DE4226180A1 - Kolben-Kolbenstangen-Einheit und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents
Kolben-Kolbenstangen-Einheit und Verfahren zu deren HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kolben-Kolbenstangen-Einheit nach dem Ober
begriff des Anspruches 1 und ein Verfahren nach dem Oberbegriff des An
spruches 7.
Insbesondere bei längenverstellbaren Gasfedern mit einem Betätigungs-Ven
til an dem dem Kolbenstangenaustritt entgegengesetzten Ende des Gehäuses
muß die Verbindung zwischen Kolben- und Kolbenstange gasdicht sein,
damit die beiden in der Gasfeder durch den Kolben voneinander getrenn
ten Innenräume gasdicht voneinander getrennt sind. Zwischen der Außen
umfangsfläche und der Innenwand des zugeordneten Gehäuses ist hierzu
eine Dichtung vorgesehen. Zusätzliche Dichtungen müssen zwischen der
Kolbenstange und dem Kolben vorgesehen sein, da der Kolben als Ring
scheibe ausgebildet ist, der von einem zapfenförmigen Ende der Kolben
stange durchsetzt ist, das mit der Kolbenstange vernietet ist. Diese Aus
gestaltung ist bei den längenverstellbaren Gasfedern, wie sie weit ver
breitet sind, allgemein bekannt, beispielsweise aus der DE-PS 18 12 282
(entsprechend US-Patent 3 656 593) oder der EP 0 447 675 A1 (entspre
chend US Ser. No. 07/672.805). Der konstruktive Aufwand dieser Verbindun
gen ist groß; darüber hinaus ist nicht völlig auszuschließen, daß die
Verbindungen während des Betriebes undicht werden, was zur Folge hat,
daß die entsprechende Gasfeder unbrauchbar wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kolben-Kolbenstan
gen-Einheit der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die bei einfachem kon
struktivem Aufbau absolut gasdicht ist, und ein Verfahren zur Herstellung
dieser Verbindung anzugeben.
Diese Aufgabe wird bei einer Kolben-Kolbenstangen-Einheit nach dem Ober
begriff des Anspruches 1 erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kenn
zeichnungsteil des Anspruches 1 gelöst. Dadurch, daß der Kolben über
seinen gesamten Querschnitt geschlossen ist, da er einen geschlossenen
Boden aufweist, ist die Verbindung von Kolbenstange und Kolben absolut
gasdicht. Die Verbindung von Kolbenstange und Kolben ist auch unlösbar
und damit sicher, da zwischen Kolben und Kolbenstange ein Formschluß,
also beispielsweise nicht nur eine Gewindeverbindung, besteht. Eine der
artige Kolben-Kolbenstangen-Einheit ist selbstverständlich nicht nur in
längenverstellbaren Gasfedern, sondern beispielsweise auch in Hydraulik-
Zylindern einsetzbar.
Die Ansprüche 2 und 3 geben besonders bevorzugte Ausgestaltungen der
Formschluß-Verbindung wieder. Anspruch 4 stellt sicher, daß die Kolben
stange eine exakt zentrierte und ausgerichtete Lage zum Kolben aufweist.
Durch die Ansprüche 5 und 6 wird erreicht, daß der hülsenförmige Ab
schnitt der Kolbenstange nur so lang ist, daß er in vollem Umfang im
Sackloch des Kolbens aufgenommen wird, andererseits aber auch die min
destens eine Ausnehmung überdeckt, so daß er dort verformt werden kann.
Anspruch 7 gibt ein einfaches Verfahren zur Herstellung der formschlüssi
gen Verbindung wieder.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand
der Zeichnung. Es zeigt
Fig. 1 eine längenverstellbare Gasfeder mit einer Kolben-Kolbenstangen-
Einheit,
Fig. 2 einen Kolben und das an diesem zu befestigende Ende einer Kol
benstange vor der Verbindung miteinander und
Fig. 3 die Herstellung der Verbindung von Kolben und Kolbenstange.
Die in Fig. 1 dargestellte längenverstellbare Gasfeder weist ein Gehäuse 1
auf, das im wesentlichen aus zwei konzentrisch ineinander gelagerten
Rohren mit unterschiedlichem Durchmesser, nämlich einem Innenzylinder 2
und einem Außenzylinder 3, besteht. Zwischen dem Außenzylinder 3 und
dem Innenzylinder 2 ist aufgrund des unterschiedlichen Durchmessers von
Innenzylinder 2 und Außenzylinder 3 ein Ringraum 4 gebildet.
