DE10238448A1 - Variable Gasdruckfeder - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung insbesondere zur Unterstützung einer Schwenkbewegung, mit einer Druckfeder (5) mit einem in einem vorzugsweise zylindrischen Rohr (7) angeordneten Druckraum (12a), in dem über eine Kolbenstange (8) ein Kolben (9) geführt ist. Der Kolben (9) unterteilt den Druckraum (12a) in zwei Arbeitskammern, wobei eine der Arbeitskammern das Dämpfervolumen (12a) bildet. DOLLAR A Das Dämpfervolumen (12a) ist mit einem Fluid befüllt und weist jeweils stirnseitig Abschlüsse auf, von denen ein Abschluss (14) fest im Rohr (7) angeordnet ist, während der zweite Abschluss als verschieblicher Zusatzkolben (13) ausgebildet ist, mit dem durch axiale Verschiebung in dem Rohr (7) der Druck in dem Dämpfervolumen (12a) verändert werden kann.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere zur Unterstützung einer Schwenkbewegung, mit einer Druckfeder mit einem in einem vorzugsweise zylindrischen Rohr angeordneten Druckraum mit zwei stirnseitigen Abschlüssen, der mit einem Fluid befüllt ist, mit einem Kolben, durch den der Druckraum in zwei Arbeitskammern unterteilt ist und der mittels einer axial verschiebbaren Kolbenstange in dem Druckraum geführt ist.
- Vorrichtungen der vorgenannten Art mit Druckfedern finden Anwendung beispielweise bei Heckklappen von Kraftfahrzeugen, bei denen die Heckklappe auch gegen ihr Eigengewicht aufgeklappt und in angehobener Position selbsttätig gehalten werden soll. Des weiteren werden die Druckfedern auch zur Unterstützung des Öffnungs- und Schließvorgangs bis hin zu einem selbständigen Öffnen und Schließen der Heckklappe genutzt.
- Separate Antriebseinrichtungen zur Betätigung von Klappen eines Fahrzeugs sind beispielweise aus der
DE 10118303 C1 bekannt. Bei der in dieser Druckschrift beschriebenen Antriebseinrichtung wird die Klappe mittels eines auf ein mehrgelenkiges Scharnier einwirkenden Motors betätigt. Um die Leistung des Motors minimieren zu können, werden beim Schließen der Klappe zusätzlich zwei Federn gespannt, deren Spannungsenergie beim Öffnen der Klappe nutzbar ist. Diese Einrichtung ist mechanisch aufwendig und weist einen hohen Platzbedarf auf. - Herkömmliche Druckfedern sind in den unterschiedlichsten Anwendungen bekannt. Aus der
DE 3301544 A1 ist eine Gasfeder als Huborgan zum Öffnen von nach oben schwenkbaren Klappen bekannt, bei der ein Kolben den Zylinder in zwei Arbeitsräume unterteilt. Es besteht aber keine Möglichkeit, auch den Schließprozess der Klappe mit dieser Druckfeder zu unterstützen. - Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit einer Druckfeder so weiterzubilden; dass das Öffnungs- und Schließverhalten des betätigten Bauteils bis hin zu einer automatischen Betätigung gesteuert werden kann.
- Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung vorgeschlagen, dass einer der stirnseitigen Abschlüsse des Druckraumes mittels einer ansteuerbaren Betätigungseinrichtung axial verschieblich angeordnet ist.
- Durch die Verschiebung des stirnseitigen Abschlusses wird das Volumen des Dämpfervolumens und damit auch der Druck innerhalb des Dämpfervolumens verändert. Durch Variierung des Druckes kann die auf den Kolben wirkende Kraft so verändert werden, dass sie die Gegenkraft des zu bewegenden Bauteils je nach gewünschter Bewegungsrichtung über- oder unterschreitet. Die Möglichkeit der Ansteuerung der Betätigungseinrichtung ermöglicht eine einstellbare Änderung des Druckes in der Druckfeder.
- In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Betätigungseinrichtung einen Motor mit einem Getriebe und eine mit dem Abschluss in Wirkverbindung stehende Spindel auf, um mit dieser einfachen Einrichtung die Änderungen des Volumens des Dämpfervolumens erzielen zu können.
