DE19938699A1 - Feststeller zum Feststellen relativ zueinander beweglicher Objekte - Google Patents

Abstract

Feststeller, umfassend einen mit einem Arbeitsmedium gefüllten Zylinder, der von einem Kolben in zwei Arbeitsräume unterteilt wird, wobei zwischen den Arbeitsräumen mindestens eine Strömungsverbindung vorliegt, die von einem ersten und einem zweiten Ventil angesteuert wird, wobei das zweite Ventil erst dann öffnen kann, wenn das erste Ventil geöffnet ist, wobei die beiden Ventile parallel geschaltet sind, wobei das aus dem ersten Ventil austretende Arbeitsmedium das zweite Ventil in die Öffnungsstellung bewegt und das zweite Ventil von einem Druck in einem Bypass zum ersten Ventil in der Öffnungsstellung unabhängig von der Schaltstellung des ersten Ventils gehalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Feststeller entsprechend dem Oberbegriff von Patentan­ spruch 1.

Die DE 43 26 968 A1 beschreibt einen Feststeller, beispielsweise für Türen, bei dem zwei Drosselstellen zwischen zwei Arbeitskammern in Serie geschaltet sind. Jede Drosselstelle besteht aus einem gestuft ausgeformten Ventilkörper, der in Schließrichtung von einer Feder vorgespannt ist. Jeweils ein kleiner Zapfen an beiden Ventilkörpern dichtet eine Strömungsverbindung zwischen den beiden Drosselstellen bzw. Arbeitskammern ab. Ein kreisringförmiger Absatz an den Ventilkörpern sorgt für eine druckbeaufschlagte Fläche für die eine Anströmrichtung und die projizierte Stirnfläche des Zapfens für die andere Anströmrichtung. Die Öffnungsbewegung beider Ventile und damit die Haltekraft des Feststellers wird von den Federn beider Ventilkörper bestimmt, da bei der Strömung von Arbeitsmedium beide Ventile geöffnet sein müssen. Damit sind der Auslegung der Hal­ tekräfte in Relation zu den Öffnungskräften sehr enge Zusammenhänge auferlegt, die u. U. dazu führen, daß die Öffnungskräfte zu groß oder auch zu klein sein können. Der Sinn der beiden in Reihe geschalteten Ventile liegt u. a. darin, daß eine etwas größere Öffnungskraft für das Ventil und eine kleinere Kraft zum Offenhalten des Ventils not­ wendig ist, wobei ein Ventil für eine Durchströmungsrichtung völlig ausreichen würde. Will man diese Betriebsverhalten für beide Strömungsrichtungen realisieren, so muß man zwei Ventile einsetzen. Aus Gründen der Bauraumökonomie sind beide Ventile in einer Strömungsverbindung angeordnet und müssen deshalb zwangsläufig gleichzeitig geöffnet sein.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den beschriebenen Zusammenhang der Öff­ nungs- und Haltekräfte aufzuheben.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die beiden Ventile parallel ge­ schaltet sind, wobei das aus dem ersten Ventil austretende Arbeitsmedium das zweite Ventil in die Öffnungsstellung bewegt und das zweite Ventil von einem Druck in einem Bypass zum ersten Ventil in der Öffnungsstellung unabhängig von der Schaltstellung des ersten Ventils gehalten wird.

Der wesentliche Vorteil liegt darin, daß bei einem bereits geöffneten zweiten Ventil die Schaltstellung oder die Drosselwirkung am ersten Ventil keinen Einfluß auf das Betriebs­ verhalten des zweiten Ventils ausübt. Folglich kann man die beiden Ventile exakt auf die jeweilige technische Aufgabe auslegen.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung umfaßt das zweite Ventil einen Schieber, der den Bypass zum ersten Ventil freigibt oder verschließt. Wenn ein Schieber radial zur Bewe­ gungsrichtung seine Anströmrichtung aufweist, so können selbst geringe Stellkräfte den Schieber in seine verschiedenen Schaltstellungen bewegen.

Im Hinblick auf möglichst einfache und kurze Strömungswege wird das aus dem ersten Ventil abgeströmte Arbeitsmedium und das aus dem Bypass strömende Arbeitsmedium in einem Sammelraum zusammengefaßt.

