DE3900927A1 - Pneumatisches oder hydropneumatisches verstellelement - Google Patents

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.