DE4103948A1 - Betaetigungsvorrichtung zur ausfuehrung eines einfachen bewegungshubes, sogenannte gasfeder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung zur Ausführung eines einfachen Bewegungshubes, sogenannte Gas­ feder, wie sie entsprechend dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 durch offenkundige Vorbenutzung bekanntgeworden ist.

Derartige Gasfedern dienen beispielsweise der Öffnung von deckel- oder klappenartigen Gebilden, wie von Kofferraum­ deckeln, Motorhauben, Gepäck- und Arbeitsklappen an Nutzfahr­ zeugen od. dgl.

Derartige Gasfedern arbeiten nach dem Prinzip eines Differentialzylinders. Im gesamten Zylinderinnenraum herrscht also der gleiche Druck, so daß der Arbeitshub von dem auf die Kolbenvollfläche einwirkenden Gasdruck herbeigeführt wird. Im Zylinderinnenraum befindet sich ein Gemisch (insge­ samt mit "Fluid" bezeichnet) aus Druckgas und einer geeigneten Hydraulikflüssigkeit, z. B. Hydrauliköl. Als Druckgas wird häufig Stickstoff mit einem Druck von etwa 30-120 bar benutzt.

Während des Arbeitshubes, z. B. beim Öffnen der Heckklappe eines Kombinations-Kraftwagens, schiebt der auf die Kolbenvoll­ fläche wirkende Druck Kolben und Kolbenstange in Richtung Zylinderkopf aus, während das Fluid durch den Überströmkanal vom stangenseitigen Zylinderraum zum kolbenseitigen Zylinder­ raum wandert. Bei diesem Arbeitshub ist der von einem Rück­ schlagventil gebildete Rückströmkanal geschlossen.

Beim Rückhub der vorbeschriebenen Heckklappen-Anord­ nung fährt der Kolben unter Krafteinwirkung von außen (durch Handbetätigung z. B.) in Richtung Zylinderboden in den Zylin­ der ein, wobei der Fluid-Austausch über das nun offene Rück­ schlagventil vom kolbenseitigen Zylinderraum zum stangen­ seitigen Zylinderraum hin erfolgt.

Häufig sind differenzierte Bewegungsabläufe erwünscht, insbesondere - je nach Verwendungsart der Gasfeder - eine mehr oder weniger rasche Arbeitsbewegung. In der Praxis verfährt man so, daß jeder Arbeitscharakteristik ein entsprechend kalibrierter Überströmkanal zugeordnet ist. Demnach muß beim Hersteller bzw. Lieferanten von Gasfedern für jede Arbeits­ charakteristik ein bestimmter Typ einer Gasfeder mit einer be­ stimmten Kalibrierung des Überströmkanals bevorratet werden.

Ausgehend von den vorbeschriebenen Nachteilen der ein­ gangs erwähnten vorbekannten Betätigungsvorrichtung, basiert die Erfindung zunächst auf einem Bedürfnis nach einer mit einfachen Mitteln hinsichtlich des Ablaufs ihres Arbeits­ hubes regulierbaren Gasfeder. Die versuchsweise Ausgestaltung des Überströmkanals mit von Hydraulikstoßdämpfern her bekann­ ten Ventilanordnungen schlug indes fehl.

Bei Verwendung einer z. B. durch die US-PS 30 48 710 bekannten kegelförmigen Ventilnadel mit von außen her zugängli­ cher Axial-Verstelleinrichtung zeigten sich Funktionsstörun­ gen. Diese Funktionsstörungen entstanden dadurch, daß sich zwangsläufig entstehende Abnutzungspartikel in dem ventilnadel­ geregelten Überströmkanal festsetzten und so die Arbeitsbewe­ gung der Gasfeder negativ beeinträchtigten. Bei einem Hydraulikstoßdämpfer treten derartige Beeinträchtigungen auf­ grund der zwangsläufig großen Druckdifferenz zwischen stangen­ seitigem und kolbenseitigem Zylinderraum nicht auf. Durch die erhebliche Druckdifferenz werden nämlich Abnutzungspartikel durch das zurückströmende Fluid weggespült, was aber bei einer Gasfeder wegen der nur geringen Druckdifferenz nicht geschieht.