In dem Innenzylinder 2 ist ein weiter unten noch genauer zu beschreiben
der Kolben 5 axial verschiebbar angeordnet, der mittels einer Dichtung 6
gegenüber der Innenwand 7 des Innenzylinders 2 gasdicht abgedichtet ist.
Die O-ringförmige Dichtung 6 liegt in einer Ringnut 8 in einer zum Teil
zylindrischen Außenumfangsfläche 9 des Kolbens 5. Der Kolben 5 ist an
einem Ende einer Kolbenstange 10 befestigt, die koaxial zur gemeinsamen
Mittel-Längs-Achse 11 von Gehäuse 1 und Kolbenstange 10 verschiebbar
geführt ist. Sie ist aus einem Ende des Gehäuses 1 herausgeführt. An
diesem Ende ist das Gehäuse 1 durch eine Abschlußscheibe 12 verschlos
sen, die an ihrem Außenumfang mit einer Ringdichtung 13 gegenüber der
Innenwand 14 des Außenzylinders 3 gasdicht abgedichtet ist. Die Ab
schlußscheibe 12 ist durch eine Umbördelung 15 des Außenzylinders 3
axial nach außen gehalten. Auf der Innenseite liegt gegen die Ab
schlußscheibe 12 eine topfförmige Hülse 16 an, die eine Mehrfach-Lippen-
Dichtung 17 aufnimmt, die mit ihren Lippen dichtend gegen die Kolben
stange 10 anliegt. Dadurch wird ein Gasaustritt entlang der Oberfläche
der Kolbenstange 10 nach außen unterbunden. Gegen die Hülse 16 stützt
sich vom Innenraum 18 des Gehäuses 1 her ein an der Innenwand 14 des
Außenzylinders 3 anliegendes Zentrierstück 19 ab, das mit Rippen 20 ver
sehen ist, auf denen der Innenzylinder 2 mit seiner Innenwand 7 radial
abgestützt, also zentriert, ist. Auf diesen Rippen 20 ist der Innenzylinder
2 auch axial fest abgestützt, also axial einseitig festgelegt. Dadurch daß
nur Rippen 20 zur Zentrierung und axialen Abstützung des Innenzylinders
2 vorgesehen sind, ist in diesem Bereich der Ringraum 4 mit dem Innen
raum 18 im Innenzylinder 2 verbunden, der zwischen dem Kolben 5, dem
kolbenstangenaustrittseitigen Ende des Gehäuses 1 und der Innenwand 7
des Innenzylinders 2 begrenzt wird. Zwischen den Rippen 20 sind also
Überströmkanäle 21 zwischen dem Innenraum 18 und dem Ringraum 4 ge
bildet.
An dem dem Kolbenstangenaustritt entgegengesetzten Ende des Gehäuses 1
ist ein Ventil 22 angeordnet, mittels dessen der im Innenzylinder 2 zwi
schen dem Kolben 5 und dem Ventil 22 befindliche Innenraum 23 mit dem
Ringraum 4 und damit dem anderen Innenraum 18 verbunden bzw. von
diesem getrennt werden kann.
Das Ventil 22 weist einen Ventilkörper 24 auf, der in seinem axialen
mittleren Bereich mit einem Ringbund 25 versehen ist, der an der Innen
wand 14 des Außenzylinders 3 anliegt, wodurch der Ventilkörper 24 im
Außenzylinder 3 zentriert wird. Der Ventilkörper 24 ist mittels zweier
Ringdichtungen 26, 27 zum einen gegen die Innenwand 14 des Außenzylin
ders 3 bzw. die Innenwand 7 des Innenzylinders 2 gasdicht abgedichtet.
