー加工によって局所的に且つ一時的に限定して強力に加熱される。これにより、除去領域でピストン基材から凹部が生じる。本発明によれば、除去された材料の排出を行なってピストン上での除去材料の望ましくない又は制御されない堆積を回避するために、除去を好ましくは連続吸引下で行なうことができる。

超短パルスレーザー加工による導入は、ノズルピストンの除去領域に隣接するピストン領域の局所ピストン温度で行なうことができ、このピストン領域は、ピストン基材の変形温度よりも低く、好ましくはノズルピストンの環境の周囲温度に対応する。超短パルスレーザーパラメータを適切に選択することにより、除去領域外のノズルピストンの局所温度は、変形温度、特にピストン基材の部分融解温度又は融解温度よりも低いままである。好適には、結果として、ピストン材料の残留応力、変形、又は、隆起が生じない。局所ピストン温度がピストンの周囲温度を超えない場合には特に有利であり、それにより、製造プロセスを妨げ得る環境の加熱が処理を通じて起こらない。

例えば、アルミニウムなどの金属固体材料に正確かつ可能な限り迅速に凹部を導入することが特に有利であるため、以下の超短パルスレーザーパラメータが見出された。
ａ．０．８μｍ～３．０μｍの近赤外スペクトル範囲、好ましくは０．８μｍ～１．４μｍのＩＲ－Ａ範囲、より好ましくは約１．０μｍのレーザー波長、
ｂ．２００ｋＨｚ～２０００ｋＨｚ、好ましくは５００ｋＨｚ～１０００ｋＨｚ、より好ましくは約８００ｋＨｚのパルス周波数、
ｃ．１００ｐｓ未満、好ましくは１０ｐｓ未満、より好ましくは約０．８ｐｓのパルス持続時間、
ｄ．５００ｍＪ未満、好ましくは２００ｍＪ未満のパルスエネルギー、及び／又は、
ｅ．２５μｍ～５００μｍ、好ましくは５０μｍ～１５０μｍ、特に好ましくは約７５μｍのレーザースポット直径。

超短パルスレーザー加工による導入は、制御された雰囲気で、特に保護ガス又は不活性ガス、或いは、保護ガス及び／又は不活性ガス混合物中で実行され得る。制御された雰囲気を使用すると、例えば、ノズルピストンと減衰流体との間の摩擦力又は凹部の領域内のノズルピストンの摩耗挙動を設定するために、ノズルピストンの表面上での酸化物層の形成を制御することができる。

この方法は、ノズルピストンの熱特性の収集、及び／又は、ノズルピストンの環境に対するノズルピストンの熱結合を含むことができる。例えば、ピストン基材の変形温度、熱容量、及び／又は、熱伝導率、及び／又は、ノズルピストンからその周囲への熱放散は、既知の材料及び形状に関する対応するテーブル及び／又はデータベースから取得され得る。局所ピストン温度の過度の上昇を引き起こすことなく、どのエネルギー流束が凹部の導入時にノズルピストンに作用することが許容されるのかを、例えばコンピュータープログラムを用いて、熱特性及び熱結合から決定することができる。次に、エネルギー流から適切なレーザーパラメータを決定することができ、このレーザーパラメータを用いて、最大の望ましいエネルギー流を超えることなく、凹部の領域での効率的な材料除去が達成される。

したがって、方法は、ピストン材料を前述したように過熱することなく効率的な材料除去に適したレーザーパラメータを得るために、ノズルピストンの熱特性及び／又はノズルピストンの周囲に対するノズルピストンの熱結合に基づいてレーザーパラメータを選択することを含むことができる。

方法は、凹部に隣接する少なくとも１つのカバー要素を取り付けることを含むことができる。カバー要素は、少なくとも一方側で凹部を制限することができ、それにより、ノズルピストンとカバー要素との間の凹部の領域に位置される容積がノズルを画定する。この利点は、凹部をトンネルのようにノズルピストンに導入する必要がなく、凹部をむしろ溝のようにノズルピストンの表面に導入した後にカバー要素によって片側で閉じることができるという点である。結果として、導入中に凹部にアクセスし易くなり、凹部をより簡単に、迅速に、安価に導入できる。更に、ノズルを通じて流れる減衰流体の流れ抵抗、したがって、ダンパーの減衰力は、異なる形状及び／又は表面特性を有するカバー要素によって調整され得る。したがって、カバー要素の取り付けは、製造の柔軟性を高める。

