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Teleskop-Gasfeder mit hydraulisch gedämpftem Endanschlag
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Teleskop-Gasfeder mit hydraulisch
gedämpftem Endansdhlag, bestehend aus einem mit einem Druckgas gefüllten, durch
zwei Abschlusswände, einen Boden und einen Deckel, abgeschlossenen Arbeitszylinder,
einem in dem Arbeitszylinder verschieblich geführten, mit Drosselöffnungen versehenen
Arbeitskolben und einer mit dem Arbeitskolben verbundenen, abgedichtet und verschieblich
aus dem Deckel herausgeführten Kolbenstange, wobei der Arbeitszylinder eine geringe
Flüssigkeitsmenge enthält und der Arbeitskolben Mittel aufweist, die bei seiner
Annäherung an eine Grenzstellung im Bereich der Abschlusswände einen hydraulisch
gedämpften Endanschlag bewirken.
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Aus der DT AS 19 66 869 ist eine Gasfeder dieser Art bekannt, die
um eine horizontale Achse zwischen zwei Grenzstellungen geschwenkt wird, in deren
einer das innere Ende des Zylinders und in deren anderer Grenzstellung das äußere
Ende sich unten befindet, wobei der Zylinder eine geringere Flüssigkeitsmenge enthält,
die zum Dämpfen der Kolbenbewegung bei Annäherung des Kolbens an eine der Grenzstellungen
jeweils in das unten liegende Ende des Zylinders strömen kann. Bei der bekannten
Gasfeder ist ein hydraulischer Endanschlag jeweils nur in einer Grenzstellung im
Bereich einer unten liegenden Abschlusswand verwirklichbar. Wenn ein solcher im
Bereich einer oben liegenden Abschlusswand gefordert wird, ist dieser in nachteiliger
Weise nicht realisierbar, da der Arbeitskolben in diesem Bereich ausschließlich
in einem Gasraum arbeitet.
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Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, eine Gasfeder der eingangs
genannten Art zu schaffen, bei der ein hydraulischer Endanschlag in einer Grenzstellung
im Bereich einer oben liegenden Abschlusswand ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen
Maßnahmen gelöst.
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So kann der Arbeitskolben bei Annäherung an eine oben liegende Abschlusswand
die in dem Auffangraum enthaltene Flüssigkeit vor sich herschieben und können seine
Drosselöffnungen ausschließlich von Gas durchströmt werden, wobei der Arbeitskolben
gewollte pneumatische Dämpfungskräfte erzeugen kann. Sobald der Verdrängerring in
die im Auffangraum bereitgestellte Flüssigkeit taucht, wird die Flüssigkeit über
den Innenraum des Rohrsticks und die Drosselöffnungen des Arbeitskolbens auf die
andere Kolbenseite verdrängt und erfolgt in vorteilhafter Weise ein hydraulisch
gedämpfter Endanschlag im Bereich der oben liegenden Abschlusswand. Hierbei bieten
der Spalt zwischen Verdrängerring und Rohrstück, der Innenraum des Rohrstücks und
die Drosselöffnungen des Arbeitskolbens der Flüssigkeit Strömungswiderstand. Im
allgemeinen werden die Drosselöffnungen allein, wenn diese eng sind, um im anschlagfreien
Hubbereich pneumatische Dämpfungskräfte erzeugen zu können, der Flüssigkeitsströmung
ausreichenden Widerstand entgegensetzen, während die entsprechend groß ausgelegten
Querschnitte des genannten Spaltes und des Innenraumes einen geringen Strömungswiderstand
erzeugen. U. U. ist es zweckmäßig, ein Überdruckventil zwischen beiden Kolbenseiten
vorzusehen, um unerwünschte, zu hohe Anschlagkräfte abzubauen.
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Der Auffangraum ist zum Verdrängerring hin offen und weist keine weiteren
oder nur enge Öffnungen auf, wenn ein aus einer pneumatischen Dämpfung resultierender
Differenzdruck Flüssigkeit in unerwünschtem Maße aus dem Auffangraum heraus drücken
könnte. Der Auffangraum kann außen durch einen besonderen Ringmantel begrenzt sein.
