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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrzeugsitz und insbesondere
einen Fahrzeugsitz mit Pre-Safe-Einrichtungen, dessen Sitzlehne
bei Auftreten einer kritischen Fahrsituation in eine vorbestimmte,
definierte Position gebracht werden kann.
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Fahrzeugsitze
sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen
bekannt. In zunehmendem Maße
werden Fahrzeugsitze mit elektrischen Stellantrieben versehen, um
dem Fahrzeuginsassen ein ergonomisches und bequemes Sitzen im Fahrzeug
zu ermöglichen.
Im Rahmen von sogenannten Pre-Safe-Maßnahmen werden die Fahrzeugsitze
mittels elektromotorischer Verstelleinrichtungen durch Verstellung
in Längsrichtung
und durch Aufrichten der Lehne in eine vorbestimmte Position gebracht,
in welcher die Rückhaltesysteme,
wie z.B. Airbags, den Fahrzeuginsassen möglichst gut schützen. Die
Anforderungen an derartige elektromotorische Verstelleinrichtungen
sind jedoch sehr hoch, so dass die Kosten eines derartigen hochdynamischen elektrischen
Antriebs, welcher eine Lehnenverstellung von ca. 20° innerhalb
von 200 bis 500 ms durchführen
muss, sehr hoch sind. Ferner benötigen
derartige hochdynamische elektrische Antriebe eine sehr hohe elektrische
Leistung. Da gerade während
bzw. kurz vor den Auslösefällen der
Rückhaltesysteme
für viele
Systeme elektrische Leistung benötigt
wird, beispielsweise für
ABS, ESP, Lenkung, Gurtstraffer, Airbags, usw., kann es somit zu
einer Überlastung
des Bordnetzes des Fahrzeugs kommen. Im schlimmsten Fall würden dann
entsprechende Rückhaltesysteme oder
andere elektrische Systeme nicht betätigt.
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Vorteile der
Erfindung
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Der
erfindungsgemäße Fahrzeugsitz
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den
Vorteil auf, dass eine reversible Sitzverstellung bei einer vorbestimmten
Fahrsituation möglich ist,
ohne dass eine große
elektrische Leistung benötigt
wird. Hierzu umfasst der erfindungsgemäße Fahrzeugsitz ein Zwischenelement
mit zwei Gelenken, wobei an jeweils einem Gelenk die Sitzlehne bzw.
die Sitzfläche
angeordnet ist. Ein Aktuator bringt dabei bei Vorliegen der vorbestimmten
Fahrsituation die Sitzlehne automatisch in eine definierte Position. Hierbei
schwenkt der Aktuator die Sitzlehne um eines der beiden oder um
beide Gelenke. Der Aktuator wird insbesondere dann betätigt, wenn
eine kritische Fahrzustandssituation durch Bordsysteme des Fahrzeugs
erfasst wird, und bringt dann vor Auslösen eines Airbags bzw. Betätigung einer
Gurtstraffung die Sitzlehne in eine für die Unfallsicherheit günstige Position.
Da es nicht bei jedem Auftreten einer fahrkritischen Situation beispielsweise
zu einem Auslösen des
Airbags kommt, kann die Lehnenverstellung wieder rückgängig gemacht
werden.
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Die
Unteransprüche
zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise
ist der Aktuator ein mechanischer oder hydraulischer oder pneumatischer
Aktuator. Der Aktuator ist insbesondere derart vorgesehen, dass
nur zu seiner Auslösung
elektrische Energie notwendig ist, so dass der Energieverbrauch
kurz vor bzw. während
der kritischen Fahr-Zustandssituation nicht
durch den Aktuator selbst erhöht
wird.
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Weiter
bevorzugt ist der Aktuator derart ausgestaltet, dass bei einer normalen
Verstellung der Sitzlehne durch den Fahrzeuginsassen der Aktuator vorgespannt
wird, wenn die Sitzlehne aus der definierten Position herausbewegt
wird. Mit anderen Worten ist der Aktuator in der definierten Position
in seiner entspannten Stellung, so dass er gespannt wird, sobald
die Sitzlehne aus der definierten Position heraus verstellt wird.
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Weiter
bevorzugt ist eine Dämpfungseinrichtung
vorgesehen, um eine Bewegung der Sitzlehne bei einer Betätigung des
Aktuators kurz vor Erreichen der definierten Position der Sitzlehne
zu dämpfen. Vorzugsweise
ist die Dämpfungseinrichtung
dabei in den Aktuator integriert. Dadurch kann ein besonders kompakter
Aufbau realisiert werden.
