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Die
Erfindung bezieht sich auf Fluid-Blockierungsfedern, hernach als
Gasfedern bezeichnet, obwohl sie Öl oder Gas oder eine Mischung
aus beiden enthalten mögen.
Eine Gasfeder ist eine gängige Vorrichtung,
die zum Bewegen und Stützen
einer Last genutzt wird, wobei ein komprimiertes Fluidum genutzt
wird. Sie ist eine geschlossene Vorrichtung, die gewöhnlich einen
Zylinder umfasst, in dem ein Kolben beweglich ist, an dem eine Kolbenstange
angesetzt ist, der aus dem Zylinder herausragt und an der Last angesetzt
ist, die bewegt oder getragen werden soll. Der Kolben und die Stange
sind im Zylinder frei beweglich, so dass der Gasdruck die Kolbenstange
entweder kräftig
gegen die angeschlossene Last schiebt oder zurückzieht, abhängig von
der jeweiligen Anordnung der benutzten Gasfeder.
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In
Ergänzung
zum komprimierten Gas (gewöhnlich
Stickstoff) kann die Gasfeder eine Ölmenge oder ein anderes Fluid
enthalten, mit der Absicht, eine kontrollierte Bewegungsgeschwindigkeit (Dämpfung)
vorzusehen. Dies wird erreicht, wenn das Öl oder andere Fluid in der
Gasfeder durch enge Löcher
gezwungen wird.
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Eine
gebräuchliche
Art der gewöhnlichen Gasfeder
ist eine Blockierungs-Gasfeder, die ein Ventil entweder in dem Kolben
oder dem Zylinder enthält,
welches durch externe Mittel, typisch einen Druckknopf oder Hebel,
bedient werden kann. Dieses Ventil ist zum Öffnen und Schließen eines
Wege im Kolben oder im Zylinder angeordnet, was wirksam erlaubt
oder verhindert, dass Fluid in dem Zylinder von einer Seite des
Kolbens zur anderen strömt. Durch
das Schließen
des Ventils und das Verhindern des Fließens des Fluids, wird die Kolbenstange
gehindert, innerhalb des Zylinders sich zu bewegen, und die Gasfeder
wird in ihrer Stellung blockiert. Wenn das eingesperrte Volumen Öl oder eine
andere inkompressible Flüssigkeit
ist, ist die Blockierfeder hydraulisch verriegelt und sehr starr
geblockt. Wenn das eingesperrte Fluid ein Gas ist, bleibt die Blockierungsfeder
etwas flexibel. Eine starr blockierende Gasfeder wird beispielsweise
im Fall einer Höheneinstellung
eines Krankenhaus-Operationstisches genutzt, wohingegen eine blockierende
Gasfeder gewöhnlich
in Bürostühlen genutzt
wird.
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Ein
anderer Gebrauch einer blockierenden Gasfeder ist es, eine sperrbare
Bewegung von Beinstützen
und Rückenlehnen
in verstellbaren Flugzeugsitzen vorzusehen.
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Ein
Problem taucht beim Gebrauch von sperrenden Gasfedern dadurch auf
dass wenn jemand versucht, kräftig
ein abgestütztes
Objekt durch die Gasfeder zu bewegen, ohne sie in der angemessenen
Weise zu entriegeln, dann kann Schaden angerichtet werden, der eine
teure Reparatur erfordert. Im Fall von Flugzeugsitzen kann es gefährlich werden, wenn
im Notfall Teile wie Beinstützen
nicht aus dem Weg bewegt werden können.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine blockierende Gasfeder
zu schaffen, die entsperrt, wenn sie einer Überlast ausgesetzt wird; somit gestattet
sie dem gestützen
Objekt, bewegt zu werden, ohne die Notwendigkeit das entsperrende
Ventil in der üblichen
Weise zu betätigen,
und somit wird Schaden von der blockierenden Gasfeder oder dem gestützten Objekt
abgewendet. Vorzugsweise bleibt das Objekt, wenn es gezwungen aus
dem Weg gedrückt
wurde, in der neuen Stellung, um keine Behinderung zu verursachen.
Um dies zu bewerkstelligen, muß die
Blockierfeder entsperren, sich zur neuen Stellung bewegen und dann
in der neuen Stellung automatisch wieder sperren, in die sie gedrückt wurde.
