-
Die Erfindung betrifft eine Gasdruckfeder.
-
Gasdruckfedern werden zur Kraftaufbringung an schwenkbar angelenkten Teilen, insbesondere Schwenkklappen, eingesetzt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasdruckfeder mit verbesserter Funktion bereitzustellen.
-
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass eine Gasdruckfeder eine Dämpfungseinheit aufweist. Die Dämpfungseinheit ermöglicht ein Dämpfen einer Verlagerung eines Kolbens der Gasdruckfeder. Die Dämpfung kann in Einschubrichtung und/oder Auszugsrichtung des Kolbens wirken. Die Gasdruckfeder weist ein Gehäuse auf, dessen Innenraum gasgefüllt ist. Das Gehäuse weist eine Längsachse auf, entlang der ein geschlossenes Gehäuseende und ein dem geschlossenen Gehäuseende gegenüberliegendes offenes Gehäuseende vorgesehen sind. Entlang der Längsachse ist eine Kolbenstange verlagerbar vorgesehen, die durch das offene Gehäuseende aus dem Gehäuse abgedichtet herausgeführt ist. An der Kolbenstange ist ein Kolben befestigt, der insbesondere den Innenraum in einen ersten Teilinnenraum und einen zweiten Teilinnenraum teilt. Die Dämpfungseinheit weist insbesondere einen Dämpfungskanal auf. Durch den Dämpfungskanal kann das Gas durch die Verlagerung des Kolbens gedämpft strömen. Die Verlagerung des Kolbens wird durch die gedämpfte Gasströmung abgebremst. Die Gasdruckfeder weist eine Dämpfungsfunktion auf. Die Gasdruckfeder weist eine erhöhte Funktionalität auf. Beispielsweise ist es dadurch möglich, eine Gasdruckfeder und einen Dämpfer, also zwei Bauteile, durch die erfindungsgemäße Gasdruckfeder mit Dämpfungsfunktion, also ein Bauteil, zu ersetzen. Die Anzahl der Komponenten wird dadurch reduziert. Die Gesamtbaugröße wird reduziert. Die erfindungsgemäße Gasdruckfeder ist in vielen Bereichen einsetzbar, insbesondere im Maschinenbau, für Industrieanwendungen, in der Automobilindustrie, Möbelindustrie, Medizin und/oder Luftfahrt. Die Gasdruckfeder ist besonders vorteilhaft einsetzbar im Bereich von Armlehnen, insbesondere eine Mittelarmlehne im Automobil, Automobilsitzen, Zentrifugen in der Industrie, Truhen, Bettkästen, Möbelklappen, Maschinenabdeckungen, Handgepäckablagen und/oder Seitenschienen, sogenannten Siderails, im Bereich der Medizin, insbesondere Krankenbetten.
-
Ein Dämpfungselement gemäß Anspruch 2 gewährleistet eine unkomplizierte und mittelbare Realisierung der Dämpfungswirkung. Ein Dämpfungskanal ist insbesondere bezüglich der Längsachse zwischen dem Dämpfungselement und dem Gehäuse angeordnet. Das Dämpfungselement ermöglicht eine Vielfalt zur Gestaltung und Anordnung des Dämpfungskanals.
-
Eine Durchgangsöffnung des Dämpfungselements gemäß Anspruch 3 gewährleistet eine Schaltfunktion. Solange die Durchgangsöffnung freiliegt, kann bei einer Verlagerung des Kolbens Gas im Wesentlichen umgedämpft durch die Durchgangsöffnung strömen. Die Dämpfungsfunktion ist bei freiliegender Durchgangsöffnung reduziert und insbesondere inaktiv. Durch Verschließen der Durchgangsöffnung, insbesondere indem der Kolben an dem Dämpfungselement anliegt und insbesondere die Durchgangsöffnung verschließt, ist eine Strömung des Gases infolge der Kolbenverlagerung ausschließlich durch den Dämpfungskanal möglich. Die Dämpfungsfunktion ist aktiv. Das Schalten der Dämpfungsfunktion ist abhängig von der Position des Dämpfungselements entlang der Längsachse. Das Dämpfungselement ist entlang der Längsachse verlagerbar in dem Gehäuse angeordnet.
