DE602004009399T2

DE602004009399T2 - Luftfeder mit variabel abgebremsten Betriebsverhalten

Info

Publication number: DE602004009399T2
Application number: DE602004009399T
Authority: DE
Inventors: Silvano 36027 Bordignon
Original assignee: BORDIGNON SILVANO SpA; BORDIGNON SILVANO SpA ROSSANO VENETO
Current assignee: BORDIGNON SILVANO SpA; BORDIGNON SILVANO SpA ROSSANO VENETO
Priority date: 2004-01-15
Filing date: 2004-12-29
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2024-12-30
Also published as: ATE375466T1; DE602004009399D1; EP1555453B1; ES2295777T3; EP1555453A1; ITPN20040003A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasfeder, die derart ausgeführt und mit solchen Eigenschaften versehen ist, dass sie insbesondere für die Verwendung in Verbindung mit Metallblech-Formpressen geeignet ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft im Besonderen eine Art von Gasfedern, bei denen der Betrieb während des Rückhubs des Kolbens im Wesentlichen auf voreinstellbare Weise, d. h. entsprechend einem voreinstellbaren Verhalten, variabel ist.
Die vorliegende Erfindung soll im Wesentlichen eine Verbesserung der in der EP-Veröffentlichung Nr. 1 186 975 A2 behandelten Gasfeder darstellen, auf welche, soweit es den technischen Kontext, d. h. den technischen Hintergrund, und die Erläuterung des Standes der Technik betrifft, Bezug genommen wird, so dass hier eine Erläuterung des Standes der Technik sowie Verweise auf diesen der Kürze halber weggelassen werden können.
Gasfedern für die oben genannten Anwendungsarten sind ebenso in der EP-Veröffentlichung Nr. 1 074 759 offenbart, die als Prioritätsbeleg für die oben genannte EP 1 186 795 A2 genannt wird.
Es ist in dem Fachgebiet weithin bekannt, dass Gasfedern dieser Art sowohl im Hinblick auf die Herstellung als auch auf die Funktionsweise zwei erhebliche Nachteile aufweisen, wobei sich der erste Nachteil auf die Tatsache bezieht, dass während des Rückhubs des Kolbens die verlangsamte Verschiebung des Kolbens, die einerseits ein erwünschtes Merkmal ist, das eigentlich durch die in den oben genannten EP-Dokumenten offenbarten Erfindungen erzielt wird, letztlich zu einer unvermeidbaren Verlängerung des möglichen Nutzungszyklus der Feder führt und dadurch die erzielbare Gesamt-Leistungsfähigkeit der Anlage, in der die Feder angebracht ist, einschränkt. Es sollte jedoch hier daran erinnert werden, dass der eigentliche Grund für die gezielte Verlangsamung des Rückhubs des Kolbens darin besteht, dass ein star ker Rückschlag der Kolbenstange in der letzten Phase des Rückhubs verhindert werden soll, wenn der Druck oder die Kraft, die die Feder dämpfen soll, nicht mehr auf die Stange wirkt. Bei einigen typischen Anwendungen würde es daher ausreichen, wenn die Verringerung der Geschwindigkeit des Rückhubs nur in dem sehr kurzen Zeitraum vor dem Ende des Rückhubs des Kolbens erfolgt.
Bislang wurde dieser Nachteil allerdings dadurch gelöst, dass die Rückverschiebungsgeschwindigkeit des Kolbens während des gesamten Rückhubs des Kolbens verlangsamt wurde.
Dies führt unweigerlich zu einer unerwünschten Verlängerung der Zeit, die der Kolben zum Durchlaufen seines gesamten Rückhubs benötigt, da er auch den Bereich des Rückhubs bei verringerter Geschwindigkeit zurücklegen muss, der bei einer höheren Geschwindigkeit problemlos durchlaufen werden könnte, sofern der Kolben dann entsprechend abgebremst, d. h. in der Phase, die unmittelbar dem Ende des Rückhubs vorangeht, verlangsamt wird.
Der zweite der oben erwähnten erheblichen Nachteile betrifft die Herstellungskosten dieser Federn. Die Verwendung eines Rückschlagventils, welches zwar einen vereinfachten Aufbau aufweist, führt zu Schwierigkeiten bei der Herstellung und erzeugt Kosten, die angesichts eines Herstellungsumfelds mit starkem Wettbewerb immer weniger akzeptabel sind.
Außerdem weist ein solches Rückschlagventil in der Übergangsphase von einem Zustand in einen anderen eine Trägheit auf, die beim Betrieb mit hohen Produktionsraten zu unerwünschten Nebenwirkungen führen kann, wodurch ebenso die Möglichkeit, eine höhere Leistungsfähigkeit, d. h. eine höhere Fertigungsrate, zu erzielen eingeschränkt wird.
In der DE 10024499 B4 wird eine Gasfeder offenbart, anhand welcher verdeutlicht wird, dass die während des Kompressionshubs auf den Kolben wirkende Reaktionskraft auch von der Position des Kolbens im Zylinderkörper abhängt.
Während des Rückhubs ist jedoch die Bewegung des Kolbens vollkommen ungesteuert und wird nicht verlangsamt, was zu einem dem Fachmann hinreichend bekannten typischen Nachteil führt.
