DE2905030A1

DE2905030A1 - Gasfeder mit zweistufendaempfung

Info

Publication number: DE2905030A1
Application number: DE19792905030
Authority: DE
Inventors: Lawther O Smith
Original assignee: Gas Spring Corp
Current assignee: ZF North American Inc
Priority date: 1978-10-23
Filing date: 1979-02-09
Publication date: 1980-04-24
Also published as: US4221367A; DE7903640U1; CA1116190A; DE2905030B2; DE2905030C3

Description

SCHIFF ν. FONER STREHL SCHDeEL-HOPF EBBINGHAUS FINCK

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BeSchreibung

Die Erfindung betrifft eine Gasfeder, welche zwei Dämpfungsstufen aufweist und im wesentlichen frei von Oszillationen am Ende des Arbeitshubs ist.

Bekanntlich befindet sich im Zylinder einer Gasfeder eine kleine ölmenge, um die Kolbenstange zu schmieren, um die Wirksamkeit der Hauptdichtung zu* verbessern und um die Reibung zwischen der Stange und der Hauptdichtung zu verringern» Bei manchen Auslegungen wird das öl in dem Zylinder auch dazu verwendet, die Geschwindigkeit der Stange in der Nähe des Endes ihres Ärbeitshubs zu verlangsamen. Bei Gasfedern für einen Betrieb, bei welchem die Stange abwärts geht, befindet sich das öl am Boden des Zylinders angrenzend an die Hauptdichtung. Der Kolben hat einen strömungsverengenden Kanal, der es während des größten Teils des Hubs der Stange ermöglicht, daß Gas in einer eingestellten Menge an dem Kolben vorbeiströmt. Wenn der Kolben mit dem öl in der Nähe des Bodens des Zylinders in Kontakt kommt, fließt öl durch den strömungsverengenden Kanal in dem Kolben. Das öl verlangsamt jedoch, obwohl es langsamer durch den Kanal als das Gas fließt, den Kolben häufig nicht genug, um Vibrationen und Oszillationen der Stange am Ende des Arbeitshubs zu verhindern.

Bei Gasfedern, bei denen im Betrieb die Stange nach oben geht, wird im wesentlichen das gleiche ölSchmierungs- und -dämpfungssystem vorgesehen. Dabei mündet jedoch der Strömungsverengende Kanal, der den Kolben umgeht und ein Fließen von Gas und Öl von der Stangenkammer zur Zylinderkammer ermöglicht, in einem ausreichenden Abstand über der Oberseite des Kolbens in die Stangenkammer, damit eine ölmenge eingeschlossen bleibt und durch den Kolben hochbefördert wird. Das öl trifft schließlich die Haupt<dichtung und wird durch den Strömungsverengenden Kanal zwangsweise zurück zur Zylinderkammer geführt. Die abschließende ölge-

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dämpfte Stufe der Stangenbewegung liegt bei einer niedrigeren Geschwindigkeit. Das Oszillaszillationsproblem ist jedoch das gleiche wie bei der Konstruktion mit nach unten gehender Stange.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine Gasfeder mit zwei Dämpfungsstufen zu schaffen, bei der Vibrationen oder Oszillationen der Kolbenstange am Ende der Stangenbewegung im wesentlichen ausgeschlossen sind.

Diese Aufgabe wird von der erfindungsgemäßen Gasfeder durch eine ringförmige Öldruckpolsterdichtung zwischen der Stange und dem Zylinder in der Nähe des Endes der Hauptdichtung des Zylinders gelöst, wobei die ringförmige Öldruckpol·sterdichtung mit der Hauptdichtung eine Öldruckpolsterkammer in dem Zylinder bildet. Ein strömungsverengender Kanal oder Strömungsverengende Kanäle bzw. Drosselkanäle, die durch die Öldruckpolsterdichtung hindurchgehen, ermöglichen es, daß Gas und öl über dem Kolben zwangsweise in die Öldruckpolsterkammer geführt werden. Wie bei den bekannten Gasfedern mit hochgehender Stange hat der Kolben einen By-Pass bzw. einen Nebenkanal in Form eines Strömungsverengenden Hauptkanals, der in die Stangenkammer in einem Abstand über der Oberseite des Kolbens mündet, so daß öl mit dem Kolben während des Arbeithubs hochgetragen werden kann. Nahezu während des ganzen Hubes von der eingefahrenen in die ausgefahrene Stellung der Stange wird die Stangenbewegung als Funktion des Mengenstroms gedämpft, mit welchem das Gas an dem Kolben durch den Strömungsverengenden Hauptkanal oder Dämpfungskanal vorbeiströmt.

