DE102018116046B4

DE102018116046B4 - Gasdruckfeder mit integrierter Kolbenschmierung

Info

Publication number: DE102018116046B4
Application number: DE102018116046.1A
Authority: DE
Inventors: Heinz Elfers; Horst Feisthammel; Philip Weldle
Original assignee: STEINEL NORMALIEN AG
Current assignee: STEINEL NORMALIEN AG
Priority date: 2018-07-03
Filing date: 2018-07-03
Publication date: 2022-04-28
Anticipated expiration: 2038-07-04
Also published as: DE102018116046A1

Abstract

Gasdruckfeder (1) umfassend:- ein Gehäuse (10) mit einer Längsachse (2) und einer sich in der Längsachse (2) erstreckenden Zylinderbohrung (15) mit einer Wandung (16) und einem Zylinderboden (12), und- einen Kolben (30),- wobei der Kolben (30) in der Zylinderbohrung (15) entlang der Längsachse (2) verschiebbar ist,- wobei der Kolben (30) eine Mantelfläche (31), eine Druckseite (32) und eine Stirnseite (33) aufweist,- wobei zwischen dem Kolben (30) und dem Gehäuse (10) eine Gaskompressionskammer (5) gebildet ist,- wobei auf der Mantelfläche (31) des Kolbens (30) wenigstens ein schmiermittelsaugfähiger Schmierfilmkörper (20) angeordnet ist, der in Kontakt mit der Wandung (16) des Gehäuses (10) steht,- wobei der wenigstens eine Schmierfilmkörper (20) mit wenigstens einem Schmiermittelreservoir (40) durch wenigstens eine Schmiermittelleitung (42) verbunden ist,- wobei wenigstens ein Schmiermittelreservoir (40) durch mindestens eine Ausnehmung in dem Zylinderboden (12) und/oder durch mindestens eine Ausnehmung (38) auf der Stirnseite (33) des Kolbens (30) gebildet ist und von dem Gehäuse (10) und dem Kolben (30) umschlossen wird,- wobei der wenigstens eine Schmierfilmkörper (20) ringförmig ausgebildet ist und in eine Radialnut (35) auf der Mantelfläche (31) eingesetzt ist, und- wobei die Schmiermittelleitung (42) als Durchgangsbohrung ausgebildet ist und sich von der Stirnseite (33) durch den Kolben (30) erstreckt und in der Radialnut (35) mündet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasdruckfeder mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 mit verbesserten Eigenschaften sowie einer verlängerten Lebensdauer aufgrund einer effektiven Schmierung eines Kolbens.
Gasdruckfedern sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen vorbekannt und umfassen typischerweise ein Gehäuse mit einer Zylinderbohrung und einer Längsachse, wobei entlang der Längsachse in der Zylinderbohrung ein Kolben beweglich angeordnet ist, der in der Zylinderbohrung mit dem Gehäuse eine Gaskompressionskammer bildet, in der ein Gas, vorzugsweise ein Gas mit großer Molekülgröße, beispielsweise Stickstoff, eingeschlossen ist. Derartige Gasdruckfedern sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt und werden vielseitig in Werkzeugen und Maschinen verwendet und zeichnen sich durch eine hohe Zuverlässigkeit aus. Es hat sich gezeigt, dass die Lebensdauer aufgrund einer mangelhaften Schmierung bzw. keiner kontinuierlichen Nachschmierung des Kolbens in der Zylinderbohrung verringert ist. Insbesondere hat sich gezeigt, dass aufgrund einer mangelhaften Schmierung des Kolbens in der Zylinderbohrung die eingesetzten Dichtungen verschleißen und daher Gas aus der Gaskompressionskammer entweichen kann.
Als Stand der Technik werden die US 4 005 763 A , EP 0 522 373 A1 , US 4 342 448 A , US 4 529 181 A , US 5 598 902 A , US 5 339 932 A sowie die Veröffentlichung „Matek. Roloff / Matek Maschinenelemente. Vieweg+Teubner Verlag, 2001. ISBN3-322-94329-1, Kapitel 15. 3, S. 514-515“ genannt.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Gasdruckfeder bereitzustellen, die eine verbesserte Schmierung des Kolbens in der Zylinderbohrung des Gehäuses aufweist und kostengünstig in der Herstellung ist. Darüber hinaus soll die erfindungsgemäße Gasdruckfeder im Vergleich zu herkömmlichen Gasdruckfedern eine unveränderte Außengeometrie aufweisen, wodurch Gasdruckfedern bei Verschleißerscheinungen oder bei einem Defekt durch die verbesserte und erfindungsgemäße Gasdruckfeder ausgetauscht werden können, ohne dass zusätzliche konstruktive Veränderungen an dem Werkzeug oder der Maschine notwendig sind.
Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt erfindungsgemäß durch eine Gasdruckfeder mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den anhängigen Ansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Gasdruckfeder umfasst ein Gehäuse mit einer Längsachse und einen Kolben, der in einer Zylinderbohrung entlang der Längsachse verschiebbar angeordnet ist. Der Kolben umfasst eine Mantelfläche, eine Druckseite und eine Stirnseite, wobei zwischen dem Kolben und dem Gehäuse eine Gaskompressionskammer gebildet ist, in der ein durch den Kolben zu komprimierendes Gas eingeschlossen ist. Der Kolben kann innerhalb der Zylinderbohrung entlang der Längsachse bewegt werden, wobei der Kolben das Gehäuse im Bereich eines Zylinderbodens durch eine Öffnung durchgreift. Um den Spalt zwischen der Mantelfläche des Kolbens und der Wandung des Gehäuses zu schmieren, ist auf der Mantelfläche des Kolbens wenigstens ein schmiermittelsaugfähiger Schmierfilmkörper angeordnet, der zur Benetzung der Wandung mit einem Schmierfilm in Kontakt steht. Der Schmierfilmkörper ist weiterhin mit wenigstens einem Schmiermittelreservoir durch wenigstens eine Schmiermittelleitung verbunden und/oder ragt in das wenigstens eine Schmiermittelreservoir. In dem wenigstens einen Schmiermittelreservoir ist ein Schmiermittel bevorratet. Der wenigstens eine schmiermittelsaugfähige Schmierfilmkörper transportiert das Schmiermittel mittels des Kapillareffekts aus dem wenigstens ein Schmiermittelreservoir und/oder das Schmiermittel wird durch wenigstens eine Schmiermittelleitung aus dem wenigstens einen Schmiermittelreservoir zu dem wenigstens einen Schmierfilmkörper transportiert. Der Kapillareffekt in dem Schmierfilmkörper fördert das Schmiermittel zu der Wandung des Gehäuses. Um eine bestmögliche Verteilung des Schmierfilms über den Umfang der Wandung in der Zylinderbohrung zu erreichen, ragt der Schmierfilmkörper aus der Mantelfläche des Kolbens in radialer Richtung von der Längsachse heraus und berührt bevorzugt über den gesamten Umfang die Wandung des Gehäuses. Bei einer Bewegung des Kolbens streift der Schmierfilmkörper entlang der Längsachse über die Wandung und benetzt diese mit einem Schmiermittelfilm.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der wenigstens eine Schmierfilmkörper ringförmig ausgebildet ist und in eine Radialnut auf der Mantelfläche des Kolbens eingesetzt ist. Die Radialnut bildet dabei bevorzugt das Schmiermittelreservoir, in welches der Schmierfilmkörper weiter bevorzugt ganz oder teilweise hineinragt. Die Radialnut und/oder der ringförmige Schmierfilmkörper erstrecken sich weiter bevorzugt über den gesamten Umfang des Kolbens, wobei weiter bevorzugt der Schmierfilmkörper einteilig und noch weiter bevorzugt als geschlossener Ring ausgebildet ist. Durch den Kapillareffekt erfolgt ebenfalls über den Umfang ein Transport des Schmiermittels, wodurch der Kolben bzw. die Wandung über den gesamten Umfang geschmiert ist. Die Höhe der Radialnut ist bevorzugt an die Höhe des Schmierfilmkörpers angepasst.
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn der wenigstens eine Schmierfilmkörper aus einem Filz hergestellt ist. Filz ist ein kostengünstiger und verschleißfester Werkstoff, der einen starken Kapillareffekt für den Transport des Schmiermittels entwickelt und ausreichend saugfähig ist, um große Mengen von Schmiermittel aufzunehmen.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die wenigstens eine Schmiermittelleitung mit einem schmiermittelsaugfähigen Werkstoff gefüllt ist. Weiter bevorzugt ist die wenigstens eine Schmiermittelleitung mit einem Docht ausgefüllt, der einenends in Wirkkontakt mit dem Schmierfilmkörper steht und anderenends in das Schmiermittelreservoir ragt. Der Docht bzw. der schmiermittelsaugfähige Werkstoff in der mindestens einen Schmiermittelleitung erzeugt eine ausreichend hohe Kapillarkraft, um aus dem Schmiermittelreservoir das bevorratete Schmiermittel zum Schmierfilmkörper zu fördern und auf die Wandung des Gehäuses aufzubringen. Der schmiermittelsaugfähige Werkstoff in der Schmiermittelleitung transportiert das Schmiermittel auch entgegen der Schwerkraft und in sämtliche Raumrichtungen.
Vorteilhaft ist dabei, wenn die wenigstens eine Schmiermittelleitung innerhalb des Kolbens angeordnet ist, wobei besonders bevorzugt die wenigstens eine Schmiermittelleitung senkrecht oder parallel zu der Längsachse innerhalb des Kolbens angeordnet ist und weiter bevorzugt einen kreiszylindrischen Querschnitt aufweist, der besonders einfach als Sackloch- oder Durchgangsbohrung hergestellt werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die wenigstens eine Schmiermittelleitung nutförmig in die Mantelfläche eingebracht ist. Die wenigstens eine Schmiermittelleitung erstreckt sich somit auf der Mantelfläche zwischen dem mindestens einen Schmiermittelreservoir und dem Schmierfilmkörper und ist weiter bevorzugt mit dem Schmiermittelsaugfähigen Werkstoff gefüllt, insbesondere bevorzugt mit demselben schmiermittelsaugfähigen Werkstoff wie der wenigstens eine Schmierfilmkörper. Darüber hinaus kann der schmiermittelsaugfähige Werkstoff in der mindestens einen Schmiermittelleitung einteilig mit dem Schmierfilmkörper ausgebildet sein.
