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Die Erfindung betrifft ein fluidisches, insbesondere hydropneumatisches Verstellelement mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Ein solches fluidisches Verstellelement mit einem fluidgefüllten Zylinder, einem Kolben und einer Kolbenstange ist aus der Praxis bekannt. Derartige Verstellelemente sind mit ihrer Dämpftechnik und ihren Festigkeiten auf die im Normalbetrieb wirkenden Belastungen ausgelegt. Solche z. B. hydropneumatische und blockierbare Verstellelemente werden z. B. für die Lehnenverstellung von Sitzen in Flug- oder Fahrzeugen eingesetzt. Bei Unfällen oder dgl. kann ein Überlastfall eintreten, bei dem von außen wesentlich höhere Kräfte auf das Verstellelement einwirken. Die bisher üblichen und bekannten Verstellelemente versagen im Überlastfall und werden zerstört oder so stark beschädigt, insbesondere verformt, dass sie eine Gefahrenquelle für einen Passagier darstellen können.
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Die
DE 198 09 389 C1 offenbart eine längenverstellbare Säule für Tische, wobei in einem Standrohr eine Gasfeder angeordnet und mit ihrem Zylinder an einer rohrinternen Führungsbuchse zentriert ist. Das Standrohr endet an der Führungsbuchse, aus welcher der Zylinder herausragt und axial beweglich ist.
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Die
DE 31 51 070 A1 befasst sich mit einer Gasfeder an einer Fahrzeugkarosserie. Im Crashfall können die endseitigen Anlenkpunkte der Gasfeder an der Karosserie im Rahmen einer Knautschzonenverformung stärker als normal gegenseitig angenähert werden, wodurch die Kolbenstange tiefer als üblich einfährt, wobei die Rückstellkraft der Gasfeder eliminiert wird, indem die Kolbenstange durch die übergroße Einfahrbewegung einen Entlastungsraum freigibt, der ein Entweichen des unter Druck stehenden Gases ins Freie erlaubt.
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Die
DE 197 27 931 A1 und die
EP 0 473 955 A2 befassen sich mit einem Pralldämpfer für Fahrzeugteile, der im normalen Fahrbetrieb inaktiv ist und erst im Crashfall in Funktion tritt.
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Die
DE 10 2009 025 142 A1 lehrt einen Schwingungsdämpfer, der einerseits ein Kolben-Zylinder-Aggregat und andererseits eine Zylinderrohrendkappe aufweist, die mit einer Zusatzfedereinrichtung des Schwingungsdämpfers in Verbindung steht. Die Kappe hat Entlüftungsbohrungen, durch die bei einem Anschlagen der Zusatzfederreinrichtung komprimierte Luft aus der Kappe zur Atmosphäre zurückgeführt werden kann. Zweck dieser Technik ist das Vermeiden eines Eindringens der komprimierten Luft in den Arbeitsraum des Zylinders. Andererseits soll die besagte Kappe am Kolbenstangenaustritt verschlepptes Dämpfungsmittel aufnehmen und speichern, sodass es nicht in unerwünschter Weise an der Zylinderaußenseite herabläuft.
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Die
DE 12 84 692 A zeigt zwei ineinander greifende und über Nuten und Scherstifte fixierbare Zylinder mit einer internen Stützfeder. Zwischen den einander überlappenden Zylinderwänden ist ein federbelasteter Scherstift angeordnet, der eine Dämpfung der Einfahrbewegung bewirkt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein besseres Verstellelement aufzuzeigen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch.
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Mit der Erfindung wird der Einsatz eines Crashelements vorgeschlagen, das im Überlastfall die von außen einwirkenden Kräfte aufnimmt und die anderen Komponenten des Verstellelements schützt. Das Crashelement fängt den z. B. bei einem Zusammenstoß und einer extremen negativen Beschleunigung auftretenden Impuls ab und gibt dem Verstellelement Zeit für die Einfahrbewegung der Kolbenstange.
