Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kolben und Kolbenstangen sowie Zylindern für Hydraulik- oder Pneumatikaggregate.
Es ist bekannt, Kolben für Hydraulik- oder Pneumatikzylinder 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 Pneumatikaggregate gewährleistet. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß ein feingeschlichtetes zylindrisches Halbzeug aus einer Aluminiumlegierung an seiner Gleitfläche hartanodisiert wird und daß das hartanodisierte Produkt um seine Achse in Drehung versetzt und die gebildete Gleitflächenschicht in mehreren aufeinanderfolgenden 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 Kolbenoberflächen als nicht zielführend angesehen, weil die entstehende Schicht mikroporös und entsprechend rauh ist, was einem Einsatz als Gleitoberfläche grundsätzlich widerspricht. Insbesondere bei Kolben und Kolbenstangen würde eine derart rauhe Oberfläche die Zylinderdichtungen beschädigen.
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 Rt 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 Lebensdauer.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es bei verschiedensten Ausgangsoberflächen weitgehend unabhängig von der Ausgangsrauhigkeit eine gleichbleibende Oberflächenqualität 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 Werkstoff 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 Kolbenstange näher erläutert. Dabei wird auf die Figuren Bezug genommen, in denen zeigen:
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 Oberfläche 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 aufgezogen 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 Feinpoliervorgang 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 Oberflächenschicht 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:
Die Analyse für den Profilverlauf nach Fig. 2 ergab die DIN-Werte:
Die in diesem Beispiel erzielte Rauhtiefe von 0,3 µm ist für die Gleitfläche eines Kolbens bzw. einer Kolbenstange 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-Werkzeugmaschinen 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.