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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Klappenöffnungs- und -schließsystem,
insbesondere für
ein Kraftfahrzeug, mit einer Klappe, die entlang ihres einen Randbereichs
um eine waagrechte Schwenkachse an einem feststehenden Bauteil schwenkbar gelagert
ist und parallel wirkend durch eine erste und eine zweite Antriebseinrichtung
aus einer Schließlage
in eine Öffnungslage
bewegbar antreibbar ist, wobei die erste Antriebseinrichtung eine
elektromechanische Antriebsvorrichtung und die zweite Antriebseinrichtung
eine hydraulische, pneumatische oder hydropneumatische Antriebsvorrichtung
ist, wobei die zweite Antriebsvorrichtung einen mit einem unter Druck
stehenden Fluid gefüllten
Zylinder umfasst, der an seinem geschlossenen ersten Ende, in einem Abstand
zur Schwenkachse an dem feststehenden Bauteil oder der Klappe angelenkt
ist und dessen Innenraum durch einen Kolben in eine erste Arbeitskammer
und eine zweite Arbeitskammer unterteilt ist, wobei eine einseitige
Kolbenstange des Kolbens durch die erste Arbeitskammer und mittels
einem Dichtungs- und Führungspaket
abgedichtet aus der ersten Arbeitskammer nach außen geführt sowie in einem Abstand
zur Schwenkachse an der Klappe oder dem feststehenden Bauteil angelenkt
ist und wobei die erste Antriebsvorrichtung einen von einem Drehantrieb
drehbar antreibbaren Spindeltrieb mit einer Gewindespindel aufweist,
wobei die Gewindespindel mit der Klappe oder dem feststehenden Bauteil
und eine auf der Gewindespindel angeordnete Spindelmutter mit dem
feststehenden Bauteil oder der Klappe gelenkig verbunden ist.
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Öffnungs-
und Schließsysteme
für Fahrzeugklappen
sind in der Praxis für
das Öffnen
und Schließen
von Heckklappen, Kofferraumdeckeln, Motorhauben und zuweilen auch
von Türen
in Kraftfahrzeugen bekannt. Damit sich die Klappen und Hauben beim
Auf- und Zuschwenken
nicht verziehen werden oftmals beide Seiten der Klappen elektromechanisch
angetrieben.
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Alternativ
kommen Antriebssysteme zum Einsatz, welche die Klappen nur auf einer
Seite elektromechanisch antreiben, wohingegen an der anderen Seite
der Klappe eine Gasfeder angeordnet ist. Diese Gasfeder gleicht
die Gewichtskraft der Klappe aus und unterstützt im Wesentlichen nur das Öffnen der
Klappe. Ein derartiges Öffnungs-
und Schließsystem
ist günstiger
als die beidseitig elektromechanisch angetriebene Variante und wird
deshalb bei den meisten Anwendungen bevorzugt eingebaut.
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Nachteilig
bei den einseitig elektromechanisch angetriebenen Systemen ist jedoch,
dass die elektromechanischen Antriebe mit Druckfedern, vorzugsweise
Schraubendruckfedern, ausgestattet sind, die das Gewicht der Klappe
ausgleichen müssen,
damit der Motor für
den Fahrzeugbau vernünftige
Abmessungen aufweist, sodass die Klappe auch in einer nicht vollständig geschlossenen
oder in der vollständig
geöffneten
Position sicher gehalten werden kann.
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Des
Weiteren hat sich hinsichtlich des Bauraums als nachteilig erwiesen,
dass das Anhalten der Klappe in beliebigen Positionen mit Brems-
und Klemmelementen bewerkstelligt wird.
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Aus
der
US 2006/0042166
A1 ist ein Klappenöffnungs-
und -schließsystem
der eingangs beschrieben Art bekannt, bei dem die erste Antriebsvorrichtung
eine integrierte Feder- und Aktuatoreinrichtung und die zweite Antriebsvorrichtung
eine Gasfeder zum Ausgleich des Klappengewichts ist.
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Aus
der
DE 40 07 162 A1 ist
ein Klappenöffnungs-
und -schließsystem
der eingangs genannten Art bekannt, bei dem die erste Antriebsvorrichtung eine
hydraulische Steuerfeder und die zweite Antriebseinrichtung eine
ungesteuerte Gasfeder ist.
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Aus
der
DE 10 2005
030 052 A1 ist eine Antriebseinrichtung mit einem von einem
Drehantrieb über
eine Kupplung antreibbaren Spindeltrieb bekannt, wobei die Kupplung
bei unbelasteter oder in Ausfahrrichtung belasteter Antriebseinrichtung
offen und durch die Belastung der Antriebseinrichtung in Einfahrrichtung
schließbar
ist.
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Aus
der
DE 197 06 919
C1 ist ein Kolbenzylinderaggregat mit einem Schließventil
entsprechend der zweiten Antriebsanordnung bekannt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher ein Klappenöffnungs- und -schließsystem
der eingangs genannten Art zu schaffen, das die mit einem einfachen und
bauteilarmen sowie bauraumsparenden Aufbau vorstehend beschriebenen
Nachteile überwindet
und zu einer leichten Bewegbarkeit der Klappe von Hand bei nicht
aktivierter erster Antriebsvorrichtung führt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem
eingangs genannten Klappenöffnungs-
und -schließsystem
dadurch gelöst,
dass die Gewindespindel über
ein nichtselbsthemmendes Getriebe von dem Drehantrieb drehbar antreibbar
ist und die zweite Antriebsvorrichtung eine Ventilanordnung aufweist,
durch die eine Strömungsverbindung
zwischen der ersten Arbeitskammer und der zweiten Arbeitskammer
in einem stationären
Betriebszustand der Klappe geschlossen und in einem Bewegungszustand
der Klappe geöffnet
ist.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Durch
diese besonders bauraumsparende Ausbildung wird bei einer Bewegung
der Klappe die Strömungsverbindung
zwischen der ersten Arbeitskammer und der zweiten Arbeitskammer
geöffnet,
so dass ein Fluidausgleich zwischen diesen beiden Arbeitskammern
erfolgen kann.
