DE2730112A1

DE2730112A1 - Kolbenanordnung, insbesondere fuer trockenlaufkompressoren, sowie verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE2730112A1
Application number: DE19772730112
Authority: DE
Inventors: Kurt Stoll
Original assignee: Festo Maschinenfabrik Gottlieb Stoll Firma
Current assignee: Festo Maschinenfabrik Gottlieb Stoll Firma
Priority date: 1977-07-04
Filing date: 1977-07-04
Publication date: 1979-01-25
Also published as: DE2730112C2

Description

Kolbenanordnung, insbesondere für Trockenlauf-
kompressoren, sowie Verfahren zu deren Herstellung Die Erfindung betrifft eine Kolbenanordllung, insbesondere für Trockenlaufkompressoren, mit einem al seinem Umfang eine ringförmige Dichtung tragenden Kolben, der mit einer Kolbenstange zentral verbunden ist.
An derartige Kolbenanordaungen werden hinsichtlich mehrerer Eigenschaften große Anforderungen gestellt. Zum einen soll ein möglichst reibungsfreier Kolbenlauf mit guter Führung im zugehörigen Zylinder vorliegen, um Energieverluste und Verschleißerscheinungen z. B. durch Abrieb der Dichtung zu vermeiden. Zum anderen soll ein ölfreier Betrieb möglich sein, um einen Trockenlauf zu erhalten sowie um eine durch Olnebel entstehende Umweltverschmutzung zu vermeiden. Ferner sollte der möglichst reibungsfreie Trockenlauf auch bei erhöhten Temperaturen erhalten bleiben, um das Anwendungsgebiet der Kolbenanordnung nicht einzuschranken.Auch sollte das Gewicht klein gehalten werden, da große bewegte Masse Dåmpfungsprobleme mit sich bringen. Das Gewicht wirkt sich außerdem auf den Rundlauf aus. In diesem Zusammeahang ist auch noch eine gute Rotationssymmetrie der Massenverteilwlg Von BedeUtllilg.
Auberdem sollte eine solche Kolbenanordjiung in sich so stabil wie möglich ausgebildet sein, damit sie auch noch langerer Betriebsdauer ihre Funktion voll erfulleil kann und somit eine lauge Lebensdauer besitzt. Bei alledem steht der Gesichtspunkt der billigen Herstellung im Vordergrund, was insbesondere im Hinblick darauf von Bedeutung ist, dab es sich bei derartigen Kolbenanordnungen um Massenartikel handelt.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Soibenanordnung der eingangs erwahnten Art zu schaffen, die die genannten Eigenschaften auf optimale Weise erfullt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dichtung aus Kunststoff besteht uiid eine den Kolbenumfang bedeckende, im wesentlichen zylindrische Ringwand sowie zwei von der Ringwand radial nach innen vorstehende, umlaufende Stirnwände besitzt, die jeweils an einer Stirnfläche des Kolbens anliegen, wobei die Dichtung unter der Wirkung ihrer Eigenelastizität auf dem Kolben befestigt ist, und daß der Kolben mit der Kolbenstange einstuckig verbunden ist.
Die Verwendung von Kunststoff statt z. B. von Gummi als Dichtungsmaterial bringt eine niedrigere Reibung und somit einen vernachlässigbaren Verschleiß, eine äußerst gute }Ehrung sowie hierbei gleichzeitig eine optimale Abdichtung mit sich. Wegen der geringen Reibung ist keine Schmierung z. B. in Gestalt einer Olnebelschmierung notwendig, die Kolbenanordnung eignet sich also bestens für Trockenlaufkompressoren. Ferner ist Kunststoffmaterial gegen Temperatureinflüsse beständiger als z. B. Gummi. Wegen der einstückigen Verbindung zwischen Kolben und Kolbenstange kann auf gesonderte Verbindungselemente verzichtet werden, die in der Regel das Gewicht einer Kolbenanordnung vergrößern, die Hotationssymmetrie der Massenverteilung ungünstig beeinf'lussen und dazuhin die Stabilität insofern beeinträchtigen, als eine nicht einstückige Verbindungsstelle zwischen Kolben und Kolbenstange eine gefährliche, zum Bruch neigende Schwachstelle darstellt. Schließlich ist vor allem die erstellung der Solbenanordnung denkbar einfach und billig, da wegen der erwähnten einstückigen Verbindung auf Verbindungselemente verzichtet werden kann und da die Dichtung wegen ihrer erfindungsgemäßen Ausbildung, ohne daß weitere Maßnahmen vorgesehen werden müssen, einfach auf den Kolben aufgestülpt oder aufgeknöpft zu werden braucht, wo sie dann eigenelastisch festhält. Es ist also z. B. kein Aufvulkanisieren der Dichtung auf den Kolben vorgesehen, wie es bei Gummidichtungen ab und zu angewandt wird. Auch ein Umspritzen des Kolbens entfällt.