Darüber hinaus ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das wenigstens eine Schmiermittelreservoir in dem Kolben ausgebildet ist. Insbesondere ist bevorzugt, wenn das wenigstens eine Schmiermittelreservoir in der Radialnut angeordnet ist, wobei weiter bevorzugt der wenigstens eine Schmierfilmkörper bereichsweise in die Radialnut eingesetzt ist, während dessen der verbleibende Bereich der Radialnut mit Schmiermittel bevorratet ist. Weiterhin kann der verbleibende Bereich ganz oder teilweise mit dem schmiermittelsaugfähigen Werkstoff ausgefüllt sein, um einen ausreichenden kapillaren Transport des bevorrateten Schmiermittels aus dem Schmiermittelreservoir zu gewährleisten.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das wenigstens eine Schmiermittelreservoir aus mindestens einer Ausnehmung in dem Gehäuseboden gebildet ist und/oder dass die mindestens eine Ausnehmung auf der Stirnseite des Kolbens ausgebildet ist, wobei das mindestens eine Schmiermittelreservoir sowohl von dem Gehäuse als auch von dem Kolben umschlossen wird. Ein derartiges Schmiermittelreservoir ist besonders kostengünstig und einfach herzustellen.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn der Kolben das wenigstens eine Schmiermittelreservoir für ein Schmiermittel umfasst, wobei das wenigstens eine Schmiermittelreservoir mit der Außenseite des Kolbens durch die wenigstens eine Schmiermittelleitung mit wenigstens einer Schmiermittelöffnung verbunden ist und wobei das wenigstens eine Schmiermittelreservoir wenigstens ein Vorspannmittel aufweist, durch welches das Schmiermittel druckbeaufschlagbar ist. Durch das Vorspannmittel wird das Schmiermittel in dem wenigstens einen Schmiermittelreservoir und der wenigstens einen Schmiermittelleitung mit einem Druck beaufschlagt und somit das Schmiermittel aus dem wenigstens einen Schmiermittelreservoir mittels der wenigstens einen Schmiermittelleitung verdrängt und kann so zu dem Schmierfilmkörper gelangen. Durch das aus der Schmiermittelöffnung austretende Schmiermittel wird eine Benetzung der zu der Schmiermittelöffnung benachbarten Flächen mit dem Schmiermittel sichergestellt. Das Schmiermittel kann ein viskoses Medium, beispielsweise ein Öl oder ein Fett sein, das eine ausreichend hohe Viskosität im zulässigen Temperaturbereich der Gasdruckfeder aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das wenigstens eine Schmiermittelreservoir einen beweglichen Schmiermittelkolben. Weiter bevorzugt beaufschlagt dabei das Vorspannmittel mittels des Schmiermittelkolbens das in dem wenigstens einen Schmiermittelreservoir bevorratete Schmiermittel in dem Schmiermittelreservoir mit einem Druck, vorzugsweise mit einem Überdruck. Der Schmiermittelkolben ist weiter bevorzugt ausgebildet das Schmiermittel vollständig aus dem Schmiermittelreservoir zu verdrängen, um eine effiziente Ausnutzung des in dem Schmiermittelreservoir bevorrateten Schmiermittels zu bewerkstelligen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Vorspannmittel eine Druckfeder ist, welche eine konstante Druckbeaufschlagung des in dem Schmiermittelreservoir bevorrateten Schmiermittels ermöglicht. Druckfedern sind einerseits kostengünstig und andererseits besonders zuverlässig.
Darüber hinaus hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das wenigstens eine Schmiermittelreservoir entlang einer Achse angeordnet ist, insbesondere entlang einer Achse parallel zu der Längsachse des Gehäuses. Das Schmiermittelreservoir kann eine beliebige Form aufweisen, beispielsweise eine zylindrische, mehreckige, elliptische Form, wobei besonders bevorzugt das Schmiermittelreservoir entlang der Achse einen konstanten Querschnitt aufweist, welcher ermöglicht, dass ein Schmiermittelkolben flüssigkeitsdicht das in dem Schmiermittelreservoir bevorratete Schmiermittel ausbringt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das wenigstens eine Schmiermittelreservoir auf der Druckseite und/oder der Stirnseite des Kolbens eine Einsetzöffnung aufweist. Die Einsetzöffnung bildet einen physischen Zugang zu dem Schmiermittelreservoir in dem Kolben und ermöglicht bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Gasdruckfeder das Einsetzen des Vorspannmittels in das Schmiermittelreservoir. Dabei ist es weiterhin besonders bevorzugt, wenn eine Querschnittsfläche der Einsetzöffnung mindestens einer Querschnittsfläche des Schmiermittelreservoirs entspricht, so dass das Vorspannmittel, insbesondere der Schmiermittelkolben und die Druckfeder, durch die Einsetzöffnung in das Schmiermittelreservoir eingesetzt werden können. Darüber hinaus kann nach oder vor dem Einsetzen des Vorspannmittels in das Schmiermittelreservoir durch die Einsetzöffnung das Schmiermittel in das Schmiermittelreservoir eingebracht werden.
Darüber hinaus ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Einsetzöffnung auf der Druckseite des Kolbens angeordnet und mit einem druckdichten Deckel verschlossen ist. Die Anordnung des Deckels auf der Druckseite des Kolbens schränkt insbesondere bei einem Austausch einer herkömmlichen Gasdruckfeder mit einer erfindungsgemäßen Gasdruckfeder die Befestigung des zu betätigenden Bauteils auf der Stirnseite des Kolbens nicht ein.
Vorteilhafterweise mündet die wenigstens eine Schmiermittelleitung in der Mantelfläche zwischen der Druckseite und der Stirnseite. Darüber hinaus kann im Bereich der Schmiermittelöffnung der Kolben mit einer Radialnut versehen sein, welche eine Verteilung des Schmiermittels über den Umfang des Kolbens ermöglicht. Das aus dem Schmiermittelreservoir verdrängte Schmiermittel wird somit direkt in den Bereich zwischen der Mantelfläche und der Wandung der Zylinderbohrung des Gehäuses geführt und gelangt somit unmittelbar zu den schmierbedürftigen Stellen.
