JP2002242979 | SHOCK ABSORBER |
JP6368175 | Metal parts, metal parts manufacturing equipment, and metal parts manufacturing methods |
WO/2012/070506 | FLUID PRESSURE SHOCK ABSORBER |
MAY EWALD (DE)
CASELLAS ANTONIO (DE)
MAY EWALD (DE)
DE19707633C1 | 1998-07-09 | |||
DE29623140U1 | 1997-11-13 | |||
DE4421968A1 | 1996-01-11 | |||
DE3812574A1 | 1989-10-26 | |||
DE3429474A1 | 1986-02-20 | |||
EP0345561A2 | 1989-12-13 |
1. | Kolben für eine KolbenZylinderAnordnung, insbesondere StoÃdämpferkolben, mit einem Kolbenkörper (6), der auf seiner Umfangsfläche mit wenigstens einem umlaufenden Steg (10) ver sehen ist, bei dem ferner auf die Umfangsfläche des Kolben körpers (6) eine manschettenförmige Dichtung (9) aus einem warm verformbaren Kunststoffmaterial so aufgeformt ist, daà der Steg (10) nur über einen Teil seiner Höhe in das Material der manschettenförmigen Dichtung (9) eingeformt sind. |
2. | Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daà wenig stens zwei umlaufende Stege (10) auf der Umfangsfläche ange ordnet sind, die eine Nut (11) begrenzen. |
3. | Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daà die manschettenförmige Dichtung (9) jeweils mit ihren Rändern (9.1,9.2) die zugeordneten Stirnflächen (4.1,5.1) des Kol benkörpers (6) überragt. |
4. | Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daà wenigstens ein Steg (10) in einem eine Stirn fläche (4.1,5.1) des Kolbenkörpers (6) angrenzenden Bereich angeordnet sind. |
5. | Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daà der Kolbenkörper (6) aus wenigstens zwei Teil elementen (6.1,6.2) zusammengefügt ist und eine jeweils senkrecht zur Kolbenachse verlaufende Teilungsebene aufweist. |
6. | Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daà jedes Teilelement (6.1,6.2) des Kolbenkörpers (6) einen umlaufenden Steg (10) aufweist. |
7. | Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daà der Kolbenkörper (6) pulvermetallurgisch herge stellt ist. |
8. | Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daà die manschettenförmige Dichtung (9) aus PTFE als wärmeverformbarem Kunststoff besteht. |
9. | Kolben nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daà die manschettenförmige Dichtung (9) zumindest in ihrem die Stege (10) überdeckenden Bereich unter Kalibrie rung ihrer AuÃenfläche (12) aufgepreÃt ist. |
Aus US-A-3 212 411 ist eine Kolben-Zylinder-Anordnung be- kannt, deren Kolbenkörper auf seiner Umfangsfläche eine Viel- zahl von umlaufenden Rillen aufweist. Zum Aufbringen der Dichtung ist ein napfförmiger Vorformling aus PTFE (Poly- tetrafluorethylen) vorgesehen, der zunächst auf den Kolben- körper lose aufgesetzt wird. Der so vorbereitete Kolbenkörper wird anschlieÃend zunächst in einen hoch aufgeheizten Form- und Kalibrierzylinder eingedruckt, wobei unter Wärmeeinfluà das PTFE-Material in die Rillen auf der Umfangsfläche des Kolbenkörpers eingepreÃt wird. AnschlieÃend wird der Kolben- körper mit der aufgepreÃten Dichtung in einem entsprechend ausgebildeten Kühlzylinder abgekühlt. Die Rillen sind voll- ständig mit dem Dichtungswerkstoff ausgefüllt, um so eine formschlüssig-feste Verbindung der Dichtung mit der Umfangs- fläche des Kolbenkörpers zu bewirken. Für den Einsatz als StoÃdämpferkolben muà anschlieÃend noch die die Stirnfläche
des Kolbenkörpers auf einer Seite überdeckende Bodenfläche des Vorformling entfernt werden.
Aus EP-A-682 190 ist ein StoÃdämpferkolben bekannt, der sich in seiner Herstellung von dem vorstehend beschriebenen Ver- fahren im wesentlichen nur dadurch unterscheidet, daà zum Aufbringen der Dichtung statt eines napfförmigen Vorformlings eine gestanzte Kreisringscheibe eingesetzt wird. Diese Kreis- ringscheibe wird auf ein Ende des Kolbenkörpers aufgesetzt.
