DE10238448C5

DE10238448C5 - Variable Gasdruckfeder

Info

Publication number: DE10238448C5
Application number: DE2002138448
Authority: DE
Inventors: Matthias Baur; Henrik Dipl.-Ing. Weber
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2008-01-03
Anticipated expiration: 2022-08-23
Also published as: DE10238448A1; WO2004018894A1; DE10238448B4

Abstract

Vorrichtung zur Unterstützung einer Schwenkbewegung, mit einer Druckfeder mit einem in einem Rohr (7) angeordneten Arbeitsbereich (12) mit zwei stirnseitigen Abschlüssen (13, 14), der mit einem Fluid befüllt ist, mit einem Kolben (9), durch den der als Druckraum ausgebildete Arbeitsbereich (12) in zwei Arbeitskammern unterteilt ist und der mittels einer axial verschiebbaren Kolbenstange (8) in dem Druckraum geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass einer der stirnseitigen Abschlüsse des Arbeitsbereichs (12) über eine von einer Steuereinrichtung (6) gesteuerte Betätigungseinrichtung axial verschieblich angeordnet ist, wobei die Steuereinrichtung (6) einen Sensor zur Ermittlung des Stadiums der Schwenkbewegung aufweist, und dass die Betätigungseinrichtung einen Motor (17) mit einem Getriebe (16) und eine mit dem verschieblichen Abschluss in Wirkverbindung stehende Spindel (15) aufweist und in dem Rohr (7) angeordnet ist und wobei der Sensor ein Wegsensor (18) zum Ermitteln der Bewegung der Kolbenstange (8) ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere zur Unterstützung einer Schwenkbewegung, mit einer Druckfeder mit einem in einem vorzugsweise zylindrischen Rohr angeordneten Druckraum mit zwei stirnseitigen Abschlüssen, der mit einem Fluid befüllt ist, mit einem Kolben, durch den der Druckraum in zwei Arbeitskammern unterteilt ist und der mittels einer axial verschiebbaren Kolbenstange in dem Druckraum geführt ist.
Vorrichtungen der vorgenannten Art mit Druckfedern finden Anwendung beispielweise bei Heckklappen von Kraftfahrzeugen, bei denen die Heckklappe auch gegen ihr Eigengewicht aufgeklappt und in angehobener Position selbsttätig gehalten werden soll. Des weiteren werden die Druckfedern auch zur Unterstützung des Öffnungs- und Schließvorgangs bis hin zu einem selbständigen Öffnen und Schließen der Heckklappe genutzt.
Separate Antriebseinrichtungen zur Betätigung von Klappen eines Fahrzeugs sind beispielweise aus der DE 10118303 C1 bekannt. Bei der in dieser Druckschrift beschriebenen Antriebseinrichtung wird die Klappe mittels eines auf ein mehrgelenkiges Scharnier einwirkenden Motors betätigt. Um die Leistung des Motors minimieren zu können, werden beim Schließen der Klappe zusätzlich zwei Federn gespannt, deren Spannungsenergie beim Öffnen der Klappe nutzbar ist. Diese Einrichtung ist mechanisch aufwendig und weist einen hohen Platzbedarf auf.
Herkömmliche Druckfedern sind in den unterschiedlichsten Anwendungen bekannt. Aus der DE 3301544 A1 ist eine Gasfeder als Huborgan zum Öffnen von nach oben schwenkbaren Klappen bekannt, bei der ein Kolben den Zylinder in zwei Arbeitsräume unterteilt. Es besteht aber keine Möglichkeit, auch den Schließprozess der Klappe mit dieser Druckfeder zu unterstützen.
Die DE 100 42 030 C1 zeigt ein Kolben-Zylinderaggregat für einen Kraftfahrzeugstoßdämpfer, wobei der Kolben den Zylinder in zwei Arbeitsräume trennt, die über mindestens eine Bypass-Nut in Verbindung stehen. Bei Stillstand des Zylinders kann die Kolbenposition innerhalb des Zylinders überprüft und relativ zu der Position der Bypass-Nut geändert werden.
Aus der WO 96/17182 A1 ist eine über einen Gasdruckfederzylinder aufschwenkbare Fahrzeugklappe bekannt, an der ein Sensor angeordnet ist, mit dem eine Annäherung der Heckklappe an ein Hindernis detektiert und darauf die Öffnungsbewegung der Heckklappe durch Festsetzen der Kolbenstange des Gasdruckfederzylinders gestoppt werden kann.
Die DE 199 31 016 A1 betrifft einen Stoßdämpfer mit einem Ölraum, in dem ein Kolben geführt ist, der den Ölraum zweiteilt und der entsprechende Durchgangsöffnungen für einen Ölfluss zwischen den beiden Teilräumen aufweist. Der Ölraum ist durch einen verlagerbaren Trennkolben von einem benachbarten Gasraum getrennt, wobei in dem Gasraum ein weiterer, von einem Spindelantrieb beaufschlagter Stellkolben angeordnet ist, wobei eine Verstellung des Stellkolbens eine Änderung der Vorspannung des Stoßdämpfers bewirkt.
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit einer Druckfeder so weiterzubilden, dass das Öffnungs- und Schließverhalten des betätigten Bauteils bis hin zu einer automatischen Betätigung gesteuert werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Ausgestaltung einer gattungsgemäßen Vorrichtung mit den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen.
