DE10159935C2 - Brandsicherung bei einem Kolben-Zylinderaggregat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kolben-Zylinderaggregat gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Grundsätzlich ist es nicht ausgeschlossen, dass ein Kolben-Zylinderaggregat wäh­ rend des Betriebes einer extremen Temperaturbelastung ausgesetzt ist, bei­ spielsweise bei einem Unfall eines Kraftfahrzeugs, dessen Schwingungsdämpfer einer Brandbelastung ausgesetzt sind. Das innerhalb des Kolben- Zylinderaggregates befindliche Arbeitsmedium dehnt sich sehr stark aus, wo­ durch auf die Kolbenstange und einem Verschluss eine Ausfahrkraft wirkt, die die für den Normalbetrieb ausgelegte Befestigung der Kolbenstangenführung inner­ halb des Zylinders überbeansprucht. Es kann der theoretische Fall eintreten, dass die Kolbenstange zusammen mit dem Kolben aufgrund des Druckniveaus inner­ halb des Kolben-Zylinderaggregates aus dem Zylinder hinausgedrückt wird.

Für dieses Szenario gibt es bereits Lösungsvorschläge. So wird z. B. in der DE 42 36 961 A1 vorgeschlagen, dass mindestens eine Sicke eine Anschlagflä­ che für die ausfahrende Baueinheit Kolbenstange/Kolben bereitstellt. Diese Lö­ sung verlangt nach einem angepassten Kolben und führt u. U. zu einem Verlust an nutzbarem Hubweg, da die Sicke innerhalb der Laufbahn für den Kolben ein­ geprägt ist.

Die EP 0 496 324 A1 beschreibt mehrere Möglichkeiten, wie man bei einer Gas­ feder einen Überdruck abbauen kann. Dazu verfügt die Gasfeder über einen Stützkörper für die Kolbenstangendichtung, der entweder selbst elastisch ausge­ führt ist oder federnd abgestützt wird und innerhalb eines Axialverschiebewegs der Kolbenstangendichtung eine Abströmöffnung freigibt. Es besteht aber auch die Lösung, dass die Kolbenstangendichtung von dem erhöhten Betriebsdruck zerstört und ein Ablasskanal freigegeben wird. Die aufgezeigten Möglichkeiten benötigen einen Stützkörper, deren Eigenelastizität nur schwer auf eine definierte Temperatur abstimmbar ist. Ein Kolbenstangendichtung mit einer Sollbruchstelle ist zumindest deutlich teurer als eine konventionelle Ausführung.

Aus der DE 39 01 449 C1 ist eine Schmelzsicherung bekannt, die eine Abström­ öffnung des Zylinders im Brandfall freigibt. In diesem Zusammenhang ist noch die DE 39 19 945 A1 zu nennen. Bei Schmelzsicherungen kann der Fall eintreten, dass die Dichtung zwar ihre ursprüngliche Kontur verliert und eine breiigen Zu­ stand einnimmt, aber trotzdem noch eine Dichtfunktion ausübt.

Die gattungsbildende DE 42 16 573 A1 beschreibt ein Kolben-Zylinderaggregat in der Bauform einer Gasfeder, umfassend einen Zylinder, in dem ein Arbeitsraum mit einem Arbeitsmedium gefüllt ist, der von einem Verschluss begrenzt und mindestens einer Dichtung abgedichtet ist, wobei der Verschluss durch einen Formschluss mit dem Zylinder bis zu einer Temperaturgrenze axial fixiert ist und der Verschluss oberhalb der Temperaturgrenze eine Axialbewegung zur Druckent­ lastung ausführen kann, wobei während der Axialbewegung des Verschlusses zur Druckentlastung eine Schneidvorrichtung die Dichtfunktion der Dichtung aufhebt. Die Schneideinrichtung wird von Schlitzen gebildet, die die Dichtung zerreißt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei einem Kolben- Zylinderaggregat eine Sicherung für extreme Temperaturbelastungen zu realisie­ ren, die einerseits zuverlässig funktioniert und andererseits keinen bedeutenden Mehraufwand und Funktionsbeeinträchtigung am Aggregat selbst darstellt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass man nicht auf das Schmelzverhalten der Dichtung angewiesen ist, um ein Abströmen des Arbeits­ mediums zu erreichen.

