DE3603075A1 - Gasfeder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasfeder mit einem eine zylinderförmige Wandung aufweisenden Druckrohr, welches an einer Seite mit einem festen Boden und an der anderen Seite mit einer eine Kolbenstange gasdicht abschließenden Dichtung verschlossen ist, wobei die Kolbenstange im Druckrohr einen Dämpfungskolben aufweist und das Druckrohr mit einem unter Druck stehenden kompressiblen Arbeitsmedium gefüllt ist.

Gasfedern der genannten Art sind beispielsweise bei Kraftfahrzeugen an Heckklappen, Kofferraum, Deckeln oder Motorhauben angeordnet, wobei diese eine Bewegung dieser Teile durch Gewichtsausgleich erleichtern und, je nach Ausgestaltung, auch eine Dämpfungswirkung bei der Bewegung der Teile ausüben.

Die Progression der Federkraft wird bei Gasfedern durch Aufladung des Druckrohres mit hochgespanntem Gas nach Maßgabe der jeweils vorliegenden Arbeitsbedingungen eingestellt. So ist beispielsweise der DE-AS 12 08 951 zu entnehmen, daß der Fülldruck einer Gasfeder etwa 70 bar betragen kann. Die Befüllung einer Gasfeder der eingangs genannten Art erfolgt beim Stand der Technik vielfach, nachdem die Gasdruckfeder fertig zusammengebaut ist. Die Befüllung erfolgt beispielsweise in einer die Dichtungsseite des Druckrohres mediendicht umschließenden Druckkammer mit einem Arbeitsdruck, bei welchen die Abdichtkraft der Dichtung für den vorgesehenen Innendruck durch entsprechend starke Verformung überwunden wird. Der hierfür erforderliche Arbeitsdruck liegt beispielsweise in der Größenordnung zwischen 220 und 250 bar. Dieses Befüllungsverfahren weist sehr große Nachteile auf. Es ist nämlich sehr aufwendig infolge des erforderlich hohen Gasdruckes, und zwar bezüglich einer hierfür erforderlichen Kompressoranlage und der für deren Betrieb aufzuwendenden hohen Energie. Weiterhin ist das Arbeiten innerhalb so hoher Druckstufen ersichtlicherweise sehr gefährlich und erfordert infolgedessen die Einschaltung entsprechender Sicherheitsmaßnahmen, was den Befüllvorgang weiterhin wesentlich verteuert. Und schließlich ist dieses Verfahren mit einem hohen Verlust an Gas verbunden. Sofern nämlich die Druckkammer am Ende des Befüllvorganges geöffnet wird, entweicht eine dem Überdruck entsprechende Gasmenge, womit das Gas und die ihm innewohnende Kompressionsarbeit verloren wird. Die Verluste sind exorbitant hoch, wobei zu berücksichtigen ist, daß beispielsweise eine Tagesproduktion von 100 000 Gasdruckfedern der Befüllung zugrunde liegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasfeder mit einer das Befüllen wesentlich erleichternden, die bisher hierbei auftretenden Gas- und Energieverluste vermeidenden und die Gefährdung der mit dieser Arbeit beschäftigten Personen signifikant verringernden Einrichtung zum Befüllen anzugeben. Weiterhin soll diese Einrichtung unkompliziert, zuverlässig in der Funktion und preisgünstig herstellbar sein.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einer Gasfeder der eingangs genannten Art in überraschender und vorteilhafter Weise mit der Erfindung dadurch, daß die Wandung des Druckrohres im Bereich des Bodens eine Bohrung aufweist und im Inneren des Druckrohres im Bereich der Bohrung ein mit der Bohrung als Rückschlagventil zusammenwirkend ausgebildetes Ventilorgan angeordnet ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Gasfeder wird der Befüllvorgang erheblich erleichtert und verbessert und gegebenenfalls das spätere Ablassen des Gases. Die Befüllung kann nunmehr in einer unkomplizierten Art und Weise vorgenommen werden, die etwa der Füllung eines Fahrzeugreifens über ein entsprechendes Rückschlagventil entspricht. Weil hierbei im Gegensatz zum Stand der Technik ein Überwinden der Abdichtkraft der Kolbenstangendichtung nicht mehr erforderlich ist, genügt zum Befüllen ein Fülldruck, welcher nur geringfügig größer als der Arbeitsdruck im Druckrohr ist. Weiterhin fällt die Verwendung einer Druckkammer und fallen die Verluste an Gas und Kompressionsenergie weg. Die entsprechende Arbeitsweise ist ungefährlich und unkompliziert. Insgesamt ergibt sich eine Vereinfachung mit großem wirtschaflichem Vorteil.
Besonders vorteilhaft ist das Ventil ein an der Innenwandung anliegender Schlauchabschnitt.

