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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Einheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Türscharnier gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
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Kolben-Zylinder-Einheiten der eingangs genannten Art, in welchen die Kolbenanordnung den Zylinder in axialer Richtung durchsetzt und in welcher die Kolbenanordnung im Inneren des Zylinders in einem Dämpfungsfluid läuft, sind im Stand der Technik als Dämpfungselemente bekannt. Dämpfungselemente dieser Art können eine lineare Bewegung zweier Bauteile hinsichtlich ihrer Relativgeschwindigkeit beziehungsweise Beschleunigung begrenzen und auf die Bauteile wirkende Stöße oder Vibrationen dämpfen. Bekannt ist beispielsweise aus der
DE 10 2011 006 011 A1 der Einsatz einer derartigen Kolben-Zylinder-Einheit an einer Türkonstruktion, wobei die Kolben-Zylinder-Einheit zwischen Tür und Türrahmen derart montiert wird, dass die Längsachse des Zylinders orthogonal zur Schwenkachse der Tür verläuft und die Kolben-Zylinder-Einheit den Winkel zwischen Tür und Türrahmen überspannt. Beim Öffnen beziehungsweise Schließen der Tür wird dann die Kolben-Zylinder-Einheit verlängert beziehungsweise verkürzt, wobei die Bewegung der Tür durch die Bewegung der Kolbenanordnung in dem Dämpfungsfluid gedämpft wird.
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Ihrem grundsätzlichen Wirkungsprinzip entsprechend sind herkömmliche Kolben-Zylinder-Einheiten auf die Dämpfung einer linearen Verschiebungsbewegung zwischen zwei Bauteilen beschränkt, wodurch die Einsatzgebiete dieser Kolben-Zylinder-Einheiten begrenzt sind. Türkonstruktionen der oben genannten Art erfordern eine relativ aufwändige Gelenkanordnung sowie hohen Bauraum. Zudem ist bei derartigen Türkonstruktionen der maximale beziehungsweise minimale Türöffnungswinkel bedingt durch die Gelenkkonstruktion der Kolben-Zylinder-Einheit Begrenzungen unterworfen.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kolben-Zylinder-Einheit bereitzustellen, welche ein breiteres Anwendungsspektrum bietet beziehungsweise neue Anwendungsfelder erschließt. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Türscharnier bereitzustellen, welches mit geringem Bauraum und unauffällig an einer Tür montierbar ist und hohe Funktionalität aufweist.
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Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird die oben angegebene Aufgabe gelöst durch eine Kolben-Zylinder-Einheit gemäß Anspruch 1.
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Erfindungsgemäß ist also die Kolbenanordnung mit dem Zylinder durch eine Schraubenkopplung gekoppelt, sodass eine Relativbewegung zwischen Kolbenanordnung und Zylinder auf eine Schraubenbahn gezwungen wird. Die Bewegung zwischen Kolbenanordnung und Zylinder ist somit eine Kombination aus einer axialen Bewegungskomponente entlang der Längsachse und einer Drehbewegungskomponente um die Längsachse. Damit eignet sich die erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-Einheit nicht nur zur Dämpfung einer Linearbewegung zwischen zwei Bauteilen sondern gleichzeitig beziehungsweise alternativ zur Dämpfung einer Rotationsbewegung, sodass die erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-Einheit für neue Anwendungsfelder einsetzbar ist.
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Vorzugsweise kann an der Innenseite des Zylinders ein schraubenförmiger Ansatz oder eine Gewindemutter fest oder axial unbeweglich vorgesehen sein, wobei der Ansatz oder die Gewindemutter mit einem Gegenelement der Kolbenanordnung in Schraubeneingriff steht. Durch Anordnung der Schraubenkopplung im Inneren des Zylinders wird eine kompakte und robuste Kolben-Zylinder-Einheit geschaffen.
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Die Schraubenkopplung kann in weiteren Varianten der Erfindung realisiert sein als ein mehrgängiges Gewinde oder als ein Kugelumlaufgewinde, so dass eine sehr leichtgängige Kopplung erreicht wird. Ferner ist denkbar, dass ein Stift eines der beiden Teile aus Zylinder und Kolbenanordnung in einer Kulissenführung des anderen Elements aus Zylinder und Kolbenanordnung geführt ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass an einem außerhalb der Kolben-Zylinder-Einheit angeordneten Abschnitt der Kolbenstange ein Rotationsübertragungselement vorgesehen ist, welches mit der Kolbenstange rotationsübertragend und axial verschiebbar gekoppelt ist, welches jedoch relativ zum Zylinder axial unverschiebbar und drehbar gehalten ist. Eine solche Anordnung erzielt den technischen Effekt, dass eine reine Drehbewegung, das heißt eine Bewegung zwischen zwei Bauelementen ohne translatorische Komponente in axialer Richtung, gedämpft werden kann. Der Zylinder und das Rotationsübertragungselement sind zueinander in gedämpfter Funktion drehbar, wobei die translatorische Komponente der Schraubenbewegung in Richtung der Längsachse des Zylinders durch die axiale Verschiebung der Kolbenanordnung am Rotationsübertragungselement kompensiert wird. Eine Kolben-Zylinder-Einheit dieser Art ist daher als gedämpftes Scharnier in einer Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten nutzbar.
