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Die Erfindung betrifft eine längenverstellbare Kolben-Zylinder-Einheit sowie eine Sicherungs-Vorrichtung einer derartigen Kolben-Zylinder-Einheit.
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Es ist eine große Zahl derartiger längenverstellbarer Kolben-Zylinder-Einheiten bekannt, die ein mit einem Fluid gefülltes Gehäuse aufweisen und von außen bedienbar sind. Derartige Einheiten sind beispielsweise in der
EP 1 440 633 B1 und der
DE 10 2006 006 091 A1 offenbart. Diese Kolben-Zylinder-Einheiten werden beispielsweise zur Winkelverstellung einer Rückenlehne eines Sitzes, wie beispielsweise eines Passagiersitzes für ein Flugzeug, eingesetzt. Durch Betätigen eines Auslösehebels oder Auslöseknopfes am Sitz kann ein Bediener den Winkel der Rückenlehne innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs frei wählen und einstellen. Es ist nachteilig, dass bei einem Ausfall die Kolben-Zylinder-Einheit z. B. durch unbeabsichtigtes Entweichen des Fluides aus dem Gehäuse nicht mehr betriebsfähig ist und somit nicht mehr verstellt werden kann.
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Am Beispiel des Passagiersitzes für ein Flugzeug kann sich der Ausfall der Kolben-Zylinder-Einheit dadurch äußern, dass die damit zu verstellende Rücklehne ungedämpft in eine Liegeposition fällt. Damit ist die Nutzung des Sitzes für einen Passagier einerseits aus Sicherheitsgründen verboten und andererseits aus Komfortgründen nicht zumutbar. Darüber hinaus können in der entspannten, drucklosen Kolben-Zylinder-Einheit aufgrund der Erschütterungen im normalen Flugzeugbetrieb störende Klappergeräusche auftreten.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine längenverstellbare Kolben-Zylinder-Einheit und eine Sicherungs-Vorrichtung einer derartigen Kolben-Zylinder-Einheit zu schaffen, dass die Kolben-Zylinder-Einheit auch bei einem Ausfall in einem gesicherten Betriebszustand verwendet werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 15 gelöst. Dazu umfasst die Kolben-Zylinder-Einheit eine auf dem Gehäuse der Kolben-Zylinder-Einheit verschiebbar angeordnete Führungs-Hülse, die an einem Hülsenende an einer Kolbenstange der Kolben-Zylinder-Einheit befestigt ist und entlang einer Mittel-Längs-Achse der Kolben-Zylinder-Einheit beabstandet von dem Hülsenende mindestens eine Rast-Öffnung aufweist, und eine auf der Führungs-Hülse angeordnete Rast-Hülse mit mindestens einer Rast-Nase zum Eingreifen in die mindestens eine Rast-Öffnung. Dadurch kann die Kolben-Zylinder-Einheit in einem gesicherten Zustand angeordnet werden, wobei die Rast-Hülse mit der mindestens einen Rast-Nase in der mindestens einen Rast-Öffnung der Führungs-Hülse anordenbar ist, sodass die Verschiebbarkeit der mit der Kolbenstange verbundenen Führungs-Hülse gegenüber dem Gehäuse blockiert ist. Die Kolben-Zylinder-Einheit ist in dem ausgefahrenen Zustand der Kolbenstange im drucklosen Zustand bei entwichenem Fluid mechanisch gesichert. Diese Sicherung kann anhand der Kolben-Zylinder-Einheit von außen erfolgen und ermöglicht dadurch die Nutzung der drucklosen Kolben-Zylinder-Einheit während eines Übergangszeitraums, bis diese Einheit ausgetauscht werden kann. Es ist möglich, die Führungs-Hülse mit der Rast-Hülse als Sicherungs-Vorrichtung an einer an sich bekannten, bereits im Einsatz befindlichen Kolben-Zylinder-Einheit nachzurüsten, sodass eine unkomplizierte und kostengünstige Verwendung der erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-Einheit möglich ist.
