DE102005013413A1

DE102005013413A1 - Gasfeder

Info

Publication number: DE102005013413A1
Application number: DE102005013413A
Authority: DE
Inventors: Frank Born; Gerard Kerschen; Jan Leyendecker; Markus Mayer; Rainer Massmann; Rolf Mintgen; Stephan Scherer
Original assignee: Stabilus GmbH
Current assignee: Stabilus GmbH
Priority date: 2005-03-23
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2006-10-05
Also published as: CN1837638A; US20060231990A1; CN100425859C

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasfeder mit einem geschlossenen Zylinder 1, dessen Innenraum durch einen in dem Zylinder 1 verschiebbaren Kolben 2 in einen ersten Arbeitsraum 3 und einen zweiten Arbeitsraum 4 unterteilt ist. Der Kolben 2 besitzt eine Kolbenstange 5, die durch den zweiten Arbeitsraum 4 hindurch abgedichtet aus dem Zylinder 1 herausgeführt ist. Dabei sind der erste Arbeitsraum 3 und der zweite Arbeitsraum 4 mit einem unter Druck stehenden Gas gefüllt. Weiterhin ist ein Ausgleichsraum 6 vorhanden, der mit einem bei Temperatur sich in seinem Volumen ändernden Ausgleichsmedium gefüllt ist und dessen Volumenänderung eine entsprechende Volumenänderung des ersten Arbeitsraumes 3 bewirkt. Das Ausgleichsmedium ist ein bei Temperaturabfall sich im Volumen vergrößerndes inkompressibles Ausgleichsmedium, bei dessen Vergrößerung des Volumens das Volumen des ersten Arbeitsraumes 3 verkleinert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasfeder mit einem geschlossenen Zylinder, dessen Innenraum durch einen in dem Zylinder verschiebbaren Kolben in einen ersten Arbeitsraum und einen zweiten Arbeitsraum unterteilt ist, mit einer Kolbenstange des Kolbens, die durch den zweiten Arbeitsraum hindurch abgedichtet aus dem Zylinder herausgeführt ist, wobei der erste Arbeitsraum und der zweite Arbeitsraum mit einem unter Druck stehenden Gas gefüllt sind, mit einem Ausgleichsraum, der mit einem bei Temperaturänderung sich in seinem Volumen ändernden Ausgleichsmedium gefüllt ist und dessen Volumenänderung eine entsprechende Volumenänderung des ersten Arbeitsraums bewirkt.

Bei derartigen Gasfedern ist es bekannt ein Ausgleichsmedium zu verwenden, das sich bei Temperaturerhöhung im Volumen ausdehnt und das Volumen des ersten Arbeitsraums verringert.

Bei einer Anwendung einer solchen Gasfeder in einem Kraftfahrzeug muß eine Funktionsfähigkeit nicht nur bei Temperaturen bis +80°C sondern auch bei Temperaturen bis –30°C sichergestellt werden.

Da das Volumen des Ausgleichsmediums sich bei Temperaturreduzierung ebenfalls reduziert und damit sich das Volumen des ersten Arbeitsraums vergrößert, kommt es bei abnehmender Temperatur zu einer Verringerung der Ausschubkraft der Gasfeder, was insbesondere bei sehr niedriger Temperatur dazu führen kann, daß das von der Gasfeder zu bewegende Bauteil wie z.B. eine Klappe nicht mehr ausreichend kraftbeaufschlagbar ist. Bei hohen Temperaturen kann die Ausschubkraft derart ansteigen, daß die aufzubringenden Kräfte zum Wiedereinschieben der Gasfeder sich sehr stark erhöhen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Gasfeder der eingangs genannten Art zu schaffen, die auch bei tiefen Umgebungstemperaturen eine ausreichende Ausschubkraft sicherstellt und einen Anstieg der Ausschubkräfte bei sich erhöhenden Temperaturen vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Ausgleichsmedium ein bei Temperaturabfall sich im Volumen vergrößerndes inkompressibles Ausgleichsmedium ist, bei dessen Vergrößerung des Volumens das Volumen des ersten Arbeitsraums verkleinert wird.

Durch diese Ausbildung ist bei tiefen Temperaturen eine ausreichend hohe Ausschubkraft sichergestellt und bei hohen Temperaturen erhöht sich nicht die Kraft zum Wiedereinschieben der Gasfeder.