Es ist daher wünschenswert und eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung zum Schaffen von Gasfedern anzugeben, die einen Arbeitskolben und einen Zylinder, welcher dazu geeignet ist, den Arbeitskolben gleitend aufzunehmen, umfassen und derart funktionieren, dass die Rückverschiebungsgeschwindigkeit des Arbeitskolbens nur in der letzten Phase des Rückhubs verlangsamt wird, während der vorangehende Teil des Rückhubs durchweg bei normaler Geschwindigkeit stattfindet.
Im Rahmen dieser allgemeinen Aufgabe ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, Gasfedern der Art anzugeben, die so hergestellt sind, dass sie ohne die sich aus der Verwendung eines Rückschlagventils ergebenden Einschränkungen funktionieren, die besonders kostengünstig sind, eine kompakte Größe und gleichzeitig einen einfachen Aufbau aufweisen und so im Langzeitbetrieb eine hohe Zuverlässigkeit gewährleisten.
Diese Ziele sowie weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden durch eine Gasfeder erzielt, welche die in den beiliegenden Patenansprüchen angegebene Struktur und Funktionsweise aufweist.
Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leichter und klarer aus der nachstehenden Beschreibung anhand von nicht einschränkenden Beispielen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen ersichtlich. Darin zeigen:
1 eine symbolische, schematische Ansicht eines Mittelschnitts entlang der Symmetrieachse einer Gasfeder gemäß dem Stand der Technik;
2 eine entsprechende symbolische Ansicht des Mittelschnitts entlang der Symmetrieachse einer Gasfeder gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 eine entsprechende Querschnittsansicht des Kolbens der in 2 gezeigten Gasfeder;
4 und 5 Ansichten der in 2 gezeigten Gasfeder in zwei verschiedenen Betriebsphasen;
6 eine Querschnittsansicht von drei verschiedenen Ausführungsbeispielen einer Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebs einer Gasfeder gemäß der vorliegenden Erfindung;
7 bis 11 Querschnittsansichten einer Gasfeder mit einem speziellen weiteren Ausführungsbeispiel einer entsprechenden Steuereinrichtung in fünf verschiedenen Betriebsphasen der Feder;
12 eine Mittel-Querschnittsansicht einer Gasfeder mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der entsprechenden Steuereinrichtung;
13 und 14 vergrößerte Querschnittsansichten eines Teils des in 12 gezeigten Kolbens;
15A und 15B symbolische, vereinfachte Ansichten eines Konstruktionsmerkmals der vorliegenden Erfindung in zwei verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Mit Bezug auf 1 umfasst eine Gasfeder gemäß dem Stand der Technik im Wesentlichen:

– einen hohlen Zylinder 1, der mit zwei Basen 20 und 21 versehen ist,
– einen Kolben 2, der im Inneren des hohlen Zylinders 1 aufgenommen und dazu geeignet ist, in Bezug auf die Innenwände des Zylinders dicht zu gleiten;
– einen Stößel bzw. eine Stange 4, die mit dem Kolben 2 an einer Seite von diesem fest verbunden und dazu geeignet ist, wechselweise nach innen oder außen relativ zu dem hohlen Zylinder 1 entsprechend der Verschiebung des Kolbens 2 ver schoben zu werden, wobei sich die Stange 4 aus dem hohlen Zylinder bewegt, indem sie durch eine entsprechende Öffnung 23, die in der Basis 21 des hohlen Zylinders 1 vorgesehen ist, hindurch tritt,
– eine erste Kammer 6, die innerhalb des hohlen Zylinders angeordnet und durch den Kolben und die anderen Innenwände des hohlen Zylinders begrenzt ist und in Bezug auf den Kolben auf der gegenüberliegenden Seite der Stange 4 angeordnet ist,
– eine zweite Kammer 7, die innerhalb des hohlen Zylinders angeordnet und durch den Kolben und die anderen Innenwände des hohlen Zylinders begrenzt ist und nicht die Stange 4 enthält, wobei die beiden Kammern 6 und 7 in der Praxis im Wesentlichen das gesamte Innenvolumen des hohlen Zylinders einnehmen, das nach Abzug des durch den Kolben und die dazugehörige Stange eingenommenen Volumens übrig bleibt.

Ebenso offensichtlich ist die Tatsache, dass während die erste Kammer 6 ein Volumen aufweist, das lediglich in Abhängigkeit vom Kolbenhub und der Kontur der Innenwände des hohlen Zylinders variiert, was nachfolgend näher beschrieben und erläutert wird, weist die zweite Kammer 7 ein Volumen auf, das nicht nur in Abhängigkeit vom Kolbenhub und der Kontur der Innenwände des hohlen Zylinders variiert, sondern auch einer schrittweisen Verringerung unterliegt infolge des zunehmenden Volumens, das von dem innen liegenden Bereich der Stange 4 eingenommen wird, wenn diese stufenweise in den hohlen Zylinder 1 eingeführt, d. h. in diesen hinein bewegt wird.
