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Die Erfindung betrifft eine Gasfeder
von dem Typ, der z. B. verwendet wird, um die Öffnung einer Fahrzeugtür zu unterstützen.
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Die EP-A1-0508778 offenbart eine
Zylindervorrichtung, eine Kolbenstange, die verschiebbar in der
Zylindervorrichtung befestigt ist und einen Kolben trägt. Der
Kolben unterteilt die Zylindervorrichtung in eine erste Arbeitskammer,
welche die Kolbenstange enthält,
und eine zweite Arbeitskammer.
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Gemäß der Erfindung ist eine Gasfeder
vorgesehen, umfassend eine Zylindervorrichtung, eine Kolbenstange,
die verschiebbar innerhalb der Zylindervorrichtung befestigt ist
und einen Kolben trägt, wobei
der Kolben die Zylindervorrichtung in eine erste Arbeitskammer,
welche die Kolbenstange enthält, und
eine zweite Arbeitskammer unterteilt, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Kolbenstangen-Begrenzungsvorrichtung mechanisch mit der Kolbenstange verbunden
ist und sich mit dieser bewegen kann, und dass eine Zylinderbegrenzungsvorrichtung
in der ersten Kammer eingebaut ist und mechanisch mit der Zylindervorrichtung
verbunden ist, wobei die Grenze einer Maximalerstreckung der Kolbenstange
aus der Zylindervorrichtung heraus durch den Kontakt zwischen der
Kolbenstangen-Begrenzungsvorrichtung und der Zylinderbegrenzungsvorrichtung
vorgesehen ist, wobei die Kolbenstangen-Begrenzungsvorrichtung und/oder
die Zylinderbegrenzungsvorrichtung axial beweglich sind, um die
Grenze der Maximalerstreckung der Kolbenstange anzupassen.
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Ausführungsbeispiele der Gasfedern
gemäß der Erfindung
werden nun als Beispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben,
worin:
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1 eine
Schnittansicht einer Gasfeder des Standes der Technik ist;
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2A eine
teilweise Schnittansicht einer Gasfeder des Standes der Technik
ist, in der die maximale Ausdehnungslänge eingestellt werden kann durch
Verwendung eines Befestigungsgehäuse
mit Gewinde;
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2B eine
Schnittansicht durch den mit „Z" markierten Bereich
der 2A ist und die Einstellung für minimale
Ausdehnung zeigt;
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2C eine
Schnittansicht durch den mit „Z" markierten Bereich
der 2A ist und die Feder,
eingestellt auf maximale Ausdehnung, zeigt;
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3 eine
Schnittansicht durch eine Gasfeder des Standes der Technik mit der
ausgedehnten Kolbenstange ist;
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4A eine
genaue Schnittansicht des Kolbens einer Gasfeder ist, wenn sich
die Kolbenstange nach außen
vom Zylinder bewegt;
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4B eine
genaue Schnittansicht des Kolbens einer Gasfeder ist, wenn die Kolbenstange
in den Zylinder zurückkehrt;
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5 eine
Schnittansicht einer Gasfeder gemäß der Erfindung bei maximaler
Ausdehnung ist;
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6 eine
genaue Schnittansicht eines Teils von 5 ist;
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7 eine
Schnittansicht der Gasfeder aus 5 in
einer Position der minimalen Ausdehnung ist;
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8 eine
genaue Schnittansicht eines Bereichs von 7 ist;
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9A eine
Gasfeder einschließlich
einer mechanischen Kompressionsfeder ist, eingestellt für minimale
Ausdehnung und gezeigt mit der Kolbenstange, wenn sie sich aus dem
Zylinder heraus erstreckt;
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9B die
Gasfeder aus 9A mit
dem Kolben in Kontakt mit der Kompressionsfeder ist;
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9C die
Gasfeder aus 9A ist,
gezeigt mit der Kolbenstange zurückgezogen
in den Zylinder;
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9D die
Gasfeder aus 9A zeigt,
eingestellt für
maximale Ausdehnung und gezeigt mit der Kolbenstange, die sich aus
dem Zylinder heraus erstreckt;
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9E die
Gasfeder aus 9D ist,
mit dem Kolben in Kontakt mit der Kompressionsfeder;
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9F die
Gasfeder aus 9D ist,
wobei die Kolbenstange zurückgezogen
ist;
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10 eine
genaue Schnittansicht des Kolbens einer alternativen Gasfeder ist;
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11 eine
genaue Schnittansicht des Kolbens und Endanschlags einer weiteren
alternativen Gasfeder ist;
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12A eine
alternative Konfiguration für Anschlagflächen des
Kolbens und Kreisrings der Gasfeder aus 5;
und
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12B ein
Detail von 12A ist.
