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DE10320002A1 - Piston connecting rod for suspension dampers, particularly for automatic washing machines, has a carbon fibre bar or tube with metallic end pieces - Google Patents

Piston connecting rod for suspension dampers, particularly for automatic washing machines, has a carbon fibre bar or tube with metallic end pieces Download PDF

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DE10320002A1
DE10320002A1 DE2003120002 DE10320002A DE10320002A1 DE 10320002 A1 DE10320002 A1 DE 10320002A1 DE 2003120002 DE2003120002 DE 2003120002 DE 10320002 A DE10320002 A DE 10320002A DE 10320002 A1 DE10320002 A1 DE 10320002A1
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DE
Germany
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piston rod
assembly
plastic
metal
rod according
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DE2003120002
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German (de)
Inventor
Klaus Schreiner
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ZF Friedrichshafen AG
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ZF Sachs AG
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/32—Details
    • F16F9/3207—Constructional features
    • F16F9/3221—Constructional features of piston rods

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Fluid-Damping Devices (AREA)

Abstract

The cylindrical rod has a plastic bar (7) of reinforced material having conical interior ends (13,15) into which are adhered the metal end pieces (9,11). The bar may be a hollow tube, and may be chromium plated or sleeved by a thin wall metallic tube for improved sealing purposes.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenstange gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The The invention relates to a piston rod according to the preamble of claim 1.

Im Rahmen der Massenreduzierung bei einem Schwingungsdämpfer ist es bereits aus der DE 29 41 036 A1 bekannt, das Behälterrohr aus einem Kunststoff herzustellen. Des weiteren wird in der DE 29 42 716 A1 ein Reibungsdämpfer für eine Waschmaschine beschrieben, wobei die Kolbenstange des Reibungsdämpfers vollständig aus einem Kunststoff besteht.As part of the mass reduction in a vibration damper, it is already out of the DE 29 41 036 A1 known to manufacture the container tube from a plastic. Furthermore, in the DE 29 42 716 A1 described a friction damper for a washing machine, wherein the piston rod of the friction damper consists entirely of a plastic.

Bei einer weiterentwickelten Form wird gemäß der DE 44 19 870 A1 bei einem Reibungsdämpfer eine Kunststoffkolbenstange mit einem Metallkern eingesetzt. Für die Herstellung der Kolbenstange werden zwei Möglichkeiten offenbart. Zum einen kann man einen Metallkern verwenden und diesen zum Fertigteil mit einem Kunststoff umspritzen. Damit soll eine möglichst feste Verbindung zwischen dem Metallkern und dem Kunststoffmantel erreicht werden.In a further developed form according to the DE 44 19 870 A1 a plastic piston rod with a metal core is used for a friction damper. Two options are disclosed for the manufacture of the piston rod. On the one hand, you can use a metal core and overmold it into a finished part with a plastic. This is to achieve the strongest possible connection between the metal core and the plastic jacket.

Alternativ kann die Kunststoffkolbenstange rohrförmig ausgeführt sein und einen Metallkern über ein offenes Ende aufnehmen. Zwischen dem Kunststoffrohrkörper und dem Metallkern ist eine Formschlussverbindung ausgeführt.alternative the plastic piston rod can be tubular and a metal core over a record open end. Between the plastic tube body and the metal core has a positive connection.

Um bei der Kunststoffkolbenstange eine ausreichende Festigkeit zu erreichen, verfügt die Kunststoffkolbenstange über axial verlaufende Versteifungsrippen. Derartige Versteifungsrippen verhindern jedoch die Anwendung einer Kunststoffkolbenstange bei einem Schwingungsdämpfer, da die Abdichtung des mit einem Arbeitsmedium gefüllten Zylinders sehr große Probleme bereitet.Around to achieve sufficient strength with the plastic piston rod, has the plastic piston rod over axially extending stiffening ribs. Such stiffening ribs however prevent the use of a plastic piston rod a vibration damper, because the sealing of the cylinder filled with a working medium is very size Problems.