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Die in der zuletzt beschriebenen Ausführungsform beschriebenen Wirkungen können gleichermaßen erzielt werden, wenn an einem äußeren Abschnitt des Zylinders ein Rotationsübertragungselement vorgesehen ist, welches mit dem Zylinder rotationsübertragend und axial verschiebbar gekoppelt ist, welches jedoch relativ zur Kolbenanordnung axial unverschiebbar und drehbar gehalten ist. In dieser Variante sind das Rotationsübertragungselement und die Kolbenanordnung zueinander ohne translatorische Komponente drehbar und können somit als Teile eines gedämpften Scharniers verwendet werden, während die translatorische Komponente der Schraubenbewegung zwischen Kolbenanordnung und Zylinder durch den Zylinder kompensiert wird.
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Um ein definiertes Dämpfungsverhalten der Kolben-Zylinder-Einheit sicherzustellen, sind vorzugsweise der erste Arbeitsraum und der zweite Arbeitsraum durch mindestens einen Dämpfungsfluidkanal miteinander verbunden, welcher in dem Kolben ausgebildet oder als Bypasskanal am Zylinder ausgebildet ist. Wird der Dämpfungsfluidkanal im Kolben bereitgestellt, so kann der im Kolben zur Verfügung stehende Bauraum gut ausgenutzt werden und die Länge des Kanals kann begrenzt werden. Die Bereitstellung mindestens eines Dämpfungsfluidkanals als Bypasskanal am Zylinder erlaubt eine Änderung des Dämpfungsverhaltens in Abhängigkeit von der axialen Position der Kolbenanordnung relativ zum Zylinder. Denkbar ist beispielsweise eine Veränderung der Anzahl beziehungsweise Querschnitte des mindestens einen Bypasskanals entlang der axialen Richtung des Zylinders, um für bestimmte Stellungen der Kolbenanordnung im Zylinder ein vorbestimmtes Dämpfungsverhalten vorzusehen oder an einer bestimmten axialen Position die Bewegungen der Kolben-Zylinder-Einheit sogar gänzlich zu stoppen. Eine solche Variation von Strömungsquerschnitten von Bypasskanälen in Abhängigkeit von der axialen Position am Zylinder könnte im Falle des Einsatzes der Kolben-Zylinder-Einheit als Türscharnier zum Beispiel dafür verwendet werden, die Tür in einer oder mehreren vorbestimmten Schwenkstellung festzuhalten oder zu arretieren, sodass sie aus diesen Schwenkstellungen nur unter erhöhter Kraftaufwendung weiterbewegt werden kann.
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Vorzugsweise ist in einer Kolben-Zylinder-Einheit mit Dämpfungsfluidkanal in dem mindestens einen Dämpfungsfluidkanal oder an einer Öffnung des mindestens einen Dämpfungsfluidkanals ein den Strömungsquerschnitt beeinflussendes Ventil angeordnet. Durch ein solches Ventil kann das Dämpfungsverhalten in vorhersagbarer Weise angepasst und insbesondere gesteuert werden. So kann das Ventil schaltbar sein zwischen einem ersten Schaltzustand und einem zweiten Schaltzustand, wobei das Ventil in den beiden Schaltzuständen unterschiedliche Strömungsquerschnitte hat, um die Bewegung der Kolbenanordnung unterschiedlich stark abzudämpfen. Insbesondere kann das Ventil auch in einen Schließzustand stellbar sein, in welchem es den Dämpfungsfluidkanal vollständig verschließt. Hier wird vor allem daran gedacht, dass ein Austausch von Dämpfungsfluid zwischen dem ersten Arbeitsraum und dem zweiten Arbeitsraum im Schließzustand des Ventils im Wesentlichen vollständig unterbunden ist, sodass die Bewegung der Kolbenanordnung im Zylinder gesperrt wird.
