DE3725101A1 - Kolben fuer kolben-zylinder-einheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein derartiger Kolben ist aus der DE-OS 35 13 839 bekannt. Hier­ bei besteht der Kolben aus einem mit der Kolben­ stange fest verbindbaren Kolbenträger und einem Kolbenring, der zwischen zwei Anschlägen des Kolbenträgers axial beweglich angeordnet ist. Der Innen-Durchmesser des Kolbenrings ist hierbei geringfügig kleiner als der Außen-Durchmesser eines Anschlages. Aufgrund dieser Ausgestaltung kann der Kolbenring auf dem Kolbenträger dadurch montiert werden, daß der Kolbenring über diesen Anschlag geschoben wird. Der aus hartelastischem Kunststoff bestehende Kolbenträger wird hierbei so weit verformt, daß der Kolbenring in die Kolben­ ring-Nut einrastet. Die Anlagefläche, die der Kolbenring gegen diesen Anschlag hat, ist allerdings sehr klein, so daß die Gefahr nicht auszuschließen ist, daß der Kolbenring nicht zuverlässig in der Kolbenring-Nut zwischen den Anschlägen gehalten wird.

Aus der DE-OS 29 25 642 (entsprechend US-PS 43 07 873) ist es bekannt, einen Kolben axial verschiebbar auf einer Kolbenstange anzuordnen, der federnde Vorsprünge aufweist, die einen an der Kolbenstange durch Nieten befestigten Kolben­ ring übergreifen, wodurch der Kolben gegen ein Herabfallen von der Kolbenstange gesichert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß einerseits eine einfache Montage des Kolben­ rings auf dem Kolben möglich ist, und daß anderer­ seits bei einfacher Montage des Kolbens auf der Kolbenstange ein zuverlässiger Sitz des Kolben­ rings gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 gelöst. Zentraler Ausgangspunkt der Erfindung ist, daß der Kolben insgesamt nur zweiteilig ausgebildet ist, wobei der Kolbenring in einer Kolbenring-Nut angeordnet ist, wie es bereits bekannt ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestal­ tung des Kolbens wird erreicht, daß einerseits der Kolben - gegebenenfalls unter radialer Aus­ lenkung der Sektoren zur gemeinsamen Achse hin ­ über den die Kolbenring-Nut aufweisenden Abschnitt geschoben wird und in die Kolbenring-Nut einrastet. Bei der anschließenden Montage des Kolbens auf der Kolbenstange werden die Sektoren radial nach außen geschwenkt, wodurch die Seitenwand der Kolbenring-Nut, über die der Kolbenring in die Kolbenring-Nut bei der Montage geschoben wurde, radial nach außen bewegt wird, so daß ein entspre­ chender sich radial ausreichend mit dem Kolbenring überlappender Anschlag geschaffen wird. Die zwischen den Sektoren befindlichen Schlitze können durch Filme überbrückt sein. Die Außenwand des Abschnitts, über den der Kolbenring in die Kolbenring-Nut eingeschoben wird, ist etwa kegelstumpfförmig ausgebildet. Gleiches gilt für die Bohrung in diesem Abschnitt, die beim Einschieben der Kolben­ stange zylindrisch aufgeweitet wird. Bei der Montage des Kolbens werden die Schlitze so aufge­ weitet, daß sie etwa Trapezform aufweisen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 eine als Gasfeder ausgebildete Kolben- Zylinder-Einheit mit einem Kolben nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Kolben und einen Kolbenring, jeweils geschnitten, und einen zugeordneten Abschnitt einer Kolbenstange in Explosionsdarstellung,

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Kolben gemäß Schnittlinie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Kolben gemäß der Schnittlinie IV-IV in Fig. 2,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch den Kolben am Beginn der Montage eines Kolbenrings,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch den Kolben und den Kolbenring während der Montage des Kolbenrings,

Fig. 7 einen Längsschnitt durch den Kolben mit montiertem Kolbenring, und

Fig. 8 einen Kolben mit montiertem Kolbenring in auf eine Kolbenstange montiertem Zustand.