方法は、好ましくはノズルピストン内に収容されるダンパーの力－速度特性に関してノズルピストンを検査することを含むことができる。これに代えて又は加えて、例えば画像認識により、凹部の位置、形状、サイズ、及び／又は、表面特性を検査することもできる。ノズルピストンを伴うダンパーが減衰流体に対するノズルピストンの移動速度に応じて望ましい減衰力を示すようにするために、ノズルピストンは、ダンパーに、特にノズルピストンが取り付けられているダンパーに装着され得る。その後、装着されたダンパーに関してその力－速度特性を測定できる。装着されたダンパーにおける測定は、高い割合の製造されたノズルピストン、特に全ての製造されたノズルピストンが検査されるようになっている場合に特に適している。これは、それにより、検査セットアップで更なる装着ステップが排除されるからである。結果として、ダンパーの高い信頼性は、特に減衰挙動の低い分散との関連で、同時に低い製造コストを伴って、高い検査割合で可能である。

方法は、ノズルピストンの検査の結果に基づいて導入及び／又は製造を制御することを含むことができる。制御は閉じられた制御ループを達成でき、この制御ループでは、検査されたノズルピストンのその後に製造されたノズルピストンに関するその仕様からの想定し得る逸脱を導入及び／又は製造の適合を伴って補正できる。例えば、ノズルピストンを伴うダンパーの力－速度特性において非常に大きな力が発生する場合、超短パルスレーザー処理をより高い材料除去に設定して、例えばより長い処理時間でより大きな凹部を製造できる。結果として、後続のノズルピストンがより大きなノズルを伴って製造され、それにより、ノズルを通じて流れる減衰流体に関して流れ抵抗が減少され、ダンパーのより低い減衰力がもたらされる。製造されたノズルピストンがそれらの仕様から逸脱した場合に閉じられた制御ループによって製造を適合させることにより、製造されたノズルピストンを備えるダンパーの減衰特性の非常に小さな分散を達成できる。

方法は、ノズルピストンの検査結果を記録することを含むことができる。特にタイプ、製造、及び／又は、材料データと併せて記録することで、機能上の問題の原因、特にその後のダンパーの機能上の問題の原因を再現できる。結果として、製造及び／又は原材料選択における想定し得る問題を検出して修正し、製造されたノズルピストン及びそれを用いて製造されるダンパーの信頼性を高めることができる。好ましくは、記録は、例えば英数字コード、バーコード、及び／又は、ＱＲコードの形で、製造されたノズルピストンに関して少なくとも部分的に直接に行なわれる。結果として、例えば、普通なら互いに区別することが困難なノズルピストンでさえも確実に識別することができ、また、添付情報は常にノズルピストンとともに利用できる。

方法は、ノズルピストン及び／又はダンパーのラベル付けを含むことができ、それにより、ノズルピストン及び／又はダンパーに関する情報を好適には構成要素上に直接に記録することができる。ラベル付けは、特に、凹部の導入と同じプロセスステップで、超短パルスレーザー加工により行なわれることが好ましい。これにより、特に効率的な製造が可能となる。

方法は、ノズルピストンの表面を硬化させることを含むことができる。表面を硬化させると、特にノズルやダンパーチャンバへの接触面などの頻繁に使用される領域で、ノズルピストンの摩耗を減らすことがでる。結果として、ノズルピストン及びダンパーのより高い信頼性が得られる。硬化は、特に、凹部の導入と同じプロセスステップで、超短パルスレーザー加工により実行されることが好ましい。これにより、特に効率的な製造が可能となる。ピストン材料に応じて、硬化には、凹部の導入以外のレーザーパラメータが一般に必要とされる。これは、例えば、より広い領域にわたるエネルギー入力が必要だからである。

方法は、ノズルピストンの表面をコーティングすることを含むことができる。特に、摩耗保護層の適用は、例えば、ノズルやダンパーチャンバのための接触面などの高応力領域で、ノズルピストン、ひいてはダンパーの寿命及び信頼性を高めることができる。