Weitere sehr vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Gasfeder nach der Erfindung sind entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 11 vorgesehen.

Die Erfindung wird in schematischen Zeichnungen in einer bevorzugten Ausführungsform gezeigt, wobei aus den rein schematischen Zeichnungen weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung entnehmbar sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine Gasfeder in Seitenansicht, mit einem entlang einer in der Mittelachse verlaufenden Ebene geschnittenen Druckrohr;

Fig. 2 eine Gasfeder in einer anderen Ausführungsform, im expandierten Zustand, ebenfalls im Schnitt.

Die Gasfeder in Fig. 1 weist ein Druckrohr 2 auf, welches an einer Seite mit einem festen Boden 6 und an der anderen Seite mit einer eine Kolbenstange 12 gasdicht abschließenden Dichtung 13 verschlossen ist. Die Kolbenstange 12 weist im Druckrohr 2 einen Dämpfungskolben 14 auf. Das Druckrohr ist mit einem unter Druck stehenden kompressiblen Arbeitsmedium gefüllt. Dieses wirkt auf den durch die Dichtung 13 laufenden Querschnitt "F". Der Fülldruck "p" des Arbeitsmediums multipliziert mit der wirksamen Fläche "F" ergibt die Schubkraft "S" der Kolbenstange 12.
Eine in der Wandung 1 des Druckrohres 2 angeordnete Sicke 15 dient der Begrenzung des Arbeitshubes vom Kolben 14. In dem darunterliegenden Raum des Druckrohres 2 weist dessen Wandung 1 im Bereich des Bodens 6 eine Bohrung 3 auf und im Inneren 4 des Druckrohres 2 ist im Bereich der Bohrung 3 ein mit der Bohrung 3 als Rückschlagventil zusammenwirkend ausgebildetes Ventilorgan 5 angeordnet.

Dieses Ventilorgan 5 ist mit einem an der Innenseite der Wandung 1 anliegenden, die Bohrung 3 nach Art eines Herzklappenventils überdeckenden Dichtungselement 7 aus weichelastischem Material wie Gummi oder Kunststoff ausgebildet. Dabei ist das Ventilorgan 5 mit einer Lippe 7 aus einer Gummifolie mit einer Dicke zwischen 0,3 und 0,6 mm als selbsttätiges Ventil ausgebildet.

In überraschend einfacher Weise gelingt mit dem Ventil nach der Erfindung im Zusammenwirken mit der Einfüllbohrung 3 ein Befüllen des Innenraumes 4 der Gasdruckfeder in einer unkomplizierten Weise ähnlich dem Vorgang beim Aufblasen eines Fahrzeugreifens. Dabei wirkt das Gummilippen-Ventilorgan 5 bzw. 7 ähnlich dem Prinzip eines Fahrradventiles mit übergezogenem Ventilgummiröhrchen. Mit einem dem Arbeitsdruck entsprechenden Innendruck beispielsweise von 22 bar legt sich dieses Gummiventilelement nach Beendigung der Befüllung an die Innenwandung an und dichtet die Bohrung 3 hermethisch ab.

Wie aus der Zusammenschau der Fig. 1 und 2 hervorgeht, kann das Ventilorgan 5 in der Form eines an der Innenseite der Wandung 1 des Druckrohres 2 anliegenden weichelastischen Schlauchabschnittes ausgebildet sein.
Ebenfalls ist eine Ausbildung nach Art einer Topfmanschette mit geschlossenem Boden, wie in Fig. 1 gezeigt, möglich und sehr zweckmäßig. Hierbei kann nämlich der Bodenteil 16 des Ventilorganes 5 zur Befestigung auf dem Boden 6 des Druckrohres 2 beispielsweise mithilfe eines von einem Klebmaterial gebildeten Befestigungsmittels herangezogen sein.