Ausgehend von der durch offenkundige Vorbenutzung bekannt­ gewordenen Gasfeder der eingangs beschriebenen Gattung, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Gasfeder zu schaffen, bei welcher der Ablauf des Arbeitshubes mit relativ einfachen und störungsfreien Mitteln regelbar ist.

Diese Aufgabe wird entsprechend der Erfindung dadurch gelöst, daß in die Überströmöffnung des Überströmkanals quer zur Öffnungsebene das freie Nadelende einer Ventilnadel ko­ axial einschiebbar ist, die einen zylindrischen Nadel-Grund­ körper aufweist, dessen vollständiger Querschnitt unter Be­ rücksichtigung etwa einer Schiebesitzpassung dem vollständigen Querschnitt der Überströmöffnung entspricht, wobei die Ventil­ nadel eine zur Nadellängsachse und zu ihrem freien Nadelende hin geneigte, den gesamten Querschnitt des Nadel-Grundkörpers schneidende einseitige Schrägfläche bildet.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht unter anderem wesent­ lich in der einseitig angeordneten Schrägfläche der Ventil­ nadel. Während nämlich eine in eine kreisrunde Überströmöff­ nung eintauchende kegelförmige Ventilnadel (s. US-PS 38 48 710) einen Ringspalt bilden würde, in welchem sich Abnutzungspartikel bei schwacher Fluidströmung relativ leicht verfangen könnten, bildet die erfindungsgemäße Ventilanord­ nung keinen Ringspalt. Vielmehr verkleinert die erfindungs­ gemäße Anordnung die Überströmöffnung des Überströmkanals lediglich mehr oder weniger fortschreitend von einer Seite her unter Belassung eines für die Fluid-Strömung freibleibenden Vollquerschnittes. Dieser Vollquerschnitt ist bei einer Gas­ feder trotz der dort geringen Druckdifferenz zwischen stangen­ seitigem und kolbenseitigem Zylinderraum leicht durch das zurückströmende Fluid von irgendwelchen Abnutzungspartikeln freizuspülen.

Mit der Erfindung ist es demnach gelungen, entsprechend dem gewünschten Ablauf des Arbeitshubes einer Gasfeder die Überströmöffnung kontinuierlich mehr oder weniger zu ver­ kleinern, ohne daß Abnutzungspartikel in der Lage wären sich in störender Weise in der Überströmöffnung festzusetzen. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Gasfeder besteht in der Verringerung der Lagermenge, da sich jede Gasfeder ent­ sprechend der gewünschten Bewegungscharakteristik des Arbeits­ hubes einstellen läßt.

Eine besonders einfach herzustellende erfindungsgemäße Ausführungsform besteht darin, daß der Querschnitt der Über­ strömöffnung und der Querschnitt des Nadel-Grundkörpers je­ weils eine Kreisfläche darstellen. Der freie Querschnitt der Überströmöffnung besteht bei dieser Ausführungsform aus einem Kreisabschnitt.

Entsprechend anderen Erfindungsmerkmalen ist die Schräg­ fläche dann besonders leicht herstellbar, wenn sie eben ist. Ebene Schrägflächen sind in Verbindung mit einem hydraulischen Stoßdämpfer von der DE-AS 12 81 865 (s. dort Fig. 1 und 2 Pos. 7) an sich bekannt.

Gemäß der DE-AS 12 81 865 ist die Ventilnadel aber dach­ flächenartig gegenläufig abgeschrägt, so daß die Überströmöff­ nung aus zwei gesonderten Spalten besteht, in welchen sich in nachteiliger Weise Abnutzungspartikel festsetzen können.

Eine besondere Eigenart der Erfindung besteht noch darin, daß - im Unterschied zu einer kegelförmig oder gegenläufig dachflächenartig abgeschrägt ausgebildeten Ventilnadel - die einseitig angeschrägte Ventilnadel bei relativ großem Axialhub nur eine verhältnismäßig geringe Querschnittsverminderung er­ zeugt, was die Möglichkeit zu einer feinfühligen Regelung des Arbeitshubes eröffnet.