Dies ist erforderlich, wenn eine am Kolbenmantel entlang vorliegende Gasströmung
Flüssigkeit in nicht gewollter Weise aus dem Auffangraum abziehen könnte. Vorzugsweise
ist der Auffangraum außen durch den Mantel des Arbeitszylinders begrenzt.
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Aus der DT OS 16 55 836 ist ein Radaufhängungsaggregat mit einem Stoßdämpfer
der hydraulischen Teleskopbauart bekannt, bei dem ein Arbeitskolben einen aus einem
Rohrstijck und einem sich nach innen erstreckenden Flansch bestehender Hilfszylinder
aufweist, der mit einem am Deckel gebildeten Hilfskolben zusammenarbeitet. Der Hilfszylinder
steht nicht mit der anderen Kolbenseite in Verbindung und kann nicht in der bei
der Erfindung möglichen Weise als Auffangraum für Flüssigkeit dienen, wenn der Arbeitszxlinder
nur eine geringe Flüssigkeitsmenge enthält. Das bekannte Radaufhängungsagg regat
konnte daher nicht Lehre für die Erfindung sein.
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Die in dem Auffangraum enthaltene Flüssigkeit kann in irgendeiner
Weise in diesen gelangt sein, beispielsweise dadurch, daß der Arbeitskolben bei
Annäherung an eine unten liegende Abschlusswand in dort befindliche Flüssigkeit
eingetaucht war und diese ggf. unter Erzeugung einer hydraulischen Anschlagkraft
durch die Drosselöffnungen des Arbeitskolbens hindurch in den Auffangraum überlief,
oder dadurch, daß bei einer schwenkbaren Gasfeder Flüssigkeit an der Arbeitezylinderwand
entlang In den Auffangraum lief. Wenn bei einer schwenkbaren Gasfeder Flüssigkeit
aus dem Auffangraum ausgekippt wird und sich im Bereich einer unten liegenden, dem
Auffangraum zugewandten Abschlusswand sammelt, kann ein hydraulischer Endanschlag
erfolgen, indem der dann leere Auffangraum in die Flüssigkeit eintaucht. Wenn bei
einer Gasfeder jeweils ein hydraulischer Endanschlag im Bereich eines oben liegenden
Deckels und eines oben liegenden Bodens gefordert wird, oder auch in anderen Fällen
kann erfindungsgemäß je ein Auffangraum auf der Deckelseite und der Bodenseite des
Arbeitskolbens angeordnet werden.
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Anschließend erläuterte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind auf
der Zeichnung dargestellt.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Gasfeder mit einem Arbeitskolben, der einen
dem Deckel zugewandten Auffangraum aufweist, in einer einem unten liegenden Boden
angenäherten Stellung, Fig. 2 die Gasfeder nach Fig. 1 in einer einem oben liegenden
Deckel angenäherten Stellung des Arbeitskolbens, Fig. 3 eine Gasfeder mit einem
Arbeitskolben, der einen dem Boden zugewandten Auffangraum aufweist, in einer einem
unten liegenden Deckel angenäherten Stellung, Fig. 4 die Gasfeder nach Fig. 3 in
einer einem unten liegenden Boden angenäherten Stellung des Arbeitskolbens.
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Die Gasfeder nach den Figuren 1 und 2 besteht aus einem durch einen
Boden 2 und einen von einer Lagerbuchse 10 und einer Dichtscheibe 9 gebildeten Deckel
3 abgeschlossenen Arbeitszylinder 1, einem mit Drosselöffnungen 5 versehenen Arbeitskolben
4, der in dem Arbeitszylinder 1 verschieblich geführt ist und diesen in einen inneren
Arbeitsraum 7 und einen äußeren Arbeitsraum 8 unterteilt, wobei zwischen diesen
beiden Teilen ein Kolbenmantelspalt 28 vorliegt, und einer aus dem Deckel 3 herausgeführten
Kolbenstange 6, mit der der Arbeitskolben 4 vernietet ist. Eine an dem Boden 2 angeschweißte
Öse 34 und eine an dem herausgeführten Ende der Kolbenstange 6 angeschweißte Öse
35 dienen zur Verbindung der Gasfeder mit den von ihr abgefederten Maschinenteilen
oder Geräten.