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Um
eine schnelle und sichere Rückstellung der
Sitzlehne in die definierte Position zu erreichen, ist vorzugsweise
eine Führung
am Zwischenelement vorgesehen, entlang welcher die Sitzlehne bei
Betätigung
des Aktuators in die definierte Position führbar ist.
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Bevorzugterweise
wird die Sitzlehne mittels eines federunterstützten Bolzenelements in der
Führung
geführt.
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Vorzugsweise
umfasst das Bolzenelement dabei ein federunterstütztes Klemmstück, welches insbesondere
mit einer Ratschenkulisse in Eingriff bringbar ist.
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Weiter
bevorzugt ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die bei einer kritischen
Fahrzustandsituation zuerst die Sitzlehne in die definierte Position bringt
und anschließend
eine Gurtstraffungsvorrichtung und/oder einen Airbag betätigt.
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Der
Aktuator ist besonders bevorzugt als Feder ausgebildet. Hierdurch
kann ein besonders kostengünstiger
und kompakter Aktuator bereitgestellt werden. Die Feder ist vorzugsweise
eine Spiralfeder. Wenn der Aktuator eine Feder ist, kann vorzugsweise durch
eine Anpassung der Federwicklung auch eine progressive Charakteristik
des Aktuators erhalten werden.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Aktuator
ein Gasdruckfederelement. Hierdurch ist der Aktuator ebenfalls besonders
kompakt aufgebaut und kann kostengünstig bereitgestellt werden.
Die Verwendung von Gasdruckfedern ist insofern vorteilhaft, da sie
eine vollständige
Integration der kompletten Aktuatoraufgaben, wie Beschleunigung,
Verzögerung,
Dämpfung und
Wegbegrenzung ermöglichen.
Durch entsprechende Maßnahmen
können
dabei die Federkennlinien und die Dämpfungskennlinien der Druckfedern eingestellt
werden.
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Um
eine Dämpfung
in den Aktuator zu integrieren, ist das Gasdruckfederelement vorzugsweise teilweise
mit einer Flüssigkeit
gefüllt.
Dadurch kann die Betätigungsgeschwindigkeit
des Aktuators bei der Auslösung kurz
vor Erreichen der definierten Position der Sitzlehne gedämpft werden.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist am Zylinder
des Gasdruckfederelements eine Durchtrittsöffnung ausgebildet, deren Querschnitt
sich über
die Länge
des Zylinders ändert.
Hierdurch kann ebenfalls die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens
bei einer Betätigung
des Aktuators geändert
werden, so dass beispielsweise die Bewegung des Kolbens und damit
der Sitzlehne kurz vor Erreichen der definierten Position der Sitzlehne
reduziert werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung kann sowohl in einem Fahrersitz als auch einem
Beifahrersitz oder Rücksitz
verwendet werden. Insbesondere kann die vorliegende Erfindung auch
mit einem Sensor zur Besetzterkennung des Sitzes kombiniert werden.
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Zeichnung
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung
im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1a bis 1c schematische
Seitenansichten eines erfindungsgemäßen Fahrzeugsitzes gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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2a und 2b schematische
Seitenansichten eines Fahrzeugsitzes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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3 eine
schematische Seitenansicht einer Kulisse in einem Zwischenelement
gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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4 eine
schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Aktuators,
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5 ein
Diagramm, welches die Kraft über den
Hub des in 4 gezeigten Aktuators darstellt,
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6 eine
schematische Schnittansicht eines zweiten Aktuators mit zugehörigem Kraft-Hub-Diagramm,
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7 eine
schematische Schnittansicht eines dritten Aktuators mit zugehörigem Kraft-Hub-Diagramm,
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8 eine
schematische Schnittansicht eines vierten Aktuators mit entsprechendem
Geschwindigkeits-Hub-Diagramm,
und
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9 eine
schematische Schnittansicht eines fünften Aktuators mit entsprechendem
Geschwindigkeits-Hub-Diagramm.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 1a bis 1c ein
Fahrzeugsitz gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel
erläutert.
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Wie
in den 1a bis 1c gezeigt,
umfasst der Fahrzeugsitz eine Sitzfläche 1, eine Sitzlehne 2 und
ein zwischen der Sitzfläche 1 und
der Sitzlehne 2 angeordnetes Zwischenelement 3.
