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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenstangenführung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Derartige Kolbenstangenführungen werden in Zylinder-Kolben-Anordnungen eingesetzt, die beispielsweise als Schwingungsdämpfer im Fahrzeugbau Verwendung finden.
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Der Kolbenstangenführung kommt dabei die Aufgabe zu, die Kolbenstange in Axialrichtung bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens zu führen und gleichzeitig für eine Abdichtung des den Kolben aufnehmenden Behältergehäuses zu sorgen. Dabei muss einerseits die Reibung zwischen der Kolbenstange und der Kolbenstangenführung möglichst gering gehalten werden, andererseits darf die Passung zwischen der Kolbenstange und der Kolbenstangenführung nicht zu Undichtigkeiten oder zu einem Schlagen der Kolbenstange führen. Üblicherweise wird daher in den Führungskörper eine Gleitbuchse eingesetzt, welche bei einem hohen Verschleißwiderstand gleitgünstige Eigenschaften aufweist. So ist es beispielsweise bekannt, Gleitbuchsen zu verwenden, die auf ihrer zu der Kolbenstange weisenden Seite mit einem Kunststoff, beispielsweise PTFE beschichtet sind.
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Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Kolbenstangenführungen bekannt, bei denen eine Gleitbuchse in einen Führungskörper eingepresst ist. Ein derartiger Pressverband erfordert eine sehr präzise und damit aufwendige Fertigung der Gleitbuchse sowie des entsprechenden Aufnahmeabschnittes an dem Führungskörper. Dabei müssen enge Maßtoleranzen eingehalten werden. Abweichungen des Spaltmaßes zwischen der Kolbenstange und der Gleitbuchse führen in einer Produktionsserie zu einer starken Streuung der Dämpferkraft. Zur Verminderung der Dämpferkraftstreuung wird in der
DE 197 07 632 C1 eine Kolbenstangenführung beschrieben, bei der zusätzlich zu einer genau in den Führungskörper eingepressten Gleitbuchse ein zwischen zwei Anschlägen axial bewegbarer Dichtring vorgesehen ist. Allerdings wird eine solche Lösung in der
DE 197 07 632 C1 als in der Herstellung und Montage zu aufwendig angesehen. Die
DE 197 07 632 C1 schlägt daher vor, anstelle eines zusätzlichen Dichtringes die Gleitbuchse selbst mit Radialspiel an dem Führungskörper festzulegen, wozu an diesem ein Ringvorsprung vorgesehen wird, den die Gleitbuchse mit an ihren axialen Enden ausgebildeten, radial hervorstehenden Kragen umgreift. Damit ist die Gleitbuchse in Axialrichtung an dem Führungskörper gesichert, jedoch radial um ein definiertes Maß bewegbar. Die Montage der Gleitbuchse in dem Führungskörper wird durch einen an der Gleitbuchse vorgesehenen Längsschlitz erleichtert. Allerdings besitzt die Gleitbuchse aufgrund der beiden Krägen eine verhältnismäßig komplizierte Form, für die an dem Führungskörper in Axialrichtung eine Passung vorgesehen werden muss, um die an der Gleitbuchse auftretenden Reibungskräfte gegen den Führungskörper abzustützen.
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Eine weitere Kolbenstangenführung ist aus der
DE 198 13 240 C1 bekannt. Bei dieser ist eine Gleitbuchse, die einstückig mit einer Abstreiflippe ausgebildet ist, im Wesentlichen nur durch Einpressen in dem Führungskörper gehalten. Zur Innenseite des Behälters weist die Durchgangsöffnung des Führungskörpers eine sich stufenförmig erweiternde Kontur auf, in der ringförmige Kolbenstangendichtungen sowie Stützringe in entsprechender Anzahl aufgenommen sind. Die Stützringe dienen dazu, an die einzelnen Kolbenstangedichtungen ein Axialspiel zu gewährleisten. Weiterhin wird eine Passscheibe benötigt, um die Kolbenstangendichtungen zur Behälterinnenseite hin zu sichern. Die Vielzahl von Bauelementen bedingt jedoch einen hohen Herstellungs- und Montageaufwand. Überdies besteht die Gefahr, dass die ringförmigen Kolbenstangendichtungen bei einem nachfolgenden Einpressen der Gleitbuchse verquetscht werden, so dass diese nicht mehr ausreichend dichten oder den Reibwiderstand bei der Hin- und Herbewegung der Kolbenstange erhöhen.
