Bezeichnung Kolben mit Stützstegen für eine Kolben- Zylinder-Anordnung, insbesondere Stoß- dämpferkolben Beschreibung Aus EP-A-0 658 611 ist ein Stoßdämpferkolben bekannt, der ei- nen Kolbenkörper aufweist, der auf seiner Umfangsfläche mit einem umlaufenden Steg versehen ist, an den sich eine Viel- zahl von in Achsrichtung verlaufenden Stegen auf einer Seite des umlaufenden Stegs anschließt. Auf diesen Kolbenkörper ist im Spritzgießverfahren eine Dichtung aus thermoplasti- schem Kunststoff aufgespritzt, wobei insbesondere die sich in axialer Richtung erstreckenden Stege mit ihren dazwischen liegenden, voll mit Dichtungswerstoff ausgefüllten Nuten der zuverlässigen Verankerung des Dichtungswerkstoffs und der Führung des Kolbens dienen. Die im Spritzguß aufgebrachte Dichtung ermöglicht eine enge Tolerierung, um das sogenannte "blow-by"zu vermeiden und so eine zuverlässige Abdichtung der einander zugeordneten Zylinderräume zu bewirken. Das Ver- fahren zur Herstellung derartiger spritzgegossener Dichtun- gen ist verhältnismäßig aufwendig.

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 anschließend zunächst in einen hoch aufgeheizten Form- und Kalibrierzylinder eingedrückt, wobei unter Wärmeeinfluß das PTFE-Material in die Rillen auf der Umfangsfläche des Kolbenkörpers eingepreßt wird. Anschließend wird der Kolben- körper mit der aufgepreßten 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

Stoßdämpferkolben muß anschließend noch die die Stirnfläche des Kolbenkörpers auf einer Seite überdeckende Bodenfläche des Vorformling entfernt werden.

Aus EP-A-682 190 ist ein Stoßdämpferkolben bekannt, der sich in seiner Herstellung von dem vorstehend beschriebenen Ver- fahren im wesentlichen nur dadurch unterscheidet, daß 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 eingepreßt, wobei die Kreisringscheibe als Band auf die Umfangsfläche des Kolben- körpers umgelegt und anschließend in die in Umfangsrichtung des Kolbenkörpers verlaufenden Rillen unter Wärmeeinfluß ein- gepreßt wird. Anschließend wird der mit seiner aufgepreßten Dichtung versehene Kolben durch ein Kühlrohr geführt. Der Dichtungswerkstoff füllt auch hierbei die Rillen praktisch vollständig aus, so daß die Dichtung formschlüssig-fest mit der Umfangsfläche des Kolbenkörpers verbunden ist.

Die beiden vorstehend beschriebenen Verfahren weisen den Nachteil auf, daß für das Umformen und das Einpressen des Dichtungsmaterials in die Rillen auf der Umfangsfläche des Kolbenkörpers erhebliche Preßdrücke erforderlich sind und das die Dichtung bildende Dichtungsmaterial starken Umformungen unterworfen wird, die nachteilig die Struktur des Dichtungs- werkstoffs beeinflußt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben, ins- besondere Stoßdämpferkolben zu schaffen, bei dem die vorste- hend beschriebenen Nachteile vermieden sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch einen Kolben für eine Kolben-Zylinder-Anordnung, insbesondere Stoß- dämpferkolben, mit einem Kolbenkörper, der auf seiner Um- fangsfläche in einem an ein Kolbenende angrenzenden Bereich mit wenigstens einem umlaufenden, die Umfangsfläche überra-