Bis zu diesem Punkt wurde somit eine Gasfeder des herkömmlichen Typs beschrieben, wie sie im Stand der Technik weithin bekannt ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine solche Gasfeder durch das Ausführungsbeispiel der folgenden Abwandlung verbessert:

– Insbesondere mit Bezug auf 2 ist in dem Körper des Kolbens 2 eine Durchgangsöffnung 10 vorgesehen, die es den beiden Kammern mit variablem Volumen 6 und 7 ermöglicht, in Verbindung miteinander zu stehen. Die Durchgangsöffnung ist insbesondere in der Mitte des Kolbens angeordnet, und in dem an die Kammer 6 angrenzenden Abschnitt ist die Öffnung mit einer Verjüngung 10A versehen, die einen Durchgang zwischen den beiden Kammern gewährleistet.

In der mit dem Kolben verbundenen Stange 4 ist zudem ein Hohlraum 4A vorgesehen, der im Wesentlichen auf einer Linie mit der Durchgangsöffnung 10 in dem Kolben 2 liegt und sich an diese ohne Unterbrechung anschließt, so dass der Hohlraum 4A und die Durchgangsöffnung 10 zusammen mit ihrer Verjüngung 10A quasi ein einziges zusammenhängendes Volumen in dem Körper der Kolben-/Stangen-Anordnung bilden, was in 3 deutlicher dargestellt ist.
Der Durchgang zwischen dem Hohlraum 4A und der Kammer 7 und somit zwischen den beiden Kammern 6 und 7 wird dadurch sichergestellt, dass ein oder mehrere Durchgänge 13 in Querrichtung entlang des Körpers der Stange 4 zwischen dem Hohlraum 4A und dem Bereich außerhalb von diesem (der der zweiten Kammer 7 entspricht) vorgesehen sind. Diese Durchgänge 13 sind außerdem an entsprechenden Positionen der Stange, die an den Kolben 2 angrenzen, vorgesehen, wie in den Figuren klar erkennbar.
An der Basis 20 des Zylinders ist ein längliches zylindrisches Element 11 vorgesehen, das einwärts, d. h. in die Kammer 6 um eine solche Länge, d. h. Tiefe, vorsteht, dass das Kopfende 12 des Elements um eine kurze Länge in die Durchgangsöffnung 10 oder zumindest in die Verjüngung 10A eintritt, wenn sich der Kolben 2 genau im oberen Totpunkt befindet, wie in 4 am besten gezeigt ist.
Des Weiteren weist der Hohlraum 4A ein solche Innenlänge und einen solchen Innendurchmesser auf, dass wenn der Kolben vollständig eingeschoben ist, wie in 5 gezeigt, das längliche zylindrische Element 11 vollständig in dem Volumen, das durch den Hohlraum 4A zusammen mit der Durchgangsöffnung 10 gebildet wird, aufgenommen ist.
Schließlich muss sichergestellt sein, dass der Außendurchmesser des länglichen zylindrischen Elements 11 sich frei in die Verjüngung 10A hinein bewegen kann, indem das Element ohne Störung mechanischer Art hindurch tritt. Die Kopplung des länglichen zylindrischen Elements mit der Verjüngung muss jedoch so sein, dass ei ne Drossel vorgesehen werden kann, durch die der Gasstrom gehemmt, d. h. verlangsamt werden kann, wenn dieser beim Rückhub des Kolbens von der Kammer 7 in die Kammer 6 tritt, wodurch die Verschiebung des Kolbens verlangsamt wird.
Was die konkrete Form und die Abmessungen des länglichen Elements 11 anbetrifft, so werden diese im Folgenden genauer beschrieben.
Die Gasfeder wird zudem durch ein Mittel vervollständigt, das einen freien Durchgang des Gases von der Kammer 7 zur Kammer 6 während des Vorwärtshubs des Kolbens ermöglicht. Dieses Mittel, das normalerweise in Form eines einfachen Rückschlagventils vorgesehen sein kann, ist in 2 symbolisch als allgemeines Mittel 14 dargestellt, das in dem Kolben 2 angeordnet und mit den beiden Kammern 6 und 7 verbunden ist.
Die tatsächliche Anordnung, die entsprechenden Abmessungen und die den oben genannten Teilen, Elementen und Mitteln zugeordnete Position relativ zueinander können natürlich auf unterschiedliche Weise ausgeführt sein, wobei jedes einzelne Element zweckentsprechend und gezielt ausgewählt werden kann, um so ein gegebenes Ergebnis auf optimale Weise zu erzielen.
Nachstehend werden einige Beispiele der unterschiedlichen Ausführungsmöglichkeiten für Gasfedern der vorliegenden Erfindung insbesondere mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel und die Betriebsweise des oben erwähnten länglichen zylindrischen Elements aufgeführt, das in 6 in drei verschiedenen Ausführungsbeispielen 11A, 11B und 11C dargestellt ist.
