WO2015132253A1 - Kolben-zylinder-einheit und türscharnier - Google Patents

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WO2015132253A1
WO2015132253A1 PCT/EP2015/054405 EP2015054405W WO2015132253A1 WO 2015132253 A1 WO2015132253 A1 WO 2015132253A1 EP 2015054405 W EP2015054405 W EP 2015054405W WO 2015132253 A1 WO2015132253 A1 WO 2015132253A1
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piston
cylinder
cylinder unit
damping fluid
working space
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PCT/EP2015/054405
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Ulrich Probst
Lars Löhken
Original Assignee
Stabilus Gmbh
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05F—DEVICES FOR MOVING WINGS INTO OPEN OR CLOSED POSITION; CHECKS FOR WINGS; WING FITTINGS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, CONCERNED WITH THE FUNCTIONING OF THE WING
    • E05F1/00—Closers or openers for wings, not otherwise provided for in this subclass
    • E05F1/08—Closers or openers for wings, not otherwise provided for in this subclass spring-actuated, e.g. for horizontally sliding wings
    • E05F1/10—Closers or openers for wings, not otherwise provided for in this subclass spring-actuated, e.g. for horizontally sliding wings for swinging wings, e.g. counterbalance
    • E05F1/1091—Closers or openers for wings, not otherwise provided for in this subclass spring-actuated, e.g. for horizontally sliding wings for swinging wings, e.g. counterbalance with a gas spring
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05F—DEVICES FOR MOVING WINGS INTO OPEN OR CLOSED POSITION; CHECKS FOR WINGS; WING FITTINGS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, CONCERNED WITH THE FUNCTIONING OF THE WING
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
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    • E05F3/00—Closers or openers with braking devices, e.g. checks; Construction of pneumatic or liquid braking devices
    • E05F3/14—Closers or openers with braking devices, e.g. checks; Construction of pneumatic or liquid braking devices with fluid brakes of the rotary type
    • 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
    • F16F2232/00—Nature of movement
    • F16F2232/04—Rotary-to-translation conversion

Definitions

  • the invention relates to a piston-cylinder unit comprising a
  • Piston assembly having a piston rod and a piston, which is arranged on an arranged in the cylinder portion of the piston rod, wherein the piston in the interior of the cylinder separates a first filled with damping fluid working space of a second filled with damping fluid working space, and wherein in the interior of the Cylinder further a pressurized fluid is received.
  • the invention relates to a door hinge with a first mounting member for mounting on a door leaf, a second mounting member for mounting to a door frame and a piston-cylinder unit of the type mentioned.
  • Piston-cylinder units in which the movement of the piston is damped by a damping fluid and in which further a pressurized fluid for
  • Preload an axial movement of the piston assembly is included, are known in the art and are used for example as actuators for the operation of doors or flaps, on the one hand, a bias of movement in a certain direction and on the other hand, a slowed, damped movement of the actuator assembly is desired ,
  • Object of the present invention is to provide a piston-cylinder unit of the type mentioned above, which allows the development of new fields of application and in particular creates a simple construction for operating a door or flap. It is another object of the present invention to provide a door hinge of simple construction and advantageous functionality.
  • the invention provides a piston-cylinder unit comprising a cylinder having a longitudinal axis and a cylinder inserted into the cylinder
  • Piston assembly having a piston rod and a piston, which is arranged on a cylinder disposed in the portion of the piston rod, the piston in the interior of the cylinder a first fluid filled with damping fluid working space from a second filled with damping fluid working space, wherein in the interior of the cylinder furthermore
  • Longitudinal axis are movable.
  • the piston assembly and cylinder are coupled together by a screw coupling so that they are movable relative to each other in a screw movement about the longitudinal axis.
  • Pressurized fluid / spring means caused axial displacement and rotational movement between the piston assembly and the cylinder.
  • the piston assembly or the cylinder lent rotary motion component can in numerous
  • Screw coupling realized such that on the inside of the cylinder, a helical approach or a threaded nut is provided fixed or provided axially immovable, wherein the approach or the
  • Threaded nut is engaged with a counter-element of the piston assembly. This arrangement allows easy provision of a
  • Piston assembly for example on the piston, then may have a smaller axial length, in extreme cases only by a single projection or a single recess, be formed, so that the
  • Length of the piston can be limited.
  • a helical approach or a Thread formed on the piston assembly or be arranged and are in engagement with a corresponding counter-element of the cylinder.
  • Cylinder for example, on the piston or in one of the working spaces, can be provided.
  • the screw coupling could also be provided between an out-of-cylinder portion of the piston rod and an outer extension of the cylinder or a cylinder-mounted member.
  • Rotationsübertragungs- element which is rotatably coupled to the piston rod and axially displaceable, which, however, is held axially immovable and rotatable relative to the cylinder.
  • Rotation transmission element is implemented. That means that yourself
  • Rotation transmission member and cylinder during the movement of the piston-cylinder unit rotate relative to each other, but maintaining their axial positions relative to each other.
  • Such an arrangement is particularly suitable for the direct actuator of hinges, in particular door hinges, when the piston-cylinder unit is mounted such that the pivot axis of the hinge coincides with the longitudinal axis of the piston-cylinder unit.
  • the pressurized fluid can coexist with the damping fluid in the second working chamber, provided that it is ensured that neither the spring action of the pressurized fluid nor the damping effect of the damping fluid, in particular in interaction with the piston, is impaired by this coexistence.
  • a piston-cylinder unit of the present invention used in operation in a vertical position (longitudinal axis of the cylinder in the vertical direction)
  • gravity-related or buoyancy-related separation between damping fluid and pressurized fluid can advantageously take place when the piston-cylinder is used vertically - Unit cost savings a further separation between pressure fluid and damping fluid.
  • a liquid for example oil
  • a gas is used as the pressure fluid
  • the pressurized fluid and / or the spring means to be held in a third working space, which is separated by an axially displaceable second piston from the second working space.
  • the first working chamber and the second working chamber are preferably connected to one another by at least one damping fluid channel, which is formed in the piston or designed as a bypass channel on the cylinder. If the damping fluid channel in the piston
  • the construction available in the piston can be well exploited space and the length of the channel can be limited.
  • the provision of at least one damping fluid channel as a bypass channel on the cylinder allows a change in the damping behavior as a function of the axial position of the piston assembly. It is conceivable, for example, to provide a bypass channel only in a section delimited in the axial direction or to change the flow cross-section of a bypass channel along its axial course in order to provide a predetermined damping behavior for certain positions of the piston-cylinder unit, or at a specific axial position even to stop the piston-cylinder unit altogether.
  • Bypass channels depending on the axial position on the cylinder could be used in the case of the use of the piston-cylinder unit as a door hinge, for example, the door in one or more
  • Damping fluid channel is arranged in the damping fluid channel or at an opening of the damping fluid channel a flow cross-section influencing valve.
  • the valve may be switchable between a first switching state and a second switching state, wherein the valve in the two
  • Switching states has different flow cross-sections, to dampen the movement of the piston assembly to different degrees.
  • the valve may also be adjustable in a closed state in which it completely closes the damping fluid channel.
  • it is primarily thought that an exchange of damping fluid between the first working space and the second working space in the closed state of the valve is substantially completely prevented, so that the movement of the piston assembly is locked in the cylinder.
  • valve can be actuated by the action of the damping fluid and / or by the movement of the piston arrangement, for example being designed as a spring-loaded check valve, so that the piston arrangement only after overcoming a
  • valve can move predetermined minimum force from the rest position.
