DE19820405A1 - Kolbenring - Google Patents

Abstract

Kolbenring mit aufgespanntem Kolbenring für ein Kolben-Zylinderaggregat, wobei der Kolbenring eine Mantelfläche des Kolbens abdeckt und gegenüber den Zylinder abdichtet, wobei der Kolbenring eine Breite aufweist, die größer ist als die Höhe der Mantelfläche, so daß ein axialer Überstand des Kolbenringes zum Kolben vorliegt, der zu einem Federende umgeformt ist, das sich deckseitig axial am Kolben abstützt, wobei ein Federende einen kreisbogenförmigen Übergang aufweist, der zwischen 90 DEG und 180 DEG ausgeführt ist und dieses Federende auf einer ersten Oberseite des Kolbens zur Anlage kommt, wobei das andere Federende im Bereich der gegenüberliegenden zweiten Oberseite mit einer kreisringförmigen Auflagefläche zur Anlage kommt, in dem das andere Federende hinsichtlich des Umformwinkels dem Winkel zwischen der Mantelfläche und der zweiten Oberseite angepaßt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolbenring entsprechend dem Oberbegriff von Patentan­ spruch 1.

Die DE 195 01 792 C2 beschreibt einen Kolben mit einem Kolbenring, wobei der Kol­ benring besonders auf die speziellen Gegebenheiten eines flachen Kolbens ausgelegt ist. Dafür weist der Kolbenring eine Breite auf, die größer ist als eine Mantelfläche des Kolbens, so daß ein axialer Überstand vorliegt, der zu einem Federende umgeformt ist, das sich deckseitig am Kolben abstützt.

Sämtliche Ausführungsvarianten verfügen über einen kreisbogenförmigen Übergang, der größer ist als 180°. Eine Variante, dargestellt in der Fig. 3, verfügt über ein umge­ bogenes Federende, das mit seiner Stirnfläche auf der Kolbenoberseite zur Anlage kommt. Damit sind unter ungünstigen Bedingungen einige Nachteile verbunden. So kann bei einem hochbelasteten Kolbenring der Effekt auftreten, daß sich das umgebo­ gene Federende weiter in Richtung der Innenseite des Kolbenringes eindreht und sich der Kolbenring selbst belastet. Des weiteren können an der Innenseite des Kolbenringes Undichtigkeiten auftreten, die zwar nicht gravierend aber in einem Dämpfkraftdia­ gramm meßbar sind.

Besondere Belastungen treten bei einem Kolbenring immer dann auf, wenn der Kol­ benring bei einem Kolben für ein Kolben-Zylinderaggregat mit Nuten im Zylinder einge­ setzt wird. Der Kolbenring wird in Richtung des Nutgrundes deformiert und kann am Auslauf der Nut u. U. verwalkt werden. Deshalb verfügt der Kolben in der DE 36 11 288 A1 über einen Führungsring zur radialen Führung des Kolbens und einen Kolbenring, der die Dichtfunktion übernimmt. Aber auch bei dieser aufwendigen Lösung werden die Grenzen der Belastung bei modernen Fahrzeugen erreicht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kolbenring für einen Kolben zu reali­ sieren, der die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme hinsichtlich der Festig­ keit und Dichtheit behebt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer ersten Variante dadurch gelöst, daß ein Federende einen kreisbogenförmigen Übergang aufweist, der zwischen 90° und 180° ausgeführt ist und dieses Federende auf einer ersten Oberseite des Kolbens zur Anlage kommt, wobei das andere Federende im Bereich der gegenüberliegenden zweiten Ober­ seite mit einer kreisringförmigen Auflagefläche zur Anlage kommt, in dem das andere Federende hinsichtlich des Umformwinkels dem Winkel zwischen der Mantelfläche und der zweiten Oberseite angepaßt ist. Diese Ausgestaltung des Kolbenringes ermöglicht es, daß zuerst das Federende am Kolbenring umgeformt wird und anschließend der Kolbenring auf den Kolben aufgeschoben und dann unter Bildung der kreisringförmigen Auflagefläche fixiert wird. Dabei kann eine ausreichend große axiale Vorspannung er­ reicht werden. Die Ausrichtung der umgeformten Enden verhindert den Kontakt zur Innenwandung des Kolbenringes.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist das Federende auf der ersten Oberseite Abschnitte auf, die mit einen größeren Umformwinkel ausgeführt sind als deren neben­ liegenden Abschnitte. Um zu verhindern, daß zwischen den unterschiedlich umgeform­ ten Abschnitten zu große Spannungsunterschiede vorliegen, ist vorgesehen, daß Ab­ schnitte mit unterschiedlichem Umformwinkel in Umfangsrichtung einen wellenförmi­ gen Verlauf des ersten Federendes bilden. Damit stützen die Abschnitte mit geringerem Umformwinkel die Abschnitte mit größerem Umformwinkel, wobei man auf Einschnitte zwischen den Abschnitten verzichten kann, die einer Kerbwirkung unterliegen würden.