Das Zwischenelement 3 ist mit der Sitzfläche 1 über ein
erstes Gelenk 4 verbunden und mit der Sitzlehne 2 über ein
zweites Gelenk 5 verbunden. Ferner ist an dem Fahrzeug
ein Aktuator 6 angeordnet. Der Aktuator 6 ist
an der Sitzfläche 1 fixiert
und ist durch eine Verstellung des Winkels zwischen der Sitzfläche 1 und der
Sitzlehne 2 von der in 1a gezeigten
Ausgangsposition vorspannbar. Wenn der Aktuator 6 an der
Sitzfläche 1 bzw.
dem Sitzuntergestell befestigt ist, kann das zweite Gelenk 5 sehr
einfach, beispielsweise mittels eines Stiftes oder Bolzens, aufgebaut sein.
Die 1a zeigt dabei den entspannten Zustand des Aktuators 6.
In dieser Ausgangsposition befindet sich der Aktuator 6 an
einem Endanschlag. Als Aktuator ist beispielsweise eine Spiralfeder
oder eine Gasdruckfeder verwendbar, wie z.B. in den 4 bis 9 gezeigt.
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In
den 1a bis 1c deutet
die Linie L einen Radius der entspannten Position des Aktuators 6 bei
einer Schwenkung der Sitzlehne 2 an. Hierbei ist in der
in der 1a gezeigten Ausgangsposition die
Sitzlehne 2 in einer für
die Betätigung
von aktiven oder passiven Sicherheitssystemen optimalen Position
dargestellt. Der Aktuator 6 befindet sich dabei auf der
Linie L und ist im ungespannten Zustand. In der in 1b gezeigten
Position wurde der Winkel zwischen der Sitzlehne 2 und
der Sitzfläche 1 entsprechend
den persönlichen
Bedürfnissen
des Fahrzeuginsassen verändert.
Hierbei wurde die Neigung der Sitzlehne 2 gegenüber der
Sitzfläche 1 durch
einen Schwenkvorgang um das erste Gelenk 4 erreicht. Hierbei
ist die Stellung der Sitzlehne 2 zum Zwischenelement 3 unverändert zu
der in 1a gezeigten Ausgangsposition.
Durch den Verstellvorgang der Sitzlehne 2 wurde gleichzeitig
auch der Aktuator 6 automatisch vorgespannt. Dies ist in 1b dadurch
ersichtlich, dass das in der Ausgangsposition auf der Linie L liegende
Ende des Aktuators 6 nun nicht mehr auf der Linie L liegt.
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Wenn
nun von einer Steuereinrichtung eine fahrkritische Situation erfasst
wird und bestimmt wird, dass sogenannte Pre-Safe-Maßnahmen
eingeleitet werden sollen, kann die Steuereinrichtung bestimmen,
dass die Sitzlehne 2 in die aus Sicherheitsaspekten ideale
Sitzposition zur Aktivierung von aktiven und passiven Sicherheitseinrichtungen
gebracht wird. Hierzu wird erfindungsgemäß der vorgespannte Aktuator 6 verwendet,
welcher die Sitzlehne 2 derart betätigt, dass der Winkel zwischen
der Sitzfläche 1 und
der Sitzlehne 2 wieder dem der in 1a gezeigten
Ausgangsposition entspricht. Hierzu bewirkt der Aktuator 6,
dass die Sitzlehne 2 um das zweite Gelenk 5 geschwenkt
wird. Hierbei bleibt eine Stellung des Zwischenelements 3 zur
Sitzfläche 1 unverändert. Die
Sitzlehne 2 wird dabei solange geschwenkt, bis sie in der
aus Sicherheitsaspekten günstigsten Position
angeordnet ist. Dies ist in 1c gezeigt.
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Wenn
der in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendete
Aktuator 6 ein mechanischer Aktuator mit einem Federelement
ist, wird somit durch die Steuereinrichtung lediglich eine Sperrung
des Federelements aufgehoben, so dass sich die vorgespannte Feder
wieder entspannt und die Sitzlehne in die Ausgangsposition zurückkehrt.
Nachdem die Sitzlehne 2 in die unter Sicherheitsaspekten
optimale Lage gebracht wurde, können
anschließend
beispielsweise ein Gurtstraffer und/oder ein Airbag ausgelöst werden,
welche dann auf die sich auf dem Fahrzeugsitz befindliche Person
optimal wirken können.
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Um
zu verhindern, dass ein Fahrzeuginsasse bei einer Pre-Crash-Auslösung in
einem Gurtsystem eingeklemmt wird, muss die Bewegung der Sitzlehne 2 mit
dem Gurtsystem abgestimmt sein. Hierbei können auch Sensoren vorgesehen
werden, um einem Pre-Safe-Gurtsystem die Information zukommen zu
lassen, aus welcher Lage die Sitzlehne bewegt wird und auch, zu
welchem Zeitpunkt die Endposition der Sitzlehne 2 erreicht
ist, um optimal den sich nach vorne bewegenden Körper zu bremsen und die Bewegung
für die
richtige Gurtvorspannung zu nutzen.