Des weiteren ist vorgesehen, daß ein Ventilstößel eines der beiden Ventile in Wirkver­ bindung mit einer Öffnungseinrichtung steht, wobei die Öffnungseinrichtung unab­ hängig von den Druckverhältnissen des Arbeitsmediums an den beiden Ventilen ange­ steuert wird. Dadurch kann der Feststeller rein wegabhängig in die deblockierte Schalt­ stellung gebracht werden.

So umfaßt die Öffnungseinrichtung eine Halteeinrichtung, die bei einer Verschiebebe­ wegung des Kolbens den Ventilstößel festhält und damit das eine der beiden Ventile unabhängig von der Schaltstellung des anderen Ventils freigibt.

Die Funktion des Offenhaltens eines der beiden Ventile ist auf eine Hublänge be­ schränkt, indem die Halteeinrichtung ein Federelement umfaßt, das den Ventilstößel gegen die Kraft der Feder des zugehörigen Ventils auf einer Hublänge offenhält. Danach rastet die Öffnungseinrichtung aus und ist damit unwirksam. Bei einem erneuten Stop der Feststellerbewegung steht die Funktion der Öffnungseinrichtung nicht zur Verfü­ gung.

So ist die Halteeinrichtung auf einen definierte Hublage des Kolbens ausgelegt, die der maximalen Einfahrposition des Kolbens entspricht. Bei Fahrzeugklappen, die aus der geschlossenen Position geöffnet werden müssen, liegt häufig eine ungünstige Hebel­ armlänge vor, so daß relativ große Handkräfte für eine Öffnungsbewegung eines der beiden Ventile notwendig wären. Mit dieser besonderen Auslegung wird dem geschil­ derten Effekt entgegengewirkt.

Man kann das Federelement zusammen mit dem Ventilstößel mit einem zylinderseitigen Anschlag zusammenwirken lassen, wobei der Anschlag die definierte Hublage be­ stimmt. Als Anschlag kann man eine einfache Sicke im Zylinder einsetzen.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Feststellers,

Fig. 2 Feststeller nach Fig. 1 in deblockierter Schaltstellung,

Fig. 3 Variante der Fig. 1 und 2,

Fig. 4 Feststeller mit axial angeordnetem ersten Ventil.

Die Fig. 1 zeigt einen Feststeller 1, der einen Zylinder 3 aufweist, in dem ein Kolben 5 an einer Kolbenstange 7 den Zylinder in einen oberen und einen unteren Arbeits­ raum 9; 11 unterteilt. Der Zylinder ist mit einem Arbeitsmedium, einem Gas oder einer Flüssigkeit gefüllt, wobei für den Einsatz einer Flüssigkeit ein Ausgleichsraum für das Volumen der ein- und ausfahrenden Kolbenstange bereitgestellt werden muß.

Zwischen den beiden Arbeitsräumen besteht eine erste Strömungsverbindung 13, die von einem ersten Ventil 15 mit einem Ventilkörper 17 gegen die Schließkraft einer er­ sten Feder 19 von einem Betriebsdruck im Arbeitsraum 9 freigegeben werden kann. Das erste Ventil 15 entspricht in seinem Aufbau einem Rückschlagventil. Im weiteren Strö­ mungsweg ist eine Steuerfläche 21 eines zweiten Ventilkörpers 23 angeordnet, wobei der zweite Ventilkörper mit einer zweiten Feder 25 ein zweites Ventil 27 bildet. Der zweite Ventilkörper ist als Ventilschieber ausgeführt, der einen Bypass 29 zu der Strö­ mungsverbindung 13 freigibt oder verschließt. Die erste Strömungsverbindung 13 und der geöffnete Bypass 29 werden in einem Sammelraum 31 zusammengeführt. Die Vo­ lumenströme des ersten und des zweiten Ventils werden im weiteren durch einen Ab­ schnitt 13a der Strömungsverbindung in den unteren Arbeitsraum 11 abgeleitet.

Innerhalb des Abschnitts 13a der Strömungsverbindung 13 ist eine Drosselstelle 33 in­ stalliert, die ein nennenswertes Druckgefälle zwischen der Steuerfläche 21 und der ge­ genüberliegenden Stirnfläche erzeugt.