Darüber hinaus ist es besonders vorteilhaft, wenn zwischen der Schmiermittelöffnung und der Druckseite des Kolbens wenigstens eine Kolbendichtung angeordnet ist, durch die die Gaskompressionskammer seitens des Kolbens und der Zylinderwandung im Bereich des Kolbens abgedichtet ist. Darüber hinaus verhindert die Kolbendichtung das Einwirken des Gasdrucks der Gaskompressionskammer auf das in dem Schmiermittelreservoir bevorratete Schmiermittel. Das Schmiermittel in dem Schmiermittelreservoir ist somit nicht bei der Betätigung der Gasdruckfeder einer Druckänderung ausgesetzt, wodurch möglicherweise unkontrolliert Schmiermittel in das Schmiermittelreservoir zurückgepresst oder unkontrolliert austreten könnte.
Darüber hinaus sieht eine erfindungsgemäße Weiterbildung der Erfindung vor, dass zwischen der Druckseite und dem Schmierfilmkörper mindestens eine Kolbendichtung vorgesehen ist. Durch die mindestens eine Kolbendichtung ist der Spalt zwischen der Wandung und der Mantelfläche gasdicht verschlossen. Der in der Gaskompressionskammer vorherrschende Gasdruck kann nicht auf den wenigstens einen Schmierfilmkörper sowie das wenigstens eine Schmiermittelreservoir wirken und ein Nachfüllen des Schmiermittels muss nicht gegen den Gasdruck erfolgen. Darüber hinaus ist ein unerwünschtes Austreten des Gases aus der Gaskompressionskammer verhindert.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn zwischen der Druckseite und der Stirnseite auf der Mantelfläche des Kolbens wenigstens ein Führungsring vorgesehen ist, wobei der wenigstens eine Führungsring eine gleitlagernde Abstützung des Kolbens an der Wandung des Gehäuses sicherstellt. Der Kolben ist durch den wenigstens einen Führungsring koaxial und leichtgängig in der Zylinderbohrung geführt und ein Verkanten des Kolbens ist in der Zylinderbohrung verhindert. Insbesondere ist bevorzugt, wenn der wenigstens eine Führungsring zwischen der Stirnseite und dem Schmierfilmkörper angeordnet ist. Diese Anordnung stellt sicher, dass sowohl der Führungsring als auch die Kolbendichtung bestmöglich geschmiert an der Wandung streifen und andererseits Schmiermittel nicht ungehindert den Spalt zwischen der Wandung und dem Kolben verlassen kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eine Füllleitung vorgesehen ist, die durch das Gehäuse oder den Kolben geführt ist und in dem wenigstens einen Schmiermittelreservoir mündet und/oder dass die wenigstens eine Füllleitung durch den Kolben geführt ist und in dem wenigstens einen Schmiermittelreservoir mündet. Die wenigstens eine Füllleitung ermöglicht von außen das wenigstens eine Schmiermittelreservoir der Gasdruckfeder mit Schmiermittel zu bevorraten bzw. nachzufüllen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Füllleitung mit einem Rückschlag-Ventil verschlossen ist, welches einerseits ein Einbringen des Schmiermittels ermöglicht und andererseits ein Ausströmen des Gases bzw. Schmiermittels verhindert.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Zylinderbohrung an einem Zylinderboden einen Freistich aufweist. In dem Freistich können sich überflüssiges Schmiermittel, altes Schmiermittel und/oder verunreinigte Schmiermittelbestandteile ansammeln, ohne dass diese das tribologische System zwischen der Wandung und dem Kolben beeinflussen. Zudem kann der Freistich sowohl fertigungstechnische Vorteile als auch Auslegungsvorteile aufweisen, beispielsweise zur Reduktion von Spannungsspitzen..
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass das Gehäuse mindestens eine Entlüftungsbohrung aufweist. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die Entlüftungsbohrung eingerichtet ist, überflüssiges Schmiermittel, altes und/oder verunreinigtes Schmiermittel aus der Zylinderbohrung, insbesondere aus dem Freistich, zu entnehmen.
Es ist vorteilhaft, wenn die Gaskompressionskammer mit Stickstoff befüllt ist. Stickstoff ist ein kostengünstiges und sicher handhabendes Gas, das weder mit den eingesetzten Materialien der Gasdruckfeder noch mit dem Schmiermittel reagiert.
Eine weitere erfindungsgemäße und bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die Zylinderbohrung bzw. das Gehäuse mit einem Deckel oder einer Tankplatte verschlossen ist.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren drei erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele einer Gasdruckfeder im Detail erläutert. Es zeigen:

1: eine Schnittansicht eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Gasdruckfeder mit einem Schmierfilmkörper, der auf einer Mantelfläche eines Kolbens angeordnet ist,
2: eine Schnittansicht eines zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, und
3: eine Schnittansicht eines dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels.

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 drei bevorzugte Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Gasdruckfeder 1 im Detail beschrieben, wobei funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
1 zeigt eine Schnittdarstellung eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels der Gasdruckfeder 1. Die Gasdruckfeder 1 umfasst ein Gehäuse 10 und einen Kolben 30 und kann weiter durch einen (nicht dargestellten) Deckel verschlossen werden. Der Deckel kann beispielsweise durch einen Gehäusedeckel oder eine Tankplatte gebildet sein. Das Gehäuse 10 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein im wesentlichen rotationssymmetrischer Körper, der entlang einer Längsachse 2 ausgebildet ist und eine kreiszylindrische Zylinderbohrung 15 mit einer Wandung 16 aufweist, die koaxial zu der Längsachse 2 in das Gehäuse 10 eingearbeitet oder eingeformt ist. Das Gehäuse 10 weist darüber hinaus einen Gehäuseboden 11 mit einer Öffnung 13 auf, wobei der Gehäuseboden 11 auf der der Zylinderbohrung 15 zugewandten Seite einen Zylinderboden 12 aufweist. Die Öffnung 13 des Gehäusebodens 11 ist koaxial zu der Zylinderbohrung 15 und der Längsachse 2 ausgerichtet.
