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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Stellelement mit einem zylinderförmigen Gehäuse, einem
in dem zylinderförmigen
Gehäuse
axial beweglich angeordneten Kolben, der das zylinderförmige Gehäuse in zwei
Kammer unterteilt, einer mit dem Kolben verbundenen Kolbenstange,
die das zylinderförmige Gehäuse mit
ihrem freien Ende durchdringt, und mit mindestens einem zu einer
der Kammern führenden Druckmittelanschluß. Derartige
Stellelemente finden Anwendung in Öffnungsmechanismen für Klappen.
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Ein
Stellelement der eingangs genannten Art ist aus der
DE-OS 19 17 500 bekannt. Das zylinderförmige Gehäuse des
Stellelements besteht aus Kunststoff und besitzt zwei Druckmittelanschlüsse, die
an der Wandung des zylinderförmigen
Gehäuses angeformt
sind. Jeder der beiden Druckmittelanschlüsse ist mit einer Kammer verbunden. Über die Druckmittelanschlüsse läßt sich
jeweils eine Kammer mit Druckluft beaufschlagen, um so den Kolben
in die gewünschte
Richtung zu verstellen. Nachteilig bei dieser Ausgestaltung ist
die Anordnung der Druckmittelanschlüsse an der Wandung des zylinderförmigen Gehäuses. Aufgrund
der mit den Druckmittelanschlüsse
verbundenen Anschlußleitungen
benötigt das
Stellelement in radialer Erstreckung einen erheblichen Bauraum.
Zudem läßt sich
das zylinderförmige Gehäuse bei
einer einteiligen Ausbildung mit den Druckmittelanschlüssen lediglich
als Kunststoffteil herstellen, was den Einsatzbereich des Stellelements
aufgrund der geringeren Festigkeit gegenüber Metall begrenzt. Die Verwendung
von Metall als Werkstoff für
das zylinderförmige
Gehäuse
würde dagegen eine
mehrteilige Ausbildung des zylinderförmigen Gehäuses und der Druckmittelanschlüsse erfordern,
wodurch sich der Aufwand für
das Stellelement wesentlich vergrößert.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Stellelement der eingangs genannten Art
zu schaffen, das konstruktiv einfach aufgebaut ist. Dabei soll sich
insbesondere das zylinderförmige
Gehäuse
durch einen einfachen Aufbau auszeichnen.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
daß in
der Kammer, die von der der Kolbenstange abgewandten Seite des Kolbens
begrenzt ist, eine Druckfedervorrichtung angeordnet ist, von der der
Kolben in Ausfahrrichtung der Kolbenstange bewegbar beaufschlagbar
ist, und daß der
Druckmittelanschluß zu
der anderen Kammer führt.
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Die
Anordnung der Druckfedervorrichtung in der Kammer, die von der der
Kolbenstange abgewandten Seite des Kolbens begrenzt ist, ermöglicht in
Ausschubrichtung eine druckmittelfreie Verstellung des Kolbens des
Stellelements, indem die Kolbenstange der Gasfeder den Kolben des
Stellelements ausschiebt. Somit muß lediglich die andere Kammer einen
Druckmittelanschluß aufweisen.
Auf diese Weise ist die Anzahl der Druckmittelanschlüsse des
Stellelements auf einen Druckmittelanschluß reduziert, was zu einer wesentlichen
Vereinfachung im Aufbau des zylinderförmigen Gehäuses führt. Dies ermöglicht das
zylinderförmige
Gehäuse
als Tiefziehteil aus Metall herzustellen. Darüber hinaus ist es aber auch denkbar,
daß zylinderförmige Gehäuse aus
Kunststoff, vorzugsweise mittels Spritzgießen herzustellen.
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Ein
großer
Verstellweg des Kolbens des Stellelements läßt sich mit einer Druckfedervorrichtung gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung dadurch erzeugen, wenn diese als Gasfeder
ausgebildet ist, ein Gehäuse,
einen darin angeordneten, axial beweglichen Kolben und eine mit
dem Kolben verbundenen Kolbenstange aufweist, wobei der Kolben der
Gasfeder das Gehäuse
in zwei miteinander verbundene oder verbindbare Teilkammern unterteilt.