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Die Unteransprüche geben zahlreiche vorteilhafte Ausgestaltungen wieder.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:
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1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-Einheit in einem nicht gesicherten Zustand,
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2 einen Längsschnitt gemäß der Schnittlinie II-II in 1,
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3 eine Seitenansicht entsprechend 1 in einem gesicherten Zustand der Kolben-Zylinder-Einheit und
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4 einen Längsschnitt gemäß der Schnittlinie IV-IV in der 3.
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Die in den 1 und 2 dargestellte längenverstellbare Kolben-Zylinder-Einheit 1 weist ein zylindrisches Gehäuse 2 mit einer Mittel-Längs-Achse 3 auf. Das Gehäuse 2 ist mit einem Fluid, insbesondere mit einem Gas, gefüllt und ist an einem zweiten Ende mittels eines Bodens 4 gas- und flüssigkeitsdicht verschlossen. An der Außenseite des Bodens 4 ist ein durch einen Gewindezapfen 5 gebildetes Befestigungselement ausgebildet, auf dem ein Verbindungselement in Form einer Lasche 6 aufgeschraubt ist. In dem Gehäuse 2 ist ein an einer Kolbenstange 7 angebrachter Kolben 8 angeordnet. Die Kolbenstange 7 ist rohrförmig, also hohl ausgebildet. In ihr ist eine vom äußeren Ende her entlang der Mittel-Längs-Achse 3 verschiebbare Betätigungs-Stange 15 angeordnet. Die Betätigungs-Stange 15 ragt an dem äußeren Ende mit einem Betätigungs-Ende 16 über die Kolbenstange 7 hinaus. Die Kolbenstange 7 ist weiterhin durch eine an einem ersten Ende 9 des Gehäuses 2 angeordnete Führungs- und Dichtungs-Einheit 10 aus dem Gehäuse 2 der Kolben-Zylinder-Einheit 1 herausgeführt. Die Führungs- und Dichtungs-Einheit 10 ist in üblicher Weise gegenüber dem Gehäuse 2 und gegenüber der Kolbenstange 7 abgedichtet. Weiterhin ist zwischen dem Kolben 8 und der Führungs- und Dichtungs-Einheit 10 ein Distanzring 11 zur Wahrung einer vorgegebenen Distanz zwischen dem Kolben 8 und der Führungs- und Dichtungs-Einheit 10 vorgesehen. Von dem Gehäuse 2, dem Boden 4 und der Führungs- und Dichtungs-Einheit 10 wird ein Zylinder-Innenraum 12 begrenzt, den der Kolben 8 in einem ersten Teil-Innenraum 13 und einen zweiten Teil-Innenraum 14 unterteilt. Dabei ist der erste Teil-Innenraum 13 zwischen dem Kolben 8 und der Führungs- und Dichtungs-Einheit 10 und der zweite Teil-Innenraum 14 zwischen dem Kolben 8 und dem Boden 4 angeordnet. Der Kolben 8 ist in dem Gehäuse 2 mittels einer umlaufenden Ringdichtung 44 abgedichtet geführt.
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Der Kolben 8 ist mit einem Verstell-Ventil 17 versehen, das ein etwa rohrförmiges Ventil-Gehäuse 18 aufweist. In dem Ventil-Gehäuse 18 ist ein Ventil-Stift entlang der Mittel-Längs-Achse 3 verschiebbar angeordnet. Der Ventil-Stift 19 ist an einem Ende der Betätigungs-Stange 15 zugeordnet und durch diese betätigbar. An einem anderen Ende ist an dem Ventil-Stift 19 ein Ventil-Teller 20 angebracht. Der Ventil-Teller 20 zeichnet sich durch einen radial vorstehenden Kragen aus, der sich entlang der Mittel-Längs-Achse 3 zu der Betätigungs-Stange 15 hin verjüngt. Die von dem Ventil-Teller 20 gebildete konische Mantelfläche bildet einen Dicht-Sitz 21, der mit einer Dicht-Anlage 22, die als eine dem Dicht-Sitz 21 korrespondierende Fläche in dem Kolben 8 ausgebildet ist, zusammenwirkt. Durch Anliegen des Ventil-Tellers 20 mit dem Dicht-Sitz 21 auf der Dicht-Fläche 22 des Kolbens 8 ist somit der erste Teil-Innenraum gegenüber dem zweiten Teil-Innenraum 14 fluiddicht abgedichtet.
