DE102004063362A1

DE102004063362A1 - Druckmittelbetätigbare Kolben-Zylinder-Anordnung

Info

Publication number: DE102004063362A1
Application number: DE200410063362
Authority: DE
Original assignee: ACTS Advanced Car Technology Systems GmbH and Co KG
Current assignee: ACTS GmbH and Co KG
Priority date: 2004-12-30
Filing date: 2004-12-30
Publication date: 2006-07-13

Abstract

Eine druckmittelbetätigbare Kolben-Zylinder-Anordnung (1) mit einer Vorrichtung zur Verriegelung eines Arbeitskolbens (2) weist mindestens ein Verriegelungselement (7) auf, welches zwischen einer Verriegelungsposition und einer Freigabeposition beweglich gelagert ist und durch eine Druckmittelbetätigung zwangsgeführt bewegbar ist. Das Verriegelungselement (7) ist mittels eines schwenkbar gelagerten Hebelarms (12) zwangsgeführt bewegbar, wobei ein erstes Ende (11) des Hebelarms (12) an dem Verriegelungselement (7) gelagert ist und ein zweites Ende (14) des Hebelarms (12) an einem Verriegelungskolben (15) so gelagert ist, dass der Verriegelungskolben (15) durch eine Druckmittelbetätigung aus einer Ruheposition verschiebbar ist und ein Verschwenken des Hebelarms (12) bewirkt. Der Verriegelungskolben (15) ist über eine Rückstellfeder (16) mit dem Arbeitskolben (2) der Kolben-Zylinder-Anordnung (1) verbunden. Die Vorrichtung zur Verriegelung weist vier gleichmäßig entlang des Umfangs des Arbeitskolbens (2) angeordnete Verriegelungselemente (7) auf, die jeweils über einen radial angeordneten Hebelarm (12) zwangsgeführt bewegbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine druckmittelbetätigbare Kolben-Zylinder-Anordnung mit einer Vorrichtung zur Verriegelung eines Arbeitskolbens, wobei mindestens ein Verriegelungselement zwischen einer Verriegelungsposition und einer Freigabeposition beweglich gelagert ist.
Es ist bekannt, druckmittelbetätigbare Arbeitszylinder mit einer Verriegelungsvorrichtung zu versehen, die eine mechanische Sperre für die Bewegung des Arbeitskolbens beziehungsweise der Kolbenstange bewirken. Derartige Verriegelungsvorrichtungen werden oftmals vorgesehen, wenn die druckmittelbetätigbaren Arbeitskolben ständig unter Last stehen. Eine Verriegelung des Arbeitskolbens ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Arbeitszylinder über einen längeren Zeitraum im drucklosen Zustand verwendet wird und der Arbeitskolben beziehungsweise die damit verbundene Kolbenstange zuverlässig in einer Ruheposition fixiert und gehalten werden sollen.
Derartige druckmittelbetätigbare Kolben-Zylinder-Anordnungen werden beispielsweise bei einem Aktuatoriksystem eines Kraftfahrzeugs zum Anstellen der Motorhaube für den Fußgängerschutz im Falle eines Unfalls verwendet. während des vorgesehenen Betriebs des Kraftfahrzeugs wird die Motorhaube mittels einer im drucklosen Zustand verriegelten Kolben-Zylinder-Anordnung in der vorgesehenen Ausrichtung und Anordnung gehalten. Im Falle eines Unfalls kann durch das Einleiten eines Druckmittels und gleichzeitigem Lösen der Verriegelung des Arbeitskolbens dieser schlagartig ausgelenkt werden, so dass die Motorhaube angehoben beziehungsweise hochgeschwenkt wird, um dadurch die Folgen des eventuellen Aufpralls eines Fußgängers zu mildern.
Bekannte Vorrichtungen zur Verriegelung des Arbeitskolbens weisen oftmals Verriegelungselemente, üblicherweise Sperrkugeln auf, die zwischen einer Verriegelungsposition und einer Freigabeposition beweglich gelagert sind. In der Verriegelungsposition verhindern die Sperrkugeln eine unerwünschte Bewegung des Arbeitskolbens relativ zum Zylinder. Zum Entriegeln des Arbeitskolbens wird üblicherweise eine Freigabeposition für die Sperrkugeln freigegeben oder bereitgestellt, so dass die Sperrkugeln aus der Verriegelungsposition in die Freigabeposition hineinrollen können und so die Verriegelung freigeben. Das Entriegeln der Sperrkugeln und damit des Arbeitszylinders kann manuell, durch eine gesonderte Steuerung der Verriegelungsvorrichtung oder aber durch die Druckbeaufschlagung der Kolben-Zylinder-Anordnung mit einem Druckmittel erfolgen. Wird die Verriegelungsvorrichtung in gleicher Weise wie der Arbeitskolben durch ein Druckmittel betätigt, so entfällt die Notwendigkeit für zusätzliche äußere Steuerungselemente für die Entriegelung des Arbeitskolbens.
