DE3900927A1 - Pneumatisches oder hydropneumatisches verstellelement - Google Patents
Pneumatisches oder hydropneumatisches verstellelementInfo
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- F16F9/10—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using liquid only; using a fluid of which the nature is immaterial
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Description
Die Erfindung betrifft ein pneumatisches oder hydropneumati
sches Verstellelement gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Derartige Verstellelemente werden beispielsweise im Fahrzeug
bau als Gewichtsausgleich für eine Kofferraumklappe oder eine
Motorhaube angewendet. Hierbei ist durch die DE-PS 25 13 302
ein Verstellelement bekannt, welches ein Festhalten der um eine
waagerechte Achse schwenkbaren Klappe oder Haube in verschie
denen vorbestimmten Öffnungsstellungen ermöglicht. Dies wird
dadurch erreicht, daß das als Gasfeder ausgebildete Verstell
element mit Überströmkanälen versehen ist, die in der Innen
wand des Zylinders angeordnet und durch Längsnuten gebildet
sind. Je nach der Anzahl der gewünschten Zwischenstellungen
sind nutfreie Abschnitte vorgesehen, die zusammen mit der
Kolbenaußenfläche bzw. mit dem Kolbenring ein Verschließen der
Überströmkanäle bewirken. Nachteilig bei dieser Konstruktion
ist der Verschleiß des Kolbenrings durch die als Bypasskanäle
wirkenden Längsnuten, so daß Undichtigkeiten im Arretierbereich
auftreten und die gewünschte Funktion nach längerer Laufzeit
nicht mehr gewährleistet ist. Auch bei äußerst sorgfältig her
gestellten und abgerundeten Längsnuten ist insbesondere bei
Verwendung eines elastischen Kolbenrings, wie beispielsweise
eines O-Rings, die Gefahr, daß dieser in die Nut gedrückt wird
und so den Überströmquerschnitt weitgehend verschließt, wodurch
eine starke Veränderung der Dämpfwirkung eintritt und das Ver
stellelement eine zu langsame Öffnungsbewegung der Klappe be
wirkt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein pneumati
sches oder hydropneumatisches Verstellelement insbesondere für
Klappen und Hauben von Fahrzeugen zu schaffen, welches ein ein
wandfreies Festhalten in den vorbestimmten Öffnungswinkeln auch
nach langer Benutzungsdauer gewährleistet. Weiterhin wird ge
fordert, daß auch die Dämpfwirkung des Verstellelementes keine
oder zumindest keine nennenswerte Änderung erfährt.
Diese Aufgabe wird entsprechend der Erfindung dadurch gelöst,
daß jeder Überströmkanal mindestens zwei in axialem Abstand zu
einander im Zylinder vorgesehene, radial verlaufende Öffnungen
aufweist, die über einen außerhalb des Zylinders angeordneten
Axialkanal miteinander verbindbar sind und zwischen der Über
strömkanälen in axialer Richtung ein Arretierbereich vorhanden
ist, welcher durch den Abstand von in getrennte Axialkanäle
führende radiale Öffnungen begrenzt ist. Die radial verlaufen
den Öffnungen werden vorzugsweise durch Bohrungen gebildet, wo
bei die mit dem Kolbenring zusammenwirkende Innenkante dieser
Bohrungen vorteilhafterweise durch Eindrücken eines kegel- oder
kugelförmigen Werkzeugs auf einfache Weise entschärft werden
kann. Dadurch wird erreicht, daß auch ein elastischer Kolben
ring, wie beispielsweise ein O-Ring, ohne Gefahr eines vorzei
tigen Verschleißes verwendet werden kann. Da der Kolbenring le
diglich beim Überfahren der Radialbohrungen mit dem Überström
kanal zusammenwirkt, ist bei der zwischen den Radialbohrungen
stattfindenden Kolbenbewegung keinerlei Veränderung der Dämpf
wirkung möglich. Die Axialkanäle selbst können beispielsweise
auch durch an der Außenfläche des Zylinders vorgesehene Axial
nuten gebildet werden, welche durch ein aufgepreßtes Außenrohr
abgedeckt werden. Ebenso ist eine außerhalb des Zylinders ver
laufende und durch eine Art Verbindungsrohr gebildete Verbin
dung der einander zugeordneten Radialbohrungen möglich.
