DE19706919C1

DE19706919C1 - Kolbenzylinder-Aggregat mit einem Schließventil

Info

Publication number: DE19706919C1
Application number: DE19706919A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Koch
Original assignee: Stabilus GmbH
Current assignee: Stabilus GmbH
Priority date: 1997-02-20
Filing date: 1997-02-20
Publication date: 1998-10-01
Anticipated expiration: 2017-02-21
Also published as: BR9800647A; JP2933585B2; US5988608A; FR2761435A1; FR2761435B1; GB2327110B; JPH10231876A; GB9803526D0; GB2327110A

Description

Die Erfindung betrifft ein Kolben-Zylinderaggregat, umfassend einen Kolben, der mit einer Kolbenstange axial beweglich geführt ist und einen Zylinder in zwei Ar beitsräume unterteilt, ein Schließventil, das eine Strömungsverbindung zwischen den beiden Arbeitsräumen in einem stationären Betriebszustand verschließt.

Aus der DE 33 01 544 A1 ist ein Kolben-Zylinderaggregat bekannt, umfassend einen Kolben, der mit einer Kolbenstange axial beweglich geführt ist und einen Zylinder in zwei Arbeitsräume unterteilt, ein Schließventil, das eine Strömungs verbindung zwischen den beiden Arbeitsräumen in einem stationären Betriebszu stand verschließt, wobei das Schließventil ein Ventilelement aufweist, das aus einem axial beweglichen axial dichtenden Dichtring in Verbindung mit einem Ventilsitz besteht. Bei diesem Kolben-Zylinderaggregat besteht das Problem, daß die Dichtheit des Schließventils eine sehr präzise Fertigung erfordert. Auf der Rückseite der Dichtscheibe ist eine Feder angeordnet, die die Dichtscheibe auf einen Ventilsitz vorspannt. Die Feder ist mit einer geschliffenen Endwindung aus geführt. Dadurch ist die Kraftbeaufschlagung der Feder auf die Ventilscheibe u. U. ungleichmäßig, so daß sich ein geringfügiger Schiefstand der Dichtscheibe einstellen kann. Als Folge ist eine Leckrate zu verzeichnen, die es zu vermeiden gilt. Konstruktive Schwierigkeiten gehen davon aus, daß einerseits ein nennens werter Ringspalt, s. Bezugsziffer 13, und zusätzlich eine Ventilöffnung, Bezugs ziffer 18, für eine einwandfreie Funktion vorhanden sein müssen. Der geringe radiale Bauraum beschränkt die möglichen Strömungsquerschnitte der genannten Verbindungen zwischen den Arbeitsräumen.

Aus der DE 44 31 626 A1 ist ein Kolben-Zylinderaggregat bekannt, das ein Schließventil aufweist, bei dem unterschiedlich große druckbeaufschlagte Flä chen in Verbindung mit einem Staudruck das Schließventil in einer geöffneten Position hält. Der Sinn dieser Ventilausführung liegt darin, daß das Schließventil mit möglichst geringem Kraftaufwand in der geöffneten Stellung bleibt. Ein Kol ben-Zylinderaggregat mit einer Gasvorspannung wird bei einem einmal geöffneten Schließventil permanent ausfahren, bis man das Kolben-Zylinderaggregat von Hand zum Stillstand bringt und einen Druckausgleich herstellt, der den Staudruck aufhebt. Der Grundgedanke dieses Schließventils ist ein völlig anderer als in der DE 33 01 544.

Die DE 33 01 266 A1 beschreibt eine Gasfeder mit hydraulischer oder pneumati scher Dämpfung als Einschubsicherung bei Druckverlust. Die Gasfeder weist ei nen an einer Kolbenstange angeordneten Kolben auf, der auf der der Kolbenstan ge abgewandten Seite mit einer Kolbenbohrung versehen ist. Die Kolbenbohrung enthält einen Federraum, in dem eine Schraubenfeder oder ein Druckgas ange ordnet sind. Die Schraubenfeder wirkt gegen einen Ventilstift, mit dem eine Ventilöffnung eines die Kolbenbohrung verschließenden Ventilsitzes verschließbar ist. Der Kolben weist einen Überströmquerschnitt auf, der durch die Ventilöff nung bzw. dem Ventilstift verschließbar ist. Der Betriebsdruck in dem Gasraum ist im Normalbetrieb höher als die Federkennung der Schraubenfeder. Fällt der Betriebsdruck in dem Gasraum ab, so verschließt die Schraubenfeder die Venti löffnung und verhindert so ein plötzliches Einfahren der Kolbenstange.

