EP4605664A1 - Gasfedersystem mit wenigstens einer gasfeder - Google Patents

Gasfedersystem mit wenigstens einer gasfeder

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Publication number
EP4605664A1
EP4605664A1 EP24714783.8A EP24714783A EP4605664A1 EP 4605664 A1 EP4605664 A1 EP 4605664A1 EP 24714783 A EP24714783 A EP 24714783A EP 4605664 A1 EP4605664 A1 EP 4605664A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
gas spring
cylinder
spring system
package
Prior art date
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Pending
Application number
EP24714783.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Hewel
Michael Schneider
Rolf Stumm
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Stabilus GmbH
Original Assignee
Stabilus GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Stabilus GmbH filed Critical Stabilus GmbH
Publication of EP4605664A1 publication Critical patent/EP4605664A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/02—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using gas only or vacuum
    • F16F9/0209—Telescopic
    • F16F9/0245—Means for adjusting the length of, or for locking, the spring or dampers
    • F16F9/0254—Means for adjusting the length of, or for locking, the spring or dampers mechanically lockable, e.g. by use of friction collar
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/02—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using gas only or vacuum
    • F16F9/0209—Telescopic
    • F16F9/0218—Mono-tubular units
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/32—Details
    • F16F9/34—Special valve constructions; Shape or construction of throttling passages
    • F16F9/3415—Special valve constructions; Shape or construction of throttling passages characterised by comprising plastics, elastomeric or porous elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/32—Details
    • F16F9/34—Special valve constructions; Shape or construction of throttling passages
    • F16F9/346—Throttling passages in the form of slots arranged in cylinder walls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/32—Details
    • F16F9/36—Special sealings, including sealings or guides for piston-rods
    • F16F9/368—Sealings in pistons

Definitions

  • Gas spring systems with a gas spring are well known. Gas springs are used in particular for force support, but also for damping and locking. In addition to lifting, they can also be used to specifically dampen a movement at a defined speed. Gas spring systems are used, for example, in flap systems with two end positions, such as vehicle tailgates, which should be easily adjusted from the closed to an open position. Depending on the application, the limitation of a flap opening angle or the provision of different flap opening angles is desired.
  • the gas springs known for these applications generally have a direction-dependent piston valve with a piston seal, which is closed by a spring force when the gas spring extends automatically and opens in a holding area based on a force acting in the opening direction.
  • This piston seal with the spring-loaded valve known for example from DE 33 01 544 A1, has proven to be disadvantageous, particularly with regard to frictional resistance and temperature dependence.
  • the use of a piston valve can also be disadvantageous with regard to noise emissions.
  • a gas spring with a springless piston package is known, for example, from DE 25 13302 A1.
  • high friction of the sealing elements has proven to be disadvantageous. It is therefore an object of the invention to propose an improved gas spring system with at least one simply constructed gas spring.
  • the object is achieved according to the invention by a gas spring system according to claim 1.
  • the gas spring system according to the invention comprises at least one gas spring with a cylinder closed at a first end, a piston arrangement arranged to be displaceable in the cylinder, which divides the cylinder into a first working space close to the first end and a second working space remote from the first end, and a piston rod arranged on one side of the piston arrangement, which extends through the second working space and is led out of the cylinder concentrically to the longitudinal axis of the cylinder at a second end opposite the first end, sealed by a seal and a piston rod guide.
  • the cylinder has at least one overflow channel that can be connected to the working spaces for the automatic extension movement of the gas spring, wherein at least one holding region of the cylinder interrupting the overflow channel is provided to limit the stroke of the piston arrangement, in which the automatic extension movement is blocked.
  • the piston arrangement is designed as a direction-dependent closed piston package. Furthermore, the piston package is designed without springs and has at least one annular sealing element, which is provided for sealing between the holding area of the cylinder and the piston arrangement during an extension movement of the gas spring.
  • the sealing element is arranged and displaceable in a radially outer annular space of the piston package in such a way that the sealing element can be pressed against the cylinder with a first contact force during an extension movement of the gas spring and against the cylinder with a second, lower contact force during an insertion movement of the gas spring.
  • a reduced contact force of the sealing element during an insertion movement also leads to a reduction in friction.
  • the system according to the invention thus allows an overall improved adjustment comfort, particularly in the medium and lower temperature range, due to a smaller spread of an adjustment force.
  • the piston package has a further sealing element which is provided for static sealing between the piston arrangement and the piston rod.
  • the stop disk is preferably substantially cylindrical and has a radial collar which rests against the shoulder of the piston rod and has at least one radially outer recess, wherein the piston rests with the projection on a side of the collar facing away from the piston rod.
  • the projection tapers on its outside in such a way that the sealing element is displaced towards the piston during an extension movement and a sealing connection with the holding area of the cylinder that interrupts the overflow channel is ensured. During an insertion movement, the sealing element is displaced towards the collar of the stop disk so that overflow is possible.
  • the tapering of the projection advantageously reduces the contact force of the sealing element on the cylinder and thus the frictional force.
  • the collar has a nub structure on the side facing away from the piston rod. These nubs are easy to flow over and ensure that the sealing element is pre-positioned in the direction of the piston. Flow through the recess of the stop disk can be ensured in a simple manner.
