DE69902147T2

DE69902147T2 - Luftfedervorrichtung

Info

Publication number: DE69902147T2
Application number: DE69902147T
Authority: DE
Inventors: Arne Jacobsson; Johan Runesson
Original assignee: Stromsholmen AB
Current assignee: Stromsholmen AB
Priority date: 1998-02-13
Filing date: 1999-02-08
Publication date: 2003-04-03
Anticipated expiration: 2019-02-09
Also published as: JP3899508B2; ATE220769T1; WO1999041520A1; DE1053410T1; ES2177244T3; DE69902147D1; JP2002503791A; EP1053410B1; US6086059A; EP1053410A1

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf Gasfeder-Vorrichtungen und insbesondere auf eine Gasfeder-Vorrichtung mit verbesserter Sicherheit.

Hintergrund der Erfindung

Eine Gasfeder ist normalerweise mit Gas unter hohem Druck, typischerweise 60-160 bar, vorgeladen. Wenn der Kolben der Gasfeder unbeabsichtigt von der Kolbenstange während des Gebrauchs abbricht, ist die Kolbenstange frei, sich in einem Kolbenstangenführungselement auf seinem Weg aus der Gasfeder zu beschleunigen.
Das US-Patent Nr. 5 485 987 zeigt eine Gasfeder, wobei die Kolbenstangendichtung axial verschiebbar ist, um eine normalerweise geschlossene radiale Bohrung durch den Zylinder zu öffnen, um das Entweichen von unter Druck stehendem Gas in dem Fall zu erlauben, wenn das unter Druck stehende Gas einen vorbestimmten Druck überschreitet.
Das US-Patent Nr. 5 454 455 zeigt eine Zylinderkolbenvorrichtung, wobei der Kolben, wenn er sich dem Ende des Zylinders nähert, angeordnet ist, um gegen eine Ausbuchtung des Zylinders derart zustoßen, um durch das Anschlagen geneigt oder gewinkelt zu werden, um eine Klammerwirkung zu erzielen, die die Ausstoßung der Kolbenstange verhindert und ein Leck initiiert, das dem unter Druck stehenden Fluid ermöglicht, auszutreten.
Eine weitere Gasfeder ist in der DE-A 1-24 57 938 gezeigt, in der unter Druck stehendes Fluid durch ein gesteuertes Brechen des Zylinders und/oder der Kolbenstange bei besonders ausgestalteten Bruchpunkten evakuiert werden kann.
Bei dieser Art von Anordnung können sich Teile der Zylinderkolbenvorrichtung trennen und ein Hochgeschwindigkeitsprojektil werden. Die DE-A 1-42 16 573 zeigt eine Gasfeder, in der ein Führungselement angeordnet ist, um eine Kolbenstangendichtung zu deformieren, um das unter Druck stehende Gas aus der Gasfeder zu evakuieren, wenn der Druck zu hoch wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen sicheren und wirksamen Weg bereitzustellen, um die Geschwindigkeit einer Kolbenstange auf Null zu verringern, die sich mit einer hohen Geschwindigkeit in einer Gasfeder- Vorrichtung während eines Ausfalls des Gasfeder-Vorrichtung bewegt. Dies wird durch Anhalten der Kolbenstange auf eine gesteuerte Art und Weise durch eine schrittweise Verringerung ihrer Energie und Geschwindigkeit erreicht, um die Kraft auf den Kolben zu allen Zeiten während eines Gasfeder-Vorrichtungs- Ausfalls auf ein Minimum zu halten.
Bei einer Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird eine Kolbenzylinder-Vorrichtung bereitgestellt, die eine röhrenförmige Wand, eine Stirnwand an einem ersten Ende der röhrenförmigen Wand und ein Führungselement an einem zweiten Ende der röhrenförmigen Wand aufweist. Die röhrenförmige Wand, die Stirnwand und das Führungselement definieren dazwischen eine Druckkammer, und eine Kolbenstange erstreckt sich gleitfähig durch das Führungselement und in die Druckkammer. Zerbrechliche Mittel werden zum Verhindern des Auswurfs der Kolbenstange aus dem Führungselement durch Brechen bei einer vorbestimmten Aufprallstärke des Kolbens gegen das Führungselement bereitgestellt. Während eines Ausfalls der Kolbenzylinder- Vorrichtung, wenn sich die Kolbenstange mit hoher Geschwindigkeit bewegt, liefert das zerbrechliche Mittel ein gesteuertes Anhalten der Kolbenstange durch eine schrittweise Dissipation ihrer kinetische Energie.
In Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Gasfeder-Vorrichtung bereitgestellt, die einen Zylinder mit einer röhrenförmigen Wand, eine Stirnwand an einem ersten Ende der röhrenförmigen Wand und ein Führungselement an einem zweiten Ende der röhrenförmigen Wand aufweist. Die röhrenförmige Wand, die Stirnwand und das Führungselement bilden dazwischen eine Druckkammer. Eine Kolbenstangen- und Kolben-Anordnung ist dem Zylinder zugeordnet, wobei die Anordnung eine sich durch das Führungselement und in die Druckkammer erstreckende Kolbenstange aufweist, wobei die Kolbenstange bezüglich dem Führungselement gleitbar und ein Kolben mit der Kolbenstange innerhalb der Druckkammer verbunden ist. Eine Bruchzone ist an der Anordnung oder an dem Führungselement ausgebildet, um die kinetische Energie der Kolbenstange während eines Ausfalls der Gasfeder-Vorrichtung zu dissipieren.
Diese und verschiedene weitere Vorteile und Neuerungsmerkmale, die die Erfindung kennzeichnen, werden besonders in den hierzu angefügten Ansprüchen herausgestellt und bilden einen Teil hiervon. Für ein besseres Verständnis der Erfindung, ihrer Vorteile und die durch ihren Gebrauch erhaltenden Ziele, sollte jedoch Bezug auf die Zeichnungen, die einen weiteren Teil hiervon bilden, und die beigefügte Beschreibung genommen werden, in der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Längsquerschnittsansicht der Gas-Kolben-Anordnung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2a-2d veranschaulichen unterschiedliche Ausführungsformen von Kolben- und Kolbenstangenanordnungen zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3a-3d veranschaulichen eine mögliche Ausfallsequenz der Gaskolbenvorrichtung.
Fig. 4a und 4b stellen weitere mögliche Fehlersequenzen der Gaskolbenvorrichtung dar.
Fig. 5a und Sb veranschaulichen zusätzliche mögliche Ausfallsequenzen der Gaskolbenvorrichtung.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Mit Bezug nun auf Fig. 1 ist darin eine Gasfeder-Vorrichtung 10 in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Gasfeder-Vorrichtung 10 umfasst einen Zylinder 12 mit einer röhrenförmigen Wand 14 mit einer Stirnwand 16, die ein Ende der röhrenförmigen Wand abschließt. Das entgegengesetzte Ende der röhrenförmigen Wand 14 umfasst eine Öffnung 18, und ein Kolbenstangenführungselement 20 ist fest innerhalb der Öffnung 18 durch ein Verriegelungsring 22 gesichert, um eine Druckkammer 24 in dem Zylinder 12 zu bilden. Eine Dichtung 26 ist zwischen dem Kolbenstangenführungselement 20 und der Innenfläche der röhrenförmigen Wand 14 angeordnet, um Fluidleckage zwischen dem Äußeren des Führungselements 20 und der Innenfläche der röhrenförmigen Wand 14 zu verhindern. Die Druckkammer 24 ist normalerweise mit Gas unter hohem Druck, typischerweise in der Größenordnung von 60-160 bar, vorbelastet.
Das Führungselement 20 umfasst eine Mittenöffnung 28 dahindurch, und eine Kolbenstange 30 wird gleitfähig in der Öffnung 28 empfangen und erstreckt sich in die Druckkammer 24. Ein Kolben 32 ist an dem Ende der Kolbenstange 30 in der Druckkammer 24 gesichert. Eine Dichtung 31 umgibt die Kolbenstange 30 und ist gegen das Ende des Führungslements 20 angeordnet, um Fluidleckage zwischen der Kolbenstange und dem Führungselement zu verhindern.
Wie es vorher erwähnt wurde, ist die Gasfeder-Vorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung ausgestaltet, um die Kolbenstange auf eine gesteuerte Art und Weise bei einem Ausfall in der Gasfeder-Vorrichtung anzuhalten, der die Kolbenstange 30 veranlasst, sich mit hoher Geschwindigkeit in der Richtung des in Fig. 1 gezeigten Pfeils A zu bewegen. Dies wird durch Ausgestalten der Gasfeder- Vorrichtung 10 mit einer Mehrzahl von zerbrechlichen Komponenten erreicht, die ausgestaltet sind, um während eines Ausfalls zu brechen, was zu einer ungesteuerten Hochgeschwindigkeitsbewegung der Kolbenstange führt, wodurch die kinetische Energie der Kolbenstange 30 absorbiert wird, was sie veranlasst, anzuhalten.
Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ist ersichtlich, dass das Kolbenstangenführungselement 20 einen Hauptkörperteil 34, der die Öffnung 28 definiert, und einen zylindrischen Mantelteil 36, der sich in die Druckkammer 24 von dem Ende des Hauptkörperteils 34 erstreckt, umfasst. Der Mantelteil 36 ist mit dem Hauptkörperteil 34 an einer Bruchzone 38 verbunden, die ausgestaltet ist, um es dem Mantelteil zu ermöglichen, von dem Hauptkörperteil abzubrechen, wenn eine ausreichende Kraft an den Mantelteil durch den Kolben 32 während einer ungesteuerten Hochgeschwindigkeitsbewegung der Kolbenstange 30 angelegt wird. Der Mantelteil 36 ist ferner mit einem Kopfteil 40 versehen, der mit dem Mantelteil durch eine Bruchzone 42 verbunden ist, so dass der Kopfteil von dem Rest des Mantelteils während eines Ausfalls abbrechen kann. Somit sind sowohl der Mantelteil 36 als auch der Kopfteil 40 des Mantelteils zerbrechliche Komponenten, die ausgestaltet sind, um während einer Hochgeschwindigkeitsbewegung der Kolbenstange zu brechen.
Der Kolben 32 ist ferner ausgestaltet, um von der Kolbenstange 30 während eines Ausfalls abzubrechen, wodurch weitere Energie absorbiert wird. Mit Bezug auf Fig. 2a ist eine Ausführungsform einer Kolbenstangen- und Kolben- Anordnung dargestellt, in der der Kolben 32 mit der Kolbenstange 30 einstückig ausgebildet ist. Die Kolbenstange 30 umfasst ein vergrößertes Ende 44, auf dem der Kolben 32 einstückig ausgebildet ist. Eine Bruchzone 46 ist jedoch im allgemeinen an der Verbindung des Kolbens 32 und dem vergrößerten Ende 44 definiert, so dass der Kolben 32 imstande ist, von dem vergrößerten Ende 44 während eines Ausfalls abzubrechen, um dadurch weitere kinetische Energie zu absorbieren. Es ist ebenfalls ersichtlich, dass der Durchmesser des vergrößerten Endes 44 größer als der Durchmesser der Öffnung 28 ist, so dass die Kolbenstange 30 am Auswurf aus der Gasfeder-Vorrichtung 10 infolge der Behinderung zwischen den vergrößerten Ende 44 und der Öffnung 28 gehindert wird.
Eine weitere Ausführungsform einer Kolbenstangen- und Kolben-Anordnung ist in Fig. 2b dargestellt, in der der Kolben 32' nicht mit der Kolbenstange 30' einstückig ausgebildet ist, sondern anstatt an der Kolbenstange 30' durch einen Verriegelungsring 48 gesichert ist, der in einer Umfangsrille in der Kolbenstange und in einer Rille in dem Kolben 32' angeordnet ist. Wie es in Fig. 2c gezeigt ist, kann der Kolben 32' derart ausgestaltet sein, dass ein Teil desselben an einer Bruchzone 46' abbricht, wobei der Rest des Kolbens an der Kolbenstange 30' befestigt bleibt. In diesem Fall ist ersichtlich, dass der verbleibende Teil des Kolbens einen Durchmesser größer als die Öffnung 28 aufweist, womit der Auswurf der Kolbenstange 30' verhindert wird. Der verbleibende Teil des Kolbens 32' wirkt somit ähnlich dem vergrößerten Ende 44 der Kolbenstange 30.
Alternativ dazu, dass ein Teil des Kolbens mit der Kolbenstange verbunden bleibt, kann der gesamte Kolben 32' ausgestaltet sein, um von der Kolbenstange 30' abzubrechen, wobei nur den Sicherungsring 48 belassen wird. Der Außendurchmesser des Sicherungsrings 48 ist jedoch größer als der Durchmesser der Öffnung 28, wodurch der Auswurf der Kolbenstange 30' verhindert wird.
Daher ist der Kolben 32,32' der vorliegenden Erfindung ebenfalls als eine zerbrechliche Komponente ausgestaltet, die ausgestaltet ist, um während eines Ausfalls zu brechen, um dadurch die kinetische Energie der sich schnell bewegenden Kolbenstange zu dissipieren.