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Eine Kolbenstangenführung der eingangs genannten Art ist aus
DE 29 05 928 A1 bekannt.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenstangenführung mit hoher Dichtigkeit und geringer Streuung der Dämpferkraft zu schaffen, die sich einfach herstellen und montieren lässt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kolbenstangenführung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
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Die erfindungsgemäße Lösung kommt mit lediglich drei Bauelementen aus, um die Funktionen der Axialführung und der Abdichtung der Kolbenstange zu ermöglichen. Sowohl die Gleitbuchse als auch der Dichtring lassen sich als einfache geometrische Ringkörper mit geringem Aufwand günstig herstellen. Die Ausbildung der Aufnahmeabschnitte und der Anschlagflächen an dem Führungskörper erfordert keinen höheren Fertigungsaufwand, als bei den Führungskörpern der oben genannten, bekannten Kolbenstangenführungen.
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Zur Montage der erfindungsgemäßen Kolbenstangenführung ist lediglich der Dichtring in den ersten Aufnahmeabschnitt einzulegen und hernach die Gleitbuchse von der späteren Behälterinnenseite her in den zweiten Aufnahmeabschnitt einzupressen. Damit erfolgt gleichzeitig eine Axialsicherung des Dichtringes. Durch die stufenartige Erweiterung der Durchgangsöffnung wird zwischen dem ersten und dem zweiten Aufnahmeabschnitt ein Absatz gebildet, der die Einpresstiefe der Gleitbuchse in dem Führungskörper begrenzt. Damit lässt sich ein unkontrolliertes Quetschen des Dichtringes zuverlässig vermeiden.
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Herkömmlicherweise besitzen Stahl/Bronze/PTFE-Gleitbuchsen eine Wanddicke von etwa 1,5 mm. Zur Verbesserung der Abstützung der Gleitbuchse gegen den zwischen dem ersten und zweiten Aufnahmeabschnitt gebildeten Absatz ist vorgesehen, dass die Gleitbuchse eine Wanddicke im Bereich von 2 bis 3 mm aufweist. Damit lässt sich auch der in dem engen ersten Aufnahmeabschnitt angeordnete Dichtring mit einer größeren Wanddicke herstellen.
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Die Gleitbuchse ist in Radialrichtung dreischichtig aufgebaut, wobei die innenliegende Schicht, welche mit der Kolbenstange in Berührung kommt, im Hinblick auf geringe Reibwerte und ein günstiges Verschleißverhalten optimiert ist. Die innenliegende Schicht ist über eine Zwischenschicht an eine radial außenliegende Schicht angebunden, welche vor allem eine Trag- und Stützfunktion besitzt. Dabei ist lediglich die radial außenliegende Schicht axial gegen die weitere Anschlagfläche zwischen dem ersten und zweiten Aufnahmeabschnitt abgestützt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Dichtring mit Axialspiel zwischen der an dem einstückigen Führungskörper vorgesehenen axialen Anschlagfläche des ersten Aufnahmeabschnittes und der Gleitbuchse aufgenommen. Der Dichtring dient vornehmlich als Vordichtung in Form eines Ölabstreifers und ist bevorzugt aus einem Hartkunststoff hergestellt.
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Er kann jedoch auch aus einem elastisch nachgiebigen Elastomer gebildet werden, um dann nicht nur die Funktion einer Flüssigkeitsdichtung, sondern auch die einer Gasdichtung zu übernehmen. In diesem Fall wird der Dichtring vorzugsweise möglichst spielfrei eingebaut.