  • the at least one overflow channel is designed as an axial groove, the groove profile being provided for adjusting an extension speed that can be controlled depending on the stroke.
  • a flat start of the automatic extension movement of the gas spring can be realized.
  • At least two overflow channels are provided and designed as an axial groove, wherein the holding area of the cylinder interrupting the overflow channels is provided for adjusting the stroke limit. This allows several opening angles to be realized when used for a flap system.
  • this comprises a further gas spring.
  • the two gas springs can have an identical or differently constructed piston package or differ in the design of the overflow channels.
  • the gas spring system according to the invention can preferably be used for a flap system, in particular a tailgate system. It can also be used for a front hood system.
  • Examples include:
  • Fig. 1 shows a gas spring of a gas spring system according to the invention in longitudinal section
  • Fig. 2 shows an extension force characteristic of the gas spring according to Fig. 1.
  • Figure 1 shows a section of a gas spring 1 of a gas spring system according to the invention in longitudinal section.
  • the gas spring system can preferably be used for a flap system (not shown), in particular a tailgate system. It can also be used for a front hood system.
  • the gas spring 1 which is shown in a not completely retracted state, comprises a cylinder 2 closed at a first end (not shown) and a piston arrangement 3 slidably arranged in the cylinder 2, which divides the cylinder 2 filled with compressed gas into a first working chamber 5 close to the first end and a second working chamber 6 far from the first end.
  • the cylinder 2 has at least one overflow channel 9 which can be connected to the working chambers 5, 6 for the automatic extension movement of the gas spring. If the piston arrangement 3 is located in this area of the cylinder 2, the overflow causes a dynamic damping of the extension movement. If the piston arrangement 3 reaches a holding area 10 of the cylinder 2 that interrupts the overflow channel 9 during the movement, the automatic extension movement of the piston arrangement 3 is blocked. In other words, the Holding area 10 of the cylinder 2, which is indicated by two dashed lines, is provided for limiting the stroke of the piston arrangement 3.
  • a second area with automatic extension movement adjoins the holding area 10 in the further course of the extension movement.
  • the piston arrangement 3 is designed as a direction-dependently closed, springless piston package.
  • a direction-dependently closed piston package means that no additional force, such as a spring force, is required to close the piston package during an extension movement.
  • the structure of the piston package can be significantly simplified, which optimizes the gas spring system's costs and reduces the design effort due to the significantly simplified structure.
  • the gas spring system is also less temperature-independent due to the elimination of the valve spring, so that an overall improved adjustment comfort can be achieved due to a smaller spread of an adjustment force, particularly in the medium and lower temperature range.
  • the piston package has an annular sealing element 12 and a further sealing element 11, which are provided for sealing between the cylinder 2 and the piston package and between the piston package and the piston rod 7 during an extension movement in the holding area 10 of the cylinder 2 that interrupts the overflow channels 9, 21.
  • the piston package comprises a piston 13 and a stop disk 14, wherein the stop disk 14 rests against a shoulder 15 of the piston rod 7, a piston rod extension 16 extends through the piston package and additionally fastens the piston package to the piston rod 7, for example by riveting. Together with the piston arrangement 3, the piston rod 7 forms a piston-piston rod unit.
  • the piston 13 can advantageously be made of plastic.
  • the stop disk 14 is, as can be seen from Figure 1, essentially cylindrical and has a radial collar 17 which rests on the shoulder 15 of the piston rod 7 and has at least one radially outer recess 18.
  • the piston 13 rests with a projection 19 extending in the axial direction - relative to the longitudinal axis L of the gas spring 1 or the cylinder 2 - on a side of the collar 17 facing away from the piston rod 7.
  • the piston 13 has a radially inner, annular recess 20 for
  • the sealing element 12 is arranged and displaceable in the radially outer annular space 23 in such a way that it can be pressed against the cylinder 2 with a first contact force during an extension movement of the gas spring 1 and against the cylinder 2 with a second, lower contact force during an insertion movement of the gas spring 1.
  • the first contact force is significantly higher, for example at least twice as large as the second contact force.
  • the sealing element 12 is displaced in the direction of the collar 17 of the stop disk 14, so that an overflow via the sealing element 12 from the working chamber 5 in the direction of the working chamber 6 is possible. Since the sealing element 12 no longer seals against the radial and axial piston surfaces 24, 25, the gas can in this case flow through between the piston 3 and the sealing element 12 and reaches the working chamber 6 via the recess 18.
  • a nub structure with nubs 22 on the side of the collar 17 facing away from the piston rod 7 is, on the one hand, easy to flow over and ensures pre-positioning of the sealing element 12 in the direction of the piston 13.
  • the nubs 22 prevent a two-way displacement of the sealing element 12 in the direction of the stop disk 14. Sealing of the recess 18 can be reliably prevented.
  • the overflow channels 9, 21 are designed as axial grooves in the embodiment shown, with the groove profile being provided for adjusting an extension speed that can be controlled depending on the stroke. For example, a flat start of the automatic extension movement of the gas spring 1 can be implemented. Other groove profiles not shown are also conceivable within the scope of the invention.