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Unter Bezugnahme auf 1 umfasst eine herkömmliche Gasfeder 2 eine
Zylindervorrichtung 4 und einen Kolben 6, der
auf einer Kolbenstange 8 getragen wird. Der Kolben 6 ist
innerhalb der Zylindervorrichtung 4 verschiebbar. An seinem
distalen Ende trägt
die Kolbenstange ein Befestigungsgehäuse 10, welches an
einem Fahrzeugkörper
oder einer Fahrzeugtür
befestigt werden kann. In ähnlicher
Weise trägt
die Zylindervorrichtung 4 ein Befestigungsgehäuse 12 zur
Befestigung am jeweils anderen Teil, Fahrzeugkörper oder -tür.
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Die Zylindervorrichtung 4 enthält unter
Druck stehendes Gas, das auf beide Stirnflächen des Kolbens 6 wirkt.
Da jedoch die Kolbenstange 8 in einer der Kammern, die
innerhalb der Zylindervorrichtung durch den Kolben 6 definiert
ist, liegt, wirkt das unter Druck stehende Gas auf einen größeren Oberflächenbereich
des Kolbens 6 in der oberen Kammer 14 als in der
unteren Kammer 16. Somit wird die Kolbenstange durch Gasdruck
aus der Zylindervorrichtung 4 herausgezwungen.
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Somit kann die Gasfeder 2 verwendet
werden, um ein Anheben einer Fahrzeugtür, wie z. B. einer Heckklappe,
zu unterstützen.
Typischerweise werden der Gasdruck, die Befestigungspositionen der
Gehäuse 10 und 12 und
der Durchmesser der Kolbenstange 8 so gewählt, dass
die Gasfeder genug Kraft ausübt,
um die Heckklappe ohne Zutun des Benutzers anzuheben, bis der Kolben
in der in der Figur gezeigten Position ist, in welcher er gegen
den Endanschlag 18 anschlägt. In dieser Position ist
die Fahrzeugtür,
wie z. B. eine Heckklappe, vollständig geöffnet.
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Jedoch muss die vollständig geöffnete Position
der Heckklappe so gewählt
werden, dass sie ausreichend hoch ist, damit große Fahrer in den Kofferraum
unterhalb der Heckklappe langen können. Dies bedeutet jedoch
für kleinere
Fahrer, dass es schwierig ist, zur Heckklappe hinauf zu greifen,
um diese wieder zu schließen.
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Um dieses Problem zu lösen, wurde
die Einstelleinrichtung des Standes der Technik aus 2 verwendet. Diese Einrichtung umfasst
ein verändertes
Befestigungsgehäuse 10' mit einem mit
einem Gewinde versehenen Ansatzbereich 20, in welchen die
Kolbenstange 8 verläuft.
Die Kolbenstange 8 hat einen entsprechenden mit einem Gewinde
versehenen Bereich und durch Drehen der Kolbenstange 8 relativ
zum Befestigungsgehäuse 10' ist es möglich, die
Ausdehnungslänge
LE zwischen den zwei Gehäusen 10 und 12 zu
variieren, wenn die Gasfeder sich in ihrer maximalen Ausdehnungsposition
befindet. Dies verändert
dementsprechend die Höhe
der Heckklappe, wenn sie vollständig
geöffnet
ist. 2B zeigt die Position
der minimalen Ausdehnung und 2C zeigt
die Position der maximalen Ausdehnung.
