DE19649836A1 - Gasfeder mit Bremseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasfeder entsprechend dem Oberbegriff von Patentan­ spruch 1.

Gasfedern werden in der Regel als Hubhilfe eingesetzt, um die Hand kraft für ei­ nen Benutzer möglichst gering zu halten. Besonders an Fahrzeugklappen sind Gasfedern als Hubhilfe weit verbreitet. Aus der DE 33 01 544 A1 ist eine Gasfe­ der als Huborgan zum Öffnen von nach oben schwenkbaren Klappen bekannt, bei der ein Kolben den Zylinder der Gasfeder in zwei Arbeitsräume unterteilt. Eine Bypassnut definiert einen ersten Öffnungswinkelbereich der Fahrzeugklappe, den die Gasfeder grundsätzlich freigibt. Im weiteren Hubweg wird ein Überdruckventil wirksam, das mittels einer zusätzlichen Handkraft mittelbar geöffnet werden kann, so daß die Blockierfunktion der Gasfeder aufgehoben ist. Diese Gasfeder bietet sich insbesondere für Fahrzeuge mit einer großen Fahrzeugklappe an, bei der die Möglichkeit besteht, daß sie in einer Garage an die Decke anschlagen oder aber von kleingewachsenen Personen nicht mehr geschlossen werden kön­ nen.

Bei einigen Anwendungen mit Gasfedern, z. B. bei Fahrzeugklappen, besteht der Wunsch, daß nach einem nicht ordnungsgemäßen Schließvorgang die Fahrzeug­ klappe durch den Fahrtwind oder vergleichbare äußere Kräfte unkontrolliert ge­ öffnet werden kann. Ähnliche Gegebenheiten treten auch bei Klappfenstern auf. Dabei werden die äußeren Kräfte von der Ausschubkraft der Gasfeder unter­ stützt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Lösung für die beschriebene Pro­ blematik zu finden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem daß bei einer Bewe­ gungsgeschwindigkeit aufgrund äußerer Kräfte oberhalb der maximalen Ausfahr­ geschwindigkeit eine Bremseinrichtung wirksam wird, die die Bewegungsge­ schwindigkeit auf ein gewünschtes Maß begrenzt. Ein ganz wesentlicher Vorteil dieser Gasfeder liegt darin, daß die Blockierung wegunabhängig erfolgt. Man muß keinen Mindestöffnungswinkel in Kauf nehmen. Des weiteren werden Festan­ schläge bei der normalen Betätigung der Gasfeder vermieden.

Bei einer ersten Ausführungsform unterteilt ein Kolben, der an der Kolbenstange befestigt ist, den Zylinder in zwei Arbeitsräume, die über mindestens eine Durch­ strömungsöffnung verbunden sind, wobei die Durchströmungsöffnung(en) auf­ grund des Staudrucks im Arbeitsraum von einer Abdeckscheibe ab einer definier­ ten Bewegungsgeschwindigkeit gegen eine Offenhaltekraft zumindest teilweise verschlossen wird/werden. Der Staudruck ist proportional der Bewegungsge­ schwindigkeit und kann als direkte Größe für die Bremseinrichtung verwendet werden. Man kann die völlige Blockierung oder auch eine verminderte Hubge­ schwindigkeit in Abhängigkeit der verbleibenden Querschnittsgröße erreichen.

Ganz besonders einfach läßt sich die Bremseinrichtung verwirklichen, indem der Staudruck in dem der Abdeckscheibe zugeordneten Arbeitsraum eine elastische Verformung der Abdeckscheibe mit sich bringt, wobei die Verformung einen Schließweg bezogen auf die Querschnitte der Durchströmungsöffnung(en) dar­ stellt. Der Vorteil liegt darin, daß man keine axial beweglichen Bauteile verwen­ den muß. Versuche haben ergeben, daß eine einfache Abdeckscheibe aus PU die gestellte Funktion zur völligen Zufriedenheit erfüllt.

Zusätzlich oder alternativ kann die Abdeckscheibe einerseits ab einer definierten Bewegungsgeschwindigkeit vom Staudruck in Schließrichtung und andererseits von einem Federelement in Öffnungsbewegung beaufschlagt werden. Das Federe­ lement reduziert die Streuungen bei der Elastizität der Abdeckscheibe, wobei man auch eine völlig starre, aber axial bewegliche Abdeckscheibe verwenden kann.