  • the gas spring 1 or its piston-piston rod unit can be moved into the area of the second overflow channel 21 by means of an adjustable release force, as a rule manually, so that the piston rod 7 extends again automatically until a left end position shown in the drawing with the point 2 is reached, in which a second opening angle of the tailgate is reached.
  • the gas spring 1 and thus the gas spring system exhibits significantly improved temperature behavior.
  • the piston-piston rod unit In order to overcome the release force or overpressure force, the piston-piston rod unit must be moved against a pressure cushion that builds up in the second working chamber 6 until the sealing element 12 reaches the area of the second overflow channel 21 and the pressure cushion can be reduced above it.
  • the second working chamber 6 in front of the piston package becomes smaller and the pressure continues to rise.
  • the increase corresponds to the ratio of the volume when the holding area 10 is reached to the volume when the end of this area is reached. If the starting pressure increases due to an increase in temperature, the absolute pressure increase be greater at the end than at low starting pressure. This effect counteracts the decreasing overpressure force at higher temperatures by increasing the extension force and can neutralize this undesirable effect.
  • a gas spring system according to the invention can comprise the described gas spring 1 and a further gas spring.
  • the further gas spring can be constructed identically to the gas spring 1.
  • the further gas spring can be designed differently to the gas spring 1 and, for example, have a non-static seal and/or a reduced groove cross-section and/or only a path-dependent damping.
  • the additional gas spring can have a piston package with a piston ring, which has improved sliding properties.
  • a PTFE ring for example, can be used here. In this case, the holding function would be ensured exclusively by the gas spring 1 described above.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gasfedersystem mit wenigstens einer Gasfeder (1) mit einer in dem Zylinder verschiebbar angeordnete Kolbenanordnung (3). Die Kolbenanordnung (3) ist als richtungsabhängig verschlossenes Kolbenpaket ausgebildet, wobei das Kolbenpaket federlos ausgebildet ist und wenigstens ein ringförmiges Dichtelement (12) aufweist, welches während einer Ausschubbewegung der Gasfeder (1) zur Abdichtung zwischen dem Haltebereich (10) des Zylinders (2) und der Kolbenanordnung (3) vorgesehen ist, und wobei das Dichtelement (12) derart in einem radial außenliegenden Ringraum (23) des Kolbenpaketes angeordnet und verlagerbar ist, dass das Dichtelement (12) bei einer Ausschubbewegung der Gasfeder (1) an den Zylinder (2) mit einer ersten Anpresskraft und bei einer Einschubbewegung der Gasfeder (1) an den Zylinder (2) mit einer zweiten, geringeren Anpresskraft anpressbar ist.

Description

Gasfedersystem mit wenigstens einer Gasfeder
Die Erfindung betrifft ein Gasfedersystem mit wenigstens einer Gasfeder mit einem an einem ersten Ende verschlossenen Zylinder, eine in dem Zylinder verschiebbar angeordnete Kolbenanordnung, welche den Zylinder in einen dem ersten Ende nahen ersten Arbeitsraum und einen dem ersten Ende fernen zweiten Arbeitsraum unterteilt und einer einseitig an der Kolbenanordnung angeordneten Kolbenstange, die den zweiten Arbeitsraum durchragt und konzentrisch zur Längsachse des Zylinders an einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende durch eine Dichtung und eine Kolbenstangenführung abgedichtet aus dem Zylinder herausgeführt ist.
Gasfedersysteme mit einer Gasfeder sind allgemein bekannt. Gasfedern werden insbesondere zur Kraftunterstützung, aber auch zur Dämpfung und zum Arretieren eingesetzt. Zusätzlich zum Heben können sie auch zum gezielten Dämpfen einer Bewegung mit definierter Geschwindigkeit eingesetzt werden. Zum Einsatz kommen Gasfedersysteme beispielsweise bei Klappensystemen mit zwei Endlagen, wie etwa bei Fahrzeugheckklappen, die komfortabel aus der geschlossenen in eine geöffnete Position verstellt werden sollen. Je nach Anwendung ist die Begrenzung eines Klappen-Öffnungswinkels oder die Bereitstellung von unterschiedlichen Klappenöffnungswinkel gewünscht.
Die für diese Anwendungen bekannten Gasfedern weisen in der Regel ein richtungsabhängig wirkendes Kolbenventil mit einer Kolbendichtung auf, welches bei einer selbsttätigen Ausfahrbewegung der Gasfeder durch eine Federkraft geschlossen ist und in einem Haltebereich aufgrund einer in Öffnungsrichtung wirkende Kraft druckabhängig öffnet. Diese beispielsweise aus der DE 33 01 544 A1 bekannte Kolbendichtung mit dem federbeaufschlagten Ventil hat sich insbesondere in Bezug auf Reibungswiderstände und Temperaturabhängigkeit als nachteilig erwiesen. Ebenso kann die Verwendung eines Kolbenventils bezüglich der Geräuschemission nachteilig sein.