Eine vorteilhafte Ausführungsform wird erfindungsgemäß dadurch
erhalten, daß die Axialkanäle durch Unterteilung eines Ring
raumes gebildet werden, wobei der Ringraum von der Außenfläche
des Zylinders und einer Innenfläche eines den Zylinder konzen
trisch umgebenden Behälters begrenzt ist, während zur Bildung
der axial hintereinander angeordneten Axialkanäle in jedem
Arretierbereich ein Dichtring zwischen der Außenfläche des Zy
linders und der Innenfläche des Behälters angeordnet ist. Eine
solche Unterteilung des Ringraums in die Axialkanäle ist pro
blemlos herstellbar und führt zu einem formschönen Aufbau des
Verstellelements.
Zur Vereinfachung des Zusammenbaus von Zylinder und Behälter
werden die Dichtringe erfindungsgemäß in Nuten des Zylinders
eingelegt. Anschließend wird der Zylinder in den Behälter ein
gebracht und zur radialen Vorspannung der Dichtringe wird im
Bereich jedes Dichtringes am Behälter mindestens eine umlaufen
de Sicke angebracht.
Insbesondere im nahezu ausgeschobenen Bereich der Kolbenstange
kann es wünschenswert sein, wenn eine Art Anschlagdämpfung
wirksam ist. Dies wird auf einfache Weise gemäß einem weiteren
Merkmal der Erfindung dadurch erreicht, daß die Querschnitte
der radial verlaufenden Öffnungen unterschiedlich groß ausge
bildet sind, wobei vorzugsweise mindestens ein Axialkanal mehr
als zwei in radialem Abstand angeordnete radiale Öffnungen auf
weist und die kurz vor dem Ende der Kolbenstangenbewegung wirk
same Öffnung den kleinsten Querschnitt besitzt.
Zur Verriegerung des Kraftaufwandes beim Überfahren des bzw.
der Arretierbereiche wird vorteilhafterweise, wie die Erfindung
zeigt, der Kolben mit mindestens einem unter Federvorspannung
stehenden Rückschlagventil versehen. Von Vorteil ist es, wenn
jeder Bewegungsrichtung der Kolbenstange ein gegen den Feder
druck öffnendes Rückschlagventil im Kolben vorgesehen ist.
Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen
wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein als Gasfeder ausgebildetes Verstellelement mit einem
Zwischenarretierbereich im Längsschnitt;
Fig. 2 ein Verstellelement mit zwei Zwischenarretierbereichen.
Die in den Figuren gezeigten Verstellelemente weisen am unteren
Ende des Behälters und an dem aus dem Behälter ragenden Kolben
stangenende je ein Befestigungsauge auf. Mit diesen Befesti
gungsaugen sind sie beispielsweise zwischen einer Heckklappe
und einer Fahrzeugkarosserie gelenkig befestigt. Das in Fig. 1
gezeigte Verstellelement weist einen Zylinder 1 auf, der kon
zentrisch in einem Behälter 2 eingespannt ist. Eine mit einem
Kolben 4 versehene Kolbenstange 3 ist nach außen mittels der
Kolbenstangendichtung 5 abgedichtet und in einer Kolbenstangen
führung 6 geführt. Zwischen der Außenwand des Zylinders 1 und
der Innenwand des Behälters 2 ist ein Ringraum 7 vorgesehen,
der mittels eines in einer Nut 9 des Zylinders 1 angeordneten
Dichtringes 8 den Ringraum 7 in einen ersten Axialkanal 11 und
einen zweiten Axialkanal 12 unterteilt. In den ersten Axialka
nal 11 münden die unteren radial verlaufenden Öffnungen 13 und
die obere radial verlaufende Öffnung 14, wobei die Öffnung 13
in den Arbeitsraum 15 und die Öffnung 14 in den Arbeitsraum 16
mündet. Durch Anbringen einer Sicke 10 im Behälter 2 wird der
Dichtring 8 radial vorgespannt und bildet eine einwandfreie
Dichtung zwischen den Axialkanälen 11 und 12. Der vom Axial
kanal 11 und den Öffnungen 13 und 14 gebildete Überströmkanal
ist einem ersten Arbeitsbereich des Verstellelementes zugeord
net, während ein Überströmkanal für einen zweiten Arbeitsbe
reich durch den zweiten Axialkanal 12 und die darin einmünden
den radial verlaufenden Öffnungen 17, 18 und 19 gebildet wird.
Zwischen den beiden Arbeitsbereichen ist ein Arretierbereich 20
vorgesehen, der durch den Abstand der in die getrennten Axial
kanäle 11 und 12 führenden Öffnungen 14 und 17 begrenzt ist.
