EP1225345B1 - Fluidischer Betätigungszylinder mit Gasfeder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Arbeitszylinder, mit einem Zylinderrohr, zumindest zwei axial beabstandeten und relativ zum Zylinderrohr ortsfesten Abdichtwänden, einem Arbeitskolben, der mit zumindest einer Abdichtwand zumindest einen Arbeitsraum definiert und mittels eines Druckfluids zwischen zwei Abdichtwänden verschoben werden kann, welches Druckfluid über zumindest je einen Anschluß pro Arbeitsraum zu- und abgeführt werden kann, und einer mit dem Arbeitskolben verbundenen und durch zumindest eine der Abdichtwände dichtend hindurchgeführte Arbeitskolbenstange, wobei das Zylinderrohr über zumindest eine der ortsfesten Abdichtwände hinaus verlängert und im verlängerten Abschnitt ein verschiebbarer Bauteil aufgenommen ist, der durch ein im verlängerten Abschnitt des Zylinderrohres Gasvolumen mit einer Kraft beaufschlagt ist und über eine durch eine Abdichtwand des Arbeitsraumes dichtend hindurchgeführte Kolbenstange auf den Arbeitskolben einwirkt.

Für viele Anwendungsfälle, insbesonders auch für die Betätigung von beweglichen Teilen an Fahrzeugen, beispielsweise von Verdeckteilen, Heckklappen, Türen, Verdeckraumklappen od.dgl., sind typischerweise hydraulische Arbeitszylinder bekannt, welche durch zumindest in einer Bewegungsrichtung zusätzlich oder allein durch Gasfedern beaufschlagt werden. So ist etwa in der AT 406.289 B eine Betätigungsanordnung mit einem hydraulischen Arbeitszylinder beschrieben, der auf einer Seite mittels Gasdruck soweit vorgespannt ist, dass durch Druckbeaufschlagung mit bzw. ermöglichtem Abströmen des hydraulischen Arbeitsmediums auf der anderen Seite ein Einfahren bzw. eine Betätigungsbewegung selbst unter Last erfolgt. Doch nicht nur auf einer Seite mit Hydraulikmedium beaufschlagte Arbeitszylinder sind bekannt, sondern auch doppeltwirkende Arbeitszylinder, bei welchen die Bewegung zumindest in einer Richtung durch eine Gasfeder unterstützt wird. Ein Beispiel dafür ist in der US 5,921,604 A offenbart, die ein hydraulisches Türöffnungssystem zum Gegenstand hat, bei welchem in manchen Ausführungsformen ein Arbeitszylinder zum Einsatz kommt, bei welchem eine Seite des doppeltwirkenden Arbeitszylinders durch eine verschiebbare Abdichtwand gebildet ist, die durch ein Gasvolumen mit einer Kraft beaufschlagt ist, welche den entsprechenden Arbeitsraum zu verkleinern trachtet.