Eine Gasfeder mit einem federlosem Kolbenpaket ist beispielsweise aus der DE 25 13302 A1 bekannt. Hierbei hat sich eine hohe Reibung der Dichtelemente als nachteilig erwiesen. Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes dahingehend verbessertes Gasfedersystem mit wenigstens einer einfach aufgebauten Gasfeder vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Gasfedersystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Gasfedersystem umfasst wenigstens eine Gasfeder mit einem an einem ersten Ende verschlossenen Zylinder, eine in dem Zylinder verschiebbar angeordnete Kolbenanordnung, welche den Zylinder in einen dem ersten Ende nahen ersten Arbeitsraum und einen dem ersten Ende fernen zweiten Arbeitsraum unterteilt und einer einseitig an der Kolbenanordnung angeordneten Kolbenstange, die den zweiten Arbeitsraum durchragt und konzentrisch zur Längsachse des Zylinders an einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende durch eine Dichtung und eine Kolbenstangenführung abgedichtet aus dem Zylinder herausgeführt ist. Der Zylinder weist wenigstens einen die Arbeitsräume verbindbaren Überströmkanal zur selbsttätigen Ausschubbewegung der Gasfeder auf, wobei wenigstens ein, den Überströmkanal unterbrechender Haltebereich des Zylinders zur Hubbegrenzung der Kolbenanordnung vorgesehen ist, in welchem die selbsttätige Ausschubbewegung blockiert ist. Die Kolbenanordnung ist als richtungsabhängig verschlossenes Kolbenpaket ausgebildet. Weiter ist das Kolbenpaket federlos ausgebildet und weist wenigstens ein ringförmiges Dichtelement auf, welches während einer Ausschubbewegung der Gasfeder zur Abdichtung zwischen dem Haltebereich des Zylinders und der Kolbenanordnung vorgesehen ist. Das Dichtelement ist derart in einem radial außenliegenden Ringraum des Kolbenpaketes angeordnet und verlagerbar, dass das Dichtelement bei einer Ausschubbewegung der Gasfeder an den Zylinder mit einer ersten Anpresskraft und bei einer Einschubbewegung der Gasfeder an den Zylinder mit einer zweiten, geringeren Anpresskraft anpressbar ist.
Richtungsabhängig verschlossenes Kolbenpaket bedeutet in diesem Zusammenhang, dass keine zusätzliche Kraft wie zum Beispiel eine Federkraft notwendig ist, um das Kolbenpaket bei einer Ausschubbewegung zu verschließen. Durch den Entfall einer Ventilfeder kann der Aufbau des Kolbenpaketes wesentlich vereinfacht werden, wodurch das Gasfedersystem kostenoptimiert und ein Auslegungsaufwand aufgrund des wesentlich vereinfachten Aufbaus geringer ist.
Ebenso ist das Gasfedersystem durch den Entfall der Ventilfeder temperaturunabhängiger. Bei bekannten Gasfedern mit Ventilfedern nimmt die Haltekraft mit steigender Temperatur ab. Um dies zu kompensieren, ist es daher notwendig, eine stärkere Ventilfeder einzusetzen, was wiederum zu erhöhten Verstellkräften bei mittleren und insbesondere bei niedrigeren Temperaturen führt. Bei der Gasfeder mit dem erfindungsgemäßen Kolbenpaket steigt zwar bei steigender Temperatur die Ausschubkraft, jedoch steigt gleichzeitig die Haltekraft des Kolbenpaketes, so dass eine diesbezügliche Kompensation nicht erforderlich ist.
Eine verminderte Anpresskraft des Dichtelementes bei einer Einschubbewegung führt ferner eine Verringerung der Reibung.
Das erfindungsgemäße System erlaubt somit durch eine geringere Spreizung einer Verstellkraft insgesamt einen verbesserter Verstellkomfort insbesondere im mittleren und unteren Temperaturbereich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Kolbenpaket ein weiteres Dichtungselement auf, welches zur statischen Abdichtung zwischen Kolbenanordnung und Kolbenstange vorgesehen ist.
Diese beiden ringförmigen Dichtungselemente erlauben eine ein- oder zweiseitige statische Abdichtung sowie eine gasdichte Ausbildung des Kolbenpaketes, wodurch eine geringere Reibung der Dichtelemente erzielt werden kann.
Ein besonders einfacher Aufbau des Kolbenpaketes wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass das Kolbenpaket einen Kolben sowie eine Anschlagscheibe aufweist, wobei der Kolben mit einem sich in axialer Richtung bezogen auf die Längsachse erstreckenden Vorsprung an der Anschlagscheibe derart anliegt, dass der radial außenliegenden Ringraum gebildet ist.
Dabei liegt die Anschlagscheibe an einem Absatz der Kolbenstange an, wobei ein Kolbenstangenansatz das Kolbenpaket durchragt und das Kolbenpaket an der Kolbenstange befestigt.
Dabei ist die Anschlagscheibe vorzugsweise im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und weist einen an dem Absatz der Kolbenstange anliegenden, radialen Bund auf, welcher wenigstens eine, radial außenliegende Ausnehmung aufweist, wobei der Kolben mit dem Vorsprung an einer der Kolbenstange abgewandten Seite des Bundes anliegt.
Vorzugsweise weist der Kolben eine ringförmige Ausnehmung zur Aufnahme des weiteren ringförmigen Dichtelementes zur Abdichtung des Kolbens gegenüber der Kolbenstange auf.