Der Außendurchmesser des Schlauchabschnittes 8 ist mit dem Innendurchmesser des Druckrohres 2 übereinstimmend oder im wesentlichen übereinstimmend ausgebildet. So kann der Außendurchmesser des Schlauchabschnittes in unbelastetem Zustand um ein geringes Maß gröser sein als der Innendurchmesser des Druckrohres, um bereits ohne Gasfüllung eine dichte Anlage zu erhalten. Der Durchmesser des Schlauches kann aber auch um ein geringes Maß kleiner sein, weil sich der Schlauch durch die Befüllung des Druckrohres ausweitet und damit dicht anliegt.
Ebenfalls erfindungswesentlich ist das Ventilorgan 5 bzw. der Schlauchabschnitt 8 aus einem Material mit einer Weichheit zwischen 30 und 50° Shore hergestellt. Es kann sich um Gummi oder um Kunststoff dieses Weichheitsgrades handeln.

Wie bereits dargelegt, ist der Schlauchabschnitt 8 an seinem dem Boden 6 zugekehrten Randbereich 9 mit einem Befestigungsmittel 10 an der Innenseite der Wandung 1 des Druckrohres 2 befestigt.
Dabei kann das Befestigungsmittel 10 sehr zweckmäßig als Klemmring ausgebildet sein. (Fig. 2)
Das Befestigungsmittel 10 kann aber auch eine Haftschicht 11 von einem Klebematerial o. ä. sein.

Sehr vorteilhaft weist die Bohrung 3 einen Durchmesser zwischen 0,2 mm und 0,8 mm, vorzugsweise von 0,5 mm auf. Um ein ungestörtes Anliegen des Ventilorganes 5 bzw. 7 oder 8 an der Bohrung zu gewährleisten, ist diese zweckmäßigerweise an der Innenseite der Wandung 1 entgratet ausgebildet.

Mit der Anordnung des Ventilorganes 5 im Zusammenwirken mit einer Bohrung 3 bei einer Gasfeder ergibt sich außer den bereits erwähnten Vorteilen beim Auffüllen mit dem Arbeitsmedium auch ein sehr wesentlicher Vorteil beim Entsichern einer verbrauchten Gasfeder durch Ablassen des Gases.
Nach bisheriger Vorschrift müssen Gasdruckfedern vom Schrotthändler an einer Stelle abgeliefert werden, in der diese unter höchsten Vorsichtsmaßnahmen nach Art einer Bombe entschärft werden. Dies geschieht durch Anbohren der Wand des Druckrohres mit einer winzigen Entlastungsbohrung.

Im Gegensatz hierzu kann mit der erfindungsgemäßen Lösung ein dünner Stift durch die Bohrung 3 hindurchgeführt und das Ventilorgan soweit nach innen gedrückt werden, daß das Druckgas zwischen Außenwandung des Ventilorganes 5 und Innenwandung des Druckrohres 1 entweichen kann. Selbst, wenn dabei das Dichtungselement 7 bzw. der Schlauchabschnitt 8 durchstochen werden sollte, kann kein Unfall eintreten, weil die winzige Öffnung mit einem Durchmesser von weniger als 1 mm nur sehr langsam den Innendruck entweichen läßt.

Überhaupt garantiert die erfindungsgemäß ausgebildete Gasdruckfeder der in Fig. 2 beispielhaft dargestellten Bauart ein Höchstmaß an Sicherheit.
Im Falle einer gewaltsamen Zugbeanspruchung, beispielsweise infolge eines bei einem Verkehrsunfall hochschnellenden und dabei hohen Verzögerungskräften oder einer Knautschung ausgesetzten Kofferraumdeckels, erreicht die erfindungsgemäß ausgebildete Gasfeder mithilfe der mit sehr hoher Festigkeit ausgebildeten ersten Endanschläge 16 bzw. 18 eine erste Endstellung. Bei dieser ersten Endstellung weisen die einander entgegengesetzten Flächen 19 bzw. 20 des Kolbens 17 bzw. 21 einen axialen Abstand "A" auf. Weiterhin beträgt der axiale Abstand der Dichtung 22 des Kolbens 17 vom Bereich 23 vergrößerten Durchmessers des Druckrohres 2 in dieser Endstellung einen axialen Abstand "B".
Würde nun durch Gewalteinwirkung die Haltekraft der ersten Endanschläge 16, 18 überfordert und die Bördelung 25 zerstört, dann würde die Gasfeder eine zweite Endanschlag-Endstellung dadurch erreichen, daß die einander entgegengerichteten Flächen 19 bzw. 20 der Kolben 21 bzw. 17 gegenseitig zur Anlage kommen.