Insgesamt erhält man also eine Kolbenanordnung, die äußerst billig herzustellen ist und hierbei einen ölfreien Betrieb, also einen Trockenlauf ermöglicht, die eine gute Führung, nahezu keine Reibung und trotzdem eine gute Dichtfunktion, eine hohe Temperaturbeständigkeit, einen exakten Rundlauf und eine lange Lebensdauer besitzt sowie das Vorsehen von aufwendigen Dämpfungseinrichtungen erübrigt und wartungsfrei betrieben werden kann.
Zweckmäßigerweise steht eine der Stirnwände der Dichtung nur um einen geringen Betrag von der Ringwand nach innen hin vor, um das Aufstülpen oder Aufknöpfen der Dichtung zu erleichtern und um Material zu sparen. Die andere Stirnwand der Dichtung kann die zugeordnete Stirnfläche des Kolbens bis zu dessen zentralem Bereich abdecken, wobei diese Stirnwand entweder an der der Kolbenstange zugewandten Stirnfläche oder an der gegenüberlie-genden Stirnfläche des Kolbens angeordnet sein kann. Im letzteren Falle kann die Stirnwand der Dichtung die Stirnfläche des Kolbens bis zur Mündung einer Sackbohrung abdecken, die zweckmäßigerweise den Kolben und die Kolbenstange durchdringt.
Durch das Anordnen dieser Sackbohrung ergibt sich eine weitere Gewichtsverminderung und eine Materialersparnis.
Die von dem Kolben und der Kolbenstange gebildete einstückige Einheit kann kostenmäßig besonders günstig durch Pließpressen oder Tief ziehen hergestellt werden. ßchließlich eoll an dieser Stelle noch erwsbnt sein, daß in den Kolbenunfang eine Ringnut eingearbeitet sein kann, in der sich unterhalb der zylindrischen Ringwand der Dichtung elne Magnetring-Einlage befindet, die zum Betätigen von außen am zugehörigen Zylinder angeordneten Schaltern zum Umsteuern der Kolbenbewegung, z. B. zum Betitigen von sogenannten Reed-Schaltern dient.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur HersteLlung einer Kolbenanordnung, insbesondere für Trockenlaufkompressoren, mit einem an seinem Umfang eine ringförmige Dichtung tragenden Kolben, der mit einer Kolbenstange zentral verbunden ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der Kolben und die Kolbenstange aus einem Rohling durch Umformen z. B. durch Fließpressen, insbesondere Kaltfließpressen, oder durch Tiefziehen einstückig hergestellt werden, wonach die aus Kun ststoff gesondert hergestellte Dichtung unter Ausnutzung ihrer Eigenelastizität auf den Kolbenumfaiig aufgeknöpft wird.
Hierbei kann zweckmäßigerweise beim Umformen des Rohlings eine Sackbohrung in den Kolben und die Kolbenstange eingebracht werden. Ferner kann beim Umformen des Rohlings eine Ringnut in den Umfang des Kolbens eingebracht werden, in die vor dem Aufknöpfen der Dichtung eine Hagnetring-Einlage eingelegt wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine erste und Fig. 2 eine zweite Ausfihrungsform der Erfindung im Längsschnitt.