Die DE 26 53 552 C2 betrifft eine Gasfeder, die als Hubhilfe für das Öffnen und Halten von Heckklappen und Kofferraumdeckeln von Kraftfahrzeugen in der Öff nungsstellung ausgebildet ist, bestehend aus einem durch ein zylindrisches Rohr gebildeten mit Druckgas gefüllten Gehäuse, aus einer koaxial in diesem ver schiebbar angeordneten, aus einem Ende des Gehäuses abgedichtet herausge führten Kolbenstange, die einen an der Innenwand des Gehäuses abgedichtet ge führten Führungskolben trägt und aus einer Einrichtung zum Halten des Kolbens in der ausgefahrenen Stellung gegen eine vorgegebene, das Gewicht der Heck klappe bzw. des Kofferaumdeckels übersteigenden Einschubkraft, wobei der Füh rungskolben mindestens einen Durchlaßkanal zum Verbinden der beiden durch ihn getrennten Gehäuseräume aufweist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kolben-Zylinderaggregat zu ent wickeln, das ein Schließventil mit einer möglichst geringen Leckrate aufweist

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Patentanspruch 1 gelöst.

Der Schieber führt zwangsläufig das Ventilelement, das von einem Dichtring ge bildet wird gleichmäßig ohne Schiefstand von einer Ventilstellung in eine andere. Vorteilhafterweise sorgt die Abströmöffnung dafür, daß sich kein Druck im Ab strömraum aufbauen kann, der einen Einfuß auf das Ventilschaltverhalten ausübt. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung besteht der Schieber aus einer Führungs hülse und einer kreisringförmigen Schieberfläche, wobei die Schieberfläche die Abströmöffnung aufweist. In diesem Bereich lassen sich besonders große Ab strömquerschnitte realisieren. Der Durchströmungsweg im Schließventil ist für beide Durchströmungsrichtungen identisch. Folglich kann der Querschnitt des einen Durchströmungsweges auch besonders groß gewählt werden.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Zylinder mindestens eine Bypassnut zum Schließventil auf, so daß das Kolben-Zylinderaggregat bei einer Kolbenstellung innerhalb der Bypassnut unabhängig von der Schaltstellung des Schließventils aufgrund einer Gasvorspannung im Zylinder eine Ausfahrbewegung ausführt. In dem Bereich, in dem keine Bypassnut vorliegt, reduziert sich die Aus fahrgeschwindigkeit in Abhängigkeit des Druckniveaus und der momentanen Be lastung ggf bis zum Stillstand. Um dennoch die Ausfahrlänge der Kolbenstange zu vergrößern wird das Schließventil in Ausfahrrichtung druckabhängig in die Öffnungsposition verstellt.

Bei einer Alternativausführung, die bevorzugt bei besonders hohen Haltekräften eingesetzt wird, wird das Schließventil in Einfahrrichtung der Kolbenstange druckabhängig in die Öffnungsposition verstellt.

Anhand der folgenden Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 Schließventil als Baueinheit

Fig. 2 Schließventil in einem Kolben-Zylinderaggregat erhöhter Einschubkraft

Fig. 3 Kennlinienschaubild

Fig. 4 Schließventil in einem Kolben-Zylinderaggregat mit reduzierter Ausschubkraft

Die Fig. 1 zeigt ein Schließventil 1 als Baueinheit, wobei die Darstellung zwei Schaltstellung umfaßt. In der oberen Figurenhälfte ist das Schließventil geschlos sen, hingegen in der unteren geöffnet. Das Schließventil ist auf einem Kolben stangenzapfen 3 befestigt und besteht u. a. aus einer ortsfesten Führungshül se 5, die endseitig einen umlaufenden Rand 7 für eine Schließfeder 9 aufweist. Die Schließfeder spannt einen Schieber 11 vor, der sich mit seiner Schieberhül se 13 auf der Führungshülse 5 zentriert. Dabei greift die Schließfeder an einer kreisringförmigen Schieberfläche 15 an, deren axialer Auslauf mit einem Dich tring 17 zusammenwirkt. Der Dichtring stellt ein axial bewegliches Ventilelement dar, das auf einem Ventilring 19 verschiedene Schaltstellungen einnehmen kann. Auf der Mantelfläche des Ventilringes 19 ist eine Kontur ausgeführt, die drei Schaltstellungen ermöglicht. Von links ausgehend betrachtet verfügt der Ventil ring über Ventilsitzflächen in Form von mindestens einer Schrägfläche 19a, einer horizontale Klemmfläche 19b und einer weiteren Schrägfläche 19c. Mittels eines Anschlagringes 21 wird das gesamte Schließventil verspannt. Eine Ventilringdich tung 23 verhindert eine Leckage zwischen dem Kolbenstangenzapfen und dem Schließventil.