genden Umlaufsteg versehen ist, an den sich in Richtung auf das andere Kolbenende erstreckende, parallel mit Abstand ne- beneinander angeordnete längslaufende Stützstege anschließen, wobei jeweils zwei benachbarte Stützstege eine nutförmige Ausnehmung begrenzen, die an ihren dem Umlaufsteg abgewandten Enden in Längsrichtung offen sind, und mit einer manschetten- förmigen Dichtung aus einem warmverformbaren Dichtungsmateri- al, die auf den Kolbenkörper so aufgeformt ist, daß sowohl der Umfangssteg als auch die Stützstege zumindest über einen Teil ihrer Höhe in das Material der Dichtung eingeformt sind.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß es für eine gute Abdichtung zwischen der manschettenförmigen Dichtung des Kolbens einerseits und der Innenwandung des Zylinders ande- rerseits nicht erforderlich ist, daß die Dichtung auf der vollen Höhe des Kolbenkörper anliegt. Es genügt, wenn sich die Dichtmanschette in Umfangsrichtung auf dem relativ schma- len Umlaufsteg fest abstützt. Es hat sich ferner überraschen- derweise herausgestellt, daß es für eine einwandfreie und zu- verlässige Verbindung zwischen Dichtung und Kolbenkörper nicht erforderlich ist, daß die nutförmigen Ausnehmungen zwi- schen den längslaufenden Stützstegen vom Dichtungsmaterial vollständig ausgefüllt sind, wie dies aus EP-A-0 685 611 be- kannt ist. Es hat sich für Stoßdämpferkolben, auf die die manschettenförmige Dichtung in der in EP-A-682 190 beschrie- benen Weise aufgeformt wird, herausgestellt, daß es genügt, wenn außer dem Umlaufsteg auch die längslaufenden Stützstege nur über einen Teil ihrer Höhe in das Material der Dichtung eingeformt werden. Einerseits ergibt sich hierbei ein ein- wandfreier Formschluß zwischen der manschettenförmigen Dich- tung und dem Kolbenkörper, und zwar sowohl in Längsrichtung als auch in Umfangsrichtung und zum anderen nur eine mäßige Umformung des Dichtungsmaterials, so daß nicht nur geringere Preßkräfte aufzubringen sind, sondern auch in wesentlich ge- ringerem Maße ein Materialfluß bei der Umformung erfolgt und damit eine nachteilige Beeinflussung der Materialstruktur praktisch vermieden wird. Selbst bei einer Umformung der Kreisringscheibe in einem solchen Maße, daß die nutförmigen Ausnehmungen vollständig ausgefüllt werden, ergibt sich durch

die in der in Erstreckung der Ausnehmung erfolgenden Bewegung des Kolbenkörpers eine Umformung des Dichtungsmaterials in Querrichtung und somit ein günstiger"Materialfluß", so daß auch bei dieser Umformung eine nachteilige Beeinflussung der Materialstruktur vermieden wird. Da durch die nur teilweise Einformung der Stützstege in das Dichtungsmaterial die dazwi- schen liegenden nutförmigen Ausnehmungen nicht vollständig ausgefüllt werden, verbleibt ein genügender Freiraum, in dem das Dichtungsmaterial bei Ausdehnungen infolge Temperaturer- höhungen ausweichen kann, der Kolben jedoch über die längs- laufenden Stützstege einwandfrei geführt ist. Zweckmäßig ist es hierbei, wenn sich die Längsstege bis an das Ende des Kol- benkörpers erstrecken.

In vorteilhafter weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß 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 Dichtungsmaterials dazu genutzt werden, daß der den Innendurchmesser der Kreisringscheibe begrenzende Rand nach dem Aufbringen auf den Kolbenkörper sich nach innen zusammenzieht und der vom äußeren Rand der Kreisringscheibe herrührende Rand der manschettenförmigen Dichtung sich nach außen zurückstellt und hierbei nach Art einer Dichtlippe die übrige Umfangsfläche der manschettenförmigen Dichtung über- ragt. Wird der Kolbenkörper so eingebaut, daß die mit dem lippenförmig nach außen weisenden Rand versehene Kolbenfläche bei der Verwendung als Stoßdämpferkolben 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 Stoßdämpferzylin- der bei der Druckbelastung, da die Hydraulikflüssigkeit im lippenförmigen Rand an die Zylinderwandung anpreßt. Beim Zu- rückfedern, also bei Zuglast, kann dann infolge des geringen Spiels zwischen Kolbenwandung und Zylinderwandung in geringem

Maße 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 Verschleißes 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 Durchflußwiderstand durch die überströmenden Ka- näle im Kolbenkörper, ergibt sich praktisch keine Leistungs- minderung.

In besonders zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Längsstege am Kolbenkörper in bezug auf die Kolbenachse unter einem Winkel auf der Umfangsfläche ver- laufen. Durch die Schräganordnung der Stützstege ergibt sich der Vorteil, daß der Kolben über seine Dichtung in Umfangs- richtung gesehen vollflächig aufliegt, da sich bei einer ent- sprechenden Schrägstellung der Längsstege gegenüber der Kol- benachse eine Überdeckung der jeweils zwischen zwei Längs- stegen liegenden Nut in Längsrichtung ergibt. Damit ist ein gleichmäßiges Tragbild der Oberfläche der Dichtung über die Kolbenhöhe gegeben, auch wenn das Dichtungsmaterial über den nicht vollständig ausgefüllten nutförmigen Ausnehmungen um geringes Maß einfallen sollte. Da die mechanische Beanspru- chung der formschlüssigen Verbindung zwischen der Dichtung und dem Kolbenkörper praktisch nur in Bewegungsrichtung er- folgt, bietet die Schräganordnung der Stützstege eine zusätz- liche, in Bewegungsrichtung abstützende Komponente.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran- sprüchen angegeben.

