DE19501792C2 - Kolben mit Kolbenring - Google Patents

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 Kolbenumfangsfläche 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 besonders flach ausgeführt ist, fehlt teilweise die nötige Man­ telfläche für eine ausreichende Profilierung.

Die nicht vorveröffentlichte DE 44 10 996 C1 betrifft ein Kolben mit einem aufgespannten Kolbenring für einen Schwingungsdämpfer, wobei der Kolbenring eine Mantelfläche des Kolbens abdeckt und gegenüber dem Zylinder abdichtet. Der Kolbenring weist eine Breite auf, die größer ist als die Mantelfläche, so daß ein Überstand des Kolbenringes gegenüber dem Kolben vorliegt. Der Überstand ist als eine Dichtlippe ausgeführt, die mit einer Deckfläche des Kolbenringes in Verbindung steht, wobei der Kolbenring mittels der Deckfläche am Kolben gehalten wird.

Einen sehr ähnlichen Aufbau zeigt die DE 27 30 112 A1. Bei dieser Kolbenanordnung wird derart vorgegangen, daß zunächst der Kolben und die Kolbenstange aus einem einzigen Rohling durch Umformen, z. B. durch Fließpressen, insbesondere Kaltfließpressen einstückig hergestellt werden, wonach die aus Kunststoff gesondert hergestellte Dichtung unter Ausnutzung ihrer Eigenelastizität auf den Kolbenumfang aufgeknöpft oder aufgestülpt wird. Bei diesem Aufknöpfen oder Aufstülpen kann man die Stirnwand der Dichtung mit größerer radialer Erstreckung an die zugeordnete Stirnfläche des Kolbens anlegen und die gegenüberliegende Stirnwand durch elastisches Verbiegen der Dichtung mit der anderen Stirnfläche des Kolbens in Eingriff bringen, wonach man einen festen Sitz erhält.

Aus der DE 4 32 609 C1 ist ein Schwingungsdämpfer bekannt, der eine Kolbenstange mit einem Kolben besitzt. Der Kolben ist zur einwandfreien Abdichtung und Führung mit einem Kolbenring versehen, wobei der Kolbenring auf einen Tragkörper aufgeschrumpft ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kolben mit einem Kolbenring zu realisieren, der eine einfache Herstellung im Sinter- oder Blechumformverfahren ohne nachträgliche Nachbearbeitung ermöglicht. Zusätzlich soll eine Anwendung bei sehr flachen Kolben durchführbar sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Federenden bieten den Vorteil, daß relativ große Toleranzen am Kolbenring bzw. bezüglich der Breite der Mantelfläche des Kolbens ausgeglichen werden können. Es entsteht eine Art Ringfeder die den Kolbenring axial hält, aber auch den Teil, der die Mantelfläche des Kolbens abdeckt, vorspannt. Des weiteren kann durch eine deckseitige Abstützung des Kolbenringes ein radialer Einstich bzw. eine Profilierung des Kolbens im Bereich 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.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn sich das kreisbogenförmige Federende über einen Winkel von mindestens 270° erstreckt. Ein sich Öffnen des Federendes wird zuverlässig verhindert. Eventuelle Stanzgrate werden durch die Radien im Bereich 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 geschirmt ausgeführt. Dabei ist die Schirmung des Federendes 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 Federendes verhindert. Unter anderem sorgt dafür ein Absatz des Kolbens, an den sich das Federende abstützt. Vorteilhafterweise 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 unter Verwendung von mehrfach kreisbogenförmigen Übergängen umgeformt. Dabei bietet es sich an, daß das Federende zu einem Paket gefalzt wird. Ein Abziehen des Kolbenrings vom Kolben wird zuverlässig verhindert.

Hinsichtlich der Herstellung bietet ein Kolben Vorteile, bei dem das Federende des Kolbenrings sich mit seiner Innenseite über einen kreisbogenförmigen Übergang abstützt und sich im Endbereich in Richtung der Kolbenmittelachse erstreckt. In Verbindung mit einem Federende, das sich am Kolben radial 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.

Zur Verstärkung der Federwirkung besteht der Kolbenring aus einer Dichtschicht und einer Federträgerschicht.

Anhand der folgende Figurenbeschreibung sollen die Figuren 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 lädt sich der Erfindungsgedanke auch bei anderen Anwendungen benutzen.

Das Kolbenzylinderaggregat 1 besteht im wesentlichen aus einem Zylinder 3, in dem 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 Federenden 29 entstehen. Dabei erstrecken 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 23 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 lädt 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 1 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 (13)

1. Kolben mit aufgespanntem Kolbenring für ein Kolbenzylinder-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 Mantelfläche (25), so daß ein axialer Überstand (27) des Kolbenringes gegenüber dem Kolben (5) vorliegt, der zu einem Federende (29) umgeformt ist, das sich deckseitig axial am Kolben ab­ stützt, wobei das Federende (29) kreisbogenförmig ausgebildet ist oder sich über einen kreisbogenförmigen Übergang, der mehr als 180° ausgebildet ist, erstreckt.

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 Überstände (27) entstehen, deren Federenden (29) jeweils gegen­ überliegend am Kolben (5) angreifen.

3. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kreisbogenförmige Federende (29) sich über einen Winkel von mehr als 270° erstreckt.

4. Kolben nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federende (29) tellerförmig geschirmt ausgeführt ist.

5. Kolben nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmung des Federendes (29) in Richtung des die Mantelfläche (25) abdeckenden Teils des Kolbenringes (23) ausgerichtet ist.

6. Kolben nach den Ansprüchen 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Federende (29) an einem Absatz (31) des Kolbens abstützt.

7. Kolben nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Federende (29) axial auf einer Auflagefläche (31a) des Absatzes (31) abstützt, die parallel zur Stirnfläche (29a) des Federendes (29) ausgeführt ist.

8. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federende (29) unter Verwendung von mehrfach kreisbogenförmigen Übergängen (33) umgeformt ist.

9. Kolben nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Federende (29) zu einem Paket gefalzt ist.

10. Kolben nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Federende (29) mit seiner Innenseite über einen kreisbogenförmigen Übergang (33) abstützt und sich im Endbereich in Richtung der Kolbenmittelachse erstreckt.

11. Kolben nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Federende am Kolben radial abstützt.

12. Kolben nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Federende (29) aus mehreren Einzelfederstegen besteht.

13. Kolben nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenring (23) aus einer Dichtschicht (23a) und einer Federträgerschicht (23b) besteht.