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Das beanspruchte fluidische Verstellelement hat den Vorteil, dass es auf die im Normalbetrieb auftretenden Kräfte und Belastungen ausgelegt und dimensioniert sein kann, wobei das Crashelement die Sicherung und den Schutz für den Überlastfall darstellt. Das Verstellelement muss dadurch nicht überdimensioniert werden. Dies spart Bauaufwand, Baugröße und Kosten. Dies ist besonders für den Einsatzbereich bei Sitzlehnenverstellungen von Vorteil, bei denen der Bauraum begrenzt ist, wobei andererseits über das Passagiergewicht und die Lehne bei Unfällen sehr hohe negative Beschleunigungen und entsprechend hohe Kräfte von außen einwirken können.
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Für die Ausbildung des Crashelements gibt es verschiedene Möglichkeiten. Insbesondere kann das Crashelement als Deformationselement ausgebildet sein, das im Überlastfall einen Verformungsweg zur Kraftaufnahme sowie zum Knick- und Bruchschutz der Kolbenstange bietet und ansonsten formstabil ist. Es kann insbesondere im Überlastfall kollabieren. Durch einen Verformungsgradienten kann der Verformungsweg kraftabhängig gestaltet werden. Andererseits kann durch einen solchen Gradienten eine angemessene Kraftaufteilung erfolgen, die für eine gleichzeitige Einfahrbewegung des Verstellelements und seiner Kolbenstange günstig ist. Das Deformationselement kann dabei als Puffer wirken, das selbst den Verformungsweg zur Verfügung stellt. Es kann auch als Öffnungsverschluss wirken, welcher im Überlastfall in seiner Schließfunktion deaktiviert, insbesondere zerstört wird und ein Ausweichen des Fluids verbunden mit einer wesentlichen Erleichterung der Einfahrbewegung der Kolbenstange bewirkt.
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In einer anderen Variante kann das Crashelement als Stützrohr ausgebildet sein, welches die ausgefahrene Kolbenstange stabilisiert und gegen Knicken auf Druckbelastung schützt.
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In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigen:
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1: Ein hydropneumatisches Verstellelement mit einem deformierbaren Crashelement,
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2 bis 4: Varianten zu 1 mit anderen deformierbaren Crashelementen und
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5: ein Verstellelement mit einem als Stützrohr ausgebildeten Crashelement.
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Die Erfindung betrifft ein fluidisches Verstellelement (1) und dessen Ausbildung.
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Ein solches fluidisches Verstellelement (1) ist in 1 bis 5 in verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellt. Es ist z. B. als hydropneumatisches Verstellelement ausgebildet. Das Verstellelement (1) weist einen mit einem Fluid, z. B. einem Druckgas oder einem Öl-Gas-Gemisch, gefüllten Zylinder (2) auf, in dem ein Kolben (5) nebst einer Kolbenstange (6) mit einer zentralen Achse (7) angeordnet ist. Der Kolben teilt den Innenraum des Zylinders in Kammern (8, 9) auf. Für den Fluidübertritt von der einen in die andere Kammer (8, 9) ist ein Bypass (nicht dargestellt) vorgesehen, der eine Drossel- oder Dämpfwirkung entfalten kann und der ggf. mit einem Blockiermechanismus (10) nebst Ventil verschließbar ist. Die Kolbenstange kann mit dem betätigbaren Blockiermechanismus (10) in verschiedenen Ausfahrstellungen arretiert werden.
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Der Zylinder (2) ist als Druckrohr ausgebildet, das z. B. im Falle einer hydropneumatischen Gasfeder auch sehr hohen Innendrücken Stand hält. Der Zylinder (2) ist an der Vorderseite mit einer Stirnwand (3) verschlossen, die eine Durchlassöffnung mit einer Führung und einer Dichtung für den Austritt der Kolbenstange (6) aufweist. Rückseitig ist der Zylinder (2) durch einen Boden (4) verschlossen. Der Zylinder (2) weist ferner geeignete Anschlüsse für die Montage bzw. Lagerung auf.
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In der gezeigten Ausführungsform ist das hydropneumatische Verstellelement (1) für einen liegenden Einbau und für den Einsatz an einer Rückenlehnenverstellung von einem Sitz in einem Flugzeug oder Fahrzeug vorgesehen. Durch das Körpergewicht des Passagiers bei der Lehnenverstellung können z. B. Kräfte von bis zu ca. 15 kN auf das Verstellelement (1) von außen einwirken. Bei einem Unfall können sehr hohe negative Beschleunigungen, z. B. von ca. 16 g bei Flugzeugen eintreten, die wesentlich höhere impulsartige Belastungen und Kräfte von z. B. bis zu ca. 40 kN zur Folge haben können. Nachdem Sitze in oder gegen die Fahrt- oder Bewegungsrichtung eingebaut werden, können die betreffenden Belastungen und Kräfte in Ein- und Ausfahrrichtung als Druck- oder Zugkräfte wirken.