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Das mindestens eine Ventil kann passiv in Abhängigkeit eines in dem ersten beziehungsweise zweiten Arbeitsraum vorherrschenden Drucks des Dämpfungsfluids steuerbar sein, sodass es bei Überschreiten oder Unterschreiten mindestens eines vorbestimmten Druckschwellwerts oder/und mindestens eines vorbestimmten Strömungsgeschwindigkeitsschwellwerts schaltet. Durch Einsatz derartiger Ventile kann das Dämpfungsverhalten der Kolben-Zylinder-Einheit an eine von außen eingegebene Kraft oder Bewegungsdynamik angepasst werden. So kann das Ventil beispielsweise in eine geschlossene Stellung vorgespannt sein und kann bei Einwirkung eines einen vorbestimmten ersten Schwellwert übersteigenden Drucks in dem Dämpfungsfluid in eine geöffnete Stellung schalten. Eine derartige Funktionalität kann beispielsweise bei einem Türscharnier ausgenutzt werden, um eine Tür im unbelasteten Zustand gegen unbeabsichtigtes Verstellen in einer eingestellten Position festzuhalten (Druck im Dämpfungsfluid unterhalb des ersten Schwellwerts), jedoch bei Einwirkung einer äußeren Kraft während des beabsichtigten Öffnens oder Schließens der Tür (Druck im Dämpfungsfluid oberhalb des vorbestimmten ersten Schwellwerts) eine gedämpfte Bewegung der Tür zu erlauben.
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In einer vorteilhaften Weiterentwicklung der zuletzt genannten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Ventil von der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung schaltet, wenn der Druck in dem Dämpfungsfluid einen zweiten Schwellwert unterschreitet, welcher kleiner ist als der erste Schwellwert. Das bedeutet, dass eine erste Kraft notwendig ist, um Zylinder und Kolbenanordnung relativ zueinander aus der Ruhestellung heraus zu bewegen, das heißt ein erster Druck notwendig ist, um das Ventil von der geschlossenen Stellung in die geöffnete Stellung zu bringen, und dass eine zweite Kraft unterschritten werden muss, um die Bewegung zwischen Kolbenanordnung und Zylinder wieder zu blockieren, das heißt das Ventil erst dann wieder in die geschlossene Stellung übergeht, wenn ein zweiter Druck unterschritten wird, wobei die zweite Kraft beziehungsweise der zweite Druck jeweils kleiner sind als die erste Kraft beziehungsweise der erste Druck. Im konkreten Anwendungsbeispiel einer als Türscharnier verwendeten Kolben-Zylinder-Einheit bedeutet das, dass die Tür aus der Ruhestellung heraus mit einer relativ hohen Kraft in die gewünschte Richtung zu drücken ist, um sie aus der blockierten Stellung zu befreien, wobei die dann für die tatsächliche Bewegung der Tür erforderliche Kraft geringer ist als die erste Kraft zum Befreien der Tür aus der Ruhestellung.
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Das mindestens eine Ventil des Dämpfungsfluidkanals ist vorzugsweise dafür ausgelegt, in beiden Richtungen von Dämpfungsfluid durchströmt zu werden und den Strömungsquerschnitt für Strömungen in beide Richtungen in den verschiedenen Schaltstellungen zu beeinflussen. Das mindestens eine Ventil kann dabei selbst als bidirektionales Ventil ausgebildet sein und insbesondere für beide Strömungsrichtungen gleiches Durchlassverhalten beziehungsweise gleiches Schaltverhalten aufweisen. Alternativ oder zusätzlich könnten im oder an mehreren Dämpfungsfluidkanälen jeweils ein Rückschlagventil vorgesehen sein, welche entgegengesetzte Wirkungsrichtungen aufweisen. Jedes Rückschlagventil für sich würde dann in einer Strömungsrichtung den Durchfluss von Dämpfungsfluid zumindest bei Überschreiten eines Druckschwellwerts erlauben und in der entgegengesetzten Strömungsrichtung den Durchfluss von Dämpfungsfluid blockieren. Falls gewünscht könnten dann insbesondere auch für beide Strömungsrichtungen unterschiedliche Rückschlagventile mit unterschiedlichen Strömungscharakteristiken verwendet werden.
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Alternativ oder zusätzlich zu den oben genannten Funktionalitäten des mindestens einen Ventils wird daran gedacht, dass das mindestens eine Ventil durch ein Stellelement ansteuerbar ist, das heißt insbesondere von außerhalb des Zylinders ansteuerbar ist. Auf diese Weise kann das Dämpfungsverhalten und insbesondere ein Blockieren oder Freigeben der Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit durch manuelle Betätigung des Stellelements oder durch externe Ansteuerung des Stellelements durch eine Steuer-/Regeleinheit kontrolliert werden. Als Beispiel sei eine magnetische Ansteuerung erwähnt, in welcher das mindestens eine Ventil durch eine magnetische Wechselwirkung zwischen einem Ventilkörper des Ventils und dem Stellelement zwischen verschiedenen Schaltstellungen geschaltet wird.