本発明に係るダンパーのための製造方法は、少なくとも以下のステップ、すなわち、
ａ．本発明に係る方法を使用してノズルピストンを製造するステップと、
ｂ．ノズルピストンをダンパーのダンパーチャンバ内に設置するステップであって、ピストンが、ダンパーチャンバの長手方向軸に沿って案内されて、ダンパーチャンバを第１の流体チャンバと第２の流体チャンバとに分ける、ステップと、
を含む。

ノズルピストンが前述のように設置される場合、それにより、ダンパーに本発明に係る利点が与えられる。本発明に係る方法を既存の製造プロセスに円滑に且つ費用効率良く組み込むことができるように、設置を通常の方法によって実行することができる。

本発明に係るノズルピストンは、減衰流体を収容するダンパーのダンパーチャンバ内に配置するように設けられ、ノズルピストンは、ダンパーチャンバを第１の流体チャンバと第２の流体チャンバとに分け、ノズルピストンは少なくとも１つの凹部を有し、凹部は、第１の流体チャンバと第２の流体チャンバとの間の減衰流体に流れ抵抗を適合させるための減衰流体用のノズルを画定する。

ノズルピストンは、特に本発明に係る方法を使用して、ピストンブランクから凹部の超短パルスレーザー加工によって得ることができる。

ピストンは、焼結材料又は固体材料から成ることができる。好ましくは、ピストンは固体材料から成る。固体材料から形成されるピストンは、例えば焼結プロセスから形成される多孔質材料よりも制御性が高く、この多孔質材料よりも小さい製造公差で製造することができると同時に、特にノズルにおいて、ボトルネックを塞ぎ得る粒子を放出する可能性が低い。これにより、本発明に係るノズルピストンを伴うダンパーの信頼性が向上する。より高い自由度で選択され得る本発明に係るノズルピストンの材料特性の利点は、更なるパラメータが調整可能であるため、焼結プロセスによって製造される同じ材料から形成されるノズルピストンよりも良好に最適化できるという点である。例えば、固体材料の場合には、パラメータ熱伝導率が焼結材料の場合よりも高くなり得る結果、減衰動作中に摩擦によって強く加熱されるノズルピストンの部分のより効率的な熱除去がもたらされる。最適化は、例えば、熱伝導率、機械的安定性、寸法安定性、摩耗などのパラメータのより自由な調整可能性、とりわけ、ノズルなどの流体の流れに起因して特に応力が作用する且つ／又は機械的に応力が作用する部分の調整可能性を伴う。

凹部の超短パルスレーザー加工によって得られるノズルピストンは、特に、凹部を導入するための従来の方法とは対照的に、ノズルピストンが凹部の領域で熱的に誘発される変形、残留応力、及び／又は、材料隆起を伴わないことを特徴とする。これは、本発明に係る方法に関して述べられた利点をもたらす。

ノズルピストンは、ダンパーチャンバの長手方向軸と平行に配置するように設けられるピストン長手方向軸を有することができる。凹部は、ピストン長手方向軸と直交する径方向で径方向ノズルを実質的に画定することができる。径方向ノズルは、軸方向ノズルを用いるよりも小さい流れ断面積、したがって、高い流れ抵抗及び減衰力を実現できるという利点を有する。これにより、高いダンパー荷重で更なる適用領域が開かれるため、径方向ノズルピストンを伴うダンパーをより柔軟に使用できる。特に好適には、径方向ノズルは、好ましくはピストン長手方向軸の周りで延びる、好ましくは環状に延びるウェブに位置される。そのようなウェブ内の配置に起因して、ノズルを導入するために小さな材料除去のみで済み、そのため、ノズルを迅速に且つ安価に製造することができる。

凹部は、ピストン長手方向軸に沿って軸方向ノズルを画定できる。減衰流体は、軸方向ノズルを介してほぼ直線状を成してノズルピストンを通じて流れることができる。径方向ノズルよりも単純な流れ形態に起因して、流れ挙動、したがって減衰挙動を事前に簡単に計算することができ、それにより、新規なダンパーの開発のための高価な検査が少なくて済む。加えて、軸方向ノズルピストンは、減衰流体の流れを軸方向から径方向に及び逆方向に向けるための更なる偏向要素を何ら必要とせず、そのため、軸方向ノズルピストンは特に単純で安価な構造を成し得る。

