DE19504590A1 - Pneumatischer Stoßdämpfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Stoßdämpfer mit einem im wesent­ lichen gasdichten Zylinder und einem in dem Zylinder hin- und her beweglichen Kolben, der den Zylinder in zwei Kammern mit variablem Volumen unterteilt.

Derartige Stoßdämpfer zeigen ohne weitere Maßnahmen keine Dämpfungswirkung im Sinne einer Absorption von Bewegungsenergie, sondern wirken infolge einer im wesentlichen adiabatischen Kompression des Gasinhalts wie elastische Federn. Eine irreversible Energieverzehrung läßt sich zum Beispiel dadurch erreichen, daß der Kolben mit druckgesteuerten Ventilen oder engen Öffnungen versehen wird, durch die hindurch unter Umwandlung der Bewegungsenergie in Wärme ein Druckausgleich stattfindet.

Die Kraft, mit der der Stoßdämpfer einer Stoßbewegung entgegenwirken kann, verringert sich mit dem Druckausgleich jedoch entsprechend, so daß die maximale, also ohne Durchschlagen des Stoßdämpfers aufnehmbare Stoßenergie verkleinert wird bzw. der Stoßdämpfer entsprechend größer ausgelegt werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen pneumatischen Stoßdämpfer zu schaffen, der bei minimalen Abmessungen ein Maximum an Stoßenergie absorbieren kann.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Stoßdämpfer erfindungsgemäß durch wenigstens eine kolbengesteuerte Druckausgleichseinrichtung gelöst, die die beiden Kammern miteinander verbindet, wenn sich der Kolben in der Nähe einer Endwand des Zylinders befindet.

Bei dem erfindungsgemäßen Stoßdämpfer steht während des größten Teils eines Kolbenhubes die größtmögliche Widerstands kraft durch das komprimierte Gas in der einen Kammer und die entsprechende Druckminderung in der anderen Kammer zur Verfügung. Erst am Ende des Kolbenhubes, wenn die Kraft nicht mehr benötigt wird, findet der zwangsgesteuerte Druckausgleich statt, der die Bewegungsenergie nunmehr vollständig in Wärmeenergie umwandelt.

Der erfindungsgemäße Stoßdämpfer eignet sich besonders zum Dämpfen von Stoßbewegungen mit einer vorbestimmten Stärke und Bewegungsstrecke, wie sie zum Beispiel bei elektrischen Aktuatoren auftreten. Die Vorteile, die der erfindungsgemäße Stoßdämpfer in Verbindung mit solchen Aktuatoren bietet, werden anhand eines Türschlosses einer elektrischen Zentralverriegelung für Automobile erläutert.

Bei elektrischem Zentralverriegelungen für Automobile müssen die Schließ- und Öffnungsbewegungen für ein zuverlässiges Funktionieren kraftvoll sein. Besonders bei einer Verwendung von Elektromagneten zum Schließen und Öffnen der Türschlösser ergeben sich hohe Überschußenergien, die erhebliche Geräusche verursachen. Diese Geräusche werden als sehr störend empfunden, so daß in hochwertigeren Automobilen in der Regel vollpneumatische Zentralverriegelungen eingebaut werden, die leiser, aber auch wesentlich aufwendiger sind.