In der JP 60 237207 A ist ein Arbeitszylinder der eingangs angegebenen Art beschrieben, bei welchem in einer Arbeitsrichtung die durch das Druckfluid ausgeübte Kraft auf den Arbeitskolben durch eine Kraft unterstützt wird, welche durch ein externes Gasvolumen hervorgerufen wird. Damit ist aber der autarke Einsatz und auch die Kompaktheit nicht gegeben, die für viele Einsatzgebiete erwünscht ist. Überdies ist auch bei dieser Konstruktion dem Umstand nicht Rechnung getragen, daß Gasfedern über ihre Lebensdauer eine gewisse Undichtheit aufweisen, so dass Gas in den Zylinderraum einströmt und hier in unerwünschter Weise einen dem Fülldruck des Arbeitsraumes entgegenwirkenden Druck aufbaut. Auch bewirkt das in den Zylinderraum eingeströmte Gas eine unerwünschte Weichheit des Systems, das keine exakte Betätigung, insbesonders keine exakte Stopp- und Nothaltefunktion mehr möglich macht. Das Gas würde auch eine bestimmte Menge an Arbeitsmedium aus dem Zylinder herausdrücken, welche Menge in den Tank aufgenommen werden müßte, was eine Tankentlüftung unabdingbar macht, ebenso wie eine größere Dimensionierung des Tanks.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher ein einfach aufgebauter und autark einsetzbarer Arbeitszylinder, der wie eingangs angegeben mit gegenüber der Zylinderinnenwandung vollständig dichten, ortsfesten Abdichtwänden für die Arbeitsräume versehen ist und dennoch die Unterstützung der durch das Arbeitsmedium bewirkten Ein- und/oder Ausfahrbewegung des Arbeitszylinders durch eine Gasfeder ohne die oben angeführten Nachteile ermöglich.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Arbeitszylinder erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Gasvolumen komplett innerhalb des Zylinderrohres eingeschlossen ist, und daß zumindest eine Entlüftungsöffnung den zwischen dem Gasvolumen und der Abdichtwand des Arbeitsraumes liegenden Raum mit der Umgebung verbindet. Damit ist in einfacher Weise eine Gasfeder gleich in den Arbeitszylinder integriert, so dass externe Gasbehälter und Verbindungen vom Arbeitszylinder dorthin vermieden werden können. Weiters ist dieser damit sehr einfach aufgebaute und kompakte Arbeitszylinder in einer Weise mit der Gasfeder gekoppelt, bei welcher die Arbeitsräume des Arbeitszylinders vom Gasvolumen der Gasfeder durch einen in die Umgebung entlüfteten Raum getrennt sind, aus welchem das aufgrund der Undichtheit der Gasfeder austretende Gas in die Umgebung abströmen kann und nicht in das System des Arbeitsfluids des Arbeitszylinders gelangen kann.

Eine einfache und sehr kompakte Konstruktion des Arbeitszylinders bei Erhaltung aller oben genannten Vorteile kann mit einer Ausführungsform der Erfindung erzielt werden, bei welcher das verlängerte Zylinderrohr durch eine weitere ortsfeste Abdichtwand dicht abgeschlossen ist, daß zwischen dieser weiteren Abdichtwand und der Abdichtwand des Arbeitsraumes der Arbeitszylinders ein Gasfederkolben verschiebbar geführt und durch ein zwischen der weiteren Abdichtwand und dem Gasfederkolben eingeschlossenes Gasvolumen mit einer Kraft beaufschlagt ist. Damit ist eine Konstruktion mit lediglich drei Abdichtwänden gegeben, wobei der in die Umgebung entlüftete Raum jener zwischen dem verschiebbaren Gasfederkolben und der Abdichtwand des nächstliegenden Arbeitsraumes ist. Selbstverständlich ist in diesem Fall die Entlüftungsöffnung an einer Stelle angeordnet, welche vom Gasfederkolben in keiner seiner möglichen Stellungen überfahren wird.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das verlängerte Zylinderrohr durch eine weitere ortsfeste Abdichtwand dicht abgeschlossen ist, daß es über diese weitere ortsfeste Abdichtwand noch weiter hinaus verlängert und durch einen Boden oder Anschlag für den Gasfederkolben abgeschlossen ist, wobei die zumindest eine Entlüftungsöffnung den von der Abdichtwand des Arbeitsraumes und der weiteren ortsfesten Abdichtwand definierten Raum mit der Umgebung verbindet. Damit ist eine voll funktionsfähige Gasfeder in den erfindungsgemäßen Zylinder in einer Weise integriert, daß durch deren Undichtheit jegliche negative Beeinflussung des hydraulischen Systems verhindert wird. Diese Konstruktion bietet aber auch die Möglichkeit, die Gasfeder auch auf der Stangenseite des Arbeitszylinders anzuordnen.