In weiterer Ausgestaltung steht die Abdeckscheibe in Verbindung mit einem Si­ cherungselement, das die Abdeckscheibe unterhalb der definierten Bewegungs­ geschwindigkeit von der/den Durchströmungsöffnung(en) abgehoben hält, wobei sich das Sicherungselement oberhalb der Bewegungsgeschwindigkeit löst und die Abdeckscheibe die Durchströmungsöffnung(en) zumindest teilweise verschließt. Man verhindert eine Schwingbewegung der Abdeckscheibe und damit ggf. auf­ tretende Geräusche.

Dabei weist das Sicherungselement eine vom Staudruck beaufschlagte Scheibe auf, die relativ zur der/den Durchströmungsöffnungen axial beweglich ist, wobei die Scheibe einen Teil einer Rastverbindung aufweist, der mit einem ortsfest zum Kolben angeordneten anderen Teil eine lösbare Rastverbindung bildet.

Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch weist die beaufschlagte Scheibe einen Hülsenabschnitt aufweist, der eine Rastnut auf, wobei in diese Rastnut eine orts­ feste Rastscheibe eingreift.

Des weiteren ist vorgesehen, daß innerhalb des Hülsenabschnitts eine Druckfeder angeordnet ist, die in Richtung des Staudrucks wirksam ist. Die Druckfeder er­ möglicht die Verwendung einer relativ kleinen Staudruckfläche. Zusätzlich wird die Temperaturempfindlichkeit der gesamte Bremseinrichtung verringert, da der Staudruck einen kleineren Anteil an der Schließkraft der Abdeckscheibe über­ nimmt.

In weiterer Ausgestaltung ist die Druckfeder zwischen der druckbeaufschlagten Scheibe und der Rastscheibe axial verspannt.

Für eine zuverlässige und vom Kraftaufwand vertretbare Lösung der Rastverbin­ dung ist der Hülsenabschnitt zumindest im Bereich der Rastnut radial beweglich ausgeführt. Dabei wird die radiale Beweglichkeit des Hülsenabschnitts durch mindestens einen Schlitz im Hülsenabschnitt realisiert.

Bei einer Alternativlösung ist zwischen dem Zylinder und der Einheit aus Kolben und Kolbenstange die Bremseinrichtung angeordnet, die einen Bremskörper und ein Vorspannelement für den Bremskörper aufweist, wobei das Vorspannelement infolge einer Reaktionskraft aufgrund der erhöhten Bewegungsgeschwindigkeit einen Stellweg ausführt, der eine Änderung der radialen Vorspannung des Brems­ körpers bewirkt.

So ist der Bremskörper oder das Vorspannelement als ein träger Körper ausge­ führt, so daß über die Massenträgheit die Reaktionskraft für den Stellweg inner­ halb der Bremseinrichtung erzeugt wird. Mit diesen Konstruktionsmerkmalen ist die Bremseinrichtung völlig unabhängig vom Innendruck der Gasfeder, so daß auch eine Temperaturunempfindlichkeit der Bremseinrichtung gewährleistet ist.

Es kann der Bremskörper oder das Vorspannelement auch eine Staudruckfläche aufweisen, wobei der wirksame Staudruck eine Axialbewegung zwischen dem Bremskörper und dem Vorspannelement bewirkt.

Bei einer weiteren Variante ist zwischen dem Zylinder und der Einheit aus Kolben und Kolbenstange die Bremseinrichtung angeordnet, die eine zur Gasfederlängs­ achse schräg gestellte Klemmscheibe aufweist, die von einer Feder in einer Frei­ gangposition gehalten wird, wobei ab einer definierten Bewegungsgeschwindig­ keit der Staudruck innerhalb des Arbeitsraumes die Klemmscheibe eine Kippbe­ wegung ausführen läßt, wodurch ein Kontakt zwischen der Klemmscheibe und dem Zylinder hergestellt wird.

Für eine besonders raumsparende Feder ist vorgesehen, daß die Schrägstellung der Klemmscheibe von einer einseitig an der Klemmscheibe angreifenden Feder­ zunge erzeugt wird.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 beispielhafte Einbausituation einer Gasfeder mit Bremseinrichtung,

Fig. 2-6 Ausführungsbeispiele der Bremseinrichtung innerhalb der Gasfeder.

