DE102012019618A1

DE102012019618A1 - Verfahren zum Herstellen eines Kolbens für eine Hubkolbenarbeitsmaschine, nach dem Verfahren hergestellter Kolben sowie Hubkolbenarbeitsmaschine mit wenigstens einem nach dem Verfahren hergestellten Kolben

Info

Publication number: DE102012019618A1
Application number: DE102012019618.0A
Authority: DE
Inventors: Lars Sommer; Uwe Stabenow
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 2012-10-06
Filing date: 2012-10-06
Publication date: 2014-04-10
Anticipated expiration: 2032-10-07
Also published as: DE102012019618B4; US20150209986A1; JP2015530521A; WO2014053211A1; JP6271564B2; KR20150064191A; KR102137167B1; US10040229B2

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines eine zentrale Kolbenlängsachse (19) und einen Kolbenumfang (9) aufweisenden Kolbens (8) mit einer Umfangsdichtung in Form einer kreisförmigen Topfmanschette (16), wobei die Topfmanschette (16) in ihrer die Funktionalkontur des Einbauzustandes aufweisenden Form aus einem im Kolben (8) gehaltenen sowie in einem Radialbereich (17) radial zur Kolbenlängsachse (19) ausgerichteten Schenkel und einem in einen Axialbereich (18) um etwa 90° abgebogenen, etwa parallel zur Kolbenlängsachse (19) ausgerichteten Schenkel besteht. Zur Reduzierung von Fertigungsschritten und um ein genaues Einpassen des Kolbens (8) in einen Zylinder (2, 31) einer Hubkolbenarbeitsmaschine (1) zu erreichen, ist vorgesehen, dass die Topfmanschette (16) als ebener oder gewölbter Vorformling (21, 21a) mit einem Radialbereich (17a, 17b), der den etwa radialen, zur Kolbenlängsachse (19) ausgerichteten Schenkel der Topfmanschette (16) bildet, am Kolben (8) angebracht wird, und danach ein über den Kolbenumfang (9) radial hinausragender Umfangsbereich (18a, 18b) in den um etwa 90° abgebogenen Axialbereich (18) der Topfmanschette (16) zur Erlangung der Funktionalkontur des Einbauzustandes der Topfmanschette (16) umgeformt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines eine zentrale Kolbenlängsachse und einen Kolbenumfang aufweisenden Kolbens mit einer Umfangsdichtung in Form einer kreisförmigen Topfmanschette, wobei die Topfmanschette in ihrer die Funktionalkontur des Einbauzustandes aufweisenden Form aus einem im Kolben gehaltenen sowie in einem Radialbereich radial zur Kolbenlängsachse ausgerichteten Schenkel und einem in einen Axialbereich um etwa 90° abgebogenen, etwa parallel zur Kolbenlängsachse ausgerichteten Schenkel besteht, zur Anordnung in einem Zylinder einer Hubkolbenarbeitsmaschine, beispielsweise eines Kolbenkompressors, einen nach dem Verfahren gefertigten Kolben sowie eine Hubkolbenarbeitsmaschine mit wenigstens einem nach dem Verfahren hergestellten Kolben.
Die DE 197 27 186 B4 offenbart eine Pendelkolben- und Zylinder-Anordnung. Der Pendelkolben ist einstückig zusammen mit einem Pleuel hergestellt. Eine Manschettendichtung aus Polytetrafluorethylen (PTFE) ist zwischen einem Kolbenrand und einer mittels einer zentralen Schraube am Kolben befestigten Druckplatte mit ihrem radial zur Kolbenlängsachse gerichteten Schenkel eingeklemmt, während ein um etwa 90° abgebogener, etwa parallel zur Kolbenlängsachse ausgerichteter, etwa kreisförmiger Schenkel die Abdichtung gegenüber einem Zylinder bewirkt, in dem sich der Kolben hin und her bewegt. Die Topfmanschette wird in der beschriebenen, die Funktionalkontur des Einbauzustandes aufweisenden Form zur Montage angeliefert und in dieser Form am Kolben mittels der Druckplatte befestigt, so dass sich der Kolben mit der Topfmanschette in den Zylinder einbauen lässt. Hierzu ist allerdings in der Regel ein Nachkalibrieren der Topfmanschette vor dem Einbau in den Zylinder erforderlich. Dieser Kalibrierschritt führt zu erhöhten Fertigungskosten.
Aus der EP 1 801 416 B1 ist eine Hubkolbenmaschine, insbesondere ein Kolbenkompressor bekannt, mit einem Zylinder, einen im Zylinder mittels einer Manschettendichtung abgedichtet laufenden Kolben, mit einem auf einer Kurbelwelle arbeitenden Antriebsmotor, dessen Antriebswelle von einer Bohrung der Kurbelwelle aufgenommen ist, und mit einem Pleuel mit einer Pleuelstange, an deren einem Ende ein Pleuelauge zur Aufnahme eines Kurbelwellenzapfens der Kurbelwelle ausgebildet ist und an deren anderem Ende der einstückig mit dem Pleuel ausgebildete Kolben angeformt ist. Die als Topfmanschette ausgebildete Dichtung ist mit ihrem radial in Richtung der Kolbenlängsachse verlaufenden Schenkel auf einer umlaufenden Schulter des Kolbens mittels eines Aufpressrings fixiert. Die Außenkonturen des Aufpressrings und des Kolbens sind ballig, insbesondere als Kugelabschnitt ausgebildet.
Der Aufpressring ist erforderlich, um erst die relativ steife und wie ein geschlossener Ring ausgebildete Manschettendichtung in axialer Richtung auf den Kolben bis zur Kolbenschulter aufzuschieben und dann den radial gerichteten Flansch auf dem Kolben zu fixieren. Der Aufpressring lässt sich allein durch eine Presswirkung zwischen dem Kolben und dem Aufpressring fixieren. Es ist aber auch möglich, den Aufpressring zusätzlich oder ausschließlich mit dem Kolben zu verkleben oder mit dem Kolben zu verschweißen, insbesondere durch Ultraschallschweißen, sofern der Aufpressring und der Kolben aus Kunststoff bestehen. Insbesondere bei einem Kolben aus Kunststoff treten in der Praxis häufig Probleme mit der Pressung zwischen dem Kolben und dem Aufpressring auf, die beispielsweise aus unterschiedlichen Materialien, wie einem metallischen Aufpressring und einem Kolben aus Kunststoff, oder bei einem Aufpressring und einem Kolben aus Kunststoff aus der mangelnden Presswirkung wegen der Fließwirkung des Kunststoffs resultieren können. Eine Klebeverbindung zwischen dem Aufpressring und dem Kolben stellt hohe Anforderungen an die Reinheit des Produktionsablaufs, ist nicht sehr prozesssicher und verursacht erhöhte Kosten. Dies gilt auch für ein Verschweißen des Aufpressrings mit dem Kolben.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Kolbens mit einer Umfangsdichtung in Form einer Topfmanschette, einen nach diesem Verfahren hergestellten Kolben sowie eine Kolbenarbeitsmaschine mit wenigstens einem nach diesem Verfahren hergestellten Kolben vorzuschlagen, für die weniger Arbeitsschritte als gemäß dem erwähnten Stand der Technik erforderlich sind, um die Funktionalkontur des Einbauzustandes herbeizuführen und die eine sichere sowie kostengünstige Befestigung der Topfmanschette am Kolben gewährleisten.
Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zum Herstellen eines eine zentrale Kolbenlängsachse und einen Kolbenumfang aufweisenden Kolbens mit einer Umfangsdichtung in Form einer kreisförmigen Topfmanschette, wobei die Topfmanschette in ihrer die Funktionalkontur des Einbauzustandes aufweisenden Form aus einem im Kolben gehaltenen sowie in einem Radialbereich radial zur Kolbenlängsachse ausgerichteten Schenkel und einem in einen Axialbereich um etwa 90° abgebogenen, etwa parallel zur Kolbenlängsachse ausgerichteten Schenkel besteht, dadurch, dass die Topfmanschette als ebener oder gewölbter Vorformling mit einem Radialbereich, der den etwa radialen, zur Kolbenlängsachse ausgerichteten Schenkel der Topfmanschette bildet, am Kolben angebracht wird, und danach ein über den Kolbenumfang radial hinausragender Umfangsbereich in den um etwa 90° abgebogenen Axialbereich der Topfmanschette zur Erlangung der Funktionalkontur des Einbauzustandes umgeformt wird.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, dass sich ein ebener oder gewölbter Vorformling zur Herstellung der Topfmanschette vom Dichtungshersteller kostengünstiger als eine die Funktionalkontur des Einbauzustands aufweisende Topfmanschette fertigen lässt und die Umformung der Topfmanschette in den um etwa 90° abgebogenen Axialbereich zur Erlangung der Funktionalkontur des Einbauzustandes im Zylinder direkt am Kolben erfolgen kann, wobei dieser Umformvorgang gleichzeitig das Kalibrieren des um etwa 90° abgebogenen Axialbereichs der Topfmanschette bewirkt und dafür kein zusätzlicher Arbeitsgang erforderlich ist.
Unter der Funktionalkontur des Einbauzustandes im Zylinder ist diejenige Kontur der Topfmanschette zu verstehen, welche die Topfmanschette aufweist, wenn der um etwa 90° abgebogene Axialbereich der Topfmanschette einen wenig größeren Durchmesser als der Innendurchmesser des Zylinders aufweist, in den der Kolben mit der Topfmanschette montiert wird, und zwar um ein solches Übermaß größer ist, dass durch die Pressung der Topfmanschette im Zylinder die geforderte Dichtwirkung bei gleichzeitig möglichst reibungsarmer Beweglichkeit des Kolbens erreicht wird.
Der umlaufende, radial zur Kolbenlängsachse gerichtete Radialbereich des ebenen oder leicht gewölbten Vorformlings kann in einem ersten Schritt mittels eines Aufpressrings am Kolben bleibend eingeklemmt werden, wonach in einem zweiten Schritt ein radial über den Umfang des Kolbens überstehender Umfangsbereich des Vorformlings in die Funktionalkontur des Einbauzustandes bleibend umgeformt wird, um den um etwa 90° abgebogenen, etwa parallel zur Kolbenlängsachse gerichteten und umlaufenden Axialbereich der Topfmanschette zu bilden.
Die eingangs erwähnte Aufgabe wird ferner durch ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines Kolbens mit einer Umfangsdichtung in Form einer Topfmanschette gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass in einem ersten Schritt der Vorformling so in ein Gießwerkzeug mit einem Formhohlraum zur Formung des Kolbens eingelegt wird, dass nur der umlaufende, radial zur Kolbenlängsachse gerichtete Radialbereich in den Formhohlraum ragt, dass in einem zweiten Schritt dieser in den Formhohlraum ragende Radialbereich durch Füllen des Formhohlraums mit Kolbenmaterial umgossen wird, und dass nach dem Entformen des Kolbens in einem dritten Schritt der radial über den Kolbenumfang überstehende Umfangsbereich des Vorformlings in die Funktionalkontur des Einbauzustandes bleibend umgeformt wird, um den um etwa 90° abgebogenen, etwa parallel zur Kolbenlängsachse ausgerichteten, umlaufenden Axialbereich der Topfmanschette zu bilden.
Die beiden genannten Verfahren lassen sich vorzugsweise in der Weise durchführen, dass das Umformen des radial über den Umfang des Kolbens überstehenden Umfangsbereichs des Vorformlings in die Funktionalkontur des Einbauzustands der Topfmanschette als Kalt- oder Warmumformung mittels eines den Umfangsbereich des Vorformlings umfassenden Kalibrierwerkzeugs erfolgt, das vorzugsweise ringförmig ausgebildet ist, einen etwa dem Außendurchmesser des die Funktionalkontur des Einbauzustandes der Topfmanschette aufweisenden, um etwa 90° abgebogenen Axialbereich der Topfmanschette entsprechenden Innendurchmesser aufweist und zur Umformung des radial überstehenden Umfangsbereichs des Vorformlings in den um etwa 90° abgebogenen Axialbereich der Topfmanschette in Achsrichtung, den Kolbenumfang umgreifend, über den radial überstehenden Umfangsbereich des Vorformlings relativ zum Kolben bewegt wird.
Anstelle eines separaten Kalibrierwerkzeugs lässt sich auch der Zylinder der Hubkolbenarbeitsmaschine als Kalibrierwerkzeug einrichten, so dass das Umformen des radial überstehenden Umfangsbereiches des Vorformlings in die Funktionalkontur des Einbauzustandes der Topfmanschette durch Einschieben des Kolbens mit dem daran angebrachten Vorformling in den Zylinder bewirkt wird.