Der Kolben 30 ist in der Zylinderbohrung 15 entlang der Längsachse 2 beweglich und umfasst eine Druckseite 32, eine Mantelfläche 31 und eine Stirnseite 33. Die Form des Kolbens 30 korrespondiert mit der Form der Zylinderbohrung 15, wobei der Kolben 30 auf der Stirnseite 33 einen Stößel 70 aufweist, der die Öffnung 13 in dem Gehäuseboden 11 durchgreift. Der Kolben 30 und der Stößel 70 können einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein.
In der Zylinderbohrung 15 wird durch den Kolben 30 und die Wandung 16 zusammen mit dem (nicht dargestellten) Deckel eine Gaskompressionskammer 5 gebildet, in welche ein Gas, beispielsweise Stickstoff, gefüllt werden kann. Das Gas wird bei einer Bewegung des Kolbens 30 entlang der Längsachse 2 verdichtet, so dass sich in der Gaskompressionskammer 5 ein Druck aufbaut. Dieser Druck erzeugt eine Rückstellkraft, die gegen die Druckseite 32 des Kolbens 30 wirkt. Derartige Gasdruckfedern 1 werden insbesondere in Werkzeugen oder Maschinen und dergleichen eingesetzt.
Um die Gaskompressionskammer 5 abzudichten, umfasst der Kolben 30 eine Kolbendichtung 36, welche in einer Radialnut eingesetzt ist. Die Radialnut ist in der Mantelfläche 31 des Kolbens 30 unmittelbar benachbart zu der Druckseite 32 angeordnet. Die Kolbendichtung 36 ist in der besagten Radialnut zum gasdichten Abdichten der Gaskompressionskammer 5 positioniert. Hierzu drückt der in der Gaskompressionskammer 5 vorherrschende Druck die Kolbendichtung 36 einerseits gegen die Wandung 16 des Gehäuses 10 und andererseits gegen den Kolben 30 bzw. dessen Mantelfläche 31.
In der Öffnung 13 ist ein Schmutzabstreifer 72 angeordnet, welcher die Öffnung 13 gegen den Stößel 70 dichtet, so dass keine Fremdkörper in die Gasdruckfeder 1 eindringen können.
Darüber hinaus ist in 1 dargestellt, dass sowohl auf der Mantelfläche 31 des Kolbens 30 als auch in der Öffnung 13 jeweils ein Führungsring 34, 74 angeordnet ist, der den Kolben 30 in der Zylinderbohrung 15 bzw. den Stößel 70 in der Öffnung 13 gleitend lagert.
Der Führungsring 34 ist auf der Mantelfläche 31 des Kolbens 30 in eine weitere Radialnut eingesetzt und dort fest angeordnet, währenddessen der Führungsring 74 in einer Radialnut in der Öffnung 13 des Gehäusebodens 11 des Gehäuses 10 angeordnet ist. Die Führungsringe 34, 74 können aus einem metallischen Werkstoff oder einem Kunststoff hergestellt sein.
1 zeigt, dass zwischen dem Führungsring 34 und der Kolbendichtung 36 eine Radialnut 35 in die Mantelfläche 31 des Kolbens 30 eingearbeitet oder eingeformt ist, die ein Schmiermittelreservoir 40 zur Bevorratung eines Schmiermittels 4 bildet. In die Radialnut 35 ist weiterhin ein schmiermittelsaugfähiger Schmierfilmkörper 20 eingesetzt, der in der Radialnut 35 am Kolben 30 anliegt. Der Schmierfilmkörper 20 ragt über die Mantelfläche 31 des Kolbens 30 radial von der Längsachse 2 hinaus und berührt die Wandung 16 des Gehäuses 10. Der schmiermittelsaugfähige Schmierfilmkörper 20 ist mit dem Schmiermittel 4 getränkt bzw. nimmt das in dem Schmiermittelreservoir 40 bevorratete Schmiermittel 4 auf und leitet dieses zur Schmierung auf die Wandung 16 des Gehäuses 10.
Der schmiermittelsaugfähige Schmierfilmkörper 20 ist aus einem Filz oder aus einem sonstigen Faserwerkstoff hergestellt, der in der Lage ist, mittels des Kapillareffekts das Schmiermittel 4 zu transportieren. Das Schmiermittel 4 ist bevorzugt ein hochviskoses Öl oder Fett.
Weiterhin kann der Schmierfilmkörper 20 einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein und in die Radialnut 35 eingelegt werden. Alternativ kann der Schmierfilmkörper 20 auch aus einem einstückigen geschlossenen ringförmigen schmiermittelsaugfähigen Werkstoff hergestellt sein.
Die Breite der Radialnut 35 ist in der Längsachse 2 an die Breite des Schmierfilmkörpers 20 angepasst und erstreckt sich über den gesamten Umfang der Mantelfläche 31. Die Tiefe in radialer Richtung der Radialnut 35 sowie die Kontur der Radialnut 35, können von der Form des Schmierfilmkörpers 20 abweichen, wodurch das Schmiermittelreservoir 40 einen von der Radialnut 35 und dem Schmierfilmkörper 20 eingeschlossenen Bereich zur zusätzlichen Bevorratung des Schmiermittels 4 aufweisen kann.