ノズルピストンは、特に、凹部に隣接するピストン領域に、少なくとも一方側で凹部を画定するカバー要素を備えることができる。カバー要素は、例えば、ディスク、特に穿孔ディスクとして設計され得る、且つ／又は、特に取り外し可能にノズルピストンに締結され得る。カバー要素は、例えば、ノズルピストンに接着され、溶接され、ねじ止めされ、リベット留めされ、且つ／又は、押し付けられ得る。カバー要素は、一方では、製造における本発明に係る方法で言及された利点を可能にする。他方では、例えばノズルピストンの保守及び／又は洗浄のために取り外し可能に締結されるカバー要素をノズルピストンから解放することができ、それにより、洗浄及び／又は保守作業のために凹部により画定されるノズルに容易にアクセスできる。特に、カバー要素は、減衰流体の動きによるノズルピストンを備えるダンパーの減衰動作で減衰ピストンから少なくとも一時的にカバー要素が取り外されるように、ノズルピストンに接続され得る。これにより、ダンパーの作動中にノズルが自動的に洗浄されるように、想定し得る汚染物質が減衰流体によってノズルから流出される。簡単な、特に自動的な洗浄及び／又は簡単な保守により、ノズルピストン及びダンパーの寿命及び信頼性が向上する。

ノズルピストンは、特に凹部に隣接するピストン領域で、残留応力及び／又は材料隆起がなく、滑らかな表面、特に焼結材料から形成される従来のノズルピストンよりも滑らかな表面を備えることができ、表面に対する減衰流体の熱結合及び／又は摩擦抵抗を調整するための構造化された表面を備えることができ、ピストン基材表面に対して硬化された表面を有することができ、かつ／又は、コーティングを備えることができる。この段落で言及された特徴の利点及び想定し得る実施形態については、本発明に係る方法に関する対応する記述を参照されたい。

凹部は、ノズルの三次元形状を画定することができ、この形状は、流れ抵抗及び／又は減衰流体の熱放散を調整するように構成される。流れ抵抗は、例えば、減衰流体用のノズルの流れ断面の面積及び／又は形状によって調整され得る。

凹部は、減衰流体の流れ断面の少なくとも１つの拡大及び／又は先細りを含むことができる。減衰流体が制動される先細り及び／又は曲線の目標とされた配置は、例えば、ノズルピストンの最大の想定し得る領域にわたって熱放散を分散させ、したがってノズルピストンの過度の高い局部熱応力を防止するために局部的な熱放散を調整できる。

特に、単純且つ迅速な生産性の理由から、凹部は、減衰流体のための実質的に長方形及び／又は台形の流れ断面を含むことができる。超短パルスレーザー加工により、減衰ピストンに広く平坦な凹部を導入することができ、特に処理の点で迅速且つ簡単になる。長方形の流れ断面に加えて、例えば、２０°～３０°のフランク角を有する非長方形の形状、及び／又はアンダーカットも有利となり得る。

本発明に係るダンパーは、減衰流体を受けるための減衰空間と、減衰空間内の減衰空間の長手方向軸に沿って案内される本発明に係るノズルピストンとを備え、ノズルピストンは、減衰空間を第１の流体チャンバと第２の流体チャンバとに分ける。本発明に係るダンパーは、本発明に係るノズルピストンに関連して記載された利点、特に、より低い製造コストを伴うより高い信頼性及び柔軟性により、従来技術に勝って区別される。

ダンパー、特に本発明に係るダンパー、とりわけ本発明に係る製造方法によるダンパーを製造するための本発明に係る製造プラントは、超短パルスレーザー加工によるダンパーのためのピストンブランクの処理のための少なくとも１つの超短パルスレーザーステーションを備える。超短パルスレーザーステーションは、少なくとも１つの超短パルスレーザーと、超短パルスレーザーの特に自動動作に必要な供給及び／又は制御手段を備えることができる。超短パルスレーザーステーションは、超短パルスレーザー処理で放出される物質を吸引するための吸引デバイスを備えることができる。本発明に係る製造プラントは、本発明に係る製造方法及びダンパーで既に示された利点を実現することができる。