Die Verwendung eines getrennten, ringförmigen Kalibrierwerkzeugs hat den Vorteil, dass sich das Kalibrierwerkzeug auf einfache Weise aufheizen lässt, wenn das Umformen des Umfangsbereichs des Vorformlings in die Funktionalkontur des Einbauzustands als Warmumformung bei einer vorgegebenen Temperatur, beispielsweise bei 200°C, durchgeführt wird. Das Aufheizen eines Zylinders der Hubkolbenarbeitsmaschine ist zwar auch möglich, jedoch schwieriger zu bewerkstelligen, da die Hubkolbenarbeitsmaschine im Bereich des Zylinders Ansaug- und Auslassorgane aufweist, welche die Anordnung einer Heizvorrichtung am Zylinder beeinträchtigen. Des Weiteren ist in diesem Fall ein abnehmbarer Zylinderkopf mit den Einlass- und Auslassorganen erforderlich, da der Kolben mit der die Funktionalkontur des Einbauzustandes aufweisenden Topfmanschette von der Zylinderkopfseite aus in den Zylinder eingeführt werden muss, um die Umformung des radial über den Umfang des Kolbens überstehenden Umfangsbereichs des Vorformlings in die Funktionalkontur des Einbauzustandes der Topfmanschette durchführen zu können. Vorteilhaft ist in diesem Fall, dass kein gesondertes Kalibrierwerkzeug erforderlich ist und das Umformen in die Funktionalkontur des Einbauzustandes beim Zusammenbau der Hubkolbenarbeitsmaschine erfolgt.
Die eingangs erwähnte Aufgabe wird ferner durch ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines Kolbens mit einer Umfangsdichtung in Form einer Topfmanschette gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine die Funktionalkontur des Einbauzustandes aufweisende Topfmanschette in einem ersten Schritt so in ein Gießwerkzeug mit einem Formhohlraum zur Formung des Kolbens eingebracht wird, dass ihr um etwa 90° abgebogener Axialbereich in eine von der Funktionalkontur des Einbauzustandes der Topfmanschette abweichende Form elastisch verformt wird und nur der Umlaufende, radial zur Kolbenlängsachse gerichtete Radialbereich der Topfmanschette in den Formhohlraum ragt, in einem zweiten Schritt dieser in den Formhohlraum ragende Radialbereich der Topfmanschette durch Füllen des Formhohlraums mit Kolbenmaterial umgossen wird, und in einem dritten Schritt der Kolben entformt wird, so dass der im Gießwerkzeug elastisch verformte, um etwa 90° abgebogene Umfangsbereich der Topfmanschette freigegeben wird und elastisch in die dem Einbauzustand entsprechende Funktionalkontur der Topfmanschette zurückkehrt.
Bei diesem Verfahren wird kein Vorformling in ein Gießwerkzeug eingebracht, sondern die einbaufertige Topfmanschette, deren umlaufender, radial zur Kolbenlängsachse gerichteter Radialbereich mit Kolbenmaterial umgossen wird. Wesentlich ist bei diesem Verfahren, dass der um etwa 90° abgebogene Axialbereich der Topfmanschette beim Einlegen in das Gießwerkzeug elastisch verformt wird und nach Fertigstellung des Kolbens und Entformung aus dem Gießwerkzeug in seine Ursprungslage zurückfedert.
Gemäß einer Ausführungsform dieses Verfahrens kann der um etwa 90° abgebogene Axialbereich der Topfmanschette beim Einbringen in das Gießwerkzeug um bis zu etwa 90° in eine etwa radiale Richtung und im Wesentlichen fluchtend mit dem radial zur Kolbenlängsachse ausgerichteten Radialbereich der Topfmanschette elastisch aufgebogen werden und vom Formwerkzeug umfasst werden, so dass dieser um etwa 90° aufgebogene Umfangsbereich der Topfmanschette beim Entformen des Kolbens vom Gießwerkzeug freigegeben wird, und der um etwa 90° aufgebogene Axialbereich der Topfmanschette elastisch in die um 90° abgebogene, die Funktionskontur des Einbauzustandes aufweisende Lage zurückfedert.
Um dieses Aufbiegen um etwa 90° besonders leicht durchführen zu können, kann der um etwa 90° abgebogene Axialbereich der Topfmanschette auf dem Umfang verteilte Sollbruchstellen aufweisen, die beim Aufbiegen aufreißen und sich beim Entformen beim Zurückfedern in die um etwa 90° abgebogene Stellung wieder schließen.
Sollen derartige Sollbruchstellen vermieden werden, ist es auch möglich, den um etwa 90° abgebogenen Axialbereich der Topfmanschette beim Einbringen in das Gießwerkzeug radial in Richtung der Kolbenlängsachse zu überbiegen und vom Gießwerkzeug umfassen zu lassen, so dass dieser um etwa 90° abgebogene und im Gießwerkzeug überbogene Axialbereich beim Entformen des Kolbens vom Gießwerkzeug freigegeben wird und elastisch in die um etwa 90° abgebogene, die Funktionskontur des Einbauzustands aufweisende, einen konischen Spalt zum Kolbenumfang hin bildende Lage zurückkehrt.
Wesentlich ist bei diesen Verfahrensvarianten, dass der radial zur Kolbenlängsachse gerichtete Radialbereich der Topfmanschette vom Kolbenmaterial umgossen wird und der Kolben dabei einstückig sowie materialeinheitlich mit dem Pleuelschaft geformt wird.
Die eingangs erwähnte Aufgabe wird des Weiteren durch einen Kolben mit einer Umfangsdichtung in Form einer Topfmanschette, hergestellt nach einem der vorstehend definierten Verfahren, gelöst.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Kolbens besteht darin, dass der Kolben als Pendelkolben einstückig mit einem Pleuel aus einem Pleuelschaft und einem Pleuelauge mit einer Lagerbohrung am vom Kolben abgewandten Ende des Pleuelschafts gefertigt ist. Ein solcher Pendelkolben mit einstückig angeformten Pleuel kann als Leichtmetallgussteil oder als Kunststoffspritzgussteil hergestellt sein. Insbesondere wenn der Kolben als Leichtmetallgussteil hergestellt ist, ist es möglich, einen Vorformling mittels eines Pressrings am Kolben zu befestigen, um anschließend mittels eines Kalibrierwerkzeugs die Funktionalkontur des Einbauzustandes der Topfmanschette anzuformen.
Sofern der Kolben mit dem Pleuel materialeinheitlich durch Kunststoffspritzgießen in einem Gießwerkzeug hergestellt wird, lässt sich der radial zur Kolbenlängsachse ausgerichtete Radialbereich sowohl eines Vorformlings als auch einer die Funktionalkontur des Einbauzustandes aufweisende Topfmanschette in einer Spritzgießform mit Kolbenmaterial umgießen und einfassen, so dass anschließend bei Verwenden eines Vorformlings das Umformen und Kalibrieren in die um etwa 90° abgebogene, einen etwa parallel zur Kolbenlängsachse ausgerichteten, um den Kolbenumfang umlaufenden Schenkel ergebenden Axialbereich erfolgen kann, oder der um etwa 90° abgebogene, etwa parallel zur Kolbenlängsachse verlaufende Axialbereich der Topfmanschette federt nach dem Entformen in die Funktionalkontur des Einbauzustandes zurück.
