DE10046961A1 - Kolben-Zyinderaggregat mit verstellbarem Hubweg - Google Patents

Abstract

Kolben-Zylinderaggregat mit verstellbarem Hubweg, umfassend einen Zylinder, indem eine Kolbenstange mit einem Kolben axial beweglich angeordnet ist und die Kolbenstange mit einer Anschlageinrichtung und der Zylinder mit einer Gegenanschlageinrichtung in Wirkverbindung stehen, wobei der Eingriffspunkt der Anschlageinrichtung und der Gegenanschlageinrichtung einstellbar ist, wobei mindestens eine der beiden Anschlageinrichtungen in ihrer Position relativ zu ihrer wirkmäßig zugeordneten Baugruppe Kolbenstange/Zylinder axial stufenlos verschiebbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kolben-Zylinderaggregat mit verstellbarem Hubweg ent­ sprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

In der Praxis gibt es zahlreiche Anwendungsbeispiele für Kolben- Zylinderaggregate, bei denen der Hubweg verstellbar ist. Prinzipiell kann man den Hubweg durch spezielle Ventilausgestaltungen des Kolben-Zylinderaggregates realisieren. In diesem Zusammenhang wird auf die DE 33 01 544 A1 verwiesen. Bei einem Kolben-Zylinderaggregat dieser Bauart fährt die Kolbenstange bis zu einem bestimmten Haltepunkt selbsttätig aus und kann dann durch Überwinden eines Blockierventils in einem zweiten Öffnungsbereich willkürlich eine neue Hal­ teposition einnehmen. Generell wird die Funktion zuverlässig erfüllt. Der Nachteil ist darin zu sehen, dass die notwendigen Ventileinrichtungen das Produkt verteu­ ern.

Bei einem Kolben-Zylinderaggregat entsprechend der DE 40 22 145 A1 oder der DE 38 26 862 A1 kann die Hubwegverstellung über eine Anschlaghülse mit axial verschieden positionierten Anschlagflächen eingestellt werden. Dazu wird die Kolbenstange zusammen mit dem Kolben relativ zum Zylinder des Kolben- Zylinderaggregates verdreht, so dass der Kolben an einer gewünschten Anschlag­ fläche, die einen Hubweg definiert, anliegt.

Der Nachteil dieser Lösungen liegt darin, dass bei einer größeren Anzahl von wählbaren Hubwegeinstellungen die Größe der Anschlagflächen zwangsläufig abnimmt und damit die Flächenpressung zwischen dem Kolben und der An­ schlagfläche schnell einen materialspezifischen Grenzwert übersteigen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kolben-Zylinderaggregat zu reali­ sieren, dass eine stufenlose Verstellung des Hubwegs ermöglicht, wobei auf eine aufwendige Ventileinrichtung für die gewünschte Funktion verzichtet werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass mindestes eine der bei­ den Anschlageinrichtungen in ihrer Position relativ zu ihrer wirkmäßig zugeordne­ ten Baugruppe Kolbenstange/Zylinder axial stufenlos verschiebbar ist.

Vorteilhafterweise kann deshalb auf eine gestufte Anschlagfläche, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, verzichtet werden. Allein aus der Positionierung der Anschlageinrichtung oder der Gegenanschlageinrichtung wird der Hubweg der Kolbenstange bestimmt.

Im Hinblick auf eine möglichst einfache Handhabung der Hubwegverstellung liegt zwischen der verschiebbaren Anschlageinrichtung und/oder der Gegenanschlag­ einrichtung und der wirkmäßig zugeordneten Baugruppe Kolbenstange/Zylinder eine Gewindeverbindung vor. Durch einfaches Verdrehen einer der beiden ge­ nannten Anschlageinrichtung oder der Gegenanschlageinrichtung kann die Hub­ wegverstellung vornehmen.

Im Hinblick auf eine möglichst axial kurze Bauweise des Kolben- Zylinderaggregates bildet der Kolben die Anschlageinrichtung.

Es ist bei Gasfedern bekannt, dass man ihre Federkraftkennlinie durch die Ver­ wendung von einer oder mehreren Druckfedern einem Belastungsprofil anpasst. Dafür weist die Kolbenstange axial ortsfeste Abstützmittel auf, die mit einer Druckfeder im Zylinder unabhängig von der Hubwegeinstellung zusammenwirken.

Vorteilhafterweise weisen die Anschlageinrichtung und die Gegenanschlageinrich­ tung zueinander ausgerichtete Formschlussflächen auf, die zur Verstellung des Hubwegs in Eingriff bringbar sind. Die Gegenanschlageinrichtung und die An­ schlageinrichtung befinden sich innerhalb des Zylinders. Damit sie nicht direkt von außen betätigbar sein müssen, übernehmen die Formschlussflächen im Ein­ griff die Funktion einer Verdrehsicherung, um die axial Verstellbewegung der Ge­ genanschlageinrichtung oder der Anschlageinrichtung zu garantieren.