Die in Fig. 1 dargestellte, als Gasfeder ausge­ bildete Kolben-Zylinder-Einheit weist ein im wesentlichen zylindrisches, aus einem Rohr herge­ stelltes Gehäuse 1 auf, das an einem Ende 2 geschlos­ sen ausgebildet ist. Aus dem anderen Ende 3 des Gehäuses 1 ist eine zylindrische Kolbenstange 4 herausgeführt, die koaxial zur Mittel-Längs-Achse 5 des Gehäuses 1 angeordnet ist. Die Kolbenstange 4 weist an ihrem im Gehäuse 1 befindlichen Ende einen Führungs-Kolben 6 auf, der weiter unten noch genauer beschrieben wird. Dieser Führungs- Kolben 6 stützt sich - zumindest mit einem Teil seines Außenumfangs - gegen die Innenwand 7 des Gehäuses 1.

Die Kolbenstange 4 ist am Ende 3 des Gehäuses 1 in einer Führungsbüchse 8 geführt, deren koaxial zur Achse 5 verlaufende, die Kolbenstange 4 auf­ nehmende Bohrung 9 der Kolbenstange 4 derart angepaßt ist, daß letztere in der Bohrung 9 geführt wird. Die Führungsbüchse 8 ist im Gehäuse 1 axial festgelegt.

Die Führungsbüchse 8 weist an ihrer dem Innenraum 10 des Gehäuses 1, also dem Führungs-Kolben 6 zuge­ wandten Stirnseite 11 einen angespritzten, ange­ klebten oder anvulkanisierten Dichtungskörper 12 aus einem elastischen Dichtungswerkstoff, wie geeigneten Kautschuk-Sorten oder geeigneten Kunst­ stoffen, auf. An diesem Dichtungskörper 12 ist eine dichtende, gegen die Innenwand 7 des Gehäu­ ses 1 anliegende Außen-Dichtung 13 und eine dich­ tend gegen die Kolbenstange 4 anliegende Innen- Dichtung 14 ausgebildet. Durch diese Art der Abdichtung ist der beispielsweise mit Druckgas oder aber mit Hydraulik-Öl oder mit Druckgas und einer kleinen Ölmenge gefüllte Innenraum 10 des Gehäuses 1 absolut dicht nach außen abgedichtet.

Wie sich aus Fig. 2 ergibt, weist der Kolben einen im wesentlichen zylindrischen Führungs­ körper 15 auf, dessen Außen-Durchmesser D geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser Di des Gehäu­ ses 1, so daß der Führungskörper 15 zwar koaxial zur Achse 5 gegenüber der Innenwand 7 an letzterer geführt wird, ein Durchtritt von Fluid, wie Druckgas oder Hydraulik-Öl zwischen Führungskörper 15 und Innenwand 7 aber möglich ist. Der Führungskör­ per 15 weist eine der Kolbenstange 4 weitgehend spielfrei angepaßte Bohrung 16 auf.

Der Führungskörper 15 ist mit zwei nach Art von Sekanten verlaufenden Ausnehmungen 17 versehen. Diese schneiden - wie sich aus den Fig. 2 und 3 ergibt - die Bohrung 16 an, so daß hier Öffnungen 18 gebildet sind. Die Ausnehmungen 17 befinden sich - bezogen auf die Richtung der Achse 5 - im mittleren Bereich des Führungskör­ pers 15, so daß in Richtung der Achse 5 beiderseits der Ausnehmungen 17 noch Seitenwände 19 der Ausneh­ mungen 17 bildende Material des Führungskörpers 15 ist.

An den Führungskörper 15 schließt sich ein Dämp­ fungs-Abschnitt 20 an, der einstückig mit dem Führungskörper 15 ausgebildet ist. Dieser Dämpfungs- Abschnitt 20 weist in unmontiertem Zustand eine ebenfalls koaxial zur Achse 5 verlaufende, sich an die zylindrische Bohrung 16 anschließende und von dieser aus verjüngende, kegelstumpfförmige Bohrung 21 auf. Die kegelstumpfförmige Bohrung 21 verjüngt sich also zum freien Ende 22 des Dämpfungs­ abschnitts 20 hin, das dem Führungskörper 15 abgewandt ist.