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Nach einem zweiten Aspekt wird die oben genannte Erfindungsaufgabe gelöst durch ein Türscharnier, umfassend ein erstes Montageelement zur Montage an einem Türblatt, ein zweites Montageelement zur Montage an einem Türrahmen sowie eine Kolben-Zylinder-Einheit nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wobei eines der beiden Montageelemente rotationsübertragend mit dem Zylinder verbunden oder durch den Zylinder gebildet ist und wobei das andere der beiden Montageelemente rotationsübertragend mit der Kolbenstange verbunden oder durch die Kolbenstange gebildet ist. Durch die Merkmale der Erfindung des zweiten Aspekts lassen sich die oben beschriebenen vorteilhaften Wirkungen der Kolben-Zylinder-Einheit des ersten Aspekts mit den entsprechenden Vorteilen in einem Türscharnier nutzen. Insbesondere kann die Rotationskomponente der erfindungsgemäßen Schraubenbewegung in konstruktiv einfacher Weise zur Dämpfung der Drehbewegung des Türscharniers genutzt werden, sodass eine kompakte und funktionelle Anordnung erreicht wird.
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Vorzugsweise ist der Zylinder oder/und die Kolbenstange axial verschiebbar und drehfest an dem zugeordneten Montageelement gehalten. Somit wird die axiale beziehungsweise translatorische Bewegungskomponente der Schraubenbewegung zwischen Zylinder und Kolbenanordnung durch eine axiale Verschiebung zwischen dem Zylinder und dem zugeordneten Montageelement beziehungsweise zwischen der Kolbenstange und dem zugeordneten Montageelement kompensiert. Im Ergebnis sind erstes Montageelement und zweites Montageelement zur Ausführung einer reinen Drehbewegung (ohne translatorische Komponente) miteinander gekoppelt, wobei diese Drehbewegung durch die erfindungsgemäße Kolben-Zylinder-Einheit in der vorstehend beschriebenen Weise gedämpft ist.
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In einer besonders vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Türscharniers ist die Scharnierachse, um welche sich das erste Montageelement relativ zum zweiten Montageelement verschwenkt, identisch mit der Längsachse des Zylinders. Die Kolben-Zylinder-Einheit bildet somit gleichzeitig integralen Bestandteil des Scharniers, nämlich eine Drehlagerung des Türscharniers, an welcher die beiden Montageelemente zueinander drehbar gelagert sind. Die Kolben-Zylinder-Einheit kann dann besonders unauffällig und mit geringem Bauraum in die Türkonstruktion integriert werden.
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Ein Türscharnier nach dem zweiten Aspekt der Erfindung weist vorzugsweise ein Betätigungselement zur manuellen Betätigung des oben erwähnten Stellelements zur Verstellung des mindestens einen Ventils auf, wobei das Betätigungselement und das Stellelement insbesondere dafür eingerichtet sind, das mindestens eine Ventil derart zu verstehen, dass ein Austausch von Dämpfungsfluid zwischen dem ersten und dem zweiten Arbeitsraum im Wesentlichen vollständig blockiert wird oder diese Blockierung gelöst wird. Im Ergebnis wird ein Türscharnier erreicht, welches einerseits eine gedämpfte und somit ein versehentliches Zuschlagen der Tür verhindernde Bewegung der Tür ermöglicht und welches andererseits vom Nutzer in einer gewünschten Türöffnungsstellung feststellbar ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1a und 1b: eine Frontalansicht sowie eine Seitenansicht eines Türscharniers gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
- 2: eine Schnittansicht des Türscharniers des ersten Ausführungsbeispiels gemäß einer Schnittlinie II-II in 1a;
- 3a: eine Schnittdarstellung eines Türscharniers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem die Zylinderlängsachse enthaltenden Schnitt;
- 3b: eine Vergrößerung eines das Ventil enthaltenden Abschnitts aus 3a;
- 4: eine Schnittdarstellung eines Türscharniers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem die Zylinderlängsachse enthaltenden Schnitt.
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Ein in den Figuren allgemein mit 10 bezeichnetes Türscharnier des ersten Ausführungsbeispiels umfasst ein erstes Montageelement 12 zur Befestigung an einem Element aus Türblatt und Türrahmen, ein zweites Montageelement 14 zur Befestigung an dem anderen Element aus Türblatt und Türrahmen sowie eine Kolben-Zylinder-Einheit 16, durch welches das erste und das zweite Montageelement 12, 14 drehbar miteinander gekoppelt sind. Die Montageelemente 12, 14 können, wie in den Figuren gezeigt, durch Befestigungslaschen gebildet sein, die durch geeignete Befestigungsmittel (insbesondere in Durchgangslöcher 18 eingeführte Schrauben, nicht gezeigt), an dem Türblatt beziehungsweise dem Türrahmen befestigt werden.
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Die Kolben-Zylinder-Einheit 16 umfasst einen Zylinder 20 mit einer Längsachse L sowie eine zumindest teilweise in den Zylinder 20 eingesetzte Kolbenanordnung 22 mit einer Kolbenstange 24, die sich ebenfalls entlang der Längsachse L erstreckt. Die Kolbenstange 24 tritt sowohl an einem ersten axialen Ende 26 des Zylinders 20 als auch an einem zweiten, dem ersten axialen Ende 26 gegenüberliegenden Ende 28 aus dem Zylinder 20 aus. Mit anderen Worten durchsetzt die Kolbenanordnung 22 den Zylinder 20 in axialer Richtung der Längsachse L vollständig.