Zur Massenreduzierung wurden mit der DE 82 22 698 U1 oder der DE 83 17 308 U1 rohrförmige Kolbenstangen aus einem vollständig metallischen Werkstoff bekannt gemacht. Des weiteren beschreibt die EP 0028979 B1 eine hohle Pleuelstange, die aus einem Hohlkörper aus Kohlenfasern und darin angeordnet einer Seele aus Fasern besteht.To reduce mass, the DE 82 22 698 U1 or the DE 83 17 308 U1 tubular piston rods made of a completely metallic material. Furthermore describes the EP 0028979 B1 a hollow connecting rod, which consists of a hollow body made of carbon fibers and a core of fibers arranged therein.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kolbenstange aus Kunststoff derart weiter zu entwickeln, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Abdichtungsprobleme behoben sind.task The present invention is a plastic piston rod to develop in such a way that the state of the art known sealing problems are solved.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the Object achieved by the features of claim 1.

Die Kombination des speziellen Kunststoffs und der Metallbaugruppe ermöglicht z. B. einen kreisrunden oder auch ovalen Querschnitt für die Kolbenstange. Unter einer stetig geformten Mantelfläche sind alle Oberflächen subsummiert, die keine Vor- oder Rücksprünge aufweisen.The Combination of the special plastic and the metal assembly enables z. B. a circular or oval cross section for the piston rod. All surfaces are subsumed under a continuously shaped surface, that have no projections or recesses.

Der CFK-Kunststoff verfügt über eine Dichte von ca. 2 kg/dm3, hingegen Stahl in der Regel eine Dichte von 7,85 kg/dm3 aufweist. Die Kombination dieser beiden Werkstoffe ermöglicht bei einem Schwingungsdämpfer zusätzlich zu einer Massenreduzierung den Einsatz eines kleineren Kolbenstangendurchmessers, wodurch wiederum in Folge eine Dämpfkraft in Einfahrrichtung der Kolbenstange vorteilhafterweise verringert werden kann.The CFRP plastic has a density of approx. 2 kg / dm 3 , whereas steel generally has a density of 7.85 kg / dm 3 . The combination of these two materials allows a smaller piston rod diameter to be used in a vibration damper in addition to a reduction in mass, which in turn can advantageously reduce a damping force in the retracting direction of the piston rod.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist an beiden Enden der Kunststoffbaugruppe jeweils eine Metallbaugruppe mit Anschlussmitteln ausgeführt.In Another embodiment of the invention is at both ends of the plastic assembly each executed a metal assembly with connection means.

Damit eine Kolbenstangendichtung eines Schwingungsdämpfers von der Kolbenstange nicht übermäßig auf Verschleiß belastet wird, weisen die Kunststoffbaugruppe und die Metallbaugruppe im Kontaktbereich innerhalb der Fertigungstoleranz einen gleichen Querschnitt auf, so dass in einem abschließenden Feinbearbeitungsverfahren eine dichte übergangslose Oberfläche erzeugt werden kann.In order to a piston rod seal of a vibration damper from the piston rod not overly Wear and tear the plastic assembly and the metal assembly have in the contact area have the same cross-section within the manufacturing tolerance, so in a final Finishing process creates a dense seamless surface can be.

Für eine besonders einfache und zerspanungsarme Fertigung sind die Kunststoffbaugruppe und die Metallbaugruppe miteinander stoffschlüssig verbunden, z. B. durch eine Verklebung.For a special one The plastic assembly and are simple and low-machining the metal assembly is integrally connected to each other, for. B. by a bond.

Zur Vergrößerung des Kontaktbereichs der Metallbaugruppe und der Kunststoffbaugruppe ist die Kontaktfläche konisch ausgeführt. Bei einer entsprechenden Abstimmung des Konuswinkels kann eine selbsthemmende Klemmwirkung erreicht werden. Dazu weist die Metallbaugruppe ein in die Kunststoffbaugruppe führendes zapfenförmiges Ende auf.to Enlargement of the Contact area of the metal assembly and the plastic assembly is the contact area conical. With an appropriate adjustment of the cone angle, a self-locking Clamping effect can be achieved. To do this, the metal assembly instructs leading into the plastic assembly pin-shaped End up.