Durch die Verschiebung des stirnseitigen Abschlusses wird das Volumen des Dämpfervolumens und damit auch der Druck innerhalb des Dämpfervolumens verändert. Durch Variierung des Druckes kann die auf den Kolben wirkende Kraft so verändert werden, dass sie die Gegenkraft des zu bewegenden Bauteils je nach gewünschter Bewegungsrichtung über- oder unterschreitet. Die Möglichkeit der Ansteuerung der Betätigungseinrichtung ermöglicht eine einstellbare Änderung des Druckes in der Druckfeder. Dabei weist die Betätigungseinrichtung einen Motor mit einem Getriebe und eine mit dem Abschluss in Wirkverbindung stehende Spindel auf, um mit dieser einfachen Einrichtung die Änderungen des Volumens des Dämpfervolumens erzielen zu können.
Die Betätigungseinrichtung wird in Abhängigkeit von der Position des Kolbens über eine Steuereinrichtung gesteuert, um eine Variierung des Volumens und des Drucks in dem Dämpfervolumen der Druckfeder angepasst an das Stadium der Schwenkbewegung vornehmen zu können.
Die Steuereinrichtung weist in sinnvoller Ergänzung einen Wegsensor auf, mit dem die Position der Kolbenstange und damit auch das Stadium der Verschwenkung bestimmt und dieser Wert über die Steuereinrichtung zur Variierung der Werte der Druckfeder genutzt werden kann.
In vorteilhafter Ausbildung ist der Wegsensor in dem nicht verschieblichen, zweiten, von der Kolbenstange durchgriffenen Abschluss des Druckraums angeordnet und wirkt in dieser Position direkt mit der Kolbenstange zusammen.
Günstig ist es dabei, den verschieblichen Abschluss als einen mit der Spindel zusammenwirkenden Zusatzkolben auszubilden.
Weiter mit Vorteil ist die Betätigungseinrichtung an der dem Druckraum entgegengesetzten Seite des Zusatzkolbens in dem Rohr angeordnet. Mit der zu dem Druckraum fluchtenden Anordnung der Betätigungseinrichtung in dem Rohr, ist ein kompakter und damit nur geringen zusätzlichen Bauraum beanspruchender Einbau möglich.
In einer sinnvollen zusätzlichen Weiterbildung weist die Steuereinrichtung einen Temperatursensor auf. Das Volumen der in Fluiddruckfedern verwendeten Fluide ist teilweise stark temperaturabhängig. Mit einer temperaturbedingten Volumenänderung ändert sich auch der Druck des Fluids, weshalb ein Korrektiv von Volumen und Druck bei relevanten Temperaturänderungen für einen gleichmäßigen Betrieb der Druckfeder notwendig ist.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn das Fluid ein Gas ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung zu dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sowie den einzelnen Patentansprüchen entnommen werden.
In der Zeichnung zeigt:
1 eine Teilansicht des hinteren Teils eines Pkw mit Heckklappe in teilweise aufgebrochener Darstellung
2 eine variable Gasdruckfeder in teilschematisierter, geschnittener Längsansicht
3 Gasdruckfeder mit maximal ausgefahrener Kolbenstange und geringem Volumen des Dämpfervolumens
4 Gasdruckfeder analog 3, mit hohem Volumen des Dämpfervolumens
1 zeigt einen Pkw 1 mit einer geöffneten Heckklappe 2 in einer in durchgezogenen Linie dargestellten halbgeöffneten Stellung und einer Endstellung mit maximalem Aufklappwinkel, die strichliniert dargestellt ist. Zwischen der Heckklappe 2 und einem Karosserieteil 3 des Pkw ist eine Vorrichtung 4 zur Unterstützung der Schwenkbewegung der Heckklappe angeordnet.
Die nachstehend anhand von 2 detailliert beschriebene Vorrichtung 4 umfasst eine Druckfeder 5 und ein Steuergerät 6, mit dem die Eigenschaften der Druckfeder verändert werden können.
Die Druckfeder ist als Gasdruckfeder 5 ausgebildet und besteht aus einem zylindrischen Rohr 7, in dem eine Kolbenstange 8 mit einem stirnseitig fest an der Kolbenstange angeordneten Kolben 9 geführt ist. Rohr 7 und Kolbenstange 8 sind an der zu verschwenkenden Heckklappe 2 bzw. an einem Karosserieteil 3 angeordnet.
Hierzu ist ein Rohranschluss 10 und ein Kolbenstangenanschluss 11 vorgesehen, die durch die Gasdruckfeder 5 voneinander beabstandet sind.
Die in 2 dargestellte Gasdruckfeder 5 zeigt detailliert das Rohr 7, das in seiner Funktion zweigeteilt ist. In einem ersten Bereich ist das Rohr 7 als Arbeitsbereich 12 ausgebildet, der mit einem Gas befüllt und durch den Abschluss 14 und einen weiteren, als Zusatzkolben 13 ausgebildeten Abschluss gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist. Dabei bildet der Abschluss 14 an einer Seite das Ende des Rohres 7 während der Zusatzkolben 13 innerhalb des Rohres angeordnet ist.
In dem Arbeitsbereich 12 wird der durch die Kolbenstange 8 geführte Kolben 9 axial bewegt und unterteilt den Arbeitsbereich in zwei Teile, wobei das Gas in einem zwischen dem Kolben 9 und dem Zusatzkolben 13 gebildeten Dämpfervolumen 12a befindlich ist.
Die Kolbenstange 8 ist auf der Symmetrielinie des Rohres 7 geführt und durchgreift den Abschluss 14.