超短パルスレーザーステーションは、製造プラントの複数の製造ラインに割り当てることができる。例えば、異なる製造ラインは、異なって設計されるダンパーを製造できる。これは、超短パルスレーザーステーションのための投資及び保守コストが複数の製造ラインで１回しか発生しないため、費用効率がより高い製造が可能になるという利点を有する。焼結具とは対照的に、超短パルスレーザーは異なる処理形態に素早く簡単に調整され得るため、複数の製造ラインへの処理ステーションの割り当てをレーザー処理ステーションを使用して特に有利に実現できる。

超短パルスレーザーステーションは、特に、必要に応じて、移動式に、例えば、車台上、特に電動車台上で異なる製造ラインに移動するように設計され得る。これに代えて又は加えて、製造プラントは、ピストンブランクを複数の製造ラインから超短パルスレーザーステーションに供給するための輸送システムを備えることができる。例えば、輸送システムは、異なる製造ラインから超短パルスレーザーステーションまでピストンブランクを案内するためのコンベアベルト及び／又はスイッチガイドを備えることができる。更に、輸送システム及び／又は更なる輸送システムも、超短パルスレーザーステーションによって加工されたノズルピストンを更なる処理へ供給するように設計され得る。

超短パルスレーザーステーションは、ピストンブランクを輸送するための輸送システムに組み込まれ得る。結果として、超短パルスレーザーステーションによる輸送中に、ピストンブランクを特に時間効率の良い方法で機械加工できる。

超短パルスレーザーステーションはレーザースキャナを備えることができる。レーザースキャナを使用して、超短パルスレーザーステーションからのレーザービームをピストンブランクの表面上で走査することができ、それにより、ピストンブランクを動かすことなくピストンブランクの表面を機械加工できる。したがって、超短パルスレーザー処理中のピストンブランクの移動可能な装着には、移動可能な、特に多軸移動可能なピストンホルダが必要ない。結果として、製造プラントを費用効率が高い方法で構築して動作させることができる。

製造プラントは、ピストン基材からピストンブランクを製造するための製造過程において、超短パルスレーザーステーションの上流側に少なくとも１つの製造ステーションを備えることができる。製造ステーションの組み込みにより、ピストンブランクの製造及びその超短レーザー処理を互いに有利に調整することができる。例えば、ピストンブランクは、製造プロセス全体を減速させないタイムスパンでその後の超短レーザー処理を行なうことができるような程度まで製造中に既に前加工することができる。製造ステーションは、通常の、特に自動化された、ノズルピストンを製造するための機械、例えば、旋盤、フライス盤、及び／又は、穿孔機を備えることができる。

製造プラントは、超短パルスレーザーステーション、製造ステーション、及び／又は、輸送システムを制御するための、及び／又は、特に超短パルスレーザーステーション及び／又は製造ステーションの製造パラメータ、及び／又は、検査ステーションの検査結果を記録するための少なくとも１つの制御ユニットを備えることができる。制御ユニットは、例えば、超短パルスレーザーステーション、製造ステーション、及び／又は、輸送システムに通信可能に接続されるコンピューターデバイス、特にコンピューター及び／又はプログラム可能な論理コントローラーを備えることができる。制御ユニットは、製造プラントをコスト及び時間の点で特に効率的に制御できる。更に、製造されたダンパーの信頼性を高めるために、特に製造されたダンパーの型データ及び／又は検査結果に関連する関連製造パラメータを品質保証のために記録することができる。

製造プラントは、ノズルピストン及び／又はダンパーを検査するための製造過程において、超短パルスレーザーステーションの下流側に少なくとも１つの検査ステーションを備えることができ、検査ステーションは、好ましくは、検査の結果を制御ユニットに送信するための送信ユニットを備える。製造プラントに組み込まれる検査ステーションにより、製造されたノズルピストン及び／又はダンパーがそれらのそれぞれの仕様を満たしているかどうかを非常に迅速に確認できる。例えば、ダンパーの力－速度特性をその装着直後に検査できる。仕様から逸脱した場合には、特に進行中の製造プロセス中においても、製造ステーション及び／又は超短パルスレーザーステーションへの制御ユニットを介したフィードバックによって製造を修正することができ、それにより、その後製造されるノズルピストン及び／又はダンパーが仕様を満たす。