Erreicht das Kolbenpaket während der Ausschubbewegung den wenigstens einen Überströmkanal unterbrechenden Haltebereich des Zylinders, ist eine Abdichtung zwischen Kolben und Kolbenstage bzw. zwischen Kolben und Zylinder hierdurch in einfacher Weise sichergestellt. Der Vorsprung verjüngt sich dabei auf seiner Außenseite derart, dass das Dichtelement während einer Ausschubbewegung in Richtung Kolben verlagert wird und eine dichtende Anlage mit dem den Überströmkanal unterbrechenden Haltebereich des Zylinders sichergestellt ist. Während einer Einschubbewegung verlagert sich das Dichtelement in Richtung Bund der Anschlagscheibe, so dass ein Überströmen möglich ist. Durch die Verjüngung des Vorsprunges wird die Anpresskraft des Dichtelementes an den Zylinder und damit die Reibkraft vorteilhaft verringert.
Vorzugsweise weist der Bund an der der Kolbenstange abgewandten Seite eine Noppenstruktur auf. Diese Noppen sind einerseits gut überströmbar und stellen eine Vorpositionierung des Dichtelements in Richtung Kolben sicher. Ein Durchströmen der Ausnehmung der Anschlagscheibe kann in einfacher Weise sichergestellt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist der wenigstens eine Überströmkanal als axiale Nut ausgebildet, wobei der Nutverlauf zur Anpassung einer hubabhängig steuerbare Ausschubgeschwindigkeit vorgesehen ist. Dabei ist beispielsweise ein flacher Anlauf der selbsttägigen Ausschubbewegung der Gasfeder realisierbar.
Vorzugsweise sind wenigstens zwei Überströmkanäle vorgesehen und als axiale Nut ausgebildet, wobei der die Überströmkanäle unterbrechender Haltebereich des Zylinders zur Einstellung der Hubbegrenzung vorgesehen ist. Hierdurch können bei der Verwendung für ein Klappensystem mehrere Öffnungswinkel realisiert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung des Gasfedersystem umfasst dieses eine weitere Gasfeder. Die beiden Gasfedern können je nach Anwendungsfall ein identisches oder ein voneinander unterschiedlich aufgebautes Kolbenpaket aufweisen bzw. sich in der Ausgestaltung der Überströmkanäle unterscheiden.
Das erfindungsgemäße Gasfedersystem kann vorzugsweise Verwendung für ein Klappensystem, insbesondere ein Heckklappensystem finden. Ebenso ist es für ein Front- Haubensystem einsetzbar. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen beispielhaft:
Fig. 1 eine Gasfeder eines erfindungsgemäßen Gasfedersystems im Längsschnitt;
Fig. 2 eine Ausschubkraftkennung der Gasfeder gemäß Fig. 1.
Ausführungsform der Erfindung
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt einer Gasfeder 1 eines erfindungsgemäßen Gasfedersystems im Längsschnitt. Das Gasfedersystem kann vorzugsweise Verwendung für ein nicht dargestelltes Klappensystem, insbesondere ein Heckklappensystem finden. Ebenso ist es für ein Front-Haubensystem einsetzbar.
Die Gasfeder 1, welche in einem nicht komplett eingeschobenen Zustand dargestellt ist, umfasst einen an einem nicht gezeigten ersten Ende verschlossenen Zylinder 2 sowie eine in dem Zylinder 2 verschiebbar angeordnete Kolbenanordnung 3, welche den mit Druckgas gefüllten Zylinder 2 in einen dem ersten Ende nahen ersten Arbeitsraum 5 und einen dem ersten Ende fernen zweiten Arbeitsraum 6 unterteilt. Eine einseitig an der Kolbenanordnung 3 angeordneten Kolbenstange 7, die den zweiten Arbeitsraum 6 durchragt, ist konzentrisch zur Längsachse L des Zylinders 2 bzw. der Gasfeder 1 an einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende 4 durch eine Dichtung 8 und eine nicht im Detail dargestellte Kolbenstangenführung abgedichtet aus dem Zylinder 2 herausgeführt. Der Zylinder 2 weist wenigstens einen die Arbeitsräume 5, 6 verbindbaren Überström kanal 9 zur selbsttätigen Ausschubbewegung der Gasfeder auf. Befindet sich die Kolbenanordnung 3 in diesem Bereich des Zylinders 2, erfolgt durch die Überströmung eine dynamische Dämpfung der Ausschubbewegung. Erreicht die Kolbenanordnung 3 im Laufe der Bewegung einen, den Überströmkanal 9 unterbrechenden Haltebereich 10 des Zylinders 2, wird die selbsttätige Ausschubbewegung der Kolbenanordnung 3 blockiert. Mit anderen Worten ist der Haltebereich 10 des Zylinders 2, welcher mittels zweier gestrichelter Linien verdeutlicht ist, zur Hubbegrenzung der Kolbenanordnung 3 vorgesehen.
Ist wie gezeigt ein weiter Überströmkanal 21 vorgesehen, schließt sich an den Haltebereich 10 im weiteren Verlauf der Ausschubbewegung ein zweiter Bereich mit selbsttätiger Ausschubbewegung an.