-
Dadurch ist es möglich, die Dämpfungsfunktion der Gasdruckfeder gezielt zuzuschalten, insbesondere erst ab einer bestimmten Verlagerungsstrecke in Einschub- und/oder Auszugsrichtung.
-
Eine Gasdruckfeder gemäß Anspruch 4 gewährleistet die Dämpfungsfunktion in Abhängigkeit der Kolbenposition. In einem ungedämpften Zustand ist eine dämpfungsfreie Verlagerung des Kolbens möglich. In einem gedämpften Zustand erfolgt eine gedämpfte Kolbenverlagerung. Insbesondere ist die Kolbenposition, bei der ein Wechsel zwischen dem gedämpften und dem ungedämpften Zustand erfolgt, veränderlich einstellbar.
-
Eine Anordnung der Dämpfungseinheit gemäß Anspruch 5 gewährleistet ein automatisches Rückstellen der Dämpfungseinheit und des Kolbens infolge der Federkraft, insbesondere wenn keine äußere Kraft auf die Gasdruckfeder einwirkt. Das Federelement kann beispielsweise dem geschlossenen Gehäuseende zugewandt angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Federelement auch dem offenen Gehäuseende zugewandt angeordnet sein.
-
Eine Anordnung der Dämpfungseinheit, insbesondere des Dämpfungselements, gemäß Anspruch 6 ermöglicht eine vorteilhafte Integration der Dämpfungseinheit in eine an sich existierende Gasdruckfeder.
-
Eine Ausführung des Dämpfungskanals gemäß Anspruch 7 ermöglicht eine gezielte Anpassung der Dämpfungswirkung. Insbesondere ergibt sich die Dämpfungswirkung unmittelbar aus der Länge des Dämpfungskanals, also der Weglänge, die das Strömungsmedium, also das Gas, entlang des Dämpfungskanals durchströmt. Die Länge des Dämpfungskanals kann beispielsweise dadurch verlängert werden, dass der Dämpfungskanal spiralförmig, mäanderförmig und/oder schraubenlinienförmig, insbesondere bezogen auf die Längsachse, ausgeführt ist. Bezogen auf die Längsachse ist der Dämpfungskanal insbesondere zumindest abschnittsweise radial und/oder zumindest abschnittsweise tangential orientiert.
-
Eine Ausführung des Dämpfungskanals gemäß Anspruch 8 gewährleistet eine zuverlässige Dämpfungsfunktion. Die Dämpfungsquerschnittsfläche ist kleiner als die Kolbendurchströmfläche. Insbesondere beträgt die Dämpfungsquerschnittsfläche höchstens 10% der Kolbendurchströmfläche, insbesondere höchstens 8% der Kolbendurchströmfläche, insbesondere höchstens 5% der Kolbendurchströmfläche und insbesondere höchstens 3% der Kolbendurchströmfläche.
-
Eine entlang der Längsachse veränderlich ausgeführte Dämpfungsquerschnittsfläche gemäß Anspruch 9 ermöglicht die gezielte Einstellung einer Dämpfungscharakteristik in Abhängigkeit der Kolbenverlagerung. Es ist insbesondere möglich, die Dämpfungsquerschnittsfläche derart auszuführen, dass sie bei einer Verlagerung des Kolbens in Einschubrichtung abnimmt. Eine Reduzierung der Dämpfungsquerschnittsfläche ist beispielsweise dadurch möglich, dass eine Nuttiefe, insbesondere im Gehäuse der Gasdruckfeder und/oder an einer Außenseite des Dämpfungselements, entlang der Einschubrichtung abnimmt. Dies gilt entsprechend für eine Nutbreite. Dadurch erhöht sich die Dämpfungswirkung in Einschubrichtung.