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Zwischen einer Schulter 11 und einer Bördelung 12 des Arbeitszylinders
1 sind konzentrisch hintereinander ein mit der Kolbenstange 6 einen Ringspalt 32
bildender Verdrängerring 13, ein einen schmiermittelbenetzten und die Kolbenstange
6 berührenden porösen Körper 14 einfassender Gehäusering 15, die Dichtscheibe 9
und die Lagerbuchse 10 verspannt.
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Der poröse Körper 14, die Dichtscheibe 9 und die Lagerbuchse 10 dienen
zur Schmierung bzw. Dichtung bzw. Führung der Kolbenstange 6. Auf der dem Deckel
3 zugewandten Seite des Arbeitskolbens 4 ist eine aus einem Rohrstück 16 und einem
sch nach außen erstreckenden, mit dem Arbeitszylinder 1 einen Spalt 40 bildenden
Flansch 17 bestehende und einen inneren Vorsprung 19 aufweisende Kolbenverlängerung
18 angeordnet, die einen durch den Arbeitszylinder 1 begrenzten ringförmigen Auffangraum
26 bildet. Zwischen dem Flansch 17 und einer Stirnfläche 21 des Arbeitskolbens 4
ist ein an dem Arbeitszylinder 1 mit Vorspannung anliegender 0-Ring 20 vorgesehen.
Die Kolbenverlängerung 18 hat eine geringe axiale Beweglichkeit gegenüber der Kolbenstange
6 zwischen einer Stellung, in der der Flansch 17 an dem 0-Ring 20 anliegt und den
0-Ring 20 gegen die Stirnfläche 21 drückt, und einer Stellung, in der der Vorsprung
19 an einer Schulter 22 der Kolbenstange 6 anliegt. Aus dem von der Kolbenstange
6 durchdrungenen Innenraum 23 des Rohrstücks 16 führen eine oder mehrere Durchbrüche
24 des Vorsprungs 19 in einen von dem Flansch 17, dem 0-Ring 20, der Stirnfläche
21 und der Kolbenstange 6 eingeschlossenen Hohlraum 25, aus dem Hohlraum 25 führen
die Drosselöffnungen 5 in den inneren Arbeitsraum 7. Auf diese Weise steht der Innenraum
23 des Rohrstücks 16 mit der anderen Seite des Arbeitskolbens 4 in Verbindung. In
dem Deckel 3 zugewandten Grenzstellungen des Arbeitskolbens 4 kann der Verdrängerring
13 in den Auffangraum 16 eintauchen, wobei zwischen dem auf Fig. 1 strichpunktiert
angedeuteten Rohrstück 16' und dem Verdrängerring 13 ein Spalt 27' besteht.
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Die Gasfeder sei mit einem Gas von einem die gewollten Federkräfte
erzeugenden Druck und mit einer geringen Menge Flüssigkeit gefüllt, deren Volumen
das Volumen des Auffangraums 26 etwas überschreiten möge. Wenn die Gasfeder aus
einer gedachten Mittelstellung des Arbeitskolbens 4 heraus einfedert, wird Gas aus
dem inneren Arbeitsraum 7 unter Bildung eines Differenzdruckes verdrängt und strömt
durch
den Kolbenmantelspalt 28 sowie die Drosselöffnungen 5 in den
Hohlraum 25 und von dort durch die Durchbrüche 24 und den Innenraum 23 in den äußeren
Arbeitsraum 8, wobei in der Fig. 1 entsprechender Weise der Vorsprung 19 an der
Schulter 22 und der 0-Ring 20 an dem Flansch 17 anliegen, der 0-Ring 20 den Auffangraum
26 gegen den Hohlraum 25 abdichtet und gegenüber der StirnflSche 21 ein Flankenspiel
29 aufWeist. Der Kolbenmantelspalt 28, dis Flankenspiel 29, die Durchbrüche 24 und
der Innenraum 23 haben verhältnismäßig große Querschnitte und setzen der Gasströmung
einen geringen Widerstand entgegen. Demgemäß erzeugt der Arbeitskolben 4 In Einfederrichtung
geringe pneumatische Dämpfungskräfte. Wenn die Gasfeder aus der gedachten Mittelstellung
heraus ausfedert, wird Gas aus dem äußeren Arbeitsraum 8 verdrängt und strömt durch
den Innenraum 23 und die Durchbrüche 24 In den Hohlraum 25 und von dort ausschließlich
durch die Drosselöffnungen 5 in den inneren Arbeitsraum 7, wobei in der Fig. 2 entsprechender
Weise der Flansch 17 an dem 0-Ring 20 und dieser an der Stirnfläche 21 anliegen
und der 0-Ring 20 den Hohlraum 25 sowohl gegen den Auffangraum 26 als auch gegen
den Kolbenmantelspalt 28 dichtet. Die Drosselöffnungen 5 setzen der Gasströmung
bei entsprechender Bemessung einen großen Widerstand entgegen. Demgemäß kann der
Arbeitskolben 4 in Ausfederrichtung hohe pneumatische Dämpfungskräfte erzeugen.