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Hierbei
ist der erfindungsgemäße Aktuator 6 reversibel
ausgebildet, d.h., nach einer Pre-Safe-Verstellung kann die in der 1c gezeigte
Position die Sitzlehne 2 wieder um das zweite Gelenk 5 geschwenkt
werden, und der Aktuator 6 ist wieder für einen nächsten Einsatz bereit. Zur
Freigabe des Aktuators für
ein Pre-Safe-Auslösen
können
beispielsweise elektrische Betätigungselemente
mit linearen oder rotatorischen Abtriebsbewegungen verwendet werden.
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In
den 2a und 2b ist
ein Fahrzeugsitz gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei gleiche bzw. funktionalgleiche
Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in den 1a bis 1c bezeichnet sind.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel
weist der Fahrzeugsitz des zweiten Ausführungsbeispiels im Zwischenelement 3 eine
Führungskulisse 7 auf.
In der Führungskulisse 7 ist
ein von einem Aktuator betätigbarer
Bolzen 8 dargestellt. Durch das Vorsehen der Führungskulisse
schwenkt die Sitzlehne 2 um das zweite Gelenk 5 relativ
zum Zwischenelement 3 entlang der Geometrie der Führungskulisse 7. 2a zeigt
dabei einen von einem Fahrzeuginsassen individuell bestimmte Sitzposition und 2b zeigt
entsprechend 1c die für eine Auslösung von Sicherheitsmaßnahmen
optimale Position zwischen Sitzlehne 2 und Sitzfläche 1.
Es sei angemerkt, dass der in der Führungskulisse 7 angeordnete Bolzen 8 unmittelbar
durch den Aktuator betätigt
werden kann oder dass, wie im ersten Ausführungsbeispiel der Aktuator
unmittelbar die Sitzlehne betätigt
und der Bolzen lediglich als Führungselement
dient.
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3 zeigt
eine spezielle Form einer Kulisse, nämlich eine Ratschenkulisse 9.
Hierbei sind eine Vielzahl von treppenartigen Vorsprüngen bzw.
Ausnehmungen vorgesehen, in welche ein Bolzenelement 10 federbelastet
in Eingriff bringbar ist. Das Bolzenelement 10 umfasst
dabei einen Führungsbolzen 11,
ein Klemmstück 12 und
eine Feder 13, welche das Klemmstück relativ zum Führungsbolzen 11 vorspannt.
Das Klemmstück 12 greift
dabei je nach Position des Bolzenelements 10 in eine der
Ausnehmungen der Ratschenkulisse 9 ein. Der in 3 dargestellte
Pfeil A deutet dabei die Bewegungsrichtung des Bolzenelements 10 während einer
Rückstellung der
Sitzlehne 2 aufgrund eines fahrkritischen Zustandes an.
Wenn der Sitz in normaler Weise von einem Fahrzeuginsassen verstellt
wird, verhindert die Ratschenkulisse dabei, dass sich eine Neigung
der Sitzlehne 2 relativ zum Zwischenelement 3 verändert. Wie
in 3 dargestellt, kann der Bolzen 10 automatisch
nur in Pfeilrichtung A bewegt werden. Wenn er in die entgegengesetzte
Richtung bewegt werden soll, muss jeweils das Klemmstück 12 gegen
die Federkraft der Feder 13 angehoben und das Bolzenelement 10 in
der Führungskulisse
bewegt werden.
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Durch
die Ausbildung der Ratschenkulisse 9 kann weiterhin in
einem Crash-Fall die Abstützung der
Sitzlehne 2 nicht über
dem Aktuator, sondern über
dieses Bolzenelement 10 erfolgen. Hierbei kann beispielsweise
weiterhin vorgesehen werden, dass eine Rückstellung des Bolzenelements 10 nach
einem erfolgten Pre-Crash-Auslösen
durchführbar
ist, indem beispielsweise das Klemmstück 12 in den Führungsbolzen 11 gedrückt wird,
z.B. manuell über einen
Betätigungsknopf
oder elektromotorisch.
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Um
zu verhindern, dass manuelle Eingriffe bei einer Rückstellung
notwendig sind, werden die Auslösung,
die Verstellung der Lehnenneigung und die Klemmbolzenrückstellung
elektromotorisch ausgeführt.