In weiterer Ausgestaltung kann der Zylinder mindestens eine Bypassnut aufwei­ sen, die zwei durch den Kolben getrennte Arbeitsräume in Abhängigkeit der Kol­ benstellung verbindet. Im Vergleich zum aufgezeigten Stand der Technik kann durch die erfindungsgemäße Hubwegverstellung unabhängig von der zur Verfü­ gung stehenden Hublänge beispielsweise konstant immer kurz vor Hubende in Ausfahrrichtung eine Dämpfwirkung durch einen abnehmenden Drosselquer­ schnitt der Bypassnut erreicht werden.

Bei einer alternativen Ausführungsvariante des Kolben-Zylinderaggregates ist vor­ gesehen, dass die Kolbenstange mit einen Schraubflansch in Wirkverbindung steht, der mit einer Verstellhülse axial verstellbar verbunden ist, wobei die Ver­ stellhülse wiederum mit einer Anschlageinrichtung verbunden ist.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist der Schraubflansch ein Außenge­ winde und die Verstellhülse ein Innengewinde auf, wobei das Außengewinde und das Innengewinde die Gewindeverbindung bilden.

Dabei weist der Kolben eine Durchgangsöffnung für die Kolbenstange auf, wobei mindestens eine Teillänge der Durchgangsöffnung eine radiale Führungsfläche für den Kolbens bezogen auf die Kolbenstange darstellt.

Zusätzlich kann ein Spalt zwischen der Führungsfläche und der Kolbenstange von einer Dichtung verschlossen sein. Der große Vorteil der Alternativlösung besteht darin, dass die Gewindeverbindung keinen unkontrollierten Drosselquerschnitt zwischen den beiden Arbeitsräumen im Zylinder darstellt. Folglich kann die Aus­ fahrgeschwindigkeit der Kolbenstange in engeren Grenzen bestimmt werden.

Als Alternative zu einem Bypass oder auch in Kombination kann eine Endlagen­ dämpfung der Kolbenstangenbewegung vorliegen, indem ein kolbenseitiger Verdränger in einen ortsfest zum Zylinder angeordneten Endlagentopf einfahrbar ist.

Zusätzlich zu der Funktion der Endlagendämpfung kann der Endlagentopf die Ge­ genanschlageinrichtung für die Kolbenstangenbewegung bilden.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die näher beschrieben werden.

Es zeigt:

Fig. 1 Kolben-Zylinderaggregat mit einer Gewindeverbindung auf der Kolben­ stange

Fig. 2 Kolben-Zylinderaggregat mit einer Verstellhülse

Die Fig. 1 zeigt ein Kolben-Zylinderaggregat 1 in der Bauform einer Gasfeder. Innerhalb eines endseitig geschlossenen, mit Druckmedium gefüllten Zylinders 3 ist eine Kolbenstange 5 axial beweglich geführt, die einen Kolben 7 aufweist. Der Kolben 7 trennt den Zylinder in einen kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 9 und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 11. Der Zylinder 3 und das außerhalb des Zylinders befindliche Ende der Kolbenstange verfügen jeweils über ein An­ schlusslager 13; 15. Das Anschlusslager 13 ist an der Kolbenstange rotatorisch fest ausgeführt. Der Zylinder lässt sich relativ zum Anschlusslager 15 verdrehen. Dazu dient ein zylinderseitiger Anschlusszapfen 17 in Verbindung mit einer in Achsrichtung der Zylinders wirksamen Sicherungsklammer 19.

Die Kolbenstange 5 weist auf einem Abschnitt 5a ein Gewinde 21 auf, das mit einem Innengewinde 23 des Kolbens 7 eine Gewindeverbindung 25 bildet. Damit kann die axiale Position des Kolbens auf der Kolbenstange im Abschnitt 5a stu­ fenlos verstellt werden. Die Position des Kolbens auf der Kolbenstange bestimmt auch den maximalen Hubweg der Gasfeder, da der Kolben auch eine Anschlag­ einrichtung darstellt. Die maximale Hubwegverstellung berechnet sich aus der Längendifferenz des Gewindeabschnitts 5a und der Gewindeverbindung 25.

Begrenzt wird der Hubweg des Kolbens in Ausfahrrichtung von einer Gegenan­ schlageinrichtung 27, die in einer sehr einfachen Ausführung von einer Durch­ messerreduzierung des Zylinders, beispielsweise einer Sicke, gebildet wird. Selbstverständlich kann man auch die in Richtung des Kolbens weisende Stirnflä­ che der Kolbenstangenführung 29 oder eine separate axial gesicherte Scheibe verwenden.