  • valve can be actuated by an actuating element, so that switching of the valve can be controlled from a distance from the valve, in particular by inputting a signal or an actuating operation outside the cylinder.
  • An actuatable by an actuator valve can be used to the piston-cylinder unit in a desired position, that is, a certain position of the piston assembly relative to the cylinder,
  • a door hinge comprising a first mounting element for mounting on a door leaf, a second mounting element for mounting on a door leaf, a second
  • the object of the second aspect of the invention utilizes the advantages and effects described above for the piston-cylinder unit of the first aspect of providing a door hinge.
  • the piston-cylinder unit can be installed in such a door hinge in particular such that the longitudinal axis of the cylinder coincides with the pivot axis of the door hinge, so that the door hinge receives a compact design, especially in comparison to conventional door-closing devices, which is a relative use complex and bulky lever system.
  • a part of the storage of the door possibly the entire storage of the door, be taken over by the piston-cylinder unit, so that a further simplification of the construction of the door can be achieved.
  • a door hinge which pivots a door automatically in the closed position, but prevents too fast movement of the door and thus hitting the door.
  • an electric motor drive which is coupled to the piston-cylinder unit such that it generates a torque in the Piston-cylinder unit enters.
  • an electromotive drive may be coupled to a rotational transmission element of the type described above in a torque-transmitting manner or may be coupled with the cylinder in a torque-transmitting manner. If used as a door hinge, the door can then be opened For example, for wheelchair users, by the driving force of a
  • first and / or the second mounting member are preferably arranged coaxially with the cylinder or the piston rod in order to obtain the most compact possible arrangement.
  • Mounting elements may be different from the longitudinal axis of the cylinder or the piston rod.
  • Rotation transmission can then be used in particular for a translation or reduction of the rotational movement.
  • the cylinder and / or the piston rod can be held axially displaceable and non-rotatably on the associated mounting element, for example you ch a spline between the cylinder / piston rod and associated mounting member. The axial displacement then decreases the axial
  • the mounting elements can then be attached in a simple manner firmly on the door leaf or door frame.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of a piston-cylinder unit according to a first embodiment of the invention in a sectional plane containing the longitudinal axis of the cylinder, and
  • FIG. 2 shows a sectional view of a piston-cylinder unit according to a second exemplary embodiment of the present invention in a sectional plane containing the longitudinal axis of the cylinder.
  • Figure 1 is a piston-cylinder unit according to a first
  • Embodiment of the invention generally designated 10 and comprises a cylinder 12 and a piston assembly 14, which in a
  • the cylinder 12 defines a longitudinal axis L, which is oriented in the illustrated embodiment in the vertical direction.
  • location and directional terms such as “top”, “bottom”, “axial”, “radial”, “horizontal” etc. refer to the longitudinal axis L and to a piston-cylinder unit in which the longitudinal axis L in vertical Direction is oriented.
  • the piston assembly 14 has a piston rod 16 and attached to the piston rod 16 or piston 18 formed.
  • the piston rod 16 exits at a lower longitudinal end 19 of the cylinder 12 from the interior of the cylinder 12 and is sealed at this outlet end 19 by a seal 20 relative to the cylinder 12.
  • the interior of the cylinder 12 is divided by the piston 18 into a first working space 12-1 below the piston 18 and a second working space 12-2 above the piston 18.
  • first working space 12-1 between the seal 20 at the bottom
  • the second working space 12-2 is defined between a closed upper end 22 of the cylinder 12 and an upper surface of the piston 18.
  • the first working space 12-1 is filled with a damping fluid, for example an oil.
  • the second working space 12-2 is also partially filled with the damping fluid and the other part with a pressurized fluid, for example, a pressurized gas.
  • a damping fluid for example an oil.
  • the second working space 12-2 is also partially filled with the damping fluid and the other part with a pressurized fluid, for example, a pressurized gas.
  • Working space 12-2 thus coexist damping fluid and pressurized fluid, with the two fluids due to different weights
  • Section is arranged and the pressurized fluid in an upper, the piston 18 remote from the section is arranged.
  • the amount of damping fluid is chosen such that the piston 18 in each stroke position of the
  • Piston assembly 14 is located below the interface 24, that is, that the piston 18 is always completely immersed in damping fluid.
  • the first working space 12-1 and the second working space 12-2 are replaced by at least one damping fluid channel for an exchange of
  • Damping fluid interconnected In the exemplary embodiment, a damping chamber 26 passes through the piston 18 with a defined pressure
  • Damping fluid channels 28 may be provided in the piston 18 to ensure reliable functionality.
  • a valve may be disposed in or on the damping fluid passage 26 to adjust a flow area of the damping fluid passage 26, particularly the one
  • Damping fluid channel 26 completely close in a closed position of the valve, so that an exchange of damping fluid between the working chambers 12-1, 12-2 is prevented and thus an axial detection of the piston 18 takes place relative to the cylinder 12.
  • the at least one valve can in the manner already mentioned above by an adjusting element in different switching states are provided or may alternatively be a self-adjusting valve, such as a check valve.
  • the piston assembly 14 is coupled to the cylinder 12 according to the invention such that
  • the screw coupling 30 is realized in the illustrated embodiment by a fixed to the piston assembly 14 or on the
  • Piston assembly 14 formed spindle with an external thread 34 which is in engagement with an internal thread 36 which is fixedly provided on the inside of the cylinder 12.
  • the internal thread 36 may in particular be formed on a threaded nut 38 which is fixed to the inner wall of the cylinder 12.
  • the threaded nut 38 is held in a form-fitting manner on the cylinder 12 by a projection of the cylinder 12 engaging in a matching depression of the threaded nut 38.
  • the spindle 32 in turn is arranged in the illustrated embodiment on the piston 18 on a piston rod 16 side facing away from the piston 18 and extends in the longitudinal direction L. That is, the piston 18 between the threaded spindle 32 and the piston rod sixteenth is positioned.
  • a one-piece component can pass through the piston 18 and at the same time form part of the piston rod 16 and part of the spindle 32.
  • the spindle 32 and the threaded nut 38 are arranged in the first working chamber 12-1, for example by an external thread being provided on the piston rod 16, which is in engagement with a corresponding internal thread of a threaded nut or an internal thread of the cylinder 12.
  • a threaded engagement takes place directly between the piston 18 and an internal thread of the cylinder 12.
  • the screw coupling may be provided outside of the cylinder 12.
  • the spindle, piston rod and piston may be formed together by a common, unitary component, such as a rotated member having a thickened portion for forming the piston and a thinned portion for forming the piston rod, wherein at the thinned portion an external thread for forming the spindle is formed.
  • the piston-cylinder unit 10 of the first embodiment further comprises a rotary member 40 which is mounted on a bearing 42 so that it can rotate with respect to the cylinder 12 about the longitudinal axis L, but can not move in the axial direction.
  • Rotation member 40 may be rotatably supported by the bearing 42, in particular directly on the cylinder 12, namely at the lower outlet end 19 of the cylinder 12.
  • Operation and function of the piston-cylinder unit 10 of the first Embodiment can be illustrated as an example of the use of the piston-cylinder unit 10 as a door hinge as follows.
  • An element of door frame and door leaf in the following example, the door leaf is rotatably connected to the cylinder 12, while the other element, in the example of the door frame, rotatably connected to the rotary member 40 is connected.
  • the door In the operating condition shown in Figure 1 with the piston assembly 14 extended, the door is closed and held in the closed position by the remaining pressure of the pressurized fluid. If the door is opened, then rotational force is transmitted to the rotary member 40, which transmits this rotational force to the piston rod 16.