Die Kolbenanordnung 3 ist als richtungsabhängig verschlossenes, federloses Kolbenpaket ausgebildet. Richtungsabhängig verschlossenes Kolbenpaket bedeutet in diesem Zusammenhang, dass keine zusätzliche Kraft wie zum Beispiel eine Federkraft notwendig ist, um das Kolbenpaket bei einer Ausschubbewegung zu verschließen. Durch den Entfall einer bekannten Ventilfeder kann der Aufbau des Kolbenpaketes wesentlich vereinfacht werden, wodurch das Gasfedersystem kostenoptimiert und ein Auslegungsaufwand aufgrund des wesentlich vereinfachten Aufbaus geringer ist. Ebenso ist das Gasfedersystem durch den Entfall der Ventilfeder temperaturunabhängiger, so dass durch eine geringere Spreizung einer Verstellkraft insgesamt ein verbesserter Verstellkomfort insbesondere im mittleren und unteren Temperaturbereich erreicht werden kann.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, weist das Kolbenpaket ein ringförmiges 12 sowie ein weiteres Dichtungselement 11 auf, welche während einer Ausschubbewegung in dem die Überströmkanäle 9, 21 unterbrechenden Haltebereich 10 des Zylinders 2 zur Abdichtung zwischen Zylinder 2 und Kolbenpaket sowie zwischen Kolbenpaket und Kolbenstange 7 vorgesehen sind. Das Kolbenpaket umfasst einen Kolben 13 sowie eine Anschlagscheibe 14, wobei die Anschlagscheibe 14 an einem Absatz 15 der Kolbenstange 7 anliegt, ein Kolbenstangenansatz 16 das Kolbenpaket durchragt und zusätzlich das Kolbenpaket an der Kolbenstange 7 beispielsweise durch eine Vernietung befestigt. Zusammen mit der Kolbenanordnung 3 bildet die Kolbenstange 7 eine Kolben-Kolbenstangeneinheit.
Der Kolben 13 kann in vorteilhafter weise aus Kunststoff ausgebildet sein.
Die Anschlagscheibe 14 ist, wie aus Figur 1 ersichtlich ist, im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und weist einen an dem Absatz 15 der Kolbenstange 7 anliegenden, radialen Bund 17 auf, welcher wenigstens eine, radial außenliegende Ausnehmung 18 aufweist. Der Kolben 13 liegt dabei mit einem sich in axialer Richtung - bezogen auf die Längsachse L der Gasfeder 1 bzw. des Zylinders 2 - ersteckenden Vorsprung 19 an einer der Kolbenstange 7 abgewandten Seite des Bundes 17 an.
Weiter weist der Kolben 13 eine radial innenliegende, ringförmige Ausnehmung 20 zur
Aufnahme des weiteren ringförmigen Dichtelementes 11 zur Abdichtung des Kolbens 13 gegenüber der Kolbenstange 7 bzw. dem Kolbenstangenansatz 16 auf und bildet mit seinem Vorsprung 19 und dem Bund 17 der Anschlagscheibe 14 einen radial außenliegenden Ringraum 23 zur Aufnahme des ringförmigen Dichtelementes 12. Erreicht das Kolbenpaket während der Ausschubbewegung den die Überströmkanäle 9, 21 unterbrechenden Haltebereich 10 des Zylinders 2, ist eine Abdichtung zwischen Kolben 13 und Kolbenstangenansatz 16 bzw. zwischen Kolben 13 und Zylinder 2 hierdurch in einfacher Weise sichergestellt.
Das Dichtelement 12 ist derart in dem radial außenliegenden Ringraum 23 angeordnet und verlagerbar, dass es bei einer Ausschubbewegung der Gasfeder 1 an den Zylinder 2 mit einer ersten Anpresskraft und bei einer Einschubbewegung der Gasfeder 1 an den Zylinder 2 mit einer zweiten, geringeren Anpresskraft anpressbar ist. Die erste Anpresskraft ist deutlich höher, beispielsweise mindestens doppelt so groß wie die zweite Anpresskraft.
Für diesen Zweck verjüngt sich der Vorsprung 19 auf seiner Außenseite derart, dass das Dichtelement 12 während einer Ausschubbewegung in Richtung Kolben 13 verlagert wird und eine dichtende Anlage mit dem den die Überströmkanäle 9, 21 unterbrechenden Haltebereich 10 des Zylinders sichergestellt ist. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, liegt das Dichtelement 12 mit hoher Anpresskraft an einer radial und einer axial ausgebildeten Kolbenfläche 24, 25 des Kolbens 13 an.
Während einer Einschubbewegung verlagert sich das Dichtelement 12 in Richtung Bund 17 der Anschlagscheibe 14, so dass ein Überströmen über das Dichtelement 12 vom Arbeitsraum 5 in Richtung Arbeitsraum 6 möglich ist. Da sich das Dichtelement 12 nicht mehr an die radial und axial ausgebildeten Kolbenflächen 24, 25 dichtend anlegt, kann das Gas in diesem Fall zwischen Kolben 3 und Dichtelement 12 hindurchströmen und gelangt über die Aussparung 18 in den Arbeitsraum 6.
