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Die Erfindung betrifft einen Kolbenring entsprechend dem Oberbegriff von
Patentanspruch 1.
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Aus dem Stand der Technik sind Flachkolben in der Anwendung bei einem
Schwingungsdämpfer bekannt, bei denen ein Kolbenring einen im wesentlichen
uförmigen Querschnitt aufweist. Eine Mantelfläche dichtet einen Spalt zwischen
dem Kolben und einer Innenwandung eines Zylinders ab. Stützflächen des
Kolbenringes sorgen für eine axiale Sicherung des Kolbenringes jeweils auf der über
und Unterseite des Kolbens. Der Kolbenring besteht häufig aus einem steiferen
Kunststoff, so dass eine radiale Vorspannung zwischen dem Kolbenring und der
Innenwand erzielt werden kann. Zwischen dem Kolben und dem Kolbenring kann
im Bereich der Umfangsfläche des Kolbens ein geringfügiger Spalt vorliegen, da
die Maßtoleranzen vom Zylinder und vom Kolben ausgeglichen werden müssen.
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Bei einem Flachkolben, wie er beispielsweise aus der DE 197 07 633 bekannt ist,
kann es vorkommen, dass durch die sehr massiven Umformvorgänge eine
Gestaltungenauigkeit des Kolbens auftritt, die dazu führt, dass die Stützflächen nicht
mehr vollflächig auf der Ober- und Unterseite des Kolbens anliegen. Es bilden sich
sehr kleine Leckspalte zwischen der Ober- und Unterseite des Kolbens, die sich
insbesondere bei Schwingungsdämpfern mit einer tendenziell sportlichen
Auslegung negativ bemerkbar machen, indem die toleranzbedingten
Strömungsverbindungen eine Streuung bei der Dämpfkraft erzeugen.
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Eine Lösungsmöglichkeit kann darin gesehen werden, dass man den Kolben in
einem abschließenden Arbeitsschritt nachrichtet, um die Gestaltungenauigkeiten
zu eliminieren. Es ist zwar ein Erfolg messbar, der jedoch noch nicht ausreicht.
Des weiteren kann man die Toleranzen am Kolbenring einschränken, doch muss
man dann bei einer auch nur geringen Verkleinerung der zulässigen
Fertigungstoleranz mit einer überproportionale Erhöhung der Fertigungskosten rechnen.
In der genannten Schrift wird die Möglichkeit beschrieben, dass der Spalt
zwischen der Mantelfläche des Kolbenringes und der Innenwandung des Zylinders
mit einer Dichtung abgedichtet wird, die in einen Dichtungsträger eingebunden
ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Leckspalt an der Innenseite des
Kolbenringes zum Kolben mit einem möglichst geringen Aufwand zu minimieren.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Dichtung ausgehend
vom Dichtungsträger auf den Kolben ausgerichtet ist.
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Durch diese Maßnahme kann ohne Änderung der vorhandenen Toleranzen eine
drastische Verringerung des Leckspaltes erreicht, so dass dieser keinen
signifikanten Einfluss auf die angestrebten Dämpfkräfte ausübt.
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Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Dichtung auf der Ober-
und/oder Unterseite des Kolbens anliegt.
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Eine besonders vorteilhafte Lösung wird erreicht, wenn sich die Dichtung,
ausgehend vom Innendurchmesser der Halteflächen des Dichtungsträgers erstreckt. An
dieser Stelle kann vergleichsweise einfach eine Dichtung z. B. in der Form einer
Dichtlippe angebracht werden, deren Vorspannung durch den Betriebsdruck noch
erhöht werden kann.
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Alternativ kann die Dichtung innenseitig am Dichtungsträger am Übergang der
Haltefläche zur Mantelfläche angeordnet sein. Neben einer Dichtfunktion kann die
Dichtung auch einen Ausgleich für ein Axialspiel des Dichtungsträgers zum
Kolben bilden.
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So kann z. B. vorgesehen sein, dass der Dichtungsträger im Bereich des
Stützelements am Übergang der Haltefläche zum Innendurchmesser des Stützelements
über einen vorzugsweise umlaufenden Absatz verfügt, dessen radiale und axiale
Begrenzungsflächen einen eingespritzten Dichtungswerkstoff der Dichtung in
seiner Form bestimmt.
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In Abhängigkeit des Werkstoffs des Dichtungsträgers ist die Dichtung mit dem
Dichtungsträger stoffschlüssig verbunden. Man erreicht den Vorteil, dass keine
besondere Geometrien am Dichtungsträger und an der Dichtung notwendig sind.
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Alternativ kann die Dichtung mit dem Dichtungsträger formschlüssig verbunden
werden, wobei man dann eine freiere Auswahl hinsichtlich der Werkstoffe nutzen
kann.
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Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert
werden.
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Fig. 1 Schwingungsdämpfer in Gesamtdarstellung;
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Fig. 2 Kolben als Baugruppe;
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Fig. 3 Kolbenring als Einzelteil in perspektivischer Darstellung;
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Fig. 4 Teilansicht des Kolbenrings im Bereich des Stoßes;
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Fig. 5 Schnitt durch den Kolbenring im Bereich des Stoßes;
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Fig. 6 Detaildarstellung des Kolbenrings im Bereich der Nut für den Spannring;
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Fig. 7 Detaildarstellung des Kolbenrings mit einer angespritzten Dichtung.