In der Nähe des Endes des Arbeitshubs wird der Hauptnebenkanal am Kolben vorbei kurz geschlossen durch die Ringdichtung und öffnet dann in die Öldruckpolsterkammer. Dies tritt etwa gleichzeitig mit dem Einschließen des oberen Niveaus des öl zwischen der Öldruckpolsterdichtung und dem Kolben. Dementsprechend muß das über dem Kolben eingeschlossene öl durch den strömungsverengenden Kanal durch die Dichtung hindurchgehen, wodurch sich eine zweite Dämpfungsstufe ergibt, deren Eigenschaften teilweise

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von dem Strömungsverengenden Kanal durch die Öldruckpolsterdichtung und teilweise durch den Hauptdämpfungskanal gesteuert werden, der den Kolben umgeht bzw. einen By-Pass zum Kolben bildet. Während der zweiten Dämpfungsstufe arbeiten die beiden strömungsverengenden Kanäle in Reihe. Dadurch kann das Dämpfungssystem so ausgelegt werden, daß die Stange merklich verlangsamt und eine Oszillation am Ende des Arbeitshubs beseitigt wird, während ein optimaler Dämpfungszustand während des Hauptteils des Arbeitshubs beibehalten wird.

Erfindungsgemäß ivird somit auf relativ einfache Weise bei sehr geringen zusätzlichen Kosten eine Zweistufendämpfung der Stangenbewegung erhalten, welche die störende Oszillation der Stange am Ende des Arbeitshubs ausschließt.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gasfeder in einem ersten Betriebszustand und

Fig. 2 in einer Ansicht wie Fig. 1 die Gasfeder in einem zweiten Betriebszustand.

Die in der Zeichnung gezeigte Gasfeder wird für den Betrieb mit hochgehender Stange verwendet, kann jedoch auch bei einer nach unten gehenden Stange eingesetzt werden. Der Grundaufbau entspricht der bekannten Gasfeder, die einen gasdichten Zylinder 10 aufweist, der an seinem unteren Ende 12 geschlossen ist und an einer Öffnung 14 im oberen Ende 16 einen gas- und flüssigkeitsundurchlässigen Stirnverschluß und eine Hauptdichtungsanordnung 18 hat. Durch die stirnseitige Anordnung ist eine Kolbenstange 32 nach innen und nach außen gleitend verschiebbar. Die Hauptdichtung 18a schließt Gas unter sehr hohem Druck, gewöhnlich unter einigen 10 bar, in dem Zylinder ein. Die Gasfeder hat ein am unteren

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Ende 12 des Zylinders befestigtes Paßstück 23 und ein am oberen Ende der Kolbenstange 32 angebrachtes Paßstück 24 zum Befestigen der Gasfeder an zueinander relativ beweglichen Vorrichtungen, bei denen die Gasfeder verwendet wird. Beispielsweise kann das untere Paßstück 22 bei einer Fahrzeugkarosserie und das obere Paßstück 24 an der Hecktüre, der Heckklappe, dem Kofferraumdeckel oder der Motorhaube eines Personenwagens oder Kombiwagens befestigt werden, wobei die Gasfeder Kräfte während des Arbeitshubs erzeugt, die ein Gegengewicht zur Tür oder einem anderen Fahrzeugteil bilden oder dieses Teil anheben. Ein Teil des Volumens in dem Zylinder ist mit einer kleinen Menge öl 100 gefüllt.

Eine Kolbenanordnung 30 am unteren Ende einer Kolbenstange 32 unterteilt den Zylinder in eine Stangenkammer 10a und eine Rohrkammer 10b. Das Volumen jeder Kammer ändert sich abhängig von der Stellung der Kolbenstange. Die Kolbenanordnung besteht aus einem Hauptkörper 34, der an einem im Durchmesser reduzierten Abschnitt 42 der Kolbenstange 32 aufgenommen ist, aus einer haltenden Beilagscheibe 38 mit Schlitzen 38a, die am Umfang im Abstand um den inneren Abschnitt herum angeordnet sind, und aus einer gleitend verschiebbaren Kolbendichtung 40, die in einer Nut 44 des Körpers 34 mit einem Restspiel in Axialrichtung sitzt.