Der Dämpfungs-Abschnitt 20 wird im wesentlichen durch mehrere - im vorliegenden Fall vier - Ring­ sektoren 23 gebildet, die in gleichen Winkelab­ ständen - im vorliegenden Fall also in Winkelab­ ständen von 90° - kreissymmetrisch zur Achse 5 angeordnet sind. Zwischen jeweils zwei benachbar­ ten Ring-Sektoren 23 ist ein sich über die volle axiale Länge der Ring-Sektoren 23 erstreckender Schlitz 24 ausgebildet. Diese werden im Bereich der kegelstumpfförmigen Bohrung 21 jeweils durch dünne Filme 25 überbrückt. Mit anderen Worten heißt dies, daß die Schlitze 24 zwischen benachbarten Ring-Sektoren 23 zur kegelstumpfförmigen Bohrung 21 hin durch die Filme 25 verschlossen sind. Diese Filme 25 sind so dünn, wie es spritztechnisch realisierbar ist, d.h. ihre Dicke beträgt nur wenige Zehntel Millimeter. Selbstverständlich müssen die Filme 25 nicht vorgesehen sein; die Schlitze 24 können also auch die Ring-Sektoren 23 vollständig voneinander trennen.

Im Übergangsbereich vom Führungskörper 15 in den Dämpfungs-Abschnitt 20 ist in letzterem eine nach außen offene Kolbenring-Nut 26 ausgebildet. Die dem Führungskörper 15 zugewandte Nutwand 27 ist mit sich radial erstreckenden Dämpfungskanä­ len 28 versehen. In unmontiertem Zustand verläuft der Nutgrund 29 etwa parallel zur kegelstumpf­ förmigen Bohrung 21. Die der Nutwand 27 gegenüber­ liegende, dem freien Ende 22 des Dämpfungs-Ab­ schnitts 20 zugewandte Nutwand 30 verläuft etwa senkrecht hierzu, wie den Fig. 2, 5, 7 zu entnehmen ist.

Die sich von der Nutwand 30 bis zum freien Ende 22 erstreckende Außenwand 31 des Dämpfungs-Ab­ schnitts 20, die also durch die entsprechenden Außenflächen der Ring-Sektoren 23 gebildet wird, verläuft in unmontiertem Zustand etwa parallel zur kegelstumpfförmigen Bohrung 21, wie ebenfalls aus den Fig. 2, 5, 7 hervorgeht. Am freien Ende 22 geht die Außenwand 31 über einen abgerun­ deten Abschnitt 32 in eine ringförmige Stirnflä­ che 33 über.

In der Kolbenring-Nut 26 ist ein Kolbenring 34 zu montieren, der aus sehr hartelastischem Kunst­ stoff besteht, und dessen Außen-Durchmesser d etwa gleich dem Innen-Durchmesser Di des Gehäuses 1 ist, so daß er in montiertem Zustand und bei Anlage an der Innenwand 7 vollkommen gegenüber dieser abdichtet.

Der Innen-Durchmesser di des Kolbenrings 34 ist - wie sich aus Fig. 5 ergibt - etwa gleich dem Außen-Durchmesser d′ des Dämpfungs-Abschnitts 20 an seinem freien Ende. Beim Aufschieben des Kolben­ rings 34 auf diesen Dämpfungs-Abschnitt 20, d.h. über seine Außenwand 31 in Richtung auf den Führungs­ körper 15 werden die Ring-Sektoren 23 aufeinander zu gedrückt. Dies ist wegen der Schlitze 24 mög­ lich. Die dünnen Filme 25 behindern dieses Zusammen­ drücken nicht nennenswert. In der in Fig. 6 darge­ stellten Montage-Zwischenstellung des Kolben­ rings 34 ist der Dämpfungs-Abschnitt 20 so weit zusammengedrückt, daß er am Übergang von der Nutwand 29 zur Außenwand 31 einen Außen-Durch­ messer aufweist, der etwa dem Innen-Durchmesser di des Kolbenrings 34 gleich ist. Anschließend paßt der Kolbenring 34 in die Kolbenring-Nut 26 ein. Die Ring-Sektoren 23 weiten sich jetzt wieder elastisch in ihre Ursprungsstellung gemäß Fig. 2 bzw. 3 auf.