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In einer im folgenden noch näher zu beschreibenden Weise ist erfindungsgemäß die Kolbenanordnung 22 in Bezug auf den Zylinder 20 zur Ausführung einer Schraubenbewegung um die Längsachse L gehalten. Das bedeutet, dass sich Kolbenanordnung 22 und Zylinder 20 relativ zueinander nur in einer Schraubenbahn um die Längsachse L, also sowohl mit einer Rotationskomponente um die Längsachse L als auch mit einer axialen Bewegungskomponente entlang der Längsachse L, bewegen können.
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Eines der beiden Montageelemente 12, 14, hier das zweite Montageelement 14, ist mit der Kolbenanordnung 22 drehkraftübertragend, jedoch axial verschiebbar gekoppelt. Das andere Montageelement, hier das erste Montageelement 12, kann mit dem Zylinder fest verbunden sein. Alternativ könnte die axial verschiebbare Kopplung zwischen dem Zylinder 20 und einem der beiden Montageelemente 12, 14 vorgesehen sein, während die Kolbenanordnung 22 fest mit dem jeweils andere Montageelement verbunden ist. Im Ausführungsbeispiel ist an einem aus dem zweiten Ende 28 des Zylinders 20 austretenden Abschnitt der Kolbenstange 24 eine Längsverzahnung vorgesehen, welche in eine entsprechende Längsverzahnung einer Aufnahme 34 des zweiten Montageelements 14 passend eingreift, in welcher die Kolbenstange 24 axial verschiebbar aufgenommen ist.
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Der innere Aufbau der Kolben-Zylinder-Einheit 16 wird nachfolgend insbesondere auch unter Bezugnahme auf 2 näher erläutert. Im Inneren des Zylinders 20 sind ein erster Arbeitsraum 36 sowie ein zweiter Arbeitsraum 38 eingeschlossen, welche durch einen an der Kolbenstange 24 gehaltenen und Teil der Kolbenanordnung 22 bildenden Kolben 40 voneinander getrennt sind. Beide Arbeitsräume 36, 38 sind mit einem Dämpfungsfluid, insbesondere einem Öl oder einer anderen geeigneten Flüssigkeit gefüllt. Im illustrierten Ausführungsbeispiel sind die Arbeitsräume 36, 38 radial außerhalb durch eine Wandung 42 des Zylinders 20 begrenzt und sind an ihren dem Kolben 40 axial abgewandten Längsenden jeweils durch Endeinheiten 44, 46 begrenzt, die jeweils an den Enden 26, 28 des Zylinders 20 eingesetzt sind, um das Innere des Zylinders 20 gegen den Austritt von Dämpfungsfluid abzudichten. Insbesondere können die Endeinheiten 44, 46 jeweils eine Dichtung 48 aufweisen, welche am Außenumfang der Kolbenstange 24 dichtend anliegt, und können einen Lagerabschnitt 50 aufweisen, an welchem die Kolbenstange 24 drehbar und verschiebbar in Bezug auf den Zylinder 20 gelagert ist.
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Die Kolben-Zylinder-Einheit 16 umfasst ferner eine Schraubenkopplung 52, durch welche eine Relativbewegung zwischen Kolbenanordnung 22 und Zylinder 20 auf eine Schraubenbahn gezwungen wird. Im Ausführungsbeispiel weist die Schraubenkopplung 52 eine an einer Innenseite des Zylinders 20 befestigte Gewindemutter 54 auf, welche im Gewindeeingriff steht mit einer Spindel 56 der Kolbenanordnung 24. Die Spindel 56 kann insbesondere eine die Kolbenstange 24 umlaufende und mit der Kolbenstange 24 befestigte Hülse mit einem Außengewinde sein oder kann direkt durch ein Außengewinde der Kolbenstange 24 verwirklicht sein. Die Gewindespindel 56 kann sich über einen Großteil der axialen Länge der Kolbenanordnung zwischen dem Kolben 40 und einer der Endeinheiten 44, 46 erstrecken. Im illustrierten Ausführungsbeispiel ist die Spindel 56 im zweiten Arbeitsraum 38 zwischen dem Kolben 40 und der zweiten Endeinheit 46 angeordnet. Die Gewindemutter 54 kann in geeigneter Weise an der Wandung 42 des Zylinders 20 befestigt sein, beispielsweise durch Eingriff mindestens eines von der Wandung 42 des Zylinders nach innen vorstehenden Vorsprungs 58 in eine entsprechende Vertiefung 60 der Gewindemutter 54.