Einen sehr geringen Herstellungsaufwand und gute Eigenschaften bezüglich der Abdichtung des Gasvolumens bietet eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei weicher der zwischen der weiteren ortsfesten Abdichtwand und dem Boden verschiebbare Bauteil allein eine Gasfederkolbenstange mit im wesentlichen über die gesamte, zwischen Abdichtwand und Boden verschiebbare Länge gleichem Querschnitt ist.

Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal ist eine baulich sehr einfache Ausführungsform möglich, bei welcher die Gasfederkolbenstange fix mit der Arbeitskolbenstange verbunden ist, vorzugsweise einstückig damit ausgeführt ist.

Daneben sind auch erfindungsgemäße Konstruktionen möglich, bei welchen der Arbeitszylinder und die Gasfeder getrennte Kolbenstangen haben, d.h. die Gasfederkolbenstange und die Arbeitskolbenstange getrennte Bauteile sind. Durch die Wirkung des Gasvolumens wird die durch eine Abdichtwand hindurchgeführte Gasfederkolbenstange in bestimmten Relativstellungen von Arbeitskolben und Gasfederkolben am Arbeitskolben anliegen und diesen mit einer Kraft in einer seiner Bewegungsrichtung beaufschlagen.

Vorteilhafterweise ist gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal der Arbeitszylinder doppeltwirkend ausgeführt und sind Anschlüsse für das Druckfluid auf beiden Seiten des Arbeitskolbens vorgesehen, wodurch der Arbeitszylinder für eine größere Zahl von Anwendungsmöglichkeiten geeignet ist und seine Aus- und/oder Einfahrbewegung durch zumindest eine Gasfeder unterstützt werden kann.

Besonders einfach ist der Aufbau des Arbeitszylinders bei einer Ausführungsform, bei welcher die zumindest eine Entlüftungsöffnung im Zylinderrohr ausgearbeitet ist.

Vorteilhafterweise ist die weitere Abdichtwand auf der der Arbeitskolbenstange gegenüberliegenden Seite des Arbeitskolbens vorgesehen und bildet vorzugsweise gleichzeitig den Boden des Arbeitszylinders.

In der nachfolgenden Beschreibung soll die Erfindung anhand von vier speziellen, in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in nicht einschränkender Weise näher erläutert werden.

Dabei zeigt die Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Arbeitszylinder mit bodenseitig integrierter Gasfeder mit Gasfederkolben im Längsschnitt, Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen Arbeitszylinder mit stangenseitiger Gasfeder und einstückiger Kolbenstange, Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch einen Arbeitszylinder mit stangenseitiger Gasfeder, jedoch getrennten Kolbenstangen, und die Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch einen Arbeitszylinder mit wiederum bodenseitiger Gasfeder und einstückiger Kolbenstange, jedoch ohne Gasfederkolben.

Der vorzugsweise hydraulische Arbeitszylinder der Fig. 1 besteht aus einem Zylinderrohr 1, einem Boden 2 und einem Deckel 3. Der Boden 2 dient zur Anlenkung des Arbeitszylinders an einem ersten Anlenkpunkt und weist dazu beispielsweise eine Bohrung 4 auf. Der Deckel 3 wiederum bildet einen Anschlag für den im Zylinderrohr 1 verschiebbar gelagerten Arbeitskolben 5, mit welchem eine Arbeitskolbenstange 6 verbunden und durch den Deckel 3 abgedichtet hinausgeführt ist, welche Arbeitskolbenstange 6 mit ihrem Stangenkopf 7 zur Verbindung des Arbeitszylinders mit einem zweiten Anlenkpunkt vorgesehen ist, beispielsweise ebenfalls über eine Bohrung 4. Zwischen dem Boden 2 und dem Arbeitskolben 5 ist in das Zylinderrohr 1 eine Abdichtwand 8 dichtend eingesetzt, welche den eigentlichen Arbeitszylinder begrenzt. Der Arbeitskolben 5 ist somit zwischen der Abdichtwand 8 und dem Deckel 3 durch die Wirkung eines Hydraulikmediums verschiebbar, welches den zwischen der Abdichtwand 8, dem Arbeitskolben 5 und dem Deckel 3 definierten Arbeitsräumen 9 über Anschlüsse 10 zugeführt bzw. aus diesen abgeleitet wird.