Die Bewegung des Kolbens 9 in axialer Richtung vergrößert oder verkleinert das Dämpfervolumen 12a und entspannt oder komprimiert das in dem Dämpfervolumen 12a befindliche Gas. Die Bewegung des Kolbens wird durch das Gas mit unterschiedlichen Federkonstanten federnd gedämpft.
Während der Bewegung des Kolbens 9, der beispielsweise der Öffnungsbewegung der Heckklappe des Pkw (1) folgt, können bei der vorliegenden erfindungsgemäßen Ausbildung die Druckverhältnisse in dem Druckraum aktiv durch axiales Verschieben des Zusatzkolbens 13 variiert werden.
Hierzu ist auf der dem Kolben 9 entgegengesetzten Seite des Zusatzkolbens 13 innerhalb des Rohres 7 eine mit dem Zusatzkolben 13 zusammenwirkende Spindel 15 angeordnet, die über ein Getriebe 16 von einem Motor 17 betätigt wird. Die Betätigungseinrichtung mit der Spindel 15, dem Getriebe 16 und dem Motor 17 ist in platzsparender und kompakter Weise ebenfalls in dem Rohr 7 angeordnet.
Außerhalb des Rohres 7 ist das Steuergerät 6 vorgesehen, mit dem unter Berücksichtigung der Bewegung des Zusatzkolbens 13 die Eigenschaften der Druckfeder 5 variiert werden können. Das Steuergerät 6 ist dabei so ausgelegt, dass es die Bewegung der Kolbenstange 8 über einen in dem Anschluss 14 angeordneten Wegsensor 18 und damit bei der in 1 Heckklappe 2 eines Pkw den Öffnungszustand dieser Heckklappe anhand eines hinterlegten funktionalen Zusammenhangs ermitteln und verarbeiten kann.
Darüber hinaus erfasst das Steuergerät 6 über einen Temperatursensor 19 auch die Temperatur, um auch durch Temperaturschwankungen verursachte Änderungen der Druck- und Volumenwerte des Fluids in dem Dämpfervolumen 12a der Druckfeder berücksichtigen zu können.
In gleicher Weise kann das Steuergerät 6 auch mit einem nicht dargestellten Sensor zur Ermittlung des Abstandes der Heckklappe zu einem Hindernis, wie beispielsweise der Garagendecke zusammenwirken.
In den 3 und 4 ist die Druckfeder jeweils in der in 1 strichliniert dargestellten Position der Heckklappe 2 dargestellt.
In 3 ist die Kolbenstange 8 maximal aus dem Rohr 7 herausbewegt. Der Kolben 9 liegt dabei dem Abschluss 14 an. Der Zusatzkolben 13 wird dem Kolben 9 nachgeführt, um das Dämpfervolumen 12a zu verringern und den Druck und damit die Kraft auf den Kolben 9 zu erhöhen. Beim Öffnen der Heckklappe wird der Zusatzkolben 13 so verschoben, dass durch die Zunahme der von der Kolbenstange übertragenen Druckkraft die Öffnungsbewegung unterstützt wird. Im maximal geöffneten Zustand der Heckklappe muss die übertragene Druckkraft aus der Druckfeder 5 ausreichend sein, um die durch die Gewichtskraft der Heckklappe ausgeübte Rückstellkraft zumindest kompensieren und damit ein eigenständiges Schließen der Heckklappe verhindern zu können.
Bei entsprechender Steuerung der Bewegung des Zusatzkolbens 13 kann die Öffnungsbewegung der Heckklappe auch automatisch und allein durch das Zusammenspiel der Kraft der Druckfeder mit der Gewichtskraft der Heckklappe erfolgen. Die jeweilige Position der Heckklappe kann mit dem Wegsensor 18 ermittelt werden, der den zurückgelegten Weg der Kolbenstange 9 aufnimmt. Der zurückgelegte Weg der Kolbenstange 9 wird in der Steuereinrichtung über eine fest eingegebene Funktion in Korrelation zu der Winkelstellung der Heckklappe gesetzt.
Zur Einleitung des Schließvorgangs der Heckklappe wird wie in 4 gezeigt, das Dämpfervolumen 12a durch eine Bewegung des Zusatzkolbens 13 weg von dem in der maximalen Auszugsposition befindlichen Kolben 9 vergrößert und damit der Druck auf den Kolben reduziert. Die verbleibende Druckkraft kann entweder durch manuelle Tätigkeit leicht überwunden werden oder ist auf einen solchen Wert reduziert, dass allein die aus der Gewichtskraft der Heckklappe 2 (1) resultierende Kraft zu einem Einfahrendes Kolbens 9 in das Rohr 7 führt.
Alternativ kann die erfindungsgemäße Gasdruckfeder auch in Kombination mit vorgespannten Federn, wie sie in herkömmlicher Weise bei Kofferraumdeckeln eingesetzt sind, verwendet werden.
Auch beim Schließvorgang der Heckklappe kann der Zusatzkolben 13 über das Steuergerät so geführt werden, dass die durch den Druck im Dämpfervolumen 12a auf den Kolben 9 wirkende Kraft immer zumindest geringfügig kleiner ist, als die aus der Gewichtskraft der Heckklappe resultierende und über die Kolbenstange 8 übertragene Kraft in entgegengesetzter Richtung und die Heckklappe damit automatisch geschlossen wird.
Mittels des Wegsensors 18 kann auch die Geschwindigkeit der Bewegung der Kolbenstange 8 aufgenommen und die durch den Druck im Dämpfervolumen 12a erzeugte Kraft durch entsprechende Positionierung der Kolben 9 und 13 angepasst werden. Dies kann beispielweise dann der Fall sein, wenn sich das Gewicht der Heckklappe durch aufgehäuften Schnee im Winter in ungewöhnlicher Weise erhöht hat.
In den 2, 3, 4 wirkt das Steuergerät 6 über einen elektrischen Anschluss 20 mit der den Zusatzkolben 13 bewegenden Betätigungseinrichtung zusammen.