  • the screw coupling 30 forces this rotational movement in a screw-like movement of the
  • Ausschubroach is through the screw coupling 30 in a
  • the rotational movement generated in this way between the rotary member 40 and cylinder 12 finally results in a movement of the door in the closing direction.
  • By damping sfluicl the closing movement is damped in the manner described, so that the door closes, but with limited
  • a valve of the above provided so the opening or closing behavior of the door can be further influenced depending on the application. For example, if an actuator for controlling the valves is provided, the door can, for example, in a certain
  • Pivoting be determined by the valve or all valves are completely closed.
  • At least one bypass channel could be provided on an inner side of the cylinder 12, which permits a damping fluid exchange between the two working chambers 12-1, 12-2 around the piston 18.
  • the damping behavior of the door can be selected suitable for different door position. For example, it is conceivable to reduce the number or flow cross sections of the bypass ducts in the region of the extended position of the piston 18 (that is to say in the region in which the piston 18 is in FIG. 1), so that the door opens at a higher speed Position in a nearly closed position automatically pivoted, but then from a relatively small door opening angle to a complete
  • the second embodiment is a modification of the first embodiment, and only the differences from the first will be described below
  • a second piston 148 is arranged, which divides the second working space into a D u mp u ng sf i u d i r d 150 and a pressure fluid chamber 152.
  • the second piston 148 is circumferentially sealed by a seal 154 against the inner wall of the cylinder 120 against passage of damping fluid or pressurized fluid. At the same time, however, the second piston 148 is in the axial direction
  • the second piston 148 can also be biased in the axial direction by an elastic element, in particular a spring.
  • the elastic element for example a coil spring or an elastomeric body inserted into the cylinder, can be used in
  • Combination with a pressurized fluid can be used to
  • the elastic element could take over the entire biasing force and on the use of the
  • Printing fluids could be dispensed with altogether.
  • the space above the second piston 148 could then be vented.
  • the separation between pressure fluid and damping fluid in the second working space is not based on the setting of a gravity-related interface or a phase separation but carried by the second piston 148.
  • a use of the piston-cylinder unit is also possible in applications in which the longitudinal axis L is not oriented in the vertical direction, that is, for example, an application of the piston-cylinder unit in a horizontal position. But even with vertical application, reliability of operation of the piston-cylinder unit can be improved by reliable separation of the pressurized fluid from the damping fluid.
  • the application of the piston-cylinder unit 10, 1 10 of the first and second embodiment has been described above with reference to the use as a door hinge, the present invention is not limited to this application. Rather, it generally forms a biased in one direction and at the same time damped pivot bearing and thus opens the expert a variety of applications.

Landscapes

  • Fluid-Damping Devices (AREA)
  • Closing And Opening Devices For Wings, And Checks For Wings (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Einheit 10, umfassend einen Zylinder 12 mit einer Längsachse L und eine in den Zylinder eingesetzte Kolbenanordnung 14 mit einer Kolbenstange 17 und einem Kolben 18, der an einem im Zylinder angeordneten Abschnitt der Kolbenstange angeordnet ist, wobei der Kolben in dem Innenraum des Zylinders einen ersten mit Dämpfungsfluid befüllten Arbeitsraum 12-1 von einem zweiten mit Dämpfungsfluid befüllten Arbeitsraum 12-2 trennt, und wobei in dem Innenraum des Zylinders ferner ein Druckfluid aufgenommen ist, wobei die Kolbenanordnung und der Zylinder durch eine Schraubenkopplung 30 miteinander gekoppelt sind, so dass sie relativ zueinander in einer Schraubenbewegung um die Längsachse bewegbar sind.

Description

W
- 1 -
Kolben-Zylinder-Einheit und Türscharnier
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Einheit, umfassend einen
Zylinder mit einer Längsachse und eine in den Zylinder eingesetzte
Kolbenanordnung mit einer Kolbenstange und einem Kolben-, der an einem im Zylinder angeordneten Abschnitt der Kolbenstange angeordnet ist, wobei der Kolben in dem Innenraum des Zylinders einen ersten mit Dämpfungsfluid befüllten Arbeitsraum von einem zweiten mit Dämpfungsfluid befüllten Arbeitsraum trennt, und wobei in dem Innenraum des Zylinders ferner ein Druckfluid aufgenommen ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Türscharnier mit einem ersten Montageelement zur Montage an einem Türblatt, einem zweiten Montageelement zur Montage an einem Türrahmen sowie einer Kolben-Zylinder-Einheit der eingangs genannten Art.
Kolben-Zylinder-Einheiten, in welchen die Bewegung des Kolbens durch ein Dämpfungsfluid gedämpft ist und in denen ferner ein Druckfluid zur
Vorspannung einer axialen Bewegung der Kolbenanordnung aufgenommen ist, sind im Stand der Technik bekannt und werden beispielsweise als Stellglieder für die Betätigung von Türen oder Klappen eingesetzt, wenn einerseits eine Vorspannung der Bewegung in eine bestimmte Richtung und andererseits eine verlangsamte, gedämpfte Bewegung der Stellanordnung erwünscht ist.
Herkömmliche Konstruktionen dieser Art, beispielsweise Tür-Schließ- Vorrichtungen, erfordern ein relativ aufwändiges, größeren Bau räum einnehmendes Hebelsystem, welches einerseits an der zu betätigenden Tür oder Klappe und andererseits an einem festen Bezugspunkt zu montieren ist und durch entsprechende Gelenkanordnungen die Ausschubbewegung der Kolben-Zylinder-Einheit in eine Drehbewegung der Tür beziehungsweise Klappe umsetzt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kolben-Zylinder-Einheit der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche die Erschließung neuer Anwendungsfelder erlaubt und insbesondere eine einfache Konstruktion zur Betätigung einer Tür oder Klappe schafft. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Türscharnier von einfacher Konstruktion und vorteilhafter Funktionalität bereitzustellen.
Zur Lösung der oben genannten Aufgaben stellt die Erfindung nach einem ersten Aspekt eine Kolben-Zylinder-Einheit bereit, umfassend einen Zylinder mit einer Längsachse und eine in den Zylinder eingesetzte
Kolbenanordnung mit einer Kolbenstange und einem Kolben, der an einem im Zylinder angeordneten Abschnitt der Kolbenstange angeordnet ist, wobei der Kolben in dem Innenraum des Zylinders einen ersten mit Dämpf ungsfluid befüllten Arbeitsraum von einem zweiten mit Dämpfungsfluid befüllten Arbeitsraum trennt, wobei in dem Innenraum des Zylinders ferner ein
Druckfluid oder/und ein elastisches Federelement zur Vorspannung der Kolben-Zylinder-Einheit aufgenommen ist, und wobei die Kolbenanordnung und der Zylinder durch eine Schraubenkopplung miteinander gekoppelt sind, so dass sie relativ zueinander in einer Schraubenbewegung um die
Längsachse bewegbar sind.
