EP0708698A1 - Verfahren zum herstellen von kolben und kolbenstangen sowie zylindern für hydraulik- oder pneumatikaggregate - Google Patents
Verfahren zum herstellen von kolben und kolbenstangen sowie zylindern für hydraulik- oder pneumatikaggregateInfo
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Definitions
- the invention relates to a method for producing pistons and piston rods and cylinders for hydraulic or pneumatic units.
- the invention aims to provide a method which ensures a long service life of pistons or piston rods and cylinders for hydraulic or pneumatic units.
- the method according to the invention is characterized in that a finely sized cylindrical semi-finished product made of an aluminum alloy is hard anodized on its sliding surface and that the hard anodized product rotates about its axis and the sliding surface layer formed in several successive grinding operations with flat grinding media of different decreasing grain sizes is processed, whereby the grinding operations are carried out until the dust development ceases and the last grinding operation is polished until the flat grinding medium sticks.
- the method according to the invention makes it possible to achieve a constant surface quality on a wide variety of starting surfaces, largely independently of the starting roughness.
- the pistons and piston rods and cylinders have a particularly long service life if the alloy AlMgSi 1 is used as the material for the semi-finished product and the anodization depth is 50 to 60 ⁇ m.
- FIG. 2 shows the surface roughness of the piston rod surface measured with the same test device after the machining according to the invention.
- a cylindrical semi-finished product made of the alloy AlMgSi 1 with a length of 500 mm and a diameter of a little over 60 mm was clamped in a lathe and finely finished with a diamond knife to a diameter of 60 mm.
- the finely sized semi-finished product was hard anodized on its surface to a depth of 50 to 60 ⁇ m.
- the hard anodized product was then clamped back into the lathe and rotated at 2500 rpm. Then five grinding operations were carried out with corundum sanding papers of the types (in this order) P 100, P 150, P 280, P 400 and P 999 (Rouge paper).
- the type designation P 100 denotes an abrasive paper in which the sieve has 100 mesh / inch for its production. Each abrasive paper was mounted on a sanding block and was pressed against the rotating product by means of this with 50 N and moved in the axial direction along the same. The first four grinding processes were each carried out until the dust development ceased, and the last grinding process, which already corresponds to a fine polishing process, was carried out until the sanding paper stuck.
- polishing paper instead of polishing paper, of course, any flat abrasive medium with the appropriate grit can be used.
- the hydraulic cylinder piston rod produced in this way with an aluminum alloy core and surface layer had an excellent sliding surface quality, which was readily comparable to that of hard chrome-plated piston rods.
- the roughness profile Y is plotted in ⁇ m over the roughness reference distance X in mm.
- the total roughness reference distance was 4 mm and was in five
- the roughness depth of 0.3 ⁇ m achieved in this example is excellent for the sliding surface of a piston or a piston rod or a cylinder and does not damage the seals.
- the method according to the invention can be carried out both by hand and by machine.
- machine execution e.g. appropriately programmed NC machine tools equipped with grinding tools can be used.
- Such machines can automatically carry out the necessary clamping movements and sanding paper changes.
- the grinding parameters such as grinding pressure and duration can be controlled automatically depending on the measured values from the corresponding dust sensors.
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Abstract
Verfahren zum Herstellen von Kolben und Kolbenstangen sowie Zylindern für Hydraulik- oder Pneumatikaggregate, wobei ein feingeschlichtetes zylindrisches Halbzeug aus einer Aluminiumlegierung an seiner Gleitfläche hartanodisiert wird und wobei das hartanodisierte Produkt um seine Achse in Drehung versetzt und die gebildete keramische Gleitflächenschicht in mehreren aufeinanderfolgenden Schleifvorgägen mit flächigen Schleifmedien unterschiedlicher abnehmender Körnung bearbeitet wird.
Description
Verfahren zum Herstellen von Kolben und Kolbenstangen sowie Zylindern für Hydraulik- oder Pneumatikaggregate
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kolben und Kolbenstangen sowie Zylindern für Hydraulik¬ oder Pneumatikaggregate.
Es ist bekannt, Kolben für Hydraulik- oder Pneumatik- zylinder durch Hartverchromung mit einer Chromschicht zu überziehen. Die Chrombeschichtung erweist sich aber als anfällig gegen Beschädigungen und führt in weiterer Folge zu Rostbildung und einem raschen Verschleiß der Kolben und Dichtungen. Es ist ferner bekannt, Aluminiumteile durch Anodisierung mit einer verschleißfesten Oberflächenschicht zu versehen.