Sobald die Überlast
endet, ist es ein Erfordernis, dass die Gasfeder automatisch in
die Grundstellung zurückgestellt
wird, so dass sie ohne jegliche Rücksetzung oder Justage wieder
gebraucht werden kann.
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Eine
Blockierungs-Gasfeder mit einer Überdruckfreigabe
ist in der US-A-5137124 gezeigt. Jedoch ist das Überdruck-Sicherungselement
nicht positiv mit einem vorgegebenen Druck durch ein Vorspannmittel
in eine Sicherungsstellung vorgespannt, wodurch ein positives automatisches
Rücksetzen
in eine Blockierstellung beim Nachlassen des Überdruckes erbracht würde.
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Die
EP 0 421 470 beschreibt
eine Druckrohr-Kolbenvorrichtung, die zwei Arbeitsräume umfasst,
die durch eine Steuer-Flußpassage
und eine Überdruck-Flußpassage
verbunden sind.
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Ringpassagen,
die federvorgespannte Ventile enthalten, sind z. B. aus der GB-A-2111168
bekannt, aber solche Ventile sind in hydraulischen Dämpfungssystemen
enthalten, bei denen die Ventile bei jeder Bewegung des Dämpferkolbens öffnen. Sie
sind in Blockierungs-Gasfedern zum Verhindern von Überlast
nicht vorbekannt.
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Dementsprechend
bietet die Erfindung in einer Hinsicht eine Blockierungs-Gasfeder,
die einen Kolben beweglich in einem Zylinder aufweist, der ein Fluid
enthält,
so dass die Bewegung des Kolbens den Druck des Fluids verändert, einen
ersten Flußweg zwischen
den beiden Seiten des Kolbens enthält, der durch Ventilmittel
gesteuert ist, die von Mitteln extern des Kolbens bedienbar sind;
die Bedienmittel sind bedienbar, um die Ventilmittel im ersten Flußweg zwischen
einer gesperrten Position der Feder, in der der Fluß des Fluides
von einer Seite des Kolbens zur anderen verhindert wird, und einer
ungesperrten Stellung, die einen kontrollierten Lauf des Fluids
durch den ersten Flußweg
gestattet, zu verstellen,
einen Hilfsflußweg unterschiedlich zum ersten
Flußweg
mit einem Schießmittel
zum Schließen
des Hilfsflußweges,
gekennzeichnet
dadurch, dass der Hilfsflussweg auf seinem ganzen Flussweg getrennt
vom ersten Flussweg ist und durch Federvorspannmittel, die angeordnet
sind, um das Schließglied
mit einer vorgegebenen Kraft in eine normaler Weise geschlossene
Stellung zu drücken,
um den Hilfsflussweg zu schließen, und
dass die Anordnung so ist, dass ein Überdruck auf einer Seite des
Kolbens so wirkt, dass das Schließmittel gegen die Wirkung des
Vorspannmittels in eine Offenstellung bewegt
wird, in der Fluidum
durch den Hilfsflussweg fließen kann,
um den Überdruck
abzubauen und eine Kolbenbewegung im Zylinder zu erlauben, während das Ventilmittel
in seiner Blockierungsstellung bleibt, und dass die Vorspannmittel
automatisch arbeiten, um den Hilfsflussweg mit Hilfe des Überdrucks
zu schließen.
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Vorzugsweise
ist die Gasfeder zwischen einer Last und einem Stützglied
eingebunden, um die Last zu tragen. Das Vorspannmittel ist so angeordnet,
dass es einen vorgegebenen Druck auf dem Schließglied hält, um den Hilfsflußweg geschlossen zu
halten, außer
wenn der Druck um mindestens 30%, vorzugsweise 50% überschritten
ist und wenn er vorteilhaft doppelt so hoch ist, wie der Druck,
der zur Stützung
der normalen Last notwendig ist. Für jeden Gebrauch ist die vorgesehene
Last, die getragen werden muß,
vorgegeben, und die Kraft, die benötigt ist, den Hilfsflußweg zu öffnen, um
Schaden zu vermeiden kann überschritten
werden. Die Gasfeder ist leicht an einen jeweiligen Gebrauch anzupassen,
indem eine angemessene Vorspannvorrichtung gewählt wird.