製造プラントは、ダンパーにノズルピストンを設置するための製造過程で、超短パルスレーザーステーションの下流側に少なくとも１つの設置ステーションを備えることができる。設置ステーションは、ノズルピストンの検査が単独で行なわれるか又はダンパーに設置するかどうかに応じて、製造過程で検査ステーションの上流側又は下流側となり得る。後者は、仕様から逸脱する検査結果に起因する設置に伴う想定し得る問題も検査が検出するという利点を有する。更に、それにより、検査セットアップでのノズルピストンの更なる設置及び分解、及び／又は、完成した組み立て済みのダンパーの更なる検査が排除される。一方、ダンパーに設置されないノズルピストンの検査により、仕様から逸脱した検査結果の原因を簡単に探索できる。

以下、図を用いてより詳細に説明される典型的な実施形態に関連して本発明を説明する。

本発明に係る方法の概略図である。 本発明に係るノズルピストンを製造するためのピストンブランクの概略縦断面図である。 本発明に係るノズルピストンの概略縦断面図である。 本発明に係るノズルピストンに装着されるピストンロッドの概略縦断面図である。 本発明に係る製造プラントの概略図である。

図１は、本発明に係る方法２００の概略図を示す。図示の方法２００は、例えば固体材料からの及び／又は機械加工法でのピストンブランクの製造２１０を含む。その後、ピストンブランクへの超短パルスレーザー加工によって、ノズルを画定する少なくとも１つの凹部の導入２２０が行なわれる。ピストン材料と、ピストン形状と、凹部の形状及び位置との所定の組み合わせに関して、ノズルピストンの熱特性の１回限りの収集２２１及び／又はノズルピストンの環境に対するノズルピストンの熱結合と、収集されたデータに基づくレーザーパラメータの選択２２２とが行なわれ得る。結果として、超短パルスレーザー加工に適したレーザーパラメータを取得でき、それにより、ノズルピストンに過度の熱応力を作用させることなく、材料を効率的に除去できる。凹部の導入２２０に続いて、凹部を少なくとも一方側で制限するカバー要素の取り付け２２３を行なうことができ、それにより、カバー要素とともに凹部により画定される容積が減衰流体のためのノズルを構成するようになる。その後、特に速度依存性の減衰力に関して、ノズルピストン及び／又はノズルピストンに含まれるダンパーの検査２３０が続いて行なわれてもよい。方法２００は、特に閉じた制御ループ内で検査２３０の結果を使用して、製造２１０及び／又は導入２２０の制御２４０を含むことができる。方法２００は、例えば、ノズルピストン及び／又はダンパーのラベリング２６０により、検査２３０の結果、プロセスパラメータ、材料パラメータ、及び／又は、製造されたノズルピストンのタイプデータの記録２５０を更に含むことができる。

図２は、本発明に係るノズルピストン１９を製造するためのピストンブランク１８の概略縦断面図を示す。ピストンブランク１８は、ピストン長手方向軸ＫＬＡを中心に回転対称に形成され、例えば、固体材料から旋削によって製造される。図示のピストンブランク１８は、シリンダーリングの形態を成す外周ウェブ２２を端面に有する。

図３は、本発明に係るノズルピストン１９の概略縦断面図を示す。ノズルピストン１９は、例えば、図２に示されるピストンブランク１８から超短パルスレーザー加工によって凹部２０を導入することにより製造され得る。図示の例において、凹部２０は、外周ウェブ２２に位置され、それにより、ピストン長手方向軸ＫＬＡと直交する径方向で減衰流体により流通され得る径方向ノズルを画定する。本発明に係るノズルピストン１９では、複数、例えば２個、３個、４個、又は、それ以上の数の凹部２０も考えられ、これらの凹部をピストン長手方向軸ＫＬＡの周りに特に一様に分布させることができ、それにより、動作中にノズルピストン１９の最も均一な負荷が確保され、したがって、高い信頼性が確保される。