Claims

Vorrichtung zur Unterstützung einer Schwenkbewegung, mit einer Druckfeder mit einem in einem Rohr (7) angeordneten Arbeitsbereich (12) mit zwei stirnseitigen Abschlüssen (13, 14), der mit einem Fluid befüllt ist, mit einem Kolben (9), durch den der als Druckraum ausgebildete Arbeitsbereich (12) in zwei Arbeitskammern unterteilt ist und der mittels einer axial verschiebbaren Kolbenstange (8) in dem Druckraum geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass einer der stirnseitigen Abschlüsse des Arbeitsbereichs (12) über eine von einer Steuereinrichtung (6) gesteuerte Betätigungseinrichtung axial verschieblich angeordnet ist, wobei die Steuereinrichtung (6) einen Sensor zur Ermittlung des Stadiums der Schwenkbewegung aufweist, und dass die Betätigungseinrichtung einen Motor (17) mit einem Getriebe (16) und eine mit dem verschieblichen Abschluss in Wirkverbindung stehende Spindel (15) aufweist und in dem Rohr (7) angeordnet ist und wobei der Sensor ein Wegsensor (18) zum Ermitteln der Bewegung der Kolbenstange (8) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegsensor (18) in einem nicht verschieblichen zweiten, von der Kolbenstange (8) durchgriffenen Abschluss (14) des Arbeitsbereiches (12) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der verschiebliche Abschluss ein mit der Spindel (15) zusammenwirkender Zusatzkolben (13) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung an der dem Arbeitsbereich (12) entgegengesetzten Seite des Zusatzkolbens (13) in dem Rohr (7) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (6) einen Temperatursensor aufweist
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein Gas ist.