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Die
Erfindung betrifft einen Kontraktionsantrieb mit einem sich zwischen
einem ersten und einem zweiten Kopfstück, die voneinander beabstandet
sind, erstreckenden Kontraktionsschlauch, der bei Beaufschlagung
seines Innenraums mit einem fluidischen Druckmedium um einen Kontraktionshub kontrahiert,
so dass sich die beiden Kopfstücke
mit einer Kontraktionsgeschwindigkeit einander annähern, und
mit einem in dem Innenraum angeordneten Funktionselement.
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Ein
derartiger Kontraktionsantrieb ist beispielsweise aus der deutschen
Offenlegungsschrift
DE
199 17 481 A1 bekannt. Der bekannte Kontraktionsantrieb
enthält
einen Kontraktionsschlauch mit eingebettetem Fasermaterial, das
eine Strangstruktur mit einer Vielzahl in Überkreuz-Konfiguration verlaufender
biegeflexibler Stränge
enthält.
Bei Druckbeaufschlagung des Innenraumes nimmt die Ausdehnung des
Kontraktionsschlauches radial zu, wobei sich der Kontraktionsschlauch
gleichzeitig axial kontrahiert und einen vorbestimmten Kontraktionshub
durchführt.
Dabei nähern
sich die beiden Kopf stücke
einander an. Zur Ausübung
von Zug- oder Druckkräften
zwischen den beiden Kopfstücken
sieht die
DE 199 17
481 A1 beispielsweise eine mechanische Federeinrichtung
vor, die nach Druckentlastung des Innenraumes die beiden Kopfstücke wieder
voneinander entfernt, sodass sie eine vor der Druckbeaufschlagung
angenommene Grundstellung wieder einnehmen. Eine weitere in der
DE 199 17 481 A1 vorgestellte
Variante eines möglichen
Funktionselements ist ein pneumatischer Zylinder, der im Innenraum
des Kontraktionsschlauchs angeordnet ist und zwischen den beiden
Kopfstücken
Zug- oder Druckkräfte
ausüben
kann.
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Bei
einem Kontraktionsantrieb gemäß dem deutschen
Gebrauchsmuster 203 14 992, der grundsätzlich gleichartig aufgebaut
ist wie der oben beschriebene Kontraktionsantrieb, ist zur Verminderung des
Druckluftverbrauchs ein Füllelement
aus Material mit gummielastischer Eigenschaft im Innenraum des Kontraktionsantriebs
vorgesehen. Bei einer Betätigung
des Kontraktionsantriebs ist weniger Fluid erforderlich. Die beiden
Kopfstücke
prallen beim Kontrahieren des Antriebs nicht aufeinander, sondern werden
durch das Füllelement
auf Abstand gehalten.
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Sowohl
bei der vorgenannten Feder als auch bei dem elastischen Füllelement
setzt die Dämpfungswirkung
bzw. Abbremswirkung bei einer Betätigung des Kontraktionsantriebs
sofort ein, d.h. der Kontraktionsantrieb hat nur eine deutlich verminderte Betätigungsgeschwindigkeit.
Die Dynamik des Kontraktionsantriebs ist durch die vorgenannten
Funktionselemente eingeschränkt.
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Es
gibt jedoch Anwendungsgebiete, bei denen eine große Dynamik
gefordert ist. Wird der Kontraktionsantrieb beispielsweise zum Aufstellen
einer Motorhaube oder eines sonstigen Karosserieteils eines Kraftfahrzeugs
verwendet, um einen Fußgängerschutz
bei einem Unfall bereitzustellen, ist ein schnelles Ansprechen des
Kontraktionsantriebs gefordert. Wird der Kontraktionsantrieb dann
bereits von Anfang an nur mit verminderter Dynamik betätigt, ist
der erforderliche Betätigungshub
unter Umständen
noch nicht durchgeführt,
wenn es zum Aufprall mit einem Hindernis, insbesondere einem Fußgänger kommt. Der
Fußgänger kann
dadurch verletzt werden. Wird ein konventioneller Kontraktionsantrieb
ohne ein Funktionselement verwendet, besteht die Gefahr von Verletzungen
des Fußgängers dadurch,
dass der Kontraktionsantrieb bzw. das Karosserieteil am Ende des
Kontraktionshubs nachschwingt. Ferner kann es zu Zerstörungen von
Bauteilen, beispielsweise des Karosserieteils, kommen, wenn der
Kontraktionsantrieb mit ungebremster Geschwindigkeit vollständig kontrahiert.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen dynamischen
Kontraktionsantrieb bereitzustellen, der schnell anspricht und dessen Schwingungsverhalten
optimiert ist.