BEISPIEL 1
Bei dem ersten oben genannten Ausführungsbeispiel 11A besteht die Möglichkeit, eine Gasfeder herzustellen, wie sie – wenngleich auf vereinfachte Weise – in 4 und 5 dargestellt ist. Bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel sind die Anordnung und die relativen Abmessungen der verschiedenen Komponenten derart, dass das längliche Element 11A, welches in diesem Beispiel die Form eines Zylinders aufweisen kann, eine solche Länge hat, dass es sich in die Verjüngung 10A auf folgende Weise hineinbewegen kann:

– Wenn die Stange vollständig ausgezogen und der Kolben an seinem oberen Totpunkt ist (das größte Volumen der Kammer 6), befindet sich das Kopfende 12 des länglichen Elements noch in der Verjüngung 10A. Hierdurch wird bewirkt, dass während des Rückhubs des Kolbens das in der Kammer 6 enthaltene Gas aus dieser ausgestoßen und in die Kammer 7 geleitet wird, indem es durch die Drossel, die von der teilweise durch den Kopf 12 des länglichen Elements 11A blockierten Verjüngung 10A gebildet wird, hindurch tritt, wodurch der Gasstrom gehemmt, d. h. verlangsamt wird. Das Gas strömt dann durch die Durchgänge 13 in die Kammer 7, so dass letztlich auch der Rückhub des Kolbens während seiner gesamten Verschiebung verlangsamt wird.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, das das längliche Element 11A anstelle der zylindrischen auch eine andere Form aufweisen kann, solange das längliche Element 11A einen Querschnitt hat, der in allen Ebenen, die sich orthogonal zur Verschiebungsrichtung des Kolbens erstrecken, konstant ist, während die Verjüngung 10A auf entsprechende Weise entlang ihres Querschnitts ausgebildet ist. Somit kann das längliche Element 11A auch die Form eines Parallelepipeds, eines Prismas oder eine ähnliche Form aufweisen.
15A und 15B zeigen Querschnittsansichten des länglichen Elements und des Kolbens entlang der Schnittebene Z-Z aus 2 in dem Fall, in dem das längliche Element 11A die Form eines Parallelepipeds 110 und in dem Fall, in dem es die Form eines Zylinders 111 aufweist. In diesem Zusammenhang ist klar, dass die Schnittebene Z-Z eine orthogonal zur Verschiebungsrichtung des Kolbens verlaufende Ebene ist. Der Vereinfachung halber sind der Kolben und die Verjüngung in beiden Darstellungen jeweils mit 2 und 10A bezeichnet, während die die Form einer geschlossenen Schleife aufweisende Grenzlinie zwischen der Durchgangsöffnung 10 und der verbundenen Verjüngung 10A (siehe auch 8A, die quasi eine vergrößerte Ansicht von 8 ist) herkömmlicherweise mit 40 bezeichnet ist.
Um einen einwandfreien Betrieb zu gewährleisten, muss die Verjüngung 10A einen Querschnitt aufweisen, der demjenigen des länglichen Elements vollkommen entspricht, d. h. der dieselbe Form wie dieses aufweist, jedoch etwas größer ist im Hin blick auf die Berücksichtigung des Spielraums G, welcher notwendig ist, damit die beiden Elemente in Bezug aufeinander ohne Störung gleiten können, während gleichzeitig der gewünschte „Drosseleffekt" gewährleistet ist.
Im Allgemeinen gewährleistet eine auf diese Weise hergestellte Gasfeder kein anderes Ergebnis als dasjenige, das mit Gasfedern des Standes der Technik erzielbar ist. Die Verbesserung besteht in diesem Fall allerdings darin, dass das längliche Element 11 entfernbar an der Basis 20 befestigt ist, so dass es leicht entfernt und durch ein anderes längliches Element mit andersartigen Eigenschaften auf ebenso leichte Weise ersetzt werden kann, um zu ermöglichen, dass die Gasfeder nach einem anderen Betriebsverhalten funktioniert. Ein derartiger praktischer Vorteil wird von den Gasfedern des Standes der Technik nicht gewährleistet, die im Allgemeinen mit Drosselmitteln versehen sind, welche relativ zum Kolben befestigt oder mit dem Kolben selbst oder gar dem Außengehäuse einstückig ausgebildet und daher nicht veränderbar oder modifizierbar sind.
BEISPIEL 2
Mit Bezug auf 7 bis 11 wird der Kopfbereich des länglichen Elements 11B durch einen vergrößerten Bereich 15 gebildet, der einen Durchmesser D aufweist, welcher nur geringfügig kleiner als der Durchmesser D1 der entsprechenden Verjüngung 10A, jedoch wesentlich größer als der Durchmesser d des zentralen Körperbereichs des länglichen Elements (siehe 8A) ist.
An dieser Stelle sei zudem darauf hingewiesen, dass auch dieser vergrößerte Bereich eine beliebige oder geeignete Form, z. B. eine zylindrische, Prisma-, Kugel- oder eine ähnliche Form aufweisen kann.
Die einzigen beiden zu erfüllenden Bedingungen sind dieselben wie diejenigen, die oben im Zusammenhang mit BEISPIEL 1 mit Bezug auf den Querschnitt des länglichen Elements 11A beschrieben worden sind, mit der Ausnahme, dass die Bedingungen in diesem speziellen Fall lediglich auf den vergrößerten Bereich 15 anzuwenden sind, d. h.:

a) – Die Projektion des vergrößerten Bereichs auf einer orthogonal zur Verschiebungsrichtung des Kolbens verlaufenden Ebene muss derart sein, dass sie mit dem Querschnitt der Verjüngung 10A auf derselben Ebene übereinstimmt,
b) – wobei der Spielraum berücksichtigt werden muss, der notwendig ist, damit die beiden Elemente relativ zueinander ohne Störung gleiten können und wobei gleichzeitig der gewünschte „Drosseleffekt" sichergestellt wird.