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Da die Schraubenbewegung zwischen Kolbenanordnung 22 und Zylinder 20 eine axiale Bewegungskomponente enthält, ist zur Relativbewegung zwischen Kolbenanordnung 22 und Zylinder 20 ein Austausch von Dämpfungsfluid zwischen dem ersten Arbeitsraum 36 und dem zweiten Arbeitsraum 38 erforderlich, das heißt eine Verkleinerung eines der beiden Arbeitsräume 36, 38 zugunsten des jeweils anderen Arbeitsraums 38, 36. Hierzu kann in dem Kolben 40 mindestens ein Dämpfungsfluidkanal 62-1 vorgesehen sein, der einen definierten Austausch von Dämpfungsfluid zwischen den Arbeitsräumen 36, 38 erlaubt beziehungsweise diesen Austausch blockiert. Im illustrierten Ausführungsbeispiel sind zwei Dämpfungsfluidkanäle 62-1 und 62-2 vorgesehen.
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In dem mindestens einen Dämpfungsfluidkanal 62-1 ist vorzugsweise ein Ventil 64-1 angeordnet, um den Durchfluss von Dämpfungsfluid durch den betreffenden Dämpfungsfluidkanal 62-1 zu beeinflussen. Insbesondere sind im Ausführungsbeispiel ein erstes Ventil 64-1 im ersten Dämpfungsfluidkanal 62-1 vorgesehen und ein zweites Ventil 64-2 ist im zweiten Dämpfungsfluidkanal 62-2 vorgesehen.
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Es kann sich bei dem Ventil 64-1 vorteilhaft um ein Rückschlagventil handeln, in welchem eine Ventilöffnung 66-1 durch einen Ventilkörper 68-1 verschlossen ist, wobei der Ventilkörper 68-1 durch ein Federelement 70-1 zur Ventilöffnung 66-1 hin vorgespannt ist, um die Ventilöffnung 66-1 zu verschließen. Im Ausführungsbeispiel ist das Federelement 70-1 eine Tellerfederanordnung mit mindestens einer auf die Kolbenstange 24 koaxial aufgesteckten Tellerfeder, wobei sich die Tellerfederanordnung in axialer Richtung einerseits an der Kolbenanordnung 22 abstützt und andererseits an dem Ventilkörper 68-1 abstützt, um den Ventilkörper 68-1 in die geschlossene Stellung vorzuspannen.
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Der Dämpfungsfluidkanal 62-1 kann in seinem dem Ventil 64-1 zugewandten Abschnitt verbreitert sein, insbesondere kann er in dem Bereich eines Ventilsitzes, an welchem der Ventilkörper den Dämpfungsfluidkanal 62-1 verschließt, eine Öffnung aufweisen, die größer ist als eine Größe des übrigen Dämpfungsfluidkanals 62-1. Im illustrierten Ausführungsbeispiel der 2 ist die Vergrößerung des Dämpfungsfluidkanals 62-1 am Ventil 64-1 durch eine Stufenbohrung realisiert. Die Größe der vom Ventilkörper zu verschließenden Ventilöffnung hat maßgeblichen Einfluss auf die Größe der zum Öffnen des Ventils erforderlichen Druckkraft. Durch eine Stufenbohrung kann der Effekt erreicht werden, dass abhängig von der Ventilstellung, d.h. abhängig vom Grad der Öffnung des Ventils, eine vorbestimmte Kraft erforderlich ist, um das Ventil in dieser Öffnungsstellung zu halten oder/und in eine andere Öffnungsstellung zu verstellen. Insbesondere kann mit einer Stufenbohrung des illustrierten Ausführungsbeispiels die Wirkung erreicht werden, dass eine relativ große Kraft notwendig ist, um das Ventil von der geschlossenen Stellung in die geöffnete Stellung zu bringen, während eine geringere Kraft erforderlich ist, um das Ventil in dieser geöffneten Stellung zu halten. Die Stufenbohrung kann eine oder mehrere Stufen aufweisen. Im Falle von mehreren Stufen kann ein dementsprechend mehrstufiges Öffnungs- bzw. Schließverhalten des Ventils ermöglicht werden.
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Ist ein zweites Ventil 64-2 vorgesehen, so kann dieses in der oben beschriebenen Weise entsprechend ausgebildet sein, jedoch eine in axialer Richtung entgegengesetzt zum ersten Ventil 64-1 orientierten Wirkungsrichtung aufweisen. In 2 bedeutet dies beispielhaft, dass der erste Ventilkörper 68-1 durch das erste Federelement 70-1 in einer Richtung zum zweiten axialen Ende 28 des Zylinders 20 hin in die Stellung zum Verschließen des ersten Dämpfungsfluidkanals 62-1 vorgespannt wird, während der zweite Ventilkörper 68-2 des zweiten Ventils 64-2 durch das zweite Federelement 70-2 in der entgegengesetzten Richtung, das heißt in Richtung zu dem ersten Ende 26 des Zylinders 20 hin zum Verschließen des zweiten Dämpfungsfluidkanals 62-2 vorgespannt wird.