Des weiteren ist vorgesehen, dass die Schneideinrichtung innerhalb des Zylinders angeordnet ist. Anbauteile, die zusätzlichen äußeren Bauraum beanspruchen würden, werden nicht benötigt.

Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch stützt sich die Schneideinrichtung am Zylinder ab. Der Zylinder ist in der Regel als Druckbehälter ausgelegt und kann sehr große Kräfte aufnehmen.

Im Hinblick auf einen möglichst geringen Fertigungsaufwand ist die Schneidein­ richtung einteilig mit dem Zylinder ausgeführt. Es werden keine zusätzlichen Bau­ teile benötigt, die bei den Herstellungskosten zu berücksichtigen wären.

Für eine optimale Betriebssicherheit ist die Dichtung innerhalb einer Nut des Ver­ schlusses angeordnet, wobei die radiale Nuttiefe größer ist als die radiale Aus­ dehnung der Schneideinrichtung. Es wird gewährleistet, dass die Schneideinrich­ tung in den Funktionsbereich der Dichtung eingreifen kann.

In diesem Zusammenhang weist die Schneideinrichtung eine Abstreiffläche auf, die den abgeschnittenen Teil des Verschlusses von einem Kernteil abführt.

Zusätzlich weist der Zylinder einen Freiraum auf, in dem der abgeschnittene Teil des Verschlusses aufgenommen werden kann.

Die Schneideinrichtung kann mit einem verhältnismäßig geringen Aufwand herge­ stellt werden, indem der zungenartige Fortsatz der Schneideinrichtung aus der Wandung des Zylinders geschnitten wird und der Freischnitt für den Fortsatz den Freiraum bildet.

Damit die Schneideinrichtung keinen zusätzlichen äußeren Bauraum benötigt, weist der Verschluss eine umlaufende Nut auf, die den zungenartigen Fortsatz der Schneideinrichtung aufnimmt.

Je nach konstruktiver Ausgestaltung kann die Schneidfläche an einer Nutseiten­ wand des Verschlusses im Normalbetrieb des Kolben-Zylinderaggregates zur An­ lage kommen. Damit besteht die Möglichkeit, dass die Schneideinrichtung zusätz­ liche Haltekräfte für den Verschluss bereitstellt.

Eine besonders günstige Bauraumausnutzung im Zylinder wird erreicht, wenn die umlaufende Nut im Verschluss für die Schneideinrichtung mit mindestens einer Sicke des Zylinders den Formschluss für die axiale Befestigung des Verschlusses innerhalb des Zylinders bildet.

Es besteht die Möglichkeit, dass mehrere Schneideinrichtungen eingesetzt wer­ den, die einen schnelleren Druckabbau im Zylinder ermöglichen.

Des weiteren ist es beim Einsatz von mehr als einer Schneideinrichtung sinnvoll, diese unsymmetrisch am Umfang des Verschlusses angreifen zu lassen. Der Schneidvorgang bringt den Verschluss in einen Schiefstand bezogen auf die Längsachse des Kolben-Zylinderaggregates, wodurch eine Klemmkraft ausgenutzt werden kann, die den Verschluss im Zylinder hält.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 Ausschnitt aus einem Kolben-Zylinderaggregat im Bereich des Ver­ schlusses

Fig. 2 Kolben-Zylinderaggregat nach Überschreiten der Temperaturgrenze

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Kolben-Zylinderaggregat 1, wobei es sich bei diesem Ausführungsbeispiel um einen Schwingungsdämpfer nach dem Ein­ rohrbauprinzip handelt. Ein Zylinder 3 verfügt über einen mit einem Arbeitsmedi­ um gefüllten Arbeitsraum 5, der endseitig von einem Verschluss 7 begrenzt wird. Eine Dichtung 9 innerhalb einer Nut 10 verschließt einen Ringspalt 11 zwischen der Innenwandung des Zylinders und der Mantelfläche des Verschlusses. Eine axial bewegliche Kolbenstange 13 wird von einer Kolbenstangendichtung 15 um­ schlossen, die am Innendurchmesser des Verschlusses eine Leckage verhindert.

