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Die Erfindung betrifft eine Gasfeder gemäß dem Ober-
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begriff des Anspruches 1.
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Solche Gasfedern sind Maschinenelemente mit zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten.
Diese ergeben sich u.a. aus ihrem relativ langen Federweg und der praktisch linearen
Federkennlinie. Anwendungsfälle sind vor allem in Scharnieren gelagerte Platten,
deren Betätigung beim Schließen die Feder spannt und deren Öffnung ganz oder zum
überwiegenden Teil durch die bei Entlastung frei werdende Federenergie erfolgt.
Die dazu nötige Energiespeicherung erfolgt mit einer hochgespannten Gasfüllung,
die meistens aus Stickstoff besteht und durch die unterschiedlichen wirksamen Flächen
des Federkolbens, weil dadurch bei Belastung der Kolbenstange das vor der Kolbenfläche
liegende Gaspolster zuästzlich komprimiert wird und bei Entlastung die Kompressionsarbeit
in Federkolbenenergie einsetzt.
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Die Erfindung setzt eine Gasfeder dieser Art mit den eingangs bezeichneten
Merkmalen als bekannt voraus.
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Hierbei wird die gesamte Öffnung der Gaskanäle des Federkolbens so
gewählt, daß einerseits das Gas in jedem der beiden Zylinderräume in den jeweils
anderen Zylinderraum übertreten kann, wodurch u.a. die Härte der Feder bestimmt
wird. Andererseits wird mit der Gesamtöffnungsfläche dieser Kanäle aber auch die
Kolbengeschwindigkeit bei der Energieabgabe festgelegt. Denn je geringer der Öffnungsquerschnitt
ist, desto größer ist die Drosselung des Gasaustauschstromes und desto langsamer
tritt die Kolbenstange aus dem Federzylinder bei gegebener Federbelastung aus. Bei
solchen Federn bringt man im übrigen an der Kolbenstange bzw. an den Enden des Federzylinders
unmittelbar die Anschlüsse an,
mit denen die Feder mit ihrer Belastung
verbunden wird.
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Diese Belastungen sind jedoch häufig nicht groß genug, um die Geschwindigkeit
des Federkolbens bei der Federentlastung ausreichend weit herabzusetzen. In diesen
Fällen muß die lichte Weite und/oder die Anzahl der Gaskanäle vermindert werden.
In der Praxis zeigt sich jedoch, daß in vielen Fällen die hierdurch gezogenen Grenzen
der Einstellbarkeit nicht ausreichen. Insbesondere genügen die aus praktischen Gründen
als untere Grenze anzusehenden Kanaldurchmesser von 0,6 mm nicht, um z.B. bei Rauchgasabzugsanlagen
oder anderen Anwendungsfällen die Verschwenkbewegung der Klappen auf ein tragbares
Maß abzubremsen. Die Folge unzureichender Abbremsung des Federkolbens sind plötzlich
freiwerdende Federenergien, welche hohe Beanspruchungen der abgefederten Teile und
beträchtliche Gefährdungen der damit umgehenden Personen verursachen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasfeder der eingangs
bezeichneten Art zu schaffen, welche eine voneinander unabhängige Wahl bzw. Einstellung
der Federhärte und der Kolbengeschwindigkeit beim Entlasten der Feder ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche.
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Bei der erfindungsgemäßen Gasfeder wird über die Drossel die Geschwindigkeit
des Federkolbens bei Federentlastung eingestellt. Die dazu erforderlichen Drosselöffnungen
können
wegen des geschlossenen hydraulischen Kreislaufes ohne weiteres verwirklicht werden,
so daß in allen Fällen eine hinreichend große Verlangsamung der Federkolbengeschwindigkeit
erreichbar ist. Andererseits wird die Härte der Feder im wesentlichen von der Größe
oder Anzahl der den Rücklaufkanal bildenden Kolbenbohrungen im Flüssigkeitszylinder
bestimmt, wobei man im allgemeinen die Größe der Kräfte vernachlässigen kann, welche
zur überwindung der Rücklaufsicherung erforderlich sind. Damit bietet die neue Gasfeder
die Möglichkeit, die Weiche oder Härte der Gasfeder unabhängig von der Geschwindigkeit
des Federkolbens beim Entlasten der Feder zu wählen Insbesondere hat die Erfindung
den Vorteil, daß hier beim Entlasten der Gasfeder die bislang auftretenden, gefährlichen
Energiefreisetzungen verhindert werden.