Im Hinblick auf eine hohe Lebensdauer einer Kolbenstangendichtung ist zumindest die Mantelfläche der Kolbenstange mit einer Metallbeschichtung, z: B. einer Chromschicht, versehen.in the With regard to a long service life of a piston rod seal at least the outer surface the piston rod with a metal coating, e.g. a chrome layer, Mistake.

Alternativ kann die Kunststoffbaugruppe von einem Rohr der Metallbaugruppe zumindest teilweise eingehüllt sein. Wenn man das Rohr der Metallbaugruppe über die gesamte Länge der Kunststoffbaugruppe erstrecken lässt, dann kann man eine hochfeste Verbindung, z. B. Reibschweißverbindung, zwischen den Komponenten der Metallbaugruppe erreichen, so dass insgesamt eine hochbelastbare Kolbenstange vorliegt.alternative can remove the plastic assembly from a pipe of the metal assembly at least partially enveloped his. If you look at the pipe of the metal assembly along the entire length of the Extends plastic assembly, then you can use a high-strength connection, e.g. B. friction welded joint, between the components of the metal assembly so that overall there is a heavy-duty piston rod.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.Based The invention is explained in more detail in the following description of the figures.

Es zeigt:It shows:

1 Kolbenstange mit einer Reihenanordnung von Kunststoffbaugruppe und Metallbaugruppen 1 Piston rod with a row arrangement of plastic assembly and metal assemblies

2 u. 3 Kolbenstange mit einem konischen Kontaktbereich zwischen der Kunststoffbaugruppe und der Metallbaugruppe 2 u. 3 Piston rod with a conical contact area between the plastic assembly and the metal assembly

4 Kolbenstange mit einer Rohr innerhalb der Metallbaugruppe 4 Piston rod with a tube inside the metal assembly

Die 1 zeigt eine Kolbenstange 1, insbesondere für ein Kolben-Zylinderaggregat, wobei zumindest Teile der Kolbenstange von einer Kunststoffbaugruppe 3 und weitere Teile von einer Metallbaugruppe 5 gebildet werden, die in Reihe zueinander angeordnet sind. Unabhängig von den Ausführungsvarianten weist die Kolbenstange eine stetig geformte Mantelfläche 7 auf und die Kunststoffbaugruppe besteht aus einem mit Kohlefasern verstärktem Kunststoff. Der Begriff „stetig" bezieht sich im auf die Oberflächenstruktur in Umfangsrichtung. Es ist keinesfalls so, dass die erfindungsgemäße Kolbenstange keine Absätze oder Durchmesseränderung aufweisen darf. Dabei bildet die Mantelfläche 7 der Kunststoffbaugruppe die Führungsfläche für die gesamte Kolbenstange.The 1 shows a piston rod 1 , in particular for a piston-cylinder unit, wherein at least parts of the piston rod from a plastic assembly 3 and other parts from a metal assembly 5 are formed, which are arranged in series to each other. Regardless of the design variants, the piston rod has a continuously shaped outer surface 7 on and the plastic assembly consists of a plastic reinforced with carbon fibers. The term “continuous” refers to the surface structure in the circumferential direction. It is by no means the case that the piston rod according to the invention must not have any shoulders or a change in diameter 7 the plastic assembly the guide surface for the entire piston rod.

An beiden Enden der Kunststoffbaugruppe ist jeweils eine Metallbaugruppe 5 mit Anschlussmitteln 9, 11 ausgeführt. Die Anschlussmittel dienen z. B. für die Befestigung eines Kolbens und einem Anschlussorgan der Kolbenstange, z. B. an einer Fahrzeugkarosserie in Verbindung mit einem Schwingungsdämpfer oder auch einer Gasfeder als Kolben-Zylinderaggregat. Es wird angestrebt, dass für beide Metall baugruppen 5 ein identischer Rohling, beispielsweise Schmiederohling, verwendet werden kann, um den Fertigungsprozess zu vereinfachen.There is a metal assembly on each end of the plastic assembly 5 with connection means 9 . 11 executed. The connection means are used for. B. for the attachment of a piston and a connecting element of the piston rod, for. B. on a vehicle body in connection with a vibration damper or a gas spring as a piston-cylinder unit. The aim is for both metal assemblies 5 an identical blank, for example a forged blank, can be used to simplify the manufacturing process.