Die Art und Weise, wie eine Gasfeder der oben beschriebenen Art funktioniert, ist wie folgt: Zu Beginn (7) befindet sich die Stange in einem vollständig ausgezogenen Zustand, so dass in der zweiten Kammer 7 quasi kein Volumen vorhanden und das Rückschlagventil 14 geschlossen ist. Der vergrößerte Bereich 15 des länglichen Elements 11B ist auf einer Höhe mit der Verjüngung 10A positioniert und bildet somit eine Drossel, die die damit verbundene Öffnung nahezu vollkommen versperrt.
In einer darauf folgenden Phase des Kolbenhubs (8) wird der Kolben bis zu dem Punkt verschoben, an dem er auf derselben Höhe wie der zentrale Körperbereich des länglichen Elements 11B liegt. Dadurch dass der Durchmesser d des zentralen Körperbereichs des länglichen Elements weitaus kleiner als der Durchmesser D1 der Verjüngung 10A ist, kann das Gas frei zwischen den beiden Kammern 6 und 7 strömen und wird erst dann komprimiert, wenn der Kompressions- oder Vorwärtshub des Kolbens abgeschlossen ist, wie dies bei den Gasfedern der herkömmlichen Art der Fall ist.
Der Vorgang wird dann bis zur Endphase des Kompressionshubs des Kolbens (9) fortgesetzt, in der der Kolben zu seinem unteren Totpunkt geschoben wird. Von diesem Moment an beginnt der Kolben seinen Rückhub.
In der nächsten Phase (10) beginnt der Kolben, sich entlang seines Rückhubs zurückzuverschieben. In dieser Phase wird der Kolben jedoch nicht abgebremst, d. h. in seiner Verschiebung durch den zwischen den Durchmessern d und D1 bestehenden Unterschied verlangsamt. Es sei in jedem Fall darauf hingewiesen, dass in dieser Phase eine hohe Verschiebungsgeschwindigkeit des Kolbens bei seinem Rückhub an sich nicht nachteilig ist, sondern ganz im Gegenteil von Vorteil sein kann, da es hierdurch möglich ist, den Betriebszyklus der Gasfeder zu verkürzen.
In der darauf folgenden Phase (11) bewegt sich der Kolben zu seinem oberen Totpunkt zurück, so dass der vergrößerte Bereich 15 wieder seine Position in Höhe der Verjüngung 10A einnimmt. In dieser Phase stellt sich daher wieder die bereits beschriebene Drosselung ein, so dass der Kolben abgebremst, d. h. während des letzten Abschnitts seines Rückhubs verlangsamt wird.
Es ist klar, dass das tatsächliche Ausmaß eines solchen Abbrems- oder Verlangsamungseffekts und dessen Dauer unmittelbar von einer Vielzahl von Parametern abhängt, wozu hauptsächlich die Breite der Drosselung und der Moment – in Bezug auf den Rückhub des Kolbens – in dem die Drosselung zustande kommt und somit letztendlich die Abmessungen und die relative Position der verschiedenen beteiligten mechanischen Bauteile zählen.
Der Fachmann kann diese Parameter und Abmessungen entsprechend der erforderlichen Eigenschaften und dem Betriebsmodus leicht ermitteln.
Von diesem Zeitpunkt an verhält sich die Gasfeder wie in dem vorher erläuterten Fall, d. h. mit einer verlangsamten Verschiebung des Kolbens im verbleibenden Abschnitt seines Rückhubs.
Es wird insbesondere auf die folgenden Vorteile hingewiesen:

a) Die Gasfeder weist einen Kolben auf, der den Rückhub mit einer hohen Durchschnittsgeschwindigkeit zurücklegt, was der Geschwindigkeit einer herkömmlichen Gasfeder sehr ähnlich ist, da der Kolben über einen Großteil seines Rückhubs nicht verlangsamt wird,
b) wobei ein erwünschter Abbremseffekt genau dann erzielt wird, wenn dieser tatsächlich benötigt wird, d. h. unmittelbar vor dem Ende des Rückhubs des Kolbens, da der Kolben in dieser Teilphase des Hubs durch den Effekt der folgenden speziellen Konstruktion und Kombination von Bauteilen verlangsamt wird: längliches Element/Kolben/Verjüngung/vergrößerter Bereich 15, wie in den Figuren erläutert und veranschaulicht.
c) Ein dritter wichtiger Vorteil des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels ergibt sich fast automatisch, wenn man das Rückschlagventil berücksichtigt. Der Zweck eines solchen Ventils besteht darin, es dem Gas zu ermöglichen, während der Kompressionsphase der Feder frei von der Kammer 6 zur Kammer 7 zu strömen, wohingegen der Strom während der Rückhubphase der Feder, insbesondere während des letzten Abschnitts der Rückhubphase, verhindert wird. Während dieses letzten Abschnitts des Kolbenrückhubs wird der Gasstrom automatisch durch die Drossel, die sich zwischen dem vergrößerten Bereich 15 und der Verjüngung 10A bildet, gehemmt, so dass das Rückschlagventil während dieser kritischen Teilphase praktisch nicht von Nutzen ist.