Bei einer Federbewegung des Kolbens 30 entlang der Längsachse 2 streift der Schmierfilmkörper 20 entlang der Wandung 16 in der Längsachse 2, wodurch ein kontinuierlicher Schmierfilm auf die Wandung 16 aufgetragen ist. Der kontinuierliche Schmierfilm schmiert einerseits die Kolbendichtung 36 und andererseits den Führungsring 34 und schützt diese vor Verschleiß.
In einem Übergangsbereich zwischen dem Gehäuseboden 11 und dem Gehäuse 10 bzw. zwischen dem Zylinderboden 12 und der Wandung 16 ist ein Freistich 19 ausgebildet. Der Freistich 19 ist eine lokale Querschnittserweiterung in der Zylinderbohrung 15, der es überflüssigem, altem und/oder verunreinigtem Schmiermittel 4 ermöglicht, sich abzusetzen. Der Freistich 19 ermöglicht somit Schmiermittelabsetzungen und -ansammlungen, ohne dass es zu einer Funktionsbeeinträchtigung der Gasdruckfeder 1, bzw. einer Einschränkung des Federweges der Gasdruckfeder 1 entlang der Längsachse 2 kommt. Der Freistich 19 kann mit einer Entlüftungsbohrung verbunden sein, die als Durchgangsbohrung das Gehäuse 10 auf der der Stirnseite 33 zugewandten Seite des Kolbens 30 durchsetzt und mit einem Stopfen 62 und/oder einem Entlüftungs-Ventil 64 verschlossen werden.
2 zeigt einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Gasdruckfeder 1, wobei sich die beiden Ausführungsbeispiele in den 1 und 2 in der Ausbildung des Schmiermittelreservoirs und einer Füllleitung 60 unterscheiden.
Auf der Mantelfläche 31 ist in dem zweiten Ausführungsbeispiel ebenfalls zwischen dem Führungsring 34 und der Kolbendichtung 36 die Radialnut 35 eingearbeitet, in die der schmiermittelsaugfähige Schmierfilmkörper 20 eingesetzt ist. Um eine über das Volumen des durch die Radialnut 35 ausgebildeten Schmiermittelreservoirs 40 hinausgehende Bevorratung des Schmiermittels 4 zu bewerkstelligen, weist die Gasdruckfeder 1 ein zweites Schmiermittelreservoir 40` auf, welches durch eine Ausnehmung 38 auf der Stirnseite 33 des Kolbens 30 ausgebildet ist.
Die Ausnehmung 38 kann - wie vorliegend in 2 dargestellt - als ein um die Längsachse 2 rotationssymmetrisch ausgebildeter Absatz in der Mantelfläche 31 und der Stirnseite 33 des Kolbens 30 ausgebildet sein, oder als umlaufende und ringförmige Nut in der Stirnseite 33. Darüber hinaus kann das Schmiermittelreservoir 40' auch durch eine (nicht dargestellte) Ausnehmung in dem Gehäuseboden 11 bzw. in dem Zylinderboden 12 ausgebildet sein.
Das Schmiermittelreservoir 40` ist einerseits von dem Gehäuse 10 bzw. dem Gehäuseboden 11 sowie dem Kolben 30 umgeben.
Zwischen dem Schmiermittelreservoir 40', d. h. der Ausnehmung 38, und dem Schmiermittelreservoir 40, welches durch die Radialnut 35 gebildet ist, ist eine Schmiermittelleitung 42 angeordnet, die eingerichtet ist, das Schmiermittel 4 von dem Schmiermittelreservoir 40` zu dem Schmierfilmkörper 20 zu leiten. Hierzu kann die Schmiermittelleitung 42, wie in 2 dargestellt ist, mit einem aus einem schmiermittelsaugfähigen Werkstoff hergestellten Docht 45 ausgefüllt sein.
Der Docht 45 transportiert das Schmiermittel 4 anhand des Kapillareffekts durch die Schmiermittelleitung 42. Der Kapillareffekt ermöglicht, dass das Schmiermittel 4 auch entgegen der Schwerkraft und somit in alle möglichen Raumrichtungen transportierbar ist.
Die Schmiermittelleitungen 42 sind als Durchgangsbohrungen ausgebildet, die von der Stirnseite 33, bzw. von der Ausnehmung 38 in den Kolben 30 eingearbeitet oder eingeformt sind und sich von der Stirnseite 33 durch den Kolben 30 erstrecken und in der Radialnut 35 münden. Die Schmiermittelleitung 42 kann - wie in 2 dargestellt - parallel und beabstandet zu der Längsachse 2 ausgerichtet sein, wobei über den Umfang des Kolbens 30 eine Vielzahl von Schmiermittelleitungen 42 angeordnet sein können, um das Schmiermittel 4 gleichmäßig über den Umfang zu verteilen.
Der Docht 45 in der Schmiermittelleitung 42 steht einenends in Wirkkontakt mit dem Schmierfilmkörper 20 und ragt anderenends aus der Schmiermittelleitung 42 in das Schmiermittelreservoir 40` im Bereich des Zylinderbodens 12 heraus. Der Docht 45 ragt soweit aus der Schmiermittelleitung 42 heraus, dass dessen freies Ende in Kontakt mit dem Zylinderboden 12 im Bereich des Schmiermittelreservoirs 40` kommen kann. Dadurch wird sichergestellt, dass das in dem Schmiermittelreservoir 40` bevorratete Schmiermittel 4 vollständig entnommen werden kann.