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Bei einer im wesentlichen vertikal ausgerichteten Zylinder-Kolben-Anordnung kann in der zu der Außenseite des Behälters weisenden Stirnseite des Führungskörpers eine zentrische Vertiefung mit einem umlaufenden Kragen vorgesehen werden. In dieser Vertiefung wird Dämpferflüssigkeit zurückgehalten, so dass über der Dichtung ein Flüssigkeitsvolumen steht, das einen zusätzlichen Dichtungs- und Schmierungseffekt bewirkt.
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Bevorzugt ist der Kragen als Überlaufkante ausgebildet, an den in dem Führungskörper ausgebildete Überströmkanäle anschließen, welche zu einem Außenwandbereich des Führungskörpers hin öffnen. Damit wird ein unkontrolliertes Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels über der Vordichtung unterbunden. Zudem kann über die Überströmkanäle bei einem Zweirohrdämpfer eine gegebenenfalls ventilgesteuerte Entlüftung vorgesehen werden.
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In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist über der Vertiefung eine Gasdichtung vorgesehen, welche gegen die Kolbenstange abdichtet, wie dies beispielsweise aus der
DE 197 13 784 A1 bekannt ist. Die Gasdichtung weist ein ringförmiges Federelement auf, welches einen Elastomerkörper der Gasdichtung radial nach innen gegen die Kolbenstange drückt. Die Anordnung des ringförmigen Federelementes erfolgt hier jedoch derart, dass dieses auf der Höhe der Überlaufkante des umlaufenden Kragens liegt.
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Bevorzugt bildet der Elastomerkörper der Gasdichtung auf der Höhe des ringförmigen Federelementes mindestens eine Dichtkante, vorzugsweise zwei Dichtkanten, zur Anlage gegen die Kolbenstange aus. Da sich diese dann in unmittelbarem Kontakt mit der über der Vordichtung stehenden Flüssigkeit befindet, wird eine hohe Gasdichtigkeit erzielt und eine gute Schmierung der Dichtkante gewährleistet.
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Weiterhin ist es möglich, den Führungskörper mit einer gestuften Außenkontur auszubilden. Die Außenkontur umfasst zwei in Axialrichtung übereinanderliegende Absätze mit zwei radialen Anlageflächen zur wahlweisen Anlage gegen ein in dem Behälter angeordnetes Innenrohr mit entsprechenden Innenabmessungen. Hierdurch lässt sich die Kolbenstangenführung flexibel für unterschiedliche Innenrohre verwenden, so dass die Kolbenstangenführung als Teil eines Baukastensystems von Zylinder-Kolben-Anordnungen für verschiedene Anordnungstypen verwendbar ist. Durch die unmittelbare Anlage der Innenrohre gegen die radialen Anlageflächen des Führungskörpers wird eine stabile Verbindung gewährleistet und die Anzahl der Bauteile des Baukastensystems gering gehalten.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
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1 eine Längschnittdarstellung einer Kolbenstangenführung in Zusammenwirkung mit einer Kolbenstange eines Zweirohr-Schwingungsdämpfers.
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Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Kolbenstangenführung 1, welche in ein oberes Ende einer Zylinder-Kolben-Anordnung eingebaut ist. Die Zylinder-Kolben-Anordnung ist hier als Zweirohr-Schwingungsdämpfer ausgebildet, der ein äußeres Behältergehäuse 2 sowie ein Innenrohr 3 umfasst. Das Innenrohr 3 ist dabei koaxial in das Behältergehäuse 2 eingesetzt. Sowohl der Innenraum 4 des Innenrohres 3 als auch der zwischen dem Innenrohr 3 und dem Behältergehäuse 2 gebildete Ringraum 5 werden durch die Kolbenstangenführung 1 abgeschlossen. In dem Innenrohr 3 ist ein in der Figur nicht dargestellter Kolben axial bewegbar aufgenommen. Dieser Kolben ist mit einer Kolbenstange 6 verbunden, die koaxial zu dem Innenrohr 3 verläuft und sich nach oben durch die Kolbenstangenführung 1 hindurch erstreckt.