-
Bei einer Ausführung des Dämpfungskanals gemäß Anspruch 10 ist die Gestaltung des Kolbens vereinfacht. Der Kolben kann als ringzylindrische Hülse ausgeführt sein. Der Dämpfungskanal ist als Vertiefung im Gehäuse ausgeführt. Insbesondere kann der Dämpfungskanal als Längsnut im Gehäuse integriert sein. Insbesondere können mehrer Längsnuten im Gehäuse vorgesehen sein. Über die Anzahl, Größe, also insbesondere die Größe der Dämpfungsquerschnittsfläche, und die Länge der Längsnuten kann die Dämpfungswirkung gezielt eingestellt werden.
-
Bei der Ausführung des Dämpfungskanals gemäß Anspruch 11 ist der Gestaltungsaufwand für das Gehäuse vereinfacht. Der Dämpfungskanal ist im Dämpfungselement integriert. Insbesondere ist der Dämpfungskanal an einer äußeren Zylindermantelwand des Dämpfungselements integriert ausgeführt.
-
Eine Anordnung der Dämpfungseinheit gemäß Anspruch 12 ermöglicht die unmittelbare Dämpfung einer Verlagerung der Kolbenstange in Einschubrichtung.
-
Eine Anordnung der Dämpfungseinheit gemäß Anspruch 13 ermöglicht eine unmittelbare Dämpfung der Verlagerung der Kolbenstange in Auszugsrichtung.
-
Eine Dämpfungseinheit mit zwei Dämpfungselementen gemäß Anspruch 14 ermöglicht eine Dämpfungswirkung sowohl in Einschubrichtung als auch in Auszugsrichtung. Die Gasdruckfeder weist eine erhöhte Funktionalität auf.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, zusätzliche Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen:
-
1 einen Längsschnitt einer Gasdruckfeder gemäß der Erfindung mit ausgefahrener Kolbenstange,
-
2 eine vergrößerte Darstellung des Details II in 1,
-
3 einen Querschnitt durch das Gehäuse der Gasdruckfeder gemäß 1,
-
4 eine vergrößerte Detaildarstellung des Details IV in 1,
-
5 eine schematische Darstellung eines Kraft-Weg-Diagramms für die Gasdruckfeder gemäß 1,
-
6 eine 1 entsprechende Darstellung einer Gasdruckfeder gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
-
7 eine vergrößerte Detaildarstellung des Details VII in 6,
-
8 eine vergrößerte Detaildarstellung des Details VIII in 6,
-
9 eine 6 entsprechende, vergrößerte Darstellung der Gasdruckfeder in einem gedämpften Zustand der Dämpfungseinheit.
-
Eine in 1 bis 4 dargestellte Gasdruckfeder 1 weist ein Gehäuse 2 mit einer Längsachse 3 und eine gegenüber dem Gehäuse 2 entlang der Längsachse 3 verlagerbare Kolbenstange 4 auf. Das Gehäuse 2 umschließt einen mit Gas gefüllten Innenraum 5. Das Gehäuse 2 weist ein geschlossenes Gehäuseende 6 auf, das in 1 rechts dargestellt ist. An dem geschlossenen Gehäuseende 6 ist das Gehäuse 2 gasdicht abgeschlossen. Dem geschlossenen Gehäuseende 6 gegenüberliegend ist ein offenes Gehäuseende 7 angeordnet. Durch das offene Gehäuseende 7 ist die Kolbenstange 4 aus dem Gehäuse 2 geführt. Dazu ist ein Führungselement 8 und ein Dichtungselement 9 vorgesehen. Die Kolbenstange 4 ist abgedichtet aus dem Gehäuse 2 herausgeführt. Die Verlagerung der Kolbenstange 4 entlang der Längsachse 3 erfolgt geführt.
-
Im Bereich des geschlossenen Gehäuseendes 6 ist stirnseitig ein Gehäuse-Befestigungselement 13 vorgesehen. Das Gehäuse-Befestigungselement 13 ist als Gewindezapfen ausgeführt. Mit dem Gehäuse-Befestigungselement 13 kann das Gehäuse 2 unmittelbar an einer damit zu verbindenden Komponente befestigt werden. Es ist auch möglich, dass an dem Gewindezapfen des Gehäuse-Befestigungselements 13 beispielsweise eine Kugelkopfaufnahme befestigt wird.