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Weiterhin weist das Ventil-Gehäuse 18 zwei bezogen auf die Mittel-Längs-Achse 3 radial angeordnete Durchström-Kanäle 23 auf, die den ersten Teil-Innenraum 13 mit einem von zwei Halbschalen 24 begrenzten Kolben-Innenraum 25 verbinden. Der Kolben-Innenraum 25 ist über einen entlang der Mittel-Längs-Achse 3 verlaufenden Durchtrittskanal 26 mit dem zweiten Teil-Innenraum 14 verbunden. Entlang der Mittel-Längs-Achse 3 sind die beiden Halbschalen 24 an die Kolbenstange 7 angrenzend angeordnet und gegenüber dieser in bekannter Weise abgedichtet. Weiterhin ist die Kolbenstange 7 gegenüber dem Ventil-Gehäuse 18, in dem die Kolbenstange 7 teilweise angeordnet ist, ebenfalls abgedichtet. Der Ventil-Stift 19 ist durch entsprechende Öffnungen in den Halbschalen 24 und durch den Durchtrittskanal 26 geführt.
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Konzentrisch zur Mittel-Längs-Achse 3 ist auf dem Gehäuse 2 eine Führungs-Hülse 27 verschiebbar angeordnet, die an einem Hülsenende 28 an der Kolbenstange 7 durch Aufschrauben befestigt, mittels einer Führungs-Mutter 29 gesichert ist und entlang der Mittel-Längs-Achse 3 beabstandet von dem Hülsenende 28 zwei Rast-Öffnungen 30 aufweist. Dabei sind die Rastöffnungen 30 innerhalb an einer an einer äußeren Mantelfläche 31 der Führungs-Hülse 27 umlaufenden Nut 32 angeordnet. Die Rast-Öffnungen 30 sind bezogen auf die Mittel-Längs-Achse 3 diametral angeordnet. Es ist möglich, dass nur eine, oder mehr als zwei Rast-Öffnungen vorgesehen sind. Zum Aufschrauben der Führungs-Hülse 27 auf die Kolbenstange 7 ist an dem Hülsenende 28 eine Gewindebohrung 33 vorgesehen. Entsprechend weist die Kolbenstange 7 zumindest in einem dafür vorgesehenen Abschnitt ein Außengewinde auf. Die Führungs-Hülse 27 ist aus einer hochfesten Aluminiumlegierung hergestellt und bietet damit hohe Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften bei geringem Bauteilgewicht.
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Auf der Führungs-Hülse 27 ist eine Rast-Hülse 34 angeordnet, die zwei Rastnasen 35 aufweist. Die Rastnasen 35 dienen dem Eingreifen in die Rast-Öffnungen 30 der Führungs-Hülse 27 und sind an einer Innenwand 36 der Rast-Hülse 34 einstückig angeformt. In den in den 1 und 2 dargestellten Zustand der Kolben-Zylinder-Einheit 1 ist die Rast-Hülse 34 mit den Rastnasen 35 in der Nut 32, jedoch nicht in den Rast-Öffnungen 30 der Führungs-Hülse 27 angeordnet. Dadurch, dass ein von den Rastnasen 35 begrenzter Innendurchmesser der Rast-Hülse 34 kleiner ist als ein von der Nut 32 begrenzter Außendurchmesser der Führungs-Hülse 27, wird die Rast-Hülse 34 elastisch radial nach außen gedehnt, sodass in der gezeigten Anordnung der Kolben-Zylinder-Einheit 1 die Rast-Hülse 34 eine konische Außenform aufweist. In dieser Anordnung ist die Kolben-Zylinder-Einheit 1 in einem vormontierten, aber nicht gesicherten Zustand.