Damit man in der Bemessung der Baulänge der Kunststoffbaugruppe frei und auch ein Überfahren einer Kolbenstangendichtung klaglos möglich ist, weisen die Metallbaugruppe im Kontaktbereich innerhalb der Fertigungstoleranz einen gleichen Querschnitt auf. Es besteht die Möglichkeit, etwaige Fertigungstoleranzen durch eine abschließende Oberflächenbearbeitung auszugleichen.In order to one in the dimensioning of the overall length of the Plastic assembly free and also running over a piston rod seal possible without complaint is, the metal assembly in the contact area within the Manufacturing tolerance on a same cross section. There is Possibility, any manufacturing tolerances through a final surface treatment compensate.

Die Kunststoffbaugruppe und die Metallbaugruppe sind miteinander stoffschlüssig verbunden, wobei ein Klebeverfahren an Kontaktflächen 13, 15 bevorzugt wird.The plastic assembly and the metal assembly are integrally connected to one another, using an adhesive process on contact surfaces 13 . 15 is preferred.

Im Hinblick auf eine hohe Lebensdauer einer Kolbenstangendichtung ist zumindest die Mantelfläche der Kolbenstange mit einer Metallbeschichtung, z: B. einer Chromschicht, versehen. Die Metalloberfläche weist eine definierte Rauhigkeit auf, die bei einem Schwingungsdämpfer mit einer Hydraulikfüllung einen Schmierfilm trägt, der die Kolbenstangendichtung schützt. Aufgrund des hohen Kunststoffanteils bezogen auf die gesamte Kolbenstange 1 wird eine deutliche Gewichtseinsparung erreicht.With regard to a long service life of a piston rod seal, at least the outer surface of the piston rod is provided with a metal coating, for example a chrome layer. The metal surface has a defined roughness which, in the case of a vibration damper with a hydraulic filling, carries a lubricating film which protects the piston rod seal. Due to the high proportion of plastic in relation to the entire piston rod 1 significant weight savings are achieved.

Abweichend zur 1 verfügen die Metallbaugruppen 5 über eine konisch ausgeführte Kontaktfläche 13; 15, der sich ein in die Kunststoffbaugruppe führendes zapfenförmiges Ende anschließt. Wenn man bei der Herstellung der Klebeverbindung zwischen der Metallbaugruppe und der Kunststoffbaugruppe eine axiale Vorspannung einleitet, dann wird die Klebeverbindung durch die Radialkraftkomponente aufgrund der konischen Kontaktfläche noch besser verdichtet. Zusätzlich kann ein Klemmeffekt zwischen den beiden Baugruppen ausgenutzt werden.Deviating from 1 have the metal assemblies 5 via a conical contact surface 13 ; 15 , which is followed by a pin-shaped end leading into the plastic assembly. If an axial preload is initiated during the production of the adhesive connection between the metal assembly and the plastic assembly, then the adhesive connection is compressed even better by the radial force component due to the conical contact surface. In addition, a clamping effect between the two modules can be used.

Mit der 3 soll im Vergleich zur 2 dokumentiert werden, dass die Kunststoffbaugruppe auch als ein Rohr ausgeführt werden kann, insbesondere weil eine konische Kontaktfläche 13; 15 vorliegt.With the 3 should be compared to 2 are documented that the plastic assembly can also be designed as a tube, especially because of a conical contact surface 13 ; 15 is present.