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Die Fig. 1 zeigt beispielhaft ein Kolbenzylinder-Aggregat 1 in der Ausführung
eines Einrohrschwingungsdämpfers. Grundsätzlich lässt sich die Erfindung auch bei
anderen Kolbenzylinder-Aggregaten anwenden.
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Der Einrohrschwingungsdämpfer 1 besteht im wesentlichen aus einem
Druckrohr 3, indem ein Kolben 5 an einer Kolbenstange 7 axial beweglich angeordnet
ist. An der Austrittsseite der Kolbenstange 7 verschließt eine
Kolbenstangenführung 9 einen mit Dämpfmittel gefüllten Arbeitsraum 11, der durch einen
Trennkolben 13 von einem Gasraum 15 getrennt ist, der endseitig einen Boden 17 mit
einem Auge 19 aufweist.
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Bei einer Kolbenstangenbewegung wird Dämpfmedium durch Dämpfventile 21 im
Kolben 5, die von Ventilscheiben 23 gebildet werden, verdrängt. Ein
Kolbenring 25, der eine Umfangsfläche des Kolbens 5 abdeckt, verhindert ein seitliches
Umströmen des Kolbens.
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Die Fig. 2 zeigt den Kolben 5 auf der Kolbenstange 7 mit einer Stützscheibe 27
und einer Zentrierhülse 31. Diese Bauteile zentrieren sich alle an einem
Kolbenstangenzapfen 7a. Die Ventilscheibe 23 und eine Tellerfeder 33 zentrieren sich
wiederum an der Zentrierhülse 31. Ein Kolbenkörper 5a mit seinem Kolbenring 25
zentriert sich wiederum am Kolbenstangenzapfen 7a. Auf den Kolbenkörper wird
ein Federelement 35 gelegt. Als Federelement ist eine Wellfeder besonders
geeignet. Das Federelement hat nur eine sehr geringe Federrate/Federkraft, da es
nur die Zentrierhülse 31 für diese Kolbenseite tragen muss. Die Höhe ist so
bemessen, dass zwischen der Ventilscheibe 23 und der Zentrierhülse noch eine
Überdeckung vorliegt. Auch die Tellerfeder 33 kann sich an der Zentrierhülse
ausrichten, wobei die Zentrierhülsen beider Kolbenseiten nach Möglichkeit dieselbe
Höhe aufweisen sollen.
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Wenn der Kolben vorgespannt und beispielsweise mit einer Kolbenmutter 37
verschlossen wird, wird die Stützscheibe gegen die Kraft beider Tellerfedern 33 auf
den Kolbenkörper zugestellt. Die Federkraft des Federelementes 35 kann man bei
diesem Vorgang völlig vernachlässigen.
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Der Kolbenring 25 verfügt über einen uförmigen Querschnitt, so dass ausgehend
von der Mantelfläche 37 des Kolbenringes Stützsegmente 39; 41 mit ihren
Halteflächen 43; 45 jeweils an der Ober- und Unterseite des Kolbens angreifen und den
Kolbenring 25 axial zum Kolben 5 fixieren.
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Die Fig. 3 zeigt den Kolbenring 25 als Einzelteil in einer räumlichen Darstellung.
Dabei ist ein Stoß 47 erkennbar, der aus einer sich in Umfangsrichtung
erstreckenden Zunge 49 und einer entsprechenden Aussparung 51 besteht, so dass
sich der Kolbenring für die Montage radial aufweiten lässt.
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Die Fig. 4 zeigt eine Ansicht vom Kolbenring 25 von radial innen nach radial
außen. An den Rändern der Mantelfläche 37, die die Umfangsfläche des Kolbens
abdeckt, sind jeweils die Stützsegmente 39; 41 ausgeführt. Die Stützsegmente
der Mantelfläche setzen sich als Haltesegmente 53; 55 am Rand der Zunge 42 in
Umfangsrichtung fort. Die Haltesegmente 53; 55 verfügen, funktional identisch
wie die Stützsegmente 39; 41, über Halteflächen 57; 59, die sich an der
Kolbenober- und Unterseite abstützen. Damit ist die Zunge in Axialrichtung des Kolbens
eindeutig lagebestimmt.
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Um auch das Ende des Kolbenringes 25 mit der Aussparung 51 axial zu lagern,
sind an der Aussparung in Umfangsrichtung verlaufende Tragsegmente 61; 63
ausgeführt, die sich bei geschlossenem Stoß axial auf den Haltesegmenten 53; 55
der Zunge 49 abstützen. Dieser Zusammenhang ist in der Fig. 5 mit einem
Schnitt durch den Stoß dargestellt. Die Tragsegmente 61; 63 der Aussparung, die
in die Stützsegmente 39; 41 übergehen verschließen eine axial verlaufende
Stoßfuge zwischen dem vorderen Ende der Zunge 49 und dem Grund der
Aussparung.