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Die Kolbenstangenführung 1 umfasst einen Führungskörper 7, der sich radial gegen die Innenwand des Behälters 2 abstützt und mittels eines O-Ringes gegen diese abgedichtet ist. Der O-Ring wird beispielsweise an dem Führungskörper 7 festgelegt oder kann auch an einen weiter unten noch näher zu erläuternden Elastomerkörper einer Gasdichtung oder an eine Radialströmungsdichtung angeformt werden. Der Führungskörper 7 ist hier als ein Sinterteil ausgebildet, kann jedoch auch ein Guss-, Schmiede-, Stanz- oder Biegeteil sein, das gegebenenfalls spanend nachbearbeitet worden ist. In dem Führungskörper 7 ist eine Durchgangsöffnung für die Kolbenstange 6 ausgebildet, die sich in Richtung des Innenraums 4 des Innenrohres 3 stufenförmig erweitert. Ein axialer Endabschnitt 8 der Durchgangsöffnung besitzt einen Innendurchmesser, der im Wesentlichen dem Außendurchmesser der Kolbenstange 6 entspricht. An diesen Endabschnitt 8 schließt ein in seinem Durchmesser erweiterter, kreiszylindrischer Abschnitt an, der einen ersten Aufnahmeabschnitt 9 für einen weiter unten noch näher zu erläuternden Dichtring 13 ausbildet. Die zwischen dem axialen Endabschnitt 8 und dem ersten Aufnahmeabschnitt 9 ausgebildete Stufe stellt eine ringförmige axiale Anschlagfläche 10 für den Dichtring dar.
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An den ersten Aufnahmeabschnitt 9 grenzt ein zweiter Aufnahmeabschnitt 11 zur Aufnahme einer Gleitbuchse 14 an. Der zweite Aufnahmeabschnitt 11 ist koaxial zu der Mittelachse der Durchgangsöffnung und dem ersten Aufnahmeabschnitt 9 angeordnet und wie der erste Aufnahmeabschnitt 9 kreiszylindrisch ausgebildet. Zwischen dem ersten und zweiten Aufnahmeabschnitt befindet sich folglich eine weitere axiale Anschlagfläche 12, welche die Lage der Gleitbuchse in dem Führungskörper 7 bestimmt. Der zweite Aufnahmeabschnitt 11 läuft zu dem Innenraum 4 des Innenrohres 3 aus, wobei dessen zu dem Innenraum 4 weisende Innenkante konisch abgeschrägt ist.
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In den ersten Aufnahmeabschnitt 9 ist ein Dichtring 13 eingesetzt, der hier als Vordichtung in der Art eines Ölabstreifers wirkt und mit seiner Durchgangsöffnung eng gegen die Kolbenstange 6 anliegt. Er besitzt ein im Wesentlichen rechteckförmiges Querschnittsprofil, dessen Außendurchmesser kleiner ist, als der Innendurchmesser des ersten Aufnahmeabschnittes 9. Das hieraus resultierende Radialspiel verhindert ein Verklemmen des Dichtringes 13 bei dem Auftreten von Seitenkräften und erleichtert überdies eine geringfügige Axialbewegung des Dichtringes 13 zwischen den hierzu vorgesehenen Anschlägen, welche durch die erste axiale Anschlagfläche 10 und die Gleitbuchse gebildet werden. Dazu ist die axiale Länge des Dichtringes 13 geringfügig kleiner, als die des ersten Aufnahmeabschnittes 9.