In diesem Falle ist in erfindungswesentlicher weiterer Ausgestaltung bezüglich der Sicherheit vorgesehen, daß der axiale Abstand "A" größer ist als der axiale Abstand "B". Hierdurch wird bewirkt, daß bei Erreichen des zweiten Endanschlages die Dichtung 22 in den Bereich vergrößerten Durchmessers 23 des Druckrohres 2 eintritt. Dabei wird die Dichtwirkung des Kolbens 17 aufgehoben und das im Druckraum befindliche Druckgas kann gefahrlos entweichen. Und schließlich wirkt im Anschluß an diesen Extremfall die Stange 24 als Zuganker. Für den unwahrscheinlichen Fall eines noch vorhandenen Restimpulses würde zunächst nach Zusammenprall der Flächen 19 und 20 der obere Nietkopf 28 abreißen. Sodann würde die Bohrung 26 des Kolbens 17 auf dem unteren Nietkopf 27 aufsitzen und hierbei eine entgültige Ruhestellung finden. Unter diesen Umständen ist nach menschlichem Ermessen mit der in Fig. 2 gezeigten Bauart der Gasdruckfeder ein Höchstmaß an Sicherheit gegeben.

Die Gasfeder nach der Erfindung ist unkompliziert, besitzt infolge der vorgenannten Sicherheitsstufen ein überraschend hohes Maß an Sicherheit auch im Falle einer gewaltsamen Zerstörung, und überwindet infolge der erfindungsgemäß unkomplizierten Einrichtung zum Auffüllen und gegebenenfalls ablassen des Druckmediums die hierbei bisher bestehenden Schwierigkeiten und vermeidet Verluste an Gas und Energie.

Somit kann von einer optimalen Lösung der eingangs gestellten Aufgabe gesprochen werden.

Das Ventil in Gestalt eines an der Innenwandung des Zylinders anliegenden Schlauchstückes hat den Vorteil, daß es neben seiner einfachen Ausbildung sich sehr einfach unterschiedlichen Bedingungen anpassen läßt, so durch die Wahl des elastischen Materials und dessen Wanddicke. Auch kann das elastische Material mit einer elastischen inneren Armierung, so in Gestalt von Glasfäden oder Kohlefäden versehen sein, wie das an sich bei Druckschläuchen bekannt ist.

Claims (11)

1. Gasfeder mit einem eine zylinderförmige Wandung aufweisenden Druckrohr, welches an einer Seite mit einem festen Boden und an der anderen Seite mit einer eine Kolbenstange gasdicht abschließenden Dichtung verschlossen ist, wobei die Kolbenstange im Druckrohr einen Dämpfungskolben aufweist und das Druckrohr mit einem unter Druck stehenden kompressiblen Arbeitsmedium gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (1) des Druckrohres (2) im Bereich des Bodens (6) eine Bohrung (3) aufweist und im Innern (4) des Druckrohres (2) im Bereich der Bohrung (3) ein mit der Bohrung als Rückschlagventil zusammenwirkend ausgebildetes Ventilorgan (5) angeordnet ist.

2. Gasfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilorgan (5) mit einem an der Innenseite der Wandung (1) anliegenden, die Bohrung (3) nach Art eines Herzklappenventils überdeckenden Dichtungselement (7) aus weichelastischem Material wie Gummi oder Kunststoff ausgebildet ist.

3. Gasfeder nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilorgan (5) mit einer Lippe (7) aus einer Gummifolie mit einer Dicke zwischen 0,3 und 1,5 mm als selbsttätiges Ventil ausgebildet ist.

4. Gasfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilorgan in der Form eines an der Innenseite der Wandung (1) des Druckrohres (2) anliegenden weichelastischen Schlauchabschnittes (8) ausgebildet ist.

5. Gasfeder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Schlauchabschnittes (8) mit dem Innendurchmesser des Druckrohres (2) übereinstimmt oder im wesentlichen übereinstimmt.

6. Gasfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilorgan (5) bzw. der Schlauchabschnitt (8) aus einem Material mit einer Weichheit zwischen 30 und 50° Shore hergestellt ist.

7. Gasfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauchabschnitt (8) an seinem dem Boden (6) zugekehrten Randbereich (9) mit einem Befestigungsmittel (10) an der Innenseite der Wandung (1) des Druckrohres (2) befestigt ist.

8. Gasfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsmittel (10) als Klemmring ausgebildet ist.

9. Gasfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsmittel (10) eine Haftschicht (11) von einem Klebematerial o. ä. ist.

10. Gasfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung einen Durchmesser zwischen 0,2 mm und 0,8 mm, vorzugsweise von 0,5 mm aufweist.

11. Gasfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (3) an der Innenseite der Wandung (1) entgratet ausgebildet ist.