Vorzugsweise vergrößert sich das Volumen des Ausgleichsmedium bei kontinuierlichem Temperaturabfall kontinuierlich.

Zur Optimierung kann die Vergrößerung des Volumens des Ausgleichsmediums bei Temperaturabfall den durch den Temperaturabfall bedingten Druckabfall des Gases im ersten Arbeitsraum ausgleichen.

Ein kostengünstiges Ausgleichsmedium ist Wasser oder ein Wasser enthaltendes Medium.

Ist das Ausgleichsmedium eine Wasser enthaltende Emulsion, so werden die einzelnen Wassertropfen z.B. durch einen Emulgator bzw. durch Tenside in der Trägerflüssigkeit in der Schwebe gehalten. Gefriert das Wasser, sorgt die Trägerflüssigkeit bei der Ausdehnung der gesamten Emulsion für problemlose Richtungsumkehr und verhindert Verpfropfungen, da sich die einzelnen voneinander getrennten kleinen Eisvolumina gegeneinander verschieben können.

Der erste Arbeitsraum ist vorzugsweise durch eine bewegliche Wand von dem Ausgleichsmedium getrennt.

Dazu kann die bewegliche Wand eine Membran oder ein in dem Zylinder verschiebbar angeordneter Trennkolben sein, der den ersten Arbeitsraum von dem das Ausgleichsmedium aufnehmenden Ausgleichsraum trennt.

Alternativ oder ergänzend dazu kann das Ausgleichsmedium in einer flexiblen Hülle angeordnet sein, die eine elastische Hülle sein kann.

Eine Anordnung des Ausgleichsraums im ersten Arbeitsraum und damit eine Baugrößenreduzierung und Vereinfachung wird erreicht, wenn die flexible Hülle im ersten Arbeitsraum angeordnet ist.

Eine gedrungene Ausbildung reduzierter Länge ist dadurch erreichbar, daß der Zylinder von einem an seinen Enden geschlossenen Ausgleichszylinder mit Abstand umschlossen ist und der zwischen Zylinder und Ausgleichszylinder gebildete Ringraum der Ausgleichsraum ist. Dabei kann die flexible Hülle in dem Ringraum angeordnet sein.

Zur problemlosen Umlenkung des vereisenden Ausgleichsmediums kann die bewegliche Wand ein plastisch verformbares, inkompressibles Übertragungsmedium sein.

Dazu kann das inkompressible Übertragungsmedium ein Schwamm sein. Damit wird eine einfache Richtungsumkehr des Eises durch die Einbettung in den Schwamm erreicht, der durch geeignete Werkstoffwahl selbst inkompressibel ist und die Verformung in Form einer Relativbewegung weiter gibt, um das Volumen in dem ersten Arbeitsraum zu ändern.

Weitere Möglichkeiten zum Umlenken des Ausgleichsmediums bestehen darin, daß das inkompressible Übertragungsmedium ein Elastomerbauteil ist oder daß das inkompressible Übertragungsmedium eine mit einem Fluid gefüllte flexible Hülle ist, wobei das Fluid bei Temperaturveränderung ein zumindest weitgehend konstantes Volumen aufweist.