Zur Steigerung der zulässigen Querkraftfbelastung ist zwischen der Mantelfläche des Kolbens und dem Kolbenring ein Druckring angeordnet, der den Kolbenring radial ge­ gen die zu dichtende Wandung vorspannt. Das Ziel ist nicht die Erhöhung der Druckvor­ spannung des Kolbenringes an der zu dichtenden Wandung, sondern das Konstanthal­ ten der Dichtkraft und ggf. einen radialen Ausgleich bei Querkräften zu erreichen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Mantelfläche einen Absatz auf, auf dem der Druckring angeordnet ist. Der Kolben kann mittels eines spanlosen Fertigungsver­ fahrens hergestellt werden.

Alternativ kann der Druckring des Kolbenringes, sofern er eine Stoßfuge mit einem Querversatz aufweist, auch in Höhe des Querversatzes angeordnet sein, um die Dicht­ wirkung des Querversatzes zu erhöhen.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 Gesamtdarstellung eines Kolben-Zylinderaggregat

Fig. 2 und 3 Kolben/Kolbenring als Einzelteil

Die Fig. 1 zeigt beispielhaft ein Kolbenzylinderaggregat 1 in der Ausführung eines Ein­ rohrschwingungsdämpfers. Grundsätzlich läßt sich der Erfindungsgedanke auch bei an­ deren 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 Kolbenstange 7 verschließt eine Kolbenstangenführung 9 einen mit Dämpfmedium gefüllten Arbeitsraum 11, der durch einen Trennkolben 13 von einem Gasraum 15 ge­ trennt ist, der endseitig einen Boden 17 mit Auge 19 aufweist.

Bei einer Kolbenstangenbewegung wird Dämpfmedium durch Dämpfventile 21 im Kol­ ben 5 verdrängt. Ein Kolbenring 23, der eine Mantelfläche 25 des Kolbens 5 abdeckt, verhindert ein seitliches Umströmen des Kolbens.

Die Fig. 2a zeigt den Kolben 5 mit dem Kolbenring 23 als Einzelteil, wobei es sich in der Fig. 1 um einen besonders flachen Kolben und in dieser Fig. 2 um einen Kolben mit ei­ ner größeren Bauhöhe handelt. Das Prinzip des Kolbenringes ist aber identisch.

Der Kolbenring 23 ist breiter als die Höhe der Mantelfläche 23 des Kolbens. Infolge des­ sen liegt ein Überstand vor, der zu einem Federende 27 umgeformt ist. Ein Übergang 29 verbindet das Federende 27 mit dem Teil des Kolbenringes, der die Mantelfläche ab­ deckt. Der Übergang ist kreisbogenförmig ausgeführt und verfügt über einen Um­ formwinkel von im wesentlichen 180°, so daß die Stirnfläche des Federendes auf der Oberseite 31 zur Anlage kommt.

Das andere Ende des Kolbenringes 23 ist entsprechend der Kontur der zweiten Deckflä­ che 33 umgeformt, wodurch sich eine kreisringförmige Auflagefläche 35 ergibt. Bei der Herstellung der Baueinheit Kolben/Kolbenring wird zunächst der Kolbenring für das Fe­ derende 27 umgeformt. Anschließend schiebt man den Kolbenring über die Mantelflä­ che des Kolbens, bis das Federende auf der ersten Deckseite zur Anlage kommt. Das zweite überstehende Ende des Kolbenringes wird dann bis auf die zweite Deckseite um­ gebogen. Damit ist der Kolbenring axial federnd vorgespannt.

Die möglichst genaue Umformung des federnden Ende um 180° verhindert das Eindrin­ gen des Federendes in die Innenwandung des Kolbenringes. Des weiteren wird durch die kreisringförmige Anlagefläche 35 eine ausreichend lange Dichtstrecke zwischen den beiden Deckseiten des Kolbens erreicht, so daß eine Hinterspülung des Kolbenringes ausgeschlossen ist.