Mit der Erfindung lassen sich auch bei elektrischen Zentralverriegelungen sanfte Schließ- und Öffnungsbewegungen verwirklichen. Der pneumatische Stoßdämpfer kann zum Beispiel axial am Schließstift eines Türschlosses angeordnet werden, wobei der Schließstift als Kolbenstange verwendet wird. Der Stoßdämpfer wirkt einer Schließ- oder Öffnungsbewegung während des größten Teils eines Kolben­ hubes ohne irgendeinen Druckausgleich zwischen den Kammern entgegen. Daher stehen bei minimalem Volumen und somit minimalen Abmessungen des Stoßdämpfers maximale Kräfte zum Auffangen des Stoßes zur Verfügung. Infolge der adiabatischen Kompression bzw. Expansion in den Kammern erfolgt der weit­ aus stärkste Druckaufbau gegen Ende der Bewegung, so daß bei entsprechender Dimensionierung der größte Teil der Stoßenergie am Ende des Kolbenhubes auf­ gefangen wird und der eigentliche Schließ- bzw. Öffnungsvorgang nicht behindert wird. Am Ende der Bewegung findet dann ein schneller Druckausgleich statt, um die Energie endgültig zu absorbieren und die bis dahin wirkende Rückstellkraft vollständig abzubauen, so daß die Schließvorrichtung entlastet wird. Da der Stoßdämpfer in sich geschlossen ist, verursacht der Druckausgleich praktisch kein Außengeräusch.

Im Beispiel des Türschlosses einer elektrischen Zentralverriegelung ist es zweckmäßig, sowohl in der Schließ- als auch in der Öffnungsrichtung die beschriebene Dämpfungswirkung zu erzielen. Dies kann mit einem einzigen Stoßdämpfer realisiert werden, der für jedes Zylinderende eine entsprechende Druckausgleichseinrichtung aufweist. Infolge der wirkungsvollen Stoßdämpfung kann der Stoßdämpfer sehr klein ausgeführt und somit problemlos in bestehende Zentralverriegelungen integriert werden.

Zur Abdichtung zwischen den Zylinderenden und der Kolbenstange eignen sich z. B. Simmerringe oder O-Ringe, während für eine Abdichtung zwischen dem Kolben und dem Zylinder Doppellippendichtungen zweckmäßig sind. Im Falle einer geeigneten Materialpaarung, z. B. Metall für den Kolben und die Kolbenstange und Kunststoff für den Zylinder, läßt sich das Spiel zwischen den gegeneinander bewegten Bauteilen so verkleinern, daß während eines Arbeitshubes nur ein vernachlässigbarer Druckverlust auftritt, so daß man ohne besondere Dichtungen auskommt.

In einer ersten Ausführungsform umfaßt die Druckausgleichseinrichtung ein Ventil in Form einer Öffnung im Kolben mit einem Verschlußelement und eine Kopplungseinrichtung zwischen dem Verschlußelement und der Endwand des Zylinders.

Die Kopplungseinrichtung ist vorzugsweise ein am Kolben oder an einer Kolbenstange gelagerter Kipphebel, dessen eines Ende mit dem Verschlußelement verbunden ist und dessen anderes Ende gegen die Endwand des Zylinders stößt, wenn sich der Kolben dieser nähert. In diesem Fall wird das Verschlußelement so angeordnet, daß es sich zu der während eines Hubes unter Überdruck stehenden Kammer hin öffnet, so daß es während des Hubes durch den Überdruck geschlossen gehalten wird.

In einer zweiten Ausführungsform ist ein in seiner Schließrichtung federbelastetes Verschlußelement vorgesehen, das sich zu der während eines Hubes unter Unter­ druck stehenden Kammer hin öffnet. In diesem Fall kann die Kopplungseinrichtung einfach in einem am Zylinderende oder am Verschlußelement befestigten Stift bestehen, der am Ende eines Kolbenhubes gegen das Verschlußelement bzw. die Endwand des Zylinders stößt.

In einer weiteren Ausführungsform umfaßt die Druckausgleichseinrichtung wenigstens einen Überströmkanal in der Zylinderwandung, der den Kolben überbrückt, wenn er sich in der Nähe der Endwand des Zylinder befindet. Diese Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß keine beweglichen Einzelteile erforderlich sind.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine teilweise Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines pneuma­ tischen Stoßdämpfers mit kolbengesteuertem Druckausgleich; und

Fig. 2 teilweise Schnittansichten eines pneumatischen Stoßdämpfers mit kolben­ gesteuertem Druckausgleich in einer zweiten Ausführungsform (linke Hälfte der Figur) und in einer dritten Ausführungsform (rechte Hälfte der Figur).