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Vorzugsweise
führt der
erste Flußweg
durch die Mitte des Kolbens und der Hilfsflußweg auch durch den Kolben.
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Vorzugsweise
weist das Schließmittel
einen äußeren Ring
des Kolbens auf, das axial gleitfähig relativ zu einer Mittelstellung
des Kolbens ist. Vorspannmittel, z. B. in Form einer Wendel-Druckfeder, spannen
den Ring in eine normale Dichtstellung um das Mittelteil vor, in
welcher Stellung der Hilfsweg geschlossen ist.
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Das
Schließmittel
kann entweder gegen einen Sitz vorgespannt werden und nur in eine
Richtung beweglich sein, um den Druck freizugeben, oder es kann
in beiden Richtungen zur Dichtstellung vorgespannt sein und in beiden
Richtungen in eine offene Stellung beweglich sein, um den Druck
abzubauen.
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Eine
Ausgestaltung einer Blockierungs-Gasfeder wird nun beschrieben als
Beispiel mit Bezug zu den beiliegenden Zeichnungen, von denen:
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1 ein axialer Schnitt durch
eine bekannte Gasfeder ist;
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2 und 3 zeigen den Mittelteil einer Gasfeder,
modifiziert gemäß der Erfindung;
beziehungsweise in einer abgedichteten und freigegebenen Bedingung
der Feder, und
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4 zeigt eine Gasfeder entsprechend
der Erfindung in Kombination mit einem Flugzeugsitz und einer Fußstütze.
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Wie
in 1 gezeigt, hat eine
bekannte Blockungs-Gasfeder einen Zylinder 1, in dem ein
Kolben 2, der mit einer Kolbenstange 3 verbunden
axial gleitet. Ein geschlossenes Ende 4 des Zylinders ist
vorgesehen, an einen Halter oder einem zu tragenden Objekt angeschlossen
zu werden. Diese Kolbenstange 3 ist (abgedichtet) durch
das andere geschlossene Ende 5 gleitfähig durch Dichtmittel 6 geführt und ist
vorgesehen, mit dem anderen Halter oder zu tragenden Glied verbunden
zu werden. Ein Dichtring 8 ist um das Äußere des Kolbens angeordnet
und dichtet zur inneren Oberfläche
des Zylinders ab. Ein erster Flußweg 10 erstreckt
sich durch die Mitte des Zylinders, und das Ventilglied 11 ist
in diesem Durchlaß angeordnet
und von einer Position außerhalb
des Zylinders bedienbar. Ein Druckstift 12 ist so angeordnet, dass
das Ventil zwischen einer geschlossenen Stellung (wie gezeigt),
in der es den Durchlaß 10 sperrt und
Fluß des
Fluids von einer Seite des Kolbens zur anderen verhindert, und einer
offenen Stellung, in der das Fluid in einer kontrollierten Weise
von einer Seite des Kolbens zur anderen fließen kann, verbracht werden.
Der Zylinder ist mit Gas 14 und/oder mit Öl 15 gefüllt. Wenn
das Bedienglied 12 bewegt wird, um das Ventil zu öffnen, kann
der Kolben sich im Zylinder bewegen, so dass die relative Position
der Teile, die mit dem Zylinderende 4 und der Kolbenstange 3 verbunden
sind, geändert
werden kann. Sobald das Bedienglied zum Schließen des Ventils bewegt ist,
dient die Gasfeder dazu jene Teile ihre relative Position beizubehalten,
jedoch mit einiger Elastizität,
die durch das komprimierte Gas verursacht wird. Das Bedienglied
muß nicht,
wie gezeigt, ein Stift sein, sondern das Ventil kann beispielsweise
elektrisch bedient werden, z. B. mit einem Druckknopf in der Armlehne
eines Flugzeugsitzes, obwohl die Gasfeder so angeordnet ist, dass
sie die Rückenlehne
oder Fußstütze des
Sitzes trägt.