Nach einem wichtigen Merkmal der Erfindung sind Kolbenanordnung und Zylinder durch eine Schraubenkopplung miteinander gekoppelt, sodass sie relativ zueinander in einer Schraubenbewegung um die Längsachse bewegbar sind. Dadurch wird die durch das Druckfluid oder/und das
Federmittel bewirkte axiale Verlagerung zwischen Kolbenanordnung und Zylinder in eine Drehbewegung von Kolbenanordnung und Zylinder relativ zueinander um die Längsachse umgesetzt. Die resultierende
Schraubenbewegung ist somit eine Überlagerung der durch das
Druckfluid/das Federmittel bewirkten axialen Verschiebung und einer Drehbewegung zwischen Kolbenanordnung und Zylinder. Die
erfindungsgemäß der Kolbenanordnung beziehungsweise dem Zylinder verliehene rotatorische Bewegungskomponente kann in zahlreichen
Anwendungen genutzt werden, insbesondere zur direkten Ansteuerung einer Schwenkbewegung einer Tür oder Klappe, worauf später noch näher eingegangen wird. Umgekehrt kann durch die erfindungsgemäße
Schraubenkopplung eine in die Kolben-Zylinder-Einheit eingegebene
Rotation zwischen Zylinder und Kolbenanordnung in eine
Schraubenbewegung mit axialer Komponente umgewandelt werden, sodass der eingegebenen Drehbewegung durch die Druckänderung des Druckfluids beziehungsweise die Komprimierung des Federmittels eine elastische Rückstellkraft entgegengesetzt wird.
Gleichzeitig erlaubt die Führung des Kolbens in dem Dämpfungsfluid ein Kontrollieren der Geschwindigkeit beziehungsweise der Beschleunigung der Relativbewegung zwischen Zylinder und Kolbenanordnung und somit beispielsweise eine Dämpfung der Öffnungs- beziehungsweise
Schließbewegung der Tür oder Klappe.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die
Schraubenkopplung derart realisiert, dass an der Innenseite des Zylinders ein schraubenförmiger Ansatz oder eine Gewindemutter fest vorgesehen ist oder axial unbeweglich vorgesehen ist, wobei der Ansatz oder die
Gewindemutter mit einem Gegenelement der Kolbenanordnung in Eingriff steht. Diese Anordnung erlaubt eine einfache Bereitstellung einer
schraubenförmigen Führung der Kolbenstange über die gewünschte axiale Hublänge der Einheit, indem sich der schraubenförmige Ansatz
beziehungsweise die Gewindemutter über die gewünschte Länge auf der Innenseite des Zylinders erstreckt. Das Gegenelement an der
Kolbenanordnung, beispielsweise am Kolben, kann dann eine geringere axiale Länge aufweisen, im Extremfall nur durch einen einzelnen Vorsprung beziehungsweise eine einzelne Vertiefung, gebildet sein, sodass die
Baulänge des Kolbens begrenzt werden kann.
Alternativ oder zusätzlich kann ein schraubenförmiger Ansatz oder ein Gewinde an der Kolbenanordnung ausgebildet beziehungsweise angeordnet sein und mit einem entsprechenden Gegenelement des Zylinders in Eingriff stehen.
Anzumerken ist ferner, dass die Schraubenkopplung im Inneren des
Zylinders, beispielsweise am Kolben oder in einem der Arbeitsräume, vorgesehen sein kann. Alternativ könnte die Schraubenkopplung jedoch auch zwischen einem außerhalb des Zylinders angeordneten Abschnitt der Kolbenstange und einem äußeren Fortsatz des Zylinders oder einem am Zylinder befestigen Element vorgesehen sein.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird daran gedacht, dass an einem außerhalb der Kolben-Zylinder-Einheit
angeordneten Abschnitt der Kolbenstange ein Rotationsübertragungs- element vorgesehen ist, welches mit der Kolbenstange rotationsübertragend und axial verschiebbar gekoppelt ist, welches jedoch relativ zum Zylinder axial unverschiebbar und drehbar gehalten ist. Eine solche Anordnung erzielt den technischen Effekt, dass die durch das Druckfluid/das Federmittel bewirkte, schraubenförmige Verstellung zwischen Kolbenanordnung und Zylinder in eine reine Drehbewegung zwischen Zylinder und
Rotationsübertragungselement umgesetzt wird. Das heißt, dass sich
Rotationsübertragungselement und Zylinder während der Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit relativ zueinander verdrehen, jedoch ihre axialen Positionen relativ zueinander beibehalten. Eine solche Anordnung ist insbesondere für den direkten Stellantrieb von Scharnieren, insbesondere Türscharnieren, geeignet, wenn die Kolben-Zylinder-Einheit derart montiert wird, dass die Schwenkachse des Scharniers mit der Längsachse der Kolben-Zylinder-Einheit zusammenfällt.
Die in der zuvor geschilderten Ausführungsform erzielten Effekte einer Umsetzung der Schraubenbewegung der Kolbenanordnung in eine reine Rotationsbewegung können alternativ auch in einer Variante realisiert werden, in welcher an einem äußeren Abschnitt des Zylinders ein Rotationsübertragungselement vorgesehen ist, welches mit dem Zylinder rotationsübertragend und axial verschiebbar gekoppelt ist, welches jedoch relativ zur Kolbenanordnung axial unverschiebbar und drehbar gehalten ist. In dieser Variante sind es dann das Rotationsübertragungselement und die Kolbenanordnung, welche durch die Wirkung des Druckfluids/des
Federmittels zu einer rein rotatorischen Relativbewegung ohne axiale
Komponente angetrieben werden.
Das Druckfluid kann in dem zweiten Arbeitsraum mit dem Dämpfungsfluid koexistieren, sofern sichergestellt ist, dass weder die Federwirkung des Druckfluids noch die Dämpfungswirkung des Dämpfungsfluids, insbesondere im Zusammenspiel mit dem Kolben, durch diese Koexistenz beeinträchtigt wird. Vorteilhaft kann beispielsweise in einer im Betrieb in vertikaler Stellung (Längsachse des Zylinders in vertikaler Richtung) verwendeten Kolben- Zylinder-Einheit der vorliegenden Erfindung eine Schwerkraft-bedingte beziehungsweise Auftriebs-bedingte Trennung zwischen Dämpfungsfluid und Druckfluid stattfinden, die bei vertikaler Benutzung der Kolben-Zylinder- Einheit eine weitere Trennung zwischen Druckfluid und Dämpfungsfluid kostengünstig einspart. Wird insbesondere eine Flüssigkeit (zum Beispiel Öl) als Dämpfungsfluid verwendet und ein Gas als Druckfluid verwendet, so wird sich bei vertikaler Verwendung der Kolben-Zylinder-Einheit, wie sie etwa bei einem Türscharnier zumeist gegeben ist, eine zuverlässige
Phasentrennung zwischen der Flüssigkeit unten und dem Gas oben einstellen.
Um die Kolben-Zylinder-Einheit vor einer funktionsgefährclenden
Vermischung zwischen Dämpfungsfluid und Druckfluid zu schützen und insbesondere auch für eine Verwendung vorzubereiten, in welcher die Längsachse nicht in vertikaler Richtung orientiert ist, kann in einer
Ausführungsform der Erfindung das Druckfluid oder/und das Federmittel in einem dritten Arbeitsraum gehalten sein, welcher durch einen axial verschiebbaren zweiten Kolben von dem zweiten Arbeitsraum abgetrennt ist. Um ein definiertes Dämpfungsverhalten der Kolben-Zylinder-Einheit sicherzustellen, sind vorzugsweise der erste Arbeitsraum und der zweite Arbeitsraum durch mindestens einen Dämpfungsfluidkanal miteinander verbunden, welcher in dem Kolben ausgebildet oder als Bypasskanal am Zylinder ausgebildet ist. Wird der Dämpfungsfluidkanal im Kolben
bereitgestellt, so kann der im Kolben zur Verfügung stehende Bau räum gut ausgenutzt werden und die Länge des Kanals kann begrenzt werden. Die Bereitstellung mindestens eines Dämpfungsfluidkanals als Bypasskanal am Zylinder erlaubt dagegen eine Änderung des Dämpfungsverhaltens in Abhängigkeit von der axialen Position der Kolbenanordnung. Denkbar ist beispielsweise, nur in einem in axialer Richtung begrenzten Abschnitt einen Bypasskanal vorzusehen beziehungsweise den Strömungsquerschnitt eines Bypasskanals entlang seines axialen Verlaufs zu verändern, um für bestimmte Stellungen der Kolben-Zylinder-Einheit ein vorbestimmtes Dämpfungsverhalten vorzusehen, beziehungsweise an einer bestimmten axialen Position die Bewegung der Kolben-Zylinder-Einheit sogar gänzlich zu stoppen. Eine solche Variation von Strömungsquerschnitten von
Bypasskanälen in Abhängigkeit von der axialen Position am Zylinder könnte im Falle des Einsatzes der Kolben-Zylinder-Einheit als Türscharnier zum Beispiel dafür verwendet werden, die Tür in einer oder mehreren
vorbestimmten Schwenkstellungen festzuhalten, sodass sie aus diesen Schwenkstellungen nur unter erhöhter Kraftaufwändung weiterbewegt werden kann.