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Es besteht auch die Möglichkeit, dass ausgehend von der Zunge radial innen an
den Haltesegmenten 53; 55 Zentrierstege 65; 67 ausgeführt sind, die radial an
den Tragsegmenten 61; 63 angreifen und damit ein radiales Aufweiten der Zunge
verhindern. Wenn die Zentrierstege über die ganze Länge der Zunge 49
ausgeführt sind, dann kann auch der größte Teil einer in Umfangsrichtung verlaufenden
Stoßfuge verschlossen werden.
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In der Fig. 2 ist ein Spannring 69 zu erkennen, der eine Dichtlippe 71 des
Kolbenringes 25 nach radial außen gegen eine nicht dargestellte Wandung vorspannt.
Die Fig. 6 zeigt den Kolbenring im Bereich einer Nut 73, in der der Spannring 69
gekammert ist. Der Spannring liegt deutlich außerhalb der Kolbenumfangsfläche,
so dass keinerlei konstruktive Maßnahmen am Kolben für den Spannring
vorgenommen werden müssen. Eine Nutseitenwand 75 wird von dem
Stützsegment 41 gebildet. Die Rückseite einer Dichtlippe 71 bildet eine zweite
Nutseitenwand 77, wobei der Abstand zwischen den Nutseitenwänden 75; 79
geringfügig größer ausgeführt ist als der Spannringdurchmesser, damit der Spannring
gesichert am Nutgrund anliegt.
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In der sehr starken Vergrößerung der Fig. 6 ist erkennbar, dass der Kolbenring 25
aus einem Dichtungsträger 25a und mindestens einer Dichtung 25b besteht.
Diese Dichtungen 25b sind ausgehend vom Dichtungsträger auf den Kolben
ausgerichtet. Der Dichtungsträger wird aus einem elastischen tendenziell etwas
härterem Werkstoff hergestellt, hingegen besteht die Dichtung aus einem
vergleichsweise weicheren Werkstoff, z. B. einem TPE.
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Um den Leckspalt zwischen der Ober- und Unterseite des Kolbens 5 zu
minimieren, liegt die Dichtung z. B. auf der Ober- und/oder Unterseite des Kolbens an. In
der Fig. 6 ist eine Variante dargestellt, bei der sich die Dichtung 25b, ausgehend
vom Innendurchmesser der Halteflächen 43; 45; 57; 59 des
Dichtungsträgers 25a erstrecken. Man kann vergleichsweise einfach eine Dichtlippe anformen,
die am Kolben anliegt und ggf. vom Betriebsdruck in den Arbeitsräumen
zusätzlich vorgespannt wird.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Dichtung 25b innenseitig am
Dichtungsträger 25a am Übergang der Haltefläche 43 zur Mantelfläche 37 angeordnet sein.
Der Kolben 5 verfügt zwangsläufig über eine mehr oder weniger kleine Fase
zwischen seiner Ober- bzw. Unterseite und seiner Umfangsfläche. In dem dann
verbleibenden Freiraum kann die Dichtung 25b gekammert sein. Damit wird ein
u. U. vorhandenes Axialspiel des Kolbenrings zum Kolben minimiert.
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In der Fig. 7 verfügt der Dichtungsträger 25a des Kolbenrings 25 im Bereich des
Stützelements 41 am Übergang der Haltefläche 43 zum Innendurchmesser des
Stützelements über einen vorzugsweise umlaufenden Absatz 81, dessen radiale
und axiale Begrenzungsflächen 81a; 81r einen eingespritzten Dichtungswerkstoff
für die Dichtung 25b in seiner Form bestimmt. Aufgrund der speziellen
Ausgestaltung des Absatzes ist es möglich, den Dichtungswerkstoff auch außerhalb
eines vollständig geschlossenen Spritzwerkzeugs an den Kolbenring 25
anzuspritzen. Die Dichtung 25b muss lediglich in Richtung der Kolbenober- oder Unterseite
eine Dichtfunktion ausüben. Trotz der zusätzlich angespritzten Dichtung 25b soll
der Stoß 47 am Kolbenring erhalten bleiben, damit die radiale Elastizität
gewährleistet ist.
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Generell kann die Dichtung mit dem Dichtungsträger stoffschlüssig verbunden
sein, beispielsweise durch ein Klebe- oder Vulkanisierungsverfahren. Dabei ist auf
eine entsprechende Werkstoffauswahl von Dichtungsträger und Dichtung zu
achten, da sich bestimmte Kunststoffkombinationen nicht stoffschlüssig verbinden
lassen.
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Alternativ kann die Dichtung mit dem Dichtungsträger formschlüssig verbunden
sein. Man fertigt die Dichtung mit einer Anzahl von Durchbrüchen. Während des
Anspritzens des Dichtungsträgers kann der Werkstoff des Dichtungsträgers die
Durchbrüche auffüllen und damit eine formschlüssige Verbindung herstellen.
Hinterschneidungen am Dichtungsträger, die spritztechnisch schwieriger zu
handhaben sind, können damit entfallen.