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Eine
weitere Vereinfachung des Stellelements, in der kein separates Gehäuse für die Gasfeder
erforderlich ist, besteht darin, daß das Gehäuse der Gasfeder von dem zylinderförmigen Gehäuse gebildet
ist. Hierbei wird das für
die Aufnahme der Gasfeder ohnehin notwendige zylinderförmige Gehäuse gleichzeitig
für die
Gasfeder benutzt.
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Die
Trennung der Gasfeder von den Kammern des Stellelements erfolgt
mit geringen Aufwand über
ein Dicht- und Führungspakets,
welches zwischen der Teilkammer der Gasfeder und der angrenzenden
Kammer des Stellelements angeordnet ist. Gleichzeitig dient das
Dicht- und Führungspaket
zur Führung
der Kolbenstange der Gasfeder.
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Die
Festlegung des Dicht- und Führungspakets
in dem zylinderförmigen
Gehäuse
gestaltet sich besonders einfach, wenn es mittels zweier radial
umlaufender Sicken im zylinderförmigen
Gehäuse
angeordnet ist. Die Sicken lassen sich mit geringem Aufwand herstellen.
Zudem läßt sich
durch eine veränderte
Lage der Sicken die Größe der Teilkammern der
Gasfeder und damit auch der Kammern des Stellelements beeinflussen.
Das Stellelement läßt sich
so an unterschiedliche Einsatzbedingungen optimal anpassen.
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Ein Überströmen des
Gases zwischen den Teilkammern der Gasfeder läßt sich gemäß einer weiteren Ausgestaltung
mit geringem Aufwand über eine
Drosselverbindung oder eine Nut erreichen. Die Drosselverbindung
oder die Nut ist dabei im Gehäuse der
Gasfeder angeordnet.
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Ein
Anschluß für die Druckmittelzufuhr,
welcher das zylinderförmige
Gehäuse
durchdringt und damit zu einem wesentlich komplizierteren Aufbau des
Gehäuses
führt,
wird in einfacher Weise dadurch vermieden, daß der Druckmittelanschluß im Bereich des
freien Endes der Kolbenstange des Stellelements angeordnet ist.
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Für die Zuführung des
Druckmittels hat es sich als vorteilhaft erwiesen, am freien Ende
der Kolbenstange des Stellelements ein Anschlußstück für den Druckmittelanschluß anzuordnen.
Das Anschlußstück ist sowohl
an das freie Ende der Kolbenstange als auch an die Zuführleitung
für das
Druckmittel angepaßt.
Damit lassen sich unterschiedliche Zuführleitungen allein über ein
entsprechend gestaltetes Anschlußstück mit dem freien Ende der
Kolbenstange verbinden. Eine Änderung
der Kolbenstange und damit des gesamten Stellelements ist nicht
notwendig.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist das Anschlußstück für den Druckmittelanschluß mit einem Dichtring
gegenüber
der Kolbenstange abgedichtet. Der Dichtring sorgt für eine druckfeste
Abdichtung, so daß die
Verbindung des Anschlußstücks mit
der Kolbenstange als nicht druckdichte Schraubverbindung ausgebildet
werden kann.
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Eine
separate Verbindungsleitung zwischen dem Druckmittelanschluß und der
Kammer, in der die Kolbenstange des Stellelements angeordnet ist,
läßt sich
vermeiden, wenn die Kolbenstange des Stellelements einen axial ausgerichteten
Speisekanal, vorzugsweise eine koaxiale Bohrung, für das Druckmittel
besitzt.
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Die
Einmündung
des Speisekanals in die Kammer, in der die Kolbenstange des Stellelements angeordnet
ist, läßt sich
kostengünstig
als senkrecht zum Speisekanal angeordneter Kanal herstellen.