In einer vorteilhaften Variante einer Kolben-Zylinder-Einheit mit
Dämpfungsfluidkanal ist in dem Dämpfungsfluidkanal oder an einer Öffnung des Dämpfungsfluidkanals ein den Strömungsquerschnitt beeinflussenden Ventil angeordnet. Durch ein solches Ventil kann das Dämpfungsverhalten in vorhersagbarer Weise angepasst und insbesondere gesteuert werden. So kann das Ventil schaltbar sein zwischen einem ersten Schaltzustand und einem zweiten Schaltzustand, wobei das Ventil in den beiden
Schaltzuständen unterschiedliche Strömungsquerschnitte hat, um die Bewegung der Kolbenanordnung unterschiedlich stark abzudämpfen. Insbesondere kann das Ventil auch in einen Schließzustand stellbar sein, in welchem es den Dämpfungsfluidkanal vollständig schließt. Hier wird vor allem daran gedacht, dass ein Austausch von Dämpfungsfluid zwischen dem ersten Arbeitsraum und dem zweiten Arbeitsraum im Schließzustand des Ventils im Wesentlichen vollständig unterbunden ist, sodass die Bewegung der Kolbenanordnung im Zylinder gesperrt wird.
Das Ventil kann grundsätzlich durch die Wirkung des Dämpfungsfluids oder/und durch die Bewegung der Kolbenanordnung ansteuerbar sein, beispielsweise als federbeaufschlagtes Rückschlagventil ausgebildet sein, sodass sich die Kolbenanordnung nur nach Überwindung einer
vorbestimmten Mindestkraft aus der Ruhestellung bewegen lässt. In einer vorteilhaften Variante kann das Ventil durch ein Stellelement ansteuerbar sein, sodass ein Schalten des Ventils aus einer Entfernung vom Ventil angesteuert werden kann, insbesondere durch Eingabe eines Signals oder einer Stellbetätigung außerhalb des Zylinders. Gedacht wird hier
insbesondere an eine magnetische An Steuerung des Ventils durch eine magnetische Wechselwirkung zwischen einem Ventilkörper des Ventils und einem insbesondere außerhalb des Zylinders angeordneten Stellelement. Ein durch ein Stellelement betätigbares Ventil kann dafür verwendet werden, die Kolben-Zylinder-Einheit in einer gewünschten Position, das heißt einer bestimmten Stellung der Kolbenanordnung relativ zum Zylinder,
festzustellen, indem das Ventil in den Schließzustand gestellt wird und ein Austausch von Dämpfungsfluid zwischen den beiden Arbeitsräumen unterbundenen wird.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die oben genannte Erfindungsaufgabe gelöst durch ein Türscharnier, umfassend ein erstes Montageelement zur Montage an einem Türblatt, ein zweites
Montageelement zur Montage an einem Türrahmen sowie eine Kolben- Zylinder-Einheit nach dem ersten Aspekt der Erfindung, wobei eines der beiden Montageelemente rotationsübertragend mit dem Zylinder gekoppelt oder durch den Zylinder gebildet ist und das andere der beiden Montageelemente rotationsübertragend mit der Kolbenstange gekoppelt oder durch die Kolbenstange gebildet ist. Durch den Gegenstand des zweiten Aspekts der Erfindung werden die oben für die Kolben-Zylinder- Einheit des ersten Aspekts beschriebenen Vorteile und Effekte für die Schaffung eines Türscharniers genutzt. Die Kolben-Zylinder-Einheit kann in einem solchen Türscharnier insbesondere derart verbaut sein, dass die Längsachse des Zylinders mit der Schwenkachse des Türscharniers zusammenfällt, sodass das Türscharnier eine kompakte Bauform erhält, insbesondere im Vergleich zu herkömmlichen Tür-Schließ-Vorrichtungen, welche ein relativ aufwändiges und sperriges Hebelsystem nutzen. Darüber hinaus kann ein Teil der Lagerung der Tür, gegebenenfalls die gesamte Lagerung der Tür, durch die Kolben-Zylinder-Einheit übernommen werden, sodass eine weitere Vereinfachung der Konstruktion der Tür erreicht werden kann.
Eine verbesserte Funktionalität des Türscharniers des zweiten Aspekts der Erfindung ergibt sich durch die Kombination einer Vorspannung der
Schwenkbewegung (beispielsweise in Schließrichtung der Tür) mit einer Dämpfung der Bewegung des Türscharniers aufgrund der Bewegung des Kolbens im Dämpfungsfluid. Vorteilhaft kann somit etwa ein Türscharnier bereitgestellt werden, welches eine Tür selbsttätig in die geschlossene Stellung schwenkt, jedoch eine zu schnelle Bewegung der Tür und damit ein Schlagen der Tür verhindert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung des ersten oder/und zweiten Aspekts kann alternativ oder zusätzlich zu einer Vorspannung der Kolben-Zylinder-Einheit ein elektromotorischer Antrieb vorgesehen sein, welcher mit der Kolben-Zylinder-Einheit derart gekoppelt ist, dass er ein Drehmoment in die Kolben-Zylinder-Einheit eingibt. Insbesondere kann ein elektromotorischer Antrieb mit einem Rotationsübertragungselement der vorstehend beschriebenen Art Drehmoment-übertragend gekoppelt sein oder kann mit dem Zylinder Drehmoment-übertragend gekoppelt sein. Im Falle der Anwendung als Türscharnier lässt sich dann die Tür, beispielsweise für Rollstuhlfahrer, durch die Antriebskraft eines
Elektromotors öffnen beziehungsweise schließen.
Anzumerken ist, dass das erste oder/und das zweite Montageelement vorzugsweise koaxial zu dem Zylinder beziehungsweise der Kolbenstange angeordnet sind, um eine möglichst kompakte Anordnung zu erhalten.
Grundsätzlich ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass die
Rotationsübertragung zwischen dem ersten oder zweiten Montageelement und dem Zylinder beziehungsweise der Kolbenstange durch Zahnräder oder vergleichbare Getriebeelemente erfolgt, sodass die Drehachsen der
Montageelemente gegebenenfalls verschieden sind von der Längsachse des Zylinders beziehungsweise der Kolbenstange. Die
Rotationsübertragung kann dann insbesondere auch für eine Übersetzung beziehungsweise Untersetzung der Rotationsbewegung genutzt werden.