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Zur
Lösung
der Aufgabe ist bei einem Kontraktionsantrieb der eingangs genannte
Art vorgesehen, dass das Funktionselement eine Stoßdämpfereinrichtung
enthält,
die auf einem Endabschnitt des Kontraktionshubs eine Verringerung
der Kontraktionsgeschwindigkeit bewirkt.
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Der
erfindungsgemäße Kontraktionsantrieb weist
ein durch die Stoßdämpfereinrichtung
verringertes Totvolumen auf. Dadurch spricht der Kontraktionsantrieb
sehr schnell an und weist einen geringen Fluidverbrauch auf. Während einer
Beschleunigungsphase zu Beginn des Kontraktionshubs, kontrahiert
der Kontraktionsantrieb ungebremst, sodass die gewünschte hohe
Dynamik erzielt ist. Nachdem eine vorbestimmte Kontraktionsgeschwindigkeit
im Sinne einer Annäherung
der beiden Kopfstücke
erreicht ist, setzt die Wirkung der Stoßdämpfereinrichtung ein. Während eines
Endabschnitts bremst die Stoßdämpfereinrichtung
die Kontraktionsgeschwindigkeit, d.h. die Annäherung der beiden Kopfstücke zueinander,
ab, sodass die beiden Kopfstücke
nicht oder zumindest nur in gedämpftem
Maße aufeinander
treffen. Dadurch entstehen am Ende des Kontraktionshubs keine oder
nur deutlich weniger unerwünschte
Schwingungen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Kontraktionsantrieb
handelt es ich vorzugsweise um einen pneumatischen Kontraktionsantrieb.
Die Stoßdämpfereinrichtung
ist vorteilhafterweise eine fluidische, insbesondere eine pneumatische
Stoßdämpfereinrichtung.
Die Stoßdämpfereinrichtung
kann beispielsweise einen Kolben aufweisen, der in einer Kammer
beweglich ist. Bei einer Bewegung entlang eines Dämpfungs-
oder Bremswegs komprimiert der Kolben Fluid, insbesondere Luft,
die sich in der Kammer befindet.
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Auch
eine federmechanische Lösung,
bei der die Stoßdämpfereinrichtung
eine mechanische Feder, insbesondere eine Schraubenfeder aufweist, ist
zweckmäßig. Es
versteht sich, dass auch eine Variante der Erfindung vorgesehen
sein kann, die sowohl eine fluidische oder pneumatische Feder als auch
eine Schraubenfeder, insbesondere kombiniert in einer Stoßdämpfereinrichtung,
aufweist. Beispielsweise ist die mechanische Feder in der Kammer
angeordnet, in der sich der Kolben der fluidtechnischen Stoßdämpfereinrichtung
hin und her bewegt.
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Besonders
bevorzugt ist eine Verwendung des Kontraktionsantriebs bei einem
Fahrzeug, insbesondere bei einem Kraftfahrzeug. Der Kontraktionsantrieb
betätigt
beispielsweise ein Karosserieteil des Fahrzeugs bevor oder wenn
das Karosserieteil auf ein Hindernis auftrifft.
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Die
erfindungsgemäße Stoßdämpfereinrichtung
erstreckt sich zweckmäßigerweise
zwischen den beiden Kopfstücken.
Es ist vorteilhaft, die Stoßdämpfereinrichtung
an dem ersten Kopfstück
anzuordnen, beispielsweise sie mit diesem zu verbinden. Die Stoßdämpfereinrichtung
kann ein Bestandteil des ersten Kopfstücks bilden. zweckmäßigerweise ist
die Stoßdämpfereinrichtung
im unbetätigten
Zustand von dem zweiten Kopfstück
beabstandet. Das zweite Kopfstück
trifft nach einem vorbestimmten Anteil des Kontraktionshubs auf
die Stoßdämpfereinrichtung
und wird dann, d.h. auf dem Endabschnitt des Kontraktionshubs, durch
die Stoßdämpfereinrichtung
abgebremst.
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Es
versteht sich, dass auch eine Bauvariante möglich ist, bei der die Stoßdämpfereinrichtung
mit beiden Kopfstücken
verbunden ist, die Dämpfungswirkung
aber erst nach einem vorbestimmten Anteil des Kontraktionshubs einsetzt.
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Eine
besonders bevorzugte Variante der Erfindung sieht vor, dass der
Kontraktionsantrieb einen Anschlag, insbesondere im Innenraum des
Kontraktionsschlauchs, aufweist, der den Kontraktionshub begrenzt.