Überdies hat das Rückschlagventil auch während der Kompressionsphase der Feder keinen praktischen Nutzen, da der sich zwischen der Verjüngung 10A mit einem Durchmesser D1 und dem zentralen Körperbereich des länglichen Elements 11 mit einem Durchmesser d, der weitaus kleiner als der Durchmesser D1 ist, ausbildende größere Spalt es dem Gas ermöglicht, zwischen den beiden Kammern 6 und 7 kurz nach dem Beginn des Kompressionshubs frei zu strömen und dies bis zum Ende des Hubs fortzusetzen, so dass der Spalt als Rückschlagventil in „offenem" Zustand fungiert.
All diese Umstände führen letztlich zu dem Ergebnis, dass bei bestimmten Anwendungen und unter besonders günstigen Bedingungen das Rückschlagventil vollkommen weggelassen werden kann, wodurch klare und offensichtliche Vorteile im Hinblick auf Kosten, eine vereinfachte Konstruktion und die Zuverlässigkeit der gesamten Feder erzielt werden.
BEISPIEL 3
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel weist das längliche zylindrische Element die mit 11C dargestellte Form in 6 und 12 auf, wobei dieses einen zweiten vergrößerten Bereich 17 am gegenüberliegenden Endpunkt des länglichen Elements 11C in Bezug auf dasjenige mit dem ersten vergrößerten Bereich 15 hat. Gemäß diesem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Gasfeder angegeben, die – mit erneutem Bezug auf die bereits im Zusammenhang mit dem voran gegangenen Beispiel angeführten Erläuterungen – einen charakteristischen Rückhub mit einer Zwischenphase aufweist, welche bei regulärer, d. h. nicht abgebremster Geschwindigkeit gemäß dem Stand der Technik durchgeführt wird, und die beiden Grenzphasen, d. h. die Anfangs- und Endphasen, die hingegen mit verlangsamter Geschwindigkeit durchgeführt werden. Diese Gegebenheiten sind in all denjenigen Fällen von Vorteil, in denen das Verhalten, d. h. das Verschiebungsverhalten des Kolbens wunschgemäß auch während der Anfangsphase des Rückhubs des Kolbens gesteuert wird. Das kann zum Beispiel der Fall sein, wenn Metallblech besonders dünn geformt wird und dabei verhindert werden soll, dass dieses durch eine zu starke Anfangsreaktion der in diesem Verfahren verwendeten Gasfedern direkt beschädigt wird.
Dieselben Überlegungen, die oben hinsichtlich der Form und der Abmessungen der vergrößerten Bereiche 15 und 17 in Bezug auf die jeweilige Verjüngung 10A angestellt wurden und der Kürze halber hier nicht wiederholt werden, treffen natürlich auch auf dieses Beispiel zu.
Dem Fachmann ist auch hier klar, dass die mit den oben beschriebenen erläuternden Ausführungsbeispielen erzielten Vorteile auch mit diesem Ausführungsbeispiel in vollem Umfang erzielt werden können, weshalb auf diese hier nicht näher eingegangen wird.
Durch die Möglichkeit, dem länglichen Element 11 eine beliebige von einer Vielzahl unterschiedlicher Konturen zu geben, kann die Gasfeder sowohl bei Universal- als auch bei Spezialanwendungen, die sich sogar wesentlich voneinander unterschieden können, verwendet werden. Als allgemeines Beispiel kann eine Gasfeder genannt werden, bei der der Rückhub des Kolbens nicht in der Endphase abgebremst, d. h. verlangsamt werden muss, wie vorher angenommen, sondern stattdessen in der Anfangsphase. In diesem Fall wird ein längliches Element der mit 110 in 6 dargestellten Art gewählt und verwendet, das aber nicht den oberen vergrößerten Bereich 15 hat und daher nur mit dem unteren vergrößerten Bereich 17 versehen ist (der Klarheit und Einfachheit halber in den Figuren nicht gezeigt, da es quasi mit dem länglichen Element 11C identisch ist, jedoch ohne dessen vergrößerten Bereich 15), was ausreicht, um das gewünschte Betriebsverhalten zu erzielen. Es handelt sich hierbei um einen besonderen, vereinfachten Fall des oben erläuterten Beispiels 3, wobei klar ist, dass bei einer solchen Anordnung eines auf diese Weise hergestellten länglichen Elements der Rückhub des Kolbens nur während der Anfangsphase verlangsamt wird.
Mit Bezug auf 12, 13 und 14 sieht die vorliegende Erfindung eine besondere Verbesserung vor: Da in jedem Fall ein Rückschlagmittel zwischen den beiden Kammern 6 und 7 vorgesehen sein muss, um einen nur in eine Richtung gehenden Gasstrom zu gewährleisten, wird das üblicherweise verwendete Rückschlagventil, das quer zum Kolben angeordnet ist, vorteilhafterweise durch eine ringförmige unidirektionale elastische Dichtung 19 ersetzt, die zwischen der Außenwand des Kolbens und der Innenwand des zylindrischen Gehäuses der Gasfeder angeordnet ist. Diese Dichtung ist in eine ringförmige Nut 16 eingesetzt, die sich um die gesamte Außenwand des Kolbens erstreckt und derart ausgebildet ist, dass sie einen flexiblen Vorsprung oder eine Lippe 18 aufweist, die von der Nut 16 mit einer bestimmten Neigung vorsteht, jedoch radial zu dieser verläuft, so dass der äußere Bereich der Dichtung 19 die Form eines Kegelstumpfs hat, dessen Achse mit der Achse der Gasfeder übereinstimmt.