Eine besonders große Verkleinerung des Volumens des ersten Arbeitsraums bei Temperaturabfall wird dadurch erreicht, daß der Innenraum eines geschlossenen Zylinderbauteils von einem in dem Zylinderbauteil verschiebbar angeordneten Kolbenbauteil in eine mit dem Arbeitsraum verbundene erste Kammer und eine zweite Kammer unterteilt ist, wobei ein mit seinem einen Ende in der ersten oder der zweiten Kammer fest angeordneter, axial gerichteter Verdrängungszapfen mit seinem anderen Ende dicht in eine in dem Kolbenbauteil ausgebildete Ausgleichskammer ragt, die mit einem weiteren Ausgleichsmedium gefüllt ist, wobei bei in der ersten Kammer fest angeordnetem Verdrängungszapfen das Ausgleichsmedium bei Temperaturerhöhung sein Volumen vergrößert und bei in der zweiten Kammer fest angeordnetem Verdrängungszapfen das Ausgleichsmedium bei Temperaturabfall sein Volumen vergrößert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Gasfeder im Querschnitt
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Gasfeder im Querschnitt
3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Gasfeder im Querschnitt
4 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Gasfeder im Querschnitt
5 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Gasfeder im Querschnitt
6 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Gasfeder im Querschnitt
7 ein siebtes Ausführungsbeispiel einer Gasfeder im Querschnitt
8 ein achtes Ausführungsbeispiel einer Gasfeder im Querschnitt
9 ein neuntes Ausführungsbeispiel einer Gasfeder im Querschnitt.
Die in den Figuren dargestellten Gasfedern besitzen einen geschlossenen Zylinder 1, in dem ein Kolben 2 verschiebbar angeordnet ist. Der Kolben 2 unterteilt den Innenraum des Zylinders 2 in einen ersten Arbeitsraum 3 und einen zweiten Arbeitsraum 4.
An dem Kolben 2 ist einseitig eine Kolbenstange 5 befestigt, die sich durch den zweiten Arbeitsraum 4 hindurch erstreckt und abgedichtet aus diesen nach außen geführt ist.
Der erste Arbeitsraum 3 und der zweite Arbeitsraum 4 sind mit einem unter Druck stehenden Gas gefüllt.
Weiterhin ist ein Ausgleichsraum 6 vorhanden, in dem ein inkompressibles Ausgleichsmedium angeordnet ist, das bei einem Temperaturabfall sein Volumen vergrößert, was zu einer entsprechenden Verkleinerung des Volumens des ersten Arbeitsraums 3 führt.
In 1 ist der Zylinder 1 von einem an seinen Enden geschlossenen Ausgleichszylinder 7 mit Abstand umschlossen. Der zwischen dem Zylinder 1 und dem Ausgleichszylinder 7 gebildeter Ringraum ist der Ausgleichsraum 6, der z.B. mit Wasser als Ausgleichsmedium gefüllt ist.
Der Ausgleichszylinder 7 erstreckt sich auf der der Kolbenstange 5 entgegengesetzten Seite über den Zylinder 1 hinaus, so daß in diesem Endbereich des Ausgleichszylinders ein Raum 8 gebildet ist, in den sowohl der an diesem Ende offene Zylinder 1 als auch der an diesem Ende offene Ausgleichsraum 6 münden.
Im Raum 8 ist ein Schlauch 9 angeordnet, der mit einem Fluid gefüllt ist und in den ersten Arbeitsraum 3 des Zylinders 1 hineinragt.
Bei einer Reduzierung der Umgebungstemperatur unter 0°C gefriert das Wasser zu Eis, was zu einer Vergrößerung des Volumens dieses Ausgleichsmediums führt. Das Eis dehnt sich in axialer Richtung in den Raum 8 und dort in radialer Richtung nach innen aus, wodurch der Schlauch 9 zusammengedrückt wird. Das dadurch verdrängte Fluidvolumen wird in den Zylinder 1 verlagert und reduziert dort das Volumen des ersten Arbeitsraums 3, so daß die temperaturbedingte Druckreduzierung im Zylinder 1 wieder ausgeglichen wird.
Das Ausführungsbeispiel der 2 entspricht weitgehend dem der 1.
Anstatt des mit einem Fluid gefüllten Schlauchs ist in dem Raum 8 ein Schwamm 10 angeordnet, dessen Poren mit Wasser gefüllt sind und der bei Temperaturverringerung unter 0°C entsprechend 1 in den Zylinder 1 hinein verdrängt wird.
Auch das Ausführungsbeispiel der 3 entspricht weitgehend dem Aufbau des Ausführungsbeispiels nach 1.