-
Im Bereich des offenen Gehäuseendes 7 ist zusätzlich ein Zwischenelement 10 angeordnet, das an dem Gehäuse 2 axial fixiert ist. Das Zwischenelement 10 dient als Anschlag für eine maximale Auszugsbewegung der Kolbenstange 4. Die axiale Fixierung des Zwischenelements 10 am Gehäuse 2 erfolgt durch äußere Einprägungen 11 in das Gehäuse 2, die in dafür vorgesehne Ausnehmungen 12 des Zwischenelements 10 eingreifen. Das Zwischenelement 10 ist formschlüssig am Gehäuse 2 gehalten. Entlang des äußeren Umfangs des Gehäuses 2 können mehrere im Wesentlichen kreisförmige oder linien-nutförmige Einprägungen vorgesehen sein. Es ist auch denkbar, die Einprägung 11 entlang des gesamten äußeren Umfangs, also als ringförmige Nut, auszuführen.
-
Die Kolbenstange 4 ist mit einem ersten Ende innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet. An diesem kolbenstangenseitigen Ende ist an der Kolbenstange 4 eine Kolbeneinheit 14 befestigt. Die Kolbeneinheit 14 umfasst ein Kolbenelement 15, einen abdichtend an der Innenfläche des Gehäuses 2 anliegenden Kolbenring 16 und eine Haltescheibe 17 zum axialen Halten des Kolbenrings 10 am Kolbenelement 15. Die Haltescheibe 17 ist an der Kolbenstange mittels eines einstückig angeformten Aufsatzes 18 axial fixiert. Der Aufsatz 18 ist insbesondere aufgeprägt. Der Aufsatz 18 bildet das stirnseitige Ende der Kolbenstange 4. Das Kolbenelement 15 ist axial an einer Anlageschulter der Kolbenstange 4 gehalten. Die Kolbeneinheit 14 ist an der Kolbenstange 4 befestigt. Eine Verlagerung der Kolbenstange 4 entlang der Längsachse 3 bewirkt unmittelbar eine Verlagerung der Kolbeneinheit 14. An einem äußeren Ende der Kolbenstange 4, das dem inneren Ende der Kolbenstange 4 gegenüberliegend angeordnet ist, ist ein Kolbenstangen-Befestigungselement 19 vorgesehen, das entsprechend dem Gehäuse-Befestigungselement 13 als Gewindezapfen ausgeführt ist.
-
An einer inneren Stirnfläche des geschlossenen Gehäuseendes 6 ist ein Federelement 20 vorgesehen. Das Federelement 20 ist als Schraubenfeder ausgeführt.
-
Die Gasdruckfeder 1 weist eine Dämpfungseinheit mit einem Dämpfungskanal 21 auf. Der Dämpfungskanal 21 ist als Längsnut in das Gehäuse 2 integriert ausgeführt. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist genau eine Längsnut vorgesehen. Es ist denkbar, entlang des inneren Umfangs des Gehäuses 2 mehrere Dämpfungskanäle vorzusehen. Die Dämpfungskanäle können beispielsweise jeweils parallel zur Längsachse 3 und insbesondere gleich beabstandet an dem Gehäuse 2 angeordnet sein. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Dämpfungskanal 21 eine Dämpfungskanallänge LD auf, die mindestens 80% der Gehäuselänge LG entspricht. Insbesondere gilt: LD ≥ 0,85 × LG und insbesondere LD ≥ 0,9 × LG. Die Dämpfungseinheit weist ferner ein Dämpfungselement 22 auf. Das Dämpfungselement 22 ist als ringzylindrische Hülse ausgeführt. Der Dämpfungskanal 21 ist als Lumen ausgeführt, das durch das Dämpfungselement 22 und das Gehäuse 2 sowohl in radialer als auch in tangentialer Richtung bezogen auf die Längsachse 3 begrenzt ist.