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Zur Ermöglichung der Aufdehnung weist die Rast-Hülse 34 einen Längs-Schlitz 37 auf, der parallel zur Mittel-Längs-Achse 3 orientiert ist. Zur Erhöhung der Stabilität der Rast-Hülse 34 kann der Längs-Schlitz 37 zumindest abschnittsweise mittels einer Filmanbindung überbrückt sein. Weiterhin kann die Rast-Hülse 34 an einer den Rastnasen 35 zugewandten Stirnseite 38 einen oder mehrere radial nach innen ragende Anschläge zur axialen Fixierung der Rast-Hülse 34 auf der Führungs-Hülse 27 aufweisen. Durch die Anbringung der Rast-Hülse 34 mit den Rastnasen 35 der Nut 32 der Führungs-Hülse 27 ist die Rast-Hülse 34 vorgespannt und wird, somit sicher auf der Führungs-Hülse 27 vormontiert. Die Rastnasen 35 haben bezogen auf die Mittel-Längs-Achse 3 eine Radialdicke dR, die größer ist als eine Wand-Dicke dW der Führungs-Hülse 27. Die Rast-Hülse 34 ist aus einem hochfestem Kunststoff hergestellt, der mit Glasfasern, Glaskugeln und/oder Aramitfasern verstärkt sein kann. Insbesondere kann die Rast-Hülse 34 als werkzeugfallendes Spritzgussteil hergestellt sein.
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Eine Sicherungs-Vorrichtung 39 der Kolben-Zylinder-Einheit 1 umfasst die Führungs-Hülse 27 und die auf der Führungs-Hülse angeordnete Rast-Hülse 34.
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Ebenfalls auf der Führungs-Hülse 27 ist konzentrisch ein Arretierring 40 angeordnet, der dem Arretieren der mit der Führungs-Hülse 27 verrasteten Rast-Hülse 34 dient. Eine genauere Erläuterung der Funktion des Arretierrings 40 erfolgt im weiteren Verlauf anhand der 3 und 4. Der Arretierring ist aus einer hochfesten Aluminium-Legierung oder aus einem hochfestem Kunststoff hergestellt, der insbesondere mit Glasfasern, Glaskugeln und/oder Aramitfasern verstärkt ist. Der Arretierring 40 ist weiterhin mit einer Nut oder mit einer Nase versehen, um mit der Rasthülse 34 vorverrastet montiert werden zu können, um somit eine sichere und spielfreie Schnappverbindung frei von Klappergeräuschen gewährleisten zu können.
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Im Folgenden wird die Funktionsweise der Kolben-Zylinder-Einheit 1 kurz geschildert. In dem in den 1 und 2 dargestellten, nicht gesichertem Zustand der Kolben-Zylinder-Einheit 1 ist das Verstell-Ventil 17 durch Anliegen des Ventil-Tellers 20 mit dem Dicht-Sitz 21 an der Dicht-Fläche 22 des Kolbens 8 geschlossen. Damit sind die beiden Teil-Innenräume 13 und 14 gegeneinander abgedichtet. Dadurch, dass zwischen den beiden Teil-Innenräumen 13 und 14 keine Fluidströmung möglich ist, kann der Kolben 8 nicht entlang der Mittel-Längs-Achse 3 bewegt werden. Durch Betätigen des Betätigungs-Endes 16 der Betätigungs-Stange 15 beispielsweise durch einen Auslösehebel oder einen Auslöseknopf wird die Betätigungs-Stange 15 in Richtung des Zylinder-Innenraums 12 gedrückt. Von der Betätigungs-Stange 15 wird der Ventil-Stift 19 betätigt und damit der Ventil-Teller 20 mit dem Dicht-Sitz 21 von der Dicht-Fläche 22 des Kolbens 8 abgehoben. Dadurch ist eine Verbindung des ersten Teil-Innenraums 13 über die Durchström-Kanäle 23 in den Kolben-Innenraum 25 und von dort über den Durchtrittskanal 26 in den zweiten Teil-Innenraum 14 möglich, sodass der Kolben 8 in dem Gehäuse 2 entlang der Mittel-Längs-Achse 3 verschiebbar ist.