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In
vielen Fällen
ist die Kraftunterstützung beim
Verschwenken einer Klappe lediglich über einen Teilbereich des Schwenkwinkels
gewünscht.
Die Umsetzung in dem Stellelement erfolgt mit einer Gasfeder, bei
der der Hub des Kolbens der Gasfeder kleiner als der Hub des Kolbens
des Stellelements ist. Über
die Anpassung der Gasfeder läßt sich
so der Hub des Kolbens des Stellelements, der durch die Gasfeder
unterstützt
wird, beliebig einstellen. Aufgrund des kürzeren Hubs des Kolbens der
Gasfeder ist die Gasfeder in axialer Erstreckung kürzer ausgebildet.
Die Gasfeder, und damit das gesamte Stellelement, sind somit leichter
und kostengünstiger.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist ein zweiter Druckmittelanschluß im Bereich
des freien Endes der Kolbenstange des Stellelements angeordnet,
der mit der Kammer des Stellelements verbunden ist, die von der
der Kolbenstange abgewandten Seite des Kolbens begrenzt ist. Der
zweite Druckmittelanschluß erlaubt
den Einsatz einer kurzen Gasfeder, die den Hub des Kolbens des Stellelements
nur über einen
Teilweg unterstützt.
Durch Druckmittelzufuhr über
den zweiten Druckmittelanschluß erfolgt
entweder mit hohem Druck über
den gesamten Hub des Kolbens des Stellelements oder zuerst drucklos
als Volumenausgleich und erst ab einem voreingestellten Hub unter
Druck. Im ersten Fall erfolgt eine Kraftunterstützung der Gasfeder, während im
zweiten Fall die Kraftunterstützung
erst einsetzt, wenn die Kolbenstange der Gasfeder vollständig ausgefahren
ist.
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Mit
dem zweiten Druckmittelanschluß sind beide
Kammern des Stellelements mit Druckmittelanschlüssen verbunden. Damit kann
das Druckmittel, welches in der nicht mit dem Druckmittel beaufschlagten
Kammer vom Kolben des Stellelements verdrängt wird, über den in diese Kammer mündenden
Druckmittelanschluß abgeführt werden.
Abströmventile
für das
verdrängte
Druckmittel können somit
entfallen.
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Die
Verbindung der Kammer, die von der der Kolbenstange abgewandten
Seite des Kolbens begrenzt ist mit dem zweiten Druckmittelanschluß gestaltet
sich konstruktiv besonders einfach, indem in dem Speisekanal ein
Leitungselement, vorzugsweise ein Rohr, angeordnet ist, welches
an einem Ende mit dem zweiten Druckmittelanschluß verbunden ist, mit dem anderen
Ende den Kolben des Stellelements durchdringt und in die Kammer
mündet,
welche durch die der Kolbenstange abgewandten Seite des Kolbens
begrenzt ist. Für
die Anordnung des Rohres wird der bereits vorhandene Speisekanal
des ersten Druckmittelanschlusses genutzt, so daß keine konstruktiven Änderungen
an der Kolbenstange des Stellelements erforderlich sind.
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Es
ist aber auch denkbar, das Leitungselement für den zweiten Druckmittelanschluß als separate
und parallel zum Speisekanal verlaufende Bohrung in der Kolbenstange
des Stellelements vorzusehen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil,
wenn der Querschnitt des Speisekanals durch die Anordnung des Leitungselements
nicht verringert werden soll.
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Die
Leitungen für
das Druckmittel lassen sich einfach montieren, wenn der zweite Druckmittelanschluß um 90° oder 180° zum ersten
Druckmittelanschluß versetzt
im Bereich des freie Endes der Kolbenstange des Stellelements angeordnet
ist.
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Als
Druckmittel können
alle bekannten Druckmittel, insbesondere hydraulische Flüssigkeiten
oder Gase, vorzugsweise Druckluft, eingesetzt werden.