Bei der Benutzung, d. h. einer Ausfahrbewegung der Kolbenstange 7, s. Fig. 2, öffnet sich das erste Ventil 15 aufgrund des Staudrucks vor dem ersten Ventilkörper 17. Die Drosselstelle hat vor der Steuerfläche 21 ebenfalls einen Staudruck wirksam werden las­ sen, der den zweiten Ventilkörper 23 in die eingezeichnete Schaltstellung bewegt, bei der der Bypass 29 eine Anbindung zum Sammelraum eingeht. In Abhängigkeit der Drosselwiderstände zwischen dem ersten und dem zweiten Ventil kann das erste Ventil eine geschlossenen Schaltstellung einnehmen, ohne daß davon das Betriebsverhalten von dem zweiten Ventil 27 und damit dem gesamten Feststeller beeinflußt wird.

In Einfahrrichtung werden beide Ventile 15; 27 von den jeweiligen Federn 19; 25 ver­ schlossen. Damit die Kolbenstange des Feststeller wieder eingeschoben werden kann, verfügt der Kolben 5 über einen Schaltring 35, der eine Überdruckverbindung 37 zwi­ schen den beiden Arbeitsräumen 9; 11 freigibt. Oberhalb einer definierten Einschubkraft wird der Schaltring reibkraftgesteuert in eine vertiefte Schaltringnut 35a bewegt, die den ansonsten dichtenden Schaltring hinterströmen läßt.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Öffnungseinrichtung 39, die aus einem Ventilstößel 41 des zweiten Ventils 27 und einer am Zylinder 3 befestigten Halteeinrichtung 43 besteht, wobei die Halteeinrichtung mindestens ein Federelement 45 in der Form einer Feder­ zunge aufweist. Ein Absatz 47 greift an dem mindestens einen Federelement 45 an. Der Sinn der Öffnungseinrichtung liegt darin, daß unabhängig von den Staudrücken an den Ventilen 15; 27 eine Öffnungsbewegung des zweiten Ventils 27 erreicht wird, um eine kraftarme Deblockierung des Feststellers zu erreichen, da der erhöhte Kraftaufwand für die Öffnung des ersten Ventils 15 entfällt.

Bei einer Ausfahrbewegung der Kolbenstange bzw. des Kolbens wird der Ventilstö­ ßel 41 zunächst von dem Federelement 45 festgehalten. Eine weitere auftretende Rela­ tivbewegung zwischen dem Ventilstößel und dem Kolben entspricht der Öffnungsbe­ wegung des zweiten Ventils 27. Ist das zweite Ventil 27 geöffnet, dann übersteigt die Federkraft der Feder 25 des zweiten Ventils die Haltekraft des Federelementes 45, das dann am Absatz 47 abgleitet und damit außer Eingriff ist. Bei einer Einfahrbewegung durchdringt der Absatz mit seiner konischen Mantelfläche das Halteelement. Der zweite Ventilkörper kann dabei mit seiner Steuerfläche 21 auf Anschlag gehen, ohne das ein Einfluß auf die Einschubbewegung auftritt, da der Schaltventilring 35 die Überdruck­ verbindung 37 freigegeben hat und damit das erste und zweite Ventil überbrückt sind.

Die Öffnungseinrichtung ist bevorzugt der maximalen Einfahrstellung des Feststeller zu­ geordnet, damit bei einer Anwendung des Feststeller bei einer größeren Klappe diese aus der geschlossenen Position mit einem minimalen Kraftaufwand geöffnet werden kann.

Die Fig. 3 zeigt eine reale Konstruktion des Ventilprinzips nach den Fig. 1 und 2. Als Fe­ der 19 für das erste Ventil 15 wird eine Ringfeder eingesetzt, die sich als Bimetallfeder ausführen läßt, damit der Temperatureinfluß auf die Deblockierkräfte der beiden Venti­ le 15; 27 kompensiert werden kann.

Ein Gehäuse 49 des Kolbens 5 ist in Richtung des zweiten Ventils 27 mehrfach gestuft ausgeführt, um eine Befestigungsscheibe 51 aufnehmen zu können. Ein Gehäuseinnen­ teil 53 bildet zusammen mit dem Gehäuse 49 die Strömungsverbindung 13 zwischen dem Arbeitsraum 9 und dem Sammelraum 31. Im rechten Halbschnitt ist das zweite Ventil 27 in der geschlossenen Schaltposition dargestellt. Die Steuerfläche 21 liegt zwar aufgrund der Federkraft der Feder 25 am Gehäuseinnenteil 53 an, doch ist diese Ver­ bindung strömungstechnisch nicht als dicht anzusehen, so daß das Arbeitsmedium übertreten kann.