Bei einer Installierung mit hochgehender Kolbenstange kann das Gas, wenn die Kolbenstange 32 von der ausgefahrenen in die eingezogene Stellung im Zylinder gedrückt wird, was durch den nach unten zeigenden Pfeil in Fig. 1 veranschaulicht ist, in der Rohrkammer 10b völlig frei durch den Kolben fließen; wobei es durch den ringförmigen freien Raum zwischen dem Kolbenkörper 34, durch den freien Raum, der sich dann unter der Dichtung 40 befindet, da die Dichtung an der Wand zieht und aufrecht bleibt, wenn sich die Stange nach unten bewegt, und durch die Schlitze 30a in dem Kolbenhaltering 38 fließt. Wenn sich der Kolben dem Boden des Zylinders, also einer in der Zeichnung nicht gezeigten Stellung nähert, fließt etwas von dem öl 100 am Boden des Zylinders durch den Kolben und gelangt auf eine Höhe etwas über

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der Oberseite der Kolbenanordnung.

Wenn die Verriegelung von Bauteilen,- denen die Gasfeder zugeordnet ist, gelöst wird, beispielsweise wenn die Heckklappe eines Fahrzeugs geöffnet wird,·zwingt das unter Druck in dem Zylinder stehende Gas die Kolbenstange zu einer Bewegung aus dem Zylinder heraus. Dafür muß das"Gas in dem Zylinder im Nebenstrom an dem Kolben vorbeifließen, wobei es sich von der Stangenkammer 10a in die Rohrkammer 10b bewegt. Dementsprechend ist ein Nebenkanal vorhanden, der aus einer Bohrung 48, die sich axial in das untere Ende der Kolbenstange 32 erstreckt, aus einer strömungsverengenden öffnung 52, die von der Bohrung 48 abzweigt, und aus einer radialen Bohrung 50 besteht, die von der Öffnung 52 nach außen zur Oberfläche der Stange 32 führt. Die öffnung 52 steuert den Gasmengenstrom aus der Stangenkammer 10a in die Zylinderkammer 10b, wodurch die Äuswärtsbewegung der Kolbenstange 32 während des Arbeitshubs gedämpft wird. Am Anfang der Auswärtsbewegung der Kolbenstange 32 erreicht die Kolbendichtung 40 die untere Sitzposition, die in Fig» 2 gezeigt ist, wodurch der Ringweg zwischen der Stangenkammer und der Rohrkammer verschlossen wird«.

Die bis hierher beschriebene Gasfeder ist in üblicher Weise gebaut und wird in weitem umfang verwendet« Erfindungsgemäß wird nun das Endstadium der Auswärtsbewegung der Kolbenstange bei dem Arbeitshub dadurch gedämpft, daß öl eingeschlossen wird, welches mit dem Kolben nach oben zwischen den Kolben und das obere Ende des Zylinders getragen wird= Das öl würde dann durch die öffnung 52 strömen, damit der Arbeitshub abgeschlossen werden kann. Zu dem Zeitpunkt, zu dem das öl eingeschlossen wird, wird die Stange verlangsamt, jedoch häufig nicht genug, um eine Schwingung am Hubende zu verhindern.

Erfindungsgemäß wird nun eine ringförmige Öldruckpolsterdichtung 60 in der Nähe des oberen Endes des Zylinders 10 vorgesehen, die mit der Hauptdichtung 10 eine ringförmige Öldruckpolsterkammer 64 bildet. Bei der gezeigten Ausführungsform hat die Dichtung 60

insgesamt eine becherförmige Lippendichtung sowie einen Hülsenabschnitt 60a, der sich über einen bestimmten Abstand über dem Dichtungsteil erstreckt. Der Hülsenabschnitt wirkt als Distanzstück zum Anordnen der Dichtung, er ist jedoch nicht erforderlich, wenn eine andere Einrichtung zur Festlegung der Dichtungsstelle vorgesehen wird. Die Dichtung 60 hat einen strömungsverengenden Kanal 62, so daß Gas und öl in die öldruckpolsterkammer 64 aus der Stangenkammer 10a gelangen kann.