Der Ventilring und der Schieber bilden einen Abströmraum 25. Dieser Abström raum verfügt stets über eine geöffnete Abströmöffnung 27 zum Arbeitsraum 29, in dem sich die Schließfeder 9 befindet. In der oberen Figurenhälfte kann aus einem Arbeitsraum 31, der dem Anschlagring benachbart ist, kein Medium über die Klemmfläche in den Abströmraum eindringen. Diese Schaltstellung wird dann eingenommen, wenn eine Kolbenstange 33 mit dem Kolbenstangenzapfen 3 still steht.

Bei einer Bewegung der Kolbenstange nach links wirkt zwischen dem Dich tring 17 und einem Zylinder 35 eine Reibkraft, die der Kolbenstangenbewegung entgegengerichtet ist. Der Dichtring wird nach rechts bis maximal zum Anschlag ring 21 verschoben. Das Medium, beispielsweise Gas, kann aus dem Arbeitsraum durch den von der weiteren Schrägfläche 19c und dem Dichtring gebildet Spalt in den Abströmraum 25 gelangen. Von dort aus kann der Strömungsweg praktisch ungedrosselt über die Abströmöffnung 27 in den Arbeitsraum 29 entweichen. Im Abströmraum baut sich aufgrund der Bemessung der Abströmöffnung kein Stau druck auf, der auf den Schieber eine Öffnungskraft ausüben würde.

Wird die Kolbenstange 33 nach rechts verschoben, so stützt sich der Dich tring 17 am Auslauf der Schieberfläche 15 ab. Der Dichtring wird vom Druck im Arbeitsraum 31 und von der Reibkraft zwischen dem Zylinder 35 und dem Dich tring gegen den Schieber gedrückt. Ist die Summe aus Reib- und Druckkraft grö ßer als die Schließkraft der Schließfeder 9, so bewegt sich der Schieber zusam men mit dem Dichtring in die in der unteren Figurenhälfte dargestellte Position. Entsprechend dem eingezeichneten Gasstrom besteht dann eine Verbindung zwi schen den Arbeitsräumen 29; 31.

Für beide Durchströmungsrichtungen des Schließventils wird derselbe Strö mungsweg benutzt.

Die Fig. 2 zeigt eine Anwendung des erfindungsgemäßen Schließventils 1 in ei nem Kolben-Zylinderaggregat in der Bauform einer Gasfeder. Das Schließventil entspricht exakt der Einbaulage wie zu Fig. 1 beschrieben. Bei der Betrachtung der Funktionsweise ist zu beachten, daß die Schließkraft der Schließfeder 9 stets der Gaskraft entgegengerichtet ist. Bei der Reibkraft des Dichtringes 17 ist die Bewegungsrichtung zu berücksichtigen. Die Fig. 3 zeigt die Federkraftkennlinie in Ein- und Ausschubrichtung. Unterhalb der Abszisse, die den Hub der Kolbenstan ge angibt, ist die zugehörige Lage des Kolben-Zylinderaggregat zu entnehmen. Die von dem Kolben-Zylinderaggregat geleistet Kraft ist auf der Ordinate erkenn bar. Eine progressiv verlaufende Kurve stellt beispielhaft den Gewichtskraftverl auf einer Fahrzeugheckklappe dar. Ausfahrrichtung ist die Dichtwirkung des Schließventils aufgehoben. Ausgehend vom Betriebspunkt I fährt das Aggregat auf der Kennlinie A aus. Das Schließventil ist überbrückt, da der Dichtring 17 am Anschlagring 21 anliegt und damit eine Verbindung zwischen den Arbeitsräumen vorliegt, so daß das Aggregat wie ein konventionelle nicht blockierbare Gasfeder funktioniert. Ab dem Schnittpunkt II mit der Kurve der Gewichtskraft der Fahr zeugheckklappe bewegt sich die Kolbenstange selbsttätig ohne zusätzliche Hand kraft. Bei maximaler Ausfahrstellung der Kolbenstange wird der Betriebspunkt III erreicht. In Einschubrichtung ist die Reibkraft und die Ventilkraft zu überwinden. Diese beiden Kräfte in Summe mit der Druckkraft durch die Gasfüllung im Kolben- Zylinderaggregat ergeben die Haltekraft im Betriebspunkt IV. Die hubabhängige Haltekraft wird durch die Kennlinie B beschrieben. Diese Geräteform wird bevor zugt dort eingesetzt, wo große Lasten sicher gehalten werden müssen.