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Die oben beschriebenen Ventile 64-1 und 64-2 bilden ein Paar von Rückschlagventilen mit entgegengesetzt gerichteten Wirkungsrichtungen, sodass bei Bewegung des Kolbens 40 entlang einer Schraubenbahn zu entweder dem ersten Ende 26 oder dem zweiten Ende 28 des Zylinders 20 hin stets eines der beiden Ventile 64-1 und 64-2 gegen die Kraft des zugeordneten Federelements 70-1, 70-2 öffnet und den Durchtritt von Dämpfungsfluid erlaubt, während das jeweils andere Ventil 64-2, 64-1 in der geschlossenen Stellung gehalten wird.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 3a und 3b ein Türscharnier 10a eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung näher erläutert. Es wird dabei nur auf die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel näher eingegangen und im Übrigen ausdrücklich auf die vorstehende Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels verwiesen.
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Ein Ventil 64a gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst einen kugelförmigen Ventilkörper 68a, welcher in einer den Dämpfungsfluidkanal 62a an einem axialen Ende trichterförmig erweiternden Ventilöffnung 66a sitzt. Der Durchmesser des Ventilkörpers 68a ist etwas größer als der Innendurchmesser des Dämpfungsfluidkanals 62a. Der Ventilkörper 68a wird durch ein Federelement 70a in axialer Richtung zur Ventilöffnung 66a hin vorgespannt, um den Dämpfungsfluidkanal 62a normal zu verschließen. Eine ringförmige Berührungsfläche, an welcher der Ventilkörper 68a in der geschlossenen Stellung des Ventils 64a an der trichterförmigen Öffnung 66a anliegt, bildet einen ringförmigen Ventilsitz.
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Die in 3a und 3b dargestellte Konstruktion des Ventils 64a erzielt die Wirkung, dass zum Anheben des Ventilkörpers 68a von der Ventilöffnung 66a eine Kraft notwendig ist, welche einen ersten vorbestimmten Schwellwert überschreitet, während dann, wenn der Ventilkörper 68a bereits von der Ventilöffnung 66a abgehoben ist, aufgrund der dann vergrößerten Umströmungsfläche des Ventilkörpers 68a die zum Halten des Ventilkörpers 68a in der abgehobenen Position erforderliche Kraft geringer ist als die zum Abheben vorher erforderliche Kraft. Mit anderen Worten wird das Ventil 64a von der geöffneten Stellung wieder zurück in die geschlossenen Stellung gestellt, wenn die auf den Ventilkörper 68a wirkende Kraft einen zweiten vorbestimmten Schwellwert unterschreitet, wobei der zweite vorbestimmte Schwellwert kleiner ist als der erste vorbestimmte Schwellwert. Im Ergebnis ist die Kraft, die erforderlich ist, um die Kolben-Zylinder-Einheit 16 aus der Ruhestellung heraus in Bewegung zu versetzen, größer als die Kraft, die erforderlich ist, um die Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit 16 aufrecht zu erhalten.
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Nachfolgend wird die Funktionsweise der Türscharniere 10 und 10a des ersten beziehungsweise zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
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Sind die Montageelemente 12, 14 in bestimmungsgemäßer Weise mit einem Türblatt beziehungsweise einem Türrahmen fest verbunden, so wird ein bei einer Öffnungs- oder Schließbetätigung der Tür von außen in das Türscharnier 10, 10a eingebrachte Drehmoment über die Montageelemente 12, 14 auf die Kolben-Zylinder-Einheit 16 übertragen. Im Ausführungsbeispiel wird das Drehmoment von dem zweiten Montageelement 14 durch die Längsverzahnung der Aufnahme 34 und die passende Längsverzahnung 32 der Kolbenstange 24 in die Kolbenanordnung 22 eingeleitet. Das in die Kolben-Zylinder-Einheit 16 eingegebene Drehmoment zwischen Kolbenanordnung 22 und Zylinder 20 wird durch die Schraubenkopplung 52 in eine schraubenförmige Relativbewegung gezwungen, mit dem Ergebnis, dass sich auch der Kolben 40 mit einer translatorischen Bewegungskomponente (in axialer Richtung entlang der Längsachse L) zu dem ersten Ende 26 oder dem zweiten Ende 28 des Zylinders 20 hin bewegt. Diese Bewegung wird nur möglich sein, wenn das eingegebene Drehmoment groß genug ist, um das mindestens eine Ventil 64-1, 64a gegen die Kraft des zugeordneten Federelements 70-1 zu öffnen beziehungsweise in der geöffneten Stellung zu halten.