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Bei Druckkräften wird die Kolbenstange (6) auf Druck belastet. Wegen einer Dämpfung und der entsprechenden Trägheit der Einfahrbewegung des Kolbens (5) und der Kolbenstange (6) besteht bei den vorgenannten extrem hohen und sehr kurzzeitigen impulsartigen Belastungen Knickgefahr für die Kolbenstange (6). Entsprechendes gilt bei einem blockierbaren Verstellelement (1). Diese bei einem Unfall, insbesondere bei einem Aufprall eines sehr schnell bewegten Fahrzeugs oder Flugzeugs auf einem stationären Hindernis auftretenden impulsartigen Belastungen stellen den sog. Überlastfall dar.
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Zur Sicherung gegen einen solchen Überlastfall weist das Verstellelement (1) ein Crashelement (11) auf, für das in den 1 bis 5 verschiedene Ausführungsbeispiele gegeben werden. Das Crashelement (11) nimmt die im Überlastfall von außen einwirkenden Kräfte auf und schützt die anderen Komponenten des Verstellelements (1), insbesondere die Kolbenstange (6). Insbesondere fängt das Crashelement (11) den bei einem Zusammenstoß und einer extremen negativen Beschleunigung auftretenden Impuls ab und gibt dem Verstellelement Zeit für eine evtl. Einfahrbewegung der Kolbenstange (10). Das fluidische Verstellelement (1) kann ansonsten in seiner Auslegung und Dimensionierung auf die bei der vorerwähnten Normalbelastung auftretenden Kräfte und Belastungen ausgelegt und dimensioniert sein.
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In den Ausführungsbeispielen der 1 bis 4 ist das Crashelement (11) als Deformationselement (12) ausgebildet, das im Überlastfall einen Verformungsweg für die Impuls- und Kraftaufnahme bietet. Hierdurch wird im Überlastfall die ausgefahrene Kolbenstange (6) entlastet und vor dem Ausknicken sowie Knickbruch geschützt. Das Deformationselement (12) weist dabei eine auf den Überlastfall und den jeweiligen Einsatzzweck abgestimmte Belastungsschwelle auf, wobei es bei Belastungen und Kräften unterhalb dieser Schwelle formstabil ist und bei Überschreitung der Schwelle sich sehr schnell verformt, insbesondere kollabiert. Die Schwelle kann durch eine Bruchfestigkeit auf Druck definiert sein.
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Das Deformationselement (12) kann einen Verformungsgradienten in Belastungswirkrichtung aufweisen. Es kann insbesondere eine in Belastungswirkrichtung zunehmende Verformungsfestigkeit aufweisen, so dass es sich anfangs sehr schnell und mit zunehmendem Weg langsamer verformt bzw. der Verformungswiderstand mit fortschreitender Verformung in Belastungswirkungsrichtung zunimmt.
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Das Deformationselement (12) kann aus einem beliebig geeignetem Material bestehen, welches die vorbeschriebenen Eigenschaften aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein technischer Schaum vorgesehen. Dieser kann z. B. auf der Basis von Kunststoffen und/oder Leichtmetallen ausgeführt sein. Als Leichtmetalle eignen sich insbesondere Aluminium, Magnesium und deren Legierungen. Der technische Schaum kann auch aus anderen geeigneten Materialien, insbesondere auch aus Verbundwerkstoffen, bestehen.
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Zur Bildung eines Deformationsgradienten kann der technische Schaum einen Dichtegradienten aufweisen. Er kann insbesondere eine in Belastungswirkrichtung zunehmende Schaumdichte besitzen, welche in dieser Wirkrichtung einen zunehmenden Verformungswiderstand oder eine ansteigende Bruchfestigkeit aufbaut.