Das Ventil 22 weist einen koaxial zur Achse 11 im Ventilkörper 24 geführten
Betätigungsstift 28 auf, mittels dessen beim Hereindrücken des Betäti
gungsstiftes 28 in den Ventilkörper 24 hinein das Ventil geöffnet und da
mit der Innenraum 23 mit dem Ringraum 4 und damit dem gegenüberlie
genden Innenraum 18 verbunden werden kann. Der Betätigungsstift 28 ist
in Fig. 1 in der geschlossenen Stellung des Ventils 22 dargestellt. Die
Innenräume 18, 23 und der Ringraum 4 sind mit Druckgas und einer klei
nen Menge Öl gefüllt, wobei das Öl zur Schmierung der Kolbenstange 10
und damit auch zur Verbesserung der Abdichtung zwischen Kolbenstange
10 und Dichtung 17 dient. Der Ventilkörper 24 des Ventils 22 ist mittels
einer Umbördelung 29 des Außenzylinders 3 in Richtung der Achse 11 ge
gen ein Herausschieben aus dem Gehäuse 1 gesichert und festgelegt. Die
längenverstellbare Gasfeder ist - soweit sie bisher beschrieben wurde -
allgemein bekannt und in der Praxis weit verbreitet. Sie ist beispielswei
se aus der DE-PS 18 12 282 (entsprechend US-Patent 3 656 593) oder der
EP 0 447 675 A1 (entsprechend US Ser. No. 07/672.805) bekannt.
Wie aus den Zeichnungsfiguren hervorgeht, ist der Kolben 5 als geschlos
sener Körper ausgebildet, d. h. er weist auf seiner der Kolbenstange 10
abgewandten, dem Innenraum 23 zugewandten Seite einen geschlossenen
Boden 30 auf. Die Kolbenstange 10 ist in einem Sackloch 31 des Kolbens 5
angeordnet. Das Sackloch 31 ist zylindrisch ausgebildet und weist in sei
nem dem Boden 30 benachbarten Bereich eine Ringnut 32 von etwa trapez
förmigem Querschnitt auf, die sich vom Sackloch radial nach außen ver
jüngt. Beiderseits dieser Ringnut 32 sind ringzylindrische Abschnitte
33, 33′ des Sackloches 31 mit einem Innendurchmesser d angeordnet. Die
Ringnut 32 ist gegenüber der die Dichtung 6 aufnehmenden Ringnut 8 in
der Außenumfangsfläche 9 des Kolbens 5 in Richtung der Achse 11 hin zum
Boden 30 versetzt.
Die Kolbenstange 10 weist an ihrem mit dem Kolben 5 zu verbindenden En
de einen hülsenförmigen Abschnitt 34 auf, dessen dünne ringzylindrische
Wand 35 durch ein zur Achse 11 koaxiales Sackloch 36 gebildet ist. Der
Außendurchmesser D des hülsenförmigen Abschnitts 34, der im übrigen
identisch ist mit dem Durchmesser der Kolbenstange 10, ist gleich dem In
nendurchmesser d des Sackloches 31 des Kolbens 5, so daß der hülsenför
mige Abschnitt 34 spielfrei in das Sackloch 31 des Kolbens 5 eingescho
ben werden kann. Die Länge a des hülsenförmigen Abschnitts 34 ist klei
ner als die Tiefe b des Sackloches 31, aber größer als der maximale Ab
stand c von Boden 30 und Ringnut 32, so daß nach dem vollständigen
Einschieben des hülsenförmigen Abschnitts 34 in das Sackloch 31 die
Ringnut 32 im Kolben 5 vollständig von der dünnen Wand 35 des hülsen
förmigen Abschnitts 34 überdeckt wird. Andererseits befindet sich im Be
reich der Öffnung 37 des Sackloches 31 bereits der massive Bereich der
Kolbenstange 10. Die Dicke e der Wand 35 des hülsenförmigen Abschnitts
34 beträgt bei einem Durchmesser D des hülsenförmigen Abschnitts 34 von
etwa 10 mm in der Regel 0,7 bis 1 mm. Die Kolbenstange 10 besteht aus
üblichem Baustahl. Der Kolben 5 besteht aus einer Leichtmetall-Legierung,
üblicherweise Aluminium-Druckguß.
Zur Herstellung der Verbindung zwischen Kolben 5 und Kolbenstange 10
wird der hülsenförmige Abschnitt 34 der Kolbenstange 10 in das Sackloch
31 des Kolbens 5 eingeschoben, bis die Wand 35 auf dem Boden 30 des
Kolbens 5 aufsitzt. Der Kolben 5 wird in einer seiner Außenform im we
sentlichen angepaßten Aufnahme 38 eines Pressentisches 39 gehalten.