Für die Herstellung des Kolbens als Kunststoffspritzgussteil lässt sich ein dreiteiliges Gießwerkzeug verwenden, wovon zwei Formhälften in einer durch den Kolben und den Pleuelschaft sowie das Pleuelauge mittig verlaufenden Querebene geteilt sind und sich ein drittes Formteil in einer senkrecht zur Kolbenlängsachse verlaufenden Teilungsebene an die Formhälften anschließt, wobei die Teilungsebene für das dritte Formteil im Bereich der radial verlaufenden oder radial verformten Umfangsbereiche der Topfmanschette oder des Vorformlings angeordnet ist, die Schließ- und Öffnungsbewegungen der zwei Formhälften senkrecht zur Kolbenlängsachse und des dritten Formteils in Richtung der Kolbenlängsachse erfolgen, und die radial verlaufenden Umfangsbereiche der Topfmanschette oder die radial verformten Umfangsbereiche des Vorformlings bei geschlossenem Gießwerkzeug in Ausnehmungen in den zwei Formhälften und/oder im dritten Formteil aufgenommen sind. Da sich die zwei Formhälften nur quer zur Kolbenlängsachse sowie das dritte Formteil in Richtung der Kolbenlängsachse bewegen und somit keine Schrägzüge erforderlich sind, lässt sich das Gießwerkzeug kostengünstig herstellen und erfordert keine langen Taktzeiten für das Zusammenfahren und das Auseinanderfahren der Gießwerkzeugteile.
Der Kolben lässt sich auch mit einem zweiteiligen Gießwerkzeug herstellen, wenn die zwei Formhälften in einer durch den Kolben und den Pleuelschaft mittig verlaufenden Querebene geteilt sind, wobei der um etwa 90° abgebogene Axialbereich der Topfmanschette bei geschlossenem Gießwerkzeug in Ausnehmungen in den zwei Formhälften aufgenommen ist, die so bemessen sind, dass sie den um etwa 90° abgebogenen Axialbereich der Topfmanschette in Richtung der Kolbenlängsachse überbiegen, und wobei die Öffnungsbewegung der zwei Formhälften senkrecht zur Kolbenlängsachse erfolgt und dabei der um etwa 90° abgebogene Axialbereich der Topfmanschette in Richtung der Funktionalkontur des Einbauzustandes derselben zurückfedert.
Zur Lagesicherung im Kolben können der Radialbereich des Vorformlings und/oder der radiale, zur Kolbenlängsachse gerichtete Radialbereich der Topfmanschette Durchbrüche und/oder schwalbenschwanzförmige Ausschnitte aufweisen, die beim Herstellen des Kolbens durch das Kolbenmaterial ausgefüllt werden.
Zur Abdichtung der Topfmanschette gegenüber dem Kolben können der Radialbereich des Vorformlings und/oder der radiale, zur Kolbenlängsachse gerichtete Radialbereich der Topfmanschette mit einer oder mehreren umlaufenden Nuten und/oder Vorsprüngen versehen sein, die beim Montieren des Aufpressrings komprimiert werden oder beim Umgießen mit Kolbenmaterial in das Kolbenmaterial eindringen beziehungsweise vom Kolbenmaterial ausgefüllt werden.
Eine Kolbenarbeitsmaschine, beispielsweise ein Kompressor, lässt sich kostengünstig herstellen, wenn darin zumindest ein Kolben angeordnet ist, der gemäß einem der vorstehend definierten Merkmale hergestellt ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer, in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele weiter erläutert. In der Zeichnung zeigt
1 eine Teilschnittansicht einer Kolbenarbeitsmaschine mit Elektroantrieb,
2 eine aus Kunststoff spritzgegossene Kolben-Pleuel-Einheit vor dem Einbau in die Hubkolbenarbeitsmaschine gemäß 1,
3 eine Detailschnittansicht eines Gießwerkzeugs zum Spritzgießen einer Kolben-Pleuel-Einheit mit eingegossenem Vorformling,
4 eine Detailschnittansicht eines Gießwerkzeugs zum Kunststoffspritzgießen einer Kolben-Pleuel-Einheit mit eingegossener Topfmanschette,
5 eine Draufsicht auf einen Vorformling,
6 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der 5 des Vorformlings,
7 eine Teilschnittansicht einer Kolben-Pleuel-Einheit mit eingegossenem Vorformling vor dem Einführen in ein beheiztes Kalibrierwerkzeug,
8 eine Teilschnittansicht der Kolben-Pleuel-Einheit gemäß 7 nach dem Einführen in das Kalibrierwerkzeug und dem Umformen des Vorformlings,
9 eine Teilschnittansicht ähnlich 8 einer Kolben-Pleuel-Einheit nach dem Einführen in einen Zylinder der Hubkolbenarbeitsmaschine und dem Umformen des Vorformlings in eine Topfmanschette,
10 eine Ausführungsform einer Kolben-Pleuel-Einheit mit einer mittels eines Aufpressrings gehaltenen Topfmanschette aus einem ebenen Vorformling,
11 eine Teilschnittansicht einer Kolben-Pleuel-Einheit mit einer mittels eines Aufpressrings am Kolben befestigten Topfmanschette, ausgehend von einem flach gewölbten Vorformling.
Eine Hubkolbenarbeitsmaschine 1 weist wenigstens einen Zylinder 2 auf, der einstückig mit einem Zylinderkopf hergestellt ist, in dem nur eine Druckseite 7 des Kompressors teilweise dargestellt ist. Eine Saugseite ist nicht dargestellt. Die Druckseite 7 und die nicht dargestellte Saugseite sind übliche, allgemein bekannte Bauteile eines Kompressors und sind, da sie nicht Teil der Erfindung sind, nicht im Einzelnen beschrieben.
Der Zylinder 2 ist mit einem Kurbelgehäuse 2a verbunden, in welchem eine Kurbelwelle 3 mittels eines Kurbelwellenlagers 4 gelagert ist. Die Kurbelwelle 3 ist mit einem Hubzapfen 5 versehen und mit einem elektrischen Antriebsmotor 6 gekuppelt. Im Zylinder 2 ist ein als Pendelkolben ausgebildeter Kolben 8 mittels einer Umfangsdichtung in Form einer Topfmanschette 16 abgedichtet in einer Zylinderbohrung 32 geführt. Der Kolben 8 ist einstückig mit einem Pleuel, bestehend aus einem Pleuelschaft 10 und einem Pleuelauge 11, aus Kunststoff spritzgegossen hergestellt. Das Pleuelauge 11 weist eine Lagerbohrung 12 zur Aufnahme eines Pleuellagers in Form eines Wälzlagers 13 auf. Das Wälzlager 13 ist mit einer Bohrung 14 an seinem Innenring auf dem Hubzapfen 5 mittels einer Schraube 15 fixiert.