Im Sammelraum 31 ist eine erste Schieberdichtung 55 angeordnet, die in der geschlos­ senen Schaltstellung des zweiten Ventilkörpers den Übertritt von Arbeitsmedium aus dem Bypass 29 in den Sammelraum unterbindet. In der geöffneten Schaltstellung ist die Schieberdichtung 55, wie man in der linken Schnitthälfte erkennt, unwirksam. Eine zweite Schieberdichtung 57 dichtet den Bypass zum unteren Arbeitsraum 11 ab. Ein Zentralkanal im Ventilstößel 41 bildet den Abschnitt 13a mit einer als Querbohrung ausgebildeten Drosselstelle 33.

Abweichend zu den Fig. 1 und 2 ist die Öffnungseinrichtung mit einem am Ventilstö­ ßel 41 befestigten Federelement 45 ausgestattet. Die eigentliche Halteeinrichtung be­ steht aus einer einfachen umlaufenden Sicke im Zylinder 3 als Anschlag, der auch die definierte Hublage für die Wirkung der Öffnungseinrichtung 39 bestimmt. Das Funktions­ prinzip ist aber identisch zu den Ausführungen nach Fig. 1 und 2.

Eine weitere Variante ist in der Fig. 4 dargestellt, bei der das erste Ventil 15 in Achsrich­ tung der Kolbenstange 7 angeordnet ist. Das Funktionsprinzip entspricht den Ausfüh­ rungen nach den Fig. 1 bis 3. Gleiche Bauteile haben entsprechende Bezugsziffern.

Abweichend wird die Steuerfläche 21 für die Betätigung des zweiten Ventilkörpers 23 von einer Dichtungsmanschette 59 gebildet, die am Außendurchmesser zum Zylinder 3 und am Innendurchmesser zum zweiten Ventilkörper 23 abdichtet.

In der rechten Zeichnungshälfte ist die Verbindung zwischen den beiden Arbeitsräu­ men 9; 11 vollständig blockiert. Das radial in den Kolben 5 einströmende Arbeitsmedium steht an dem als Kugel ausgebildeten ersten Ventilkörper an. Die druckbeaufschlag­ te Fläche der Kugel ist entsprechend dem Querschnitt der Strömungsverbindung 13 sehr klein. Schon sehr kleine Federkräfte der ersten Feder 19 können den ersten Ventilkörper dichtend vorspannen. Bei einer Bewegung der Kolbenstange in Richtung des Arbeits­ raums 9 wird der Ventilkörper 17 von seinem Ventilsitz abgehoben. Der Ventilkörper 17 wird von dem Ventilstößel 41 geführt, der sich bis in den Arbeitsraum 11 erstreckt und ebenfalls von der Feder 19 vorgespannt ist. Das Arbeitsmedium setzt seinen Strö­ mungsweg entlang dem Ventilstößel bis zu einer Queröffnung 61 fort, die in ständiger Überdeckung mit einer weiteren Queröffnung 63 im zweiten Ventilkörper 23 steht, die über mindestens eine Nut 64 im Sammelraum 31 mündet. In dieser Schaltstellung wird der Sammelraum von der Dichtungsmanschette 59 zum Arbeitsraum 11 abgedichtet.

Sobald ein genügend großer Staudruck an der Dichtungsmanschette im Stauraum 31 anliegt, bewegt sich ein ständig mit der Dichtungsmanschette und dem zweiten Ventil­ körper 23 verbundener Schieber 65, der von der Feder 25 des zweiten Ventils vorge­ spannt ist, in die Stellung entsprechend dem linken Halbschnitt dieser Figur. Nun kann das Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum 9 über den Bypass 29 entlang der Dich­ tung 57 in den Sammelraum strömen. Der Weg des Arbeitsmediums setzt sich über die Queröffnung 63 in einen von der Dichtmanschette 59 und einem Führungszapfen 66 gebildeten Ringraum 67 fort der wiederum mit einer Überströmnut 68 des Führungs­ zapfen 66 verbunden ist. Der Überströmnut schließt sich ein weiterer Ringraum 69 an, der von der Rückseite der Dichtmanschette, der Vorderseite und einem Absatz des Schiebers 65 sowie dem Führungszapfen gebildet wird. Es schließen sich Axialöffnun­ gen 71 im Schieber 65 an, die in den Arbeitsraum 11 münden.