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Jedoch hat dies, obwohl es die Einstellung der
Höhe der
Heckklappe bei vollständiger Öffnung erlaubt,
den bedeutenden Nachteil einer Beeinträchtigung der Balance zwischen
der Öffnungskraft,
die von der Gasfeder ausgeübt
wird, und der Schließkraft,
die in Folge des Gewichts der Heckklappe ausgeübt wird. Somit erfordert diese
Anordnung entweder außerordentlich
hohe Öffnungskräfte, die
von der Feder erzeugt werden, oder bietet nur einen sehr eingeschränkten Einstellbereich.
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Unter Bezugnahme auf 3 wird die Gasfeder aus 1 genauer gezeigt. Die Zylindervorrichtung 4 ist
dicht geschlossen durch ein Endstück 20 an einem Ende,
und am anderen Ende der Zylindervorrichtung 4 läuft die
Kolbenstange 8 durch eine Stangenführung 22, eine Dichtung 24 und
einen Endanschlag 26.
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Der Kolben 6 wird auf der
Kolbenstange 8 mittels eines Dichtungsrings 28 gehalten
und umfasst eine im Allgemeinen ringförmige Vertiefung, welche einen
beweglichen Kolbenring 30 hält. Der Kolben 6 führt eine
Führungsfunktion
aus und ebenso eine Geschwindigkeitsregulierungsfunktion.
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4A und 4B zeigen den Kolben 6 und
die Zylindervorrichtung 4 genauer.
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In 4A hat
sich der Kolben generell nach unten in der Figur bewegt, was der
Erstreckung der Kolbenstange 8 aus der Zylindervorrichtung 4 heraus entspricht.
Dies veranlasst den Kolbenring 30, sich nach oben zu bewegen
in die ringförmige
Vertiefung, die im Kolben 6 ausgebildet ist, und dies verursacht einen
Kontakt mit einer oberen Stirnfläche 32 der Vertiefung
und dadurch eine abdichtende Teilung der Zylindervorrichtung 4 in
eine erste Kammer 34, welche die Kolbenstange 8 enthält, und
eine zweite Kammer 36.
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Wenn die Kammern 34 und 36 beide
abgedichtet sind, wird es verstanden werden, dass Gasdruck, der
auf beide Seiten des Kolbens 6 wirkt, eine Ausdehnung der
Kolbenstange 8 aus der Zylindervorrichtung 4 heraus
verhindern würde.
Durch Ausbilden einer Vertiefung 38 in der Wand der Zylindervorrichtung 4 jedoch
wird ein eingeschränkter
Gasstrom an dem Kolbenring 30 vorbei zwischen den Kammern 34 und 36 gestattet,
was es allmählich
der Kolbenstange 8 ermöglicht,
sich aus der Zylindervorrichtung 4 heraus zu erstrecken.
Zum Ende des Kolbenhubs hin, wenn die Kolbenstange 8 sich
vollständig
erstreckt, wird der Schnittbereich der Vertiefung 38 verringert,
so dass der Kolben allmählich
zur Ruhe kommt in der Position, die allgemein in 4A gezeigt ist.
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In 4B,
wenn der Kolben 6 beginnt, sich zurück in die Zylindervorrichtung 4 zu
bewegen (als Ergebnis einer Kraft, die der Anwender nach unten auf
die Heckklappe aufbringt), bewegt sich der Kolbenring 30 gegen
eine Stirnfläche 40 der
in dem Kolben b ausgebildeten ringförmigen Vertiefung, welche der
Stirnfläche 32 gegenüber liegt.
Dies ermöglicht, dass
Gas zwischen den Kammern über
einen Durchgang 42 strömen
kann und somit ermöglicht,
dass die Kolbenstange wieder in die Zylindervorrichtung 4 eintreten
kann, ohne wesentlichen Widerstand.
