DE19501792A1 - Kolben mit Kolbenring - Google Patents
Kolben mit KolbenringInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Kolben mit einer Kolbendichtung
entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Ein solcher Kolben ist beispielsweise aus der US-Patentschrift
3 212 411 bekannt. Dieser Kolben weist eine profilierte Kol
benumfangsfläche auf, die von der Kolbendichtung abgedeckt
wird. Das Profil bildet eine formschlüssige Verbindung mit dem
Kolbenring.
Bei der Herstellung des Profils muß von radial außen ein
Werkzeug eingesetzt werden, so daß ein Kolben aus Sintermetall
oder ein Blechkolben einer zusätzlichen Bearbeitung unterzogen
werden muß. Gerade bei Kolben aus einem Blechrohling, der be
sonders flach ausgeführt ist, fehlt teilweise die nötige Man
telfläche für eine ausreichende Profilierung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kolben mit
einem Kolbenring zu realisieren, der eine einfache Herstellung
im Sinter- oder Blechumformverfahren ohne nachträgliche Nach
bearbeitung ermöglicht. Zusätzlich soll eine Anwendung bei
sehr flachen Kolben durchführbar sein.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem der
Kolbenring eine Breite aufweist, die größer ist als die Breite
der Mantelfläche, so daß ein Überstand des Kolbenringes ge
genüber dem Kolben vorliegt, der zu einem Federende umgeformt
ist, daß sich deckseitig am Kolben abstützt.
Die Federenden bieten den Vorteil, daß relativ grobe
Toleranzen am Kolbenring bzw. bezüglich der Breite der Man
telfläche des Kolbens ausgeglichen werden können. Des weiteren
kann durch eine deckseitige Abstützung des Kolbenringes ein
radialer Einstich bzw. eine Profilierung des Kolbens im Be
reich der Mantelfläche vermieden werden.
Entsprechend einem weiteren vorteilhaften Merkmal ist die
Mantelfläche des Kolbens innerhalb der Breite des Kolbenringes
angeordnet, so daß zwei Überstände entstehen, deren Federende
jeweils gegenüberliegend am Kolben angreifen. Dadurch kann der
Kolbenring zum Kolben vertauschungssicher montiert werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführung ist das Federende kreisbo
genförmig ausgebildet. Dadurch entsteht eine Art Ringfeder die
den Kolbenring axial hält, aber auch den Teil, der die Man
telfläche des Kolbens abdeckt, vorspannt. Dabei hat es sich
als vorteilhaft herausgestellt, wenn sich das kreisbogenför
mige Federende über einen Winkel von mindestens 270° er
streckt. Ein sich Öffnen des Federendes wird zuverlässig ver
hindert. Eventuelle Stanzgrate werden durch die Radien im Be
reich der Abstützung am Kolben umgangen. Der Traganteil des
Kolbenrings besteht aus der Mantelfläche und dem zweifachen
Rollradius der kreisbogenförmigen Federenden.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist das Federende
tellerförmig ausgeführt. Dabei ist die Schirmung des Federen
des in Richtung des die Mantelfläche abdeckenden Teils des
Kolbenringes ausgerichtet. Der Traganteil entspricht der
Breite der Mantelfläche am Kolben sowie der zweifachen
Schirmlänge des Federendes. Wiederum wird ein Öffnen des Fe
derendes verhindert. Unter anderem sorgt dafür ein Absatz des
Kolbens, an den sich das Federende abstützt. Vorteilhafter
weise stützt sich das Federende axial auf einer Auflagefläche
des Absatzes ab, die parallel zur Stirnfläche des Federendes
ausgeführt ist. Druckspannungsspitzen im Kolbenring werden
durch die maximale Auflagefläche minimiert.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist das Federende
mehrfach unter Verwendung von kreisbogenförmigen Übergängen
umgeformt. Dabei bietet es sich an, daß das Federende zu einem
Paket gefalzt. Ein Abziehen des Kolbenrings vom Kolben wird
zuverlässig verhindert.
Alternativ stützt sich das Federende mit einer Außenseite über
einen kreisbogenförmigen Übergang und erstreckt sich im End
bereich zunehmend nach radial außen.
Hinsichtlich der Herstellung bietet ein Kolben Vorteile, bei
dem das Federende des Kolbenrings mit seiner Innenseite über
einen kreisbogenförmigen Übergang abstützt und sich im Endbe
reich in Richtung der Kolbenmittelachse erstreckt. In Verbin
dung mit einem Federende, das sich am Kolben abstützt, kann
über die Abstützung eine Vorspannkraft auf den Kolbenring
ausgeübt werden.
