DE10159935A1

DE10159935A1 - Brandsicherung bei einem Kolben-Zylinderaggregat

Info

Publication number: DE10159935A1
Application number: DE10159935A
Authority: DE
Inventors: Peter Wirth; Wolfgang Bach; Hassan Asadi; Gerald Fenn; Hans Luksch
Original assignee: ZF Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2001-12-06
Filing date: 2001-12-06
Publication date: 2003-06-26
Anticipated expiration: 2021-12-07
Also published as: DE10159935C2; US20030110942A1; US6840153B2; FR2833326A1; FR2833326B1

Abstract

Kolben-Zylinderaggragat, umfassend einen Zylinder, in dem ein Arbeitsraum mit einem Arbeitsmedium gefüllt ist, der von einem Verschluss begrenzt und mindestens einer Dichtung abgedichtet ist, wobei der Verschluss durch einen Formschluss mit dem Zylinder bis zu einer Temperaturgrenze axial fixiert ist und der Verschluss oberhalb der Temperaturgrenze eine Axialbewegung zur Druckentlastung ausführen kann, wobei während der Axialbewegung des Verschlusses zur Druckentlastung eine Schneidvorrichtung die Dichtfunktion der Dichtung aufhebt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kolben-Zylinderaggregat gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Grundsätzlich ist es nicht ausgeschlossen, dass ein Kolben-Zylinderaggregat während des Betriebes einer extremen Temperaturbelastung ausgesetzt ist, beispielsweise bei einem Unfall eines Kraftfahrzeugs, dessen Schwingungsdämpfer einer Brandbelastung ausgesetzt sind. Das innerhalb des Kolben- Zylinderaggregates befindliche Arbeitsmedium dehnt sich sehr stark aus, wodurch auf die Kolbenstange und einem Verschluss eine Ausfahrkraft wirkt, die die für den Normalbetrieb ausgelegte Befestigung der Kolbenstangenführung innerhalb des Zylinders überbeansprucht. Es kann der theoretische Fall eintreten, dass die Kolbenstange zusammen mit dem Kolben aufgrund des Druckniveaus innerhalb des Kolben-Zylinderaggregates aus dem Zylinder hinausgedrückt wird.

Für dieses Szenario gibt es bereits Lösungsvorschläge. So wird z. B. in der DE 42 36 961 A1 vorgeschlagen, dass mindestens eine Sicke eine Anschlagfläche für die ausfahrende Baueinheit Kolbenstange/Kolben bereitstellt. Diese Lösung verlangt nach einem angepassten Kolben und führt u. U. zu einem Verlust an nutzbarem Hubweg, da die Sicke innerhalb der Laufbahn für den Kolben eingeprägt ist.

Die EP 0 496 324 A1 beschreibt mehrere Möglichkeiten, wie man bei einer Gasfeder einen Überdruck abbauen kann. Dazu verfügt die Gasfeder über einen Stützkörper für die Kolbenstangendichtung, der entweder selbst elastisch ausgeführt ist oder federnd abgestützt wird und innerhalb eines Axialverschiebewegs der Kolbenstangendichtung eine Abströmöffnung freigibt. Es besteht aber auch die Lösung, dass die Kolbenstangendichtung von dem erhöhten Betriebsdruck zerstört und ein Ablasskanal freigegeben wird. Die aufgezeigten Möglichkeiten benötigen einen Stützkörper, deren Eigenelastizität nur schwer auf eine definierte Temperatur abstimmbar ist. Ein Kolbenstangendichtung mit einer Sollbruchstelle ist zumindest deutlich teurer als eine konventionelle Ausführung.