Da der Kolben 8 mit dem Pleuelschaft 10 einstückig hergestellt ist, führt er bei der Drehung der Kurbelwelle 3 während seiner durch den Hubzapfen 5 bewirkten Auf- und Abbewegung im Zylinder 2 eine Pendelbewegung aus und weist aus diesem Grund einen Kolbenumfang 9 in Form eines Kugelabschnitts auf. Derartige mit dem Pleuelschaft 10 einstückig hergestellte Pendelkolben 8 sind Stand der Technik und beispielsweise in der DE 197 27 186 B4 sowie in der EP 1 801 416 B1 beschrieben.
Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt einen mit einem Pleuelschaft 10 und einem Pleuelauge 11 einstückig hergestellten Kolben 8, die als Kunststoffspritzgussteil mit einer in den Kolben 8 eingegossenen Topfmanschette 16 hergestellt sind. Der Außenring des Pleuellagers 13 kann ebenso wie die Topfmanschette 16 von dem Kunststoff umgossen sein.
Die Topfmanschette 16 weist einen radial in Richtung einer Kolbenlängsachse 19 ausgerichteten Radialbereich 17, der in den Kolben 8 eingegossen ist, sowie einen außerhalb des Kolbenumfangs 9 herausragenden, um etwa 90° abgebogenen Axialbereich 18 auf, der in der Zylinderbohrung 32 des Zylinders 2, wie in 1 dargestellt, die Abdichtung des Kolbens 8 im Zylinder 2 bewirkt. Eine Möglichkeit, den Kolben 8 mit dem Pleuelschaft 10 und dem Pleuelauge 11 in einem Gießwerkzeug 25 herzustellen, ist in 3 dargestellt.
Ein Gießwerkzeug 25, das in 3 nur bereichsweise dargestellt ist, besteht aus zwei Formhälften 37, deren nicht dargestellte Teilungsebene durch die Kolbenlängsachse 19 verläuft. Von den beiden Formhälften ist nur eine Formhälfte 37 dargestellt, symmetrisch dazu ist eine zweite, nicht dargestellte Formhälfte angeordnet. Diese beiden Formhälften 37 werden zum Öffnen und Schließen des Gießwerkzeugs 25 senkrecht zur Kolbenlängsachse 19 aufeinander zu- und voneinander wegbewegt. Ein drittes Formteil 36 ist bezüglich der Formhälften 37 so angeordnet, dass es sich in Richtung der Kolbenlängsachse 19 gegen die Formhälften 37 und von diesen wegbewegen lässt. Dementsprechend ergibt sich eine Teilungsebene 38, die senkrecht zur Kolbenlängsachse 19 verläuft. Die beiden Formhälften 37 und das dritte Formteil 36 bilden in der dargestellten geschlossenen Stellung einen Formhohlraum 26, in den ein Kunststoff zum Formen des Kolbens 8, des Pleuelschafts 10 und des Pleuelauges 11 eingespritzt wird.
Gemäß 3 weisen die Formhälften 37 eine Ausnehmung 37a auf, die dazu bestimmt ist, einen flachen bzw. planen Umfangsbereich 18a eines Vorformlings 21 aufzunehmen. Diese Ausnehmung 37a lässt sich auch im dritten Formteil 36 anordnen, oder sie kann sich sowohl in die Formhälften 37 als auch in das dritte Formteil 36 erstrecken. Ein radial in Richtung der Kolbenlängsachse 19 in den Formhohlraum 26 ragender Radialbereich 17, 17a des Vorformlings 21 wird beim Füllen des Gießwerkzeugs 25 mit Kolbenmaterial von diesem Kolbenmaterial umschlossen und ist auf diese Weise mit dem Kolben 8 formschlüssig verbunden.
Aus 4 ist eine Ausführungsform ersichtlich, bei der das Gießwerkzeug 25 ebenfalls aus zwei Formhälften 37, deren Teilungsebene durch die Kolbenlängsachse 19 verläuft, und aus einem dritten Formteil 36, dessen Teilungsebene 38 gegenüber den Formhälften 37 senkrecht zur Kolbenlängsachse 19 verläuft, besteht. Bei dieser Ausführungsform wird eine die Funktionalkontur des Einbauzustandes aufweisende Topfmanschette 16 mit ihrem um etwa 90° abgebogenen Axialbereich 18 in eine Ausnehmung 37b der Formhälften 37 eingelegt, wobei die Ausnehmung 37b so geformt und bemessen ist, dass der um etwa 90° abgebogene Axialbereich 18 der Topfmanschette 16 in Richtung zu der Kolbenlängsachse 19 radial überbogen und beim Schließen der Formhälften 37 von diesen umfasst wird. Der in den Formhohlraum 26 ragende Radialbereich 17 der Topfmanschette 16 wird durch das in den Formhohlraum 26 eingespritzte Kunststoffmaterial umgossen und durch diesen formschlüssig festgehalten. Beim Öffnen der Formhälften 37 wird der um 90° umgebogene und im Gießwerkzeug 25 überbogene Axialbereich 18 freigegeben und kehrt elastisch in die in 2 dargestellte Stellung zurück, so dass sich zwischen dem Kolbenumfang 9 und der Innenseite des um etwa 90° abgebogenen Axialbereichs 18 der Topfmanschette 16 ein konischer Spalt 33 bildet, der erforderlich ist, um den Kolben 8 in jeder Hubstellung gegenüber der Zylinderbohrung 32 des Zylinders 2 abgedichtet zu führen.
Während in 3 ein ebener Vorformling 21 dargestellt ist, kann es auch erforderlich sein, einen in den 5 und 6 dargestellten Vorformling 21a zu verwenden, der im Gießwerkzeug 25 in der in 3 dargestellten Weise beim Schließen der beiden Formhälften 37 und des dritten Formteils 36 flachgedrückt wird. Zu diesem Zweck kann der Vorformling 21a gleichmäßig auf den Umfang verteilte Sollbruchstellen in Form von – von seiner Innenseite ausgehenden Nuten 22 – aufweisen, die in dem in den 5 und 6 dargestellten Zustand nur durch dünne Materialbereiche 22a verbunden sind. Beim Flachdrücken im Gießwerkzeug 25 zerreißen diese Materialbereiche 22a.
Um eine Lagesicherung der Topfmanschette 16 im Kolben 8 zu erreichen, kann der Vorformling 21, wie in 5 und 6 dargestellt, oder die Topfmanschette 16 in ihrem Radialbereich 17 Durchbrüche 23 und/oder schwalbenschwanzförmige Ausschnitte 24 aufweisen, die beim Füllen des Gießwerkzeugs 25 mit dem Kolbenmaterial ausgefüllt werden.