Zwischen der im wesentlichen in der Längsmitte des Zylinderrohres 1 ortsfest eingesetzten Abdichtwand 8 und dem ebenfalls ortsfesten Boden 2 des Arbeitszylinders ist ein Gasfederkolben 11 verschiebbar eingesetzt, welcher durch ein zwischen diesem Gasfederkolben 11 und dem Boden 2 eingeschlossenes Gasvolumen im Raum 12 beaufschlagt wird und derart eine Kraft in Richtung des Ausfahrens der Arbeitskolbenstange 6 ausübt. Diese Kraft wird mittels der mit dem Gasfederkolben 11 verbundenen Gasfederkolbenstange 13 auf den Arbeitskolben 5 bzw. die Arbeitskolbenstange 6 übertragen. Zu diesem Zweck ist die Gasfederkolbenstange 13 dichtend durch die Abdichtwand 8 hindurch in den zwischen Abdichtwand 8 und Arbeitskolben 5 definierten Arbeitsraum 9 des Arbeitszylinders hineingeführt und drückt - zumindest in bestimmten Relativstellungen von Arbeitskolben 5 und Gasfederkolben 11 - gegen den Arbeitskolben 5 bzw. die Arbeitskolbenstange 6. Um nun das Entweichen von Gas aus dem Raum 12 zwischen Boden 2 und Gasfederkolben 11, welches Gas aufgrund der inherenten Undichtigkeit jeder Gasfeder am Gasfederkolben 11 vorbei gelangt, in die Umgebung zu ermöglichen und nicht in das hydraulische System des Arbeitszylinders gelangen zu lassen, ist im Zylinderrohr 1 zumindest eine Entlüftungsöffnung 14 ausgearbeitet, die den Raum 15 zwischen dem Gasfederkolben 11 und der mittleren, ortsfesten Abdichtwand 8 mit der Umgebung des Arbeitszylinders verbindet. Die Länge des Zylinderrohres 1 zwischen Boden 2 und Abdichtwand 8 sowie die Lage jeder Entlüftungsöffnung 14 ist selbstverständlich derart gewählt, dass der Gasfederkolben 11 in keiner Stellung diese Entlüftungsöffnungen 14 überfahren kann.

Eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Arbeitszylinders zeigt die Fig. 2. Hier ist nun, im Gegensatz zur bodenseitigen Gasfeder der Fig. 1, die Gasfederanordnung mit den nachfolgend erläuterten Abänderungen auf der Stangenseite des Arbeitszylinders vorgesehen.

Die Arbeitsräume 9 des Arbeitszylinders sind zwischen dem Boden 2 und einer ortsfesten, im mittleren Längsbereich des Zylinderrohres 1 angeordneten Abdichtwand 8 definiert, zwischen welchen Begrenzungen der Arbeitskolben 5 verschiebbar geführt ist. Die Arbeitskolbenstange 6 ist dichtend durch die Abdichtwand 8 hindurchgeführt und auch durch den Deckel 3 des Arbeitszylinders hindurch, welcher Deckel 3 aber nun lediglich einen ortsfesten Anschlag für den Gasfederkolben 11 darstellt. Dieser Gasfederkolben 11 sitzt ortsfest auf der Arbeitskolbenstange 6, welche in diesem Fall gleichzeitig auch die Gasfederkolbenstange darstellt und beaufschlagt diese Arbeitskolbenstange 6 mit einer Kraft, welche vom Gasvolumen bewirkt wird, das in einem Raum 12 zwischen dem Gasfederkolben 11 und einer weiteren, ortsfesten Abdichtwand 16 eingeschlossen ist. Die Arbeits- und gleichzeitig Gasfederkolbenstange 6 ist dichtend auch durch die weitere Abdichtwand 16 hindurchgeführt, wobei diese Abdichtwand 16 von der ersten ortsfesten Abdichtwand 8 etwas beabstandet ist. Zwischen diesen Abdichtwänden 8 und 16 ist der in die Umgebung über zumindest eine Öffnung 14 entlüftete Raum 15 definiert, in welchen aus der Gasfederanordnung austretendes Gas unmittelbar gelangt. Damit kein Gegendruck zur Wirkung der Gasfederanordnung aufgebaut wird, wenn Gas aus dem Raum 12 der Gasfederanordnung am Gasfederkolben 11 vorbei stangenseitig austritt, ist auch der Raum 17 zwischen dem Gasfederkolben 11 und dem Deckel 3 des Arbeitszylinders mittels zumindest einer Entlüftungsöffnung 18 mit der Umgebung verbunden.