In Fig. 1 ist ein Schließstift 1 eines Türschlosses einer elektrischen Zentralver­ riegelung gezeigt, auf dessen eines Ende ein Schließknopf 2 einer nicht gezeigten Automobiltür aufgesetzt ist und dessen anderes Ende mit einem elektromagne­ tischen Aktuator und einer Schließmechanik verbunden ist, welche in bezug auf die gezeigte Ansicht weiter unten liegen und nicht dargestellt sind. Beim Öffnen und Schließen der Tür bewegt sich der Schließstift 1 in Richtung seiner Längs­ achse, wie durch den Doppelpfeil angedeutet.

Ein pneumatischer Stoßdämpfer für das Türschloß weist einen axial auf dem Schließstift 1 befestigten, im wesentlichen scheibenförmigen Kolben 3 und einen zum Kolben 3 passenden Zylinder 4 auf, der sich achsparallel über einen Teil der Länge des Schließstifts 1 erstreckt und der eine erste Endwand 5 und eine zweite Endwand 6 mit jeweiligen Durchgangsöffnungen für den Schließstift 1 aufweist. Der Zylinder 4 ist feststehend angeordnet, so daß sich der Kolben 3 bei einer Öffnungs- oder Schließbewegung des Schließstifts 1 von einer der Endwände 5, 6 zur jeweils anderen bewegt. Der Zylinder 4 ist an den Durchgangsöffnungen für den Schließstift 1 mit O-Ringen 7 gegenüber der Außenseite abgedichtet, und der Kolben 3 ist im Zylinder 4 durch Lippendichtungen 8 abgedichtet, die um seinen Umfang herum verlaufen.

Durch den Kolben 3 wird der Zylinder 4 in zwei Kammern unterteilt, eine erste Kammer 10 auf der Seite der ersten Endwand 5 und eine zweite Kammer 11 auf der Seite der zweiten Endwand 6. Eine Öffnung 12 verläuft durch den Kolben 3 hindurch von einer Kammer 10, 11 zur anderen. Der Kolben 3 ist auf seinen beiden Seiten jeweils um den Schließstift 1 herum etwas vertieft, und in den Vertiefungen sind ein erster Kipphebel 13 in der ersten Kammer 10 und ein zweiter Kipphebel 14 in der zweiten Kammer 11 angeordnet. Die Kipphebel 13, 14 erstrecken sich im wesentlichen senkrecht zur Achse des Schließstifts 1. In der dargestellten Ausführungsform ist der Schließstift 1 im Bereich des Kolbens 3 in seiner Längsrichtung geschlitzt, und die Kipphebel 13, 14 verlaufen durch den Schlitz hindurch und sind auf senkrecht zur Achse des Schließstifts 1 verlaufen­ den Zapfen 15, 16 schwenkbar am Schließstift 1 gelagert. Die Kipphebel 13, 14 können aber auch seitlich am Schließstift 1 vorbei verlaufen und direkt am Kolben 3 gelagert sein.

Ein Ende jedes Kipphebels 13, 14 ist als kegelförmiges Verschlußelement 17 ausgebildet, das koaxial auf die Öffnung 12 gerichtet ist, und das andere Ende jedes Kipphebels 13, 14 weist einen Ansatz 18 auf, der in Richtung auf die Endfläche 5 bzw. 6 der jeweiligen Kammer 10, 11 weist. Wenn die Verschluß­ elemente 17 die Öffnung verschließen, stehen die Ansätze 18 ein Stück weit über den Kolben 3 hinaus.

In der Figur ist der Kolben 3 in einer mittleren Stellung im Zylinder 4 dargestellt. In einem geöffneten Zustand des Türschlosses liegt der Kolben 3 z. B. an der ersten Endwand 5 des Zylinders 4 und im geschlossenen Zustand an der zweiten Endwand 6 an. In Ruhestellung befindet sich in beiden Kammern 10, 11 des Zylinders 4 Luft unter Atmosphärendruck.