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Insbesondere
bei der Verwendung von Druckluft wird der Aufwand für die Wiederverwendung
der verdrängten
Druckluft vermieden, indem gemäß einer
weiteren Ausgestaltung in dem zylinderförmigen Gehäuse eine nach außen führende Öffnung angeordnet
ist, die insbesondere einen Drosselquerschnitt besitzen kann. Dadurch
kann die Druckluft beim Verstellen des Kolbens aus der nicht mit
der Druckluft beaufschlagten Kammer in einfacher Weise abgeführt werden.
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Bei
der Verwendung einer hydraulischen Flüssigkeit als Druckmittel sind
die Druckmittelanschlüsse über Leitungen
mit einem Behälter
verbunden. Wobei der Behälter
ein Reservoir für
eine Pumpe ist, mit der das Druckmittel gefördert wird, um es in einem
Kreislauf erneut für
die Betätigung
des Stellelements zu nutzen. Eine derartige Ausgestaltung ist aber
auch bei einem Gas als Druckmittel möglich.
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Mehrere
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden
näher beschrieben.
Es zeigen
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1 ein
erfindungsgemäßes Stellelement im
Halbschnitt,
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
des Stellelements und
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3 den
Kolben und die Kolbenstange mit Anschlußstück nach 2 in vergrößerter Darstellung.
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Das
Stellelement in 1 besteht aus einem zylinderförmigen Gehäuse 1 aus
Metall, das am oberen Ende eine Öffnung 8 besitzt.
Im zylinderförmigen Gehäuse 1 ist
ein Kolben 2 angeordnet, mit einem an dessen Mantelfläche radial
umlaufenden Dichtring 3. Der Kolben 2 unterteilt
das zylinderförmige
Gehäuse 1 in
zwei Kammern 4, 5. Der Kolben 2 ist mit
einer Kolbenstange 6 verbunden. Die Kolbenstange 6 durchdringt
mit ihrem freien Ende 7 das zylinderförmige Gehäuse 1 über eine Öffnung 8 in
der Gehäusewandung.
Ein Dicht- und Führungssystem 9 dichtet
das Innere des zylinderförmigen
Gehäuses 1 gegen
die Atmosphäre
ab. Gleichzeitig dient das Dicht- und Führungssystem 9 zur
Führung
der Kolbenstange 6.
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An
dem der Öffnung 8 abgewandten
Ende des zylinderförmigen
Gehäuses 1 ist
eine Gasfeder 10 angeordnet. Das Gehäuse der Gasfeder 10 wird durch
das zylinderförmige
Gehäuse 1 gebildet.
Die Gasfeder 10 besitzt einen axial beweglich angeordneten
Kolben 11, der die Gasfeder 10 in zwei Teilkammern 12, 13 unterteilt,
die miteinander in Verbindung stehen. Der Kolben 11 der
Gasfeder 10 ist mit einer Kolbenstange 14 verbunden.
Die Gasfeder 10 wird über
ein Dicht- und Führungssystem 15 gegenüber der
Kammer 5 des Stellelements abgegrenzt. Gleichzeitig dient
das Dicht- und Führungssystem 15 zur
Führung
der Kolbenstange 14 der Gasfeder 10. Das Dicht-
und Führungssystem 15 ist
mittels zweier Sicken 16, 17 in seiner Lage im
zylinderförmigen
Gehäuse 1 festgelegt.
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Die
Kolbenstange 6 besitzt einen axial ausgerichteten Speisekanal,
der als koaxiale Bohrung 18 ausgebildet ist. Die koaxiale
Bohrung 18 erstreckt sich über die gesamte Länge der
Kolbenstange 6. Im Bereich des Kolbens 2 besitzt
die Kolbenstange 6 einen senkrecht zur koaxialen Bohrung 18 angeordneten
Kanal 19, welcher die Kammer 4 des Stellelements
mit der koaxialen Bohrung 18 verbindet.