Die Fig. 3 zeigt einen der Fig. 2 sehr ähnlich aufgebauten Arbeitszylinder mit integrierter Gasfeder, wobei aber nun keine einstückige Kolbenstange für Arbeitszylinder und Gasfeder vorhanden ist, sondern diese beiden Teile separate Teile sind. Der wiederum stangenseitig angeordnete Gasfederkolben 11 ist mit einer Gasfederkolbenstange 13 verbunden, welche durch den Deckel 3, wiederum auch als Anschlag für den Gasfederkolben 11 wirkend, hindurchgeführt und mit dem Stangenkopf 7 zur Anlenkung an einem Anlenkpunkt versehen ist.

Die eigentliche steuerbare Betätigungskraft auf den Stangenkopf 7 wird aber durch den Arbeitskolben 5 erzeugt, welcher zwischen dem Boden 2 und der ersten ortsfesten mittleren Abdichtwand 8 durch ein Hydraulikmedium verschiebbar ist. Die Bewegung des Arbeitskolbens 5 wird über die mit diesem Kolben 5 verbundene Arbeitskolbenstange 6 auf den Gasfederkolben 11 bzw. die Gasfederkolbenstange 13 übertragen, wobei die Arbeitskolbenstange dichtend durch die mittlere ortsfeste Abdichtwand 8 und auch die weitere ortsfeste Abdichtwand 16 hindurchgeführt ist. In bestimmten Relativstellungen von Arbeitskolben 5 und Gasfederkolben 11 addieren sich dann die Wirkungen der Gasfüllung im Raum 12 und die des Hydraulikmediums im bodenseitigen Arbeitsraum 9. Wenngleich sie auch nicht dargestellt sind, können selbstverständlich auch in dieser Ausführungsform sowohl Entlüftungsöffnungen 14 für den Raum 15 zwischen den beiden mittleren ortsfesten Abdichtwänden 8 und 16 als auch für den Raum 17 zwischen Gasfederkolben 11 und Deckel 3 vorhanden sein.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ähnelt wiederum der Fig. 1 und weist ebenfalls eine bodenseitig angeordnete Gasfeder auf. Allerdings ist kein Gasfederkolben 11 vorhanden, sondern die Arbeitskolbenstange 6 über den Arbeitskolben 5 hinaus in Richtung des Bodens 2 soweit verlängert, dass sie dichtend durch die ortsfeste Abdichtwand 8 und eine weitere ortsfeste Abdichtwand 16 hindurch geführt werden kann und in den zwischen Boden 2 und weiterer Abdichtwand 16 definierten Raum 12 hineinragt. Dieser Raum 12 beinhaltet das Gasvolumen, welches die Stirnfläche der Kolbenstange 6 mit der die hydraulische Bewegung der Kolbenstange 6 unterstützenden Gasfederkraft beaufschlagt. Der zwischen den beiden Abdichtwänden 8 und 16 definierte Raum ist über zumindest eine Entlüftungsöffnung 14 mit der Umgebung verbunden, so dass durch die Abdichtwand 16 austretendes Gas in die Umgebung abströmen kann und nicht in das hydraulische System des Arbeitszylinders gelangen kann.