Die Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren zu schaffen, das eine hohe Lebensdauer von Kolben bzw. Kolbenstangen und Zylindern für Hydraulik- oder Pneumatik- aggregate gewährleistet. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß ein feingeschlichtetes zylindrisches Halbzeug aus einer Aluminiumlegierung an seiner Gleitfläche hartanodisiert wird und daß das hart- anodisierte Produkt um seine Achse in Drehung versetzt und die gebildete Gleitflächenschicht in mehreren aufeinander¬ folgenden Schleifvorgängen mit flächigen Schleifmedien unterschiedlicher abnehmender Körnung bearbeitet wird, wobei die Schleifvorgänge jeweils bis zum Aufhören der Staubentwicklung durchgeführt werden und beim letzten Schleifvorgang bis zum Haftenbleiben des flächigen Schleifmediums poliert wird.
Bisher wurde das Hartanodisieren z.B. von Kolbenober¬ flächen als nicht zielführend angesehen, weil die ent¬ stehende Schicht mikroporös und entsprechend rauh ist, was einem Einsatz als Gleitoberfläche grundsätzlich wider¬ spricht. Insbesondere bei Kolben und Kolbenstangen würde eine derart rauhe Oberfläche die Zylinderdichtungen be¬ schädigen.
Wiederholt wurden Versuche unternommen, die Rauhheit der Schicht zu verringern, so z.B. durch Komprimieren und
Verschließen der Poren in einem heißen Wasserbad oder durch Schleifen mittels Schleifpulver. Es gelang jedoch nicht, in die Nähe der für den Einsatz als Kolben bzw. Kolbenstange erforderlichen Oberflächengüte zu kommen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nun erstmals möglich, Kolben und Kolbenstangen sowie Zylinder aus einer Aluminiumlegierung mit einer Gleitfläche mit einer DIN-Rauhtiefe R. von z.B. 0,3 μm herzustellen. Diese Gleitflächenglätte hält jede Gefahr einer Beschädigung der Dichtungen hintan und gewährleistet eine gegenüber den herkömmlichen verchromten Teilen wesentlich erhöhte Lebens¬ dauer.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es bei verschiedensten Ausgangsoberflächen weitgehend unabhängig von der Ausgangsrauhigkeit eine gleichbleibende Ober¬ flächenqualität zu erzielen.
Es hat sich gezeigt, daß es besonders günstig ist, wenn fünf SchleifVorgänge mit Schleifpapieren der Typen P 100, P 150, P 280, P 400 und P 999 durchgeführt werden, wobei P 100 ein Schleifpapier kennzeichnet, bei dem das Sieb zu seiner Herstellung 100 Maschen/Zoll besitzt. Diese Werte sind optimiert, ein Abgehen von diesen Werten führt zu einer verschlechterten Oberflächengüte.
Eine weitere Optimierung ergibt sich, wenn das hartanodisierte Produkt beim Schleifvorgang mit etwa 2500 U/min in Drehung versetzt und das Schleifmedium mit etwa 50 N angedrückt wird.
Eine besonders lange Lebensdauer der Kolben und Kolbenstangen sowie Zylinder ergibt sich, wenn als Werk- stoff für das Halbzeug die Legierung AlMgSi 1 verwendet wird und die Anodisationstiefe 50 bis 60 μm beträgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun an Hand eines Ausführungsbeispieles und einer dabei hergestellten Kolben¬ stange näher erläutert. Dabei wird auf die Figuren Bezug genommen, in denen zeigen:
Fig. 1 die mit einem Testgerät gemessene Oberflächen¬ rauhigkeit einer Kolbenstangenoberfläche vor der Bearbei-
tung und
Fig. 2 die mit dem gleichen Testgerät gemessene Oberflächenrauhigkeit der Kolbenstangenoberflache nach der erfindungsgemäßen Bearbeitung. Ein zylinderförmiges Halbzeug aus der Legierung AlMgSi 1 mit einer Länge von 500 mm und einem Durchmesser von etwas über 60 mm wurde in eine Drehbank eingespannt und mit einem Diamantmesser auf einen Durchmesser von 60 mm feingeschlichtet. Das feingeschlichtete Halbzeug wurde an seiner Ober¬ fläche 50 bis 60 μm tief hartanodisiert.