Bei der anschließenden Montage der Kolbenstange 4 wird diese in das freie Ende 22 der kegelstumpf­ förmigen Bohrung 21 eingeschoben, wobei die Ring- Sektoren 23 nach außen geschwenkt werden, da der Durchmesser D′ der Kolbenstange 4 in diesem Bereich deutlich größer ist, und zwar um 25 bis 40% größer ist als der Innen-Durchmesser di′ der Bohrung 21 im Bereich des freien Endes 22 des Dämpfungs-Abschnitts 20 bei noch nicht auf der Kolbenstange 4 montiertem Kolben 6. Nach dem Hindurchschieben der Kolbenstange 4 durch den Dämpfungs-Abschnitt 20 ist dessen Bohrung 21 zylindrisch mit einem durchgehenden Durchmesser, der dem der Kolbenstange 4 entspricht. Die Schlit­ ze 24 sind jetzt trapezförmig zum freien Ende 22 des Dämpfungs-Abschnitts 20 hin aufgeweitet. Die Filme 25 sind bei diesem Einschieben der Kolbenstange 4 und dem damit verbundenen Aufweit- Vorgang durchgerissen. Die Nutwand 30 verläuft jetzt radial, d.h. senkrecht zur Achse 5. Der Nutgrund 29 verläuft jetzt etwa konzentrisch und parallel zur Achse 5. Da die Ring-Sektoren 23 etwa um den Bereich der Nutwand 27 nach außen geschwenkt werden, wird die Nutwand 30 um einen Betrag nach außen verschwenkt, der dem Verhältnis des Abstandes a der Nutwände 27, 30 voneinander zur axialen Länge b des Dämpfungs-Abschnitts 20 entspricht.

Nach diesem Aufschieben des Führungs-Kolbens 6 auf die Kolbenstange wird diese in den Bereichen, die die beiden Öffnungen 18 durchsetzen, ver­ quetscht, so daß nach außen gerichtete Vorsprünge 35 entstehen, die etwa gegen die Seitenwände 19 der Ausnehmungen 17 anliegen, so daß der Führungs- Kolben 6 auf der Kolbenstange 4 axial festliegt. Das Herstellen solcher Vorsprünge 35 durch Verquet­ schen ist in der Technik bekannt. Hierzu werden zwei gegeneinander gerichtete Druckstempel etwa tangential im Umfangsbereich der Kolbenstange, d.h. in Richtung der Ausnehmungen 17 gegeneinan­ der drückend eingesetzt.

Die Wirkung des Kolbens ist im Rahmen des Üblichen. Bei Einfahr-Bewegungen der Kolbenstange 4 mit Führungs-Kolben 6 in das Gehäuse hinein entspre­ chend dem Richtungspfeil 36 liegt der Kolbenring 34 gegen die Nutwand 30 an, d.h. das im Innenraum 10 befindliche Fluid, beispielsweise also Druckgas, kann durch den Freiraum zwischen dem Kolbenring 34 und der Nutwand 27, den Freiraum zwischen dem Kolbenring 34 und dem Nutgrund 29 und die Schlit­ ze 24 in Richtung zum Ende 3 des Gehäuses 1, also entgegen dem Richtungspfeil 36, strömen. Die Einschubbewegung der Kolbenstange 4 mit Kol­ ben 6 ist also weitgehend ungedämpft. Beim Ausfah­ ren der Kolbenstange 4 mit Führungs-Kolben 6 aus dem Gehäuse entsprechend dem Richtungs­ pfeil 37 liegt der Kolbenring 34 gegen die Nut­ wand 27 an, so daß das Fluid nur durch die Dämp­ fungskanäle 28 entgegen dem Richtungspfeil 37 strömen kann, wodurch die Ausfahrbewegung der Kolbenstange 4 stark gedämpft wird.