Nach einem Pre-Safe-Auslösefall
kann die Elektronik des Fahrzeugs dann auch das Zwischenelement 3 wieder
in die Ausgangslage bringen und eine erneute Verstellung der Sitzlehne 2 ermöglichen.
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Die 4 bis 9 zeigen
weitere Beispiele für
Aktuatoren, welche in einem Fahrzeugsitz gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet werden können.
Die in den 4 bis 9 dargestellten
Aktuatoren sind dabei jeweils Gasdruckfedern 14.
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4 zeigt
eine Gasdruckfeder 14, welche einen Kolben 15 umfasst,
der in einem Zylinder 17 angeordnet ist. Der Kolben 15 weist
eine Durchgangsöffnung 18 in
seiner Kolbenfläche
auf und wird über
eine Kolbenstange 16 bewegt. Im Zylinder 17 ist ferner
ein Dicht- und Führungselement 19 angeordnet.
In 4 sind unterhalb der Gasdruckfeder die beiden
unterschiedlichen Kolbenflächen
dargestellt.
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5 zeigt
ein zu der Gasdruckfeder 14 von 4 zugehöriges Kraft-Hub-Diagramm.
Während der
Bewegung des Kolbens 15 im Zylinder 17 wird das
auf der einen Seite befindliche Gas durch die Durchgangsöffnung 18 auf
die andere Seite des Kolbens geführt.
Bei der in 4 gezeigten Gasdruckfeder 14 wird
die Federkraft durch die unterschiedlichen Querschnittsflächen auf
den beiden Kolbenseiten erreicht und die Dämpfung über den Durchmesser der Durchgangsöffnung 18 bestimmt.
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In
den 6 und 7 sind zwei weitere Beispiele
für einen
Aktuator mit einer Gasdruckfeder 14 dargestellt, wobei
zusätzlich
in der Gasdruckfeder 14 noch eine Spiralfeder angeordnet
ist.
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Genauer
ist in dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel
eine Feder 20 in der Kammer des Zylinders 17 angeordnet,
in welcher die Kolbenstange 16 geführt wird. Dadurch ergibt sich,
wie in dem Diagramm von 6 gezeigt, während der Anfangsbewegung des
Kolbens 15 nach rechts ein stärkerer Anstieg der Kraft. Sobald
der Kolben die Position erreicht hat, in welcher die Feder 20 entspannt
ist, flacht sich die Kurve ab. In 6 ist die
Gasdruckfeder 14 genau in diesem Übergangszustand dargestellt.
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Das
in 7 gezeigte Ausführungsbeispiel weist im Unterschied
zu 6 dagegen die Feder 21 auf der anderen
Kolbenseite auf. Dadurch ergibt sich ein Kraft-Hub-Verlauf entgegengesetzt
zu dem in 6 gezeigten, nämlich zuerst
ein schwacher Anstieg und ab dem Punkt, in welchem der Kolben 15 in Kontakt
mit der Feder 21 kommt, ein starker Anstieg.
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8 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Aktuators mit einer Gasdruckfeder 14 sowie ein Geschwindigkeits-Hub-Diagramm
bei einer Betätigung
der Gasdruckfeder. Die rechte Darstellung in 8 zeigt
dabei einen Schnitt durch den Zylinder 17 der Gasdruckfeder.
Die Gasdruckfeder 14 dieses Ausführungsbeispiels weist einen
Kanal 22 auf, durch welchen sich verändernde Querschnitte für einen
Durchtritt des Gases über
die Bewegungslänge des Kolbens 15 erreicht
werden können.
Wie in dem unter der Gasdruckfeder 14 dargestellten Diagramm gezeigt,
kann dadurch die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 15 beeinflusst
werden.
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9 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
Erfindung, bei welcher eine Gasdruckfeder 14 teilweise
mit einer Flüssigkeit 23 und
teilweise mit einem Gas 24 gefüllt ist. Wie aus dem in 9 dargestellten
Diagramm ersichtlich ist, wird im Bereich der Flüssigkeit 23 die Bewegungsgeschwindigkeit
des Kolbens 15 reduziert. Sobald der Kolben 15 aus
der Flüssigkeit 23 heraustritt,
erhöht
sich die Bewegungsgeschwindigkeit, da er sich nun im mit dem Gas 24 gefüllten Bereich
befindet. Für
eine ordnungsgemäße Funktion
muss eine wie in 9 gezeigte Gasdruckfeder 14 in
vertikaler Richtung angeordnet sein. Wie in dem in 4 gezeigten
Ausführungsbeispiel
ist im Kolben 15 dabei wiederum eine Durchgangsöffnung 18 gebildet.