In dem Zylinder 1 ist weiterhin ein Trennkolben 11 verschiebbar angeordnet, der den ersten Arbeitsraum 3 von dem Raum 8 trennt, so daß sich das aus einer Wasser enthaltenden Emulsion bestehende Ausgleichsmedium, das sich in dem Raum 8 und dem Ausgleichsraum 6 befindet, nicht mit dem Gas im ersten Arbeitsraum 3 vermischen kann.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 4 ist der Zylinder 1 ebenfalls von einem Ausgleichszylinder 7 umschlossen, der sich auf der der Kolbenstange 5 abgewandten Seite über die Länge des Zylinders 1 hinaus erstreckt und einen Raum 8 bildet. Durch eine Trennwand 12 im Ausgleichszylinder 7 sind die dem Raum 8 zugewandten Enden des Zylinders 1 und des Ausgleichsraums 6 verschlossen. Über axiale Verbindungsöffnungen 13 in der Trennwand 12 besteht aber zwischen dem ersten Arbeitsraum 3 und dem Raum 8 eine Verbindung.
Weiterhin ist der erste Arbeitsraum 3 über radiale Verbindungsöffnungen 14 mit dem Ausgleichsraum 6 verbunden, der teilweise mit dem Ausgleichsmedium gefüllt ist.
In 4 handelt es sich dabei um in einer elastischen Hülle 15 befindliches Wasser.
Bei Temperaturabfall unter 0°C vergrößert sich das Volumen der wassergefüllten Hülle 15 und verringert das mit dem ersten Arbeitsraum 3 verbundene und damit gasgefüllte Restvolumen des Ausgleichsraums 6.
Der über den Zylinder 1 hinausragende Teil des Ausgleichszylinders 7 bildet ein geschlossenes Zylinderbauteil 17, dessen von dem Raum 8 gebildeter Innenraum von einem verschiebbar angeordneten Kolbenbauteil 20 in eine über die axialen Verbindungsöffnungen 13 mit dem Arbeitsraum 3 verbundenen ersten Kammer 18 und eine zweite Kammer 19 unterteilt ist.
An der Trennwand 12 ist mit seinem einen Ende koaxial ein Verdrängungszapfen 16 befestigt, der mit seinem anderen Ende durch eine Einführöffnung dicht in eine in dem Kolbenbauteil 20 ausgebildete Ausgleichskammer 21 ragt, die mit einem weiteren Ausgleichsmedium gefüllt ist, das bei Temperaturerhöhung sein Volumen vergrößert und bei Temperaturverringerung verkleinert.
Dies führt dazu, daß bei Temperaturverringerung der Verdrängungszapfen 16 aus der Ausgleichskammer 21 herausgedrängt und das Kolbenbauteil 20 die erste Kammer vergrößernd verschoben wird. Damit vergrößert sich auch das Gesamtvolumen von dem ersten Arbeitsraum 3 und der ersten Kammer 18.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 5 ist in dem Zylinder 1 der Raum auf der der Kolbenstange 5 abgewandten Seite des Kolbens 2 durch einen verschiebbaren Trennkolben 11' nochmal unterteilt, so daß das Gas im ersten Arbeitsraum 3 von dem durch den Endbereich des Zylinders 1 gebildeten, das Ausgleichsmedium enthaltenden Ausgleichsraum 6 getrennt ist.
Das Ausführungsbeispiel der 6 weist einen den Zylinder 1 mit Abstand umschließenden Ausgleichszylinder 7 auf, wobei der zwischen Zylinder 1 und Ausgleichszylinder 7 gebildete Ringraum der Ausgleichsraum 6 ist.
Da sich der Zylinder 1 über die ganze Länge des Ausgleichszylinders 7 erstreckt, sind zur Verbindung des Ausgleichsraumes 6 mit denn ersten Arbeitsraum 3 an dem der Kolbenstange 5 abgewandten Ende des Zylinders 1 radial durchgehende Verbindungsöffnungen 14 im Zylinder ausgebildet. Entsprechend 4 ist in dem Ausgleichsraum 6 eine mit Wasser gefüllte elastische Hülle 15 angeordnet.
Der Aufbau des Ausführungsbeispiels der 7 entspricht weitgehend dem in 5 dargestellten Aufbau. Dabei wurde aber auf den Trennkolben verzichtet und das Ausgleichsmedium in einer elastischen Hülle 15 angeordnet.
In 8 entspricht der Zylinder 1 dem in 5 dargestellten Zylinder 1. Zusätzlich ist der Zylinder 1 entsprechend 6 von einem Ausgleichszylinder 7 umschlossen, wobei der zwischen Zylinder 1 und Ausgleichszylinder 7 gebildete Ringraum den Ausgleichsraum 6 bildet. Dieser unmittelbar mit dem Ausgleichsmedium gefüllte Ausgleichsraum 6 erstreckt sich über die radialen Verbindungsöffnungen 14 bis in den durch den Trennkolben 11' von dem ersten Arbeitsraum 3 abgetrennten Teil des Zylinders 1.
Das Ausführungsbeispiel der 9 entspricht weitgehend dem Ausführungsbeispiel der 2, wobei aber der Schwamm durch ein Elastomerbauteil 22 ersetzt ist.