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Unter Bezugnahme auf 5 ist
eine Gasfeder gemäß der Erfindung
gezeigt, bei der die Kolbenstange voll ausgedehnt ist und eine maximale
Ausdehnungslänge
LE1 bietet. Die Gasfeder umfasst eine Zylindervorrichtung 104 mit
einem vertieften Bereich 138 und einen Kolben 106.
Der Kolben 106 wird mittels eines Dichtungsrings 128 auf
einer Kolbenstange 108 gehalten.
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Der Kolben weist eine ringförmige Vertiefung auf,
die einen Kolbenring 130 hält.
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Die Kolbenstange 108 verläuft durch
eine Stangenführung 122,
eine untere Dichtung 124 und einen Endanschlag 126.
An ihrem unteren Ende hat die Kolbenstange 108 ein Befestigungsgehäuse 110. An
dem oberen Ende der Zylindervorrichtung 104 ist ein oberes
Befestigungsgehäuse 112 an
der Zylindervorrichtung 104 befestigt.
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Unter Bezugnahme auch auf 6 teilt der Kolben 106 die
Zylindervorrichtung 104 in eine erste Kammer 134 und
eine zweite Kammer 136.
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Ein axial beweglicher Kreisring 150 (typischerweise
eine Mutter) ist axial beweglich auf einem mit einem Gewinde versehe nen
Bereich 152 der Kolbenstange 108. Dies ermöglicht es
dem Kreisring 150, sich schrittweise von der Position in 5 zur Position in 7 zu bewegen.
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Es sei angemerkt, dass in 7 die Kolbenstange 108 (welche
voll erstreckt ist) eine kürzere Entfernung
LE2 zwischen den Befestigungsgehäusen 110 und 112 als
die in 5 gezeigte Entfernung LE1 vorsieht.
Diese Änderung
der Erstreckung kann erreicht werden ohne Beeinträchtigung
der Geometrie der Gasfederinstallation und somit ohne Beeinträchtigung
des Gleichgewichts zwischen der Ausdehnungskraft, die von der Gasfeder
ausgeübt
wird, und der Zusammendrückkraft,
die vom Gewicht der Heckklappe ausgeübt wird.
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Unter Bezugnahme insbesondere auf 6 sei angemerkt, dass es
zur Einstellung der axialen Position des Kreisrings 150 notwendig
ist, eine relative Drehbewegung zwischen der Kolbenstange 108 und
dem Kreisring 150 zu erzeugen. Um diese zu erreichen, greift
eine Formation 154, die in der Zylindervorrichtung 104 ausgebildet
ist, den Endanschlag 126, um eine Drehung des Endanschlags 126 relativ zur
Zylindervorrichtung 104 zu verhindern. In der in 6 gezeigten Position, wenn
die untere Oberfläche
des Kreisrings 150A in Kontakt mit der oberen Oberfläche des
Endanschlags 126A ist, neigt der Kreisring 150 dazu,
mit dem Endanschlag 126 zu drehen, wegen der Reibung zwischen
den Stirnflächen 126A und 150A.
Das Ausmaß der
Kraft, das nötig
ist um sicherzustellen, dass der Endanschlag 126 und der
Kreisring 150 in passender Weise reibend eingreifen, kann
durch die Auswahl des Materials und der Oberflächenappretur an den Stirnflächen 150A und 126A eingestellt
werden.
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Somit ist es, um eine Drehung des
Kreisrings 150 um die Kolbenstange 108 zu erreichen,
nur notwendig, eine relative Drehung zwischen der Kolbenstange 108 und
der Zylindervorrichtung
104 zu verursachen. Dies kann erreicht
werden durch Abnehmen eines der Befestigungsgehäuse 110 oder 112 von
der Tür
oder dem Fahrzeugkörper
und Drehen desselben, während
das andere im Wesentlichen drehend stationär gehalten wird. Alternativ
kann eines der Befestigungsgehäuse 110 oder 112 so
angeordnet sein, dass es eine Drehung der Kolbenstange oder der
Zylindervorrichtung ermöglicht,
ohne dass es hierfür vom
Fahrzeugkörper
oder der Tür
entfernt werden muss.