Für besonders beanspruchte Kolbenringe, insbesondere bei Querkräften, ist dem Kol­ benring 23 ein Druckring 37 beigeordnet, der eine radiale Vorspannkraft auf den Kol­ benring 23 ausübt und damit die Dichtwirkung erhöht, da nicht nur die Anpreßkraft auf einem definierten Niveau gehalten wird, sondern auch die Innenwandung des Kolben­ ringes nicht hinterspült werden kann.

In der Fig. 2a ist der Druckring 37 auf einem Absatz 39 der zweiten Deckseite 33 unter der Auflagefläche 35 verspannt. Man kann auf eine Kolbenringnut verzichten, wodurch der Herstellungsaufwand des Kolbens reduziert wird. Es kann auch ein gestanzter und gepreßter Kolben eingesetzt werden. Des weiteren übt der Druckring 37 eine Vor­ spannkraft in radialer und axialer Richtung aus. Damit wird auch einem axialen Spiel des Kolbenringes 23 entgegengewirkt.

Die Fig. 2b zeigt eine Alternativvariante, bei der der Druckring 37 in Höhe eines Quer­ versatzes 41a der Stoßfuge 41 des Kolbenringes 23 innerhalb einer Kolbenringnut 43 angeordnet ist. An dieser Stelle kann der Druckring die unvermeidliche Stoßfuge zuver­ lässig abdichten, da der Querversatz in seiner Dichtwirkung vom Druckring unterstützt wird.

Die Fig. 3a bis 3c stellen einen Kolbenring 23 dar, dessen umgeformte Federenden in Umfangsrichtung unterschiedliche Umformwinkel aufweist, so daß Abschnitte 45 vor­ liegen, die radial weiter innen liegen als Stützabschnitte 47 der Federenden 27. Die um­ geformten Abschnitte 45; 47 sind bis auf die Stoßfuge 41 miteinander verbunden, so daß die geschlossene Kontur des Federendes eine Wellenform ergeben. Wie aus der Fig. 3c ersichtlich ist, kann damit der Stützabschnitt 47 nicht mehr in Richtung der Innen­ wandung des Kolbenringes verformt werden.

Selbstverständlich kann die Ausführung nach den Fig. 3a bis 3c auch mit einem Druck­ ring entsprechend den Fig. 2a; 2b kombiniert werden.

Claims (6)

1. Kolbenring mit aufgespanntem Kolbenring für ein Kolben-Zylinderaggregat, wobei der Kolbenring eine Mantelfläche des Kolbens abdeckt und gegenüber den Zylinder abdichtet, wobei der Kolbenring eine Breite aufweist, die größer ist als die Höhe der Mantelfläche, so daß ein axialer Überstand des Kolbenringes zum Kolben vorliegt, der zu einem Federende umgeformt ist, das sich deckseitig axial am Kolben abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Federende (27) einen kreisbogenförmigen Übergang (29) aufweist, der zwi­ schen 90° und 180° ausgeführt ist und dieses Federende (27) auf einer ersten Ober­ seite (31) des Kolbens (5) zur Anlage kommt, wobei das andere Federende im Bereich der gegenüberliegenden zweiten Oberseite (33) mit einer kreisringförmigen Auflage­ fläche (35) zur Anlage kommt, in dem das andere Federende hinsichtlich des Um­ formwinkels dem Winkel zwischen der Mantelfläche und der zweiten Oberseite (33) angepaßt ist.

2. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federende (27) auf der ersten Oberseite (31) Abschnitte (47) aufweist, die mit einen größeren Umformwinkel ausgeführt sind als deren nebenliegenden Ab­ schnitte (45).

3. Kolbenring nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (45; 47) mit unterschiedlichem Umformwinkel in Umfangsrich­ tung einen wellenförmigen Verlauf des ersten Federendes (27) bilden.

4. Kolbenring nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Mantelfläche (25) des Kolbens (5) und dem Kolbenring (23) ein Druckring (37) angeordnet ist, der den Kolbenring radial gegen die zu dichtende Wandung vorspannt.

5. Kolbenring nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche (25) einen Absatz (39) aufweist, auf dem der Druckring (37) angeordnet ist.

6. Kolbenring nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenring (23) eine Stoßfuge (41) mit einem Querversatz (41a) aufweist, wobei der Druckring (37) in Höhe des Querversatzes (41a) angeordnet ist.