Fig. 3a-3d stellen eine mögliche Ausfallsequenz dar, die sich während eines Ausfalls der Gasfeder-Vorrichtung 10 ereignen kann, wobei die Kolbenstangen- und Kolben-Anordnung von Fig. 2a verwendet wird. Fig. 3a veranschaulicht die Vorrichtung 10 in den Anfangsstufen des Ausfalls, wobei die Kolbenstange 30 gerade beginnt, sich mit hoher Geschwindigkeit zur linken in der Richtung des Pfeils A zu bewegen. Bei einer weiteren Bewegung der Kolbenstange wird der Kolben 32 den Kopfteil 40 des Mantelteils 36 berühren, womit veranlasst wird, dass der Mantelteil von dem Hauptkörperteil 34 an der Bruchzone 38 abbricht, wie es in Fig. 3b gezeigt ist. Der abgebrochene Mantelteil 36 wird auf den Hauptkörperteil und/oder gegen die Innenwand der röhrenförmigen Wand 14 gezwungen, wodurch veranlasst wird, dass sich der Raum für die Dichtung 31 in Form und Gestalt ändert, und somit ein Gasleck eingeführt wird. Ein Gasteck liefert eine sichtbare Angabe eines Ausfall innerhalb der Gasfeder- Vorrichtung 10. Wenn der abgebrochene Mantelteil 36 gegen die Dichtung 26 durchschlägt, wodurch eine weitere Bewegung des gebrochenen Mantelteils angehalten wird, wird der Kopfteil 40 des Mantels dann an der Bruchzone 42 abbrechen, wie es in Fig. 3c gezeigt ist, wodurch Energie weiter dissipiert wird. Der Kopfteil 40 wird gegen die Dichtung 31 durch die Kolbenstangen- und Kolben-Anordnung gezwungen, wobei die Dichtung 31 als eine Dämpfungseinrichtung wirkt, um Energie der sich nun langsamer bewegenden Kolbenstange weiter zu dissipieren. Außerdem wird sich der Raum für die Dichtung 31 sogar weiter deformieren und dadurch sogar eine weitere Gasleckage einführen. Die weitere Bewegung der Kolbenstange 30 wird veranlassen, dass der gebrochene Mantelteil, der gebrochene Kopfteil und die Dichtung 31 zusammengezwungen werden, wobei der Kopfteil schließlich den Kolben 32 berührt und bewirkt, dass der Kolben von dem vergrößerten Ende 44 an der Bruchzone 46 abbricht, wodurch eine weitere Dissipation von Energie verursacht wird. Wenn Energie verbleibt, wird die Kolbenstange die Bewegung fortsetzen, wodurch die Dichtung 31 zerstört wird, und das vergrößerte Ende 44 schließlich in die Öffnung 28 gezwungen wird, was die Restmenge der Energie dissipiert, wobei das vergrößerte Ende 44 in dem Hauptkörper 34 des Führungselements 20 verklemmt bleibt.
Weitere mögliche Ausfallsequenzen sind in den Fig. 4a und 4b dargestellt, von denen Fig. 4a den von der Kolbenstange 30 abgebrochenen Kolben 32 darstellt, wobei keine weiteren Komponenten abgebrochen sind, und Fig. 4b darstellt, wie sowohl der Mantel des Führungselements 20 als auch der Kolben gebrochen sind.
Fig. 5a veranschaulicht eine Ausfallsequenz, in der der Kopfteil 40 abgebrochen ist, womit der Raum für die Dichtung 31 geändert wird und dadurch eine Fluidleckage eingeführt wird. Fig. 5b veranschaulicht eine der Fig. 5a ähnliche Sequenz, mit der Ausnahme, dass sowohl der Kopfteil 40 als auch der Kolben 32 abgebrochen sind.
Es ist ersichtlich, dass sich ebenfalls weitere Ausfallsequenzen ereignen könnten. Obgleich die Ausfallsequenzen in Bezug an die in Fig. 2a gezeigte Kolbenstangen- und Kolben-Anordnung beschrieben wurden, würden ferner ähnliche Ausfallsequenzen auf die in Fig. 2b-2d gezeigten Kolbenstangen- und Kolben-Anordnungen Anwendung finden.
Das Brechen der verschiedenen zerbrechlichen Komponenten der Gasfeder- Vorrichtung der vorliegenden Erfindung erreicht zusätzlich zu der Deformierung der Dichtung 31 und der Öffnung 28 ein gesteuertes Anhalten der Kolbenstange während eines Ausfalls der Gasfeder-Vorrichtung durch schrittweises Dissipieren ihrer kinetischen Energie. Ferner ermöglicht die Deformierung der Dichtung 31, dass Fluid aus dem Zylinder 12 leckt, womit eine visuelle Angabe des Auftretens eines Ausfalls bereitgestellt wird.
Es ist offensichtlich, dass obgleich bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben wurde, die Erfindung nicht auf die beschriebenen und gezeigten spezifischen Formen oder Anordnungen von Teilen begrenzt ist.