Zur Verstellung der axialen Kolbenposition lässt man die Kolbenstange bis zum Anschlag des Kolbens an die Gegenanschlageinrichtung ausfahren. Durch zuein­ ander ausgerichtete Formschlussflächen 31; 33, beispielsweise, indem die Kol­ benoberseite profiliert ist, ergibt sich bei im Eingriff befindlicher Anschlageinrich­ tung und Gegenanschlageinrichtung ein Reib- oder Formschluss zwischen dem Zylinder und dem Kolben. Verdreht man den Zylinder zur in Umfangsrichtung fi­ xierten Kolbenstange, so wird mittels des Zylinders der Kolben auf dem Gewin­ deabschnitt der Kolbenstange stufenlos axial verschoben. Man benötigt für die Axialverschiebung nicht unbedingt die Formschlussflächen, doch erleichtert sich die Verstellung des Kolbens.

Optional kann innerhalb des Zylinders im kolbenstangenfernen Arbeitsraum eine Druckfeder 35 angeordnet sein, um eine gewünschte Federkraftkennlinie zu er­ halten. Bei einer Anwendung der Gasfeder als Hubhilfe für eine Fahrzeugklappe soll der Hubbereich, in der die Druckfeder wirksam ist, unabhängig von dem ein­ gestellten maximalen Hubweg sein. Damit diese Forderung erfüllt wird, weist die Kolbenstange ein axial ortsfestes Abstützmittel 37 auf. In diesem Fall wird eine Scheibe eingesetzt. Denkbar ist aber auch, dass sich die Feder direkt an einer Stirnfläche der Kolbenstange abstützt.

Alternativ oder in Kombination zur Druckfeder kann der Zylinder eine Bypass­ nut 39 aufweisen, die auf ihrer axialen Erstreckung über unterschiedliche Dros­ selquerschnitte verfügen kann. Häufig ist an dem im kolbenstangenseitigen Ar­ beitsraum befindlichen Ende der Bypassnut ein Auslauf 41 ausgeführt, so dass am Hubende eine gedämpfte Ausfahrbewegung vorliegt. Aufgrund der axialen Verstellung der Anschlageinrichtung bzw. des Kolbens wird unabhängig von dem eingestellten gesamten Hubweg stets ein konstanter gedämpfter Hubweg 43 eingehalten, da der Abstand des Auslaufs bis zur Gegenanschlageinrichtung e­ benfalls konstant ist.

Die Fig. 2 zeigt eine Abwandlung der Variante der Fig. 1, bei der die Gewinde­ verbindung 25 zur axialen Kolbenverstellung zwischen einer Verstellhülse 45 mit einem Innengewinde und einem mit der Kolbenstange 5 ortsfest verbundenen Schraubflansch 47 mit einem Außengewinde gebildet wird. Die Verstellhülse ist wiederum mit dem Kolben festverbunden, und erstreckt sich ausgehend vom Kolben axial in den kolbenstangenfernen Arbeitsraum 11.

Der Kolben verfügt über eine zylindrische Führungsfläche 49 zur Kolbenstange. Mit dieser Führungsfläche zentriert sich der Kolben radial zur Kolbenstange und ermöglicht eine axiale Verschiebung des Kolbens relativ zur Kolbenstange. Eine Dichtung 51 zwischen einer zentralen Durchgangsöffnung im Kolben für die Kol­ benstange und der Kolbenstange verhindert, dass ein Spalt unbestimmter Größe zwischen der Führungsfläche und der Kolbenstange vorliegt, der eine Drosselwir­ kung auf das Druckmedium im Zylinder bei der Kolbenstangenbewegung ausüben könnte.

Mit Hilfe der Verstellhülse kann der Abstand zwischen dem Kolben 7 und der Kolbenstangenführung 29 verändert werden, wobei dieser Abstand dem maxima­ len Hubweg entspricht. Dazu dienen die ortsfesten Formschlussflächen 33 am Zylinder 3 oder an einem zum Zylinder ortsfesten anderen Bauteil.

Man bewegt den Kolben in Richtung der Formschlussflächen 33 und lässt die Flächen 31 am Kolben in diese eingreifen. Wenn man den Zylinder in Umfangs­ richtung zur Kolbenstange dreht, dann bewegt sich der Schraubflansch 47 axial innerhalb der in Umfangsrichtung fixierten Verstellhülse 45. Ist die gewünschte maximale Hublänge des Kolben-Zylinderaggregates erreicht, beendet man die Drehbewegung des Zylinders. Die Verstellung kann auch dann erfolgen, wenn das Kolben-Zylinderaggregat zwischen einem ortsfesten Bauteil, beispielsweise einer Karosserie, und einem beweglichen Bauteil, beispielsweise einer Fahrzeug­ klappe, angeordnet ist, da sich der Zylinder 3 mit seinem Anschlusszapfen 17 innerhalb des Anschlussorgans 15 in Umfangsrichtung bewegen kann.