Aus der DE 39 01 499 A1 ist eine Schmelzsicherung bekannt, die eine Abströmöffnung des Zylinders im Brandfall freigibt. In diesem Zusammenhang ist noch die DE 39 19 945 A1 zu nennen. Bei Schmelzsicherungen kann der Fall eintreten, dass die Dichtung zwar ihre ursprüngliche Kontur verliert und eine breiigen Zustand einnimmt, aber trotzdem noch eine Dichtfunktion ausübt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei einem Kolben- Zylinderaggregat eine Sicherung für extreme Temperaturbelastungen zu realisieren, die einerseits zuverlässig funktioniert und andererseits keinen bedeutenden Mehraufwand und Funktionsbeeinträchtigung am Aggregat selbst darstellt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass während der Axialbewegung des Verschlusses zur Druckentlastung eine Schneidvorrichtung die Dichtfunktion der Dichtung aufhebt.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass man nicht auf das Schmelzverhalten der Dichtung angewiesen ist, um ein Abströmen des Arbeitsmediums zu erreichen.

Des weiteren ist vorgesehen, dass die Schneideinrichtung innerhalb des Zylinders angeordnet ist. Anbauteile, die zusätzlichen äußeren Bauraum beanspruchen würden, werden nicht benötigt.

Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch stützt sich die Schneideinrichtung am Zylinder ab. Der Zylinder ist in der Regel als Druckbehälter ausgelegt und kann sehr große Kräfte aufnehmen.

Im Hinblick auf einen möglichst geringen Fertigungsaufwand ist die Schneideinrichtung einteilig mit dem Zylinder ausgeführt. Es werden keine zusätzlichen Bauteile benötigt, die bei den Herstellungskosten zu berücksichtigen wären. Dabei wird die Schneideinrichtung von einem zungenartigen Fortsatz gebildet.

Für eine optimale Betriebssicherheit ist die Dichtung innerhalb einer Nut des Verschlusses angeordnet, wobei die radiale Nuttiefe größer ist als die radiale Ausdehnung der Schneideinrichtung. Es wird gewährleistet, dass die Schneideinrichtung in den Funktionsbereich der Dichtung eingreifen kann.

Zur Vermeidung von metallischen Dichtstellen nach dem Schneidvorgang ist eine Schneidfläche der Schneideinrichtung vollständig radial innerhalb des Zylinders angeordnet.

In diesem Zusammenhang weist die Schneideinrichtung eine Abstreiffläche auf, die den abgeschnittenen Teil des Verschlusses von einem Kernteil abführt.

Zusätzlich weist der Zylinder einen Freiraum auf, in dem der abgeschnittene Teil des Verschlusses aufgenommen werden kann.

Die Schneideinrichtung kann mit einem verhältnismäßig geringen Aufwand hergestellt werden, indem der zungenartige Fortsatz der Schneideinrichtung aus der Wandung des Zylinders geschnitten wird und der Freischnitt für den Fortsatz den Freiraum bildet.

Damit die Schneideinrichtung keinen zusätzlichen äußeren Bauraum benötigt, weist der Verschluss eine umlaufende Nut auf, die den zungenartigen Fortsatz der Schneideinrichtung aufnimmt.

Je nach konstruktiver Ausgestaltung kann die Schneidfläche an einer Nutseitenwand des Verschlusses im Normalbetrieb des Kolben-Zylinderaggregates zur Anlage kommen. Damit besteht die Möglichkeit, dass die Schneideinrichtung zusätzliche Haltekräfte für den Verschluss bereitstellt.

Eine besonders günstige Bauraumausnutzung im Zylinder wird erreicht, wenn die umlaufende Nut im Verschluss für die Schneideinrichtung mit mindestens einer Sicke des Zylinders den Formschluss für die axiale Befestigung des Verschlusses innerhalb des Zylinders bildet.

Es besteht die Möglichkeit, dass mehrere Schneideinrichtungen eingesetzt werden, die einen schnelleren Druckabbau im Zylinder ermöglichen.