Der so vorbereitete Kolbenkörper wird wiederum in einen auf- geheizten Form-und Kalibrierzylinder eingepreÃt, wobei die Kreisringscheibe als Band auf die Umfangsfläche des Kolben- körpers umgelegt und anschlieÃend in die in Umfangsrichtung des Kolbenkörpers verlaufenden Rillen unter Wärmeeinfluà ein- gepreÃt wird. AnschlieÃend wird der mit seiner aufgepreÃten Dichtung versehene Kolben durch ein Kühlrohr geführt. Der Dichtungswerkstoff füllt auch hierbei die Rillen praktisch vollständig aus, so daà die Dichtung formschlüssig-fest mit der Umfangsfläche des Kolbenkörpers verbunden ist.
Die beiden vorstehend beschriebenen Verfahren weisen den Nachteil auf, daà für das Umformen und das Einpressen des Dichtungsmaterials in die Rillen auf der Umfangsfläche des Kolbenkörpers erhebliche PreÃdrücke erforderlich sind und das die Dichtung bildende Kunststoffmaterial starken Umformungen unterworfen wird, die nachteilig die Struktur des Dichtungs- werkstoffs beeinfluÃt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben, ins- besondere StoÃdämpferkolben zu schaffen, bei dem die vorste- hend beschriebenen Nachteile vermieden sind.
Diese Aufgabe wird gemäà der Erfindung gelöst durch einen Kolben für eine Kolben-Zylinder-Anordnung, insbesondere StoÃ- dämpferkolben, mit einem Kolbenkörper, der auf seiner Um- fangsfläche mit wenigstens einem umlaufenden Steg versehen ist, bei dem ferner auf die Umfangsfläche des Kolbenkörpers eine manschettenförmige Dichtung aus einem warm verformbaren
Kunststoffmaterial so aufgeformt ist, daà der Steg nur über einen Teil seiner Höhe in das Material der Dichtung einge- formt sind. Ãberraschenderweise hat sich herausgestellt, daà es für eine einwandfreie und zuverlässige Verbindung zwischen Dichtung und Kolbenkörper nicht erforderlich ist, eine Vielzahl von Rillen auf der Umfangsfläche des Kolben- körpers an-zuordnen. Es genügt hierbei wenigstens ein umlau- fender Steg, auf den die manschettenförmige Dichtung in der in EP-A-682 190 beschriebenen Weise aufgeformt wird. Ãber- raschend hat sich hierbei ferner herausgestellt, daà es ge- nügt, wenn der Steg nur über einen Teil seiner Höhe in das Material der Dichtung eingeformt wird. Einerseits ergibt sich hierbei ein einwandfreier Formschluà zwischen der manschet- tenförmigen Dichtung und dem Kolbenkörper und zum anderen nur eine mäÃige Umformung des Kunststoffmaterials, so daà nicht nur geringere PreÃkräfte aufzubringen sind, sondern auch in wesentlich geringerem MaÃe ein Materialfluà bei der Umformung erfolgt und damit eine nachteilige Beeinflussung der Materi- alstruktur praktisch vermieden wird. Der Steg ist dann zweck- mäÃigerweise in der Nähe einer Stirnfläche des Kolbenkörpers, vorzugsweise der höher belasteten Stirnfläche, angeordnet.
Bei höheren Beanspruchungen im Betrieb ist in zweckmäÃiger Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daà wenigstens zwei umlaufende Stege auf der Umfangsfläche angeordnet sind, die eine Nut begrenzen. Hierdurch ergibt sich auch bei höheren Arbeitsdrücken eine zuverlässige formschlüssige Verbindung.
Die Anordnung von einem, aber auch von zwei umlaufenden Ste- gen läÃt sich spanabhebend noch kostengünstig herstellen.