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Dabei
führt die
nichtselbsthemmende Ausbildung des Getriebes so, wie die nichtselbsthemmende
Ausbildung der gesamten Antriebsvorrichtung zu einer leichten Bewegbarkeit
der Klappe von Hand bei nicht aktivierter erster Antriebsvorrichtung.
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Sobald
eine Bewegung der Klappe beendet ist, wird die Strömungsverbindung
geschlossen und die Klappe mangels der Möglichkeit eines Fluidausgleichs
zwischen den beiden Arbeitskammern in der eingenommenen Position
gehalten.
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Vorzugsweise
ist die erste Antriebsvorrichtung an einem ersten und die zweite
Antriebsvorrichtung an einem zweiten zumindest annähernd rechtwinklig
von der Schwenkachse ausgehenden Randbereich der Klappe angeordnet.
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Durch
die Blockierung eines Fluidausgleichs bei geschlossener Strömungsverbindung
bleibt die Klappe selbst bei waagrechter Ausrichtung sicher in ihrer
eingenommenen Position gehalten.
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Dadurch
wird ein Verziehen der Klappe durch ungleichmäßige Kraftbeaufschlagung vermieden.
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Die
Klappe kann eine Heckklappe, oder ein Kofferraumdeckel oder eine
Motorhaube des Kraftfahrzeugs sein.
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Vorzugsweise
ist die Klappe entlang ihres oberen Randbereichs um die Schwenkachse schwenkbar
gelagert und in der Schließlage
im Wesentlichen senkrecht nach unten sowie in der Öffnungslage
im Wesentlichen waagrecht gerichtet.
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Vorzugsweise
ist der Drehantrieb ein Elektromotor.
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Sind
Drehantrieb, Gewindespindel und Spindelmutter sowie ggf. das Getriebe
in einem rohrförmigen
Gehäuse
angeordnet, so wird eine kompakte, diese Komponenten schützende Baueinheit
erreicht.
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Dabei
kann ein Spindelrohr die Gewindespindel mit Spiel umschließen und
mit seinem dem Drehantrieb näheren
axialen Ende mit der Spindelmutter verbunden sein sowie an seinem
dem Drehantrieb entfernten Ende an dem feststehenden Bauteil oder
der Klappe angelenkt sein.
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Ist
auf dem dem Drehantrieb entfernten Endbereich des rohrförmigen Gehäuses ein
Schutzrohr verschiebbar geführt
angeordnet, das mit der Spindelmutter verbunden und an seinem dem
Drehantrieb entfernten Ende an dem feststehenden Bauteil oder der
Klappe angelenkt ist, so ist auch der teleskopisch zum rohrförmigen Gehäuse bewegbare
Teil des Systems nach außen
geschützt.
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Eine
Ausbildungsmöglichkeit
der zweiten Antriebsvorrichtung besteht darin, dass die zweite Antriebsvorrichtung
eine Gasfeder ist und die erste Arbeitskammer sowie die zweite Arbeitskammer
mit einem unter Druck stehende Gas gefüllt ist.
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Dabei
erzeugt das die größere Wirkfläche des
Kolbens beaufschlagende Gas die Ausschubbewegung der Kolbenstange.
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In
weiterer Ausgestaltung erstreckt sich von dem im Zylinder liegenden
Ende der Kolbenstange und dem daran angeordneten Kolben koaxial
zum Zylinder eine Kolbenstangenverlängerung weiter in Richtung
erstes Ende des Zylinders.
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Des
weiteren ist vorteilhafter Weise vorgesehen, dass am Ende der Kolbenstangenverlängerung ein
Kolben angeordnet ist, der spiegelbildlich den gleichen Aufbau und
die gleiche Ausbildung wie der Kolben besitzt.
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Beide
Kolben weisen eine Schließfeder
auf, die gleiche oder unterschiedliche Federkräfte aufweisen.
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In
einer anderen Ausbildung kann der Zylinder der zweiten Antriebsvorrichtung
eine flexible Wand, insbesondere einen im Zylinder abgedichtet axial
verschiebbaren Trennkolben aufweisen, die einen Teilraum zwischen
dem geschlossenen Ende des Zylinders und der zweiten Arbeitskammer
im Zylinder begrenzt, wobei der Teilraum mit einem unter Druck stehenden
Gas und die erste sowie die zweite Arbeitskammer mit einem inkompressiblen
Fluid, insbesondere mit einem Öl
gefüllt
ist.
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Dabei
wird über
die flexible Wand das Fluid in der zweiten Arbeitskammer durch das
unter Druck stehende Gas unter Druck gehalten und erzeugt über die
größere Wirkfläche des
Kolbens die Ausschubbewegung der Kolbenstange.
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Die
Ventilanordnung kann in einer Ausbildung ein Schließventil
mit einem Ventilelement aufweisen, durch das drei Schaltstellungen
einnehmbar sind, wobei durch das Ventilelement von einer mittleren
geschlossenen Schaltstellung aus in die eine Richtung eine erste Öffnungsstellung
und in die andere Richtung eine zweite Öffnungsstellung einnehmbar
ist.
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Zur
weiteren Ausgestaltung dieses Schließventils wird auf die
DE 197 06 919 C1 verwiesen,
die vollinhaltlich Teil der Offenbarung dieser Erfindung ist.
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In
einer weiteren Ausbildung weist die Ventilanordnung ein elektrisch
ansteuerbares Magnetventil auf, wobei mit Ansteuerung der ersten
Antriebsvorrichtung zur Klappenverstellung eine die Strömungsverbindung
zwischen der ersten Arbeitskammer und der zweiten Arbeitskammer öffnende
Bestromung des Magnetventils erfolgen kann.
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Die
Ventilanordnung kann an jeder geeigneten Stelle der zweiten Antriebsvorrichtung
angeordnet sein.