Weitere Vorteile entsprechend der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In den Zeichnungen ist ein bevorzugtes Ausführungsbei­ spiel entsprechend der Erfindung näher dargestellt, es zeigen,

Fig. 1 einen teilweise axialen Längsschnitt durch eine Gasfeder,

Fig. 2 ein vergrößertes Detail entsprechend der in Fig. 1 eingetragenen, mit II bezeichneten Einkreisung und

Fig. 3 einen Querschnitt entsprechend der mit III-III bezeichneten Schnittlinie in Fig. 2.

In den Zeichnungen ist eine Gasfeder insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Die Gasfeder 10 weist ein Zylinder­ gehäuse 11 und einen darin aufgenommenen Scheibenkolben 12 mit in letzterem verschraubter Kolbenstange 13 auf.

Der Kolben 12 unterteilt den Zylinderinnenraum in einen kolbenseitigen Zylinderinnenraum K und in einen stangensei­ tigen Zylinderinnenraum S. Die Kolbenvollfläche ist mit V bezeichnet, während die um den Querschnitt der Kolbenstange 13 verringerte stangenseitige Kolbenfläche, also die Kolbenring­ fläche, mit R bezeichnet ist.

Der Zylinderinnenraum K, S ist mit einem Gemisch aus Hydrauliköl und Druckgas (z. B. Stickstoff) - Fluid - befüllt und steht unter einem Innendruck von etwa 30-120 bar.

Die Gasfeder 10 arbeitet nach dem Prinzip eines Dif­ ferential-Zylinders. Der in den Räumen K, S vorhandene Druck gleicher Höhe wirkt also auf die größere Kolbenvollfläche V, belastet demnach den Kolben 13 in Ausfahr- bzw. Arbeitshub­ richtung y.

Zur beidendseitigen Abdichtung des Zylindergehäuses 11 weist dieses einenends einen Zylinderboden 14 auf, wel­ cher mittel eines O-Ringes 15 gegen die Innenmantelfläche des Zylindergehäuses 11 abgedichtet ist. Der ein stufenartiges Drehteil darstellende Zylinderboden 14 ist über ein einge­ zogenes Ende 16 des Zylindergehäuses 11 gehalten.

Der Zylinderboden 14 bildet außerdem einen Gewindeansatz 17 zur Gewindebefestigung einer nicht dargestellten Ringöse.

Ebenso weist das dem Zylinderkopf 18 benachbarte freie Ende der Kolbenstange 13 ein Außengewinde 19 auf, auf welches ebenfalls eine nicht dargestellte Ringöse aufgeschraubt werden kann.

Mit den zylinderbodenseitig und den zylinderkopfseitig angeordneten Ringösen wird eine Gasfeder an den betreffenden Schwenkpunkten der zu betätigenden Vorrichtung gelagert.

So kann beispielsweise die Ringöse am Gewindeansatz 17 das Zylindergehäuse 11 an einer raumfesten Schwenkachse einer Kfz-Karosserie lagern, während die nicht dargestellte Ringöse am kolbenstangenseitigen Außengewinde 19 an der Schwenklager­ achse einer Heckklappe angeordnet sein kann.

Zylinderbodenseitig sind übrigens eine Führungsbuchse 20 für die Kolbenstange 13 und außerdem eine etwa stopfbuchsen­ artige Stangendichtung 21 zur Abdichtung der Kolbenstange 13 vorgesehen. Zur Halterung der Stangendichtung 21 ist das Zylindergehäuse 11 kopfseitig bei 22 eingezogen.

Die Dichtwirkung der Stangendichtung 21 wird über Dicht­ lippen 23 erzeugt.

Die Kolbenstange 13 weist eine durchgehende koaxiale zentrale Bohrung 24 auf, in welcher eine Ventilnadel 25 axial­ verschieblich, also entweder in Ausfahrrichtung y oder in Einfahrrichtung x, angeordnet ist. Hierzu ist die Ventilna­ del 25 an ihrem dem Kolben 12 abgewandten Endbereich mit einem Außengewinde 26 versehen, welches mit einem nicht näher bezeichneten Innengewinde der zentralen Bohrung 24 der Kol­ benstange 13 zusammenwirkt. Die Axialposition der Ventilnadel 25 kann in zweckentsprechender Weise - z. B. mittels einer die Kolbenstange 13 radial durchsetzenden Stiftschraube (nicht dargestellt) - lösbar arretiert werden.