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In dem zweiten Aufnahmeabschnitt 11 ist eine Gleitbuchse 14 aufgenommen, um die Kolbenstange 6 in Axialrichtung zu führen und in Radialrichtung gegen den Führungskörper 7 abzustützen. Diese Gleitbuchse 14 ist dreischichtig aufgebaut. Sie umfasst zunächst eine Innenschicht 15 aus einem Kunststoff mit einem geringen Reibwiderstand und einem hohen Verschleißwiderstand, welche gegen die Kolbenstange 6 anliegt. Derartige Kunststoffe sind dem Fachmann bekannt und müssen daher nicht näher erläutert werden. Weiterhin umfasst die Gleitbuchse 14 als Außenschicht einen Tragring 16 aus Metall, vorzugsweise Stahl. Der Tragring 16 verleiht der Gleitbuchse 14 die erforderliche strukturelle Steifigkeit, so dass diese in den zweiten Aufnahmeabschnitt 11 eingepresst werden kann und allein durch die Presskraft in ihrer Position gehalten wird, und zwar selbst dann, wenn die Kolbenstange 6 in Axialrichtung hin und her bewegt wird. Da die vorstehend erwähnten gleitfähigen Kunststoffe der Innenschicht 15 in der Regel nicht direkt auf Stahl aufgebracht werden können, besitzt die Gleitbuchse 14 weiterhin eine Zwischenschicht als Binder, die beispielsweise aus Bronze bestehen kann. Die Gleitbuchse 14 ist besonders einfach als kreiszylindrischer Ring mit konstantem Innendurchmesser und konstantem Außendurchmesser ausgebildet. Sie ist insbesondere frei von herstellungstechnisch aufwendigen Vorsprüngen, Krägen oder dergleichen.
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Die Gleitbuchse 14 in dem zweiten Aufnahmeabschnitt 11 ist in der Axialrichtung mit einem Schlitz 17 versehen. Aufgrund des Schlitzes 17 kann die Gleitbuchse 14 fertigungstechnisch einfach aus einem Flachband hergestellt werden, das zu der Buchse zusammengerollt wird. Dabei ist der Außendurchmesser der Gleitbuchse 14 in jedem Fall größer als der Innendurchmesser des ersten Aufnahmeabschnittes 11, und zwar insbesondere auch dann, wenn die Gleitbuchse 14 ganz zusammengedrückt ist, d. h. der Schlitz geschlossen ist.
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Bei der Montage der Kolbenstangenführung 1 wird zunächst der Dichtring 13 lose in den ersten Aufnahmeabschnitt 10 eingelegt. Anschließend erfolgt das Einpressen der Gleitbuchse 14 in den zweiten Aufnahmeabschnitt 11, die bis zur Anlage gegen die Anschlagfläche 12 zwischen dem ersten und zweiten Aufnahmeabschnitt eingeschoben wird. In diesem Zustand ist die Gleitbuchse 14 vollständig in dem Führungskörper 7 aufgenommen und gleichzeitig der Dichtring 13 in beide Richtungen axial gesichert. Über die Anschlagfläche 12 wird gewährleistet, dass bei einem Einpressen der Gleitbuchse 14 ein definierter axialer Verschiebungsweg für den Dichtring 13 erhalten bleibt. Bei Verwendung eines Dichtringes 13 aus einem weichelastischen Material kann dieses in der Art einer Packungsdichtung um eine definierte Weglänge komprimiert werden. In jedem Fall wird jedoch ein unkontrolliertes Verquetschen des Dichtringes 13 vermieden.
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Übliche Gleitbuchsen 14 besitzen eine gesamte Wanddicke in der Größenordnung von etwa 1,5 mm. Im Unterschied zu herkömmlichen Gleitbuchsen 14 ist der Tragring 16 des Ausführungsbeispiels mit einer größeren Wanddicke als bisher üblich ausgebildet, so dass die gesamte Wanddicke der Gleitbuchse 14 im Bereich von 2 bis 3 mm liegt. Dies ist einerseits für die Wanddicke des darüberliegenden Dichtringes 13 ausreichend, andererseits kann durch die Durchmesserstufe zwischen dem ersten Aufnahmeabschnitt 9 und zweiten Aufnahmeabschnitt 11 eine axiale Festlegung der Gleitbuchse 14 erfolgen. Wie 1 zu entnehmen ist, stößt die Gleitbuchse 14 lediglich mit dem steifen Tragring 16 gegen die Anschlagfläche 12.