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Besonders
vorteilhaft und bauraumsparend ist es aber, wenn die Ventilanordnung
im oder am Kolben angeordnet ist.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit schwenkbar angetriebenen
Heckklappe
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2 eine
erfindungsgemäße Ausführungsform
eines elektromechanischen Antriebes
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3 eine
erfindungsgemäße Ausführungsform
des hydropneumatischen Antriebs
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4 eine
weitere Ausführungsform
des hydropneumatischen Antriebs
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5 eine
weitere Ausführungsform
des hydropneumatischen Antriebs
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6 eine
weitere Ausführungsform
des hydropneumatischen Antriebs
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7 eine
weitere Ausführungsform
des hydropneumatischen Antriebs
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Die 1 zeigt
die Prinzipskizze eines Kraftfahrzeuges mit einer Karosserie als
Basisteil 1 und einem eine Öffnung 2 des Basisteils 1 verschließenden oder öffnenden,
beweglichen Teil in der Ausführung
als Heckklappe, nachfolgend Klappe 3 genannt. Es sei bemerkt,
dass es sich bei der Klappe auch um eine Front- oder Motorhaube,
eine Fahrzeugtür
oder eine entsprechenden Anwendung handeln kann.
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Die
Klappe 3 ist in einer quer zum Fahrzeug verlaufenden horizontalen
Schwenkachse 4 gelagert. An einer Seite der Klappe 3 ist
eine erste Antriebseinrichtung 5, an der gegenüberliegenden
Seite der Klappe 3 eine zweite Antriebseinrichtung 6 angeordnet.
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Die 2 zeigt
eine beispielhafte Ausführungsform
einer der beiden Antriebseinrichtungen in Form einer elektromechanischen
Antriebseinrichtung, die in der nachstehenden Beschreibung der Einfachheit
wegen der ersten Antriebseinrichtung 5 zugeordnet wird.
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Die
erste Antriebseinrichtung 5 besitzt ein rohrförmiges Gehäuse 7,
das an einem Ende durch ein Bodenstück 8 verschlossen
ist. Das Bodenstück 8 weist
ein Gewindezapfen 9 auf, auf den ein Anschlusselement 10 geschraubt
ist.
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Das
Gehäuse 7 weist
einen ersten Abschnitt 11, einen zweiten Abschnitt 12 und
einen dritten Abschnitt 13 auf. Der Abschnitt 11 weist
bei gleich bleibendem Außendurchmesser
einem größeren Innendurchmesser
als Abschnitt 12 auf. Abschnitt 13 weist hingegen
bei gleich bleibendem Innendurchmesser einem größeren Außendurchmesser als Abschnitt 12 auf.
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Über den
Abschnitt 13 des Gehäuses 7 ist ein
Schutzrohr 14 angeordnet, dessen Außendurchmesser im Wesentlichen
dem Außendurchmesser des
Abschnitts 12 des Gehäuses 7 entspricht.
Das Schutzrohr 14 ist an seinem dem Gehäuse 7 abgewandten
Ende durch ein Bodenstück 15 verschlossen.
Das Bodenstück 15 weist
ein Gewindezapfen 16 auf, auf den ein Anschlusselement 17 geschraubt
ist.
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Bei
den Anschlusselement 10 und 17 kann es sich, wie
in 2 dargestellt um Kugelpfannen handeln, jedoch
können
beispielsweise auch Gelenkaugen angeschlossen werden. Alternativ
kann das Anschlusselement einstückig
mit dem Bodenstück verbunden
sein oder durch andere, dem Fachmann bekannte Verbindungstechniken,
beispielsweise Schweißen
oder Knautschen verbunden werden, damit die erste Antriebseinrichtung 5 an
einem feststehenden Karosseriebauteil bzw. Basisteil 1 eines Kraftfahrzeugs
und an einem als Klappe 3 ausgebildeten bewegbaren Bauteil
des Kraftfahrzeugs gelenkig verbindbar ist.
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Im
Inneren des Gehäuses 7 ist
im Bereich des Abschnitts 11 ein Drehantrieb 18 angeordnet. Der
Drehantrieb 18 umfasst einen Elektromotor 19, eine
in einem Sensorgehäuse 20 untergebrachte Sensoreinrichtung
und ein in einem Getriebegehäuse 21 untergebrachtes
Getriebe 22. Der Elektromotor 19 stützt sich über das
Sensorgehäuse 20 an
dem durch das Bodenstück 8 verschlossenen
Ende des Gehäuses 7 ab. Über ein
Adapterelement 23 stützt sich
das Getriebegehäuse 21 an
dem Elektromotor 19 ab. Das in dem Getriebegehäuse 21 angeordnete Getriebe 22 wird
von einer Motorantriebswelle 24 angetrieben. Die Motorantriebswelle 24 ragt
außerdem auf
der dem Getriebegehäuse 22 gegenüberliegenden
Seite in das Sensorgehäuse 20.
Vom Sensorgehäuse 20 erstrecken
sich die nicht gezeigten, Energieversorgungs- und Steuerleitungen
umfassenden Anschlussleitungen durch das Bodenstück 8 aus dem Gehäuse 7.
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Das
Getriebegehäuse 21 ist
an der dem Elektromotor 19 gegenüberliegenden Seite durch einen
Gehäusedeckel 25 verschlossen,
durch den sich eine Getriebewelle 26 erstreckt. Das Ende
der Getriebewelle ist mit einem Spindeltrieb verbunden. Am Ende
der Getriebewelle 26 befindet sich hierzu ein Adaptereinsatz 27,
an dem ein Spindeladapter 28 angeordnet ist. Mit dem Adaptereinsatz 27 und
dem Spindeladapter 28 wird eine Gewindespindel 29 mit der
Getriebewelle 26 verbunden.
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Der
Spindeladapter 28 ist in einem Lager 30 gelagert.
Das Lager 30 wiederum ist in einer Lagerhülse 31 angeordnet,
die sich einerseits am Getriebegehäuse 22 oder am Gehäusedeckel 25 abstützt und andererseits
an einer Stufe 32 anliegt, die durch die unterschiedlichen
Innendurchmesser der Abschnitte 11 und 12 gebildet
werden. Somit sind der Drehantrieb 18 zusammen mit dem
Lager 30 der Gewindespindel 29 in axialer Richtung
innerhalb des ersten Abschnitts 11 des Gehäuses 7 fixiert.
Mittels Schrauben 33 oder Knaggen können Teile des Drehantriebs 18 so
mit dem Gehäuse 7 verbunden
werden, dass diese sich gegenüber
dem Gehäuse
nicht verdrehen können.
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An
dem Lager 30 oder an der Lagerhülse 31 stützt sich,
im Wesentlichen im zweiten Abschnitt 12 an der Innenwand
des Gehäuses 7 anliegend
eine Federhülse 34 ab.