Da die Kolbenstange 13 außen stirnendseitig offen ist, kann man mit einem Schraubendreher in den stirnendseitigen Betätigungsschlitz 27 der Ventilnadel 25 eingreifen, um diese zu drehen und so unter der Wirkung des Außengewindes 26 entwe­ der in Richtung y oder in Richtung x axial zu verstellen. Der Betätigungsschlitz 27 ist stirnendseitig eines außen glatten Schaftbereichs 28 der Ventilnadel 25 vorgesehen.

Der glatte Schaftbereich 28 trägt zudem in nicht näher bezeichneten Ringnuten mindestens einen O-Ring 29 zur Rückdich­ tung der Ventilnadel 25 innerhalb der kolbenstangenseitigen zentralen Bohrung 24.

Benachbart der Kolbenvollfläche V ist zentral mittelbar über die Kolbenstange 13 ein Ventilsitzkörper 30 im Kolben 12 gehalten. Diese Ausbildung ist besonders deutlich aus Fig. 2 zu ersehen.

Die untere Stirnfläche 31 des Ventilsitzkörpers 30 schließt bündig mit der Kolbenvollfläche V ab. Der Ventilsitz­ körper 30 stellt einen kreiszylindrischen Körper mit einer zentralen kreiszylindrischen Bohrung, dem Überströmkanal 32, dar. Die eigentliche Überströmöffnung ist mit 33 bezeich­ net. An die Überströmöffnung 33 schließt sich eine kegelstumpf­ förmige Erweiterung 34 an. Kolbenstangenseitig folgt ein kreiszylindrischer Raum 35, welcher über eine kegelstumpf­ förmige Verengung 36 in die kolbenstangenseitige zentrale kreiszylindrische Bohrung 24 übergeht. Eine Querbohrung 37 durchdringt die Kolbenstange 13 (also auch die zentrale Boh­ rung 24) von außen.

Es besteht somit eine fluidleitende Verbindung zwischen dem stangenseitigen Raum S und dem kolbenseitigen Raum K.

Und zwar geschieht die fluidleitende Verbindung über die Querbohrung 37, die zentrale Bohrung 24, die kegelstumpfför­ mige Verengung 36, den kreiszylindrischen Raum 35, die kegel­ stumpfförmige Erweiterung 34 und die Überströmöffnung 33 mit Überströmkanal 32.

Die Ventilnadel 25 weist einen kreisrunden - vollstän­ digen - Querschnitt auf. Das Nadelende ist mit 38 bezeichnet. An das Nadelende 38 schließt sich eine elliptische Kontur aufweisende Schrägfläche 39 an, welche zur Nadellängsachse L mit einem Winkel β von etwa 30° geneigt ist. Der Kreisquer­ schnitt der einen kreiszylindrischen Grundkörper bildenden Ventilnadel 25 ist unter Einbeziehung etwa einer Schiebesitz­ passung im wesentlichen deckungsgleich mit dem Kreisquer­ schnitt des Überströmkanals 32.

In Fig. 3 ist die Funktion der Ventilnadel 25 im Hin­ blick auf den Ventilsitzkörper 30 näher dargestellt: Es zeigt sich, daß sich die Ventilnadel 25 im Bereich ihrer ebenen Schrägfläche 39 elliptischer Kontur mit ihrer kreiszylin­ drischen Außenmantel-Teilfläche 40 an die kreiszylindrische Innenmantelfläche 41 des Überströmkanals 32 anschmiegen kann. Zugleich läßt aber die Ventilnadel 25 einen großräumigen ungeteilten Strömungsquerschnitt Q der Überströmöffnung 33 frei. In diesem weiträumigen Strömungsquerschnitt Q können sich bei den praktisch vorkommenden Größen der Fläche Q keine Abriebpartikel festsetzen.

Die Funktion der gezeigten Gasfeder ist folgende:

Für den Fall, daß die Kolbenstange 13 in Richtung y ausfährt (Arbeitshub), strömt das Fluid vom stangenseitigen Raum S entsprechend dem vorbezeichneten Strömungsweg von 37 bis 32 zum kolbenseitigen Raum K. Durch unterschiedliche Axialverstellung der Düsennadel 13 verengt diese den freien Querschnitt Q mehr oder weniger im Sinne einer größeren oder geringeren Arbeitsgeschwindigkeit in Richtung y.