Die erläuterten pneumatischen Dämpfungskräfte kommen unabhängig davon zustande,
ob der Auffangraum Flüssigkeit enthält oder nicht.
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In einer gedachten Mittelstellung des Arbeitskolbens 4 sei der Auffangraum
26 leer von Flüssigkeit, und die eingeftillte Flüssigkeitsmenge befinde sich im
Bereich des unten liegenden Bodens. Wenn nun die Gasfeder einfedert und der Arbeitskolben
A in der gezeichneten Stellung der Fig. 1 in die Flüssigkeit im Bereich des Bodens
2 eintaucht, strömt Flüssigkeit unter Erzeugung einer hydraulischen Anschlagkraft
durch den Kolbenmantelspalt 28 und die Drosselöffnungen 5 in den Hohlraum 25, von
dort durch die Durchbrüche 24 in den Innenraum 23,
von wo Flüssigkeit
in den Auffangraum 26 überlaufen kann, die diesen bis zu einem angenommenen Flüssigkeitsspiegel
30 füllen möge.
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Bei einem weiteren Einfedern der Gasfeder, wird weitere Flüssigkeit
verdrängt und der Auffangraum 26 bis zu einem höher gelegenen Spiegel gefüllt. Bei
einem nachfolgenden Ausfedern der Gasfeder wird die im Hohlraum 25 und im Innenraum
23 verbliebene Flüssigkeit unter der Wirkung des Gasdrucks in den inneren Arbeitsraum
7 geschoben, und anschließend setzt die oben beschriebene pneumatische Dämpfung
bei einem Ausfedern der Gasfeder ein. Während des Ausfedern kann an der Wand des
Arbeitszylinders 1 haftende und beim geschilderten Eintauchen des Arbeitskolbens
4 in den Bereich des Bodens 2 im Gasraum des Arbeitszylinders 1 versprühte Flüssigkeit
vom Auffangraum 26 aufgefangen werden, so daß dieser schließlich bis zu einem Flüssigkeitsspiegel
30' mit Flüssigkeit gefüllt sein kann, wie Fig. 2 zeigt. Eine kleinere Flüssigkeitsmenge
befindet sich im Bereich des Bodens 2, wie ein Flüssigkeitsspeigel 31 andeutet.
Die Fig. 2 macht weiterhin deutlich, daß ein hydraulischer Endanschlag in Ausfederrichtung
erfolgt, wenn die Gasfeder aus der gezeichneten Stellung des Arbeitskolbens 4 ausfedert
und das Rohrstück 16 in den Ringspalt 32 eindringt. Hierbei strömt von dem Verdrängerring
13 aus dem Auffangraum 26 verdrängte Flüssigkeit durch den Spalt 27' (vgl. Fig.
1), füllt den Ringspalt 32 und fließt durch den Innenraum 23, die Durchbrüche 24,
den Hohlraum 25 und die Drosselöffnungen 5 auf die andere Kolbenseite in den inneren
Arbeitsraum 7.
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Zweckmäßig wird im wesentlichen den Drosselöffnungen 19 ein definierter
Strömungswiderstand zugeordnet und werden die Strömungswiderstände der erstgenannten
Spalte und Räume durch entsprechende Bemessung klein gehalten, um den hydraulischen
Endanschlag nicht zu hart werden zu lassen, was zusätzlich auch durch ein Überdruckventil
33 im Arbeitskolben 4 vermieden werden kann.
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Die Gasfeder nach den Figuren 3 und 4 weist ähnlich wie die nach Fig.
