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Füll- und Betätigungsventil für pneumatische (hydropneumatische) Federn
tische) Bedern Die Erfindung betrifft ein ?ü11- und Betätigungsventil für pneumatische
(hydropneumatische) Federn, bei denen ein in einem Zylinder gleitender mit einer
Kolbenstange verbundener Kolben ein- oder beidseitig beaufschlagt wird und der Ventilkörper
an der der Kolbenstange gegenüberliegenden Zylinder-Stirnseite eingefügt ist.
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Bei der einfachsten Form derartiger "Gasfedern" wird der Zylinderraum
jenseits der mit dem Kolben verbundenen Kolbenstange mit komprimiertem Gas gefüllt,
wodurch sich eine Druckfeder mit exponential ansteigender Druckkraft ergibt. -Um
die Dichtungsverhältnisse zu verbessern, ist es auch bekannt, den Kolben an dieser
Seite hydraulisch
zu beaufschlagen und über einen weiteren Zwischenkolben
oder Membrane getrennt einen Gasraum anzuschließen.
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Es ist auch möglich, den.Holben beidseitig zu beaufschlagen und ihn
hierdurch pneumatisch oder hydraulisch festzusetzen. Derartige feststellbare Gasfedern
werden überall dort benötigt, wo zwei Konstruktionsteile in veränderlichem Abstand
federnd zueinander gehalten werden sollen. Die Veränderung des Abstandes wird dadurch
erreicht, daß das Gas bzw. das hydraulische Medium vom einen in den anderen Zylinderraum
durch Öffnen eines die beiden Räume verbindenden Ventil es gepreßt wird. Dieses
Ventil kann entweder im Kolben selbst oder aber an der der Kolbenstange gegenüberliegenden
Stirnseite des Zylinders angeordnet sein. Im letzteren Falle führt entweder eine
starre Leitung zentral durch die Gasfeder und den im Zylinder angeordneten Kolben
hindurch oder das Arbeitsmittel wird durch den Zwischenraum zwischen einem weiteren
Zylinder und dem Arbeitszylinder hindurchgeleitet.
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Ist das Ventil direkt im Kolben untergebracht, erfolgt die Ventilbetätigung
durch die axial durchbohrte Kolbenstange hindurch. Bei einem in der jenseits der
Kolbenstange liegenden Stirnseite des Zylinders untergebrachten Ventil erfolgt die
Betätigung von dieser Stirnseite her, womit sie unabhängig von der Lage der Kolbenstange
bzw. der Stellung des Kolbens ist.
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Zur FüLlung derartiger pneumatischer (hydropneumatischer) Federn wird
üblicherweise eine Einfüllöffnung vorgesehen, die durch ein Rückschlagventil abgeschlossen
wird.
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Obwohl dieses Ventil nur einmal, bei der einmaligen Füllung derartiger
Federn, benötigt wird, muß es trotzdem sehr sorgfältig ausgeführt werden, um über
die voraussichtliche Standzeit der Feder auch unter stark wechselnden Druckverhältnissen
stets absolut dicht abzuschliessen. Dem Zwang zu einer aufwendigen Mechanik wird
man dadurch enthoben, daß statt des Rückschlagventils eine Verschraubung vorgesehen
wird, die eine elastische Dichtung so verspannt, daß die Einfüllöffnung absolut
dicht ist.
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Die Einfüllöffnung erfordert jedoch nicht nur zusätzliche Bauteile,
sondern auch Raum und, zumindest im Falle der Verschraubung, auch soviel Material,
daß die Verschraubung mit ihrer elastischen Richtung auch sicher den auftretenden
Druckstößen standhalten kann.
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Aus dem letzteren Grunde befindet sich die Einfüllöffnung auch üblicherweise
in der der Kolbenstange gegenüberliegenden Stirnseite, da dort das meiste Material
zur Verfügung steht. Eine unsymmetrische Bohrung an der Zylinderstirnseite, an der
die dort gleitende Kolbenstange abgedichtet werden muß, führt auch stets im Laufe
der Zeit zu Undichtigkeiten in der Abdichtung der Kolbenstange, insbesondere bei
rein pneumatischen Federn.
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Ist jedoch das Anbringen der Einfüllöffnung in der der Kolbenstange
gegenüberliegenden Stirnseite bei einfachen Druck- oder Zug-Federn noch angebracht
und möglich, so ändern sich die Verhältnisse dann, wenn an dieser Stirnseite eiii
die durch den Kolben unterteilten Zylinderräume verbindendes Ventil untergebracht
ist. Dann ist auch diese Stirnseite zur Aufnahme des Ventilstößels axial durchbohrt,
wobei der Ventilstößel selbst selbstverständlich
auch wieder abgedichtet
werden muß. Es herrschen dann also auch an dieser Stirnseite nahezu die gleichen
Bedingungen wie an der die Kolbenstange führenden Stirnseite des Zylinders.