Für den Fall, daß die Kolbenstange 13 unter Wirkung einer äußeren Kraft in Einfahrrichtung x bewegt wird (Rückhub), verläuft die Fluidströmung umgekehrt, und zwar hauptsächlich über den Rückströmkanal 42 von K nach S, dessen Kugel- Rück­ schlagventil 43 während des Arbeitshubes in Richtung y ge­ schlossen ist, hingegen aber in entgegengesetzter Einfahr­ richtung (in Richtung x) öffnet.

Ergänzend sei noch erwähnt, daß der Kolben eine Kolben­ dichtung in Form eines O-Ringes 44 trägt und daß koaxial zum zylinderbodenseitigen Gewindeansatz 17 eine Füllventilanord­ nung 45 zur Befüllung des Zylinder-Innenraums K, S mit Fluid (Hydrauliköl, Stickstoff) vorgesehen ist.

Claims (8)

1. Betätigungsvorrichtung zur Ausführung eines einfachen Bewegungshubes, sogenannte Gasfeder, mit einem einen boden- und kopfseitig dichten Zylindergehäuse, in welchem gemeinsam mit seiner einseitig durch den Zylinderkopf nach außen geführ­ ten Kolbenstange ein Scheibenkolben aufgenommen ist, dem ein beim Arbeitshub offener Überströmkanal sowie ein beim Arbeits­ hub geschlossener und beim Rückhub offener Rückströmkanal zugeordnet sind, und wobei der Zylinderinnenraum mit einer Hydraulikflüssigkeit und einem unter Druck befindlichen Gas gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in die Überströmöff­ nung (33) des Überströmkanals (32) quer zur Öffnungsebene das freie Nadelende (38) einer Ventilnadel (25) koaxial einschieb­ bar ist, die einen zylindrischen Nadel-Grundkörper aufweist, dessen vollständiger Querschnitt unter Berücksichtigung etwa einer Schiebesitzpassung dem vollständigen Querschnitt der Überströmöffnung (33) entspricht, wobei die Ventilnadel (25) eine zur Nadellängsachse (L) und zu ihrem freien Nadelende (28) hin geneigte, den gesamten Querschnitt des Nadel-Grundkör­ pers schneidende einseitige Schrägfläche (39) bildet.

2. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Querschnitt der Überströmöffnung (33) und der Querschnitt des Nadel-Grundkörpers jeweils eine Kreis­ fläche darstellen.

3. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägfläche (39) eben ist.

4. Betätigungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Überströmkanal (32) von einem kreiszylindrischen Ventilsitzkörper (30) als zen­ trale kreiszylindrische Bohrung gebildet ist, deren dem freien Nadelende (38) zugewandter, sich an die Überströmöffnung (33) anschließender, Endbereich eine kegelstumpfförmige Erweiterung (34) darstellt.

5. Betätigungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Überströmkanal (32) in der Vollfläche (V) des Kolbens (12) mündet und koaxial in letzterem angeordnet ist, daß die Kolbenstange (13) zur koaxialen Aufnahme der Ventilnadel (25) eine zentrale Bohrung (24) aufweist und einen kolbenstangenseitig im Zylinderinnen­ raum (S) mündenden, zur Überströmöffnung (33) führenden Ver­ bindungskanal (37, 24, 36, 35) bildet.

6. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der dem Kolben (12) abgewandte äußere Endbereich der in der zentralen Kolbenstangen-Bohrung (24) aufgenommenen Ventilnadel (25) eine Einrichtung (bei 26) zur Axialverstel­ lung der Ventilnadel (25) bildet.

7. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ventilnadel (25) benachbart ihrem äußeren Endbereich ein Außengewinde (26) trägt, welches mit einem Innengewinde der zentralen Kolbenstangen-Bohrung (24) zusammen­ wirkt.

8. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß benachbart ihrem Außengewinde (26) der Endbe­ reich der Ventilnadel (25) einen kreiszylindrischen glatten Schaftbereich (28) mit mindestens einem O-Ring (29) zur Abdich­ tung der endseitigen glatten Innenmantelfläche der zentralen Kolbenstangen-Bohrung (24) und stirnseitig Werkzeugbetätigungs­ flächen (27) zur Drehverstellung der Ventilnadel (25) trägt.