Des weiteren ist es beim Einsatz von mehr als einer Schneideinrichtung sinnvoll, diese unsymmetrisch am Umfang des Verschlusses angreifen zu lassen. Der Schneidvorgang bringt den Verschluss in einen Schiefstand bezogen auf die Längsachse des Kolben-Zylinderaggregates, wodurch eine Klemmkraft ausgenutzt werden kann, die den Verschluss im Zylinder hält.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt:
Fig. 1 Ausschnitt aus einem Kolben-Zylinderaggregat im Bereich des Verschlusses
Fig. 2 Kolben-Zylinderaggregat nach Überschreiten der Temperaturgrenze
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Kolben-Zylinderaggregat 1, wobei es sich bei diesem Ausführungsbeispiel um einen Schwingungsdämpfer nach dem Einrohrbauprinzip handelt. Ein Zylinder 3 verfügt über einen mit einem Arbeitsmedium gefüllten Arbeitsraum 5, der endseitig von einem Verschluss 7 begrenzt wird. Eine Dichtung 9 innerhalb einer Nut 10 verschließt einen Ringspalt 11 zwischen der Innenwandung des Zylinders und der Mantelfläche des Verschlusses. Eine axial bewegliche Kolbenstange 13 wird von einer Kolbenstangendichtung 15 umschlossen, die am Innendurchmesser des Verschlusses eine Leckage verhindert.
Der Verschluss wird von einem Formschluss mit dem Zylinder im Bereich der normalen Betriebstemperatur in seiner vorbestimmten Lage gehalten. Dazu verfügt der Zylinder in Umfangsrichtung über eine Anzahl von Sicken 17, die in eine umlaufende Nut 19 des Verschlusses eingreifen.
In der linken Schnitthälfte der Fig. 1 ist eine Schneideinrichtung 21 innerhalb des Zylinders 3 dargestellt, die sich am Zylinder abstützt, indem sie einteilig aus einem zungenartigen Fortsatz 23 des Zylinders 3 besteht, der von der umlaufenden Nut 19 aufgenommen wird. Der zungenartige Fortsatz 23 der Schneideinrichtung ist aus der Wandung des Zylinders geschnitten und verfügt über einen Freiraum 25. Eine Schneidfläche 27 des zungenartigen Fortsatzes ist vollständig radial innerhalb des Zylinders ausgeführt. Des weiteren ist Nuttiefe der Nut 10 für die Dichtung 9 größer als die radiale Ausdehnung der Schneideinrichtung 21. In diesem Ausführungsbeispiel liegt die Schneidfläche 27 im Normalbetrieb des Kolben-Zylinderaggregates an einer Nutseitenwand 29 der umlaufenden Nut 19 an und sorgt für eine zusätzliche Haltekraft zu den bereits vorhandenen Sicken 17.
Es ist zwar nur eine Schneidvorrichtung dargestellt, doch können auch mehrere eingesetzt werden, die man aber unsymmetrisch am Umfang des Verschlusses angreifen lassen sollte, um einen Schiefstand und damit verbundene Klemmkräfte zwischen dem Verschluss und dem Zylinder ausnutzen zu können.
Im Brandfall, wenn das Kolben-Zylinderaggregat beispielsweise in einem Kfz montiert ist und dieses bei einem Unfall Feuer fängt, steigt die Temperatur am Zylinder über eine normale Temperaturgrenze, die bei der konstruktiven Auslegung des Kolben-Zylinderaggregats bestimmt wurde. Das Arbeitsmedium erhitzt sich ebenfalls und dehnt sich dabei zwangsläufig aus. An der Unterseite des Verschlusses 7 wirkt eine Druckkraft, die die Haltekraft der Sicken 17 in der umlaufenden Nut 19 übersteigt, wodurch der Formschluss zwischen dem Verschluss und dem Zylinder und außer Eingriff kommt, insbesondere bei Verschlüssen, deren Werkstoff eine geringere Warmfestigkeit aufweist als der des Zylinders. Ab diesem Belastungspunkt führt der Verschluss eine Axialbewegung durch, bei der der zungenartige Fortsatz 23 mit seiner Schneidfläche 27 in die Nutseitenwand 29 eindringt und mit einer Abstreiffläche 31 abgetrennte Teile des Verschlusses von einem Kernteil verdrängt. Volumenanteile 7a des abgetrennten Verschlusses werden in den Freiraum 25 verdrängt.
Die Fig. 2 zeigt den Zustand, wenn ein Absatz 33 zwischen der umlaufenden Nut 19 und der Nut 10 für die Dichtung 9 durchtrennt ist und die Schneidfläche 27 an der Dichtung 9 angreift. Bei einer weiteren Bewegung wird die Dichtung 9 zerstört, so dass das Arbeitsmedium durch den Ringspalt 11 in den Freiraum oder entlang des abgetrennten Absatzes 33 in die Umgebung entweichen kann.
Umfangreiche Versuche haben ergeben, dass sich keine metallischen Dichtstellen zwischen dem Verschluss und der Innenwandung einstellen. Des weiteren ist der fertigungstechnische Aufwand vergleichsweise gering, da man anstelle eines Sickenstempels für die Sicken 17 eine Prägeschneidwerkzeug für den zungenartigen Forstsatz 23 verwendet.
Die Schneideinrichtung funktioniert nicht nur in Verbindung mit einem Formschluss in Form einer Sicke, sondern auch völlig unabhängig davon. Man kann anstelle der Sickenverbindung auch eine Gewindeverbindung oder einen eingeklemmten Drahtring verwenden. Bei entsprechenden Temperaturen reißen auch diese Formschlussverbindungen und lassen die Schneideinrichtung wirksam werden.

