DE4103948A1 - Betaetigungsvorrichtung zur ausfuehrung eines einfachen bewegungshubes, sogenannte gasfeder - Google Patents
Betaetigungsvorrichtung zur ausfuehrung eines einfachen bewegungshubes, sogenannte gasfederInfo
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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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914103948 DE4103948A1 (de) | 1990-03-03 | 1991-02-09 | Betaetigungsvorrichtung zur ausfuehrung eines einfachen bewegungshubes, sogenannte gasfeder |
Applications Claiming Priority (2)
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DE19914103948 DE4103948A1 (de) | 1990-03-03 | 1991-02-09 | Betaetigungsvorrichtung zur ausfuehrung eines einfachen bewegungshubes, sogenannte gasfeder |
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Publication Number | Publication Date |
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DE4103948A1 true DE4103948A1 (de) | 1991-09-05 |
DE4103948C2 DE4103948C2 (de) | 1992-02-13 |
Family
ID=25890731
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19914103948 Granted DE4103948A1 (de) | 1990-03-03 | 1991-02-09 | Betaetigungsvorrichtung zur ausfuehrung eines einfachen bewegungshubes, sogenannte gasfeder |
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Owner name: JOST, GERHARD, DR., 4322 SPROCKHOEVEL, DE |
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