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Vorzugsweise und gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vereinfacht
man die Bauelemente des geschlossenen hydraulischen Kreislaufes, indem man die Drossel
in einem von der Druckflüssigkeit durchströmten Rohr zwischen Nippeln anordnet,
mit denen die Rohrenden an die beiden Flüssigkeitsräume des Zylinders angeschlossen
sind. Der Zylinder kann dann ohne weiteres aus üblichen Rohren mit geringer Wandstärke
hergestellt werden, wobei lediglich die Nippel anzubringen sind.
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Die Drossel läßt sich als Ventil ausbilden und man kann dabei auf
in der Hydraulik bekannte Bauelemte zurückgreifen.
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D der Rücklaufkanal. besteht vorzugsweise aus mehreren Bohrungen,
die mit einer Federscheibe abgedeckt sind, welche mit der Ringfläche des Verdrängerkolben
verspannt ist.
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Auch hierdurch wird eine Vereinfachung der Gesamtanordnung ermöglicht.
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Die Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung einer Ausführungsform anhand der Figuren in der Zeichnung; es zeigen
Figur 1 im Längsschnitt die Gasfeder gemäß der Erfindung in einer Draufsicht, Figur
2 links in Draufsicht und rechts in Ansicht den Verdrängerkolben und Figur 3 eine
Darstellung der Rückschlagsicherung des Verdrängerkolbens nach Figur 2.
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Die allgemein in Figur 1 mit 1 bezeichnete Gasfeder weist einen mit
einem Druckgas, z.B. Stickstoff unter einem Druck von ca. 20 bar gefüllten Federzylinder
2 auf.
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Der Boden 3 des Federzylinders 2 ist mit einem Zapfen 4 durch eine
Platte 5 geführt, an der bei 6 Anschlüsse für die Anbringung der Gasfeder 1 angebracht
sind.
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Der Zapfen 4 ist mit Außengewinde 7 versehen und durchdringt eine
glatte Bohrung 8 der Platte 5. Diese ist mit Hilfe einer Mutter 9 mit der Unterseite
des Bodens 3 verspannt. Der Zylinderkopf 10 weist eine in ihren Einzelheiten nicht
dargestellte Abdichtung des Federzylinders auf, welche die Einführung einer Kolbenstange
11 ermöglicht, mit der der Federkolben 12 verschraubt ist. Mit Hilfe einer O-Ringdichtung
13 in einer Ringnut 14 des Federkolbens 12 sind die beiden Zylinderräume 15, 16
gegeneinander abgedichtet. Eine rechtwinklig zu den beiden Kolbenflächen verlaufende
Bohrung dient als
Gaskanal 15a durch den ein Gasaustausch zwischen
dem Kolbenringflächenraum 15 und dem Kolbenflächenraum 16 des Zylinders 2 ermöglicht
wird.
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Das freie Ende der Kolbenstange 11 ist mit Außengewinde 17 versehen
und durch eine glatte Bohrung 18 einer weiteren Platte 19 geführt, die mit Hilfe
einer Mutter 6a mit der Kolbenstange 11 verspannt ist. Bei 20 ist ein weiterer Anschluß
zur Anbringung der Feder, beispielsweise an einer nicht dargestellten Klapne vorgesehen.
Die Anschlußkräfte beider Anschlüsse miteinander und die Anschlüsse sind in der
Mitte der Platten 5 und 19 angebracht.
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Zentralsymmetrisch ist ein Flüssigkeitszylinder 21 zu dem Federzylinder
1 angeordnet. Der Zylinderboden 22 ist seinerseits mit Hilfe eines Zapfens 23, der
außen mit Gewinde 24 versehen und durch eine ebenfalls glatte Bohrung 25 der Platte
5 hindurchqeführt ist und andererseits mit Hilfe einer Mutter 25a mitder Platte
5 verspannt.
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In dem Flüssigkeitszylinder 21 bewegt sich geradlinig ein Verdrängerkolben
27, der auf einen im Durchmesser reduzierten Endabschnitt 26aeiner Kolbenstange
26 befestigt ist, wobei eine Federstahlscheibe 27a zwischen der Kolben ringfläche
28 und einem Bund 29 der Kolbenstange eingespannt ist. Der Verdrängerkolben 27 weist
gemäß dem Ausführungsbeispiel (Figur 2) insgesamt vier um gleiche Bogenwinkel einander
versetzt angeordnete Rücklaufkanäle 30, 31, 32, 33 auf. Diese sind (Figur 1) als
senkrecht zur Kolbenringfläche 28 und zur Kolbenfläche 34 verlaufende Bohrungen
verwirklicht.