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An
dem freien Ende 7 der Kolbenstange 6 ist ein Anschlußstück 20 angeordnet,
welches einen Verbindungsbereich 21 aufweist, mit dem sich
die Kolbenstange 6 mit einer nicht dargestellten Klappe verbinden
läßt. Das
Anschlußstück 20 ist
mit der Kolbenstange 6 verschraubt, wobei ein Dichtring 22 das Anschlußstück 20 druckdicht
gegen die Kolbenstange 6 abdichtet. Die Zuführung des
Druckmittels erfolgt über
einen Druckmittelanschluß 23 im
Anschlußstück 20,
der bis zu der koaxialen Bohrung 18 verläuft.
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Zum
Bewegen der Kolbenstange 6 des Stellelements und damit
der nicht dargestellten Klappe wird Druckluft als Druckmittel über den
Zuführanschluß 23 dem
Stellelement zugeführt.
Die Druckluft gelangt über
die koaxiale Bohrung 18 und den Kanal 19 in die
Kammer 4 des Stellelements. Aufgrund des sich erhöhenden Drucks
wird der Kolben 2 nach unten bewegt. In dieser Einschubbewegung
bewegt der Kolben 2 die Kolbenstange 14 der Gasfeder 10 ebenfalls
in Einschubrichtung. Die in der Kammer 5 verdrängte Druckluft
wird über
eine Öffnung 35 im
Gehäuse
abgeführt.
Zum Öffnen
der Klappe wird der Druckmittelanschluß 23 drucklos gestellt.
Dadurch kann sich das in der Teilkammer 13 komprimierte Gas
der Gasfeder 10 entspannen und der Kolben 11 mit
der Kolbenstange 14 wird ausgeschoben. Da der Kolben 2 des
Stellelements an der Kolbenstange 14 der Gasfeder 10 anfliegt,
wird er bei einer Bewegung der Kolbenstange 14 ebenfalls
ausgeschoben, was letztendlich zu einer Verstellung des Stellelements führt. Die
aus der Kammer 4 verdrängte
Druckluft wird über
den Kanal 19, die koaxiale Bohrung 18 und den
Druckmittelanschluß 23 abgeführt.
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Das
in 2 gezeigte Stellelement unterscheidet sich von
dem Stellelement nach 1 darin, daß der Kolben 11 der
Gasfeder 10 einen kürzeren
Hub aufweist als der Kolben 2 des Stellelements. Weiterhin
ist ein zweiter Druckmittelanschluß 24 im Anschlußstück 20 angeordnet.
Der zweite Druckmittelanschluß 24 ist
um 180° versetzt
zum ersten Druckmittelanschluß 23 am
Umfang des Anschlußstücks 20 angeordnet.
Der zweite Druckmittelanschluß 24 ist
mit einem als Rohr 25 ausgebildeten Leitungselement verbunden,
wobei das Rohr 25 in der koaxialen Bohrung 18 angeordnet
ist. Das Rohr 25 erstreckt sich über die gesamte Länge der
Kolbenstange 6 des Stellelements bis in den Kolben 2,
den es durchdringt. Der weitere Aufbau ist in der 3 beschrieben.
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Die
vergrößerte Darstellung
in 3 zeigt das Rohr 25, welches in der koaxialen
Bohrung 18 angeordnet ist. Zur fluidischen Trennung des
Rohrs 25 von der koaxialen Bohrung 18 ist im Bereich
des Endes, welches mit dem zweiten Druckmittelanschluß 24 verbunden
ist, ein Dichtring 26 angeordnet. Am gegenüberliegenden
Ende des Rohrs 25 ist im Kolben 2 ein weiterer
Dichtring 27 angeordnet, der das Rohr 25 gegen
die bis in den Kolben 2 geführte koaxiale Bohrung 18 abdichtet. Über das
Rohr 25 ist die Kammer 5, welche sich auf der
der Kolbenstange abgewandten Seite des Kolbens 2 befindet,
mit dem zweiten Druckmittelanschluß 24 direkt verbunden.