Die Neigung der flexiblen Lippe 18 ist derart, dass der oben genannte Kegelstumpf seine Spitze V auf der Achse der Gasfeder auf der Seite der Kammer 6 und seine Basis auf der Seite der Kammer 7 hat. Es sind hier jedoch keine weiteren, allzu komplizierten Erläuterungen notwendig, um die Geometrie dieser Dichtung 19 zu erklären, da die Darstellungen in den Figuren selbst erklärend sind.
Die Funktionsweise dieser Dichtung kann der Fachmann somit leicht erkennen: Während der Kompressionsphase der Gasfeder drückt das Gas von der Kammer 6 aus gegen die flexible Lippe 18 und bewirkt so, dass die Lippe gegen den Kolben gebogen (14) und ein Durchgang 19A zwischen dem Kolben in der zylindrischen Innenwand des Gehäuses freigegeben wird, durch den das Gas dann frei von der Kammer 6 zur Kammer 7 strömen kann.
Umgekehrt bewirkt der Druck, der während des Rückhubs des Kolbens (13) von dem aus der Kammer 7 einströmenden Gas ausgeübt wird, dass sich die flexible Lippe in abdichtende Richtung biegt. Wenn sich die Lippe 18 auf diese Weise biegt, trifft sie an dem mit 30 gekennzeichneten Punkt auf die Innenwand des zylindrischen Hohlraums des Gehäuses auf und wird somit in dieser Position gehalten. Dies führt natürlich dazu, dass der Durchgang 19 verschlossen und dadurch das Gas nicht von der Kammer 7 in die Kammer 6 strömen kann. Aufgrund der inhärenten Einfachheit der oben vorgeschlagenen Lösung ist allerdings keine weitere Erläuterung notwendig.
Des Weiteren ist die Umsetzbarkeit dieser Lösung durch Dichtungen dieser Art, welche auf dem Markt leicht und generell erhältlich sind, vollkommen gewährleistet.
Eine weitere vorteilhafte Verbesserung kann leicht dadurch erzielt werden, dass das längliche Element 11A, 11B, 11C nicht auf stabile und feste Weise, sondern auf entfernbare Weise am Boden der Basis 20, oder vorzugsweise durch diese hindurch angebracht ist, wie dies in den Figuren schematisch dargestellt ist. Gemäß dieser Verbesserung können die länglichen Elemente 11A, 11B, 11C von der Außenseite der Basis eingeschoben und in einer entsprechenden Gewindeöffnung 30 (siehe 4) verschraubt werden, wie im Falle eines normalen Bolzens.
Dem Fachmann wird hierbei klar sein, dass diese Verbesserung die Möglichkeit bietet, einige Funktionseigenschaften einer Gasfeder – sogar wesentliche oder grundlegende – auf zweckmäßige Weise abzuwandeln, indem das einzige längliche Element einfach und leicht ersetzt wird, ohne dass dabei ein Zerlegen der Gasfeder selbst erforderlich ist.
Eine weitere vorteilhafte Verbesserung kann zudem leicht erzielt werden, indem die Betriebsmittel und -modi derart angeordnet und eingestellt werden, dass sichergestellt wird, dass ein einzelnes längliches Element, welches allgemein mit 11 bezeichnet ist, in die Öffnung 30 mit gezielt unterschiedlichen Längen eingeschoben und auf lösbare Weise in den jeweils entsprechend der Anforderungen gewählten Positionen arretiert wird. Hierdurch ist es möglich, die Betriebseigenschaften einer erfindungsgemäßen Gasfeder selbst innerhalb eines relativ breiten Variationsspektrums leicht und schnell zu abzuwandeln, indem einfach die Einschubtiefe des einzelnen länglichen Elements eingestellt wird.
Die Mittel zum Einstellen der Einschubtiefe des länglichen Elements gehören zum Können des Fachmanns, weshalb sie in diesem Zusammenhang nicht weiter behandelt werden.
Die letzte Verbesserung ist natürlich vollkommen kompatibel mit der Möglichkeit, das längliche Element durch ein anderes mit unterschiedlichen Eigenschaften zu ersetzen. Auf diese Weise wird mit einem einzigen Gasfederkörper die Möglichkeit eines breiten Spektrums an Betriebsmodi und -verhalten durch einfache und schnelle Vorgänge zum Einstellen und/oder Ersetzen des länglichen Elements geschaffen.