-
Das Dämpfungselement 22 weist einen Außendurchmesser auf, der im Wesentlichen dem Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses 2 entspricht. Das Dämpfungselement 22 ist entlang der Längsachse 3 in dem Gehäuse 2 verlagerbar. Das Dämpfungselement 22 weist eine Durchgangsöffnung 23 auf. Die Durchgangsöffnung 23 ermöglicht ein Durchströmen von Gas. Durch Anliegen der Kolbeneinheit 14 an dem Dämpfungselement 22 kann die Durchgangsöffnung 23 verschlossen werden. Ein Innendurchmesser di der Durchgangsöffnung 23 beträgt mindestens die Hälfte des Innendurchmessers dGi des Gehäuses 2. Insbesondere gilt: di ≥ 0,6 × dGi, insbesondere di ≥ 0,65 × dGi, insbesondere di ≥ 0,7 × dGi, insbesondere di ≥ 0,75 × dGi und insbesondere di ≥ 0,8 × dGi.
-
Das Dämpfungselement 22 weist entlang der Längsachse 3 eine Dämpfungselementlänge LDE auf. Die Dämpfungselementlänge LDE legt die Länge des jeweils aktiven Dämpfungskanals fest. Der für die Dämpfungswirkung aktive Dämpfungskanal ist zwischen einer Zylinderaußenfläche des ösenförmigen Dämpfungselements 22 und der nutförmigen Vertiefung an der Innenseite des Gehäuses 2 festgelegt. Je länger die Dämpfungselementlänge LDE ist, desto länger ist der Dämpfungskanal 21 und desto höher ist die Dämpfungswirkung der Gasdruckfeder 1. Eine Verlängerung des Dämpfungskanals 21 der Gasdruckfeder 1 kann auch dadurch erreicht werden, dass der Dämpfungskanal nicht linear und insbesondere spiral- oder mäanderförmig an der äußeren Zylindermantelfläche des Dämpfungselements 22 ausgeführt ist.
-
Insbesondere gilt LDE ≤ 0,2 × LG, insbesondere LDE ≤ 0,15 × LG, insbesondere LDE ≤ 0,1 × LG und insbesondere LDE ≤ 0,08 × LG.
-
In einer Ausgangsposition der Gasdruckfeder 1 ist das Federelement 20 entspannt. In dieser entspannten Anordnung weist das Federelement 20 eine Ausgangslänge LF auf. Die Ausgangslänge LF des Federelements 20 legt die Position des Dämpfungselements entlang der Längsachse 3 fest. Das Dämpfungselement 22 liegt an dem Federelement 20 an. Das Federelement 20 dient zur Positionierung des Dämpfungselements 22. Infolge der Positionierung des Dämpfungselements 22 ist festgelegt, ab welchem Einschubweg die Dämpfung der Gasdruckfeder 1 aktiviert wird.
-
Nachfolgend wird anhand der 1 bis 5 die Funktion der Gasdruckfeder 1 näher erläutert. Ausgehend von der Anordnung gemäß 1, in der die Kolbenstange 4 maximal aus dem Gehäuse 2 herausgezogen ist, bewirkt ein Einschieben der Kolbenstange 4 entlang der Längsachse 3, also in Einschubrichtung 24, ein lineares Ansteigen der Einschubkraft. Mit der Kolbenstange 4 wird die Kolbeneinheit 14 axial entlang der Längsachse 3 verlagert. Die Kolbeneinheit 14 ist aufgrund des abdichtenden Anliegens des Kolbenelements 15 an der Innenseite des Gehäuses 2 abgedichtet entlang des Gehäuses 2 verlagerbar. Das in dem Innenraum 5 angeordnete Gas wird durch die Verlagerung des Kolbens komprimiert. Das komprimierte Gas kann die Durchgangsöffnung 23 des Dämpfungselements 22 durchströmen.