Wird eine derartige druckmittelbetätigbare Kolben-Zylinder-Anordnung mit beweglich gelagerten Sperrkugeln über einen langen Zeitraum drucklos und verriegelt betrieben, um dann in Sekundenbruchteilen entriegelt und betätigt zu werden, so ist der konstruktive und herstellungstechnisch bedingte Aufwand erheblich, wenn eine zuverlässige Auslösung und Betätigung der Kolben-Zylinder-Anordnung gewährleistet werden soll. Insbesondere hat sich gezeigt, dass die Beweglichkeit von Sperrkugeln in einer solchen Verriegelungsvorrichtung merklich von der Einbaulage der Kolben-Zylinder-Anordnung abhängen kann. Ist die Verriegelungsvorrichtung beispielsweise für eine senkrechte Einbaulage vorgesehen, so besteht oftmals bereits bei einer geneigten Einbaulage die Gefahr, dass eine oder mehrere Sperrkugeln nicht oder nicht ausreichend schnell sich aus ihrer Verriegelungsposition heraus bewegen und den Arbeitskolben nicht rechtzeitig freigeben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demzufolge, eine druckmittelbetätigbare Kolben-Zylinder-Anordnung mit einer Vorrichtung zur Verriegelung des Arbeitskolbens gemäß der eingangs genannten Gattung so auszugestalten, dass unabhängig von der Einbaulage der Kolben-Zylinder-Anordnung eine schnelle und zuverlässige Entriegelung des Arbeitskolbens ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das mindestens eine Verriegelungselement durch eine Druckmittelbetätigung zwangsgeführt bewegbar ist. Durch eine geeignete Ausgestaltung der Verriegelungsvorrichtung kann erreicht werden, dass das mindestens eine Verriegelungselement zwangsgeführt aus der Verriegelungsposition heraus bewegt wird. Durch die Zwangsführung kann weiterhin sichergestellt werden, dass das mindestens eine Verriegelungselement zuverlässig ausreichend weit aus der Verriegelungsposition heraus bewegt und gegebenenfalls vollständig in die zugeordnete Freigabeposition hin bewegt wird. Die durch die Zwangsführung auf das mindestens eine Verriegelungselement ausgeübten Kräfte können mit einfachen Mitteln ausreichend groß vorgesehen sein, um eine schnelle und zuverlässige Entriegelungsbewegung unabhängig von der Einbaulage und gegebenenfalls gegen Reibungswiderstände zu gewährleisten.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das mindestens eine Verriegelungselement mittels eines schwenkbar gelagerten druckmittelbetätigbaren Hebelarms zwangsgeführt bewegbar ist, wobei ein erstes Ende des Hebelarms an dem Verriegelungselement gelagert ist. Durch eine Schwenkbewegung des Hebelarms wird eine Bewegung des mit dem Hebelarm verbundenen Verriegelungselements erzwungen. Durch eine geeignete Ausgestaltung des Hebelarms kann erreicht werden, dass eine vorgebbare Druckbeaufschlagung der Kolben-Zylinder-Anordnung erforderlich, beziehungsweise hinreichend ist, um eine Schwenkbewegung des Hebelarms herbeizuführen, die das Verriegelungselement aus der Verriegelungsposition herausbewegt und den Arbeitskolben entriegelt. Dabei kann der Hebelarm mit dem Verriegelungselement auf unterschiedliche Weise in Eingriff stehen, um in Abhängigkeit von den jeweiligen Anforderungen das Verriegelungselement aus der Verriegelungsposition herauszuziehen, herauszudrücken, herauszuschieben oder durch Verkippen, Verschwenken oder Verdrehen auf der Verriegelungsposition herauszubewegen.

Einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass ein zweites Ende des Hebelarms an einem Verriegelungskolben so gelagert ist, dass der Verriegelungskolben durch eine Druckmittelbetätigung aus einer Ruheposition verschiebbar ist und ein Verschwenken des Hebelarms bewirkt. Der Verriegelungskolben kann entweder innerhalb des Arbeitszylinders oder aber im Inneren eines zusätzlich vorgesehenen Verriegelungszylinders angeordnet sein. Zweckmäßigerweise ist der Verriegelungskolben koaxial zum Arbeitskolben mit einem Abstand zu diesem auf der dem einströmenden Druckmittel zugewandten Seite angeordnet. Sobald das Druckmittel in den Arbeitszylinder einströmt, wird zunächst eine Verschiebung des Verriegelungskolbens aus seiner Ruheposition und damit ein Verschwenken des Hebelarms bewirkt. Durch das Verschwenken des Hebelarms wird das mit dem ersten Ende des Hebelarms verbundene Verriegelungselement aus seiner Verriegelungsposition herausbewegt und der Arbeitskolben entriegelt. Durch die gegebenenfalls zunehmende Druckbeaufschlagung des Arbeitszylinders wird der freigegebene Arbeitskolben ausgelenkt und die gewünschte Bewegung der damit verbundenen Kolbenstange erreicht.

Gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedanken ist vorgesehen, dass der Hebelarm zwischen seinen beiden Enden schwenkbar an dem Arbeitskolben der Kolben-Zylinder-Anordnung gelagert ist. Solange der Arbeitskolben noch durch das mindestens eine Verriegelungselement verriegelt und in seiner Position fixiert ist, bewirkt bei einer geeigneten Anordnung des Hebelarms eine Relativbewegung des Verriegelungskolbens zu dem feststehenden Arbeitskolben ein Verschwenken des Hebelarms und eine dadurch verursachte Zwangsführung des Verriegelungselements aus der Verriegelungsposition heraus. Zweckmäßigerweise sind die beiden Enden des Hebelarms in einem Winkel zueinander ausgerichtet, so dass die axiale Bewegung des Verriegelungskolbens in geeigneter Weise in eine radiale Zwangsführung des oder der Verriegelungselemente umgesetzt werden kann.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass der Verriegelungskolben über eine Rückstellfeder mit dem Arbeitskolben der Kolben-Zylinder-Anordnung verbunden ist und durch die Federkraft in seiner Ruheposition im Abstand zum Arbeitskolben gehalten wird. Die Federkraft der Rückstellfeder ist dabei ausreichend groß bemessen, um im drucklosen Zustand des Arbeitszylinders eine unerwünschte Relativbewegung des Verriegelungskolbens in Richtung des Arbeitskolbens und eine dadurch möglicherweise verursachte Entriegelung des Arbeitskolbens auszuschließen. Die Federkraft der Rückstellfeder kann im Hinblick auf eine gegebenenfalls sehr frühzeitige, möglicherweise aber auch bewusst verzögerte Entriegelung des Arbeitskolbens möglichst klein, beziehungsweise möglichst groß gewählt werden.

Im einfachsten Fall ist die Rückstellfeder als Schraubenfeder koaxial angeordnet sowohl mit dem Arbeitskolben als auch mit dem Verriegelungskolben verbunden. Es ist auch denkbar, mehrere Rückstellfedern zwischen dem Arbeitskolben und dem Verriegelungskolben anzuordnen, um auch im Falle eines Defektes oder einer Beeinträchtigung einer Rückstellfeder sowohl eine zuverlässige Verriegelung als auch eine rasche Entriegelung des Arbeitskolbens zu gewährleisten.

Einer Ausgestaltung des Erfindungsgedanken zufolge ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zur Verriegelung zwei oder mehrere Verriegelungselemente aufweist. Die Verriegelungselemente sind dabei vorzugsweise an gegenüberliegenden Seiten entlang des Umfangs des Arbeitskolbens angeordnet, um ein Verkippen oder Verkanten des verriegelten Arbeitskolbens während der Entriegelung zu vermeiden.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zur Verriegelung vier gleichmäßig entlang des Umfangs des Arbeitskolbens angeordnete Verriegelungselemente aufweist, die jeweils über einen radial angeordneten Hebelarm zwangsgeführt bewegbar sind. Bei einer geeigneten Ausgestaltung der Verriegelungselemente können diese nahezu vollständig entlang des Umfangs des Arbeitskolbens in eine daran angepasste Aussparung des umgebenden Zylinders eingreifen und den Arbeitskolben zuverlässig und ohne Ausübung von unerwünschten Drehmomenten verriegeln. Durch die radial ausgerichteten Hebelarme wird eine zuverlässige Zwangsführung und Verschiebung der Verriegelungselemente sichergestellt.