Im Inneren der Federhülse 34 ist eine
Wandung 35 mit einer Bohrung 36 ausgebildet, durch
welche die Gewindespindel 29 hindurchragt. Die Federhülse 34 wird
ausgehend vom zweiten Abschnitt 12 des Gehäuses 7 in
Richtung dritter Abschnitt 13 durch ein Führungsrohr 37 bis
zum Ende des Gehäuses 7 verlängert. Federhülse 34 und
Führungsrohr 37 weisen
jeweils an ihren aneinander anliegenden Seiten Vorsprünge 38 und
komplementäre Ausnehmungen 39 auf
und sind somit gegeneinander verdrehgesichert angeordnet. Das Führungsrohr 37 weist
des Weiteren wenigstens eine sich in axialer Richtung erstreckende
Nut 40, die auch als Schlitz ausgebildet sein kann, auf,
in die ein an einer Spindelmutter 41 ausgebildeter Vorsprung 42 hineinragt.
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Eine
die Gewindespindel 29 teilweise umgebende Federeinrichtung 43 erstreckt
sich von der dem Lager 30 abgewandten Seite der Wandung 35 in Richtung
dritter Abschnitt 13 des Gehäuses 7 und kommt an
der auf der Gewindespindel 29 laufenden Spindelmutter 41 zur
Anlage, insbesondere dann, wenn die erste Antriebsrichtung 5 eingeschoben
ist, d. h. sich die Klappe 3 in ihrer nahezu vollständig geschlossenen
Position befindet. Die Federeinrichtung 43 versucht die
Spindelmutter 41 beim Öffnen
der Klappe 3 aus deren vollständig geschlossenen Position
von der Wandung 35 wegzudrängen und unterstützt somit
den Drehantrieb 18 wenigstens die ersten Zentimeter der
Klappenöffnungsbewegung.
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Mit
der Spindelmutter 41 wird ein Spindelrohr 44 in
dem Führungsrohr 37 axial
beweglich geführt, wobei
sich das Spindelrohr 44 mit einem Ende an der Spindelmutter 41 und
mit seinem anderen Ende an dem Bodenstück 15 des Schutzrohres 14 angebracht ist.
Die Gewindespindel 29 weist an dem dem Bodenstück 15 nahen
Ende ein in dem Spindelrohr 44 angeordneten Führungsring 45 auf,
wodurch ein radiales Schwingen der Gewindespindel 29 vermieden wird.
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Zwischen
Spindelrohr 44 und dem dem Anschlusselement 17 nahen
Ende des Gehäuses 7 ist ein
weiterer Führungsring 46 angeordnet,
der ebenfalls ein radiales Schwingen der teleskopisch ausfahrbaren
Bauteile verhindert und einen stabilen Knickschutz bildet.
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In 3 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel der
anderen Antriebseinrichtung in Form einer Kolben-Zylinderaggregats 47 dargestellt,
die in der nachstehenden Beschreibung der Einfachheit wegen der
zweiten Antriebseinrichtung 6 zugeordnet wird.
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Das
Kolben-Zylinderaggregat 47 ist als Gasfeder ausgebildet
und mit einem gasförmigen
und unter Druck stehenden Medium gefüllt. Das Kolben-Zylinderaggregat 47 umfasst
einen Zylinder 48 mit einem geschlossenen, ersten Ende 49 und
einem dem geschlossenen Ende gegenüberliegenden zweiten Ende 50.
Durch das zweite Ende 50 ist in koaxialer Anordnung zum
Zylinder 48 eine Kolbenstange 51 mittels eines
Dichtungs- und Führungspakets 52 aus dem
Zylinder 48 abgedichtet herausgeführt. Sowohl an dem geschlossenen
Ende 49 des Zylinders als auch an dem außerhalb
des Zylinders liegenden Ende der Kolbenstange 51 ist eine
Anschlusseinrichtung 53 bzw. 54 angeordnet. Die
Anschlusseinrichtungen 53, 54 können nicht
dargestellte Anschlusselemente, wie Kugelpfannen oder Gelenkaugen,
aufnehmen.
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An
dem im Zylinder 48 liegenden Ende der Kolbenstange 51 ist
ein Kolben 55 angeordnet, der das Kolben-Zylinderaggregat 47 in
eine erste kolbenstangeseitige Arbeitskammer 56 und eine
zweite kolbenstangenferne Arbeitskammer 57 teilt. Der Kolben 55 umfasst
eine ortsfeste Führungshülse 58,
die endseitig einen umlaufenden Stützrand 59 für eine Schließfeder 60 aufweist.
Die Schließfeder 60 spannt einen
Schieber 61 vor, der sich mit einer Schieberhülse 62 auf
der Führungshülse 58 zentriert.
Die Schließfeder 60 greift
an einer kreisringförmigen Schieberfläche 63 an,
deren axialer Auslauf mit einem Dichtring 64 zusammenwirkt.
Der Dichtring 64 bildet ein axial bewegliches Ventilelement,
das auf einem Ventilring 65 verschiedene Schaltstellungen
einnehmen kann.
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Auf
der Mantelfläche
des Ventilringes 65 ist eine Kontur ausgeführt, die
drei Schaltstellungen ermöglicht.
Von der Schieberfläche 63 ausgehend
betrachtet, verfügt
der Ventilring 65 über
eine erste Ventilsitzfläche
in Form einer Schrägfläche 66,
eine zweite Ventilsitzfläche
in Form einer Klemmfläche 67 und einer
dritten Ventilfläche
in Form einer Schrägfläche 68.
Mittels eines Anschlagringes 69 wird die gesamte Kolbenkonstruktion
des Kolbens 55 verspannt. Eine Ventilringdichtung 70 verhindert
eine Leckage zwischen dem Kolbenstangenzapfen der Kolbenstange 51 und
dem Ventilring 65.
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Damit
ein schnelleres Überströmen des
Mediums in dem Bereich des Zylinders 48 möglich ist,
in dem sich der Kolben 55 befindet, wenn die Klappe 3 nahezu
geschlossenen ist um ein kraftvolleres Anheben aus der geschlossenen
Position der Klappe 3 heraus und ein Fallen ins Klappenschloss
zu gewährleisten,
kann im Zylinder eine in axialer Richtung verlaufende Nut 71 ausgebildet
sein.