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Um
Schaden an der Gasfeder oder an Teilen, die davon getragen sind
zu vermeiden, wenn jene Teile überschüssiger Kraft
ausgesetzt sind, ist vorzugsweise der Kolben entsprechend der Anordnung in 2 und 3 abgewandelt. Das übrige in der Gasfeder ist ähnlich zu
dem, was in 1 gezeigt
ist. In der Anordnung nach 2 und 3 ist ein Kolben 20 in
einem Zylinder 1 verschieblich gehalten, mit einer Kolbenstange 3 verbunden
und als zwei axial relativ zueinander verschieblichen Teilen ausgebildet.
Ein erstes zentrales Teil 21 enthält einen Flußweg 10 und
ein Ventil 1, das zu einem Bedienstift 12, wie
in der Zuordnung, 1,
verbunden ist. Ein zweites ringförmiges
Teil 22 bildet ein Schließglied und ist um das zentrale
Teil 21 des Kolbens angeordnet und ist mit ringförmigen Dichtmitteln 23 versehen,
um gegen die innere Zylinderwand abzuschließen. Der Ring 22 ist
gegen einen Sitz auf dem Zentralteil 21 mittels einer Druck-Wendelfeder 25 vorgespannt,
die den Zentralteil 21 umgibt und zusammengedrückt zwischen
dem Ring 23 und dem Sitz 26 eines Haltegliedes 27 gehalten
ist, der um die Kolbenstange 3 befestigt ist.
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Indem
der Kolben aus zwei Teilen gebildet ist, kann ein Hilfsdurchlaß 30 von
einer Kolbenseite zur anderen durch eine axiale Bewegung des Ringes 22 relativ
zum Zentralteil 21 geöffnet
und geschlossen werden. Mit dem Ring in der geschlossenen Stellung
(2), in die er durch
die Feder 25 vorgespannt ist, bildet das Schließglied 22 eine
wirksame Dichtung mit dem Zentralteil 21 über die
ringförmigen Dichtmittel 28.
Wenn jedoch das Schließglied
von dem Sitz 24 gegen die Wirkung der Feder 25 wegbewegt
ist, wie in 3 gezeigt,
ist der Flußweg 30,
der durch den Pfeil 29 angezeigt ist, geöffnet; Fluid
kann von einer Seite des Kolbens zur anderen fließen und jeder Überdruck
auf der oberen Seite des Kolbens, wie gezeigt, ist freigegeben.
Die obere Seite des Ringes 22; es ist die Seite, die an
dem Sitz 24 anschließt; ist
beaufschlagt von dem Druck auf der zur Kolbenstange entgegengesetzten
Seite des Kolbens. Wenn also der Kolben nach innen gedrückt wird
in der Absicht, die Kolbenstange oder das Objekt, das mit der Kolbenstange
verbunden ist, mit Überkraft
zu bewegen, dann wird sich ein Überdruck
in dem Gas oder anderen Fluid auf der entgegengesetzten Seite des Kolbens
ausbilden, und dieser Druck wird auf den Ring 22 wirken,
um ihn zum Öffnen
des Hilfsdurchlasses zu bewegen. Der Kolben wird daher in der Lage
sein, sich im Zylinder zu bewegen und eine Bewegung des Objektes
zu erlauben, das einem solchen Druck unterworfen ist. Auf diese
Weise wird Schaden verhindert. Sobald der Überdruck nachgelassen wird,
kehrt das Vorspannmittel des Schließgliedes in seine Schließstellung
zurück,
und die Feder schließt
wieder in ihrer Schließstellung.
Ein Objekt, das durch einen Überdruck
bewegt wurde, wird somit in seiner Stellung gehalten, in die es
bewegt wurde. Die Gasfeder ist automatisch zurückgestellt und benötigt keinerlei
Justage bevor sie wieder durch den normalen Gebrauch des Bedienungsgliedes 12 und
das Ventil 11 benutzt wird.
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4 zeigt eine Gasfeder 31 entsprechend 2 und 3, die in Gebrauch die Beinstütze 33 eines
Flugzeugsitzes 32 mit dem Sitzträger 34 verbindet.
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Die Überlastkraft
bei der sich das Schließglied
bewegt (und soweit die Kraft bei der die Schließfeder automatisch entsperrt
und sich bewegt) kann spezifiziert werden durch die Wahl einer geeigneten
Wendelfeder. Eine stärkere
Wendelfeder erbringt eine höhere
Kraft, die nötig
ist, bevor der Druck freigegeben wird und umgekehrt. So kann die
Gestaltung passend auf verschiedene Situationen zugeschnitten werden.