Zur Abdichtung des Kolbens 4 auf der Innenwand des Zylinders 1
ist ein Kolbenring 21 in einer Kolbennut angeordnet. Ferner ist
dieser Kolben 4 mit federbelasteten Rückschlagventilen 22 und
23 versehen.
Der Druck der in den Arbeitsräumen 15 und 16 vorhandenden Fluid
füllung kann so gewählt werden, daß die Ausschubkraft der Kol
benstange 3 etwas größer ist als dem Gewicht der Klappe ent
spricht, so daß nach der Entriegelung der Klappe diese von der
Verstelleinrichtung automatisch angehoben wird. Andererseits
kann auch der Druck in den Arbeitsräumen 15 und 16 nur so groß
sein, daß das Gewicht der Klappe nicht vollständig kompensiert
wird und das Verstellelement beim Öffnen der Klappe von Hand
den größten Teil des Klappengewichtes kompensiert. Bei ersterer
Auslegung wird die Klappe durch eines oder zwei an dieser an
greifenden Verstellelemente angehoben, wobei die Kolbenstange 3
ausfährt und Fluid vom Arbeitsraum 16 über die Öffnung 14, den
Axialkanal 11 und die Öffnung 13 in den unteren Arbeitsraum 15
fließt. Diese Ausschubbewegung der Kolbenstange 3 dauert so
lange, bis der Kolben 4 mit dem Kolbenring 21, der beispiels
weise durch einen O-Ring gebildet ist, die obere Öffnung 14
überfährt. Nun ist die Verbindung zum Arbeitsraum 15 unterbun
den, da der Arretierbereich 20 erreicht ist. Die Klappe bleibt
somit in dieser Öffnungsposition stehen. Soll die Klappe weiter
geöffnet werden, so muß von Hand eine Öffnungskraft auf diese
ausgeübt werden, wodurch ein Ausziehen der Kolbenstange 3 be
wirkt wird und durch Druckunterschied zwischen den Arbeitsräu
men 16 und 15 das federbelastete Rückschlagventil 23 öffnet.
Wird nun die radial verlaufende Öffnung 17 in Auszugrichtung
der Kolbenstange 3 überfahren, so besteht zwischen dem Arbeits
raum 15 und dem Arbeitsraum 16 eine Überströmverbindung, die
gebildet ist durch den zweiten Axialkanal 12 und die darin ein
mündenden Öffnungen 17, 18 und 19. Die nun erfolgende weitere
Öffnungsbewegung der Klappe ist wiederum automatisch, wobei
nach Überfahren der Öffnung 18 die im Querschnitt wesentlich
kleinere Öffnung 19 wirksam ist. Bedingt durch den kleinen
Querschnitt der Öffnung 19 wird eine wesentlich stärkere Dämp
fung erzielt, so daß diese bei der weiteren Ausfahrbewegung der
Kolbenstange eine Art Anschlagdämpfung bewirkt. Der Weg, in dem
die Anschlagdämpfung wirksam ist, wird durch den Abstand der
radial verlaufenden Öffnung 18 zur Öffnung 19 bestimmt, wobei
dann in diesem Ausfahrbereich allein der Querschnitt der Öff
nung 19 für die Dämpfung maßgebend ist.
Zum Schließen der Heckklappe wird auf diese eine Schließkraft
ausgeübt, wodurch die Kolbenstange 3 in den Behälter 2 ein
fährt. Bei hoher Einschubgeschwindigkeit öffnet infolge des
sich ausbildenden Druckunterschiedes zwischen dem Arbeitsraum
15 und dem Arbeitsraum 16 das federbelastete Rückschlagventil
22. Bei langsamer Einwärtsbewegung der Kolbenstange 3 erfolgt
in jedem Fall der Fluidausgleich über den vom Axialkanal 12 und
den Öffnungen 17, 18 und 19 gebildeten Überströmkanal. Nach
Überfahren der Öffnung 17 wird sich auf jeden Fall das Ventil
22 öffnen, und zwar mindestens so lange, bis auch die Öffnung
14 des ersten Arbeitsbereiches überfahren ist. Nun kann der
Fluidaustausch zwischen dem Arbeitsraum 16 und dem Arbeitsraum
15 über den ersten Arbeitsbereich zugeordneten Überströmka
nal erfolgen, wobei dieser Überströmkanal durch den Axialkanal
11 mit den darin einmündenden Öffnungen 13 und 14 gebildet ist.
Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich von der nach
Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß drei Arbeitsbereiche vorge
sehen werden. Hierzu wird der zwischen der Außenwand des Zylin
ders 1 und der Innenwand des Behälters 2 gebildete Ringraum
durch zwei Dichtringe 8 und 25 in drei Axialkanäle 11, 12 und
26 unterteilt. Auf diese Weise entstehen drei Arbeitsbereiche,
wobei entsprechend Fig. 1 dem ersten Arbeitsbereich der Axial
kanal 11 mit den Öffnungen 13 und 14 als Überströmkanal zuge
ordnet ist, während der aus Axialkanal 12 und den Überströmöff
nungen 17 und 19 bestehende Überströmkanal im zweiten Arbeits
bereich wirksam ist. Zwischen diesen beiden Arbeitsbereichen
befindet sich der Arretierbereich 20. Zwischen dem zweiten und
dritten Arbeitsbereich ist ein zweiter Arretierbereich 24
vorgesehen, der durch den axialen Abstand der Öffnungen 19 und
27 begrenzt ist. In diesem dritten Arbeitsbereich wirkt der
aus dem dritten Axialkanal 26 und den Öffnungen 27 und 28 be
stehende Überströmkanal.
Die Funktion des Verstellelements nach Fig. 2 entspricht wei
testgehend der in Fig. 1 beschriebenen. Unterschiedlich ist
hierbei, daß zwei Zwischenarretierungen verwirklicht werden
können, die durch den ersten Arretierbereich 20 und den zweiten
Arretierbereich 24 bestimmt werden. Durch entsprechende axiale
Anordnung dieser Arretierbereiche 20 und 24 können die beiden
gewünschten Zwischenstellungen für den Öffnungswinkel der Heck
klappe eingestellt werden.
Claims (7)
1. Pneumatisches oder hydraulisches Verstellelement, be
stehend aus einem Zylinder mit einer unter Druck stehenden
Gas- bzw. Gas- und Flüssigkeitsabfüllung, wobei eine nach
außen abdichtend geführte Kolbenstange einen mit einem
Kolbenring versehenen Kolben trägt, der auf der Innenwand
des Zylinders gleitet und die Kolbenstange durch im Zylin
der vorgesehene und in axialer Richtung hintereinander an
geordnete Überströmkanäle mehrfach arretierbar ist, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Überströmkanal mindestens zwei
in axialem Abstand zueinander im Zylinder (1) vorgesehene
radial verlaufende Öffnungen (13, 14; 17, 18, 19; 27, 28)
aufweist, die über einen außerhalb des Zylinders (1) ange
ordneten Axialkanal (11, 12, 26) miteinander verbindbar
sind und zwischen den Überströmkanälen in axialer Richtung
ein Arretierbereich (20, 24) vorhanden ist, welcher durch
den Abstand von in getrennte Axialkanäle (11, 12, 26) füh
rende radiale Öffnungen (14, 17; 19, 27) begrenzt ist.
2. Verstellelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Axialkanäle (11, 12, 26) durch Unterteilung eines
Ringraumes (7) gebildet werden, wobei der Ringraum (7) von
der Außenfläche des Zylinders (1) und einer Innenfläche
eines den Zylinder (1) konzentrisch umgebenden Behälters
(2) begrenzt ist, während zur Bildung der axial hinterein
ander angeordneten Axialkanäle (11, 12, 26) in jedem
Arretierbereich (20, 24) ein Dichtring (8, 25) zwischen der
Außenfläche des Zylinders (1) und der Innenfläche des Be
hälters (2) angeordnet ist.
3. Verstellelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Zylinder (1) zur Aufnahme der Dicht
ringe (8, 25) mit Nuten (9) versehen ist.
4. Verstellelement nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Dichtringe (8, 25) mittels im Behäl
ter (2) angeordneter Dicken (10) radial vorgespannt sind.
5. Verstellelement nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Querschnitte der radial verlaufenden
Öffnungen (13, 14; 17, 18, 19; 27, 28) unterschiedlich groß
ausgebildet sind.
6. Verstellelement nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß mindestens ein Axialkanal (12) mehr als
zwei in axialem Abstand angeordnete radiale Öffnungen
(17, 18, 19) aufweist, wobei die in Auszugrichtung der
Kolbenstange (3) zuletzt wirksame Öffnung (19) den klein
sten Querschnitt besitzt.
7. Verstellelement nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Kolben (4) mit mindestens einem un
ter Federvorspannung stehenden Rückschlagventil (22, 23)
versehen ist.
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