- Günstig ist es dabei, den verschieblichen Anschluss als einen mit der Spindel zusammenwirkenden Zusatzkolben auszubilden.
- Weiter mit Vorteil ist die Betätigungseinrichtung an der dem Druckraum entgegengesetzten Seite des Zusatzkolbens in dem Rohr angeordnet. Mit der zu dem Druckraum fluchtenden Anordnung der Betätigungseinrichtung in dem Rohr, ist ein kompakter und damit nur geringen zusätzlichen Bauraum beanspruchender Einbau möglich.
- In günstiger Weiterbildung wird die Betätigungseinrichtung in Abhängigkeit von der Position des Kolbens über eine Steuereinrichtung gesteuert, um eine Variierung des Volumens und des Drucks in dem Dämpfervolumen der Druckfeder angepasst an das Stadium der Schwenkbewegung vornehmen zu können.
- Hierzu weist die Steuereinrichtung in sinnvoller Ergänzung einen Wegsensor auf, mit dem die Position der Kolbenstange und damit auch das Stadium der Verschwenkung bestimmt und dieser Wert über die Steuereinrichtung zur Variierung der Werte der Druckfeder genutzt werden kann.
- In vorteilhafter Ausbildung ist der Wegsensor in dem nicht verschieblichen, zweiten, von der Kolbenstange durchgriffenen Abschluss des Druckraums angeordnet und wirkt in dieser Position direkt mit der Kolbenstange zusammen.
- In einer sinnvollen zusätzlichen Weiterbildung weist die Steuereinrichtung einen Temperatursensor auf. Das Volumen der in Fluiddruckfedern verwendeten Fluide ist teilweise stark temperaturabhängig. Mit einer temperaturbedingten Volumenänderung ändert sich auch der Druck des Fluids, weshalb ein Korrektiv von Volumen und Druck bei relevanten Temperaturänderungen für einen gleichmäßigen Betrieb der Druckfeder notwendig ist.
- Weiter ist es vorteilhaft, wenn das Fluid ein Gas ist.
- Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung zu dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sowie den einzelnen Patentansprüchen entnommen werden.
- In der Zeichnung zeigt:
-
1 eine Teilansicht des hinteren Teils eines Pkw mit Heckklappe in teilweise aufgebrochener Darstellung -
2 eine variable Gasdruckfeder in teilschematisierter, geschnittener Längsansicht -
3 Gasdruckfeder mit maximal ausgefahrener Kolbenstange und geringem Volumen des Dämpfervolumens -
3 Gasdruckfeder analog3 , mit hohem Volumen des Dämpfervolumens -
1 zeigt einen Pkw1 mit einer geöffneten Heckklappe2 in einer in durchgezogenen Linie dargestellten halbgeöffneten Stellung und einer Endstellung mit maximalem Aufklappwinkel, die strichliniert dargestellt ist. Zwischen der Heckklappe2 und einem Karosserieteil3 des Pkw ist eine Vorrichtung4 zur Unterstützung der Schwenkbewegung der Heckklappe angeordnet. - Die nachstehend anhand von
2 detailliert beschriebene Vorrichtung4 umfasst eine Druckfeder5 und ein Steuergerät6 , mit dem die Eigenschaften der Druckfeder verändert werden können. - Die Druckfeder ist als Gasdruckfeder
5 ausgebildet und besteht aus einem zylindrischen Rohr7 , in dem eine Kolbenstange8 mit einem stirnseitig fest an der Kolbenstange angeordneten Kolben9 geführt ist. Rohr7 und Kolbenstange8 sind an der zu verschwenkenden Heckklappe2 bzw. an einem Karosserieteil3 angeordnet. - Hierzu ist ein Rohranschluss
10 und ein Kolbenstangenanschluss11 vorgesehen, die durch die Gasdruckfeder5 voneinander beabstandet sind. - Die in
2 dargestellte Gasdruckfeder5 zeigt detailliert das Rohr7 , das in seiner Funktion zweigeteilt ist. In einem ersten Bereich ist das Rohr7 als Arbeitsbereich12 ausgebildet, der mit einem Gas befüllt und durch den Abschluss14 und einen weiteren, als Zusatzkolben13 ausgebildeten Abschluss gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist. Dabei bildet der Abschluss14 an einer Seite das Ende des Rohres7 während der Zusatzkolben13 innerhalb des Rohres angeordnet ist. - In dem Arbeitsbereich