図４は、ピストンロッド１２０に装着される本発明に係るノズルピストン１９の概略縦断面図を示す。図示のノズルピストン１９は、ノズルピストン１９の凹部２０と当接する例えば有孔ディスクの形態を成すカバー要素２３を備え、それにより、ノズルピストン１９とカバー要素２３との間の容積が凹部２０の領域で減衰流体用の径方向ノズルを画定するようになっている。動作中、ノズルピストン１９は、ダンパーのダンパーチャンバ（図示せず）内に、ノズルピストン１９がダンパーチャンバを第１の流体チャンバ１１１と第２の流体チャンバ１１２とに分けるように配置される。この場合、ダンパーチャンバ内に収容される減衰流体は、例えば、第１の流体チャンバ１１１からカバー要素２３の開口２４を通って外周ウェブ２２の内側へ流れることができる。そこから、減衰流体は、凹部２０を通じて外周ウェブ２２の外側へ流れ、更にノズルピストン１９を通過して第２の流体チャンバ１１２に流れ込むことができる。また、減衰流体は同様にして逆流することもできる。ノズルピストン１９及びカバー要素２３は、いくつかの締結要素１３０、例えば少なくとも１つのネジ及び１つのワッシャを用いてピストンロッド１２０に締結される。締結は、図示の例では、減衰流体が第２の流体チャンバ１１２から第１の流体チャンバ１１１に流れるときに減衰流体がカバー要素２３をノズルピストン１９から持ち上げることができるようになっている。結果として、凹部２０とカバー要素２３とによって画定されるノズルの流れ断面積は、想定し得る汚染物質をノズルから流出させることができるように増大する。

図５は、本発明に係る製造プラント３００の概略図を示す。図示の製造プラントは、例えば、減衰挙動が異なるダンパーの製造のための２つの製造ライン３２０を備える。図示の各製造ライン３２０は、ピストンブランクを製造するための製造ステーション３５０を備える。更に、製造プラントは、ピストンブランクを両方の製造ライン３２０から共通の超短パルスレーザーステーション３１０に輸送するための少なくとも１つの輸送システム３３０（矢印により表わされて単なる一例として標識化される）を備え、共通の超短パルスレーザーステーション３１０では、ピストンブランクが、超短パルスレーザー加工によってノズルピストンへと機械加工される。輸送システム３３０は、それぞれの製造ライン３２０にあるノズルピストンを検査ステーション３４０とノズルピストンをダンパー内へ設置するための設置ステーション３７０とに供給するのに更に役立つ。この場合の設置ステーション３７０は、ノズルピストンの検査がダンパー内に設置されて行なわれるべきか否かに応じて、検査ステーション３４０の上流側又は下流側となり得る。図示の製造プラント３００は、製造プラント３００を制御するための中央制御ユニット３６０を備える。

例の文脈で示される特徴を本発明にしたがって異なって組み合わせることができる。

１８ ピストンブランク
１９ ノズルピストン
２０ 凹部
２１ ピストン領域
２２ ウェブ
２３ カバー要素
１１１ 第１の流体チャンバ
１１２ 第２の流体チャンバ
１２０ ピストンロッド
１３０ 締結要素
２００ 方法
２１０ 製造
２２０ 導入
２２１ 収集
２２２ 選択
２２３ 取り付け
２３０ 検査
２４０ 制御
２５０ 記録
２６０ ラベリング
３００ 製造プラント
３１０ 超短パルスレーザーステーション
３２０ 製造ライン
３３０ 輸送システム
３４０ 検査ステーション
３５０ 製造ステーション
３６０ 制御ユニット
３７０ 設置ステーション
ＫＬＡ ピストン長手方向軸

Claims (6)