In vorteilhafter weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daà die manschettenförmige Dichtung jeweils mit ihren Rändern die zugeordneten Stirnflächen des Kolbenkörpers überragt. Da die manschettenförmige Dichtung nach dem bekann- ten Verfahren aus einer Kreisringscheibe hergestellt wird, kann das in EP-A-0 682 190 beschriebene Phänomen der"Rück- erinnerung"des Kunststoffmaterials dazu genutzt werden, daà der den Innendurchmesser der Kreisringscheibe begrenzende
Rand nach dem Aufbringen auf den Kolbenkörper sich nach innen zusammenzieht und der vom äuÃeren Rand der Kreisringscheibe herrührende Rand der manschettenförmigen Dichtung sich nach auÃen zurückstellt und hierbei nach Art einer Dichtlippe die übrige Umfangsflache der manschettenförmigen Dichtung über- ragt. Wird der Kolbenkörper so eingebaut, daà die mit dem lippenförmig nach auÃen weisenden Rand versehene Kolbenfläche bei der Verwendung als StoÃdämpferkolben der Druckseite, also der mit hoher Last beaufschlagten Seite, zugekehrt ist und die Kolbenfläche mit dem nach innen zurückspringenden Rand auf der sogenannten Zugseite angeordnet ist, dann ergibt sich eine verbesserte Abdichtung des Kolbens im StoÃdämpferzylin- der bei der Druckbelastung, da die Hydraulikflüssigkeit im lippenförmigen Rand an die Zylinderwandung anpreÃt. Beim Zu- rückfedern, also bei Zuglast, kann dann infolge des geringen Spiels zwischen Kolbenwandung und Zylinderwandung in geringem MaÃe die Hydraulikflüssigkeit in diesen Zwischenraum eintre- ten und hierbei für eine Schmierung bis hin zur Anlagekante des lippenförmig an der Zylinderwandung anliegenden Randes der manschettenförmigen Dichtung gelangen und so hier für ei- ne einwandfreie Schmierung und damit eine Verminderung des VerschleiÃes der Dichtung sorgen. Da der Strömungswiderstand durch diesen geringen Spielspalt zwischen der Dichtungsfläche des Kolbens und der Zylinderwandung um ein erhebliches höher ist als der DurchfluÃwiderstand durch die überströmenden Ka- näle im Kolbenkörper, ergibt sich praktisch keine Leistungs- minderung.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daà wenigstens ein Steg in einem an eine Stirn- fläche des Kolbenkörpers angrenzenden Bereich angeordnet sind. Insbesondere bei dieser Geometrie sind dann zweckmäÃi- gerweise nur zwei Stege vorgesehen, die dann nur eine Nut im dazwischen liegenden Bereich der Umfangsflache des Kolbenkör- pers begrenzen. Die Stege können verhältnismäÃig breit bemes- sen sein, wobei die von den Stegen seitlich begrenzte Nut dann zwei bis drei mal so breit sein kann wie eine Stegbrei-
te. Hierdurch wird die Kontur der Umfangsfläche des Kolben- körpers in der Formgebung erheblich vereinfacht.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daà der Kolbenkörper aus wenigstens zwei Teilele- menten zusammengefügt ist und eine jeweils senkrecht zur Kol- benachse verlaufende Teilungsebene aufweist. Ein derartiger Aufbau eines Kolbenkörpers ist insbesondere für die Herstel- lung des Kolbenkörpers im pulvermetallurgischen Verfahren, d. h. als Sintermetallkörper geeignet. Die Formgebung der beiden Teilelemente ist insbesondere dann günstig, wenn jedes Teilelement nur einen umlaufenden Steg aufweist, so daà die spiegelbildlich zusammengefügten Teilelemente mit ihren Ste- gen eine entsprechende Nut begrenzen. Dies erlaubt auch die kostengünstige Herstellung einer hinterschnittenen Nut, da eine spanende Bearbeitung entfällt.
Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 einen Teilschnitt in Achsrichtung durch eine Kolben-Zylinder-Anordnung für einen StoÃdämpfer, Fig. 2 einen vergröÃerten Teilschnitt durch den Kolben der Anordnung gemäà Fig. 1, Fig. 3 einen vergröÃerten Teilschnitt durch einen Kolben mit einem Steg.