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 Stoßdämpfer, Fig. 2 eine Aufsicht auf den Kolben in Richtung des Pfeiles A, Fig. 3 eine Seitenansicht des Kolbens, teilweise im Schnitt, Fig. 4 einen vergrößerten Teilschnitt durch den Kolben der Anordnung gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen axialen Schnitt durch einen Stoßdämpfer, der zwei relativ zueinander bewegbare Teile, beispielsweise eine Fahrzeugachse und einen Fahrzeugrahmen miteinander ver- bindet. Der Stoßdämpfer 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 daß 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, daß je- weils mehrere Durchtrittskanäle 7 und mehrere Durchtrittska- näle 8 alternierend um die Zylinderachse angeordnet vorgese- hen 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 gepreßt. 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 eine Aufsicht in Richtung des Pfeiles A auf dem Kolben 2 in Fig. 1 ohne die Anordnung der Drosselventile 7.1 und 8.1 wiedergegeben. Der Kolbenkörper 6 ist auf seiner Um- fangsfläche mit einer Vielzahl von längslaufenden Stützste- gen 10 versehen, die jeweils entsprechende nutformige Ausneh- mungen 11 begrenzen. Bei dem hier dargestellten Ausführungs- beispiel sind die nutförmigen Ausnehmungen 11 so angeordnet, daß sie sich von einer der Stirnflächen, beispielsweise der Stirnfläche 5.1 des Kolbenkörpers 6 bis an einen Umlaufsteg 12 erstrecken (Fig. 3), der am anderen Ende des Kolbenkörpers 6 im Bereich nahe oder an der Stirnfläche 4.1 angrenzend in Umfangsrichtung verläuft und die nutförmigen Ausnehmungen 11 an diesem Kolbenende begrenzt. Der Umlaufsteg 12 und die längslaufenden Stützstege 10 sind auf der Außenfläche des Kolbenkörpers 6 niveaugleich.

Die auf der Umfangsfläche des Kolbenkörpers 6 angeordnete manschettenförmige Dichtung 9 besteht aus einem warmverform- 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 Außenrand der Kreisringscheibe gebildet wird. Die Kreis- ringscheibe war in ihrer Ringbreite so bemessen, daß sie breiter war als die Dicke des Kolbenkörpers 6 in axialer Er- streckung, so daß nach dem Umformen der vom Innenrand der Kreisringscheibe herrührende Rand 9.1 nach innen eingezogen ist, während der vom Außenrand der Kreisringscheibe herrüh- rende Rand 9.2 nach außen abgebogen ist und in der Funktion eine Dichtlippe bildet.

Bei der Warmumformung der Kreisringscheibe sind die Stege 10 und 12 nur über einen Teil ihrer Höhe in das Material der manschettenförmigen Dichtung 9 eingeformt, so daß zwischen dem Material der Dichtung 9 und dem Boden nutförmigen Ausneh- mungen 11 noch ein gewisser Freiraum verbleibt, so daß beim Formen der Dichtung 9 das Dichtungsmaterial frei und ohne Zwängung in die Nut 11 einfließen kann. Bei diesem Umfor- mungsvorgang wird die zylindrische Außenfläche 13 der Dich- tung 9 gleichzeitig kalibriert, so daß die gewünschten Tole- ranzen zum Innendurchmesser des Zylinders 1 eingehalten wer- den können. Da insbesondere bei der Verwendung einer derarti- gen Kolben-Zylinder-Anordnung als Stoßdämpfer im Betrieb eine Erwärmung des Gesamtsystems auftritt, erlaubt dieser verblei- bende Freiraum im Nutgrund innerhalb gewisser Grenzen auch eine Ausdehnung des Dichtungsmaterials in die Nut hinein, so daß der Verschleiß der Dichtung auf der an die Ränder angren- zenden zylindrischen Umfangsfläche der Dichtung 9 herabge- setzt wird.