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Die von dem Verdrängerkolben 27 in dem Flüssigkeitszylinder 21 abgetrennten
Zylinderräume 36, 37 sind mit je einem Anschlußnippel 38, 39 versehen. Die Anschlußnippel
dienen zur Befestigung der Enden eines von der Flüssigkeit durchströmten Rohres
40, in das eine Drossel 41 eingebaut ist.
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Die Kolbenstange 26 ist durch den Zylinderkopf 42 nach außen geführt
und verläuft ihrerseits parallel zur Kolbenstange 11 des Federkolbens 12. Ihr freies
Ende 43 ist mit Außengewinde 44 versehen und durchdringt eine glatte Bohrung 45
der Platte 19. Diese ist mit Hilfe einer Mutter 46 mit der Kolbenstange 26 verspannt.
Mit Hilfe der Platten 5, 19 werden daher nicht nur die Anschlüsse 6, 6a ermöglicht,
sondern auch der Gleichlauf des Federkolbens 12 mit dem Verdrängerkolben 27 erreicht.
Der Verdrängerkolben (Figur 2) weist seinerseits eine Ringnut 35 zur Aufnahme einer
nicht dargestellten Rohrringdichtung auf, so daß er nicht von der Druckflüssigkeit,
z.B. Oel, das in den Räumen 36 und 37 des Flüssigkeitszylinders 21 untergebracht
ist, umströmt werden kann.
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Zum Spannen der Gasfeder 1 werden auf die Platten 5 und 19 Kräfte
aufgebracht, welche den Federkolben 12 so beaufschlagen, daß die Kolbenstange 11
einfährt.
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Gas aus dem Zylinderraum 16 gelangt durch den Gaskanal in den Zylinderraum
15, so daß ein Druckausgleich stattfindet. Infolge der größeren Kolbenfläche des
Federkolbens 12 und der kleineren Ringfläche ergibt sich jedoch eine Kompression
des Gases im Zylinderraum 16, wodurch eine Energiespeicherung stattfindet. Die Weichheit
der Feder wird wesentlich durch die Kanäle 30-33 bestimmt, welche in dem Verdrängerkolben
26 untergebracht sind.
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Da sich nämlich die Kolbenstange 26 synchron mit der Kolbenstange
11 bewegt und die Drossel 41 wirksam ist, strömt die in dem Zylinderraum 36 enthaltene
Flüssigkeit durch den Verdrängerkolben in den Zylinderraum 37, wobei die Federscheibe
27a von ihrem Sitz auf der Kolbenringfläche abgehoben wird und die Rücklaufkanäle
30-33 öfnnet. Wenn man die Federhärte einstellen will, muß man den Flüssigkeitsstrom
durch den Verdrängerkolben entsprechend einschränken, d.h. den Querschnitt und/oder
die Anzahl der Rücklaufkanäle 30-33 vermindern und/oder die Verformbarkeit der Federstahlscheibe
27a durch entsprechende Wahl des Materials bzw. ihre Form, letzteres u.a. durch
die Größe ihrer mittleren Öffnung 50 zur Aufnahme der Kolbenstange 26 verändern.
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Entsprechend der Federbelastung fahren der Federkolben 12 und der
Verdrängerkolben 27 synchron in die Zylinder 2, 21 ein. Wird die Feder entlastet,
so wird die in dem gespannten Gas des Zylinderraumes 16 gespeicherte Energie frei
und treibt den Federkolben 12 in die umgekehrte Richtung, bei der die Kolbenstange
11 aus dem Federzylinder 2 ausfährt. Hierbei verschließt die Federscheibe 27a die
Rücklaufkanäle 30-33 und der Kolben 27 verdrängt die Flüssigkeit im Raum 37 durch
die Drossel 41 in den Raum 36 des Flüssigkeitszylinders.
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Die Drosselung bestimmt damit die Geschwindigkeit des Verdrängerkolbens
27 und die Geschwindigkeit des Federkolbens 12, so daß sie entsprechend gewählt
werden kann.
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Da es sich sowohl bei dem Druckgas und auch bei der Flüssigkeit um
einen geschlossenen Kreislauf handelt, kommt das gesamte System der Gasfeder 1 ohne
Fremdenergie aus. Die Federcharasteristik wird durch den
Gesamtaufbau
der Gasfeder nicht verändert, d.h. sie behält die Linearität, die durch die Gasfüllung
gegeben ist.
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