Die Fig. 1 zeigt stark vereinfacht einen Ausschnitt aus einem Kraftfahrzeug, des­ sen Fronthaube 1 von zwei Gasfedern 3 kraftunterstützt geöffnet werden kann. Die Gasfeder 3 umfaßt u. a. einen Zylinder 5 in dem eine Kolbenstange 7 axial beweglich geführt ist. Anschlußorgane 9, 11 verbinden die Gasfeder mit der Fahrzeugkarosserie und der Fronthaube 1.

Jedes Fahrzeug hat ein Haubenschloß 13, das in der Regel zwei Schließstufen aufweist, damit während der Fahrt ein ungewolltes Öffnen der Haube unterbun­ den ist. Wie man aus dieser Figur erkennen kann, bietet eine teilgeöffnete Haube schon eine beachtliche Windangriffsfläche, so daß die ungewollte Öffnungsbe­ wegung, beispielsweise bei einem defekten Haubenschloß, sehr rasch ablaufen könnte.

Damit diese ungewollte Öffnungsbewegung verhindert wird, verfügen die Gasfe­ dern über Bremseinrichtungen 15, die in den weiteren Figuren detaillierter be­ schrieben werden.

Die Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus der Gasfeder 3. An der Kolbenstange 7 ist ein Kolben 17 befestigt, der den Zylinder 5, der mit Gas gefüllt ist, in zwei Ar­ beitsräume 19, 21 unterteilt. Die beiden Arbeitsräume sind über mindestens eine Durchströmungsöffnung 23 miteinander verbunden, damit ein Gasaustausch zwi­ schen den beiden Arbeitsräumen stattfinden kann. Aufgrund der Gasfüllung wirkt als Resultierende eine Ausschubkraft auf den Querschnitt der Kolbenstange. Die­ se Ausschubkraft definiert eine maximale Ausfahrgeschwindigkeit.

Sollte einmal der Fall eintreten, daß die Fronthaube nicht ordnungsgemäß ver­ schlossen ist und äußere Kräfte, beispielsweise durch den Fahrtwind bedingt, eine Öffnungsbewegung der Fronthaube auslösen, so wird der Gasdruck im Ar­ beitsraum 19 plötzlich ansteigen, wodurch auf eine Abdeckscheibe 25 der Brem­ seinrichtung 15 ein Staudruck wirksam wird. Die Abdeckscheibe wird im Nor­ malbetrieb von einer Distanzscheibe 27 von den Durchströmungsöffnungen 23 beabstandet. Aufgrund des Staudrucks tritt bei der Abdeckscheibe jedoch eine elastische Verformung auf, die den bisherigen Abstand reduziert, ggf. sogar voll­ ständig aufhebt, so daß die Durchströmungsöffnungen von der Abdeckscheibe blockiert werden. In diesem Betriebszustand der Gasfeder wird die Ausfahrge­ schwindigkeit reduziert bzw. die Gasfeder wird vollständig blockiert. Für den Fah­ rer bleibt genügend Zeit, um das Fahrzeug vor dem Hochschlagen der Fronthaube zum Stillstand zu bringen. Versuche haben ergeben, daß die Blockierfunktion ge­ halten wird, bis man eine Einschubbewegung der Kolbenstange auslöst.

In der Fig. 3 wird anstelle einer elastisch verformbaren Abdeckscheibe eine axial bewegliche Abdeckscheibe 25 in Verbindung mit einem Federelement 29 perma­ nent in Öffnungsrichtung bezogen auf die Durchströmungsöffnungen beauf­ schlagt. Ein möglicher Staudruck wirkt gegen die Kraft des Federelementes in Schließrichtung.

Die Fig. 4 zeigt die Bremseinrichtung 15 ebenfalls mit einer starren Abdeckschei­ be 25, die axial beweglich auf einem Kolbenstangenzapfen 31 geführt ist. Die Staudruckfläche wird von einer Scheibe 33 bereitgestellt, die der Abdeckscheibe unmittelbar nachgeordnet ist. Die Scheibe 33 verfügt über einen Hülsenab­ schnitt 35, der als Teil einer Rastverbindung eine Rastnut 37 aufweist. Eine orts­ feste Rastscheibe 39 greift in die Rastnut 37 ein und hält die Scheibe 33 damit im Normalbetrieb fest. Eine Druckfeder 41 wird innerhalb des Hülsenabschnitts geführt und ist zwischen der Rastscheibe 39 und der Scheibe 33 axial verspannt, also vollständig gekammert.