-
Sobald die Kolbeneinheit 14 derart weit eingeschoben ist, dass sie an dem Dämpfungselement 22 anliegt, ist ein weiters Durchströmen der Durchgangsöffnung 23 verhindert. Insbesondere liegt die Kolbeneinheit abdichtend an dem Dämpfungselement 22 an. Insbesondere liegt die Kolbeneinheit 14 mit der Haltescheibe 17 stirnseitig an dem Dämpfungselement 22 abdichtend an. Eine Strömung des Gases ist in dieser Anordnung, die eine gedämpfte Anordnung ist, ausschließlich durch den Dämpfungskanal 21 möglich. Der Dämpfungskanal 21 weist gegenüber der Durchgangsöffnung 23 eine reduzierte Dämpfungsquerschnittsfläche auf. Insbesondere beträgt die Dämpfungsquerschnittsfläche des Dämpfungskanals 21 höchstens 10% der Querschnittsfläche der Durchgangsöffnung 23, insbesondere höchstens 8%, insbesondere höchstens 5% und insbesondere höchstens 3%.
-
Die Gasströmung ist gedämpft. Dadurch ist die Verlagerung der Kolbenstange 4 mit der Kolbeneinheit 14 zusätzlich gedämpft. Daraus ergibt sich ein weiterer, insbesondere linearer Kraftanstieg ab dem Schaltpunkt x1. x1 charakterisiert die Einschubtiefe der Kolbenstange entlang der Längsachse 3 bis die Kolbeneinheit 14 abdichtend an dem Dämpfungselement 22 anliegt.
-
Bei einer Betätigung der Kolbenstange 4 in einer der Einschubrichtung 24 entgegen gesetzten Auszugsrichtung 25 wird das Dämpfungselement 22 zunächst infolge der von dem Federelement 20 verursachten Rückstellkraft stirnseitig gegen die Kolbeneinheit 14 gedrückt. Das bedeutet, dass die Durchgangsöffnung 23 ausgehend von einer maximal eingeschobenen Position der Kolbenstange 4 zunächst gedämpft erfolgt. Sobald das Federelement bei weiterer Verlagerung der Kolbenstange 3 in Auszugsrichtung 25 maximal entspannt ist, wird keine weitere Rückstellkraft auf das Dämpfungselement 22 ausgeübt. Das Dämpfungselement 22 verbleibt an der durch das Federelement 20 festgelegten Ausgangsposition gemäß 1. Diese Position entspricht dem Einschubweg x1. Bei weiterem Herausziehen der Kolbenstange 4 in Auszugsrichtung 25 wird die Durchgangsöffnung 23 freigelegt. Das komprimierte Gas kann durch die Durchgangsöffnung 23 strömen. Die Verlagerung der Kolbenstange 3 erfolgt ohne zusätzliche Dämpfung. Dieser Zusammenhang ist in dem Kraft-Weg-Diagramm gemäß 5 schematisch dargestellt. Insgesamt weist die Gasdruckfeder 1 einen Dämpfungsbereich BD auf. Insbesondere gilt BD ≥ 0,8 × LG, insbesondere BD ≥ 0,9 × LG.
-
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 6 bis 9 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, auf dessen Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten a.
-
Der wesentliche Unterschied gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass der Dämpfungskanal 21a an dem Dämpfungselement 22a integriert ausgeführt ist. Das Dämpfungselement 22a ist unrund ausgeführt, insbesondere in Form einer Abflachung an der äußeren Zylindermantelfläche des Dämpfungselements 22a. Der Dämpfungskanal 21a ergibt sich als Randspalt zwischen dem Dämpfungselement 22a und dem zylindrischen Gehäuse 2a. Der Dämpfungskanal 21a ist entlang der Längsachse 3 zwischen dem Dämpfungselement 22a und dem Gehäuse 2a angeordnet. Das Gehäuse 2a ist unkompliziert ausgeführt.
-
Besonders vorteilhaft ist, dass eine an sich aus dem Stand der Technik bekannte Gasdruckfeder mittels eines Federelements 20 und eines Dämpfungselements 22 oder 22a zu einer erfindungsgemäßen Gasdruckfeder 1, 1a mit Dämpfungsfunktion aufgerüstet werden kann. Die Bereitstellung einer Gasdruckfeder mit Dämpfungsfunktion ist unkompliziert möglich.