Claims

Kolbenzylinder-Vorrichtung (10) mit:

einem Zylinder (12) mit einer röhrenförmigen Wand (14), einer Endwand (16) an einem ersten Ende der röhrenförmigen Wand (14) und einem Führungselement (20) an einem zweiten Ende der röhrenförmigen Wand (14), wobei die röhrenförmige Wand (14), die Endwand (16) und das Führungselement (20) eine Druckkammer (24) dazwischen bilden, wobei ein Kolben (32) mit der Kolbenstange (30) verbunden ist und in der Druckkammer (24) angeordnet ist,

einer Kolbenstange (30), die sich durch das Führungselement (20) und in die Druckkammer (24) erstreckt, wobei die Kolbenstange (30) bezüglich dem Führungselement (20) gleitbar ist;

dadurch gekennzeichnet, dass

zerbrechliche Mittel angeordnet sind, um einen Auswurf der Kolbenstange (30) von dem Führungselement (20) durch Brechen bei einer vorbestimmten Aufprallstärke des Kolben (32) gegen das Führungselement (20) zu verhindern.
2. Kolbenzylinder-Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, bei der das zerbrechliche Mittel einen Mantel (36) umfasst, der sich in die Druckkammer (24) von dem Führungselement (20) erstreckt.
3. Kolbenzylinder-Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 2, bei der das zerbrechliche Mittel ferner einen mit dem Mantel (36) verbundenen Kopfabschnitt (40) umfasst.
4. Kolbenzylinder-Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, bei der das zerbrechliche Mittel einen mit der Kolbenstange (30) verbundenen Kolben (32) umfasst.
5. Gasfeder-Vorrichtung (10) mit:

einem Zylinder (12) mit einer röhrenförmigen Wand (14), einer Endwand (16) an einem ersten Ende der röhrenförmigen Wand (14) und einem Führungselement (20) an einem zweiten Ende der röhrenförmigen Wand (14), wobei die röhrenförmige Wand (14), die Endwand (16) und das Führungselement (20) eine Druckkammer (24) dazwischen bilden;

einer Kolbenstange (30) und einer dem Zylinder (12) zugeordneten Kolbenanordnung, wobei die Anordnung eine Kolbenstange (30), die sich durch das Führungselement (20) und in die Druckkammer (24) erstreckt, wobei die Kolbenstange (30) bezüglich dem Führungselement (20) gleitbar ist, und einen Kolben (32) umfasst, der mit der Kolbenstange (30) verbunden ist und in der Druckkammer (24) angeordnet ist;

gekennzeichnet durch

eine Bruchzone, die an der Anordnung oder dem Führungselement (20) gebildet ist, um kinetische Energie der Kolbenstange (30) zu dissipieren.
6. Gasfeder-Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 5, bei der die Bruchzone an dem Führungselement (20) gebildet ist.
7. Gasfeder-Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 6, bei der das Führungselement (20) einen Mantel (36) aufweist, der sich davon in die Druckkammer (24) erstreckt, wobei der Mantel (36) mit dem Führungselement (20) an einer ersten Bruchzone (38) verbunden ist.
8. Gasfeder-Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 7, ferner mit einem Kopfabschnitt (40) an einem freien Ende des Mantels (36), wobei der Kopfabschnitt (40) mit dem Mantel (36) an einer zweiten Bruchzone (42) verbunden ist.
9. Gasfeder-Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 5, bei der die Bruchzone an der Anordnung gebildet ist.
10. Gasfeder-Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 9, bei der die Kolbenstange (30) ein vergrößertes Ende (44) aufweist, und der Kolben (32) mit dem vergrößerten Ende (44) verbunden ist.
11. Gasfeder-Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 9, bei der der Kolben (32) mit der Kolbenstange (30') durch einen Klemmring (48) verbunden ist.
12. Gasfeder-Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 5, bei der das Führungselement (20) eine zylindrische Öffnung (28) aufweist, durch die sich die Kolbenstange (30) erstreckt, wobei die Öffnung (28) einen Durchmesser aufweist, und die Kolbenstange (30) ein Ende (44) aufweist, das in der Druckkammer (24) angeordnet ist, wobei das Ende (44) einen Durchmesser aufweist, der größer als der Durchmesser der Öffnung (28) ist.
13. Gasfeder-Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 12, ferner mit einer Dichtung (31) zwischen der Kolbenstange (30) und dem Führungselement (20), um Fluid-Leckage durch die zylindrische Öffnung (28) zu verhindern, wobei die Dichtung (31) durch das Führungselement (20) oder die Anordnung zu einem Ausmaß deformierbar ist, das eine Fluid- Leckage durch die zylindrische Öffnung (28) erlaubt.