Mit der 4 wird deutlich gemacht, dass die Metallbaugruppe auch ein Rohr 17 aufweisen kann, das die Kunststoffbaugruppe 3 zumindest teilweise einhüllt. In diesem Fall verbindet das Rohr 17 beide Anschlussmittel 9, 11, indem jeweils eine Schweißverbindung 19; 21 ausgeführt ist. Zusätzlich kann zwischen der Kunststoffbaugruppe 3 und den Anschlussmitteln 9; 11 noch eine Klebeverbindung vorliegen.With the 4 it is made clear that the metal assembly is also a pipe 17 can have that the plastic assembly 3 at least partially enveloped. In this case the pipe connects 17 both connection means 9 . 11 , each with a welded joint 19 ; 21 is executed. In addition, between the plastic assembly 3 and the connection means 9 ; 11 there is still an adhesive connection.

Claims (9)

Kolbenstange für einen Schwingungsdämpfer, wobei zumindest Teile der Kolbenstange von einer Kunststoffbaugruppe und weitere Teile von einer Metallbaugruppe gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (1) eine stetig geformte Mantelfläche (7) aufweist und die Kunststoffbaugruppe (3) aus einem mit Kohlefasern verstärktem Kunststoff besteht, wobei die Kunststoffbaugruppe (3) und die Metallbaugruppe (5) in Reihe zueinander angeordnet sind.Piston rod for a vibration damper, wherein at least parts of the piston rod are formed by a plastic assembly and other parts by a metal assembly, characterized in that the piston rod ( 1 ) a continuously shaped surface ( 7 ) and the plastic assembly ( 3 ) consists of a plastic reinforced with carbon fibers, the plastic assembly ( 3 ) and the metal assembly ( 5 ) are arranged in series with each other. Kolbenstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Enden der Kunststoffbaugruppe (3) jeweils eine Metallbaugruppe (5) mit Anschlussmitteln (9; 11) ausgeführt ist.Piston rod according to claim 1, characterized in that at both ends of the plastic assembly ( 3 ) one metal assembly each ( 5 ) with connection means ( 9 ; 11 ) is executed. Kolbenstange nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffbaugruppe (3) und die Metallbaugruppe (5) im Kontaktbereich innerhalb der Fertigungstoleranz einen gleichen Querschnitt aufweisen.Piston rod according to claim 2, characterized in that the plastic assembly ( 3 ) and the metal assembly ( 5 ) in the contact area within the manufacturing tolerance have the same cross-section. Kolbenstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffbaugruppe (3) und die Metallbaugruppe (5) miteinander stoffschlüssig verbunden sind.Piston rod according to claim 1, characterized in that the plastic assembly ( 3 ) and the metal assembly ( 5 ) are integrally connected. Kolbenstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (13; 15) zwischen der Kunststoffbaugruppe (3) und der Metallbaugruppe (5) konisch ausgeführt ist.Piston rod according to claim 1, characterized in that the contact surface ( 13 ; 15 ) between the plastic assembly ( 3 ) and the metal assembly ( 5 ) is conical. Kolbenstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbaugruppe (5) ein in die Kunststoffbaugruppe führendes zapfenförmiges Ende aufweist.Piston rod according to claim 1, characterized in that the metal assembly ( 5 ) has a peg-shaped end leading into the plastic assembly. Kolbenstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffbaugruppe (3) rohrförmig ausgeführt ist.Piston rod according to claim 1, characterized in that the plastic assembly ( 3 ) is tubular. Kolbenstange nach einem der Ansprüche 1 bis 4; dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Mantelfläche (7) der Kolbenstange (1) mit einer Metallbeschichtung versehen ist.Piston rod according to one of claims 1 to 4; characterized in that at least the lateral surface ( 7 ) the piston rod ( 1 ) is provided with a metal coating. Kolbenstange nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffbaugruppe (3) von einem Rohr (17) der Metallbaugruppe (5) zumindest teilweise eingehüllt ist.Piston rod according to one of claims 1 to 8, characterized in that the plastic assembly ( 3 ) from a pipe ( 17 ) of the metal assembly ( 5 ) is at least partially enveloped.
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R003 Refusal decision now final

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