Für eine Steigerung der Wirkung der Vorspannkraft besteht das
Federende aus mehreren Einzelfederstegen. Alternativ kann sich
der Kolbenring auch auf einer Ober- bzw. Unterseite des Kol
bens abstützen, so daß das Anprägen bzw. Ausformen des Ab
satzes entfällt.
Zur Verstärkung der Federwirkung besteht der Kolbenring aus
einer Dichtschicht und einer Federträgerschicht.
Anhand der folgende Figurenbeschreibung sollen die Figur mit
ihren Vorteilen näher erläutert werden. Es zeigt:
Fig. 1 Gesamtdarstellung des Kolbenzylinderaggregates;
Fig. 2 Kolben mit Kolbenring und kreisbogenförmig ausge
bildeten Federenden;
Fig. 3 Kolbenring, dessen Federenden tellerförmig ausge
führt sind.
Fig. 4-5 weitere Ausführungsbeispiele des Kolbenringes.
Die Fig. 1 zeigt beispielhaft ein Kolbenzylinderaggregat 1 in
der Ausführung eines Einrohrschwingungsdämpfers. Grundsätzlich
läßt sich der Erfindungsgedanke auch bei anderen Anwendungen
benutzen.
Das Kolbenzylinderaggregat 1 besteht im wesentlichen aus einem
Zylinder 7, indem ein Kolben 5 an einer Kolbenstange 7 axial
beweglich angeordnet ist. An der Austrittsseite der Kolben
stange 7 verschließt eine Kolbenstangenführung 9 einen mit
Dämpfmedium gefüllten Arbeitsraum 11, der durch einen Trenn
kolben 13 von einem Gasraum 15 getrennt ist, der endseitig
einen Boden 17 mit Auge 19 aufweist.
Bei einer Kolbenstangenbewegung wird Dämpfmedium durch Dämpf
ventile 21 im Kolben 5 verdrängt. Ein Kolbenring 23, der eine
Mantelfläche 25 des Kolbens 5 abdeckt, verhindert ein seit
liches Umströmen des Kolbens.
Die Fig. 2 beschränkt sich auf den Kolben 5 mit dem Kolben
ring 23. In dieser Variante ist der Kolben 5 aus einem Blech
rohling durch Umformen hergestellt. Die Volumenanteile, die
auf der Oberseite 5a erhaben sind, werden von volumengleichen
Teilen der Unterseite 5b gebildet. Folglich müssen keine
spanabhebenden Bearbeitungsschritte durchgeführt werden.
Der Kolbenring 23 besitzt im Ausgangszustand eine Breite, die
größer ist als die Breite der Mantelfläche 25 des Kolbens 5.
Es entstehen Überstände 27, die bei dieser Variante kreisbo
genförmig ausgeführt sind. Die Zuordnung des Kolbenringes 23
zur Mantelfläche 25 erfolgt symmetrisch, so daß zwei überste
hende bzw. Federenden 29 entstehen. Dabei strecken sich die
Federenden 29 über einen Winkel von mehr als 270°. Der Kol
benring 23 kann mit einem beliebig geformten Stoß ausgeführt
sein, so daß keine speziellen Umformwerkzeuge für die Montage
benötigt werden. Die Abstützung des Kolbenringes 23 erfolgt
über die Federenden 29 auf der Ober- und Unterseite 5a/5b des
Kolbens 5.
Bei der Variante nach der Fig. 3 sind die Überstände bzw. Fe
derenden 29 tellerförmig ausgeführt. Dabei ist die Schirmung
des jeweiligen Federendes in Richtung des die Mantelfläche 25
abdeckenden Teils des Kolbenringes 23 ausgerichtet. In dieser
Figur besteht der Kolbenring 5 aus einer Dichtungsschicht 23a
und einer Federträgerschicht 23b. Dieser Aufbau ist genauso
bei Fig. 2 anwendbar. Das Federende hat das Bestreben sich zu
öffnen, doch verhindert ein Absatz 31, auf den sich das Fe
derende 29 abstützt, eine Öffnungsbewegung. Die
Auflagefläche 31a des Absatzes 31 verläuft parallel zur
Stirnfläche 29a des Federendes 29, damit keine Schubspannungen
in den Kolbenring 23 einfließen können. Der beschriebene Ab
satz läßt sich problemlos sintern - oder umformtechnisch
herstellen, so daß keine zusätzlichen Bearbeitungsschritte
durchgeführt werden müssen.
Die Fig. 4 beschränkt sich auf die Darstellung eines Kol
bens 5, wie er schon bei Kolbenzylinder-Aggregaten zum Einsatz
kommt, die nennenswerte Seitenführungskräfte übernehmen müs
sen, so daß der Kolben selbst höher belastet wird.