1 einen Arbeitszylinder 101, einen Boden 102, einen Deckel 103, einen Gehäusering
115, einen Arbeitskolben 104 mit Drosselöffnungen 105, eine Kolbenstange 106, einen
inneren Arbeitsraum 107 und einen äußeren Arbeitsraum 108 auf, wobei der Arbeitskolben
104 durch einen Kolbenring 136 gedichtet ist. Eine aus einem Rohrstück 116 und einem
Flansch 117 bestehende Kolbenverlängerung 118 ist mittels einer den Flansch 117
umfassenden Bördelung 137 des Kolbenmantels 128 auf der dem Boden 102 zugewandten
Seite mit dem Arbeitskolben 104 verbunden. Die Kolbenverlängerung 118 bildet zusammen
mit dem Arbeitszylinder 101 einen Auffangraum 126 und zusammen mit dem Arbeitskolben
104 einen mit dem Innenraum 123 des Rohrstücks 116 drosselfrei verbundenen Hohlraum
125, aus dem die Drosselöffnungen 105 in den inneren Arbeitsraum führen. Der halsförmig
gestaltete Boden 102 ist mit einem Sackloch 138 von größerem Durchmesser als dem
des Rohrstücks 116 versehen und weist eine dem Auffangraum 126 zugewandte Schulter
113 auf, die bei einem Eindringen des Rohrstücks 116 in das Sackloch 138 als Verdrängerring
gegenüber dem Auffangraum 126 fungiert.
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Bei Bewegungen des Arbeitskolbens 104 aus einer gedachten Mittellage
heraus setzen die Drosselöffnungen 105 der Durchströmung von Gas in Einfeder- und
Ausfederrichtung in gleichem Maße Strömungswiderstand entgegen, woraus in beiden
Richtungen eine ausschließlich durch die Bemessung der Drosselöffnungen 105 bestimmte
pneumatische Dämpfung resultiert.
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Bei der Gasfeder nach Fig. 3 ist angenommen, daß der Auffangraum 126
eine bis zu einem Flüssigkeitsspiegel 130 reichende Flüssigkeitsmenge enthält. Wenn
der Arbeitskolben 104 in den Anschlagbereich des Bodens 102 gelangt, wird durch
Eintauchen der Schulter 113 in den Auffangraum 126 Flüssigkeit aus diesem verdrängt,
die über das Sackloch 138, den Innenraum 123, den Hohlraum 125 und die
Drosselöffnungen
105 auf die andere Seite des Arbeitskolbens 104 strömt, wobei ein hydraulischer
Endanschlag erfolgt und die Anschlagkräfte im wesentlichen durch den Strömungswiderstand
der Drosselöffnungen 105 bestimmt sind.
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Wenn die Gasfeder nach Fig. 3 durch entsprechende Bewegungen der durch
die Gasfeder verbundenen Maschinenteile oder auf andere Weise in eine Stellung nach
Fig. 4 mit unten liegendem Boden 102' geschwenkt wird, sammelt sich die aus dem
Auffangraum 126 gekippte Flüssigkeit im Bereich des Bodens 102' bis zu einem Flüssigkeitsspiegel
131'. Nunmehr kann bei einem Einfedern der Gasfeder, wenn der Arbeitskolben 104'
mit der Verlängerung 118' das Sackloch 138' eindringt, durch Verdrängung von Flüssigkeit
aus dem zwischen dem Flansch 117' und der Schulter 113' eingeschlossenen Raum analog
wie bei der Gasfeder nach Fig. 3 mit oben liegendem Boden 102 ein hydraulischer
Endanschlag erfolgen, indem die Drosselöffnungen 105' der Durchströmung von Flüssigkeit
einen entsprechenden Widerstand entgegensetzen. Wenn umgekehrt die Gasfeder nach
Fig. 4 mit unten liegendem Boden 102' in die Stellung nach Fig. 3 mit oben liegendem
Boden 102 geschwenkt wird, füllt die Flüssigkeit, die den Bodenbereich bis zu dem
Flüssigkeitsspiegel 131' gefüllt hatte, den Auffangraum 126 und steht für einen
hydraulischen Endanschlag bei Annäherung des Arbeitskolbens 104 an den Boden 102
bereit.
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