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Nimmt
man den Flugzeugsitz als Beispiel, so ist der normale Zweck der
Blockierungs-Gasfeder zuerst, die Beinstütze zu tragen und zu bewegen,
so dass der Passagier seine Position wie gewünscht einstellen kann. Um die
zu erreichen, erbringt die Blockierungs-Gasfeder eine Kraft auf
die Beinstütze
von 300N, was etwa 70 Pfund entspricht. (Obgleich die Beinstütze nicht
besonders schwer ist, ist eine Kraft dieser Größe erforderlich, weil die Gasfeder
nahe zum Beinstützengelenk
angeordnet ist und deshalb mit einem mechanischen Nachteil arbeitet).
Diese Kraft, die wir F nennen, ist die normale Kraft die von der
Gasfeder aufgebracht wird, wenn das Schließventil offen ist.
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Sobald
die Beinstütze
in ihrer gewünschten Position
ist, wird das Schließventil
geschlossen und die Beinstütze
in der Stellung gehalten. Zusätzlich zum
Stützen
der Beinstütze
muß die
Gasfeder auch das Gewicht der Beine des Passagiers tragen. Dies führt typisch
zu einer Last in der Gasfeder von 600N oder 2 mal F. (Dies ist die üblich geblockte
Last; d.h. die Last, die die Feder beim Normalgebrauch tragen muß, wenn
das Sperrventil geschlossen ist; und sie variiert typisch zwischen
1F und 6 mal F je nach der Anwendung). Die Beinstütze und
zugehörige
Struktur wird so gestaltet, dass sie diese Last ohne Schwierigkeit
duldet.
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Angenommen
nun, dass der Passagier versucht auf der ausgestellten Beinstütze zu stehen,
so dass sie seinem ganzen Gewicht ausgesetzt ist. Ohne die Überlastfreigabe-Eigenschaft würde dies zu
einer Last der Gasfeder und den Teilen des Sitzes, an der sie befestigt
ist, führen,
z. B. von über
3000 N, einer Kraft, die 10 mal F groß wäre. Diese Kraft würde leicht
die Beinstütze
und/oder die Gasfeder zerbrechen. Um dieses Problem zu lösen, wird
eine Wendelfeder ausgesucht, um eine Überlastfreigabe bei einer Kraft
von 900 N oder 3 mal F zu erbringen. Diese Kraft ist hoch genug,
dass eine Freigabe beim Normalgebrauch nicht auftritt, (das ist
50% mehr als die 2 mal F zuvor), aber sie ist niedrig genug, dass
die Beinstütze
sie tolerieren kann ohne Schaden zu nehmen (sie ist kleiner als
die 10 mal F). Sie kann 2 mal F oder 3 mal F oder mehr mal F sein.
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Die
Vorrichtung kann leicht genau zugeschnitten werden, um einem weiten
Bereich von Betriebsbedingungen zu genügen, ganz einfach indem eine
geeignete Wendelfeder ausgewählt
wird. Auch erbringt der Zuschnitt einen positiven und zuverlässigen Freigabe- und Rücksetzvorgang;
der Rücksetzvorgang
tritt unmittelbar ein, wenn die Überlast
weggenommen worden ist.
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Die
Anordnung des Schließgliedes
und der Wendelfeder können
vertauscht werden, um das gleiche vorteilhafte Verhalten für Zugkräfte statt
für Druckkräfte zu erlangen.
Alternativ können
zwei Wendelfedern eingesetzt werden, um das Schließglied in
einer mittelbaren dichtenden Stellung zu halten und der Überlast-Freigabeeigenschaft
zu erlauben, sowohl auf Druckkräfte
und auf Zugkräfte
innerhalb der gleichen Einheit wirksam zu sein.
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Das
Schließglied
und der Hilfsdurchlaß müssen nicht
am Kolben selbst sein, sondern können
in einem Nebenzweig von einem Zylinderende zum anderen angeordnet
sein. Die Erfindung kann in jeglichem System genutzt werden, in
dem es gewünscht ist,
es vor Schaden durch Überlast
zu schützen,
z. B. in Tragarmen, Hebeln oder Säulen oder rotierenden Zugriffschützen, Klappen,
Führungen
und Sperren.