Fig. 1 zeigt einen axialen Schnitt durch einen StoÃdämpfer, der zwei relativ zueinander bewegbare Teile, beispielsweise eine Fahrzeugachse und einen Fahrzeugrahmen miteinander ver- bindet. Der StoÃdämpfer weist einen Zylinderteil 1 auf, der mit einem der beiden relativ zueinander bewegbaren Teile ver- bunden ist. Im Zylinder 1 ist ein Kolben 2 geführt, der an einer Kolbenstange 3 befestigt ist, die mit ihrem freien Ende am anderen Teil der beiden relativ zueinander bewegbaren Tei-
le festgelegt ist. Der Zylinder 1 ist hierbei beidseitig ge- schlossen und mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt, so daà die Kolben-Zylinder-Anordnung doppelt wirkend ausgelegt ist, wobei der Kolben zwei Zylinderräume 4,5 voreinander trennt., Der Kolbenkörper 6 des Kolbens 2 weist mehrere nebeneinander verlaufende Durchtrittskanäle 7,8 auf. Die Durchtrittskanäle 7,8 sind jeweils auf ihrer in der Funktion noch zu erläu- ternden Austrittsseite mit einem Drosselventil 7.1 bzw. 8.1 abgedeckt. Die Anordnung ist hierbei so getroffen, daà bei- spielsweise drei Durchtrittskanäle 7 und drei Durchtrittska- näle 8 sternförmig alternierend um die Zylinderachse angeord- net vorgesehen sind.
Die Umfangsfläche des Kolbens 2 ist mit einer manschettenför- migen Dichtung 9 versehen, die für eine Abdichtung des Zylin- derraums 4 gegenüber dem Zylinderraum 5 sorgt. Bei einer Be- wegung des Kolbens 2 in den Zylinderraum 4 hinein, wird die Flüssigkeit durch die Durchtrittskanäle 7 gegen die Rück- stellkraft der Drosselventile 7.1 gepreÃt. Die Durchtritts- öffnungen 8 werden hierbei durch den auf die Drosselventile 8.1 lastenden Druck des Flüssigkeitsraums 4 verschlossen ge- halten. Bei einer Bewegung in umgekehrter Richtung werden die Durchtrittskanäle 7 durch die Drosselventile 7.1 geschlossen, während die Flüssigkeit durch die durchströmenden Kanäle 8 aus dem Zylinderraum 5 in den Zylinderraum 4 zurückströmen kann.
In Fig. 2 ist ohne die Anordnung der Drosselventile 7.1 und 8.1 im Teilschnitt ein Kolben 2 in vergröÃerter Darstellung wiedergegeben. Der Kolbenkörper 6 ist auf seiner Umfangsflä- che mit zwei Stegen 10 versehen, die bei dem hier dargestell- ten Ausführungsbeispiel so angeordnet sind, daà sie jeweils auch einen Teil der Stirnfläche 4.1 bzw. 5.1 des Kolbenkör- pers 6 beinhalten. Die beiden Stege 10 begrenzen auf der Um- fangsfläche des Kolbenkörpers 6 eine Nut 11. Die Anordnung kann auch so getroffen werden, daà wenigstens einer der Stege
10 gegenüber seiner zugehörigen Stirnfläche 4.1 und/oder 5.1 etwas zurückversetzt ist.
Die auf der Umfangsflache des Kolbenkörpers 6 angeordnete manschettenförmige Dichtung 9 besteht aus einem warm verform- baren Kunststoff, vorzugsweise aus PTFE. Die manschettenför- mige Dichtung 9 ist bei dem hier dargestellten Ausführungs- beispiel durch Warmumformung aus einer Kreisringscheibe auf die Umfangsfläche des Kolbenkörpers 6 aufgeformt worden, wo- bei der Rand 9.1 der Dichtung 9 durch den Innenrand der Kreisringscheibe gebildet wird, während der Rand 9.2 durch den AuÃenrand der Kreisringscheibe gebildet wird. Die Kreis- ringscheibe war in ihrer Ringbreite so bemessen, daà sie breiter war als die Dicke des Kolbenkörpers 6 in axialer Er- streckung, so daà nach dem Umformen der vom Innenrand der Kreisringscheibe herrührende Rand 9.1 nach innen eingezogen ist, während der vom AuÃenrand der Kreisringscheibe herrüh- rende Rand 9.2 nach auÃen abgebogen ist und in der Funktion eine Dichtlippe bildet.