Der maximale Verstellweg zur Veränderung des maximalen Hubwegs der Kolben­ stange entspricht der Gewindelänge der Verstellhülse 45 abzüglich der Mindest­ eingriffslänge des Schraubflansches 47 in der Verstellhülse 45.

Auch bei dieser Variante bleibt die Lage des Kolbens relativ zum Auslauf 41 des Bypasses 39 unabhängig von dem eingestellten Hubweg unverändert. Die in den beiden Ausführungsbeispielen dargestellte Endlagendämpfung, die letztlich von dem Auslauf 41 und dem damit verbundenen sich verringerndem Drosselquer­ schnitt gebildet wird, der den Druckmediumaustausch zwischen den beiden Ar­ beitsräumen bestimmt, kann auch dadurch erreicht werden, indem z. B. ein End­ lagentopf 53 im Arbeitsraum 9 am Hubende der Kolbenstange angeordnet ist. Ein ortsfest zum Kolben angeordneter Verdränger 55 fährt in den Endlagentopf ein. Ein radialer Spalt zwischen dem Außendurchmesser des Verdrängers und dem Innendurchmesser des Endlagentopfs stellt ebenfalls eine Drosseleinrichtung dar, die für einen gedämpften Endanschlag der Kolbenstangenbewegung sorgt.

Man kann auch vorsehen, dass der Endlagentopf 53 die Gegenanschlageinrich­ tung 27 bildet und gleichzeitig die Formschlussflächen 33 bereitstellt.

Selbstverständlich kann auch bei der Fig. 2 eine Druckfeder 35 eingesetzt wer­ den.

Claims (12)

1. Kolben-Zylinderaggregat mit verstellbarem Hubweg, umfassend einen Zylin­ der, in dem eine Kolbenstange mit einem Kolben axial beweglich angeordnet ist und die Kolbenstange mit einer Anschlageinrichtung und der Zylinder mit einer Gegenanschlageinrichtung in Wirkverbindung stehen, wobei der Ein­ griffspunkt der Anschlageinrichtung und der Gegenanschlageinrichtung ein­ stellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestes eine der beiden Anschlageinrichtungen (7; 27) in ihrer Positi­ on relativ zu ihrer wirkmäßig zugeordneten Baugruppe Kolbenstan­ ge/Zylinder (5; 3) axial verschiebbar ist.

2. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der verschiebbaren Anschlageinrichtung (7) und/oder der Ge­ genanschlageinrichtung (27) und der wirkmäßig zugeordneten Baugruppe Kolbenstange/Zylinder (5; 3) eine Gewindeverbindung (25) vorliegt.

3. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (7) die Anschlageinrichtung bildet.

4. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (5) axial ortsfeste Abstützmittel (37) aufweist, die mit einer Druckfeder (35) im Zylinder (3) unabhängig von der Hubwegeinstellung zusammenwirken.

5. Kolben-Zylinderaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlageinrichtung (7) und die Gegenanschlageinrichtung (27) zu­ einander ausgerichtete Formschlussflächen (31; 33) aufweisen, die zur Ver­ stellung des Hubwegs in Eingriff bringbar sind.

6. Kolben-Zylinderaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder mindestens eine Bypassnut (39) aufweist, die zwei durch den Kolben getrennte Arbeitsräume (9; 11) in Abhängigkeit der Kolbenstel­ lung verbindet.

7. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (5) mit einem Schraubflansch (47) in Wirkverbindung steht, der mit einer Verstellhülse (45) axial verstellbar verbunden ist, wobei die Verstellhülse (45) wiederum mit einer Anschlageinrichtung (7) verbunden ist.

8. Kolben-Zylinderaggregat nach den Ansprüchen 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubflansch (47) ein Außengewinde und die Verstellhülse (45) ein Innengewinde aufweist, wobei das Außengewinde und das Innengewinde die Gewindeverbindung (25) bilden.

9. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (7) eine Durchgangsöffnung für die Kolbenstange (5) auf­ weist, wobei mindestens eine Teillänge der Durchgangsöffnung eine radiale Führungsfläche (49) für den Kolben bezogen auf die Kolbenstange darstellt.

10. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spalt zwischen der Führungsfläche (49) und der Kolbenstange (5) von einer Dichtung (51) verschlossen wird.

11. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Endlagendämpfung der Kolbenstangenbewegung vorliegt, indem ein kolbenseitiger Verdränger (55) in einen ortsfest zum Zylinder (3) angeordne­ ten Endlagentopf (53) einfahrbar ist.

12. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Endlagentopf (53) die Gegenanschlageinrichtung (27) für die Kol­ benstangenbewegung bildet.