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Das Deformationselement (12) kann in verschiedener Weise wirken. Es kann einerseits einen Puffer (13) darstellen, der selbst den Verformungsweg bereitstellt. Andererseits kann das Deformationselement (12) als Öffnungsverschluss (14) ausgebildet sein, der im Überlastfall deaktiviert, insbesondere zerstört wird und ein Ausweichen des Fluids in Zylinder (2) und somit eine Verringerung des Widerstands gegen eine Einfahrbewegung von Kolben (5) und Kolbenstange (6) ermöglicht.
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Im Ausführungsbeispiel von 1 ist das Deformationselement (12) im Innenraum des Zylinders (2) angeordnet und befindet sich im Bodenbereich hinter einem Stützkolben (15). Im Überlastfall wirken die Kolbenstange (6), der Kolben (5) und das Fluid wie ein starrer Körper und leiten die impulsartige Belastung bzw. Axialkraft auf den Stützkolben (15) und weiter auf das Deformationselement (12). Dieses wirkt als Puffer (13) und verformt sich schlagartig unter dieser Belastung, wobei es insbesondere kollabiert, sein Volumen verringert und dadurch ein Einfahren der Kolbenstange (6) ermöglicht.
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Im Ausführungsbeispiel von 2 ist das Deformationselement (12) außenseitig und in Belastungswirkrichtung hinter dem Zylinder (2) angeordnet. Es befindet sich dabei in einem topfförmigen Außenzylinder (16), welcher den Zylinder (2) an der Rückseite und in einem Teil seines hinteren Mantelbereichs umgibt. Das Deformationselement (12) befindet sich zwischen dem Boden (4) des Zylinders (2) und dem Boden des Außenzylinders (16).
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Der Außenzylinder (16) ist mit dem Zylinder (2) durch eine in Belastungswirkrichtung nachgiebige Verbindung (17) verbunden. Hierdurch kann im Überlastfall bei einer Verformung und insbesondere einem Kollabieren des Deformationselements (12) der Zylinder (2) insgesamt in den Außenzylinder (6) tiefer eintauchen und dadurch den Impuls aufnehmen. Das Deformationselement (12) ist in diesem Fall wieder als Puffer oder als Druckkissen (13) ausgebildet.
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Die Verbindung (17) ist z. B. als Rastverbindung ausgeführt. Am Mantel des Zylinders (2) ist formschlüssig ein z. B. als Federring ausgebildetes Rastelement (18) angeordnet, welches in eine Öffnung am Innenmantel des Außenzylinders (16) formschlüssig eingreift. Diese Öffnung weist eine schräge und zur Bodenseite nach hinten gerichtete Gleitfläche (19) auf, welche die besagte Eintauchbewegung ermöglicht. Der Ring (18) kann z. B. als Federring ausgebildet sein, der bei dieser Bewegung radial nachgibt und ausweicht.
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Beim Ausführungsbeispiel von 3 ist der Zylinder (2) von einem Außenzylinder (16) mit radialem Abstand umgeben, wodurch ein Aufnahmeraum (21) für das im Zylinder (2) und insbesondere in dessen rückwärtiger Innenkammer (9) befindliche Fluid gebildet wird. Der Mantel des Zylinders (2) bildet eine Trennwand (20) gegenüber dem außenseitigen Aufnahmeraum (21), die eine Überströmöffnung (22) zwischen der Innenkammer (9) in den Aufnahmeraum (21) aufweist. In der Überströmöffnung (22) ist das Deformationselement (12) angeordnet, welches in dieser Variante einen Öffnungsverschluss (14) bildet. Im Überlastfall kollabiert das Deformationselement (12) unter dem erhöhten Druck und gibt die Überstömöffnung (22) frei. Das Fluid kann schlagartig aus der Innenkammer (9) in den Ausnahmeraum (21) entweichen und erlaubt eine Einfahrbewegung des Kolbens (5) und der Kolbenstange (6).
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4 zeigt eine Variante zur 3, in welcher der Aufnahmeraum (21) im Innenraum des Zylinders (2) angeordnet ist und sich am Bodenbereich hinter einer quer liegenden Trennwand (20) befindet. Die Trennwand (20) ist durch eine Einprägung oder auf andere geeignete Weise formschlüssig und ortsfest im Zylinder (2) gehalten. Sie weist z. B. zentral eine Überströmöffnung (22) mit einem Deformationselement (12) bzw. einem Öffnungsverschluss (14) auf. Im Überlastfall kollabiert der Öffnungsverschluss (14) und lässt das Fluid aus der rückwärtigen Innenkammer (9) in den Aufnahmeraum (21) strömen, was die besagte Einfahrbewegung ermöglicht.