Die Scheibe 33 wird nicht nur vom Staudruck im Arbeitsraum 19, sondern auch von der Druckfeder 41 in Schließrichtung der Abdeckscheibe 25 belastet. Da­ durch ergibt sich eine resultierende Schließkraft aus Staudruck x Staudruckfläche überlagert mit der Kraft der Druckfeder 41. Ist die resultierende Schließkraft grö­ ßer als die Haltekraft der Rastverbindung, 50 werden die Durchströmungsöffnun­ gen 23 im Kolben der Gasfeder blockiert. Über die Rastverbindung zwischen der Rastnut und der Rastscheibe wird eine Haltekraft erzeugt, die eine exakte Tren­ nung zwischen dem Normalbetrieb und der Notsituation schafft. Ein Schlitz 35a im Hülsenabschnitt 35 sorgt für eine ausreichende radiale Aufweitbarkeit, damit sich die Rastverbindung aus Rastscheibe und Rastnut zuverlässig lösen kann.

Die Fig. 5 zeigt zwei Varianten, bei denen jeweils ein Bremskörper 43 und ein Vorspannelement 45 bei einer Relativbewegung einen Stellweg 47 ausführen, der eine Änderung der radialen Vorspannung des Bremskörpers zum Zylinder 5 mit sich bringt.

In der oberen Figurenhälfte wird das Vorspannelement einerseits vom Staudruck und andererseits von dem Federelement 29 beaufschlagt. Übersteigt der Stau­ druck ein bestimmtes Niveau, so führt das Vorspannelement die Relativbewe­ gung aus, wobei über eine Konusverbindung 49 zwischen dem Bremskörper und dem Vorspannelement eine radiale Aufweitung des geschlitzten Bremskörpers erreicht wird.

In der unteren Figurenhälfte wird anstelle des Staudrucks im Arbeitsraum 19 die Massenträgheit des Bremskörpers ausgenutzt. Die plötzliche Beschleunigung bei der ungewollten Haubenbewegung in Verbindung mit der Masse des Bremskör­ pers stellt im Ergebnis eine in Richtung des Arbeitsraums 21 gerichtete Träg­ heitskraft dar, die den Bremskörper relativ zum Vorspannelement bewegt. Es wird ebenfalls eine Konusverbindung zwischen dem Bremskörper und dem Vor­ spannelement ausgenutzt, um die radiale Vorspannung des Bremskörpers zu än­ dern. Dieses Prinzip benötigt im Gegensatz zu den bisherigen Lösungen keine Gasfüllung und damit auch keinen Staudruck, so daß diese Bremseinrichtung auf jedes beliebige Kolben-Zylinderaggregat übertragbar ist.

Damit im Normalbetrieb keine Klappergeräusche auftreten können, ist der Brems­ körper über zwei ringförmige Puffer 51 elastisch gelagert. Wie man aus der Fig. 5 erkennt, kann je nach Ausgestaltung der Bremskörper oder das Vorspannelement des Stellweg 47 ausführen.

Die Fig. 6 zeigt eine Bremseinrichtung zwischen der Kolbenstange und dem Zy­ linder, bei der eine Klemmscheibe 53 schräg zur Gasfederlängsachse angeordnet ist. Die Klemmscheibe wird von einer Feder in Form einer Federzunge 55 in einer Freigangposition gehalten, solange der Druck oberhalb der Klemmscheibe im normalen Bereich liegt. In der vorbeschriebenen Notsituation drückt der Stau­ druck die Klemmscheibe 53 gegen die Federzunge 55 in eine Position, bei der die Klemmscheibe mit der Innenwandung des Zylinders in Reibkontakt steht. In Abhängigkeit des Ausgangswinkels kann auch eine völlige Blockierung der Kol­ benstangenbewegung erreicht werden.

Claims (16)

1. Gasfeder, umfassend einen Zylinder, in dem eine Kolbenstange axial beweg­ lich angeordnet ist, wobei in dem Zylinder eine Gasfüllung enthalten ist, die auf die Kolbenstange eine Ausschubkraft bewirkt, die eine maximale Aus­ fahrgeschwindigkeit der Kolbenstange mit sich bringt, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Bewegungsgeschwindigkeit aufgrund äußerer Kräfte oberhalb der maximalen Ausfahrgeschwindigkeit eine Bremseinrichtung (15) wirksam wird, die die Bewegungsgeschwindigkeit auf ein gewünschtes Maß begrenzt.

2. Gasfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Kolbenstange (7) ein Kolben (17) befestigt ist, der den Zylinder (5) in zwei Arbeitsräume (19, 21) unterteilt, die über mindestens eine Durch­ strömungsöffnung (23) verbunden sind, wobei die Durchströmungsöff­ nung(en) aufgrund des Staudrucks im Arbeitsraum (19) von einer Abdeck­ scheibe (25) ab einer definierten Bewegungsgeschwindigkeit gegen eine Of­ fenhaltekraft zumindest teilweise verschlossen wird/werden.

3. Gasfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Staudruck in dem der Abdeckscheibe (25) zugeordneten Arbeits­ raum (19) eine elastische Verformung der Abdeckscheibe (25) mit sich bringt, wobei die Verformung einen Schließweg bezogen auf die Querschnitte der Durchströmungsöffnung(en) (23) darstellt.

4. Gasfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckscheibe (25) einerseits ab einer definierten Bewegungsge­ schwindigkeit vom Staudruck in Schließrichtung und andererseits von einem Federelement (29) in Öffnungsbewegung beaufschlagt wird.

5. Gasfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckscheibe (25) in Verbindung mit einem Sicherungselement steht, das die Abdeckscheibe (25) unterhalb der definierten Bewegungsge­ schwindigkeit von der/den Durchströmungsöffnung(en) abgehoben hält, wo­ bei sich das Sicherungselement oberhalb der Bewegungsgeschwindigkeit löst und die Abdeckscheibe die Durchströmungsöffnung(en) zumindest teilweise verschließt.

6. Gasfeder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungselement eine vom Staudruck beaufschlagte Scheibe (33) aufweist, die relativ zu der/den Durchströmungsöffnungen (23) axial beweg­ lich ist, wobei die Scheibe einen Teil einer Rastverbindung aufweist, der mit einem ortsfest zum Kolben angeordneten anderen Teil eine lösbare Rastver­ bindung bildet.

7. Gasfeder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beaufschlagte Scheibe (33) einen Hülsenabschnitt (35) aufweist, der eine Rastnut (37) aufweist, wobei in diese Rastnut eine ortsfeste Rastschei­ be (39) eingreift.

8. Gasfeder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Hülsenabschnitts (35) eine Druckfeder (41) angeordnet ist, die in Richtung des Staudrucks wirksam ist.

9. Gasfeder nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (41) zwischen der druckbeaufschlagten Scheibe (33) und der Rastscheibe (39) axial verspannt ist.

10. Gasfeder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hülsenabschnitt (35) zumindest im Bereich der Rastnut radial beweg­ lich ausgeführt ist.

11. Gasfeder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Beweglichkeit des Hülsenabschnitts (35) durch mindestens ei­ nen Schlitz (35a) im Hülsenabschnitt realisiert wird.

12. Gasfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zylinder (5) und der Einheit aus Kolben (17) und Kolben­ stange (7) die Bremseinrichtung (15) angeordnet ist, die einen Bremskör­ per (43) und ein Vorspannelement (45) für den Bremskörper (43) aufweist, wobei das Vorspannelement infolge einer Reaktionskraft aufgrund der erhöh­ ten Bewegungsgeschwindigkeit einen Stellweg (47) ausführt, der eine Ände­ rung der radialen Vorspannung des Bremskörpers (43) bewirkt.

13. Gasfeder nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremskörper (43) oder das Vorspannelement (45) als ein träger Kör­ per ausgeführt ist, so daß über die Massenträgheit die Reaktionskraft für den Stellweg (47) innerhalb der Bremseinrichtung (15) erzeugt wird.

14. Gasfeder nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremskörper (43) oder das Vorspannelement (45) eine Staudruckflä­ che aufweist, wobei der wirksame Staudruck eine Axialbewegung zwischen dem Bremskörper und dem Vorspannelement bewirkt.

15. Gasfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zylinder (5) und der Einheit aus Kolben (17) und Kolben­ stange (7) die Bremseinrichtung (15) angeordnet ist, die eine zur Gasfeder­ längsachse schräg gestellte Klemmscheibe (53) aufweist, die von einer Feder in einer Freigangposition gehalten wird, wobei ab einer definierten Bewe­ gungsgeschwindigkeit der Staudruck innerhalb des Arbeitsraumes (19) die Klemmscheibe eine Kippbewegung ausführen läßt, wodurch ein Kontakt zwi­ schen der Klemmscheibe und dem Zylinder hergestellt wird.

16. Gasfeder nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägstellung der Klemmscheibe (53) von einer einseitig an der Klemmscheibe angreifenden Federzunge (55) erzeugt wird.