Bei der Kolbenanordnung gemäß Fig. l sind ein Kolben 1 und eine zentral am Kolben sitzende Kolbenstange 2 einstückig miteinander verbunden. Der Kolben 1 und die Kolbens tange 2 sind von einer im Bereich des freien Endes der Kolbenstange 2 endigenden Sackbohrung 5 durchdrungen, die an der der Kolbenstange 2 abgewaiidten Stirnfläche 4 des Kolbens 1 nach außen meldet. Diese Sackbohrung 5 dient insbesondere der Plassen-und Gewichtsverminderung, tim einen besonders guten Rundlauf zu erzielen und um eine möglichst geringe Massenbeschleunigung zu erhalten, wotlurch auf gesonderte Dämpfungseinrichtungen verzichtet werden kann. Demgegenüber bringt die einstückige Verbindung des Kolbens mit der Kolbenstange eine große Stabilität der Anordnung mit sich, da die VerbindtnigsstelLe keine Schwachstelle darstellt, wie sie z. B. beim Anordnen von entsprechenden Verbindungselementen vorhaiiden wäre Der Kolben 1 triigt an seinem Umfang eine ringförmige Dichtung 3, die aus Kunststoff, zweckmäßigerweise aus Pol-yurethaii oder aus einem Polyamid besteht. Im einzelnen weist die Dichtung 3 eine den Kolbenumfang bedeckende, im wesentlichen zylindrische Ringwand 8 sowie zwei von der Ringwand 8 radial nach innen vorstehende, umlaufende Stirnwände 9 bzw. 10 auf, die jeweils an einer Stirnfläche 4 bzw. 11 des Kolbens -1 anliegen. Dabei ist die Dichtung 3 unter der Wirkung ihrer Eigenelastizität auf dem Kolben 1 befestigt. Von den Stirnwänden 9, 10 der Dichtung 3 steht die Stirnwand 9 nur um einen geringen Betrag von der Ringwand 8 nach innen hin vor, während die andere Stirnwand 10 die zugeordnete Stirnfläche 11 des Kolbens bis zu dessen zentralem Bereich abdeckt, wobei die verbleibende Öffnung 12 in der Stirnwand 10 von der Kolbenstange 2 durchdrungen wird. Die Dichtung 3 besitzt ferner zwei Dichtlippen 13, 14, die von den beiden ringförmig umlaufenden Kanten zwischen der Ringwand 8 und den Stirnwänden 9, 10 der Dichtung schräg nach außen vorstehen und an der Wandung 15 des zugeordneten Zylinders anliegen und sowohl zur Abdichtung als auch zur ilührung dienen. Auf die mit der so ausgebildeten Dichtung 7 verbundenen Vorteile wurde schon oben eingegangen, so daß sich eine Wiederholung erübrigt.
In den Kolbenumfang ist eine Ringnut 6 eingearbeitet, in der sich unterhalb der zylindrischen Ringwand 8 eine Magnetring-Einlage 7 befindet. Diese Magnetring-Einlage 7 ist für den Fall vorgesehen, daß sich an der Außenseite des zugeordneten Zylinders berührungslos betätigbare Schalter, z. B. Reed-Schalter befinden, die zum Umsteuern der Kolbenbewegung dienen. Auf diese Weise können die Endstellungen des Kolbenhubes abgetastet und die erhaltenen Signale zur Steuerung herangezogen werden.
Die in Fig. 2 dargestellte iusführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 lediglich dadurch, daß in diesem Falle die Dichtung 3a umgekehrt auf den Kolben aufgebracht ist wie im oben beschriebenen Falle. Die an der der Kolbenstange zugewandtenStirnfläche des Kolbens anliegende Stirnwand 9a der Dichtung steht nur gering in radialer Richtung nach innen hin vor1 während die an der der Kolbenstange abgewandten Stirnfläche des Kolbens anliegende Stirnwand 10a die zugeordnete Stirnfläche des Kolbens bis zur Mündung der Sackbohrung 5a abdeckt. Diese Sackbohrung 5a besitzt im übrigen an ihrer Mündung eine Anphasung 15.
In jedem Falle sind, wie bereits erwahnt, der Kolben und die Kolbenstange einstückig hergestellt. Hierbei kann die einstückige Einheit zweckmäßigerweise ein Fließpreßteil, insbesondere ein Kaltfließpreßteil, oder ein Tiefziehteil sein.
Im übrigen kann der Kolben und die Kolbenstange gunstigerweise aus Metall, insbesondere aus Stahl, aluminium oder Messing bestehen.
Bei der Herstellung der Kolbenanordnung wird derart vorgegangen, daß zunächst der Kolben und die Kolbenstange aus einem einzigen Rohling durch Umformen, z. B. durch Fließpressen, insbesondere galtfließpressen, oder durch Tiefziehen einstückig hergestellt werden, wonach die aus gunststoff gesondert hergestellte Dichtung unter Ausnutzung ihrer Eigenelastizität auf den Kolbenumfang aufgeknöpft oder aufgestülpt wird. Bei diesem Aufknöpfen oder Luf stülpen kann man die Stirnwand der Dichtung mit größerer radialer Erstreckung an die zugeordnete ßtirnfliche des Kolbens anlegen und die gegenüberliegende Stirnwand durch elastisches Verbiegen der Dichtung mit der anderen Itirafläche des Kolbens in Eingriff bringen, wonach man einen festen Sitz erhält.