Der Verschluss wird von einem Formschluss mit dem Zylinder im Bereich der normalen Betriebstemperatur in seiner vorbestimmten Lage gehalten. Dazu ver­ fügt der Zylinder in Umfangsrichtung über eine Anzahl von Sicken 17, die in eine umlaufende Nut 19 des Verschlusses eingreifen.

In der linken Schnitthälfte der Fig. 1 ist eine Schneideinrichtung 21 innerhalb des Zylinders 3 dargestellt, die sich am Zylinder abstützt, indem sie einteilig aus ei­ nem zungenartigen Fortsatz 23 des Zylinders 3 besteht, der von der umlaufenden Nut 19 aufgenommen wird. Der zungenartige Fortsatz 23 der Schneideinrichtung ist aus der Wandung des Zylinders geschnitten und verfügt über einen Frei­ raum 25. Eine Schneidfläche 27 des zungenartigen Fortsatzes ist vollständig ra­ dial innerhalb des Zylinders ausgeführt. Des weiteren ist Nuttiefe der Nut 10 für die Dichtung 9 größer als die radiale Ausdehnung der Schneideinrichtung 21. In diesem Ausführungsbeispiel liegt die Schneidfläche 27 im Normalbetrieb des Kol­ ben-Zylinderaggregates an einer Nutseitenwand 29 der umlaufenden Nut 19 an und sorgt für eine zusätzliche Haltekraft zu den bereits vorhandenen Sicken 17.

Es ist zwar nur eine Schneidvorrichtung dargestellt, doch können auch mehrere eingesetzt werden, die man aber unsymmetrisch am Umfang des Verschlusses angreifen lassen sollte, um einen Schiefstand und damit verbundene Klemmkräfte zwischen dem Verschluss und dem Zylinder ausnutzen zu können.

Im Brandfall, wenn das Kolben-Zylinderaggregat beispielsweise in einem Kfz mon­ tiert ist und dieses bei einem Unfall Feuer fängt, steigt die Temperatur am Zylin­ der über eine normale Temperaturgrenze, die bei der konstruktiven Auslegung des Kolben-Zylinderaggregats bestimmt wurde. Das Arbeitsmedium erhitzt sich eben­ falls und dehnt sich dabei zwangsläufig aus. An der Unterseite des Verschlusses 7 wirkt eine Druckkraft, die die Haltekraft der Sicken 17 in der umlaufenden Nut 19 übersteigt, wodurch der Formschluss zwischen dem Verschluss und dem Zy­ linder und außer Eingriff kommt, insbesondere bei Verschlüssen, deren Werkstoff eine geringere Warmfestigkeit aufweist als der des Zylinders. Ab diesem Belas­ tungspunkt führt der Verschluss eine Axialbewegung durch, bei der der zungen­ artige Fortsatz 23 mit seiner Schneidfläche 27 in die Nutseitenwand 29 eindringt und mit einer Abstreiffläche 31 abgetrennte Teile des Verschlusses von einem Kernteil verdrängt. Volumenanteile 7a des abgetrennten Verschlusses werden in den Freiraum 25 verdrängt.

Die Fig. 2 zeigt den Zustand, wenn ein Absatz 33 zwischen der umlaufenden Nut 19 und der Nut 10 für die Dichtung 9 durchtrennt ist und die Schneidflä­ che 27 an der Dichtung 9 angreift. Bei einer weiteren Bewegung wird die Dich­ tung 9 zerstört, so dass das Arbeitsmedium durch den Ringspalt 1l in den Frei­ raum oder entlang des abgetrennten Absatzes 33 in die Umgebung entweichen kann.