Nach dem Ausformen des Kolbens 8 mit angegossenem Pleuelschaft 10 und Pleuelauge 11 sowie eingegossenem Vorformling 21 ist ein Umformen des radial auswärts ragenden Umfangsbereichs 18a des Vorformlings 21 in die um etwa 90° abgebogene, die Funktionalkontur des Einbauzustandes aufweisende Form des Axialbereichs 18 der Topfmanschette 16 erforderlich. Gemäß den 7 und 8 kann dies mittels eines durch eine Wärmequelle 30 beheizbaren Kalibrierwerkzeugs 27 erfolgen. Dieses Kalibrierwerkzeug 27 weist eine konische Einlaufschräge 28 und eine zylindrische Innenoberfläche 29 auf, deren Durchmesser im Wesentlichen dem Durchmesser des um 90° abgebogenen Axialbereichs 18 der Topfmanschette 16 entspricht. Wird der Kolben 8 mit seinem radial überstehenden Umfangsbereich 18a über die Einlaufschräge 28 in die in 8 dargestellte Stellung im Kalibrierwerkzeug 27 bewegt, so legt sich der radial abstehende Umfangsbereich 18a des Vorformlings 21 um in den um etwa 90° abgebogenen Axialbereich 18 der Topfmanschette 16 und wird in dieser Stellung durch die Wärmeeinwirkung von der Wärmequelle 30 auf das Kalibrierwerkzeug 27 bleibend verformt, so dass er einbaufertig für die in 1 dargestellte Hubkolbenarbeitsmaschine 1 ist.
Wenn die Hubkolbenarbeitsmaschine 1 nicht wie in 1 dargestellt einen Zylinder 2 mit daran einstückig angeformtem Zylinderkopf aufweist, sondern in nicht dargestellter Weise mit einem vom Zylinder 2 getrennt montierbaren Zylinderkopf versehen werden kann, lässt sich ein Zylinder 31 mit einer Einlaufschräge 28 entsprechend dem Kalibrierwerkzeug 27 als Kalibrierwerkzeug verwenden, indem eine vorgefertigte Einheit aus dem Kolben 8 mit dem einstückig gefertigten Pleuelschaft 10 und dem Pleuelauge 11 sowie dem eingegossenen Vorformling 21 in der bezüglich der 7 und 8 beschriebenen Weise in die Zylinderbohrung 32 des Zylinders 31 eingeführt wird (9).
Handelt es sich bei dem Material der Topfmanschette 16 um ein gummielastisches Material, so ist eine Erwärmung des Zylinders 31 durch eine nicht dargestellte Wärmequelle nicht erforderlich. Handelt es sich beim Material der Topfmanschette 16 beispielsweise um Polytetrafluorethylen (PTFE), so muss der Zylinder 31, ähnlich wie das Kalibrierwerkzeug 27, mittels einer Wärmequelle 30 auf eine geeignete Temperatur erwärmt werden, um eine plastische Verformung des Axialbereichs 18 der Topfmanschette 16 zu bewirken.
Während der materialeinheitlich mit dem Pleuelschaft 10 und dem Pleuelauge 11 hergestellte Kolben 8 gemäß den 1 bis 4 und 7 bis 9 mit einer eingegossenen Topfmanschette 16 versehen ist, die aus gummielastischem Material oder PTFE besteht, so dass das Kolbenmaterial auch aus einem Kunststoffmaterial bestehen muss, das sich bei einer Temperatur spritzgießen lässt, die das Material der Topfmanschette 16 nicht beschädigt (es kann sich dabei beispielsweise um einen faserverstärkten Kunststoff, wie glasfaserverstärktes Polyamid handeln), kann die in den 10 und 11 dargestellte Ausführungsform aus Leichtmetallguss für den Kolben 8 und dem damit einstückig hergestellten Pleuelschaft 10 sowie dem Pleuelauge 11 bestehen. Bei dieser Ausführungsform wird ein ringförmiger Vorformling 21, 21a in ebener bzw. planer Form gemäß 10 oder in einer leicht aufgebogenen Form gemäß den 5, 6 und 11 mit seinem Radialbereich 17a, 17b zwischen einem kreisförmigen Absatz 8a und einem Aufpressring 20 am Kolben 8 befestigt. Der Aufpressring 20 kann durch eine Pressverbindung, Klebeverbindung oder Schweißverbindung am Kolben 8 gehalten sein und weist eine als Kugelabschnitt geformte Umfangsfläche 20a auf, komplementär zu dem ebenfalls als Kugelabschnitt geformten Kobenumfang 9 am kreisförmigen Absatz 8a des Kolbens 8.
Gemäß 10 wird ein ebener Vorformling 21 mit seinem Radialbereich 17a zwischen dem kreisförmigen Absatz 8a und dem Aufpressring 20 eingeklemmt. Danach wird ein Kalibrierwerkzeug 27 so gegenüber dem Kolben 8 axial bewegt, dass der zunächst radial abstehende Umfangsbereich 18a des Vorformlings 21 in den um etwa 90° abgebogenen Axialbereich 18 der Topfmanschette 16 in die Funktionalkontur des Einbauzustands umgeformt wird. Dabei verbleibt zwischen dem um etwa 90° abgebogenen Axialbereich 18 der Topfmanschette 16 und der Umfangsfläche 20a des Aufpressrings 20 ein konischer, umlaufender Spalt 33, der dem um etwa 90° abgebogenen Axialbereich 18 genügend Bewegungsspiel bei der Pendelbewegung des Kolbens 8 während der Auf- und Abbewegung im Zylinder 2, 31 bietet.
In 10 ist ersichtlich, dass der Radialbereich 17a des Vorformlings 21 umlaufende, axial ausgerichtete Vorsprünge 34 und wenigstens eine umlaufende Nut 35 aufweist, die eine Fixierung und Abdichtung des Radialbereichs 17, 17a der Topfmanschette 21 zwischen dem kreisförmigen Absatz 8a des Kolbens 8 und dem Aufpressring 20 bewirken. In 11 ist demgegenüber nur eine umlaufende Nut 35 im Radialbereich 17a des Vorformlings 21 dargestellt.
In ähnlicher Weise können die Umfangsbereiche 17a, 17b der Vorformlinge 21, 21a, wie in 5 dargestellt, glatt ausgebildet sein, während der kreisförmige Absatz 8a des Kolbens 8 und der Aufpressring 20 jeweils mit einem oder mehreren umlaufenden Vorsprüngen versehen sind.
Die Ausführungsform gemäß den 10 und 11 lässt sich auch mit einer Druckplatte, wie in der DE 197 27 186 B4 dargestellt und beschrieben, anstelle des in den 10 und 11 dargestellten Aufpressrings 20 verwirklichen, indem ein ebener Vorformling 21 gemäß 10 oder ein leicht gewölbter Vorformling 21a gemäß 11 am Kolben 8 durch eine Druckplatte fixiert wird, und in der in den 7 bis 11 dargestellten Weise in den um etwa 90° abgebogene Axialbereich 18 der Topfmanschette 16 umgeformt wird.