Während des Arbeitshubs in der Aufwärtsstellung der Stange wird die Aufwärtsbewegung der Kolbenstange während des größten Teils des Arbeitshubs durch einen gesteuerten Gasstrom aus der Stangenkammer 10a in die Rohrkammer 10b über die Hauptdämpfungsöffnung 52 gedämpft. Dieser Dämpfungszustand hält an, bis die Bohrung 50 durch die Öldruckpolsterdichtung 60 geschlossen wird. Während einer kurzen Zeit wird das Gas über der Kolbenanordnung in der Stangenkammer 10a und der Öldruckpolsterkammer 64 zusammengedrückt, wodurch die Stange verlangsamt wird. Die Bohrung 50 in dem Hauptdämpfungsbypass-System öffnet jedoch sehr bald zur Öldruckpolsterkammer 64 hin. Mittlerweile trifft zu einer bestimmten Zeit während der Bewegung der Bohrung 50 von der Rohrkammer zur Öldruckpolsterkammer das mit der Kolbenanordnung hochgetragene öl 100a auf die Öldruckpolsterdichtung 60 und beginnt, zwangsweise durch den oldruckpolsterdämpfungskanal 62 zu strömen.

Sobald die Hauptdämpfungsöffnung 52 in die Öldruckpolsterkammer 64 mündet, beginnt die zweite Dämpfungsstufe. Bei der zweiten Dämpfungsstufe strömen Gas und Öl aus der Stangenkammer 10a durch den oldruckpolsterdämpfungskanal 62 in die Öldruckpolsterkammer 64 und von der Öldruckpolsterkammer durch den Hauptdämpfungskanal 62 in die Rohrkammer. Während der zweiten Dämpfungsstufe befinden sich der Hauptdämpfungsknal und der öldruckpolsterdämpfungskanal in Reihe. Der Hauptdämpfungskanal kann so ausgelegt sein, daß der gewünschte Dämpfungseffekt während des Hauptteils des Arbeitshubs erreicht wird, während der

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Öldruckpolsterdämpfungskanal so ausgelegt sein kann, daß die Dämpfung während der abschließenden oder zweiten Dämpfungsstufe erhöht wird, um die Stange zu verlangsamen und um Oszillationen am Ende des Arbeitshubs auszuschließen.

Wenn die Stange wieder in den Zylinder zurückgedrückt wird, wird das Öl, das in der Öldruckpolsterkammer eingeschlossen bleibt, bald durch den Dämpfungskanal 22 zum Boden des Zylinders zurückgezogen. Mittlerweile wird die Stange bei ihrer Rückwärtsbewegung nach unten durch das in der Öldruckpolsterkammer 64 eingeschlossene öl geschmiert. Dies hat den Vorteil, daß die Stange während des vollen Arbeitszyklus der Gasfeder geschmiert wird.

Die erfindungsgemäße Gasfeder kann auch bei einer Anordnung mit nach unten ausfahrbarer Stange verwendet werden, wobei ebenfalls eine Zweistufendämpfung erreicht wird. In der eingefahrenen Stellung sammelt sich öl in dem Zylinder in der Öldruckpolsterkammer. Es bedeckt die Öldruckpolsterdichtung bis zu einer Höhe, die etwas über der Dichtung liegt, jedoch nur bis zu einer Höhe, die etwas geringer ist als der Abstand zwischen dem Kolben und der Bohrung 50. Wenn die Stange ausfährt, strömt das Gas in der Stangenkammer im Nebenstrom am Kolben durch die Hauptdämpfungsöffnung 52 vorbei, bis die Bohrung 50 durch die öldruckpolsterdichtung hindurchgeht und in die öldruckpolsterkammer 64 mündet. Wenn die Bohrung 50 durch die Dichtung 60 während einer kurzen Zeit geschlossen ist, was normalerweise nur in der Nähe des Lippenendes der Dichtung 60 eintritt, wird das mittlerweile unter dem Kolben eingeschlossene Gas komprimiert. Wenn die Bohrung 50 in die Öldruckpolsterkammer 64 mündet, beginnt die zweite Dämpfungsstufe, bei welcher der Hauptdämpfungskanal 52 und der Öldruckpolsterdämpfungskanal 62 in Reihe geschaltet sind. Die Kolbenbewegung wird dadurch verlangsamt und die Stange erreicht das Ende des Arbeitshubs ohne merkliche Oszillation.