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Die 4 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der zweiten Antriebseinrichtung. In wesentlichen Teilen entspricht
diese Ausführungsform
der in 2 dargestellten Ausführungsform. Deshalb sind gleiche
Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht
mehr ausführlich
beschrieben.
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Im
Gegensatz zu dem in 2 dargestellten Kolben-Zylinderaggregat 47 unterteilt
ein Trennkolben 72 die kolbenstangenferne zweite Arbeitskammer 57 in
einen ersten, dem ersten Ende 49 des Zylinders 48 nahen
Teilraum 73 und einen zweiten, dem ersten Ende 49 fernen
Teilraum 74. Der erste Teilraum 73 ist mit einem
unter Druck stehendem Gas gefüllt,
während
die erste Arbeitskammer 56 und der zweite Teilraum 74 mit Öl befüllt sind.
Ein Dichtring 75, der in eine Nut 76 des Trennkolbens 72 eingelegt ist,
stellt sicher, dass sich Öl
und Gas nicht vermischen können.
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Um
auch bei der in 4 dargestellten Ausführungsform
ein schnelleres Überströmen des
Mediums, hier das Öl
in dem Bereich des Zylinders 48 möglich ist, in dem sich der
Kolben 55 befindet, wenn die Klappe 3 nahezu geschlossenen
ist, kann im Zylinder 48 eine sich in axialer Richtung
erstreckende Nut 71 ausgebildet sein, die sich im Wesentlichen
im zweiten Teilraum 73 nahe des Trennkolbens 72 befindet.
Ein ausreichender Abstand ist jedoch gewährleistet, damit der Trennkolben 72 nicht über diese
Nut 71 verschoben werden kann.
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Die 5 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der zweiten Antriebseinrichtung. In wesentlichen Teilen entspricht
diese Ausführungsform
der in 3 dargestellten Ausführungsform. Deshalb sind gleiche
Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht
mehr ausführlich
beschrieben.
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Von
dem im Zylinder 48 liegenden Ende der Kolbenstange 51 und
dem daran angeordneten Kolben 55 erstreckt sich koaxial
zum Zylinder 48 eine Kolbenstangenverlängerung 51a weiter
in Richtung erstes Ende 49 des Zylinders 48. Am
Ende der Kolbenstangenverlängerung
ist ein Kolben 55a angeordnet, der spiegelbildlich den
gleichen Aufbau und die gleiche Ausbildung wie der Kolben 55 besitzt
und die zweite Arbeitskammer 57 nochmals teilt. Die der
Kolbenstangenverlängerung 51a gegenüberliegende dritte
Arbeitskammer ist mit dem Bezugszeichen 57a gekennzeichnet.
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Im
Gegensatz zu dem in 2 dargestellten Kolben-Zylinderaggregat 47 ist
nahe dem ersten Ende 49 ein erster nutfreier Bereich 71a und
nahe dem Dichtungs- und Führungspaket 52 ist
ein zweiter nutfreier Bereich 71b ausgebildet. Dazwischen
erstreckt sich die Nut 71 in Axialrichtung. Die axiale Ausdehnung
der nutfreien Bereiche 71a, 71b bzw. der Nut 71 oder
der Kolbenstangenverlängerung 51a wird
der Anwendung entsprechend festgelegt. Es ist beispielsweise möglich, dass
die Kolbenstangenverlängerung 51a in
Axialrichtung länger
ausgebildet ist, als der Hubweg der Kolbenstange 51, wodurch
der Kolben 55 und der Kolben 55a nie den gleichen Punkt
innerhalb des Zylinders 48 erreichen. Ferner kann der erste
nutfreie Bereich 71a so lang ausgebildet sein, dass der
Kolben 55a, wenn die Klappe 3 vollständig geschlossen
ist, nicht bis zum ersten Ende 49 des Zylinders 48 bewegt
werden kann. Weitere Variationen sind selbstverständlich für den Fachmann
ersichtlich.
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Die 6 zeigt
eine weitere Ausgestaltung der zweiten Antriebseinrichtung 6.
Die Ausführungsform
umfasst das in den 3 und 4 dargestellte
Kolben-Zylinderaggregat 47.
An dem aus dem Zylinder 48 herausragenden Ende der Kolbenstange 51 ist
ein Federaufnahmeteil 77 und am ersten Ende 49 des
Zylinders 48 ist ein weiteres Federaufnahmeteil 78 angeordnet.
Mit den beiden Federaufnahmeteilen 77 und 78 wird
eine Schraubendruckfeder 79 koaxial um den Zylinder 48 fixiert.
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Beim Öffnen der
Klappe 3 aus ihrer vollständig geschlossenen Position
wird mittels des Drehantriebs 18 der ersten Antriebseinrichtung 5 die
Gewindespindel 29 in Drehbewegung versetzt, wodurch die Spindelmutter 41 mit
Unterstützung
der Federeinrichtung 43 über die Gewindespindel derart
bewegt wird, dass sich das Gehäuse 7 und
das Schutzrohr 14 teleskopierbar gegeneinander verschieben.
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Gleichzeitig
verschiebt sich der Kolben 55 des in der 3 dargestellten
Kolben-Zylinderaggregats 47 auf
Grund der Druckverhältnisse
im Zylinder 48 in Richtung zweites Ende 50, wodurch
die Kolbenstange 51 aus dem Zylinder 48 herausbewegt
wird. Durch die Nut 71 kann relativ viel Medium von der ersten
Arbeitskammer 56 in die zweite Arbeitskammer 57 strömen. Zusätzlich wird
der Dichtring 64 in den Bereich der Schrägfläche 68 verschoben,
wodurch weitere Strömungsöffnungen
freigegeben werden.
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Die
Klappe 3 kann an jedem beliebigen Punkt ihres Schwenkweges
angehalten und der Elektromotor stromlos geschaltet werden. Da der Elektromotor 19 und
das Getriebe 22 nicht selbsthemmend sind, damit die Reibung
gering und ein Bewegen der Heckklappe auch manuell durch Anlegen einer
Handkraft an die Klappe 3 möglich ist, hat die Klappe aufgrund
ihres Eigengewichts das Bestreben sich nach unten in die geschlossene
Stellung zu bewegen. Der Dichtring 64 wird jedoch aufgrund
der im Zylinder 48 herrschenden Druckverhältnisse
auf die Klemmfläche 67 bewegt,
sodass das Gas, vorzugsweise Stickstoff, in dem Zylinder 48 nicht
mehr von der ersten Arbeitskammer 56 in die zweite Arbeitskammer 57 strömen kann.