Um diesen besonderen Anforderungen gerecht zu werden, kommt
ein Kolbenring 23 zur Anwendung, der eine Kombination der
Vorteile der Ausführungen nach den Fig. 2 und 3 mit sich
bringt.
Der Kolben 5, in dieser Ausführungsform durch Sintern herge
stellt, ohne daß radiale Nuten für den Kolbenring nötig sind,
besitzt Auflageflächen 31a, auf denen sich ein kreisbogenför
miger Übergang 33 des Federendes 29 abstützt. Das gesamte Fe
derende ist zu einem Paket gefalzt, so daß eine Traglänge
entsteht, die aus der Mantelfläche 25 des Kolbens 5 zuzüglich
des zweifachen Kreisbogenradius der Umformungen 33 sowie einer
zweifachen Falzlänge l bis zum Mittelpunkt der Übergänge 33 in
den Teil des Kolbenringes, der dem Zylinder zugewandt ist.
Bei der Fig. 5 wurde, wie schon in Fig. 4 dargestellt, das
Federende 29 durch kreisbogenförmige Übergänge 33 umgeformt,
wobei das Federende 29 radial am Kolben zur Anlage kommt. Das
Federende stützt sich mit seiner Innenseite am Kolben ab.
Insbesondere bei Kolbenringen, die aus einer Dichtungsschic
ht 23a und einer Federträgerschicht 23b bestehen, kann er
reicht werden, daß durch die Auflage über die Trägerschicht
die empfindlichere Dichtschicht nicht belastet wird. Das Fe
derende 29 besteht aus Einzelfederstegen 29a, so daß über die
Anlage am Kolben eine radiale Vorspannung des Kolbenringes 5
gegenüber dem Zylinder erzielt werden kann. Insgesamt bleibt
der Kolbenring bezogen auf die radiale Bewegungsrichtung durch
die Einzelfederstege 29a elastischer und weniger
toleranzbehaftet.
Claims (16)
1. Kolben mit aufgespanntem Kolbenring für ein Kolbenzylin
der-Aggregat, wobei der Kolbenring eine Mantelfläche des
Kolbens abdeckt und gegenüber dem Zylinder abdichtet,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenring (23) eine
Breite aufweist, die größer ist als die Mantelflä
che (25), so daß ein Überstand (27) des Kolbenringes ge
genüber dem Kolben (5) vorliegt, der zu einem Federen
de (29) umgeformt ist, das sich deckseitig am Kolben ab
stützt.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Mantelfläche (25) des Kolbens (5) innerhalb der Breite
des Kolbenringes (23) angeordnet ist, so daß zwei Über
stände (27) entstehen, deren Federenden (29) jeweils ge
genüberliegend am Kolben (5) angreifen.
3. Kolbenring nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Federende (29) kreisbogenförmig ausge
bildet ist.
4. Kolben nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
kreisbogenförmige Federende (29) sich bei einem Winkel
von mehr als 270° erstreckt.
5. Kolben nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Federende (29) tellerförmig ausgeführt
ist.
6. Kolben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schirmung des Federendes (29) in Richtung des die Man
telfläche (25) abdeckenden Teils des Kolbenringes (23)
ausgerichtet ist.
7. Kolben nach den Ansprüchen 3 oder 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß sich das Federende (29) an einem Ab
satz (31) des Kolbens abstützt.
8. Kolben nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich
das Federende (29) axial auf einer Auflagefläche (31a)
des Absatzes (31) abstützt, die parallel zur Stirnflä
che (29a) des Federendes (29) ausgeführt ist.
9. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Federende (29) mehrfach unter Verwendung von kreisbogen
förmigen Übergängen (33) umgeformt ist.
10. Kolben nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das
Federende (29) zu einem Paket gefalzt ist.
11. Kolben nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das
Federende (29) mit einer Außenseite über einen kreisbo
genförmigen Übergang (33) abstützt und sich im Endbereich
zunehmend nach radial außen erstreckt.
12. Kolben nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das
Federende (29) mit seiner Innenseite über einen kreisbo
genförmigen Übergang (33) abstützt und sich im Endbereich
in Richtung der Kolbenmittelachse erstreckt.
13. Kolben nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich
das Federende am Kolben abstützt.
14. Kolben nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das
Federende (29) aus mehreren Einzelfederstegen besteht.
15. Kolben nach einem beliebigen Anspruch, dadurch gekenn
zeichnet, daß sich der Kolbenring (23) auf einer Ober-
bzw. Unterseite (5a/5b) des Kolbens (5) abstützt.
16. Kolben nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Kolbenring (23) aus einer Dichtschic
ht (23a) und einer Federträgerschicht (23b) besteht.
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