Durch die Verlagerung des Dichtelementes 12 in Richtung Anschlagscheibe 14 ergibt sich eine verringerte Anpresskraft des Dichtelementes 12 an den Zylinder 2, so dass hier eine deutlich geringere Reibung die Folge ist.
Eine Noppenstruktur mit Noppen 22 an der der Kolbenstange 7 abgewandten Seite des Bundes 17 ist einerseits gut überströmbar und stellt eine Vorpositionierung des Dichtelements 12 in Richtung Kolben 13 sicher. Mit anderen Worten verhindern die Noppen 22 eine zwei weite Verlagerung des Dichtelementes 12 in Richtung Anschlagscheibe 14. Eine Abdichtung der Ausnehmung 18 kann zuverlässig verhindert werden. Die Überström kanäle 9, 21 sind in der gezeigten Ausbildung als axiale Nuten ausgebildet, wobei der Nutverlauf zur Anpassung einer hubabhängig steuerbare Ausschubgeschwindigkeit vorgesehen ist. Dabei ist beispielsweise ein flacher Anlauf der selbsttägigen Ausschubbewegung der Gasfeder 1 realisierbar. Andere, nicht gezeigte Nutverläufe sind im Rahmen der Erfindung ebenfalls denkbar. Durch das Vorsehen von zwei Überströmkanälen 9, 21 mit einem dazwischenliegenden Haltebereich 10, welcher die Überströmkanäle 9, 21 unterbricht, können beispielsweise zwei Öffnungswinkel des Klappensystems realisiert werden.
Figur 2 zeigt eine Ausschubkraftkennung der Gasfeder 1 , wobei an einem ersten Punkt 1 der Kennlinie die Kolbenstange 7 mit dem Kolbenpaket eingeschoben ist, d.h. in der Zeichnung sich in einer rechten Endposition befindet. In diesem Zustand ist eine zum Beispiel an die Gasfeder angelenkte Heckklappe geschlossen. Beim Öffnen der Heckklappe befindet sich das Kolbenpaket zunächst im Bereich des ersten Überströmkanals 9 und Gas strömt über die Nut des ersten Überströmkanals 9 vom zweiten Arbeitsraum 6 in den ersten Arbeitsraum 5. Da ein Fülldruck derart gewählt ist, dass ein Gewicht der Heckklappe überwunden wird, schiebt die Gasfeder 1 selbsttätig aus. Die Ausschubkraft Faus nimmt dabei linear ab, bis das Kolbenpaket an dem Haltebereich 10 ankommt, an welchem ein erster Öffnungswinkel der Heckklappe erreicht ist. In diesem Bereich ist das Kolbenpaket statisch abgedichtet, so dass die Halte- bzw. Stoppfunktion der Heckklappe sichergestellt ist. Die Ausschubkraft Faus fällt dabei durch die Gaskompression auf ein Minimum ab.
Soll die Heckklappe weiter geöffnet werden, kann die Gasfeder 1 bzw. deren Kolben- Kolbenstangeneinheit mittels einer einstellbaren Auslösekraft in der Regel händisch in den Bereich des zweiten Überström kanals 21 gebracht werden, so dass die Kolbenstange 7 wieder selbsttätig ausschiebt, bis eine in der Zeichnung mit dem Punkt 2 gezeigten linke Endposition erreicht wird, in welcher ein zweiter Öffnungswinkel der Heckklappe erreicht ist.
Die Gasfeder 1 und damit das Gasfedersystem zeigt ein deutlich verbessertes Temperaturverhalten. Um die Auslösekraft bzw. Überdrückkraft zu überwinden, muss die Kolben-Kolbenstangeneinheit gegen ein sich aufbauendes Druckpolster in dem zweiten Arbeitsraum 6 verschoben werden, bis das Dichtelement 12 den Bereich des zweiten Überströmkanals 21 erreicht und sich das Druckpolster darüber abbauen kann.
Beim Verschieben des Kolbenpakets wird der zweite Arbeitsraum 6 vor dem Kolbenpaket kleiner und der Druck steigt weiter an. Der Anstieg entspricht dem Verhältnis des Volumens bei Erreichen des Haltebereichs 10 zum Volumen bei Erreichen des Endes dieses Bereiches. Erhöht sich der Startdruck durch Erhöhung der Temperatur, wird die absolute Druckerhöhung am Ende größer sein als bei niedrigem Startdruck. Dieser Effekt wirkt der abnehmenden Überdrückkraft bei höherer Temperatur durch Erhöhung der Ausfahrkraft entgegen und kann diesen nicht gewollten Effekt neutralisieren.
Ein erfindungsgemäßes Gasfedersystem kann die beschriebene Gasfeder 1 sowie eine weitere Gasfeder umfassen. Die weitere Gasfeder kann identisch zur Gasfeder 1 aufgebaut sein. Alternativ kann die weitere Gasfeder unterschiedlich zur Gasfeder 1 ausgebildet sein und beispielsweise eine nicht statische Abdichtung und/oder einen reduzierten Nutquerschnitt und/oder lediglich eine wegabhängige Dämpfung aufweisen.