Anschließend wurde das hartanodisierte Produkt wieder in die Drehbank eingespannt und mit 2500 U/min in Drehung versetzt. Sodann wurden fünf Schleifvorgänge mit Korund- Schleifpapieren der Typen (in dieser Reihenfolge) P 100, P 150, P 280, P 400 und P 999 (Rouge-Papier) durchgeführt. Die Typenbezeichnung P 100 kennzeichnet ein Schleifpapier, bei dem das Sieb zu seiner Herstellung 100 Maschen/Zoll besitzt. Jedes Schleifpapier war auf einem Schleifblock aufge¬ zogen und wurde mittels diesem mit 50 N gegen das rotierende Produkt gedrückt und in axialer Richtung entlang diesem bewegt. Die ersten vier Schleifvorgänge wurden jeweils bis zum Aufhören der Staubentwicklung durchgeführt und der letzte SchleifVorgang, der bereits einem Fein¬ poliervorgang entspricht, wurde bis zum Haftenbleiben des Schleifpapieres durchgeführt.
Anstelle von Polierpapier kann selbstverständlich jedes flächige Schleifmedium mit der entsprechenden Körnung verwendet werden.
Die auf diese Weise hergestellte Hydraulikzylinder- Kolbenstange mit Aluminiumlegierungskern und Oberflächen¬ schicht wies eine ausgezeichnete Gleitflächengüte auf, die ohne weiteres mit der von hartverchromten Kolbenstangen vergleichbar war.
In den Fig. 1 und 2 ist das Rauhheitsprofil Y in μm über der Rauhheitsbezugsstrecke X in mm aufgetragen. Die
gesamte Rauhheitsbezugsstrecke betrug 4 mm und war in fünf
Abschnitte zu 0,8 mm unterteilt. Die rechnerische Analyse nach DIN-Norm ergab für den Profilverlauf nach Fig. 1 die
DIN-Werte: Mittenrauhwert Ra 0,4 μm gemittelte Rauhtiefe R 2,5 μm Rauhtiefe R. 3,4 μm
Die Analyse für den Profilverlauf nach Fig. 2 ergab die DIN-Werte: Mittenrauhwert R 0,05 μm gemittelte Rauhtiefe R 0,3 μm Rauhtiefe R 0,3 μm
Die in diesem Beispiel erzielte Rauhtiefe von 0,3 μm ist für die Gleitfläche eines Kolbens bzw. einer Kolben- stange oder eines Zylinders ausgezeichnet und beschädigt die Dichtungen nicht.
Es versteht sich, daß das erfindungsgemäße Verfahren sowohl von Hand als auch maschinell ausgeführt werden kann. Zur maschinellen Ausführung können z.B. entsprechend programmierte und mit Schleifwerkzeugen bestückte NC-Werk- zeugmaschinen eingesetzt werden. Derartige Maschinen können selbsttätig die erforderlichen Einspannbewegungen und Schleifpapierwechsel durchführen. Die Schleifparameter wie Schleifdruck und -dauer können automatisch in Abhängigkeit von Meßwerten von entsprechenden Staubfühlern gesteuert werden.
Claims
1. Verfahren zum Herstellen von Kolben und Kolben¬ stangen sowie Zylindern für Hydraulik- oder Pneumatik¬ aggregate, dadurch gekennzeichnet, daß ein feingeschlichte¬ tes zylindrisches Halbzeug aus einer Aluminiumlegierung an seiner Gleitfläche hartanodisiert wird und daß das hart- anodisierte Produkt um seine Achse in Drehung versetzt und die gebildete Gleitflächenschicht in mehreren aufeinander¬ folgenden Schleifvorgängen mit flächigen Schleifmedien unterschiedlicher abnehmender Körnung bearbeitet wird, wobei die Schleifvorgänge jeweils bis zum Aufhören der Staubentwicklung durchgeführt werden und beim letzten Schleifvorgang bis zum Haftenbleiben des flächigen Schleif¬ mediums poliert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß fünf Schleifvorgänge mit Schleifpapieren der Typen
P 100, P 150, P 280, P 400 und P 999 durchgeführt werden, wobei P 100 ein Schleifpapier kennzeichnet, bei dem das Sieb zu seiner Herstellung 100 Maschen/Zoll besitzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das hartanodisierte Produkt beim
Schleifvorgang mit etwa 2500 U/min in Drehung versetzt und das Schleifmedium mit etwa 50 N angedrückt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff für das Halbzeug die Legierung AlMgSi 1 verwendet wird und die Anodisations- tiefe 50 - 60 μm beträgt.
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