In einer Ausführungsform des Türscharniers des zweiten Aspekts kann der Zylinder oder/und die Kolbenstange axial verschiebbar und drehfest an dem zugeordneten Montageelement gehalten sein, beispielsweise du ch eine Längsverzahnung zwischen Zylinder/Kolbenstange und zugeordneten Montageelement. Die axiale Verschiebbarkeit nimmt dann die axiale
Bewegungskomponente zwischen Kolbenstange und Zylinder auf, sodass zwischen den beiden Montageelementen eine reine Rotationsbewegung ohne axiale Komponente stattfindet. Die Montageelemente können dann in einfacher Weise fest am Türblatt beziehungsweise Türrahmen angebracht werden.
Die Aufnahme der axialen Bewegungskomponente zwischen Zylinder und Kolbenanordnung könnte in einem Türscharnier gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung auch dadurch erfolgen, dass das erste Montageelement axial verschiebbar und drehfest an einem Türblatt gehalten wird oder/und dass das zweite Montageelement axial verschiebbar und drehfest an einem Türrahmen gehalten wird. Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 : Eine Querschnittsansicht einer Kolben-Zylinder-Einheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer die Längsachse des Zylinders enthaltenden Schnittebene, und
Figur 2: Eine Schnittansicht einer Kolben-Zylinder-Einheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer die Längsachse des Zylinders enthaltenden Schnittebene.
In Figur 1 ist eine Kolben-Zylinder-Einheit gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel der Erfindung allgemein mit 10 bezeichnet und umfasst einen Zylinder 12 sowie eine Kolbenanordnung 14, welche in einen
Innenraum des Zylinders 12 eingesetzt ist. Der Zylinder 12 definiert eine Längsachse L, welche im gezeigten Ausführungsbeispiel in vertikaler Richtung orientiert ist. In der vorliegenden Beschreibung beziehen sich Ortsund Richtungsangaben wie„oben",„unten",„axial",„radial",„horizontal" usw. auf die Längsachse L sowie auf eine Kolben-Zylinder-Einheit, in welcher die Längsachse L in vertikaler Richtung orientiert ist.
Die Kolbenanordnung 14 weist eine Kolbenstange 16 sowie einen an der Kolbenstange 16 angebrachten oder ausgebildeten Kolben 18 auf. Die Kolbenstange 16 tritt an einem unteren Längsende 19 des Zylinders 12 aus dem Innenraum des Zylinders 12 aus und ist an diesem Austrittsende 19 durch eine Dichtung 20 gegenüber dem Zylinder 12 abgedichtet.
Der Innenraum des Zylinders 12 ist durch den Kolben 18 in einen ersten Arbeitsraum 12-1 unterhalb des Kolbens 18 und einen zweiten Arbeitsraum 12-2 oberhalb des Kolbens 18 unterteilt. Im illustrierten Ausführungsbeispiel ist der erste Arbeitsraum 12-1 zwischen der Dichtung 20 am unteren
Austrittsende 19 des Zylinders 12 und einer Unterseite des Kolbens 18 definiert und der zweite Arbeitsraum 12-2 ist zwischen einem geschlossenen oberen Ende 22 des Zylinders 12 und einer Oberseite des Kolbens 18 definiert. Der erste Arbeitsraum 12-1 ist mit einem Dämpfungsfluid, zum Beispiel einem Öl, befüllt. Der zweite Arbeitsraum 12-2 ist zum Teil ebenfalls mit dem Dämpfungsfluid und zum anderen Teil mit einem Druckfluid, zum Beispiel einem unter Druck stehenden Gas, befüllt. In dem zweiten
Arbeitsraum 12-2 koexistieren somit Dämpfungsfluid und Druckfluid, wobei sich die beiden Fluide aufgrund unterschiedlicher Gewichte
beziehungsweise Aggregatzustände an einer in Figur 1 bei Bezugszeichen 24 angedeuteten Grenzfläche voneinander trennen, sodass das
Dämpfungsfluid in einem unteren, an den Kolben 18 angrenzenden
Abschnitt angeordnet ist und das Druckfluid in einem oberen, dem Kolben 18 abgewandten Abschnitt angeordnet ist. Die Menge an Dämpfungsfluid ist derart gewählt, dass sich der Kolben 18 in jeder Hubstellung der
Kolbenanordnung 14 unterhalb der Grenzfläche 24 befindet, das heißt dass der Kolben 18 stets vollständig in Dämpfungsfluid eingetaucht ist.
Der erste Arbeitsraum 12-1 und der zweite Arbeitsraum 12-2 sind durch mindestens einen Dämpfungsfluidkanal für einen Austausch von
Dämpfungsfluid miteinander verbunden. Im Ausführungsbeispiei durchsetzt ein D ä mpf u n g sf I u i d ka n a I 26 den Kolben 18 mit einem definierten
Strömungsquerschnitt. Es können ein oder mehrere weitere
Dämpfungsfluidkanäle 28 in dem Kolben 18 vorgesehen sein, um eine zuverlässige Funktionalität sicherzustellen.
Ein in den Zeichnungen nicht dargestelltes Ventil kann in oder an dem Dämpfungsfluidkanal 26 angeordnet sein, um einen Strömungsquerschnitt des Dämpfungsfluidkanals 26 zu verstellen, insbesondere den
Dämpfungsfluidkanal 26 in einer Schließstellung des Ventils vollständig zu verschließen, sodass ein Austausch von Dämpfungsfluid zwischen den Arbeitsräumen 12-1 , 12-2 unterbunden ist und somit eine axiale Feststellung des Kolbens 18 relativ zum Zylinder 12 erfolgt. Das mindestens eine Ventil kann in der oben bereits erwähnten Weise durch ein Stellelement in verschiedene Schaltzustände gestellt werden oder kann alternativ ein sich selbst verstellendes Ventil, beispielsweise ein Rückschlagventil, sein.
In einer nachfolgend zu beschreibenden Weise ist die Kolbenanordnung 14 mit dem Zylinder 12 erfindungsgemäß derart gekoppelt, dass sich
Kolbenanordnung 14 und Zylinder 12 relativ zueinander in einer
Schraubenbewegung um die Längsachse L verstellen können. Durch eine hierfür bereitgestellte Schraubenkopplung 30 ist die Relativbewegung zwischen Kolbenanordnung 14 und Zylinder 12 sogar auf eine solche Sch ra u be n beweg u ng beschränkt, sodass eine durch das Druckgas im oberen Teil des zweiten Arbeitsraums 12-2 bewirkte Ausschubkraft auf die Kolbenanordnung 14 durch die Schraubenkopplung 30 zwangsweise umgesetzt wird in eine kombinierte Bewegung mit einer axialen
Bewegungskomponente in Richtung eines Ausschubs der Kolbenstangel 6 aus dem Zylinder 12 und eine Drehbewegungskomponente im Sinne einer Rotation der Kolbenanordnung 14 relativ zum Zylinder 12 um die
Längsachse L als Drehachse.
Die Schraubenkopplung 30 ist im illustrierten Ausführungsbeispiel realisiert durch eine an der Kolbenanordnung 14 befestigte oder an der
Kolbenanordnung 14 ausgebildete Spindel mit einem Außengewinde 34, welches mit einem Innengewinde 36 in Eingriff ist, das fest an der Innenseite des Zylinders 12 vorgesehen ist. Das Innengewinde 36 kann insbesondere an einer Gewindemutter 38 ausgebildet sein, welche an der Innenwandung des Zylinders 12 befestigt ist. Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ist zu erkennen, dass die Gewindemutter 38 formschlüssig an dem Zylinder 12 gehalten ist, indem ein Vorsprung des Zylinders 12 in eine passende Vertiefung der Gewindemutter 38 eingreift.