1. ダンパーのための製造方法であって、
   ａ．ノズルピストン（１９）を製造するステップと、
   ｂ．前記ノズルピストン（１９）を前記ダンパーのダンパーチャンバ内に設置するステップであって、前記ノズルピストン（１９）は前記ダンパーチャンバの長手方向軸に沿って案内され、前記ダンパーチャンバを第１の流体チャンバ（１１１）と第２の流体チャンバ（１１２）とに分けるステップと、
   ｃ．前記ノズルピストン（１９）を収容するダンパーの力－速度特性に関して前記ノズルピストン（１９）を検査するステップ（２３０）と、
   ｄ．前記ノズルピストン（１９）の検査（２３０）の結果に基づいて、引き続いて製造されるピストンブランク（１８）に少なくとも１つの凹部（２０）を導入するステップ（２２０）を制御するステップ（２４０）と、を備え、
   前記ノズルピストン（１９）を製造するステップは、少なくとも、
   ｅ．ピストンブランク（１８）を製造するステップ（２１０）と、
   ｆ．超短パルスレーザー加工によって前記ピストンブランク（１８）に少なくとも１つの凹部（２０）を導入するステップ（２２０）であって、前記凹部（２０）は、前記ダンパーチャンバ内に前記ノズルピストン（１９）を配置する際に、前記第１の流体チャンバ（１１１）と前記第２の流体チャンバ（１１２）との間の減衰流体に流れインピーダンスを適合させる減衰流体用のノズルを画定する、ステップ（２２０）と、
   を含む、方法。
2. 超短パルスレーザー加工によって導入する前記ステップ（２２０）は、
   ａ．前記ノズルピストン（１９）の除去領域で局部ピストン温度で行なわれ、この局部ピストン温度はピストン基材の昇華温度を上回り、
   ｂ．前記ノズルピストン（１９）の除去領域に隣接するピストン領域で局所ピストン温度で行なわれ、この局所ピストン温度は、ピストン基材の変形温度を下回り、
   ｃ．０．８μｍ～３．０μｍの近赤外スペクトル範囲のレーザー波長を使用して行なわれ、
   ｄ．２００ｋＨｚ～２０００ｋＨｚのパルス周波数を使用して行なわれ、
   ｅ．１００ｐｓ未満のパルス持続時間を使用して行なわれ、
   ｆ．５００ｍＪ未満のパルスエネルギーを使用して行なわれ、
   ｇ．２５μｍ～５００μｍのレーザースポット直径を使用して行なわれ、且つ／又は、
   ｈ．制御された雰囲気で行なわれる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ａ．前記凹部（２０）に隣接して少なくとも１つのカバー要素（２３）を取り付けるステップ（２２３）、
   ｂ．前記ノズルピストン（１９）の検査（２３０）の結果を前記ノズルピストン（１９）上に記録するステップ（２５０）、
   ｃ．超短パルスレーザー加工によって前記ノズルピストン（１９）及び／又は前記ダンパーをラベル付けするステップ（２６０）、
   ｄ．超短パルスレーザー加工によって前記ノズルピストン（１９）の表面を硬化するステップ、及び／又は、
   ｅ．前記ノズルピストン（１９）の表面をコーティングするステップ、
   のうちの少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 請求項１に記載の製造方法を用いてダンパーを製造するための製造プラント（３００）であって、
   前記製造プラント（３００）は、
   ａ．超短パルスレーザー加工による前記ダンパーのためのピストンブランク（１８）の処理のための少なくとも１つの超短パルスレーザーステーション（３１０）と、
   ｂ．前記少なくとも１つの超短パルスレーザーステーション（３１０）を制御するための、少なくとも１つの制御ユニット（３６０）と、
   ｃ．前記ノズルピストン（１９）および／または前記ダンパーを検査するための、製造過程における前記少なくとも１つの超短パルスレーザーステーション（３１０）の下流の少なくとも１つの検査ステーション（３４０）であって、前記少なくとも１つの検査ステーション（３４０）は、検査結果を前記少なくとも１つの制御ユニット（３６０）に送信するための送信ユニットを備えており、
   ｄ．前記ノズルピストン（１９）を前記ダンパーに設置するために、前記少なくとも１つの超短パルスレーザーステーション（３１０）の製造過程で下流にある少なくとも１つの設置ステーション（３７０）と、
   を備えていることを特徴とする製造プラント（３００）。
5. 前記少なくとも１つの超短パルスレーザーステーション（３１０）は、
   ａ．前記製造プラント（３００）の複数の製造ライン（３２０）に割り当てられ、前記少なくとも１つの超短パルスレーザーステーション（３１０）が移動できるように形成され、及び／又は、前記製造プラント（３００）は、ピストンブランク（１８）を複数の製造ライン（３２０）から前記少なくとも１つの超短パルスレーザーステーション（３１０）に供給するための輸送システム（３３０）を備え、
   ｂ．ピストンブランク（１８）を輸送するための輸送システム（３３０）に組み込まれ、且つ／又は、
   ｃ．レーザースキャナを備える、
   ことを特徴とする請求項４に記載の製造プラント（３００）。
6. 前記製造プラント（３００）は、
   ピストン基材からピストンブランク（１８）を製造するための製造過程における前記少なくとも１つの超短パルスレーザーステーション（３１０）の上流側の少なくとも１つの製造ステーション（３５０）を備えることを特徴とする、請求項４又は５に記載の製造プラント（３００）。

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