12 wird der durch die Kolbenstange8 geführte Kolben9 axial bewegt und unterteilt den Arbeitsbereich in zwei Teile, wobei das Gas in einem zwischen dem Kolben9 und dem Zusatzkolben13 gebildeten Dämpfervolumen12a befindlich ist. - Die Kolbenstange
8 ist auf der Symmetrielinie des Rohres7 geführt und durchgreift den Abschluss14 . - Die Bewegung des Kolbens
9 in axialer Richtung vergrößert oder verkleinert das Dämpfervolumen12a und entspannt oder komprimiert das in dem Dämpfervolumen12a befindliche Gas. Die Bewegung des Kolbens wird durch das Gas mit unterschiedlichen Federkonstanten federnd gedämpft. - Während der Bewegung des Kolbens
9 , der beispielsweise der Öffnungsbewegung der Heckklappe des Pkw (1 ) folgt, können bei der vorliegenden erfindungsgemäßen Ausbildung die Druckverhältnisse in dem Druckraum aktiv durch axiales Verschieben des Zusatzkolbens13 variiert werden. - Hierzu ist auf der dem Kolben
9 entgegengesetzten Seite des Zusatzkolbens13 innerhalb des Rohres7 eine mit dem Zusatzkolben13 zusammenwirkende Spindel15 angeordnet, die über ein Getriebe16 von einem Motor17 betätigt wird. Die Betätigungseinrichtung mit der Spindel15 , dem Getriebe16 und dem Motor17 ist in platzsparender und kompakter Weise ebenfalls in dem Rohr7 angeordnet. - Außerhalb des Rohres
7 ist das Steuergerät6 vorgesehen, mit dem unter Berücksichtigung der Bewegung des Zusatzkolbens13 die Eigenschaften der Druckfeder5 variiert werden können. Das Steuergerät6 ist dabei so ausgelegt, dass es die Bewegung der Kolbenstange8 über einen in dem Anschluss14 angeordneten Wegsensor18 und damit bei der in1 Heckklappe2 eines Pkw den Öffnungszustand dieser Heckklappe anhand eines hinterlegten funktionalen Zusammenhangs ermitteln und verarbeiten kann. - Darüber hinaus erfasst das Steuergerät
6 über einen Temperatursensor19 auch die Temperatur, um auch durch Temperaturschwankungen verursachte Änderungen der Druck- und Volumenwerte des Fluids in dem Dämpfervolumen12a der Druckfeder berücksichtigen zu können. - In gleicher Weise kann das Steuergerät
6 auch mit einem nicht dargestellten Sensor zur Ermittlung des Abstandes der Heckklappe zu einem Hindernis, wie beispielsweise der Garagendecke zusammenwirken. - In den
3 und4 ist die Druckfeder jeweils in der in1 strichliniert dargestellten Position der Heckklappe2 dargestellt. - In
3 ist die Kolbenstange8 maximal aus dem Rohr7 herausbewegt. Der Kolben9 liegt dabei dem Abschluss14 an. Der Zusatzkolben13 wird dem Kolben9 nachgeführt, um das Dämpfervolumen12a zu verringern und den Druck und damit die Kraft auf den Kolben9 zu erhöhen. Beim Öffnen der Heckklappe wird der Zusatzkolben13 so verschoben, dass durch die Zunahme der von der Kolbenstange übertragenen Druckkraft die Öffnungsbewegung unterstützt wird. Im maximal geöffneten Zustand der Heckklappe muss die übertragene Druckkraft aus der Druckfeder5 ausreichend sein, um die durch die Gewichtskraft der Heckklappe ausgeübte Rückstellkraft zumindest kompensieren und damit ein eigenständiges Schließen der Heckklappe verhindern zu können. - Bei entsprechender Steuerung der Bewegung des Zusatzkolbens
13 kann die Öffnungsbewegung der Heckklappe auch automatisch und allein durch das Zusammenspiel der Kraft der Druckfeder mit der Gewichtskraft der Heckklappe erfolgen. Die jeweilige Position der Heckklappe kann mit dem Wegsensor18 ermittelt werden, der den zurückgelegten Weg der Kolbenstange9 aufnimmt. Der zurückgelegte Weg der Kolbenstange9 wird in der Steuereinrichtung über eine fest eingegebene Funktion in Korrelation zu der Winkelstellung der Heckklappe gesetzt. - Zur Einleitung des Schließvorgangs der Heckklappe wird wie in