Die Ausführung eines Kolben-Zylinderaggregates nach der Fig. 4 arbeitet etwas anders. Die wesentlichen Gründe liegen darin, daß der Zylinder 35 mindestens eine Nut, in der Regel jedoch mehrere Nuten 37a; 37b aufweist, die durch min destens einen nutfreien Bereich 37c getrennt sind. Des weiteren ist das Schließ ventil 1 so an der Kolbenstange 33 befestigt, daß es in Ausfahrrichtung der Kol benstange druckabhängig geöffnet werden kann bzw. geschlossen ist.

Ebenfalls ausgehend vom Betriebspunkt I wird die Fahrzeugklappe unter Verwen dung einer Zusatzkraft, die betragsmäßig der Differenz der Kraftwerte F bezogen auf den momentanen Abszissenwert entspricht, angehoben. Ab dem Betrieb spunkt II hebt das Kolben-Zylinderaggregat die Fahrzeugklappe unabhängig an. Am Ende der Nut 37a bleibt die Kolbenstange im Betriebspunkt IIa stehen, da das Schließventil 1 wirksam ist. Die Haltekraft F_H ist eingezeichnet. Der nutfreie Be reich soll bewußt die Ausfahrbewegung unterbinden, da eine zusätzliche Hand kraft F_Z eingesetzt werden soll, um das Schließventil zu öffnen, um eine durch den Benutzer gesteuerte Ausfahrbewegung ausführen zu lassen. Sobald das Ende des nutfreien Bereichs im Betriebspunkt 11b auf der Kennlinie C erreicht ist, fährt das Kolben-Zylinderaggregat bis zum Betriebspunkt III weiter aus. Entlang der Kennlinie D ist die Haltekraft des Kolben-Zylinderaggregats zu entnehmen, auch zwischen den Betriebspunkten IIa und IIb. In Einfahrrichtung ist die Schließkraft des Schließventils auf dem gesamten Hub unwirksam, da der Dichtring dann am Anschlagring 21 anliegt.

Claims

1. Kolben-Zylinderaggregat, umfassend einen Kolben, der mit einer Kolbenstan ge (33) axial beweglich geführt ist und einen Zylinder (35) in zwei Arbeitsräu me (29; 31) unterteilt, ein Schließventil (1), das eine Strömungsverbindung zwischen den beiden Arbeitsräumen in einem stationären Betriebszustand ver schließt, wobei das Schließventil ein Ventilelement aufweist, das aus einem axial beweglichen radial dichtenden Dichtring (17) in Verbindung mit einem Ventilsitz (19a; 19b; 19c) besteht, der auf seiner Rückseite von einem Schie ber (11) abgestützt wird und der Schieber mit dem Ventilsitz einen Abström raum (25) bildet, der eine Abströmöffnung (27) aufweist, die derart bemessen ist, so daß ein drosselfreier Abfluß ermöglicht und die Bildung eines Staudruc kes im Abströmraum verhindert wird, wobei der Dichtring (17) des Schließ ventils (1) drei Schaltstellungen einnehmen kann und ausgehend von einer mittlerer Schaltstellung, bei der das Schließventil geschlossen ist, in die eine Richtung eine druckabhängige und in die andere Richtung eine wegabhängige Öffnungsstellung eingenommen wird.

2. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (11) aus einer Führungshülse (5) und einer kreisringförmigen Schieberfläche (15) besteht, wobei die Schieberfläche die Abströmöff nung (27) aufweist.

3. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (35) mindestens eine Bypassnut (37a; 37b) zum Schließven til (1) aufweist, so daß das Kolben-Zylinderaggregat bei einer Kolbenstellung innerhalb der Bypassnut unabhängig von der Schaltstellung des Schließventils aufgrund einer Gasvorspannung im Zylinder eine Ausfahrbewegung ausführt.

4. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließventil (1) in Ausfahrrichtung der Kolbenstange (33) druckab hängig in die Öffnungsposition verstellt wird.

5. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließventil (1) in Einfahrrichtung der Kolbenstange (33) druckab hängig in die Öffnungsposition verstellt wird.