Im Hinblick auf ein einfaches Verstellen aus einer definierten Hublage sind zwei Varian­ ten anwendbar. Zum einen kann der Zylinder 3 auf einer Länge eine Durchmessererwei­ terung 73 aufweisen, die den Schaltring 35 unwirksam werden läßt, da auch im Bereich des Schaltringes ein ausreichend großer Spalt 75 vorliegt, durch den das Arbeitsmedium strömen kann. Damit ist das erste Ventil 15 überbrückt, da das Arbeitsmedium vom Ar­ beitsraum 9 direkt in den Sammelraum 31 strömt und anschließend den bereits be­ schriebenen Weg zurücklegt. Die Dichtmanschette 59 ist radial elastisch und kann des­ halb des Durchmesserunterschied im Bereich der Durchmessererweiterung ausgleichen.

Wenn man auf eine radial elastische Dichtmanschette und eine Durchmessererweite­ rung verzichten will, kann man den Ventilstößel 41, der wie bereits erwähnt, bis in den Arbeitsraum 11 ragt, mit einer Öffnungseinrichtung nach dem Prinzip der Fig. 1 bis 3 versehen. Der Vorteil der Verbindung der Öffnungseinrichtung mit dem Ventilstößel am ersten Ventil 15 liegt darin, daß die Federkraft der Feder 17 sehr viel kleiner sein kann, als die Federkraft der Feder 25, da die druckbeaufschlagten Flächen, die gegen die Fe­ derkräfte beiden Federn wirken, sehr unterschiedlich groß ausgeführt sind. Bei einer langsamen Bewegung aus dem Stillstand heraus ist als Auslösekraft für das erste Ven­ til 15 nur eine geringe Kraft notwendig.

Claims (9)

1. Feststeller, umfassend einen mit einem Arbeitsmedium gefüllten Zylinder, der von einem Kolben in zwei Arbeitsräume unterteilt wird, wobei zwischen den Arbeitsräu­ men mindestens eine Strömungsverbindung vorliegt, die von einem ersten und einem zweiten Ventil angesteuert wird, wobei das zweite Ventil erst dann öffnen kann, wenn das erste Ventil geöffnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ventile (15; 27) parallel geschaltet sind, wobei das aus dem ersten Ventil (15) austretende Arbeitsmedium das zweite Ventil (27) in die Öffnungsstellung bewegt und das zweite Ventil (27) von einem Druck in einem Bypass (29) zum ersten Ventil (15) in der Öffnungsstellung unabhängig von der Schaltstellung des ersten Ventils (15) gehalten wird.

2. Feststeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ventil (27) einen Schieber umfaßt, der den Bypass zum ersten Ventil freigibt oder verschließt.

3. Feststeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem ersten Ventil abgeströmte Arbeitsmedium und das aus dem Bypass strömende Arbeitsmedium in einem Sammelraum zusammengefaßt wird.

4. Feststeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventilstößel (41) eines der beiden Ventile (15; 27) in Wirkverbindung mit ei­ ner Öffnungseinrichtung (39) steht, wobei die Öffnungseinrichtung (39) unabhängig von den Druckverhältnissen des Arbeitsmediums an den beiden Ventil (15; 27) ange­ steuert wird.

5. Feststeller nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungseinrichtung (39) eine Halteeinrichtung (43) umfaßt, die bei einer Verschiebebewegung des Kolbens (5) den Ventilstößel (41) festhält und damit das ei­ ne der beiden Ventile (15; 27) unabhängig von der Schaltstellung des anderen Ven­ tils (15; 27) freigibt.

6. Feststeller nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung (43) ein Federelement (45) umfaßt, das den Ventilstößel (41) gegen die Kraft der Feder des zugehörigen Ventils (15; 27) auf einer Hublänge offen­ hält.

7. Feststeller nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung (43) auf einen definierte Hublage des Kolbens (5) ausgelegt ist.

8. Feststeller nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die definierte Hublage der maximalen Einfahrposition des Kolbens (5) entspricht.

9. Feststeller nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (45) mit einem zylinderseitigen Anschlag zusammenwirkt, wo­ bei der Anschlag die definierte Hublage bestimmt.