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Zum Aufbau des Ventils wird der Ventilkörper aus konstruktiven Gründen
zumindest zweiteilig ausgeführt, zusammenmontiert und dann in die Zylinderstirnseite
abdichtend eingefügt. Hierbei ist darauf zu achten, falls eine Gasfeder mit einer
axialen, den Kolben durchstoßenden Leitung verwendet wird, daß der Ventilkörper
mit der daran befestigten starren Leitung genau zentrisch sitzt, um eine einseitige
Belastung de=r in dem Kolben angeordneten Dichtung zu vermeiden. Die Montage einer
derartigen "Gasfeder" ist also verhältnismäßig schwierig.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, wird nach der Erfindung ein Füll-
und Betätigungsventil für pneumatische-(hydropneumatische) Federn, bei denen ein
in einem Zylinder gleitender mit einer Kolbenstange verbundener Kolben ein- oder
beidseitig beaufschlagt wird und der Ventilkörper an der der Kolbenstange gegenüberliegenden-
Stirnseite eingefügt ist, vorgeschlagen, daß der Ventilkörper unterteilt ist in
einen bei der Stirnseite des Zylinders nach außen abgedichteten festen Teil und
einen in diesen festen Teil abdichtend einpaßbaren gegen den anliegenden Zylind-erraum
abgedichteten verschiebbaren Teil und daß im Zylinder zwischen den beiden Teilen
eine Einfüllbohrung vorgesehen ist.
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Bei dieser Ausführungsform der Einfüllöffnung wird auf separate Teile
wie Einfüllventile oder Verschraubungen vollkommen verzichtet, ebenso wie auf zusätzliche
Bohrungen in der Stirnseite der Gasfeder, die die- Symmetrie des Aufbaues stören,
damit die wirtschaftliche Herstellung
erschweren und auch die Abdichtung
gefährden. Der aus Bearbeitungsgründen sowieso aus mehreren Teilen bestehende Ventilkörper
wird vielmehr so ausgebildet, daß er aus einem festen und einem in diesen festen
Teil hineinschiebbaren verschiebbaren Teil besteht, wobei zwischen diesen beiden
Teilen im Zylinder eine Einfüllbohrung angeordnet ist. Zum Füllen der Feder wird
das Arbeitsmedium in die Einfüllbohrung eingeleitet, worauf es, da die beiden Ventilteile
noch nicht abdichtend ineinanderstecken, sämtliche ihm zugänglichen Zylinderräume
füllt. Ist der notwendige Druck im Innern des Zylinders erreicht, wird der Einfülldruck
reduziert, wodurch sich der Differenzdruck auf das verschiebbare Ventilteil auswirkt
und es in den festen Ventilteil -abdichtend hineinschiebt. Damit ist auch die zwischen
diesen beiden Ventilteilen in der Zylinderwandung vorgesehene Einfüllbohrung abgeschlossen,so
daß das Arbeitsmedium nicht mehr entweichen kann. Ohne Schwierigkeiten ist es jetzt
jedoch auch noch1 im Gegensatz zu den meisten bekannten Einfülleinrichtungen-, möglich,
durch Einleiten eines Arbeitsmediums mit entsprechend hohem Druck durch die Einfüllbohrung
bzw. durch mechanisches Verschieben des verschiebbaren Ventilteiles, beispielsweise
durch den Ventilstößel, den verschiebbaren Teil wieder aus dem festen Teil hinauszuschieben
und so den Druck im Inneren des Zylinders gegebenenfalls bis auf Null zu reduzieren.
Das Füllventil nach der Erfindung läßt also eine wiederholte Montage und Demontage
einer derartigen pneumatischen (hydropneumatischen) Feder zu.