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Der gesamt Hub der Kolben-Zylinder-Einheit 16 kann durch geeignete Anschläge, beispielsweise an den Endeinheiten 44, 46, begrenzt werden. Um eine komfortable Anschlagsfunktion zu erreichen, sind die Endeinheiten 44, 46 vorzugsweise durch Elastomer-Teile gegen Stoß gedämpft, beispielsweise indem die Lagerabschnitte 50 aus einem Elastomer Material gebildet sind. Alternativ könnte die axiale Länge der Spindel 56 begrenzt sein, sodass die axialen Anschläge durch den Anschlag der Gewindemutter 54 an den Enden des Gewindes der Spindel 56 erfolgen.
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In einer ersten Variante des ersten oder zweiten Ausführungsbeispiels kann ein Stellelement vorgesehen sein, welches eine Ansteuerung des mindestens einen Ventils 64-1, 64a von außerhalb des Zylinders 20 ermöglicht. Damit könnte das mindestens eine Ventil 64-1, 64a, vorzugsweise alle in dem Kolben 40 angeordneten Ventile, durch manuelle Bedienung zwangsweise in die geöffnete oder geschlossene Stellung gestellt werden. Durch Verstellung aller Ventile in die geschlossene Stellung kann insbesondere ein Austausch von Dämpfungsfluid zwischen dem ersten und zweiten Arbeitsraum 36, 38 vollständig blockiert werden, sodass eine Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit 16 gesperrt ist und die Tür in der momentanen Öffnungs- beziehungsweise Schließstellung festgestellt ist.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 4 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Dabei wird nur auf die Unterschiede gegenüber dem ersten beziehungsweise zweiten Ausführungsbeispiel näher eingegangen und ansonsten ausdrücklich auf die vorstehende Beschreibung der vorangegangenen Ausführungsbeispiele verwiesen.
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Ein Türscharnier 10b des zweiten Ausführungsbeispiels umfasst einen Bypasskanal 72 mit einer axialen Länge, welche größer ist als die axiale Länge, über welche der Kolben 40 dichtend mit der Innenseite des Zylinders 20 in Kontakt ist. Befindet sich der Kolben 40 an der axialen Position des Bypasskanals 72, sodass der Bypasskanal 72 den Kolben 40 axial überspannt, so ist unabhängig von der Schaltstellung des mindestens einen Ventils 64, das heißt insbesondere auch bei geschlossenem Ventil 64, ein Austausch von Dämpfungsfluid zwischen dem ersten Arbeitskanal 36 und dem zweiten Arbeitskanal 38 über den Bypasskanal 72 hinweg möglich. Somit ist eine axiale Bewegung des Kolbens 40 und damit eine schraubenförmige Bewegung der Kolbenanordnung 22 relativ zum Zylinder 20 zumindest auf axialer Höhe des Bypasskanals 72 unabhängig von der Schaltstellung des Ventils 64 möglich. Die axiale Länge des Bypasskanals 72 gibt dann den freien Bewegungsbereich des Kolbens vor.
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Die Bewegung des Kolbens 40 im Bereich des Bypasskanals 72 erfolgt insbesondere bei geschlossenem Ventil 64 in gedämpfter Form, wobei die Dämpfung abhängig ist vom Strömungsquerschnitt des Bypasskanals 72. An der gleichen axialen Position können eine Mehrzahl von Bypasskanälen vorgesehen sein, um den Strömungsquerschnitt zu vergrößern und die Dämpfung zu verringern. Wie in 4 gezeigt, können ferner eine Mehrzahl von Bypasskanälen an unterschiedlichen axialen Positionen angeordnet sein, um unterschiedliche Freilaufbereiche des Kolbens 40 zu definieren, in denen eine Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit auch bei geschlossenem Ventil 64 möglich ist. Gezeigt sind hier insbesondere ein erster Bypasskanal 72-1 in der Nähe des ersten axialen Endes 26 des Zylinders 20 sowie ein zweiter Bypasskanal 72-2 in der Nähe des zweiten axialen Endes 28 des Zylinders 20. Im Ergebnis lässt sich die Kolben-Zylinder-Einheit des dritten Ausführungsbeispiels in den Endlagen jeweils über einen bestimmten Bereich hinweg bewegen, auch wenn alle im Kolben 40 vorgesehenen Ventile 64 geschlossen sind.
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Die Bereitstellung mindestens eines Bypasskanals 72 kann ferner den Vorteil einer einfachen Arretierung der Kolben-Zylinder-Einheit 16b bieten. Da der Bypasskanal 72 am Zylinder 20 von außen gut zugänglich ist, bietet er eine konstruktiv einfache Möglichkeit, den Strömungsquerschnitt des Bypasskanals 72 durch ein Stellelement, ein von außen manuell oder elektrisch ansteuerbares Ventil oder dergleichen zu beeinflussen.