Der Schmierfilmkörper 20 und der Docht 45 können einteilig und aus einem gemeinsamen Werkstoff hergestellt sein. Alternativ zu der mindestens einen als Durchgangsbohrung ausgebildeten Schmiermittelleitung 42 kann die wenigstens eine Schmiermittelleitung 42 auch eine auf der Mantelfläche 31 ausgeformte Nut sein. Die Nut kann sich von der Radialnut 35 bis zu der Stirnseite 33 des Kolbens 30 erstrecken und mit einem schmiermittelsaugfähigen Werkstoff gefüllt sein, wodurch ebenfalls ein Transport des Schmiermittels 4 durch die als Nut ausgebildete mindestens eine Schmiermittelleitung 42 bewerkstelligt ist.
Das Nachfüllen des Schmiermittels 4 der Gasdruckfeder 1 erfolgt mittels einer Füllleitung 60, die eine vom Äußeren der Gasdruckfeder 1 zugängliche Öffnung aufweist, die mittels eines Stopfens 62 oder eines Entlüftungs-Ventils 64 verschlossen sein kann. Die Füllleitung 60 kann sich durch das Gehäuse 10 bzw. durch den Gehäuseboden 11 als Durchgangsbohrung erstrecken oder alternativ innerhalb des Stößels 70 angeordnet sein.
In 3 ist einen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel der Gasdruckfeder 1 wiedergegeben, wobei sich das dritte Ausführungsbeispiel zu den anderen vorgestellten Ausführungsbeispielen darin unterscheidet, dass das Schmiermittel 4 in dem mindestens einen weiteren Schmiermittelreservoir 40" druckbeaufschlagbar ist.
Das Schmiermittelreservoir 40" ist in den Kolben 30 eingearbeitet oder eingeformt und eingerichtet, ein Schmiermittel 4 aufzunehmen und zu bevorraten. Das zweite Schmiermittelreservoir 40" kann wie im dargestellten Ausführungsbeispiel eine kreiszylindrische Ausnehmung sein, welche bevorzugt koaxial zu einer Achse 85 in den Kolben 30 eingearbeitet oder eingeformt ist. Die Achse 85 kann auch parallel zu der Längsachse 2 ausgerichtet sein.
Die kreiszylindrische Ausnehmung des Schmiermittelreservoirs 40" kann von der Druckseite 32 in den Kolben 30 eingearbeitet sein und kann auf der Druckseite 32 eine Einsetzöffnung 86 aufweisen, die während des Betriebs der Gasdruckfeder 1 mit einem abgedichteten Deckel 87, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung, verschlossen ist.
In dem Schmiermittelreservoir 40" ist ein Vorspannmittel zur Druckbeaufschlagung des in dem Schmiermittelreservoir 40" bevorrateten Schmiermittels 4 angeordnet, welches einen Schmiermittelkolben 80 sowie eine Druckfeder 82 umfasst. Die Druckfeder 82 kann einerseits an dem Schmiermittelkolben 80 und andererseits an dem Deckel 87 abgestützt werden. Die Federkraft der Druckfeder 82 kann das in dem Schmiermittelreservoir 40" bevorratete Schmiermittel 4 druckbeaufschlagen.
Die Einsetzöffnung 86 bildet einen physischen Zugang zu dem Schmiermittelreservoir 40" und wird bei der Herstellung der Gasdruckfeder 1 für die Montage des Vorspannmittels in dem Schmiermittelreservoir 40" benötigt. Hierzu kann bevorzugt die Einsetzöffnung 86 eine Querschnittsfläche aufweisen, die größer ist als eine Querschnittsfläche des Schmiermittelreservoirs 40" bzw. des Vorspannmittels quer zu der Achse 85. Der Deckel 87 zum Verschluss der Einsetzöffnung 86 kann mit Hilfe von Abdichtmitteln gas- und flüssigkeitsdicht verschlossen werden.
Das Schmiermittelreservoir 40" kann von mindestens zwei, im vorliegenden Ausführungsbeispiel genau zwei, symmetrisch zu der Längsachse 2 angeordneten Schmiermittelleitungen 42 mit der Mantelfläche 32 des Kolbens 30 verbunden werden. Die Schmiermittelleitungen 42 verbinden das Schmiermittelreservoir 40" mit dem Schmierfilmkörper 20, wobei die Schmiermittelleitungen 42 benachbart oder unmittelbar (wie dargestellt) in der Radialnut 35 in den Kolben 30 münden können, wodurch der Schmierfilmkörper 20 unmittelbar oder mittelbar mit Schmiermittel 4 getränkt werden kann.
Die zwei Schmiermittelleitungen 42 münden auf der von dem Deckel 87 abgewandten Seite des Schmiermittelreservoirs 40 in das Schmiermittelreservoir 40" und können das aus dem Schmiermittelreservoir 40" durch den Schmiermittelkolben 80 verdrängte Schmiermittel 4 zu der Mantelfläche 31 und den dort benachbarten Flächen leiten, und insbesondere das Schmiermittelreservoir 40 bzw. die Radialnut 35 mit Schmiermittel 4 befüllen und den Schmierfilmkörper 4 mit Schmiermittel 4 zu tränken und die Wandung 16 zu benetzen.