Alle in der vorgenannten Figurenbeschreibung, in den Ansprüchen und in der Beschreibungseinleitung genannten Merkmale sind sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander einsetzbar. Die Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen und beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt. Vielmehr sind alle Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
Bezugszeichenliste

1: Hubkolbenarbeitsmaschine
2: Zylinder, einstückig mit Zylinderkopf
2a: Kurbelgehäuse
3: Kurbelwelle
4: Kurbelwellenlager
5: Hubzapfen
6: Antriebsmotor
7: Druckseite der Hubkolbenarbeitsmaschine 1
8: Kolben
8a: Absatz
9: Kolbenumfang
10: Pleuelschaft
11: Pleuelauge
12: Lagerbohrung
13: Pleuellager
14: Bohrung für den Hubzapfen 5
15: Schraube
16: Topfmanschette
17: Radialbereich der Topfmanschette 16
17a: Radialbereich des Vorformlings 21
17b: Radialberreich des Vorformlings 21a
18: Axialbereich der Topfmanschette 16
18a: Flacher, radial überstehender Umfangsbereich des Vorformlings 21
18b: Schräg gestellter Umfangsbereich des Vorformlings 21a
19: Kolbenlängsachse
20: Aufpressring
20a: Umfangsfläche des Aufpressrings 20
21: Ebener Vorformling
21a: Gewölbter Vorformling
22: Sollbruchstellen
22a: Dünne Materialbereiche
23: Durchbrüche
24: Schwalbenschwanzförmiger Ausschnitt
25: Gießwerkzeug
26: Formhohlraum
27: Kalibrierwerkzeug
28: Einlaufschräge
29: Zylindrische Innenoberfläche des Zylinders 2, 31
30: Wärmequelle
31: Zylinder ohne Zylinderkopf
32: Zylinderbohrung
33: Konischer Spalt
34: Umlaufende Vorsprünge
35: Umlaufende Nut
36: Drittes Formteil
37: Formhälften
37a: Ausnehmung für radial gestellten Umfangsbereich 18a
37b: Ausnehmung für um 90° abgebogenen Axialbereich 18
38: Teilungsebene

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19727186 B4 [0002, 0042, 0057]
EP 1801416 B1 [0003, 0042]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines eine zentrale Kolbenlängsachse (19) und einen Kolbenumfang (9) aufweisenden Kolbens (8) mit einer Umfangsdichtung in Form einer kreisförmigen Topfmanschette (16), wobei die Topfmanschette (16) in ihrer die Funktionalkontur des Einbauzustandes aufweisenden Form aus einem im Kolben (8) gehaltenen sowie in einem Radialbereich (17) radial zur Kolbenlängsachse (19) ausgerichteten Schenkel und einem in einen Axialbereich (18) um etwa 90° abgebogenen, etwa parallel zur Kolbenlängsachse (19) ausgerichteten Schenkel besteht, zur Anordnung in einem Zylinder (2, 31) einer Hubkolbenarbeitsmaschine (1), beispielsweise eines Kolbenkompressors, dadurch gekennzeichnet, dass die Topfmanschette (16) als ebener oder gewölbter Vorformling (21, 21a) mit einem Radialbereich (17a, 17b), der den etwa radialen, zur Kolbenlängsachse (19) ausgerichteten Schenkel der Topfmanschette (16) bildet, am Kolben (8) angebracht wird, und danach ein über den Kolbenumfang (9) radial hinausragender Umfangsbereich (18a, 18b) in den um etwa 90° abgebogenen Axialbereich (18) der Topfmanschette (16) zur Erlangung der Funktionalkontur des Einbauzustandes umgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende, radial zur Kolbenlängsachse (19) gerichtete Radialbereich (17a, 17b) des ebenen oder gewölbten Vorformlings (21, 21a) in einem ersten Schritt mittels eines Aufpressrings (20) am Kolben (8) bleibend eingeklemmt wird, und dass in einem zweiten Schritt ein radial über den Umfang (9) des Kolbens (8) überstehender Umfangsbereich (18a, 18b) des Vorformlings (21, 21a) in die Funktionalkontur des Einbauzustands der Topfmanschette (16) bleibend umgeformt wird, um den um etwa 90° abgebogenen, etwa parallel zur Kolbenlängsachse (19) ausgerichteten, umlaufenden Axialbereich (18) der Topfmanschette (16) zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt der Vorformling (21, 21a) so in ein Gießwerkzeug (25) mit einem Formhohlraum (26) zur Formung des Kolbens (8) eingelegt wird, dass nur der umlaufende, radial zur Kolbenlängsachse (19) ausgerichtete Radialbereich (17a, 17b) in den Formhohlraum (26) ragt, dass in einem zweiten Schritt dieser in den Formhohlraum (26) ragende Radialbereich (17a, 17b) durch Füllen des Formhohlraums (26) mit Kolbenmaterial umgossen wird, und dass nach dem Entformen des Kolbens (8) in einem dritten Schritt der radial über den Kolbenumfang (9) überstehende Umfangsbereich (18a, 18b) des Vorformlings (21, 21a) in die Funktionalkontur des Einbauzustandes der Topfmanschette (16) bleibend umgeformt wird, um den um etwa 90° abgebogenen, etwa parallel zur Kolbenlängsachse (19) ausgerichteten, umlaufenden Axialbereich (18) der Topfmanschette (16) zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformen des Umfangsbereiches des Vorformlings (21, 21a) in die Funktionalkontur des Einbauzustandes der Topfmanschette (16) als Kalt- oder Warmumformung mittels eines den Umfangsbereich (18a, 18b) des Vorformlings (21, 21a) umfassenden Kalibrierwerkzeugs (27, 31) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibrierwerkzeug (27, 31) ringförmig ausgebildet ist, einen etwa dem Außendurchmesser des die Funktionalkontur des Einbauzustands der Topfmanschette (16) aufweisenden, um etwa 90° abgebogenen Axialbereich (18) der Topfmanschette (16) entsprechenden Innendurchmesser aufweist und zur Umformung des Umfangsbereichs (18a, 18b) des Vorformlings (21, 21a) in den um etwa 90° abgebogenen Axialbereich (18) der Topfmanschette (16) in Achsrichtung den Kolbenumfang (9) umgreifend, über den radial überstehenden Umfangsbereich (18a, 18b) des Vorformlings (21, 21a) relativ zum Kolben (8) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (31) der Hubkolbenarbeitsmaschine (1) als Kalibrierwerkzeug eingerichtet ist, und dass das Umformen des radial überstehenden Umfangsbereichs (18a, 18b) des Vorformlings (21, 21a) in die Funktionalkontur des Einbauzustandes der Topfmanschette (16) durch Einschieben des Kolbens (8) mit dem daran angebrachten Vorformling (21, 21a) in den Zylinder (31) bewirkt wird.
Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Funktionalkontur des Einbauzustandes aufweisende Topfmanschette (16) in einem ersten Schritt so in ein Gießwerkzeug (25) mit einem Formhohlraum (26) zur Formung des Kolbens (8) eingebracht wird, dass ihr um etwa 90° abgebogener Axialbereich (18) in eine von der Funktionalkontur des Einbauzustands abweichende Form elastisch verformt wird und nur der umlaufende, radial zur Kolbenlängsachse (19) gerichtete Radialbereich (17) in den Formhohlraum (26) ragt, in einem zweiten Schritt dieser in den Formhohlraum (26) ragende Radialbereich (17) durch Füllen des Formhohlraums (26) mit Kolbenmaterial umgossen wird, und in einem dritten Schritt der Kolben (8) entformt wird, so dass der im Gießwerkzeug (25) elastisch verformte, um etwa 90° abgebogene Axialbereich (18) der Topfmanschette (16) freigegeben wird und elastisch in die dem Einbauzustand entsprechende Funktionalkontur der Topfmanschette (16) zurückkehrt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der um etwa 90° abgebogene Axialbereich (18) der Topfmanschette (16) beim Einbringen in das Gießwerkzeug (25) um bis zu etwa 90° in eine etwa radiale Richtung und im Wesentlichen fluchtend mit dem radial zur Kolbenlängsachse (19) gerichteten Radialbereich (17) aufgebogen sowie vom Formwerkzeug (25) umfasst wird, und dass dieser um etwa 90° aufgebogene Axialbereich (18) der Topfmanschette (16) beim Entformen des Kolben (8) vom Gießwerkzeug (25) freigegeben wird, so dass der um etwa 90° aufgebogene Axialbereich (18) der Topfmanschette (16) elastisch in die um 90° abgebogene, die Funktionskontur des Einbauzustandes aufweisende Lage zurückfedert.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der um etwa 90° abgebogene Axialbereich (18) der Topfmanschette (16) beim Einbringen in das Gießwerkzeug (25) radial in Richtung der Kolbenlängsachse (19) überbogen und vom Gießwerkzeug (25) umfasst wird, und dass dieser überbogene Axialbereich (18) beim Entformen des Kolbens (8) vom Gießwerkzeug (25) freigegeben wird, so dass er elastisch in die um etwa 90° abgebogene, die Funktionskontur des Einbauzustandes aufweisende, einen konischen Spalt (33) zum Kolbenumfang (9) hin bildende Lage zurückkehrt.
Kolben mit einer Umfangsdichtung in Form einer Topfmanschette (16), hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.
Kolben nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (8) als Pendelkolben einstückig mit einem Pleuel aus einem Pleuelschaft (10) und einem Pleuelauge (11) mit einer Lagerbohrung (12) am vom Kolben (8) abgewandten Ende des Pleuelschafts (10) gefertigt ist.
Kolben nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (8) mit dem Pleuelschaft (10) und dem Pleuelauge (11) materialeinheitlich durch Kunststoffspritzgießen in einem Gießwerkzeug (25) hergestellt ist.
Kolben nach Anspruch 12, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1, 3, 8 oder 9, gekennzeichnet durch die Verwendung eines dreiteiligen Gießwerkzeugs (25), wovon zwei Formhälften (37) in einer durch den Kolben (8) und dem Pleuelschaft (10) sowie das Pleuelauge (11) mittig verlaufenden Querebene geteilt sind und sich ein drittes Formteil (36) in einer senkrecht zur Kolbenlängsachse (19) verlaufenden Teilungsebene (38) an die Formhälften (37) anschließt, wobei die Teilungsebene (38) für das dritte Formteil (36) im Bereich der radial verlaufenden oder radial verformten Axialbereiche (18) der Topfmanschette (16) oder der Umfangsbereiche (18a, 18b) des Vorformlings (21, 21a) angeordnet ist, die Schließ- und Öffnungsbewegungen der zwei Formhälften (37) senkrecht zur Kolbenlängsachse (19) und des dritten Formteils (36) in Richtung der Kolbenlängsachse (19) erfolgen, und die radial verlaufenden Umfangsbereiche (18) der Topfmanschette (16) oder die radial verformten Umfangsbereiche (18a, 18b) des Vorformlings (21) bei geschlossenem Gießwerkzeug (25) in Ausnehmungen (37a, 37b) in den zwei Formhälften (37) und/oder im dritten Formteil (36) aufgenommen sind.
Kolben nach Anspruch 12, hergestellt nach einem Verfahren gemäß Anspruch 10, gekennzeichnet durch die Verwendung eines wenigstens zweiteiligen Gießwerkzeugs (25), wovon zwei Formhälften (37) in einer durch den Kolben (8) und dem Pleuelschaft (10) mittig verlaufenden Querebene geteilt sind, und wobei der um etwa 90° abgebogene Axialbereich (18) der Topfmanschette (16) bei geschlossenem Gießwerkzeug (25) in Ausnehmungen (37b) in den zwei Formhälften (37) aufgenommen ist, welche so bemessen sind, dass sie den um etwa 90° abgebogenen Axialbereich (18) der Topfmanschette (16) in Richtung der Kolbenlängsachse (19) überbiegen, und wobei die Öffnungsbewegung der zwei Formhälften (37) senkrecht zur Kolbenlängsachse (19) erfolgt.
Kolben nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Radialbereich (17a, 17b) des Vorformlings (21, 21a) und/oder der radiale, zur Kolbenlängsachse (19) gerichtete Radialbereich (17) der Topfmanschette (16) zur Lagesicherung im Kolben (8) Durchbrüche (23) und/oder schwalbenschwanzförmige Ausschnitte (24) aufweist, die beim Herstellen des Kolbens (8) durch das Kolbenmaterial ausgefüllt werden.
Kolben nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Radialbereich (17a, 17b) des Vorformlings (21, 21a) und/oder der radiale, zur Kolbenlängsachse (19) gerichtete Radialbereich (17) der Topfmanschette (16) zur Abdichtung gegenüber dem Kolben (8) mit einer oder mehreren umlaufenden Nuten (35) und/oder Vorsprüngen (34) versehen sind.
Hubkolbenarbeitsmaschine (1) mit wenigstens einem Kolben (8) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 16.
Hubkolbenarbeitsmaschine (1), nämlich Kompressor, mit wenigstens einem Kolben (8) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 16.