Zur Verbesserung des Reibungswiderstandes kann die weitere Gasfeder ein Kolbenpaket mit einem Kolbenring aufweisen, welcher eine verbesserte Gleitfähigkeit besitzt. Hier kann beispielsweise ein PTFE-Ring zum Einsatz kommen. Die Haltefunktion würde in diesem Fall ausschließlich durch die oben beschriebene Gasfeder 1 sichergestellt werden.

Claims

Ansprüche
1. Gasfedersystem mit wenigstens einer Gasfeder (1) mit einem an einem ersten Ende verschlossenen Zylinder (2), einer in dem Zylinder verschiebbar angeordnete Kolbenanordnung (3), welche den Zylinder (2) in einen dem ersten Ende nahen ersten Arbeitsraum (5) und einen dem ersten Ende fernen zweiten Arbeitsraum (6) unterteilt und einer einseitig an der Kolbenanordnung (3) angeordneten Kolbenstange (7), die den zweiten Arbeitsraum (6) durchragt und konzentrisch zur Längsachse (L) des Zylinders (2) an einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende (4) durch eine Dichtung (8) und eine Kolbenstangenführung abgedichtet aus dem Zylinder (2) herausgeführt ist, wobei der Zylinder (2) wenigstens einen die Arbeitsräume (5, 6) verbindbaren Überströmkanal (9) zur selbsttätigen Ausschubbewegung der Gasfeder (1) aufweist, wobei wenigstens ein, den Überströmkanal (9) unterbrechender Haltebereich (10) des Zylinders (2) zur Hubbegrenzung der Kolbenanordnung (3) vorgesehen ist, in welchem die selbsttätige Ausschubbewegung blockiert ist, wobei die Kolbenanordnung (3) als richtungsabhängig verschlossenes Kolbenpaket ausgebildet ist, wobei das Kolbenpaket federlos ausgebildet ist und wenigstens ein ringförmiges Dichtelement (12) aufweist, welches während einer Ausschubbewegung der Gasfeder (1) zur Abdichtung zwischen dem Haltebereich (10) des Zylinders (2) und der Kolbenanordnung (3) vorgesehen ist, und wobei das Dichtelement (12) derart in einem radial außenliegenden Ringraum (23) des Kolbenpaketes angeordnet und verlagerbar ist, dass das Dichtelement (12) bei einer Ausschubbewegung der Gasfeder (1) an den Zylinder (2) mit einer ersten Anpresskraft und bei einer Einschubbewegung der Gasfeder (1) an den Zylinder (2) mit einer zweiten, geringeren Anpresskraft anpressbar ist.
2. Gasfedersystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenpaket ein weiteres ringförmiges Dichtelement (11) aufweist, welches zur statischen Abdichtung zwischen Kolbenanordnung (3) und Kolbenstange (7) vorgesehen ist.
3. Gasfedersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenpaket einen Kolben (13) sowie eine Anschlagscheibe (14) aufweist, wobei der Kolben (13) mit einem sich in axialer Richtung bezogen auf die Längsachse (L) erstreckenden Vorsprung (19) an der Anschlagscheibe (14) derart anliegt, dass der radial außenliegenden Ringraum (23) gebildet ist.
4. Gasfedersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagscheibe (14) an einem Absatz (15) der Kolbenstange (7) anliegt, wobei ein Kolbenstangenansatz (16) das Kolbenpaket durchragt und das Kolbenpaket an der Kolbenstange (7) befestigt.
5. Gasfedersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagscheibe (14) Im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist und einen an dem Absatz (15) der Kolbenstange (7) anliegenden, radialen Bund (17) aufweist, welcher wenigstens eine, radial außenliegende Ausnehmung (18) aufweist, wobei der Kolben (13) mit dem Vorsprung (19) an einer der Kolbenstange (7) abgewandten Seite des Bundes (17) anliegt.
6. Gasfedersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (13) eine ringförmige Ausnehmung (20) zur Aufnahme des weiteren ringförmigen Dichtelementes (11) zur Abdichtung des Kolbens (13) gegenüber der Kolbenstange (7) aufweist.
7. Gasfedersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bund (17) an der der Kolbenstange (7) abgewandten Seite eine Noppenstruktur (22) aufweist.
8. Gasfedersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Überströmkanal (9) als axiale Nut ausgebildet ist, wobei der Nutverlauf zur Anpassung einer hubabhängig steuerbaren Ausschubgeschwindigkeit vorgesehen ist.
9. Gasfedersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Überströmkanäle (9, 21) vorgesehen und als axiale Nut ausgebildet sind, wobei der die Überströmkanäle (9, 21) unterbrechender Haltebereich des Zylinders (2) zur Einstellung der Hubbegrenzung vorgesehen ist.
10. Gasfedersystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasfedersystem eine weitere Gasfeder umfasst.
11. Gasfedersystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasfedersystem eine weitere Gasfeder umfasst, wobei die Gasfedern (1) ein identisches oder ein voneinander unterschiedlich aufgebautes Kolbenpaket aufweisen.
12. Gasfedersystem nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gasfedersystem eine weitere Gasfeder umfasst, wobei die Gasfedern (1) unterschiedlich ausgebildete Überströmkanäle (9, 21) aufweisen.
13. Gasfedersystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 12 zur Verwendung für ein Klappensystem, insbesondere ein Heckklappensystem.
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