Der Anschlag wird zweckmäßigerweise druch
die Stoßdämpfereinrichtung
gebildet oder ist in dieser enthalten. Es versteht sich, dass auch
ein von der Stoßdämpfereinrichtung
separater Anschlag vorgesehen sein kann. Der Anschlag bewirkt eine
Begrenzung des gesamten prinzipiell möglichen Kontraktionshub des
Kontraktionsantriebs, so dass beispielsweise der Kontraktionshub
mit Anschlag etwa 10% – 30%,
insbesondere 15%, des ohne Anschlag möglichen Kontraktionshubs beträgt.
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Die
Stoßdämpfereinrichtung
ist vorteilhafterweise reversibel, d.h. sie nimmt nach einer Betätigung ihre
vor der Betätigung
vorhandene Ausgangsstellung zumindest im Wesentlichen wieder ein.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kontraktionsantriebs
im unbetätigten
Zustand,
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2,
den Kontraktionsantrieb gemäß 1 in
teilweise kontrahiertem Zustand,
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3 den
Kontraktionsantrieb gemäß 1 und 2 in
einer teilweise geschnittenen Ansicht bei einem vollständigen Kontraktionshub,
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4 ein
Weg-Zeit-Diagramm einer Betätigung
des Kontraktionsantriebs gemäß 1 bis 3.
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Bei
einem Kontraktionsantrieb 10 sind ein erstes Kopfstück 12 und
ein zweites Kopfstück 11 an einander
entgegengesetzten Enden eines Kontraktionsschlauchs 13 angeordnet.
Der Kontraktionsantrieb 10 weist eine beispielsweise hohlzylindrische Gestalt
auf und erstreckt sich axial zwischen den beiden Kopfstücken 11, 12.
Der Kontraktionsschlauch 13 ist an den Kopfstücken 11, 12 befestigt,
beispielsweise mittels Klemmen und/oder Kleben oder dergleichen.
In einem Schlauchkörper 14 aus
gummielastischem Material, z.B. Gummi, Elastomer oder dergleichen,
befindet sich eine biegeflexible Strangstruktur 15 mit
einer Vielzahl in Überkreuzkonfiguration
verlaufenden biegeflexiblen Strängen.
Diese Stränge
sind faserartig und weisen eine hohe Zugfestigkeit auf. Die Strangstruktur
hat beispielsweise eine Art Rautengitter-Struktur, die zweckmäßigerweise vollständig von
dem gummielastischen Material des Schlauchkörpers 14 umschlossen
ist.
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Der
Kontraktionsschlauch 13 und die Kopfstücke 11, 12 begrenzen
einen Innenraum 16, der mit Fluid, im vorliegenden Fall
mit Druckluft, beaufschlagbar ist. Beispielsweise kann mittels einer Druckluftquelle 17 oder
einer sonstigen Fluidquelle gegebenenfalls mittels einer Ventilanordnung über einen
Schlauch 18 Fluid, d.h. Druckluft, in den Kontraktionsantrieb 10 eingespeist
werden. Der Schlauch 18 ist an einem Fluidan schluss an
einen Fluidkanal 19 im Kopfstück 12 angeschlossen, über den
Druckluft in den Innenraum 16 einströmen kann.
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Bei
Druckluftbeaufschlagung dehnt sich der Kontraktionsschlauch 13 radial
aus und verkürzt
sich dabei axial. Die Kopfstücke 11, 12 nähern sich
dann einander entlang eines Kontraktionshubs oder -wegs 20 an.
An den Kopfstücken 11, 12 sind
zu betätigende
Elemente 21, 22 befestigt oder befestigbar. Die Elemente 21, 22 sind
beispielsweise Karosserieteile eines Fahrzeugs 23. Zur
Befestigung an den Elementen 21, 22 sind Befestigungseinrichtungen 24, 25 an den
Kopfstücken 11, 12 vorhanden,
z.B. Ösen, Schraubvorrichtungen,
Klemmvorrichtungen oder dergleichen. Beispielsweise handelt es sich
bei dem Element 22 um eine Basiskarosserie des Fahrzeugs 23 und
bei dem Element 21 um einen Kniehebel oder eine sonstige
Scharniervorrichtung des Fahrzeugs 23, an der z.B. eine
Motorhaube oder ein sonstiges nicht dargestelltes Karosserieteil
befestigt ist. Bei einer Kontraktion des Kontraktionsantriebs 10 nähern sich
die beiden Kopfstücke 11, 12 einander
an und bewirken eine Relativbewegung der Elemente 21, 22,
wodurch beispielsweise eine Motorhaube des Fahrzeugs 23 aufgestellt
wird.