Umfangreiche Versuche haben ergeben, dass sich keine metallischen Dichtstellen zwischen dem Verschluss und der Innenwandung einstellen. Des weiteren ist der fertigungstechnische Aufwand vergleichsweise gering, da man anstelle eines Si­ ckenstempels für die Sicken 17 eine Prägeschneidwerkzeug für den zungenarti­ gen Forstsatz 23 verwendet.

Die Schneideinrichtung funktioniert nicht nur in Verbindung mit einem Form­ schluss in Form einer Sicke, sondern auch völlig unabhängig davon. Man kann anstelle der Sickenverbindung auch eine Gewindeverbindung oder einen einge­ klemmten Drahtring verwenden. Bei entsprechenden Temperaturen reißen auch diese Formschlussverbindungen und lassen die Schneideinrichtung wirksam wer­ den.

Claims (13)

1. Kolben-Zylinderaggregat, umfassend einen Zylinder, in dem ein Arbeitsraum mit einem Arbeitsmedium gefüllt ist, der von einem Verschluss begrenzt und mindestens einer Dichtung abgedichtet ist, wobei der Verschluss durch ei­ nen Formschluss mit dem Zylinder bis zu einer Temperaturgrenze axial fi­ xiert ist und der Verschluss oberhalb der Temperaturgrenze eine Axialbewe­ gung zur Druckentlastung ausführen kann, wobei während der Axialbewe­ gung des Verschlusses zur Druckentlastung eine Schneidvorrichtung die Dichtfunktion der Dichtung aufhebt dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinrichtung (21) von einem zungenartigen Fortsatz (23) gebildet wird.

2. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinrichtung (21) innerhalb des Zylinders (3) angeordnet ist.

3. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schneideinrichtung (21) am Zylinder (3) abstützt.

4. Kolben-Zylinderaggregat nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinrichtung (21) einteilig mit dem Zylinder (3) ausgeführt ist.

5. Kolben-Zylinderaggregat nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (9) innerhalb einer Nut (10) des Verschlusses (7) ange­ ordnet ist, wobei die radiale Nuttiefe der Nut (10) größer ist als die radiale Ausdehnung der Schneideinrichtung (21).

6. Kolben-Zylinderaggregat nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinrichtung (21) eine Abstreiffläche (31) aufweist, die den abgeschnittenen Teil (7a) des Verschlusses (7) von einem Kernteil abführt.

7. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (3) einen Freiraum (25) aufweist, in dem der abgeschnit­ tene Teil (7a) des Verschlusses (7) aufgenommen werden kann.

8. Kolben-Zylinderaggregat nach den Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zungenartige Fortsatz (23) der Schneideinrichtung (21) aus der Wandung des Zylinders (3) geschnitten ist und der Freischnitt für den Fort­ satz (23) den Freiraum (25) bildet.

9. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschluss (7) eine umlaufende Nut (19) aufweist, die den zun­ genartigen Fortsatz(23) der Schneideinrichtung (21) aufnimmt.

10. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidfläche (27) an einer Nutseitenwand (29) des Verschlusses (7) im Normalbetrieb des Kolben-Zylinderaggregates (1) zur Anlage kommt.

11. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Nut (19) im Verschluss (7) für die Schneideinrichtung (21) mit mindestens einer Sicke (19) des Zylinders (3) den Formschluss für die axiale Befestigung des Verschlusses (7) innerhalb des Zylinders (3) bil­ det.

12. Kolben-Zylinderaggregat nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schneideinrichtungen (21) eingesetzt werden.

13. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einsatz von mehr als einer Schneideinrichtung (21) diese unsym­ metrisch am Umfang des Verschlusses (7) angreifen.