Claims (9)

1. Arbeitszylinder, mit einem Zylinderrohr (1 ), zumindest zwei axial beabstandeten und relativ zum Zylinderrohr ortsfesten Abdichtwänden (8 und 2 bzw. 3), einem Arbeitskolben (5), der mit zumindest einer Abdichtwand zumindest einen Arbeitsraum (9) definiert und mittels eines Druckfluids zwischen zwei Abdichtwänden verschoben werden kann, welches Druckfluid über zumindest je einen Anschluß (10) pro Arbeitsraum zu- und abgeführt werden kann, und einer mit dem Arbeitskolben (5) verbundenen und durch zumindest eine der Abdichtwände dichtend hindurchgeführte Arbeitskolbenstange (6), wobei das Zylinderrohr (1) über zumindest eine der ortsfesten Abdichtwände (8) hinaus verlängert und im verlängerten Abschnitt ein verschiebbarer Bauteil (6, 11) aufgenommen ist, der durch ein im verlängerten Abschnitt des Zylinderrohres Gasvolumen (12) mit einer Kraft beaufschlagt ist und über eine durch eine Abdichtwand (8) des Arbeitsraumes (9) dichtend hindurchgeführte Kolbenstange (6, 13) auf den Arbeitskolben (5) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasvolumen (12) komplett innerhalb des Zylinderrohres (1) eingeschlossen ist, und daß zumindest eine Entlüftungsöffnung (14) den zwischen dem Gasvolumen (12) und der Abdichtwand (8) des Arbeitsraumes (9) liegenden Raum (15) mit der Umgebung verbindet.
2. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verlängerte Zylinderrohr (1) durch eine weitere ortsfeste Abdichtwand (2) dicht abgeschlossen ist, daß zwischen dieser weiteren Abdichtwand (2) und der Abdichtwand (8) des Arbeitsraumes (9) des Arbeitszylinders ein Gasfederkolben (11) verschiebbar geführt und durch ein zwischen der weiteren Abdichtwand (2) und dem Gasfederkolben (11) eingeschlossenes Gasvolumen (12) mit einer Kraft beaufschlagt ist (Fig. 1).
3. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verlängerte Zylinderrohr (1) durch eine weitere ortsfeste Abdichtwand (16) dicht abgeschlossen ist, daß es über diese weitere ortsfeste Abdichtwand (16) noch weiter hinaus verlängert und durch einen Boden (2) oder Anschlag (3) für den verschiebbaren Bauteil (6, 11) abgeschlossen ist, wobei die zumindest eine Entlüftungsöffnung (14) den von der Abdichtwand (8) des Arbeitsraumes (9) und der weiteren ortsfesten Abdichtwand (15) definierten Raum (15) mit der Umgebung verbindet (Fig. 2, 3, 4).
4. Arbeitszylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der weiteren ortsfesten Abdichtwand (16) und dem Boden (2) verschiebbare Bauteil allein eine Kolbenstange (6) mit im wesentlichen über die gesamte, zwischen Abdichtwand (16) und Boden (2) verschiebbare Länge gleichem Querschnitt ist (Fig. 4).
5. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasfederkolbenstange fix mit der Arbeitskolbenstange (6) verbunden ist, vorzugsweise einstückig damit ausgeführt ist (Fig. 2, 4).
6. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasfederkolbenstange (13) und die Arbeitskolbenstange (6) getrennte Bauteile sind (Fig. 1, 3).
7. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitszylinder doppeltwirkend ausgeführt ist und Anschlüsse (10) für das Druckfluid auf beiden Seiten des Arbeitskolbens (5) vorgesehen sind.
8. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Entlüftungsöffnung (14) im Zylinderrohr (1) ausgearbeitet ist.
9. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Abdichtwand auf der der Arbeitskolbenstange (6) gegenüberliegenden Seite des Arbeitskolbens (5) vorgesehen ist und vorzugsweise gleichzeitig den Boden (2) des Arbeitszylinders bildet (Fig. 1, 4).

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