Der oben beschriebene Stoßdämpfer arbeitet wie folgt.

Wird der Kolben 3 zusammen mit dem Schließstift 1 aus der Öffnungsstellung in die Schließstellung bewegt, so wird die Öffnung 12 auf eine weiter unten beschriebene Weise geschlossen gehalten und in der zweiten Kammer 11 ein Luftpolster erzeugt, das der Bewegung entgegenwirkt. Diese Wirkung nimmt überproportional zu, wenn sich der Kolben 3 der zweiten Endwand 6 nähert, so daß der größte Teil der Bewegungsenergie am Ende der Bewegung von dem Luftpolster aufgenommen wird. In der ersten Kammer 10 entsteht ein Teilvakuum, das die Bremswirkung unterstützt. Kurz bevor der Kolben 3 die zweite Endwand 6 erreicht, stößt der Ansatz 18 des zweiten Kipphebels 14 gegen die zweite Endwand 6, so daß das Verschlußelement 17 des Kipphebels 14 aus der Öffnung 12 gehoben wird und ein Druckausgleich durch die Öffnung hindurch stattfindet. Die Maße des Zylinders 4 und der Öffnung 12 und die Länge des Ansatzes 18 werden entsprechend den auftretenden Bewegungsstrecken- und -kräften so eingestellt, daß der Ansatz 18 die zweite Endwand 6 zuverlässig erreicht und der Druck dann mit einer solchen Geschwindigkeit ausgeglichen wird, daß nirgendwo im Türschloß wesentliche Stöße stattfinden. Dadurch geht das Schließen sehr sanft und leise vor sich.

Beim Öffnen des Schlosses wird der Kolben 3 in umgekehrter Richtung bewegt, also von der Endwand 6 zur Endwand 5, und die Dämpfungswirkung entsteht auf die oben beschriebene Weise durch ein Luftpolster in der ersten Kammer 10 und ein Teilvakuum in der zweiten Kammer 11, wobei am Ende der Bewegung der Kipphebel 13 den Druckausgleich bewirkt.

Die Verschlußelemente 17 bilden in Verbindung mit der Öffnung 12 Rückschlag­ ventile, die durch nicht gezeigte Federn an den Kipphebeln 13, 14 im Normalfall geschlossen gehalten werden. Während eines Druckausgleichs durch Anheben eines der Verschlußelemente 17 aus der Öffnung 12 hebt der Luftstrom das andere Verschlußelement 17 automatisch an. Durch geeignete Wahl der Hebel­ verhältnisse der Kipphebel 13, 14 kann man erreichen, daß das Verschlußelement 17 auf der Seite des Luftpolsters am Anfang eines Kolbenhubes durch die auftretenden Beschleunigungskräfte in die Öffnung 12 gedrückt wird, wobei es im weiteren Verlauf der Bewegung durch den Luftdruck geschlossen gehalten wird, bis es zwangsgesteuert geöffnet wird, so daß man ohne irgendwelche Federn für die Kipphebel 13, 14 auskommt.

In Fig. 2, in der mit dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 im wesentlichen übereinstimmende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, ist links und rechts der strichpunktierten Linie jeweils ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar jeweils nur die Elemente für eine Arbeitsrichtung.

In der linken Hälfte von Fig. 2 ist die Öffnung 12 mit einer gegenüber der ersten Endwand 5 am Kolben 3 befestigten elastischen Klappe 19 verschlossen, die in Richtung auf die Öffnung 12 vorgespannt ist. Die zweite Endwand 6 weist einen Vorsprung in Form eines Stifts 20 auf, der achsparallel zu dem Zylinder 4 verläuft und auf die Öffnung 12 ausgerichtet ist, wobei der Stift 20 etwas länger ist als der Kolben 3 dick ist. Ein Druckausgleich findet statt, wenn der Stift 20 in die dagegen bewegte Öffnung 12 im Kolben 3 eintaucht und die Klappe 19 durch den Stift angehoben wird. Anstelle der elastischen Klappe können auch andere Arten von Ventilen verwendet werden, beispielsweise ein Tellerventil mit einem durch den Kolben hindurch verlaufenden Schaft, der sowohl zur Ventillagerung als auch zur Ventilbetätigung dient, wenn sein Ende gegen die gegenüberliegende Endwand des Zylinders stößt.