Bei der Warmumformung der Kreisringscheibe sind die Stege 10 nur über einen Teil ihrer Höhe in das Material der manschet- tenförmigen Dichtung 9 eingeformt, so daà zwischen dem Mate- rial der Dichtung 9 und dem Boden der Nut 11 noch ein gewis- ser Freiraum verbleibt, so daà beim Formen der Dichtung 9 das Dichtungsmaterial frei und ohne Zwängung in die Nut 11 ein- flieÃen kann. Bei diesem Umformungsvorgang wird die zylindri- sche AuÃenfläche 12 der Dichtung 9 gleichzeitig kalibriert, so daà die gewünschten Toleranzen zum Innendurchmesser des Zylinders 1 eingehalten werden können. Da insbesondere bei der Verwendung einer derartigen Kolben-Zylinder-Anordnung als StoÃdämpfer im Betrieb eine Erwärmung des Gesamtsystems auf- tritt, erlaubt dieser verbleibende Freiraum im Nutgrund in- nerhalb gewisser Grenzen auch eine Ausdehnung des Dichtungs- materials in die Nut hinein, so daà der Verschleià der Dich- tung auf der an die Ränder angrenzenden zylindrischen Um- fangsfläche der Dichtung 9 herabgesetzt wird.
Wie Fig. 1 und Fig. 2 erkennen lassen, ist der Kolbenkörper 6 aus zwei Teilelementen 6.1 und 6.2 hergestellt. Der Verlauf der Konturen der Durchtrittskanäle 7 und 8 jeweils in dem ei- nen und in dem anderen Teil ist bei dem dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel identisch, so daà abgesehen von der Anordnung einer Buchse 6.3 am Teilelement 6.1 und einer entsprechend zugeordneten Ausnehmung 6.4 am Teilelement 6.2 beide Teilele- mente in ihrer äuÃeren Formgebung identisch und ohne den PreÃvorgang hindernde Hinterschneidungen ausgebildet sind.
Damit besteht die Möglichkeit, einen derartigen Kolbenkörper 6 aus zwei pulvermetallurgisch hergestellten Teilelementen zu bilden, die als Teilelemente aus einem sintermetallurgischen Pulver gepreÃt werden können. Die gepreÃten Teilelemente wer- den dann in einer Fügeoperation entsprechend zusammengefügt und anschlieÃend gesintert. Gerade diese Form der Herstellung erlaubt es aber, die Teilelemente so herzustellen, daà die Durchtrittskanäle unter Berücksichtigung der unterschiedli- chen Durchströmungsbedingungen bei Zug-und Druckbelastungen unterschiedlich geformt sein können.
Je nach dem Herstellungsverfahren ist es auch möglich, mehr als zwei Stege vorzusehen, so daà jeweils zwei benachbarte Stege eine Nut begrenzen und dementsprechend auch eine höhere Anzahl von Nuten vorhanden ist.
In Fig. 3 ist eine gegenüber Fig. 2 abgewandelte Ausführungs- form dargestellt. Gleiche Bezugszeichen betreff gleiche Ele- mente, so daà insoweit auf die Beschreibung zu Fig. 2 verwie- sen werden kann.
Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform ist für Einsatz- fälle mit geringerer Zug-Druck-Belastung vorgesehen, so daà der Kolbenkörper 6 mit nur einem umlaufenden Steg 10 versehen ist. Im Einsatzfall ist die Stirnfläche 4.1 des Kolbenkörpers 6 mit dem höheren Druck beaufschlagt, so daà der Steg 10 hier nahe dieser Stirnfläche angeordnet ist.
Die manschettenförmige Dichtung 9 ist in der vorbeschriebenen Weise auf den Kolbenkörper 6 aufgeformt, wobei auch hier wie- derum der umlaufende Steg 10 nur über einen Teil seiner Höhe in das Material der manschettenförmigen Dichtung 9 eingeformt ist.
Aufgrund des vorbeschriebenen"Rückerinnerungsvermögens"des Kunststoffmaterials, legt sich dieses zwangsläufig im Ãber- gangsbereich 13 zur Stirnfläche 5.1 an den Kolbenkörper 6 an, wobei zumindest in dem dem Steg 10 naheliegenden Bereich ein Frei-oder Hohlraum 11.1 verbleibt, so daà auch hier wieder die Möglichkeit gegeben ist, daà sich das Material der man- schettenförmigen Dichtung 9 unter Temperatureinfluà in diesen Freiraum 11.1 ausdehnen kann.
Wenn auch die vorstehend beschriebene pulvermetallurgische Herstellung des Kolbenkörpers besonders günstig ist, so läÃt sich die erfindungsgemäÃe Ausgestaltung mit nur einem oder zwei eine Nut begrenzenden Stegen noch mit vertretbarem Auf- wand auch spanabhebend herstellen.
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