Das Nachfüllen des Schmiermittels 4 der Gasdruckfeder 1 erfolgt mittels einer Füllleitung 60, die eine vom Äußeren der Gasdruckfeder 1 zugängliche Öffnung aufweist, die mittels eines Stopfens 62 oder eines Entlüftungs-Ventils 64 verschlossen sein kann. Die Füllleitung 60 kann, wie 3 zu entnehmen ist, innerhalb des Stößels 70 angeordnet sein.
Bezugszeichenliste

1: Gasdruckfeder
2: Längsachse
4: Schmiermittel
5: Gaskompressionskammer
10: Gehäuse
11: Gehäuseboden
12: Zylinderboden
13: Öffnung
34: Führungsring
15: Zylinderbohrung
16: Wandung
20: Schmierfilmkörper
30: Kolben
31: Mantelfläche
32: Druckseite
33: Stirnseite
35: Radialnut
36: Kolbendichtung
38: Ausnehmung in 30
40: Schmiermittelreservoir
45: Docht
42: Schmiermittelleitung
60: Füllleitung
62: Füllöffnung
70: Stößel
72: Schmutzabstreifer
74: Führungsring
80: Schmiermittelkolben
82: Druckfeder
85: Achse
86: Einsetzöffnung
87: Deckel

Claims

Gasdruckfeder (1) umfassend: - ein Gehäuse (10) mit einer Längsachse (2) und einer sich in der Längsachse (2) erstreckenden Zylinderbohrung (15) mit einer Wandung (16) und einem Zylinderboden (12), und - einen Kolben (30), - wobei der Kolben (30) in der Zylinderbohrung (15) entlang der Längsachse (2) verschiebbar ist, - wobei der Kolben (30) eine Mantelfläche (31), eine Druckseite (32) und eine Stirnseite (33) aufweist, - wobei zwischen dem Kolben (30) und dem Gehäuse (10) eine Gaskompressionskammer (5) gebildet ist, - wobei auf der Mantelfläche (31) des Kolbens (30) wenigstens ein schmiermittelsaugfähiger Schmierfilmkörper (20) angeordnet ist, der in Kontakt mit der Wandung (16) des Gehäuses (10) steht, - wobei der wenigstens eine Schmierfilmkörper (20) mit wenigstens einem Schmiermittelreservoir (40) durch wenigstens eine Schmiermittelleitung (42) verbunden ist, - wobei wenigstens ein Schmiermittelreservoir (40) durch mindestens eine Ausnehmung in dem Zylinderboden (12) und/oder durch mindestens eine Ausnehmung (38) auf der Stirnseite (33) des Kolbens (30) gebildet ist und von dem Gehäuse (10) und dem Kolben (30) umschlossen wird, - wobei der wenigstens eine Schmierfilmkörper (20) ringförmig ausgebildet ist und in eine Radialnut (35) auf der Mantelfläche (31) eingesetzt ist, und - wobei die Schmiermittelleitung (42) als Durchgangsbohrung ausgebildet ist und sich von der Stirnseite (33) durch den Kolben (30) erstreckt und in der Radialnut (35) mündet.
Gasdruckfeder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Schmierfilmkörper (20) aus einem Filz hergestellt ist.
Gasdruckfeder (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schmiermittelleitung (42) mit einem schmiermittelsaugfähigen Werkstoff, insbesondere einem Docht (45), gefüllt ist.
Gasdruckfeder (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Schmiermittelreservoir (40) wenigstens ein Vorspannmittel aufweist, durch welches das Schmiermittel (4) in dem Schmiermittelreservoir (40) druckbeaufschlagbar ist.
Gasdruckfeder (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Schmiermittelreservoir (40) einen beweglichen Schmiermittelkolben (80) umfasst, welcher mittels des Vorspannmittels druckbeaufschlagbar ist.
Gasdruckfeder (1) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannmittel eine Druckfeder (82) ist.
Gasdruckfeder (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Schmiermittelreservoir (40) entlang einer Achse (85) angeordnet ist, insbesondere dass das wenigstens eine Schmiermittelreservoir (40) entlang einer Achse (85) parallel zu der Längsachse (15) angeordnet ist.
Gasdruckfeder (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Schmiermittelreservoir (40) entlang der Achse (85) einen konstanten Querschnitt aufweist.
Gasdruckfeder (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Schmiermittelreservoir (40) auf der Druckseite (32) und/oder der Stirnseite (33) eine Einsetzöffnung (86) aufweist.
Gasdruckfeder (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Druckseite (32) und dem Schmierfilmkörper (20) mindestens eine Kolbendichtung (36) vorgesehen ist.
Gasdruckfeder (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Druckseite (32) und der Stirnseite (33) auf der Mantelfläche (31) wenigstens ein Führungsring (34) vorgesehen ist.
Gasdruckfeder (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Führungsring (34) auf der Mantelfläche (31) zwischen der Druckseite (32) und dem wenigstens einen Schmierfilmkörper (20) angeordnet ist.
Gasdruckfeder (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Füllleitung (60) durch das Gehäuse (10) geführt ist und in dem wenigstens einen Schmiermittelreservoir (40) mündet und/oder dass die wenigstens eine Füllleitung (60) durch den Kolben (30) geführt ist und in dem wenigstens einen Schmiermittelreservoir (40) mündet.
Gasdruckfeder (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Füllleitung (60) mit einem Stopfen (62) oder einem Ventil (64) verschlossen ist.
Gasdruckfeder (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskompressionskammer (5) mit Stickstoff befüllbar ist.
Gasdruckfeder (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderbohrung (15) mit einem Deckel oder einer Tankplatte verschlossen ist.