Durch das Aufspreizen der Ring-Sektoren 23 beim Einführen der Kolbenstange 4 wird der Außen-Durch­ messer d′′ des Dämpfungs-Abschnitts 20 am Übergang der Nutwand 30 zur Außenwand 31 so weit vergrö­ ßert, daß er deutlich größer ist als der Innen- Durchmesser di des Kolbenrings 34, so daß letzterer also in der Kolbenring-Nut 26 bei Einfahrbewegun­ gen gemäß dem Richtungspfeil 36 fest gegen die Nutwand 30 anliegt.

Die Dimensionierung des Dämpfungs-Abschnitts 20 kann auch so sein, daß das Aufschieben des Kolben­ rings 34 auf den Dämpfungs-Abschnitt 20 über die Kante 38 zwischen Nutwand 30 und Außenwand 31 möglich ist, ohne daß die Ring-Sektoren 23 gemäß Fig. 6 radial zusammengedrückt werden.

Der Führungs-Kolben 6 ist bevorzugt aus einem geeigneten Kunststoff, beispielsweise einem Polyamid, gespritzt. Er kann aber auch aus einem geeigneten Spritzguß-Metall hergestellt sein, wenn die Ring-Sek­ toren im Bereich des Nutgrundes 29 ausreichend dünn hergestellt sind, so daß hier eine Aufweitung möglich ist.

Claims (9)

1. Kolben für Kolben-Zylinder-Einheit, insbesondere Gasfeder, die ein im wesentlichen zylindrisches, an einem Ende (2) geschlossenes, mit einem Fluid, insbesondere Druckgas, gefülltes Gehäuse (1) aufweist, in dem eine aus dessen anderem Ende (3) abgedichtet herausgeführte Kolbenstange (4) ver­ schiebbar geführt ist, die auf ihrem im Innen­ raum (10) des Gehäuses (1) befindlichen Ende auf einem Abschnitt den Kolben (6) trägt, wobei der Kolben (6) eine Kolbenring-Nut (26) aufweist, in der ein gegen Seitenwände (27, 30) der Nut (26) zur Anlage kommender Kolbenring (34) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich mindestens von der Kolbenring-Nut (26) bis zu einem freien Ende (22) erstreckender Abschnitt (20) des Kol­ bens (6) aus mehreren, durch Längs-Schlitze (24) voneinander getrennten Sektoren (23) besteht, und daß dieser Abschnitt (20) mit einer Boh­ rung (21) versehen ist, deren Durchmesser (di) am freien Ende (22) kleiner ist als der Durchmes­ ser (D′) des zugeordneten Abschnitts der Kol­ benstange (4).

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sektoren (23) durch die Schlitze (24) überbrückende Filme (25) miteinander verbunden sind.

3. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Außen-Durchmesser (d′) des durch die Sektoren (23) gebildeten Abschnitts (20) im Bereich von dessen freiem Ende (22) etwa gleich dem Innen-Durchmesser (di) des Kolbenrings (34) ist.

4. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außen-Durchmesser (d′′) des durch die Sektoren (23) gebildeten Abschnitts (20) im Über­ gangsbereich (Kante 38) der Kolbenring-Nut (26) zur Außenwand (31) des Abschnitts (20) mindestens gleich dem Innen-Durchmesser (di) des Kolben­ rings (34) ist.

5. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (24) sich über die Breite der Kolbenring-Nut (26) erstrecken.

6. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (D′) des die Sektoren (23) tragenden Abschnitts der Kolbenstange (4) um 25 bis 40% größer ist als der Durchmesser (di) der Bohrung (21) am freien Ende (22) des aus Sektoren (23) gebildeten Abschnitts (20).

7. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (21) sich kegelstumpfförmig zum freien Ende (22) des durch Sektoren (23) gebilde­ ten Abschnitts (20) hin verjüngt.

8. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sektoren (23) im Bereich der Kolbenring- Nut (26) an einem Führungskörper (15) angelenkt sind.

9. Kolben nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungskörper (15) des Kolbens (6) an der Kolbenstange (4) befestigbar ist.