Die Klappe 3 bewegt sich nicht in Richtung ihrer vollständig geschlossenen
Position.
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Wird
die Klappe 3 nun weiter in Richtung ihrer vollständig geöffneten
Stellung bewegt, sei es durch Anlegen einer Handkraft oder durch
den ersten Antrieb 5, wird der Dichtring 64 wieder
in den Bereich der Schrägfläche 68 verbracht
und das Gas kann wieder von der ersten Arbeitskammer 56 in
die zweite Arbeitskammer 57 strömen.
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Wird
die Klappe 3 jedoch in Richtung ihrer vollständig geschlossene
Stellung bewegt, dabei spielt es wiederum keine Rolle, ob dies mit
Handkraft oder mit der ersten Antriebseinrichtung geschieht, wird
Kolbenstange 51 in den Zylinder 48 eingeschoben,
und der Dichtring 64 stützt
sich am Auslauf der Schieberfläche 63 ab.
Der Dichtring 64 wird vom Druck in der zweiten Arbeitskammer 57 und
von der Reibkraft zwischen dem Zylinder 48 und dem Dichtring 64 gegen
den Schieber 61 gedrückt.
Ist die Summe aus Reib- und Druckkraft größer als die Schließkraft der
Schließfeder 60,
bewegt sich der Schieber 61 zusammen mit dem Dichtring 64 in
Richtung Anschlusseinrichtung 54. Das Gas kann aus der zweiten
Arbeitskammer 57 durch einen von der Schrägfläche 66 und
dem Dichtring 64 gebildeten Spalt in die erste Arbeitskammer 56 strömen.
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Wenn
die Kolbenstange 51 nicht weiter eingeschoben wird, wird
der Dichtring 64 durch die im zweiten Zylinder 48 herrschenden
Druckverhältnisse bzw.
durch die Schließfeder 60 wieder
auf die Klemmfläche 67 zurückgedrückt.
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Auf ähnliche
Weise funktioniert auch das in der 4 dargestellte
Kolben-Zylinderaggregat 48. Wie
weiter vorne schon beschrieben, ist nur der erste Teilraum 73 der
zweiten Arbeitskammer 57 mit einem unter Druck stehenden
Gas gefüllt,
die erste Arbeitskammer 56 und der zweite Teilraum 74 der
zweiten Arbeitskammer 57 hingegen mit einem Öl. Dadurch, dass
der erste Teilraum 73 unter Druck steht und der Trennkolben 72 gegen
die Ölsäule gedrängt wird,
hat die Kolbenstange 51 aufgrund der Druck- und Flächenverhältnisse,
das Bestreben sich in Ausschubrichtung zu bewegen. Die Umschaltung
des Dichtrings 64 erfolgt nach den gleichen Gesetzmäßigkeiten,
wie vorstehend zu dem in 3 beschriebenen Kolben-Zylinderaggregat.
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Bei
der in der 5 gezeigten Ausführungsform
der Antriebseinrichtung 6 befindet sich der Kolben 55 im
geschlossenen Zustand der Klappe 3 im Bereich der Nut 71 und
der Kolben 55a in dem ersten nutfreien Bereich 71a.
Beim Öffnen
der Klappe 3 wirkt der Kolben 55a auf die gleiche
Weise, wie zu 3 in Schließrichtung beschrieben. Der
Kolben 55 ist solange wirkungslos, wie er in Ausschubrichtung bewegt
wird. Befindet sich der Kolben. Die an der Kolbenstange 51 wirkende
Kraft Ausschubkraft setzt sich im ersten nutfreien Bereich 71a zusammen
aus der auf die wirksame Fläche
des Kolbens 55a wirkende Gaskraft und der erzeugten Haltekraft
der Schließfeder 60a des
Kolbens 55a. Erreicht der Dichtring 64a des Kolbens 55a die
Nut 71, wird der Dichtring 64a von dem sich im
Inneren des Zylinders 47 befindenden Medium umströmt, und
der Kolben 55a wirkt wie ein herkömmlicher Kolben und bewirkt
eine Unterstützung
beim Ausfahren der Kolbenstange 55 aus dem Zylinder 47.
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In
nahezu vollständig
geöffneter
Position der Klappe 3 wird der Kolben 55 in den
zweiten nutfreien Bereich 71b verfahren und funktioniert
auf die gleiche Weise, wie zu 3 in Öffnungsrichtung
beschrieben. Wird die Klappe nun angehalten, wird der Dichtring 64 aufgrund
der im Zylinder 48 herrschenden Druckverhältnisse
auf die Klemmfläche 67 bewegt, sodass
das Gas in dem Zylinder 48 nicht mehr von der ersten Arbeitskammer 56 in
die zweite Arbeitskammer 57 strömen kann. Die Gewichtskraft
der Klappe 3 alleine reicht nicht aus, um sich in Richtung ihrer
vollständig
geschlossenen Position zu bewegen. Bei vollständig geöffneter Klappe befindet sich der
Kolben 55a im Bereich der Nut 71 und der Kolben 55 in
dem zweiten nutfreien Bereich 71b.
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Beim
Schließen
der Klappe 3, mittels Handkraft oder durch die erste Antriebseinrichtung 5 wirkt der
Kolben 55 auf die gleiche Weise, wie zu 3 in Schließrichtung
beschrieben. Der Kolben 55a wirkt wie ein herkömmlicher
Kolben, durch den aufgrund der im Zylinder herrschenden Druckverhältnisse
und der wirksamen Fläche
des Kolbens 55a die Kolbenstange gegen die so erzeugte
Ausfahrkraft in den Zylinder 47 hineinbewegt wird. Gelangt
der Kolben 55a in den ersten nutfreien Bereich 71a,
wirkt er wie zu 2 in Öffnungsrichtung der Klappe 3 bzw.