Claims

Gasfeder, insbesondere eine solche derjenigen Art, die in Metallblech-Formpressen verwendet wird, umfassend: – ein hohles, bevorzugt zylindrisches Gehäuse (1) mit zwei einander gegenüber angeordneten parallelen Basen (20, 21), wobei eine erste Basis (21) mit einem Loch (23) versehen ist, – einen Kolben (2), der dazu geeignet ist, innerhalb des hohlen Gehäuses zu gleiten, wobei die erste Basis (21) ein Anschlagelement bildet, das verhindert, dass der Kolben aus dem hohlen Gehäuse gleitet, – eine Stange (4), die fest an einem ihrer Endpunkte an einem zentralen Bereich des Kolbens befestigt ist und sich durch das Loch (23) in der ersten Basis (21) erstreckt, – eine erste Kammer (6) mit variablem Volumen und eine zweite Kammer (7) mit variablem Volumen, die innerhalb des Zylinders angeordnet und durch den Kolben voneinander getrennt sind, – wobei die erste Kammer (6) mit variablem Volumen durch eine Fläche des Kolbens und durch Bereiche der Innenfläche des hohlen Gehäuses (1) begrenzt ist, welche die Stange nicht enthalten, – Mittel, die es zulassen, dass Gas in beiden Richtungen in und aus den beiden Kammern mit einer selektiv einstellbaren Durchflussrate strömen kann, – ein längliches Element (11, 11A, 11B, 11C), das an der zweiten Basis (20) des hohlen Gehäuses angeordnet ist und einwärts in die erste Kammer (6) vorsteht, – eine Öffnung (10), die sich durch den Kolben (2) erstreckt und dazu geeignet ist, es einem Bereich des länglichen Elementes (11) zu ermöglichen, sich in dieser zu bewegen und aufgenommen zu werden, und – Durchgänge (13), die es einem Gas ermöglichen, aus der Öffnung (10) in die zweite Kammer (7) oder umgekehrt zu strömen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Innenwand des hohlen Gehäuses (1) und der zylindrischen Außenwand des Kolbens eine unidirektionale Dichtung vorgesehen ist, die derart ausgerichtet ist, dass der Durchgang von Gas aus der zweiten Kammer (7) mit variablem Volumen in die erste Kammer (6) mit variablem Volumen verhindert wird.
Gasfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unidirektionale Dichtung (19) eine flexible Lippe (18) aufweist, die eine ringförmige Kegelstumpfform aufweist und derart angeordnet ist, dass ihre Basis zu der zweiten Kammer (7) weist.
Gasfeder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel auch einen Hohlraum (4A) umfassen, der innerhalb der Stange (4) vorgesehen ist und es einem entsprechenden Bereich des länglichen Elementes, das sich durch die Öffnung (10) erstreckt, ermöglicht, in dieser zu gleiten und aufgenommen zu werden, wobei die Durchgänge ferner zwischen dem Hohlraum (4A) und der zweiten Kammer vorgesehen sind.
Gasfeder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das längliche Element aufweist: – eine Form (11A), die einen konstanten Querschnitt relativ zu der Mehrzahl von Ebenen sicherstellt, die sich orthogonal zu der Verschiebungsrichtung des Kolbens erstrecken, oder – eine Form (11B), die einen einzelnen vergrößerten Bereich (15) an dem Endpunkt des länglichen Elementes aufweist, der zu dem Kolben weist, oder – eine Form (11C) mit einem vergrößerten Bereich (15), der an dem zu dem Kolben weisenden Endpunkt des länglichen Elementes vorgesehen ist, und mit einem zweiten vergrößerten Bereich (17), der an dem gegenüberliegenden Endpunkt des länglichen Elementes vorgesehen ist, der benachbart zu der zweiten Basis (20) angeordnet ist, oder – eine Form mit einem einzelnen vergrößerten Bereich (17), der an dem Endpunkt des länglichen Elementes vorgesehen ist, der benachbart zu der zweiten Basis (20) angeordnet ist.
Gasfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (10) in dem Kolben (2) eine Verjüngung (10A) aufweist, die angrenzend zu der ersten Kammer (6) angeordnet ist.
Gasfeder nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (D) des ersten vergrößerten Bereiches (15) nur geringfügig kleiner als der Durchmesser (D1) der Verjüngung (10A) ist, und dass der Durchmesser (d) des zentralen Körperbereiches des länglichen Elementes (11B, 11C) bedeutend kleiner als der Durchmesser (D1) der Verjüngung (10A) ist.
Gasfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Bereiches des Kompressionshubs oder des Rückhubs derselben das längliche Element (11, 11A, 11B, 11C) selektiv in die Öffnung (10) eingeführt und von dieser weg bewegt wird, bijektiv in Abhängigkeit von der Position des Kolbens relativ zu dem hohlen Gehäuse (1).
Gasfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der äußeren zylindrischen Fläche des Kolbens (2) eine ringförmige Nut (16) vorgesehen ist, und dass die unidirektionale Dichtung (19) wenigstens teilweise in der ringförmigen Nut (16) aufgenommen ist.
Gasfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Basis (20) eine Durchgangsbohrung (30) vorgesehen ist, und dass das längliche Element (11, 11A, 11B, 11C) entfernbar von der Außenseite unter wechselseitigem, bevorzugt schraubenartigen Gewindeeingriff mit der zweiten Basis (20) angeordnet ist.
Gasfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das längliche Element (11, 11A, 11B, 11C) dazu geeignet ist, derart vorgesehen zu werden, dass es dazu geeignet ist, lösbar in selektiv definierbaren Positionen relativ zu der Basis arretiert zu werden.