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Die
Arbeitsweise des Stellelements nach den 2 und 3 entspricht
im Wesentlichen der des Stellelements nach 1. Über den
ersten Druckmittelanschluß 23 wird
eine hydraulische Flüssigkeit
als Druckmittel in die koaxiale Bohrung 18 eingeleitet,
wobei koaxiale Bohrung 18 und der ersten Druckmittelanschluß 23 über eine
Bohrung 28 in der den Dichtring 26 vorspannenden
Buchse 29 verbunden sind. Die hydraulische Flüssigkeit
gelangt über den
Kanal 19 in die Kammer 4 und bewegt aufgrund des
sich aufbauenden Drucks den Kolben 2 in Einschubrichtung.
Sobald der Kolben 2 des Stellelements auf die Kolbenstange 14 der
Gasfeder 10 auftrifft, wird der Kolben 11 der
Gasfeder 10 ebenfalls in Einschubrichtung bewegt.
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Die
in der Kammer 5 verdrängte
hydraulische Flüssigkeit
wird durch das Rohr 25 zum drucklosen zweiten Druckmittelanschluß 24 und
von dort über
eine Leitung 30 in einen als Speicher dienenden Behälter 32 geleitet.
Aus diesem Behälter 32 saugt eine
Pumpe 33 die hydraulische Flüssigkeit an und führt sie über die
Leitung 31 dem ersten Druckmittelanschluß 23 zu. Über ein
Ventil 34 wird die mit der hydraulischen Flüssigkeit
zu beaufschlagende Leitung mit der Pumpe 33 verbunden.
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Zum Öffnen der
nicht dargestellten Klappe wird der erste Druckmittelanschluß 23 drucklos
gestellt. Dadurch kann sich das in der Teilkammer 13 komprimierte
Gas der Gasfeder 10 entspannen, und der Kolben 11 mit
der Kolbenstange 14 wird ausgeschoben. Da der Kolben 2 des
Stellelements auf der Kolbenstange 14 der Gasfeder 10 aufliegt,
wird er bei einer Bewegung der Kolbenstange 14 ebenfalls
ausgeschoben, was letztendlich zu einer Verstellung des Stellelements
führt.
Da der Kolben 11 der Gasfeder 10 einen kürzeren Hub
als der Kolben 2 des Stellelements 2 besitzt,
ist der Kolben 2, bei vollständig ausgefahrener Kolbenstange 14 der
Gasfeder 10, noch nicht in seiner Endlage angelangt. Daher
wird von der Pumpe 33 über
die Leitung 30 hydraulische Flüssigkeit unter Druck in die
Kammer 5 gefördert,
wodurch der Kolben 2 weiter in Ausschubrichtung bewegt wird.
Die aus der Kammer 4 verdrängte hydraulische Flüssigkeit
wird über
den Kanal 19, die koaxiale Bohrung 18 und die
drucklose Leitung 31 zurück in den Behälter 32 geleitet.
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- 1
- zylinderförmiges Gehäuse
- 2
- Kolben
- 3
- Dichtring
- 4
- Kammer
- 5
- Kammer
- 6
- Kolbenstange
- 7
- freies
Ende
- 8
- Öffnung
- 9
- Dicht-
und Führungssystem
- 10
- Gasfeder
- 11
- Kolben
- 12
- Teilkammer
- 13
- Teilkammer
- 14
- Kolbenstange
- 15
- Dicht-
und Führungssystem
- 16
- Sicke
- 17
- Sicke
- 18
- koaxiale
Bohrung
- 19
- Kanal
- 20
- Anschlußstück
- 21
- Verbindungsbereich
- 22
- Dichtring
- 23
- erster
Druckmittelanschluß
- 24
- zweiter
Druckmittelanschluß
- 25
- Rohr
- 26
- Dichtring
- 27
- Dichtring
- 28
- Bohrung
- 29
- Buchse
- 30
- Leitung
- 31
- Leitung
- 32
- Behälter
- 33
- Pumpe
- 34
- Ventil
- 35
- Öffnung