DE19820405C2 - Kolbenring - Google Patents
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- F16F9/32—Details
- F16F9/36—Special sealings, including sealings or guides for piston-rods
- F16F9/368—Sealings in pistons
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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. In diesem Zusammenhang ist
auch die DE 44 11 006 A1 zu nennen.
Die DE 44 10 996 A1 beschreibt einen Schwingungsdämpfer, dessen Zylinderrohr durch
einen an einer Kolbenstange befestigten Kolben in zwei Arbeitsräume unterteilt wird,
wobei der Kolben einen Kolbenkörper umfaßt, mit Flüssigkeitsdurchtrittskanälen, die
von Ventilscheiben auf Auflagekörpern mit Ventilauflageflächen abgedeckt werden, und
der Kolbenkörper mittels mindestens eines Kolbenringes in Gleitverbindung mit dem
Zylinderrohr steht. Der Kolbenring deckt die Umfangsfläche des Kolbenkörpers ab und
stützt sich jeweils an der Kolbenober- und unterseite axial ab. Der Kolbenring weist ei
nen Stoß aut der einerseits durch eine vom oberen und unteren Rand beabstandete
Ausklinkung und andererseits von einem die Ausklinkung (63) im wesentlichen ausfül
lenden Fortsatz gebildet wird. Des weiteren besteht der Kolbenring aus einer am Kol
benkörper anliegenden Armierung und einer auf dieser Armierung angeordneten Gleit
schicht.
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 durch die Merkmale des
Patentanspruchs 1 gelöst
Diese Ausgestaltung des Kolbenringes ermöglicht es, daß zuerst das Federende am Kol
benring umgeformt wird und anschließend der Kolbenring auf den Kolben aufgescho
ben und dann unter Bildung der kreisringförmigen Auflagefläche fixiert wird. Dabei
kann eine ausreichend große axiale Vorspannung erreicht werden. Die Ausrichtung der
umgeformten Enden verhindert den Kontakt zur Innenwandung des Kolbenringes.
Um zu verhindern, daß zwischen den unterschiedlich umgeformten Abschnitten zu gro
ße Spannungsunterschiede vorliegen, bilden die Abschnitte mit unterschiedlichem Um
formwinkel in Umfangsrichtung einen wellenförmigen Verlauf des ersten Federendes.
Damit stützen die Abschnitte mit geringerem Umformwinkel die Abschnitte mit größe
rem Umformwinkel, wobei man auf Einschnitte zwischen den Abschnitten verzichten
kann, die einer Kerbwirkung unterliegen würden.
Bei einer alternativen Ausführungsform weist ein Federende des Kolbenrings einen
kreisbogenförmigen Übergang auf, der zwischen 90° und 180° ausgeführt ist und die
ses Federende auf einer ersten Oberseite des Kolbens zur Anlage kommt, wobei das
andere Federende im Bereich der gegenüberliegenden zweiten Oberseite mit einer kreis
ringförmigen Auflagefläche zur Anlage kommt, in dem das andere Federende hinsicht
lich des Umformwinkels dem Winkel zwischen der Mantelfläche und der zweiten Ober
seite angepaßt ist, wobei zwischen der Mantelfläche des Kolbens und dem Kolbenring
ein Druckring auf einem Absatz der dem Federende gegenüberliegenden Seite ange
ordnet ist der den Kolbenring radial gegen die zu dichtende Wandung vorspannt.
Das Ziel ist nicht die Erhöhung der Druckvorspannung des Kolbenringes an der zu dich
tenden Wandung, sondern das Konstanthalten 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 Kolbenring
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 (3)
1. Kolben mit aufgespanntem Kolbenring für ein Kolben-Zylinderaggregat, wobei der
Kolbenring eine Mantelfläche des Kolbens abdeckt und gegenüber den Zylinder ab
dichtet, 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, wobei das Federende (27) auf der ersten Oberseite (31) Abschnitte (47)
aufweist, die mit einen größeren Umformwinkel ausgeführt sind als deren nebenlie
genden Abschnitte (45) und die Abschnitte (45; 47) mit unterschiedlichem Umform
winkel in Umfangsrichtung einen ausschnittfreien wellenförmigen Verlauf des ersten
Federendes (27) bilden.
2. Kolben mit aufgespanntem Kolbenring für ein Kolben-Zylinderaggregat, wobei der
Kolbenring eine Mantelfläche des Kolbens abdeckt und gegenüber den Zylinder ab
dichtet, 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, wobei zwischen der Mantelfläche (25) des Kolbens (5) und dem Kol
benring (23) ein Druckring (37) auf einem Absatz (39) der dem Federende (27) gege
nüberliegenden Seite angeordnet ist, der den Kolbenring axial und radial gegen die
zu dichtende Wandung vorspannt.
3. Kolbenring nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kolbenring (23) eine Stoßfuge (41) mit einem Querversatz (41a) aufweist,
wobei ein Druckring (37) in Höhe des Querversatzes (41a) angeordnet ist.
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