Die Kolbenstange 10 ist mit einer in Richtung der Achse 11 zum Kolben 5 hin
wirkenden Kraft P beaufschlagt, die beispielsweise durch eine nicht dar
gestellte hydraulische Presse aufgebracht werden kann. Durch diese Kraft
P wird der sich gegen den Boden 30 des Kolbens 5 abstützende hülsenför
mige Abschnitt 34 gestaucht, wobei dessen Wand sich in die Ringnut 32
des Sackloches 31 des Kolbens 5 ausbaucht. Diese Ausbauchung bildet ei
nen nach außen über die Wand 35 vorstehenden Ringbund 40, der die
Ringnut 32 zumindest teilweise ausfüllt, so daß die Kolbenstange 10 und
der Kolben 5 in Richtung der Achse 11 fest miteinander verbunden sind.
Die Verbindung von Kolben 5 mit Kolbenstange 10 ist gasdicht, da der
Kolben 5 einen geschlossenen Boden 30 aufweist, d. h. im Bereich der Kol
benstange 10 kann bei der in Fig. 1 dargestellten und oben beschriebenen
Gasfeder kein Druckgas vom Innenraum 18 zum Innenraum 23 gelangen.
Wegen des geschlossenen Bodens 30 sind keinerlei gesonderte Abdichtungs
maßnahmen im Bereich der Kolbenstange 10 notwendig.
Die Außenumfangsfläche 9 des Kolbens 5 weist im Bereich des geschlosse
nen Bodens 30 einen verjüngten Abschnitt 41 auf, der ein Einführen des
Kolbens 5 in den Innenzylinder 2 bei der Montage der Gasfeder erleichtert
und der Kantenpressungen zwischen der Außenumfangsfläche 9 und der In
nenwand 7 des Innenzylinders 2 verhindert.
Claims (7)
1. Kolben-Kolbenstangen-Einheit, insbesondere für eine längenverstellbare
Gasfeder, bestehend aus einer Kolbenstange (10), einem Kolben (5) und
einer gasdichten Verbindung zwischen Kolben (5) und Kolbenstange (10),
dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (5) einen geschlossenen Boden
(30) und ein einseitig offenes Sackloch (31) aufweist und daß die Kolben
stange (10) an einem Ende einen in dem Sackloch (31) des Kolbens (5)
angeordneten hülsenförmigen Abschnitt (34) aufweist, der formschlüssig
mit dem Kolben (5) verbunden ist.
2. Kolben-Kolbenstangen-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Sackloch (31) mit mindestens einer Ausnehmung (Ringnut 32) ver
sehen ist, in die eine Ausbauchung (Ringbund 40) des hülsenförmigen Ab
schnitts (34) der Kolbenstange (10) hineinragt.
3. Kolben-Kolbenstangen-Einheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Sackloch (31) mit mindestens einer Ringnut (32) verse
hen ist, in die ein Ringbund (40) des hülsenförmigen Abschnitts (34) hin
einragt.
4. Kolben-Kolbenstangen-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß beiderseits der mindestens einen Ausnehmung
(Ringnut 32) sich ringzylindrische Abschnitte (33, 33′) des Sackloches (31)
befinden, deren Innendurchmesser (d) etwa gleich dem Außendurchmesser
(D) des hülsenförmigen Abschnitts (34) der Kolbenstange (10) ist.
5. Kolben-Kolbenstangen-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß die Länge (a) des hülsenförmigen Abschnitts
(34) kleiner ist als die Tiefe (b) des Sackloches (31) im Kolben (5).
6. Kolben-Kolbenstangen-Einheit nach einem der Ansprüche 3 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß die Länge (a) des hülsenförmigen Abschnitts
(34) der Kolbenstange (10) größer ist als der größte Abstand (c) zwischen
dem Boden (30) und der Ringnut (32).
7. Verfahren zur Herstellung einer Kolben-Kolbenstangen-Einheit nach
einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der hülsenför
mige Abschnitt (34) der Kolbenstange (10) in das Sackloch (31) des Kol
bens (5) gesteckt wird und daß Kolben (5) und Kolbenstange (10) mit ei
ner in Richtung der Achse (11) der Kolbenstange (10) gerichteten Kraft
(P) beaufschlagt werden, bis der hülsenförmige Abschnitt (34) eine in die
mindestens eine Ausnehmung (Ringnut 32) radial zur Achse (11) hineinra
gende und diese zumindest teilweise ausfüllende Ausbauchung (Ringbund
40) aufweist.
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