1: Zylinder
2: Kolben
3: erster Arbeitsraum
4: zweiter Arbeitsraum
5: Kolbenstange
6: Ausgleichsraum
7: Ausgleichszylinder
8: Raum
9: Schlauch
10: Schwamm
11: Trennkolben
11': Trennkolben
12: Trennwand
13: axiale Verbindungsöffnungen
14: radiale Verbindungsöffnungen
15: Hülle
16: Verdrängungszapfen
17: Zylinderbauteil
18: erste Kammer
19: zweite Kammer
20: Kolbenbauteil
21: Ausgleichskammer
22: Elastomerbauteil

Claims

Gasfeder mit einem geschlossenen Zylinder, dessen Innenraum durch einen in dem Zylinder verschiebbaren Kolben in einen ersten Arbeitsraum und einen zweiten Arbeitsraum unterteilt ist, mit einer Kolbenstange des Kolbens, die durch den zweiten Arbeitsraum hindurch abgedichtet aus dem Zylinder herausgeführt ist, wobei der erste Arbeitsraum und der zweite Arbeitsraum mit einem unter Druck stehenden Gas gefüllt sind, mit einem Ausgleichsraum, der mit einem bei Temperaturänderung sich in seinem Volumen ändernden Ausgleichsmedium gefüllt ist und dessen Volumenänderung eine entsprechende Volumenänderung des ersten Arbeitsraums bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsmedium ein bei Temperaturabfall sich im Volumen vergrößerndes inkompressibles Ausgleichsmedium ist, bei dessen Vergrößerung des Volumens das Volumen des ersten Arbeitsraums (3) verkleinert wird.
Gasfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsmedium sich bei kontinuierlichem Temperaturabfall kontinuierlich im Volumen vergrößert.
Gasfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergrößerung des Volumens des Ausgleichsmediums bei Temperaturabfall den durch den Temperaturabfall bedingten Druckabfall des Gases im ersten Arbeitsraum (3) ausgleicht.
Gasfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsmedium Wasser oder ein Wasser enthaltendes Medium ist.
Gasfeder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsmedium eine Wasser enthaltende Emulsion ist.
Gasfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Arbeitsraum (3) durch eine bewegliche Wand von dem Ausgleichsmedium getrennt ist.
Gasfeder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zylinder (1) ein Trennkolben (11, 11') verschiebbar angeordnet ist, der den ersten Arbeitsraum (3) von dem das Ausgleichsmedium aufnehmenden Ausgleichsraum (6) trennt.
Gasfeder nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichsmedium in einer flexiblen Hülle angeordnet ist.
Gasfeder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Hülle eine elastische Hülle (15) ist.
Gasfeder nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Hülle im ersten Arbeitsraum (3) angeordnet ist.
Gasfeder nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (1) von einem an seinen Enden geschlossenen Ausgleichszylinder (7) mit Abstand umschlossen ist und der zwischen Zylinder (1) und Ausgleichszylinder (7) gebildete Ringraum der Ausgleichsraum (6) ist.
Gasfeder nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Hülle in dem Ringraum angeordnet ist.
Gasfeder nach einem der Ansprüche 6 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Wand ein plastisch verformbares, inkompressibles Übertragungsmedium ist.
Gasfeder nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das inkompressible Übertragungsmedium ein Schwamm (10) ist.
Gasfeder nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das inkompressible Übertragungsmedium ein Elastomerbauteil (22) ist.
Gasfeder nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das inkompressible Übertragungsmedium eine mit einem Fluid gefüllte flexible Hülle (9) ist, wobei das Fluid bei Temperaturveränderung ein zumindest weitgehend konstantes Volumen aufweist.
Gasfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum eines geschlossenen Zylinderbauteils (17) von einem in dem Zylinderbauteil (17) verschiebbar angeordneten Kolbenbauteil (20) in eine mit dem Arbeitsraum (3) verbundene erste Kammer (18) und eine zweite Kammer (19) unterteilt ist, wobei ein mit seinem einen Ende in der ersten oder der zweiten Kammer (18) fest angeordneter, axial gerichteter Verdrängungszapfen (16) mit seinem anderen Ende dicht in eine in dem Kolbenbauteil (20) ausgebildete Ausgleichskammer (21) ragt, die mit einem weiteren Ausgleichsmedium gefüllt ist, wobei bei in der ersten Kammer (3) fest angeordnetem Verdrängungszapfen (16) das Ausgleichsmedium bei Temperaturerhöhung sein Volumen vergrößert und bei in der zweiten Kammer fest angeordnetem Verdrängungszapfen das Ausgleichsmedium bei Temperaturabfall sein Volumen vergrößert.