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Das Füllventil nach der Erfindung kann selbstverständlich sowohl für
einfache Gasfedern" als auch für feststellbare pneumatische oder hydropneumatische
Federn eingesetzt werden, wobei lediglioh in den Ventilkörper
noch
das die durchdenKolben unterteilten Zylinderräume verbindende Ventil einzufügen
ist. Die Ventilausführung selbst ist für das erfindungsgemäße Füll-und Betätigungsventil
nahezu belanglos, da die Teilung des Ventilkörpers in einen festen wldeinen verschiebbaren
Teil weitgehendste konstruktive Freiheit bei der Unterbringung derartiger Ventile
läßt. Darüber hinaus wird noch vorgeschlagen, nicht wie bei den bekannten Federn
dieser Art das Ventil über eine starre, den Kolben durchdringende Leitung mit dem
jenseits liegenden Zylinderraum zu verbinden, sondern sowohl am verschiebbaren Ventilkörper
als auch am durchbohrten Kolben eine flexible Leitung druckdicht anzubringen, die
im gestreckten Zustand gerade die Strecke zwischen dem eingeschobenen verschiebbaren
Ventilteil und dem in Endstellung stehenden Kolben überspannt und sich durch ihre
Flexibilität den Bewegungen des Kolbens anpaßt. Da beide Zylinderräume in aller
Flegel einen gleichen Druck oder doch nur einen geringfügigen Differenzdruck aufweisen,
ist die Möglichkeit, eine flexible Schlauchverbindung einzusetzen, durchaus gegeben.
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Auf der Zeichnung ist an dem Beispiel einer pneumatischen Feststellfeder
der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und zwar zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt
durch die Gasfeder und Fig. 2 ein Detail nach II der Figur 1.
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Durch einen Kolben 2 wird der Arbeitsraum eines Zylinders 1 in'zwei
Gasräume unterteilt, die über eine flexible bei tung 3 und ein Ventil 4 miteinander
in Verbindung stehen.
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Der Kolben 2 ist mit einer Eolbenstange 5 verbunden, die nur dannverschoben
werden kann, wenn das Ventil 4 geöffnet
ist, sich also das in den
beiden Gasräumen vorhandene Gas ausgleichen kann.
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Der Ventilkörper des Ventils 4 wird im wesentlichen gebildet aus -einem
festen Teil 6 wld einem verschiebbaren Teil'?. Der feste Teil 6 ist mittels eines
O-Rings 8 nach außen abgedichtet. In ihm gleitet ein Ventilstößel 9, ebenfalls mit
einer Gleitdichtung 10 gegen den Austritt von Gas nach außen abgedichtet. Im verschiebbaren
Teil befindet sich die Ventildichtung 11.
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Durch Niederdrücken des Ventilstößels 9 gelangt eine Einkerbung 12
dieses Ventilstößels in die Ventildichtung 11, wodurch Gas von dem diesseits liegenden
Gasraum 13 über die Bohrungen 14, 15, 16, durch das Ventil und die flexible Leitung
3 hindurch in denjenseits liegenden Gasraum 17 eintreten kann. Durch einen O-Ring
18 ist der verschiebbare Ventilteil 7 an der Zylinder-Innenwandung abgedichtet.
Ein weiterer O-Ring 19 dichtet den verschiebbaren Teil 7 zum festen Teil 6 hin ab.
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Zum Füllen der feststellbaren Gasfeder nach der Erfindung wird der
verschiebbare Ventilkörper 7 so in den Zylinder 1 montiert, daß der O-Ring 19 noch
nicht in dem zylinderförmig ausgesparten Teil des festen Ventilteiles 6 sitzt. Hierdurch
kann Gas über eine Gas-Einfüllbohrung 20 in den Gasraum 13 und über das offene Ventil
auch in den Gasraum17 gelangen. Der verschiebbare Teil 7 behält bei diesem-Einfüllvorgang
seine Stellung bei, da es gleichmäßig von Druck beaufschlagt wird. Nach Beendigung
des Füllvorganges wird der Einfülldruck schlagartig reduziert, wodurch sich der
Innendruck auf den verschiebbaren Ventilteil 7 auswirken und ihn in den festen Ventilteil
6 hineinschieben kann. Durch den O-Ring 19 sowie den O-Ring 18 ist nun die Binfillbohrung
20 abgreschlosse-l; die feststellbare Gasfed. befindet sich
dainit
in dem gezeichneten, funktionsfähigen Zustand, d.h. durch Betätigen des Ventilstößels
9 können die beiden Gasräume 13, 17 miteiilander verbunden und der Kolben2 bzw.
die Kolbenstange 5 entsprechend auf-mld abbewegt werden.
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Soll die fest-stellbare Gas feder nach der Erfindung demontiert worden,
so genügt ein Einstoßen des Ventil stößels 9 über die Arbeitsstellunghinaus, so
daß der endständige Bund 21 des Ventilstößels 9 den verschiebbaren Ventil teil 7
aus dem festen Ventilteil6 hinausdrückt. Sowie der O-Ring 19 aus dem festen Teil
6 hinausgedrückt ist, kamin das Gas durch die Einfüllbohrung 20 gefahrlos entweichen,
womit die Feder entspannt ist und vollkommen demontiert werden kann. Nach Montage
der einzelnen Teile kanndann die Feder wieder, wie bereits beschrieben, gefüllt
und in funktionsfähigen Zustand gebracht werden.