Die Spindel 32 ihrerseits ist im illustrierten Ausführungsbeispiel am Kolben 18 auf einer der Kolbenstange 16 abgewandten Seite des Kolbens 18 angeordnet und erstreckt sich in Längsrichtung L. Das heißt, dass der Kolben 18 zwischen der Gewindespindel 32 und der Kolbenstange 16 positioniert ist. Vorteilhaft kann ein einteiliges Bauteil den Kolben 18 durchsetzen und gleichzeitig Teil der Kolbenstange 16 und Teil der Spindel 32 bilden. Alternativ ist denkbar, dass die Spindel 32 und die Gewindemutter 38 im ersten Arbeitsraum 12-1 angeordnet sind, beispielsweise indem an der Kolbenstange 16 ein Außengewinde vorgesehen ist, welches mit einem entsprechenden Innengewinde einer Gewindemutter beziehungsweise einem Innengewinde des Zylinders 12 in Eingriff steht. In einer weiteren Alternative ist denkbar, dass ein Gewindeeingriff unmittelbar zwischen dem Kolben 18 und einem Innengewinde des Zylinders 12 stattfindet. Zudem kann die Schraubenkopplung außerhalb des Zylinders 12 vorgesehen sein. In einer weiteren Alternative können Spindel, Kolbenstange und Kolben zusammen durch ein gemeinsames, materialeinheitliches Bauteil gebildet sein, beispielsweise als gedrehtes Bauteil mit einem verdickten Abschnitt zur Bildung des Kolbens und einem verdünnten Abschnitt zur Bildung der Kolbenstange, wobei an dem verdünnten Abschnitt ein Außengewinde zur Bildung der Spindel ausgebildet ist.
Die Kolben-Zylinder-Einheit 10 des ersten Ausführungsbeispiels umfasst ferner ein Rotationselement 40, welches an einem Lager 42 derart gelagert ist, dass es sich in Bezug auf den Zylinder 12 um die Längsachse L drehen kann, jedoch in axialer Richtung nicht verschieben kann. Das
Rotationselement 40 kann durch das Lager 42 insbesondere unmittelbar am Zylinder 12 drehbar gelagert sein, nämlich an dem unteren Austrittsende 19 des Zylinders 12. Die Kolbenstange 16, die an dieser Stelle aus dem
Zylinder 12 austritt, ist mit dem Rotationselement 40 rotationsübertragend jedoch axial verschiebbar gekoppelt, beispielsweise durch Eingriff einer äußeren Längsverzahnung 44 der Kolbenstange 16 in eine innere
Längsverzahnung 46 des Rotationselements 40. Das bedeutet, dass eine Drehung der Kolbenstange 16 um die Achse L direkt in eine Drehung des Rotationselements 40 umgesetzt wird, jedoch eine axiale Verschiebung der Kolbenstange 16 relativ zum Rotationselement 40 frei möglich ist.
Betrieb und Funktion der Kolben-Zylinder-Einheit 10 des ersten Ausführungsbeispiels lassen sich am Beispiel der Verwendung der Kolben- Zylinder-Einheit 10 als Türscharnier wie folgt darstellen. Ein Element aus Türrahmen und Türblatt, im folgenden beispielhaft das Türblatt, ist drehfest mit dem Zylinder 12 verbunden, während das andere Element, im Beispiel der Türrahmen, drehfest mit dem Rotationselement 40 verbunden ist. In dem in Figur 1 gezeigten Betriebszustand mit ausgefahrener Kolbenanordnung 14 ist die Tür geschlossen und wird durch den verbleibenden Überdruck des Druckfluids in der geschlossenen Stellung gehalten. Wird die Tür geöffnet, so wird Drehkraft auf das Rotationselement 40 übertragen, welches diese Dreh kraft auf die Kolbenstange 16 überträgt. Die Schraubenkopplung 30 zwingt diese Drehbewegung in eine schraubförmige Bewegung der
Kolbenanordnung 14 in Aufwärtsrichtung, sodass sich die Kolbenanordnung 14 vertikal nach oben schraubt. Diese Bewegung erfolgt gegen den
Widerstand des in dem zweiten Arbeitsraum 12-2 zunehmend stärker komprimierten Druckfluids und unter Dämpfung des die
Dämpfungsfluidkanäle 26 passierenden Dämpfungsfluids.
Wird die Tür in einem geöffneten oder halbgeöffneten Zustand losgelassen und somit das auf das Rotationselement 40 von außerhalb einwirkende Drehmoment weggenommen, so bewegt sich die Kolbenanordnung 14 unter dem Druck des Druckfluids wieder vertikal in Abwärtsrichtung. Diese
Ausschubbewegung wird durch die Schraubenkopplung 30 in eine
Schraubenbewegung gezwungen, das heißt der axialen Abwärtsbeweg ung wird zusätzlich eine Drehbewegung der Kolbenanordnung 14 überlagert. Im Ergebnis gleitet die Kolbenstange 16 in axialer Richtung an dem
Rotationselement 40 ab und versetzt dieses gleichzeitig in Drehbewegung. Die auf diese Weise erzeugte Drehbewegung zwischen Rotationselement 40 und Zylinder 12 ergibt schließlich eine Bewegung der Tür in Schließrichtung. Durch das Dämpfung sfluicl wird die Schließbewegung in der beschriebenen Weise gedämpft, sodass die Tür schließt, jedoch mit begrenzter
Geschwindigkeit.
Ist in dem mindestens einen Dämpfungsfluidkanal 26 ein Ventil der oben beschriebenen Art vorgesehen, so kann das Öffnungs- beziehungsweise Schließverhalten der Tür weiter je nach Anwendungsgebiet beeinflusst werden. Ist beispielsweise ein Stellglied zur Ansteuerung der Ventile vorgesehen, so kann die Tür beispielsweise in einer bestimmten
Schwenkstellung festgestellt werden, indem das Ventil beziehungsweise alle Ventile vollständig geschlossen werden.
Alternativ oder zusätzlich zu den Dämpfungsfluidkanälen 26 könnte an einer Innenseite des Zylinders 12 mindestens ein Bypasskanal vorgesehen sein, der einen Dämpfungsfluidaustausch zwischen den beiden Arbeitsräumen 12-1 , 12-2 um den Kolben 18 herum erlaubt. Durch geeignete Wahl der Position, axialen Länge und der Strömungsquerschnitte des mindestens einen Bypasskanals kann das Dämpfungsverhalten der Tür für verschiedene Türstellung geeignet gewählt werden. Denkbar ist beispielsweise eine Reduzierung der Anzahl oder der Strömungsquerschnitte der Bypasskanäle in dem Bereich der ausgefahrenen Stellung des Kolbens 18 (das heißt in dem Bereich, in welchem sich der Kolben 18 in Figur 1 befindet), sodass die Tür mit einer höheren Geschwindigkeit von einer offenen Stellung in eine nahezu geschlossene Stellung selbsttätig verschwenkt, dann jedoch von einem relativ kleinen Türöffnungswinkel bis zu einer vollständig
geschlossenen Stellung der Tür zwar noch selbsttätig jedoch mit reduzierter Geschwindigkeit bewegt wird, um die Schließgeräusche der Tür zu reduzieren und insbesondere ein Schlagen der Tür zu vermeiden.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 2 ein zweites
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert. Das zweite Ausführungsbeispiel ist eine Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels und im folgenden werden nur die Unterschiede zum ersten
Ausführungsbeispiel näher erläutert. Im Bezug auf alle anderen Elemente und Funktionen wird ausdrücklich auf die vorstehende Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels verwiesen. In Figur 2 sind gleiche oder analoge Bauteile gegenüber Figur 1 mit um 00 erhöhten Bezugszeichen bezeichnet. lm Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist im zweiten
Ausführungsbeispiel in dem zweiten Arbeits räum auf der dem Austrittsende 1 19 abgewandten Seite des Kolbens ein zweiter Kolben 148 angeordnet, welcher den zweiten Arbeitsraum in einen D ä mpf u ng sf I u i d ra u m 150 und einen Druckfluidraum 152 unterteilt. Der zweite Kolben 148 ist umfänglich durch eine Dichtung 154 gegenüber der Innenwandung des Zylinders 120 gegen einen Durchtritt von Dämpfungsfluid oder Druckfluid abgedichtet. Gleichzeitig ist der zweite Kolben 148 jedoch in axialer Richtung
verschiebbar in dem Zylinder 1 12 gefüh t.