In der rechten Hälfte von Fig. 2 ist keine Öffnung im Kolben 3 vorgesehen, sondern der Druckausgleich geschieht über einen oder mehrere Überströmkanäle 21 in der äußeren Zylinderwandung, die von der zweiten Endwand 6 aus in Längsrichtung des Zylinders 4 in Richtung auf die erste Endwand 5 verlaufen und die etwas länger sind als der Kolben 3 dick ist.

In allen Figuren ist der Stoßdämpfer als in der Nähe des Schließknopfs 2 befindlich gezeichnet, so daß er in einem Automobil in der Türfüllung unterhalb des Schließknopfs anzuordnen wäre. Der Stoßdämpfer kann aber auch an jeder anderen Stelle des Türschlosses angeordnet werden, an der eine geradlinige Bewegung stattfindet. Außerdem ist keine durchgehende Kolbenstange erforderlich, sondern der Kolben kann auch am Ende irgendeiner in Längsrichtung beweglichen Stange angebracht sein, wobei eine Endwand des Zylinders natürlich ohne Durchgangsöffnung ausgeführt wird.

Zwar wurde der pneumatische Stoßdämpfer anhand des konkreten Beispiels einer Türverriegelung für Automobile beschrieben, es versteht sich aber, daß es eine Vielzahl weiterer vorteilhafter Anwendungsmöglichkeiten gibt.

Claims (7)

1. Pneumatischer Stoßdämpfer mit einem im wesentlichen gasdichten Zylinder und einem in dem Zylinder hin- und her beweglichen Kolben, der den Zylinder in zwei Kammern mit variablem Volumen unterteilt, gekennzeichnet durch wenigstens eine kolbengesteuerte Druckausgleichseinrichtung (12, 13, 14, 17, 18; 19, 20; 21), die die beiden Kammern (10, 11) miteinander verbindet, wenn sich der Kolben (3) in der Nähe einer Endwand (5, 6) des Zylinders (4) befindet.

2. Pneumatischer Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Druckausgleichseinrichtung ein Ventil in Form einer Öffnung (12) im Kolben (3) mit einem Verschlußelement (17; 19) und eine Kopplungs­ einrichtung (13, 14, 18; 20) zwischen dem Verschlußelement und der Endwand des Zylinders umfaßt.

3. Pneumatischer Stoßdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtung ein am Kolben (3) oder an einer Kolbenstange (1) gelagerter Kipphebel (13, 14) ist, dessen eines Ende mit dem Verschlußelement (17) verbunden ist und dessen anderes Ende (18) gegen die Endwand des Zylinders stößt, wenn sich der Kolben dieser nähert.

4. Pneumatischer Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Druckausgleichseinrichtung wenigstens einen Überströmkanal (21) in der Zylinderwandung umfaßt, der den Kolben (3) überbrückt, wenn er sich in der Nähe der Endwand des Zylinders befindet.

5. Pneumatischer Stoßdämpfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) eine auf einer Längsachse des Zylinders (4) verlaufende Kolbenstange (1) aufweist, die durch wenigstens eine Endwand (5, 6) des Zylinders (4) hindurch nach außen verläuft.

6. Pneumatischer Stoßdämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange durch einen Schließstift (1) einer elektrischen Zentralverrie­ gelung für Automobile gebildet wird, welcher durch beide Endwände (5, 6) des Zylinders (4) hindurch verläuft.

7. Pneumatischer Stoßdämpfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Zylinderende wenigstens eine Druckausgleichs­ einrichtung vorgesehen ist.