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Es
ist gewünscht,
dass sich diese Motorhaube möglichst
schnell aufstellt, um beispielsweise einen optimalen Fußgängerschutz
bei einem Aufprall eines Fußgängers auf
das Fahr zeug 23 bereitzustellen. Andererseits soll der
Betätigungshub
zumindest am Ende gedämpft
oder mit verringerter Geschwindigkeit verlaufen, sodass unerwünschte Schwingungen
relativ zwischen den Elementen 21, 22 vermieden
werden. Zu diesem Zweck ist im Innenraum 16 als ein Funktionselement
eine Stoßdämpfereinrichtung 26 angeordnet.
Die Stoßdämpfereinrichtung 26 ist
im vorliegenden Fall eine kombinierte fluidische/mechanische Stoßdämpfereinrichtung.
Die Stoßdämpfereinrichtung 26 enthält beispielsweise eine
pneumatische Zylinderanordnung 27 mit einem Gehäuse 28,
das eine Kammer 29 begrenzt. Die Stoßdämpfereinrichtung 26,
z.B. das Gehäuse 28,
ist beim Ausführungsbeispiel
am Kopfstück 12 befestigt und
steht in Richtung des Kopfstücks 11 vor
das Kopfstück 12 vor.
In der Kammer 29, die zum Kopfstück 11 hin offen ist,
ist ein Kolben 30 in Form eines Stangenkolbens hin und
her beweglich geführt,
wobei der Kolben 30 bei einer Bewegung in Richtung des
Kopfstücks 12 in
der Kammer 29 befindliches Fluid komprimiert, z.B. Luft
oder ein sonstiges Gas. Dadurch erfährt der Kolben 30 eine
Gegenkraft oder Bremskraft in Richtung des Kopfstücks 11.
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Bei
Druckluftbeaufschlagung des Kontraktionsschlauchs 13 mit
der Druckluftquelle 17 beschleunigt der Kontraktionsschlauch 13 das
Kopfstück 11 in
Richtung des Kopfstücks 12.
Das Kopfstück 11 legt
bist zu einem Zeitpunkt t1 (siehe 4) einen
Beschleunigungsweg 33 zurück, bis es auf einen Betätigungskopf 31 auftrifft,
der am vorderen, dem Kopfstück 11 zugewandten
Ende des Kolbens 30 angeordnet ist. Sodann setzt die Bremswirkung der
Stoßdämpfereinrichtung 26 ein.
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Auf
einem Endabschnitt 34 des Kontraktionshubs 20 wird
das Kopfstück 11 bei
seiner Relativbewegung in Richtung des Kopfstücks 12 abgebremst.
Das Kopfstück 11 bewegt
den Kolben 30 in Richtung des Kopfstücks 12, sodass in
der Kammer 29 befindliche Luft verdichtet wird und den
Kolben 30 und somit das Kopfstück 12 abbremst. Zusätzlich ist in
der Kammer 29 eine Feder 35, z.B. eine Schraubenfeder,
angeordnet, die eine weitere Dämpfungswirkung
entfaltet. Es versteht sich, dass die Feder 35 eine optionale,
nicht notwendige Variante der Erfindung darstellt.
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Am
Ende des Endabschnitts 34 begrenzt ein Anschlag 36 den
Kontraktionshub 20. Der Anschlag 36 ist durch
das vordere, dem Kopfstück 12 zugewandten
Ende des Gehäuses 28 der
Stoßdämpfereinrichtung 26 gebildet.
Beispielsweise trifft der Betätigungskopf 31 auf
den Anschlag 36 auf.
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Die
Bremswirkung der Stoßdämpfereinrichtung 26 ist
in 4 anhand eines Weg-Zeit-Diagramms schematisch
dargestellt. Eine durchgezogene Linie 37 entspricht einem
Kontraktionshub 20, d.h. beispielsweise einer Bewegung
des Kopfstücks 11 in Rich tung
des Kopfstücks 12.
Die durchgezogene Linie 37 zeigt, wie die Stoßdämpfereinrichtung 26 die Geschwindigkeit
des Kopfstücks 11 relativ
zum Kopfstück 12 verringert.
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Eine
gestrichelte Linie 38 zeigt ein Schwingungsverhalten des
Kontraktionsantriebs 10, wenn die Stoßdämpfereinrichtung 26 nicht
vorhanden ist. Am Ende des Kontraktionshubs 20 kommt es
zu Schwingungen um die Endlage der beiden Kopfstücke 11, 12 relativ
zueinander.