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5 zeigt eine andere Ausführungsform eines Crashelements (11). Dieses ist als formstabiles Stützrohr (23) ausgebildet, welches auf dem Mantel des Zylinders (2) abgestützt und geführt ist. Die Führung ist kippsicher und als Schiebepassung (25) ausgebildet. Andererseits ist das Stützrohr (23) mit der aus dem Zylinder (2) ragenden Kolbenstange (6) über einen Anschluss (26) starr verbunden. Diese Verbindung ist auch im Überlastfall stabil, so dass die impulsartig eingeleiteten Kräfte von der Kolbenstange (6) auf das Stützrohr (23) übertragen werden. Das Stützrohr (23) weist einen in der Dicke verstärkten Boden (24) auf, der die einwirkenden Kräfte aufnimmt und auf den Stützrohrmantel überleitet. Das Stützrohr (23) umgibt die Kolbenstange (6) mit radialem Abstand und wirkt als Knicksicherung. Bei dieser Ausbildung des Crashelements (11) wird die Formstabilität des Verstellelements (1) auch im Überlastfall gewährleistet und ein Abbrechen oder anderweitiges unerwünschtes Verformen oder Zerstören des Verstellelements (1) verhindert. Hierdurch kann auch im Überlastfall keine Gefahr für einen Passagier vom Verstellelement (1) ausgehen.
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Abwandlungen der gezeigten beschriebenen Ausführungsformen sind in verschiedener Weise möglich. Die Merkmale der verschiedenen Varianten können untereinander vertauscht oder miteinander kombiniert werden. Insbesondere kann ein Verstellelement (1) mehrere Crashelemente (11) gleicher oder unterschiedlicher Art aufweisen. Auf einen in 5 angedeuteten Blockiermechanismus (10) kann verzichtet werden. Ein Verstellelement (1) kann außerdem hinsichtlich seiner Funktion und konstruktiven Ausbildung abgewandelt werden. Es kann mit einem anderen Fluid, insbesondere einer Flüssigkeit, z. B. Öl, oder einer Kombination von einem Gas und einer Flüssigkeit befüllt werden. Es kann als Stoßdämpfer ausgeführt sein. Ferner kann ein Trennkolben vorhanden sein. Ein Bypass für einen Fluidübertritt kann in der Kolbenstange (6) und/oder im Kolben (5) angeordnet sein. Alternativ ist auch eine Anordnung am Zylinderbodenbereich in Verbindung mit einer dahinter liegenden Innenkammer möglich. Der Zylinder (2) kann auch als Doppelzylinder oder in anderer geeigneter Weise ausgebildet sein. Das fluidische Verstellelement (1) kann außer bei Sitzlehnenverstellungen auch in anderen Bereichen eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verstellelement hydropneumatisch, Gasfeder
- 2
- Zylinder, Druckrohr
- 3
- Stirnwand
- 4
- Boden
- 5
- Kolben
- 6
- Kolbenstange
- 7
- Achse, Zylinderachse
- 8
- Innenkammer
- 9
- Innenkammer
- 10
- Blockiermechanismus
- 11
- Crashelement
- 12
- Deformationselement
- 13
- Puffer, Druckkissen
- 14
- Öffnungsverschluss
- 15
- Stützkolben
- 16
- Außenzylinder
- 17
- Verbindung, Rastverbindung
- 18
- Rastelement, Ring
- 19
- Gleitfläche schräg
- 20
- Trennwand
- 21
- Aufnahmeraum
- 22
- Überströmöffnung
- 23
- Stützrohr
- 24
- Boden
- 25
- Führung, Passung
- 26
- Anschluss, Gewinde
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19809389 C1 [0003]
- DE 3151070 A1 [0004]
- DE 19727931 A1 [0005]
- EP 0473955 A2 [0005]
- DE 102009025142 A1 [0006]
- DE 1284692 A [0007]