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Durch das axiale Verschieben des Kolbens 8 wird die mit dem Kolben 8 verbundene Kolbenstange 7 und damit auch die auf die Kolbenstange 7 aufgeschraubte Führungshülse 27 verschoben.
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In den Darstellungen in den 3 und 4 ist die Kolben-Zylinder-Einheit 1 in einem maximal ausgefahrenen Zustand. Der Kolben 8 befindet sich also innerhalb des Zylinder-Innenraums 12 des Gehäuses 2 in einer äußersten rechten Position, die dadurch begrenzt ist, dass das Ventil-Gehäuse 18 innerhalb des Distanzrings 11 und an der Führungs- und Dichtungs-Einheit 10 angeordnet ist. Eine derartige Position der Kolben-Zylinder-Einheit 1 kann auch durch manuelle Betätigung der Führungs-Hülse 27 von außen erreicht werden, ohne das Betätigungs-Ende 16 der Betätigungs-Stange 15 zu betätigen, falls die Kolben-Zylinder-Einheit 1 aufgrund von Fluidverlust drucklos ist. In dieser Position ist beispielsweise ein durch die Kolben-Zylinder-Einheit 1 betätigbarer Sitz in einer aufrechten Position.
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Bei einer drucklosen Kolben-Zylinder-Einheit 1 kann also die Führungs-Hülse 27 mit der Kolbenstange 7 und dem Kolben 8 in eine maximal ausgefahrene Position bewegt werden. In dieser Position ist es möglich, die auf der Führungs-Hülse 27 angeordnete Rast-Hülse 34 durch eine Drehbewegung um die Mittel-Längs-Achse 3 gegenüber der Führungs-Hülse 27 zu verdrehen. Die Verdrehung erfolgt soweit, bis die Rastnasen 35 der Rast-Hülse 34 in die Rast-Öffnungen 30 der Führungs-Hülse 27 einrasten und in diesen angeordnet sind. Dadurch, dass die Radial-Dicke dR der Rastnasen 35 größer ist als die Wand-Dicke dW der Führungs-Hülse 27, ragen die Rastnasen 35 in einen von der Führungs-Hülse 27 und dem ersten Ende 9 des Gehäuses 2 mit der Führungs- und Dichtungs-Einheit 10 begrenzten Hohlraum 41 hinein. In dieser Anordnung liegen die Rastnasen 35 mit Seitenflächen 42 an einer äußeren ringförmig ausgebildeten Stirnfläche 43 des ersten Endes 9 des Gehäuses 2 an, sodass ein Verschieben der Führungs-Hülse 27 zurück auf das Gehäuse 2 der Kolben-Zylinder-Einheit 1 blockiert und somit nicht möglich ist. Eine axiale Verschiebung der Führungs-Hülse 27 in einer entgegengesetzten Richtung, d. h. von der Führungs-Hülse 27 weg orientiert, ist ebenfalls nicht möglich, da der Kolben 8 mit dem Ventil-Gehäuse 18 im Zylinder-Innenraum 12 an der Führungs- und Dichtungs-Einheit 10 anliegt. Also ist die Kolben-Zylinder-Einheit 1 in der in den 3 und 4 gezeigten Position in einem blockierten und gesicherten Zustand.
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Durch ein axiales Verschieben entlang der Mittel-Längs-Achse 3 des Arretier-Rings 40 von der Führungs-Hülse 27 auf die Rast-Hülse 34 wird die in der Führungs-Hülse 27 verrastete Rast-Hülse 34 arretiert, sodass ein unbeabsichtigtes Lösen der Rast-Hülse 34 mit den Rastnasen 35 aus den Rast-Öffnungen 30 verhindert wird. In diesem gesicherten und arretierten Zustand kann die Kolben-Zylinder-Einheit 1 übergangsweise bis zu einem Austausch verwendet werden. Insbesondere sind maximale Belastungen zwischen 6.000 und 9.000 N der arretierten Kolben-Zylinder-Einheit 1 möglich.