Die Bezugnahme auf die Installierungen mit einem Ausfahren der

Stange nach oben oder nach unten betrifft nur eine sehr allgemeine Ausrichtung der Gasfeder. In den meisten Fällen liegt die Achse der Gasfeder nicht wirklich vertikal sondern bewegt sich im Betrieb über einen Bogen, so daß die öloberfläche unter verschiedenen Winkeln zur Achse des Zylinders schräg liegt. Das Füllniveau für das öl und die Eigenschaften der Dämpfungssysteme können mit einfachen Mitteln so ausgelegt werden, daß innerhalb der Parameter des speziellen Gebrauchs die gewünschten Ergebnisse erzielt werden. Die Ausführungsform ist als Ausführungsbeispiel beschrieben, wobei zahlreiche Änderungen möglich sind. So kann beispielsweise das Dämpfungsfluid für die zweite Stufe, für das Öl genannt wurde, irgendein anderes geeignetes Dämpfungsfluid sein. Obwohl nur eine einzige Öldruckpolsterkammer 64 gezeigt ist, kann eine Vielzahl von Dämpfungsstufen vorgesehen werden, wofür zusätzliche öldruckpolsterkammern in Reihe angeschlossen werden.

Gegenstand der Erfindung ist eine Gasfeder mit einer ringförmigen Öldruckpolsterdichtung in der Nähe der Hauptdichtungs Stirnseite des Zylinders, wobei die Öldruckpolsterdichtung mit der Hauptdichtung eine öldruckpolsterkammer bildet. Ein strömungsverengender Kanal durch die Öldruckpolsterdichtung ermöglicht einen gesteuerten Gas- und ölstrom von der Stangenkammer zur Öldruckpolsterkammer, wodurch eine zweite Dämpfungsphase erreicht wird, wenn sich die Stange der voll ausgefahrenen Stellung nähert und eine Bypassverbindung aus der Rohrkammer zur Stangenkammer über den Dämpfungskanal in der öldruckpolsterdichtung und den Hauptdämpfung sk anal besteht, der den Kolben im Nebenstrom urogeht, wobei die Kanäle am Ende des Arbeitshubs in Reihe geschaltet sind. Die zweite Dämpfungsstufe beseitigt im wesentlichen diese Oszillation bzw. Schwingung der Gasfeder am Ende des Arbeitshubs.

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Claims

Patentanspruch

Gasfeder mit einem gasdichten Zylinder, der ein Gas unter Druck und eine ölmenge enthält, mit einer Kolbenstange, die durch eine Hauptdichtung hindurch angrenzend an ein Ende des Zylinders bewegbar ist, mit einem Kolben an der Stange, welcher den Zylinder in eine Rohrkammer und eine Stangenkammer mit variablem Volumen unterteilt, und mit einem strömungsverengenden Nebenkanal, der die Rohrkammer mit der Stangenkammer über eine Öffnung an einer Stelle in Verbindung setzt, die an der Stange axial im Abstand von der Stangenseite des Kolbens angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine ringförmige Öldruckpolsterdichtung (60) angrenzend an das Dichtungsende des Zylinders (10), die zwischen dem Zylinder (10) und der Stange (32) und axial im Abstand von der Hauptdichtung (18a) angeordnet ist, so daß sie mit der Hauptdichtung (18a) eine Öldruckpolsterkammer (64) bildet, und durch einen strömungsverengenden Kanal (62) durch die Öldruckpolsterdichtung (60), welcherdie Stangenkammer (10a) mit der Öldruckpolsterkammer (64) in Verbindung setzt, so daß ein gesteuerter Gas- und ölstrom aus der Stangenkammer (10a) in die öldruckpolsterkammer (64) fließen kann, wenn sich die Stange (32)

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der voll ausgefahrenen Stellung nähert, wodurch sich eine zweite Dämpfungsstufe in der Nähe des Endes eines Arbeitshubs ergibt, wenn der Nebenkanal in die öldruckpolsterkammer (64) mündet und eine Verbindung aus der Stangenkammer (10a) zur Rohrkammer (10b) über die Öldruckpolsterkammer (64) und beide Strömungsverengende Kanäle (52, 62) in Reihe besteht.

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