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8 zeigt
eine genaue Ansicht der Gasfeder im dem in 7 gezeigten Zustand.
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Im manchen Situationen muss die Ausdehnungskraft
der Gasfeder unterstützt
werden durch eine Kompressionsfeder, die innerhalb der Zylindervorrichtung 104 enthalten
ist.
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9 ist
eine Reihe von Schnittansichten einer Gasfeder dieses Typs mit einer
Schraubenfeder 156, die innerhalb der zweiten Kammer 136 eingesetzt
ist.
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In 9A bis 9C wird der Kreisring 150 so eingestellt,
dass er eine minimale Ausdehnung der Kolbenstange vorsieht, wenn
die Kolbenstange 108 sich vollständig erstreckt. 9A zeigt die Kolbenstange 108 voll
erstreckt, 9B zeigt
die Kolbenstange 108 nur teilweise erstreckt und den Kolben 106,
wie er beginnt, die Kompressionsfeder 156 zusammenzudrücken, und 9C zeigt die Kompressionsfeder 156 vollständig zusammengedrückt vom Kolben 106.
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9D bis 9F zeigen entsprechende Positionen
der Gasfeder, aber in diesem Fall ist der Kreisring 150 so
eingestellt, das er eine maximale Ausdehnung der Kolbenstange in
ihrer in 9D gezeigten, voll
erstreckten Position ermöglicht.
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Es sei angemerkt bei einem Vergleich
der 9B mit 9E und der 9C mit 9F,
dass an der minimalen Ausdehnungsposition die relativen Positionen
des Befestigungsgehäuses 112 und
der Feder 156 unverändert
sind. Somit ist die Unterstützung,
die von der Feder geliefert wird, unverändert durch Einstellung des
Kreisrings 150. Dies vermeidet ein erhebliches Problem
der Einstelleinrichtung des Standes der Technik. Zum Beispiel ist
die in 2 gezeigte Einrichtung
generell nicht geeignet zur Verwendung mit Gasfedern, die mechanische
Kompressionsfedern enthalten, da die Position im Weg der Heckklappentür, an welcher
die mechanische Kompressionsfeder beginnt, eine Wirkung zu zeigen, durch
die Einstelleinrichtung verändert
ist. Dies macht es schwierig, die Federkraft auszugleichen, die
von der Gasfeder gegen das Gewicht der Heckklappe ausgeübt wird.
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Unter Bezugnahme auf 10 wird verstanden werden, dass andere
Abwandlungen möglich sind.
Zum Beispiel kann der Kolben 106' innen mit einem Gewinde versehen
sein, so dass er axial entlang der Kolbenstange 108 bewegt
wird durch die relative Drehung zwischen dem Kolben 106' und der Kolbenstange 108.
In diesem Fall ist der Kreisring 150 nicht erforderlich.
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Als eine weitere Alternative (wie
in 11 gezeigt) kann
der Endanschlag 126' ein
Innenteil 160 umfassen, das über ein Gewinde mit dem Endanschlag 126 eingreift.
Auf diese Weise, wenn das Innenteil 160 dreht, bewegt sich
die obere Oberfläche des
Innenteils 160A, welche gegen die untere Oberfläche des
Kolbens 106A in der vollständig erstreckten Position anschlägt, axial,
wenn sie relativ zum Endanschlag 126' dreht. In diesem Fall wird die
Drehkraft von der Kolbenstange über
den reibenden Eingriff zwischen den Oberflächen 106A und 160A des Kolbens 106 bzw.
des Innenteils 160 übertragen.
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Unter Bezugnahme auf die 12A und 12B kann der reibende Eingriff zwischen
dem Kolben 106 und dem Kreisring 150 unter stützt werden
durch Vorsehen von zusammenarbeitenden Formationen auf den anschlagenden
Oberflächen
derjenigen Bauteile, wie z. B. die Zinnen 162, die in 12A und 21B gezeigt
sind.