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Zusätzlich zu der Vordichtung der Kolbenstangenführung 1 ist über dem Führungskörper 7 eine Gasdichtung vorgesehen, die eine in dem Behälter 2 radial abgestützte Scheibe 18 mit einer Durchgangsöffnung für die Kolbenstange 6 aufweist. Die Scheibe 18 liegt gegen die Stirnseite des Führungskörpers 7 an. Zwischen der Kolbenstange 6 und der Scheibe 18 ist ein Elastomerkörper 19 angeordnet der nach außen einen Abstreifer 20 ausbildet und nach innen wenigstens eine Dichtkante 21 umfasst. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Dichtkanten 21 vorgesehen. Die Dichtkanten 21 werden über ein ringförmiges Federelement 22 in Form einer Wurmfeder gegen die Kolbenstange 6 gedrückt und so unter Spannung gehalten.
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Wie 1 zu entnehmen ist, ragt der Elastomerkörper 19 mit der Dichtkante 21 in eine an der Stirnseite des Führungskörpers 7 ausgebildete Vertiefung 23 hinein. Diese zentrische Vertiefung 23 ist radial durch einen umlaufenden Kragen 24 begrenzt, der auf der Höhe des ringförmigen Federelementes 22 innerhalb des Führungskörpers 7 liegt. Bei einer vertikalen Anordnung der Kolbenstangenführung 1 sammelt sich in der Vertiefung 23 aus dem Innenraum 4 herausdringendes Druckmedium, so dass über der Vordichtung 13 ein Flüssigkeitsspiegel steht, dessen Höhe durch die Oberkante des umlaufenden Kragens 24 begrenzt wird. Hierdurch wird eine gute Schmierung des Dichtringes 13 wie auch der Dichtkante 21 erzielt. Zudem wird die Gasdichtigkeit verbessert. Von der Oberkante des umlaufenden Kragens 24 erstrecken sich Überströmkanäle 25 durch den Führungskörper 7 hindurch zu dessen Außenseite, wodurch eine Verbindung zu dem Ringraum 5 geschaffen wird. Die Überströmkanäle 25 können gegebenenfalls durch druckgesteuerte Entlüftungsventile geöffnet und geschlossen werden.
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Der Außenumfang des Führungskörpers 7 weist eine gestufte Kontur mit zwei in Axialrichtung übereinanderliegenden Absätzen 26 und 27 und radialen Anlageflächen 28 und 29 zur wahlweisen Anlage gegen ein in dem Behälter 2 angeordnetes Innenrohr 3 auf. Die radialen Anlageflächen 28 und 29 besitzen unterschiedliche Außendurchmesser, so dass die Kolbenstangenführung 1 bzw. der Führungskörper 7 mit Innenrohren mit untereinander verschiedenen Innendurchmessern verwendet werden kann. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt das Innenrohr 3 radial unmittelbar gegen die radiale Anlagefläche 29 mit kleinerem Außendurchmesser an. Ein Innenrohr 3 mit größerem Innendurchmesser kann an der radialen Anlagefläche 28 abgestützt werden. Durch die Ausbildung unterschiedlicher Anschlussmöglichkeiten lassen in einem Baukastensystem für Zylinder-Kolben-Anordnungen Zwischenringe vermeiden und die Bauteilvielfalt reduzieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kolbenstangenführung
- 2
- Behälter
- 3
- Innenrohr
- 4
- Innenraum
- 5
- Zwischenraum
- 6
- Kolbenstange
- 7
- Führungskörper
- 8
- axialer Endabschnitt der Durchgangsöffnung des Führungskörpers
- 9
- erster Aufnahmeabschnitt
- 10
- erste axiale Anschlagfläche
- 11
- zweiter Aufnahmeabschnitt
- 12
- zweite axiale Anschlagfläche
- 13
- Dichtring
- 14
- Gleitbuchse
- 15
- Innenschicht
- 16
- Tragring
- 17
- Längsschlitz
- 18
- Scheibe
- 19
- Elastomerkörper
- 20
- Abstreifer
- 21
- Dichtkante
- 22
- ringförmiges Federelement
- 23
- Vertiefung
- 24
- Kragen
- 25
- Überströmkanal
- 26
- Absatz
- 27
- Absatz
- 28
- radiale Anlagefläche
- 29
- radiale Anlagefläche