Eine Ausgestaltung des Erfindungsgedankens wird in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

1 eine Schnittansicht einer Kolben-Zylinder-Anordnung im verriegelten Zustand,

2 eine Schnittansicht der in 1 dargestellten Kolben-Zylinder-Anordnung im entriegelten Zustand,

3 eine Schnittansicht entsprechend 1, wobei auch eine Druckmittelzuführung und eine im drucklosen Zustand belastete Kolbenstange dargestellt sind,

4 eine Schnittansicht gemäß 3, wobei die Kolbenstange durch Einleitung eines Druckmittels ausgelenkt ist,

5 eine Schnittansicht der in 1 gezeigten Kolben-Zylinder-Anordnung längs der Linie V-V und

6 eine Schnittansicht der in 2 gezeigten Kolben-Zylinder-Anordnung längs der Linie VI-VI.

Eine in den 1 bis 6 schematisch dargestellte Kolben-Zylinder-Anordnung 1 weist einen Arbeitskolben 2 mit einer Kolbenstange 3 auf, die in einem Zylinder 4 axial beweglich angeordnet sind. In den 1, 3 und 5 ist der Arbeitskolben 2 in einem verriegelten Zustand dargestellt, in den 2, 4 und 6 wird der Arbeitskolben 2 im entriegelten, bzw. in 4 in einem ausgelenkten Zustand gezeigt. Der Arbeitskalben 2 wird durch ein Druckmittel betätigt und bei einer ausreichenden Druckbeaufschlagung im Zylinder zusammen mit der Kolbenstange 3 ausgelenkt. Das Druckmittel kann über eine geeignete Zuführungsvorrichtung 5 dem Innenraum des Zylinders 4 gegebenenfalls schlagartig zugeführt werden.
Der Arbeitskolben 2 ist mit einer im Abstand dazu angeordneten zweiten Kolbenplatte 6 starr verbunden. Zwischen dem Arbeitskalben 2 und der zweiten Kolbenplatte 6 sind vier im Wesentlichen viertelkreisförmige Verriegelungselemente 7 angeordnet. Die Verriegelungselemente 7 weisen entlang des Umfangs des Arbeitskolbens 2 eine halbkreisförmige wulstartige Ausformung 8 auf. Im verriegelten Zustand sind die Verriegelungselemente 7 radial nach außen in eine Verriegelungsposition geführt, bei welcher die Ausformungen 8 mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden radialen Nut 9 des Zylinders 4 in Eingriff stehen und durch den Formschluss eine axiale Bewegung des Arbeitskolbens 2 zuverlässig verhindern.
Die Verriegelungselemente 7 weisen jeweils langlochartige Aussparungen 10 auf, in welchen ein erstes Ende 11 eines Hebelarms 12 verschiebbar gelagert ist. Die Hebelarme 12 sind an der zweiten Kolbenplatte 6 schwenkbar gelagert und an ihrem zweiten Ende 13 mit einem ebenfalls langlochartige Aussparungen 14 aufweisenden Verriegelungskolben 15 verbunden. Der Verriegelungskolben 15 ist im Abstand zu der zweiten Kolbenplatte 6 und dem Arbeitskolben 2 so angeordnet, dass eine Verschiebung des Verriegelungskolbens 15 relativ zur zweiten Kolbenplatte 6 ein Verschwenken der Hebelarme 12 und damit eine Verschiebung der mit diesen verbundenen Verriegelungselemente 7 bewirkt wird. Es ist abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls denkbar und für einige Anwendungen auch zweckmäßig, dass jedes Verriegelungselement 7 mit zwei oder mehreren Hebelarmen 12 verbunden ist und durch diese zwangsgeführt wird.
Im drucklosen Zustand wird der Verriegelungskolben 15 durch die Federkraft einer konzentrisch angeordneten Schraubenfeder 16 in einem größtmöglichen, durch die Länge der Hebelarme 12 vorgegebenen Abstand zur zweiten Kolbenplatte 6 gehalten. Sowohl der Verriegelungskolben 15 wie auch die Verriegelungselemente 7 befinden sich in ihrer jeweiligen Ruheposition, bzw. Verriegelungsposition (1 und 3). Wird der Innenraum des Zylinders 3 durch Zuführen eines Druckmittels mit Druck beaufschlagt, so kann sich der noch verriegelte Arbeitskolben 2 nicht verschieben.
Der Verriegelungskolben 15 wird auf Grund des Drucks in Richtung der zweiten Kolbenplatte 6 verschoben und bewirkt ein Verschwenken der an der zweiten Kolbenplatte 6 schwenkbar gelagerten Hebelarme 12 über die erzwungene Verschiebung der zweiten Enden 14 der Hebelarme 12 in den langlochartigen Aussparungen 13 im Verriegelungskolben 15. Durch die Schwenkbewegung der Hebelarme 12, die an ihrem ersten Ende 11 jeweils mit einem Verriegelungselement 7 verbunden sind, werden die Verriegelungselemente 7 aus ihrer Verriegelungsposition heraus in eine Freigabeposition im Abstand zur Innenwand des Zylinders 3 zwangsgeführt. Sobald die wulstartigen Ausformungen 8 der Verriegelungselemente 7 nicht mehr in die radiale Nut 9 eingreifen, wird der Arbeitskolben 2 freigegeben und kann entsprechend der Druckbeaufschlagung durch das einströmende Druckmittel ausgelenkt werden.
Anstelle oder zusätzlich zu der zwischen dem Verriegelungskolben 15 und der zweiten Kolbenplatte angeordneten Schraubenfeder 16 können weitere Federelemente 17, gegebenenfalls ebenfalls als Schraubenfeder ausgestaltet, zwischen den viertelkreisförmigen Verriegelungselementen 7 angeordnet sein. Durch die in Umfangsrichtung ausgeübte Federkraft werden die Verriegelungselemente 7 in einen größtmöglichen Abstand zueinander und damit in die jeweilige Verriegelungsposition gedrückt. Erst wenn die Druckbeaufschlagung im Inneren des Zylinders ausreichend groß ist, um die ausgeübte Federkraft kompensieren zu können, werden die Verriegelungselemente 7 aus ihrer Verriegelungsposition heraus in die jeweilige Freigabeposition zwangsgeführt und der Arbeitskalben 2 entriegelt, bzw. freigegeben.