Claims

1. Kolben-Zylinderaggregat, umfassend einen Zylinder, in dem ein Arbeitsraum mit einem Arbeitsmedium gefüllt ist, der von einem Verschluss begrenzt und mindestens einer Dichtung abgedichtet ist, wobei der Verschluss durch einen Formschluss mit dem Zylinder bis zu einer Temperaturgrenze axial fixiert ist und der Verschluss oberhalb der Temperaturgrenze eine Axialbewegung zur Druckentlastung ausführen kann, dadurch gekennzeichnet, dass während der Axialbewegung des Verschlusses (7) zur Druckentlastung eine Schneidvorrichtung (21) die Dichtfunktion der Dichtung (9) aufhebt.

2. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinrichtung (21) innerhalb des Zylinders (3) angeordnet ist.

3. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schneideinrichtung (21) am Zylinder (3) abstützt.

4. Kolben-Zylinderaggregat nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinrichtung (21) einteilig mit dem Zylinder (3) ausgeführt ist.

5. Kolben-Zylinderaggregat nach einem der Ansprüche 1-4 dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinrichtung (21) von einem zungenartigen Fortsatz (23) gebildet wird.

6. Kolben-Zylinderaggregat nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (9) innerhalb einer Nut (10) des Verschlusses (7) angeordnet ist, wobei die radiale Nuttiefe der Nut (10) größer ist als die radiale Ausdehnung der Schneideinrichtung (21).

7. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schneidfläche (27) der Schneideinrichtung (21) vollständig radial innerhalb des Zylinders (3) angeordnet ist.

8. Kolben-Zylinderaggregat nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinrichtung (21) eine Abstreiffläche (31) aufweist, die den abgeschnittenen Teil (7a) des Verschlusses (7) von einem Kernteil abführt.

9. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (3) einen Freiraum (25) aufweist, in dem der abgeschnittene Teil (7a) des Verschlusses (7) aufgenommen werden kann.

10. Kolben-Zylinderaggregat nach den Ansprüchen 4 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zungenartige Fortsatz (23) der Schneideinrichtung (21) aus der Wandung des Zylinders (3) geschnitten ist und der Freischnitt für den Fortsatz (23) den Freiraum (25) bildet.

11. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschluss (7) eine umlaufende Nut(19) aufweist, die den zungenartigen Fortsatz(23) der Schneideinrichtung (21) aufnimmt.

12. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidfläche(27) an einer Nutseitenwand (29) des Verschlusses (7) im Normalbetrieb des Kolben-Zylinderaggregates (1) zur Anlage kommt.

13. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die umlaufende Nut (19) im Verschluss (7) für die Schneideinrichtung (21) mit mindestens einer Sicke (19) des Zylinders (3) den Formschluss für die axiale Befestigung des Verschlusses (7) innerhalb des Zylinders (3) bildet.

14. Kolben-Zylinderaggregat nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schneideinrichtungen (21) eingesetzt werden.

15. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einsatz von mehr als einer Schneideinrichtung (21) diese unsymmetrisch am Umfang des Verschlusses (7) angreifen.