4 gezeigt, das Dämpfervolumen12a durch eine Bewegung des Zusatzkolbens13 weg von dem in der maximalen Auszugsposition befindlichen Kolben9 vergrößert und damit der Druck auf den Kolben reduziert. Die verbleibende Druckkraft kann entweder durch manuelle Tätigkeit leicht überwunden werden oder ist auf einen solchen Wert reduziert, dass allein die aus der Gewichtskraft der Heckklappe2 (1 ) resultierende Kraft zu einem Einfahren des Kolbens9 in das Rohr7 führt. - Alternativ kann die erfindungsgemäße Gasdruckfeder auch in Kombination mit vorgespannten Federn, wie sie in herkömmlicher Weise bei Kofferraumdeckeln eingesetzt sind, verwendet werden.
- Auch beim Schließvorgang der Heckklappe kann der Zusatzkolben
13 über das Steuergerät so geführt werden, dass die durch den Druck im Dämpfervolumen12a auf den Kolben9 wirkende Kraft immer zumindest geringfügig kleiner ist, als die aus der Gewichtskraft der Heckklappe resultierende und über die Kolbenstange8 übertragene Kraft in entgegengesetzter Richtung und die Heckklappe damit automatisch geschlossen wird. - Mittels des Wegsensors
18 kann auch die Geschwindigkeit der Bewegung der Kolbenstange8 aufgenommen und die durch den Druck im Dämpfervolumen12a erzeugte Kraft durch entsprechende Positionierung der Kolben9 und13 angepasst werden. Dies kann beispielweise dann der Fall sein, wenn sich das Gewicht der Heckklappe durch aufgehäuften Schnee im Winter in ungewöhnlicher Weise erhöht hat. - In den
2 ,3 ,4 wirkt das Steuergerät6 über einen elektrischen Anschluss20 mit der den Zusatzkolben13 bewegenden Betätigungseinrichtung zusammen.
Claims (10)
- Vorrichtung insbesondere zur Unterstützung einer Schwenkbewegung, mit einer Druckfeder mit einem in einem vorzugsweise zylindrischen Rohr angeordneten Druckraum mit zwei stirnseitigen Abschlüssen, der mit einem Fluid befüllt ist, mit einem Kolben, durch den der Druckraum in zwei Arbeitskammern unterteilt ist und der mittels einer axial verschiebbaren Kolbenstange in dem Druckraum geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass einer der stirnseitigen Abschlüsse des Rohres (
7 ) mittels einer ansteuerbaren Betätigungseinrichtung axial verschieblich angeordnet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung einen Motor (
17 ) mit einem Getriebe (16 ) und eine mit dem verschieblichen Abschluss in Wirkverbindung stehende Spindel (15 ) aufweist. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der verschiebliche Anschluss ein mit der Spindel (
15 ) zusammenwirkender Zusatzkolben (13 ) ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung an der einer als Dämpfervolumen (
12a ) ausgebildeten Arbeitskammer des Druckraumes (12 ) entgegengesetzten Seite des Zusatzkolbens (13 ) in dem Rohr (7 ) angeordnet ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung in Abhängigkeit von der Position des Kolbens (
9 ) über eine Steuereinrichtung (6 ) gesteuert wird. - Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung einen Wegsensor (
18 ) aufweist. - Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegsensor (
18 ) in dem nicht verschieblichen, zweiten, von der Kolbenstange (8 ) durchgriffenen Abschluss (14 ) des Druckraums (12a ) angeordnet ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (
6 ) zumindest einen Sensor aufweist, - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Temperatursensor (
19 ) ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein Gas ist.
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