In Fig. 3 ist der Kolben 2 in einer Seitenansicht mit abge- nommener Dichtung 9 dargestellt. Die Seitenansicht läßt er- kennen, daß die nutförmigen Ausnehmungen 11 in bezug auf die Kolbenachse 14 unter einem Winkel verlaufen, wobei der Winkel beispielsweise so bemessen ist, daß, in Längsrichtung gese- hen, das der Stirnfläche 4.1 zugekehrte Ende eines längslau- fenden Stützsteges 10 das endseitig offene Ende der benach- barten nutförmigen Ausnehmung 11 an der Stirnseite 5.1 des Kolbenkörpers 6 überdeckt und so bei einer Bewegung des Kol- bens in Längsrichtung im Zylinder 1 die die Oberfläche des

Umlaufstegs 12 und der längslaufenden Stützstege 10 abdecken- de manschettenförmige Dichtung 9 eine vollflächige Abdeckung der Zylinderinnenwandung bewirkt. Bei der ständig wechseln- den Hin-und Herbewegung, beispielsweise eines Stoßdämpfer- kolbens, ist so vermieden, daß sich Längsriefen auf der Zy- linderinnenwandung einarbeiten können. Zugleich bietet die Schrägstellung der Stützstege 10 eine in Bewegungsrichtung wirksame zusätzliche Abstützung der Dichtung 9 auf dem Kol- benkörper 6. Gleichwohl ist der Kolben 2 über seine Höhe ins- gesamt praktisch kippfrei abgestützt.

Die vergrößerte Darstellung eines Kolbens 2 im Teillängs- schnitt gemäß Fig. 4 läßt erkennen, daß die manschettenför- mige Dichtung 9 so auf den Kolbenkörper 6 aufgeformt ist, daß sowohl der Umlaufsteg 12 als auch die längslaufenden Stützstege 10 nur über einen Teil ihrer Höhe in das Dich- tungsmaterial eingeformt sind, so daß jeweils an den nut- förmigen Ausnehmungen 11 zwischen der Innenfläche 9.3 der manschettenförmigen Dichtung 9 und dem Grund 11.1 der nut- förmigen Ausnehmungen 11 ein geringer Freiraum verbleibt (linke Seite der Fig. 4). Die längslaufenden Stützstege 10 sind jedoch durchgehend in gleicher Dicke wie der Umlaufsteg 12 mit der manschettenförmigen Dichtung 9 abgedeckt. Je nach Wandstärke der manschettenförmigen Dichtung 9 im Bereich der Stützstege 10 und je nach der Nachgiebigkeit des Dichtungsma- terials kann bei einer Bewegung des Kolbens 2 in Richtung des Pfeiles 15 der sich aufbauende Druck im Zylinderraum 5 auch im Freiraum zwischen der Innenfläche 9.3 und dem Nutgrund 11.1 wirksam werden und diesen Teilbereich der Dichtung ge- ringfügig aufweiten und die Abdichtung zwischen Kolben und Zylinderwand verbessern.

Ein derartiger Kolbenkörper 6 kann bevorzugt aus einem oder auch zwei pulvermetallurgisch hergestellten Teilelementen ge- bildet werden. Er wird als Ganzes oder in Form von Teilele- menten aus einem sintermetallurgischen Pulver gepreßt. Ge- preßte Teilelemente werden dann in einer Fügeoperation ent- sprechend zusammengefügt. Der einteilige oder zweiteilige

Preßling wird anschließend gesintert. Eine spanlose Formge- bung einer derartigen Geometrie ist kostengünstiger als eine spangebende Herstellung.

Es ist auch möglich, in Richtung der Längsachse 14, also ge- rade verlaufende Stützstege 10 vorzusehen. Auch die Länge der Stützstege 10 kann kürzer gewählt werden, so daß bis zur Stirnfläche 5.1 eine glatte, tiefer liegende Ringfläche ver- bleibt. Bei einer pulver-metallurgischen Fertigung ist es je- doch zweckmäßig, wenn sich die Stützstege 10 vom Umlaufsteg 12 bis an das andere Ende des Kolbenkörpers 6 erstrecken, da sich dann durch das Pressen und Sintern ein Kolbenkörper mit gleichmäßiger Materialdichte ergibt. Ebenso ist es möglich, am Kolbenkörper eine andere Gestaltung der Durchtrittskanäle 7,8 vorzusehen. Bei einem aus zwei Teilelementen zusammenge- fügten Kolbenkörper ist es auch möglich, beiden Stirnseiten jeweils einen Umlaufsteg 12 zuzuordnen.