Claims

Druckmittelbetätigbare Kolben-Zylinder-Anordnung mit einer Vorrichtung zur Verriegelung eines Arbeitskolbens, wobei mindestens ein Verriegelungselement zwischen einer Verriegelungsposition und einer Freigabeposition beweglich gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verriegelungselement (7) durch eine Druckmittelbetätigung zwangsgeführt bewegbar ist.
Druckmittelbetätigbare Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verriegelungselement (7) mittels eines schwenkbar gelagerten druckmittelbetätigbaren Hebelarms (12) zwangsgeführt bewegbar ist, wobei ein erstes Ende (11) des Hebelarms (12) an dem Verriegelungselement (7) gelagert ist.
Druckmittelbetätigbare Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Ende (14) des Hebelarms (12) an einem Verriegelungskolben (15) so gelagert ist, dass der Verriegelungskolben (15) durch eine Druckmittelbetätigung aus einer Ruheposition verschiebbar ist und ein Verschwenken des Hebelarms (12) bewirkt.
Druckmittelbetätigbare Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebelarm (12) zwischen seinen beiden Enden (11, 14) schwenkbar an dem Arbeitskolben (2) der Kolben-Zylinder-Anordnung (1) gelagert ist.
Druckmittelbetätigbare Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungskolben (15) über eine Rückstellfeder (16) mit dem Arbeitskolben (2) der Kolben-Zylinder-Anordnung (1) verbunden ist und durch die Federkraft in seiner Ruheposition im Abstand zum Arbeitskolben (2) gehalten wird.
Druckmittelbetätigbare Kolben-Zylinder-Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Verriegelung zwei oder mehr Verriegelungselemente (7) aufweist.
Druckmittelbetätigbare Kolben-Zylinder-Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Verriegelung vier gleichmäßig entlang des Umfangs des Arbeitskolbens (2) angeordnete Verriegelungselemente (7) aufweist, die jeweils über einen radial angeordneten Hebelarm (12) zwangsgeführt bewegbar sind.