Alternativ oder zusätzlich zu der Nutzung eines Druckfluids zum Vorspannen des zweiten Kolbens 148 kann der zweite Kolben 148 auch durch ein elastisches Element, insbesondere eine Feder, in axialer Richtung vorgespannt werden. Das elastische Element, beispielsweise eine in den Zylinder eingesetzte Spiralfeder oder ein Elastomerkörper, kann in
Kombination mit einem Druckfluid eingesetzt werden, um
temperaturbedingte Schwankungen der Druckkraft des Druckfluids kompensieren zu können. Alternativ könnte das elastische Element die gesamte Vorspannungskraft übernehmen und auf den Einsatz des
Druckfluids könnte gänzlich verzichtet werden. Der Raum oberhalb des zweiten Kolbens 148 könnte dann belüftet sein.
Im zweiten Ausführungsbeispiel beruht die Trennung zwischen Druckfluid und Dämpfungsfluid im zweiten Arbeitsraum nicht auf der Einstellung einer Schwerkraft-bedingten Grenzfläche beziehungsweise einer Phasentrennung sondern erfolgt durch den zweiten Kolben 148. Damit ist ein Einsatz der Kolben-Zylinder-Einheit auch in Anwendungen möglich, in welchen die Längsachse L nicht in vertikaler Richtung orientiert ist, also beispielsweise eine Anwendung der Kolben-Zylinder-Einheit in horizontaler Lage. Aber auch bei vertikaler Anwendung kann eine Zuverlässigkeit des Betriebs der Kolben-Zylinder-Einheit durch zuverlässige Trennung des Druckfluids vom Dämpfungsfluid verbessert werden. Wenngleich die Anwendung der Kolben-Zylinder-Einheit 10, 1 10 des ersten beziehungsweise zweiten Ausführungsbeispiels vorstehend anhand der Verwendung als Türscharnier beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Anwendung beschränkt. Sie bildet vielmehr allgemein ein in eine Drehrichtung vorgespanntes und gleichzeitig gedämpftes Drehlager und eröffnet dem Fachmann somit eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten.

Claims

Ansprüche
Kolben-Zylinder-Einheit (10, 1 10), umfassend
einen Zylinder (12) mit einer Längsachse (L) und eine in den Zylinder (12) eingesetzte Kolbenanordnung (14) mit einer Kolbenstange (16) und einem Kolben (18), der an einem im Zylinder (12) angeordneten Abschnitt der Kolbenstange (16) angeordnet ist,
wobei der Kolben (18) in dem Innenraum des Zylinders (12) einen ersten mit Dämpfungsfluid befüllten Arbeitsraum (12-1 ) von einem zweiten mit Dämpfungsfl uid befüllten Arbeitsraum (12-2) trennt, und
wobei in dem Innen räum des Zylinders ferner ein Druck- fluid oder/und ein elastisches Federmittel zur Vorspannung der Kolben-Zylinder-Einheit aufgenommen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenanordnung (14) und der Zylinder (12) durch eine Schraubenkopplung (30) miteinander gekoppelt sind, so dass sie relativ zueinander in einer Schraubenbewegung um die Längsachse (L) bewegbar sind.
Kolben-Zylinder-Einheit (10, 1 10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenseite des Zylinders (12) ein schraubenförmiger Ansatz oder eine Gewindemutter (38) fest oder axial unbeweglich vorgesehen ist, wobei der Ansatz oder die Gewindemutter (38) mit einem Gegeneiement (32) der Kolbenanordnung (14) in Eingriff steht.
Kolben-Zylinder-Einheit (10, 1 10) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an einem außerhalb der Kolben-Zylinder-Einheit (10, 1 10) angeordneten Abschnitt der Kolbenstange (16) ein Rotationsübertragungselement (40) vorgesehen ist, welches mit der Kolbenstange (16) rotationsübertragend und axial verschiebbar gekoppelt ist, welches jedoch relativ zum Zylinder (12) axial unverschiebbar und drehbar gehalten ist.
Kolben-Zylinder-Einheit nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an einem äußeren Abschnitt des Zylinders ein Rotationsübertragungselement vorgesehen ist, welches mit dem Zylinder rotationsübertragend und axial verschiebbar gekoppelt ist, welches jedoch relativ zur Kolbenanordnung axial unverschiebbar und drehbar gehalten ist.
Kolben-Zylinder-Einheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckfluid in dem zweiten Arbeitsraum (12-2) mit dem Dämpfungsfluid koexistiert.
Kolben-Zylinder-Einheit (1 10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckfluid oder/und das Federmittel in einem dritten Arbeitsraum (152) gehalten ist, welcher durch einen axial verschiebbaren zweiten Kolben (148) von dem zweiten Arbeitsraum (150) abgetrennt ist.
Kolben-Zylinder-Einheit (10, 1 10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Arbeitsraum (12-1) und der zweite Arbeitsraum (12-2) durch mindestens einen Dämpfungsfluidkanal (26, 28) miteinander verbunden sind, welcher in dem Kolben (18) ausgebildet oder als Bypasskanal am Zylinder ausgebildet ist.
Kolben-Zylinder-Einheit (10, 1 10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Dämpfungsfluidkanal (26, 28) oder an einer Öffnung des Dämpfungsfluidkanals (26, 28) ein den Strömungsquerschnitt beeinflussendes Ventil angeordnet ist.
9. Kolben-Zylinder-Einheit (10, 1 10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil in einen Schließzustand stellbar ist, in welchem es den Dämpfungsfluidkanal (26, 28) vollständig schließt, insbesondere derart, dass ein Austausch von Dämpfungsfluid zwischen dem ersten Arbeitsraum (12-1 ) und dem zweiten Arbeitsraum (12-2) im Wesentlichen vollständig unterbunden ist.
10. Kolben-Zylinder-Einheit (10, 1 10) nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil durch ein Stellelement ansteuerbar ist, insbesondere magnetisch ansteuerbar ist.
1 1 . Türscharnier, umfassend ein
erstes Montageelement (12) zur Montage an einem Türblatt,
ein zweites Montageelement (40) zur Montage an einem Türrahmen sowie
eine Kolben-Zylinder-Einheit (10, 1 10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass eines der beiden Montageelemente (12, 40) rotationsübertragend mit dem Zylinder gekoppelt oder durch den Zylinder (12) gebildet ist und das andere der beiden Montageelemente (40, 12) rotationsübertragend mit der Kolbenstange (16) gekoppelt oder durch die Kolbenstange gebildet ist.
12. Türscharnier nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder oder/und die Kolbenstange (16) axial verschiebbar und drehfest an dem zugeordneten Montageelement (40) gehalten sind.
13. Türscharnier nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Montageelement dafür eingerichtet ist, axial verschiebbar und drehfest an einem Türblatt gehalten zu werden oder/und dass das zweite Montageelement dafür eingerichtet ist, axial verschiebbar und drehfest an einem Türrahmen gehalten zu werden.
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