Beim Umformen des Rohlings, also beim Fließpreßvorgang, insbesondere Kaltfließpreßvorgang oder beim Tief ziehvorgang kann man, ohne daß hierzu ein zusätzlicher Verfahrensschritt notwendig wäre, die beschriebene Sackbohrung in den Kolben und die Kolbenstange und/oder die Ringnut für die Magnetring-Einlage einbringen, wobei die Magnetring-Einlage vor dem Aufknöpfen der Dichtung in die Ringnut eingelegt wird.
Abschließend soll nochmals darauf hingewiesen werden, daß die die beschriebenen Maßnahmen aufweisende Kolbenanordnung äußerst billig hergestellt werden kann, wobei dazuhin die eingangs beschriebenen Vorteile vorhanden sind.

Claims

ansprüche Kolbenanordnung, insbesondere für Trockenlaufkompressoren, mit einem an seinem Umfang eine ringförmige Dichtung tragenden Kolben, der mit einer Kolbenstange zentral verbunden' ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (3) aus Kunststoff besteht und eine den Kolbenumfang bedeckende, im wesentlichen zylindrische Ringwand (8) sowie zwei von der Ringwand (8) radial nach innen vorstehende, umlaufende Btirnwände (9, 10) besitzt, die Jeweils an einer Stirnfläche (4, 11) des Kolbens (1) anliegen, wobei die Dichtung (3) unter der Wirkung ihrer Eigenelastizität auf dem Kolben (1) befestigt ist, und daß der Kolben (1) mit der Kolbenstange (2) einstückig verbunden ist.
2. Kolbenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stirnwand (9) der Dichtung (3) nur um einen geringen Betrag von der Ringwand (8) nach innen hin vorsteht.
3. Kolbenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Stirnwand (10) der Dichtung (3) die zugeordnete Btirnfläche (11) des Kolbens (1) bis zu dessen zentralem Bereich abdeckt.
4. Kolbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (3) aus Polyurethan besteht.
5. Kolbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein Polyamid ist.
6. Kolbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (1) und die Kolbenstange (2) von einer im Bereich des freien Endes der Kolbenstange (2) in dieser endigenden Sackbohrung (5) durchdrungen sind, die an der der Kolbenstange (2) abgewandten Stirnfläche (4) des Kolbens (1) nach außen mündet.
7. Kolbenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sackbohrung (5a) an ihrer Mündung eine Anphasung (15) besitzt.
8. Kolbenanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die an der der Kolbenstange abgewandte Stirnfläche des Kolbens anliegende Stirnwand (10a) der Dichtung (3a) die Stirnfläche bis zur Mündung der Sackbohrung (5a) abdeckt.
9. Kolbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß von den beiden ringförmig umlaufenden Kanten zwischen der Ringwand (8) und den Stirnwänden (9, 10) der Dichtung (3) Jeweils eine Dichtlippe (13, 14) schräg mach außen vorsteht.
10. Kolbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kolbenumfang eine Ringnut (6) eingearbeitet ist, in der sich unterhalb der zylindrischen Ringwand (8) der Dichtung (3) eine Magnetring-Einlage (7) befindet.
11. Kolbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Kolben (1) und der Kolbenstange (2) gebildete einstückige Einheit ein Fließpreßteil, insbesondere ein Kaltfließpreßteil ist.
12. Kolbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Kolben (1) und der Kolbenstange (2) gebildete einstückige Einheit ein Tiefziehteil ist.
13. Kolbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (1) und die Kolben stange (2) aus Metall, insbesondere aus Stahl, Aluminium oder Messing besteht.
14. Verfahren zur Herstellung einer Kolbenanordnung, insbesondere für Trockenlaufkompressoren, mit einem an seinem Umfang eine ringförmige Dichtung tragenden Kolben, der mit einer Kolbenstange zentral verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst der Kolben (1) und die Kolbenstange (2) aus einem Rohling durch Umformen, z. B. durch Flioßpresson, insbesondere galtfließpressen, oder durch Tiefziehen einstückig hergestellt werden, wonach die aus Kunststoff gesondert hergestellte Dichtung (3) unter Ausnutzung ihrer Eigenelastizität auf den Solbenumfang aufgeknöpft wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß beim Umformen des Rohlings eine Sackbohrung (5) in den Kolben und die Kolbenstange eingebracht wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß beim Umformen des Rohlings eine Ringnut (6) in den Umfang des Kolbens eingebracht wird, in die vor dem Aufknöpfen der Dichtung (3) eine Magnetring-Einlage (7) eingelegt wird.