Ausfahrrichtung der Kolbenstange 51 beschrieben. Beim Anhalten
der Klappe 3 wird der Dichtring 64a aufgrund der
im Zylinder 48 herrschenden Druckverhältnisse auf die Klemmfläche 67a bewegt,
sodass das Gas in dem Zylinder 48 nicht mehr von der dritten
Arbeitskammer 57a in die zweite Arbeitskammer 57 strömen kann.
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Die
in den Kolben 55 und 55a eingebauten Schließfedern 60 bzw. 60a können unterschiedliche oder
gleiche Federkräfte
aufweisen, um verschieden Schaltverhalten der Kolben in Ausschub-
oder Einschubrichtung zu erreichen.
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Die
in 6 gezeigte, koaxial um das Kolben-Zylinderaggregat 47 angeordnete
Schraubendruckfeder 79 bietet darüber hinaus noch die Möglichkeit
die Ausschubkraft des Kolben-Zylinderaggregats 47 zu erhöhen und
temperaturabhängige Druckänderungen
innerhalb des Zylinders 48 auszugleichen.
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Die 7 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
der zweiten Antriebseinrichtung 6, welche in Teilen der
in der 3 dargestellten Ausführungsform entspricht. Analoge Bauteile
sind daher mit gleichen Bezugszeichen, jedoch um die Zahl 200 vermehrt, versehen.
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Das
Kolben-Zylinderaggregat umfasst einen geschlossenen und mit einem
unter Druck stehenden inkompressiblen Fluid gefüllten Zylinder 248,
dessen Innenraum durch einen in dem Zylinder 248 axial
verschiebbaren Kolben 255 in eine erste Arbeitskammer 256 und
eine zweite Arbeitskammer 257 unterteilt ist, mit einer
einseitig an dem Kolben 255 angeordneten Kolbenstange 251,
die durch die erste Arbeitskammer 256 hindurch und an dem
Ende 250 des Zylinders 248 abgedichtet nach außen geführt ist,
wobei ein von der ersten Arbeitskammer 256 zur zweiten Arbeitskammer 257 führender
Durchlass 80 durch ein elektrisch ansteuerbares Magnetventil 81 öffenbar
und/oder verschließbar
ist.
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Das
in den Zylinder 248 ragende Ende der Kolbenstange 251 ist
mit einer nicht gezeigten koaxialen Gewindebohrung versehen, in
die ein bolzenartiger Spulenkern 82 geringeren Durchmessers
als die Kolbenstange 251 mit seinem einen mit einem Gewinde
versehenen Ende eingeschraubt ist, so dass der Spulekern 82 eine
koaxiale Verlängerung
der Kolbenstange 251 bildet. Es versteht sich, dass auch
andere Verbindungsmöglichkeiten
wie z. B. Schweißen denkbar
sind.
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Auf
das in den Zylinder 248 hineinragende Ende der Kolbenstange 251 ist
eine Distanzscheibe 83 aus einem elektrisch isolierenden
Werkstoff aufgesteckt, die radial nach Innen das Kolbenstangenende
umgreift. Axial an der Distanzscheibe 83 anliegend ist
auf dem Spulenkern 82 ein Isolierring 84 angeordnet,
gegen den wiederum axial eine ringförmige Scheibe 85 aus
Stahl anliegt, die sich radial nach außen bis nahe zur Innenwand
des Zylinders 248 erstreckt.
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Auf
der dem Isolierring 84 abgewandten Seite der Scheibe 85 ist
auf dem Spulenkern 82 ein den Spulenkern 82 umschließender Spulenträger 86 aus einem
elektrisch isolierenden Material wie z. B. Kunststoff angeordnet,
der mit einem radialen Flansch 87 axial an der Scheibe 85 in
Anlage ist.
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Zwischen
zwei weiteren im Abstand zueinander angeordneten radialen Flanschen 88 und 89 des Spulenträgers 86 befindet
sich eine strombeaufschlagbare Spule 90.
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Auf
dem der Kolbenstange 251 abgewandten, aus dem Spulenträger 86 herausragenden
Ende des Spulenkerns 82 ist eine Kreisscheibe 91 aus
einem paramagnetischen Werkstoff fest angeordnet, die mit ihrem
einen Ende axial an dem Spulenträger 86 in
Anlage ist und diesen mit seinem Flansch 87 in Anlage an
der Scheibe 85 hält.
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Die
sich radial bis nahe an die Innenwand des Zylinders 248 erstreckende
Kreisscheibe 91 ist mit gleichmäßig verteilt auf einem konzentrischen Kreis
angeordneten durchgehenden Axialöffnungen 92 ausgebildet,
in die die freien Enden entsprechend axial sich erstreckende Zapfen 93 eines
kreiszylindrischen Kolbenteils 94 aus einem paramagnetischen Werkstoff
hineinragen und befestigt sind. Das Kolbenteil 94 ist axial
verschiebbar im Zylinder 248 geführt und weist an seiner radial
umlaufenden Mantelfläche
eine Ringnut 95 auf.
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An
den beiden axialen Enden sind in die Ringnut 95 zwei Führungsringe 96 aus
einem nicht elektrisch leitenden Werkstoff so eingesetzt, dass sie zur
axialen Führung
des Kolbenteils 94 sich radial bis zur Anlage an der Innenwand
des Zylinders 248 erstrecken.
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In
dem axial zwischen den beiden Führungsringen 96 gebildeten
Ringraum der Ringnut 95 ist ein Dichtring 97 eingesetzt,
der mit seiner äußeren radial umlaufenden
Ringfläche
an der Innenwand des Zylinders 148 in Anlage ist und so
die beiden Arbeitskammern 256 und 257 gegeneinander
abdichtet.
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In
dem Kolbenteil 94 ist der koaxial durchgehender Durchlass 80 ausgebildet,
dessen dem Spulenkern 82 zugewandte Mündung einen Ventilsitz 98 bildet.
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Axial
zwischen der Stirnseite des Kolbenteils 94, von der die
Zapfen 93 axial hervorragen, und dem freien Ende des Spulenkerns 82 ist
ein scheibenartiger Anker 99 mit axialem Spiel beweglich
angeordnet, der auf seiner dem Ventilsitz 98 zugewandten Seite
ein als Elastomerteil ausgebildetes Ventilschließglied 100 trägt, durch
das bei axialer Anlage an dem Kolbenteil 94 der Durchlass 80 verschlossen ist.
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Der
scheibenartige Anker 99, der sich radial bis nahe an die
Innenwand des Zylinders 248 erstreckt, weist entsprechend
der Zapfen 93 Axialausnehmungen 101 auf, durch
die Zapfen 93 hindurchragen.
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Damit
ist der Anker 99 auf den Zapfen 93 axial verschiebbar
geführt.
Durch eine an der Kreisscheibe 91 abgestützte, als
Federring 102 ausgebildete vorgespannte Druckfeder ist
der Anker 99 mit seinem Ventilschließglied 100 axial gegen
den Ventilsitz 98 federbeaufschlagt.
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Bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
erfolgt eine Stromzufuhr von außen über die
Kolbenstange 251 zu dem ersten Spulenende 103 der
Spule 90. Das zweite Spulenende 104 der Spule 90 führt zu einem
ringförmigen
Schleifkontakt 105, der axial zwischen der Distanzscheibe 83 und
dem Isolierring 84 eingeklemmt ist und mit etwa radial
nach außen
ragenden Schleifarmen 106 federnd vorgespannt an der Innenwand
des masseleitend ausgebildeten Zylinders 248 in Anlage
ist.
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Zum
Bewegen der Klappe 3 wird die erste Antriebseinrichtung
derart angesteuert, dass der Drehantrieb 18 Gewindespindel 29 in
Drehung versetzt, wobei sich das Gehäuse 7 und das Schutzrohr 14 relativ
zueinander bewegt werden. Gleichzeitig wird das Spule 90 der
zweiten Antriebseinrichtung 6 bestromt, wodurch der Durchlass 80 im
Kolben 255 freigegeben wird und der Kolben 255 sich
in axialer Richtung bewegen kann. Soll die Klappe in einer bestimmten
Position angehalten werden, werden beide Antriebseinrichtungen 5 und 6 stromlos
geschaltet. Der Durchlass 80 in der zweiten Antriebseinrichtung 6 wird
geschlossen wodurch Kolben 255 und Kolbenstange 251 nicht
mehr bewegt werden können.
Die zweite Antriebseinrichtung 6 hält dann die Klappe sicher in
der eingestellten Position.
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- 1
- Basisteil
- 2
- Öffnung
- 3
- Klappe
- 4
- Schwenkachse
- 5
- erste
Antriebseinrichtung
- 6
- zweite
Antriebseinrichtung
- 7
- Gehäuse
- 8
- Bodenstück
- 9
- Gewindezapfen
- 10
- Anschlusselement
- 11
- erster
Abschnitt
- 12
- zweiter
Abschnitt
- 13
- dritter
Abschnitt
- 14
- Schutzrohr
- 15
- Bodenstück
- 16
- Gewindezapfen
- 17
- Anschlusselement
- 18
- Drehantrieb
- 19
- Elektromotor
- 20
- Sensorgehäuse
- 21
- Getriebegehäuse
- 22
- Getriebe
- 23
- Adapterelement
- 24
- Motorantriebswelle
- 25
- Gehäusedeckel
- 26
- Getriebewelle
- 27
- Adaptereinsatz
- 28
- Spindeladapter
- 29
- Gewindespindel
- 30
- Lager
- 31
- Lagerhülse
- 32
- Stufe
- 33
- Schraube
- 34
- Federhülse
- 35
- Wandung
- 36
- Bohrung
- 37
- Führungsrohr
- 38
- Vorsprung
- 39
- Ausnehmung
- 40
- Nut
- 41
- Spindelmutter
- 42
- Vorsprung
- 43
- Federeinrichtung
- 44
- Spindelrohr
- 45
- Führungsring
- 46
- Führungsring
- 47
- Kolben-Zylinderaggregat
- 48
- Zylinder
- 49
- erstes
Ende
- 50
- zweites
Ende
- 51
- Kolbenstange
- 51a
- Kolbenstangeverlängerung
- 52
- Dichtungs-
und Führungspaket
- 53
- Anschlusseinrichtung
- 54
- Anschlusseinrichtung
- 55
- Kolben
- 55a
- Kolben
- 56
- erste
Arbeitskammer
- 57
- zweite
Arbeitskammer
- 57a
- dritte
Arbeitskammer
- 58
- Führungshülse
- 59
- Stützrand
- 60
- Schließfeder
- 60a
- Schließfeder
- 61
- Schieber
- 62
- Schieberhülse
- 63
- Schieberfläche
- 64
- Dichtring
- 64a
- Dichtring
- 65
- Ventilring
- 66
- Schrägfläche
- 67
- Klemmfläche
- 67a
- Klemmfläche
- 68
- Schrägfläche
- 69
- Anschlagring
- 70
- Ventilringdichtung
- 71
- Nut
- 71a
- erster
nutfreier Bereich
- 71b
- zweiter
nutfreier Bereich
- 72
- Trennkolben
- 73
- erster
Teilraum
- 74
- zweiter
Teilraum
- 75
- Dichtring
- 76
- Nut
- 77
- Federaufnahmeteil
- 78
- Federaufnahmeteil
- 79
- Schraubendruckfeder
- 80
- Durchlass
- 81
- Magnetventil
- 82
- Spulenkern
- 83
- Distanzscheibe
- 84
- Isolierring
- 85
- Scheibe
- 86
- Spulenträger
- 87
- Flansch
- 88
- Flansch
- 89
- Flansch
- 90
- Spule
- 91
- Kreisscheibe
- 92
- Axialöffnungen
- 93
- Zapfen
- 94
- Kolbenteil
- 95
- Ringnut
- 96
- Führungsringe
- 97
- Dichtring
- 98
- Ventilsitz
- 99
- Anker
- 100
- Ventilschließglied
- 101
- Axialausnehmungen
- 102
- Federring
- 103
- erstes
Spulenende
- 104
- zweites
Spulenende
- 105
- Schleifkontakt
- 106
- Schleifarm
- 248
- Zylinder
- 250
- zweites
Ende
- 251
- Kolbenstange
- 255
- Kolben
- 256
- erste
Arbeitskammer
- 257
- zweite
Arbeitskammer