DE19923880C2 - Verstellbares Ventil, insbesondere für einen Feststeller zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Objekten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein verstellbares Ventil nach dem Oberbegriff von Patentan­ spruch 1.

Aus der DE 43 26 968 A1, DE 44 31 626 A1, DE 44 31 626 A1, DE 196 09 040 A1 und der DE 197 34 466 A1 sind Feststeller oder Gasfedern bekannt, die ein zwangsge­ steuertes verstellbares Ventil aufweisen, mit dem eine Strömungsverbindung zwischen zwei Arbeitsräumen zumindest gedrosselt werden kann, um zwei rela­ tiv zueinander bewegliche Teil, beispielsweise die Klappen oder Türen eines Kraftfahrzeuges, zu arretieren. Die in den genannten Quellen beschriebenen ver­ stellbaren Ventile geben ab einem bestimmten Staudruck eine Strömungsverbin­ dung frei. Der Staudruck ist proportional dem Quadrat der Bewegungsgeschwin­ digkeits des verdrängten Arbeitsmediums.

Man kann diesen zwanghaften Zusammenhang natürlich lösen, indem man z. B. ein elektrisch angetriebenes verstellbares Ventil einsetzt. Es gibt aber auch Grün­ de, um von einem elektrisch angetriebenen Ventil abzusehen. Zum einen ist der Preis für den elektrischen Antrieb zu berücksichtigen. Dazu kommen besondere Aufwändungen für die Verkabelung.

Aus der gattungsbildenden DE 690 07 417 T2 ist ein verstellbares Ventil, insbe­ sondere für ein Kolben-Zylinderaggregat mit einem Druckrohr, das zwei getrennte Arbeitsräume aufweist, die mit einem Arbeitsmedium gefüllt sind, wobei das ver­ stellbare Ventil innerhalb einer Strömungsverbindung angeordnet und von einer Federkraft vorgespannt ist, um eine Ausgangsbetriebsstellung einzunehmen, wo­ bei das verstellbare Ventil einen Ventilstößel aufweist, der mit einem Fliehkraft­ regler derart in Wirkverbindung steht, daß ab einer definierten Antriebsgeschwin­ digkeit des Fliehkraftreglers die auf das verstellbare Ventil wirksame Federkraft zumindest reduziert wird, wodurch eine weitere Betriebsstellung des verstellbaren Ventils einnehmbar ist, wobei der Fliehkraftregler mit einem beweglichen Objekt in Wirkverbindung steht und die Bewegungsgeschwindigkeit des Objekts in Ab­ hängigkeit der Betriebsstellung des verstellbaren Ventils zumindest gedrosselt wird, bekannt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verstellbares Ventil zu schaffen, das ohne Fremdenergie schaltbar ist und für eine alternative Einflußgröße für die Stellbewegung ausgelegt ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst

Anstelle des Staudrucks oder einer Magnetkraft wird die Drehzahl eines Flieh­ kraftreglers verwendet, der von einem beweglichen Objekt angesteuert wird. Damit kann eine rein mechanische Ansteuerung erfolgen, bei der keine Verkabe­ lung notwendig ist.

Ein Fliehkraftregler unterliegt ebenfalls dem Gesetz, daß die Fliehkraft proportio­ nal dem Quadrat der Geschwindigkeit bzw. der Drehzahl ist. Deshalb ist ebenfalls erfindungsgemäß vorgesehen, daß zwischen dem beweglichen Objekt und dem Fliehkraftregler ein Getriebe zur Drehzahlveränderung des Fliehkraftreglers ange­ ordnet ist. Damit ist es möglich, schon bei relativ kleinen Bewegungen des Objekt eine größere Drehzahl für den Fliehkraftregler zu erreichen.

Dabei ist vorgesehen, daß die Ventilöffnung innerhalb einer Strömungsverbindung eines hohlen Abschnitts der Kolbenstange ausgeführt ist.

Alternativ kann das verstellbare Ventil in einem Kolben-Zylinderaggregat ange­ ordnet sein, das ein Druckrohr aufweist, das zumindest über einen Längenab­ schnitt von einem Behälterrohr eingeschlossen ist und das Druckrohr und das Be­ hälterrohr auf einem Teilbereich ihrer Überdeckung die Strömungsverbindung bil­ den. Bei Aggregaten dieser Art wird das verstellbare Ventil in beide Richtungen durchströmt. Bei einem Fliehkraftregler erfolgt die Stellbewegung unabhängig von der Bewegungsrichtung der Bewegung, auf die der Fliehkraftregler anspricht.

Insbesondere bei einem verstellbaren Ventil, das als Sitzventil mit einer Ventil­ sitzfläche ausgeführt ist, die die Ventilöffnung bestimmt, kann eine Feder vorteil­ haft eingesetzt werden.

Um ein Ansprechverhalten des verstellbaren Ventils ähnlich den aus dem genann­ ten Stand der Technik bekannten Ventilen zu erzielen, ist vorgesehen, daß die Strömungsverbindung als Bypasskanal zu mindestens einem weiteren Strö­ mungskanal zwischen den Arbeitsräumen ausgeführt ist, wobei der mindestens eine Strömungskanal mit einer Drosselstelle versehen ist.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 Beispielhafte Einbausituation eines Kolben-Zylinderaggregates mit ei­ nem erfindungsgemäßen verstellbaren Ventil

Fig. 2-4 Ausführungsbeispiele für Kolben-Zylinderaggregate mit einem erfin­ dungsgemäßen verstellbaren Ventil

Die Fig. 1 zeigt stilisiert ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Fahrzeugheckklappe 3, die um eine quer zur Fahrzeuglängsachse ausgerichtete Schwenkachse 5 beweglich angeordnet ist. Zur Unterstützung der Öffnungsbewegung ist zwischen einer Fahrzeugkarosserie und der Fahrzeugheckklappe ein Kolben-Zylinderaggregat 7 über Anschlußorgane 9; 11 beweglich angelenkt. Das Kolben-Zylinderaggregat umfaßt ein Druckrohr 13 und eine darin axial beweglich Kolbenstange 15, wobei jeweils ein Bauteil an der Fahrzeugkarosserie und ein Bauteil an der Fahrzeug­ heckklappe angreift, so daß eine Bewegung der Fahrzeugheckklappe synchron mit einer Ein- oder Ausfahrbewegung der Kolbenstange abläuft. Der Einsatz des Kolben-Zylinderaggregates beschränkt sich nicht nur auf Fahrzeugheckklappen, sondern kann auf andere Anwendungen, z. B. Fahrzeugtüren, übertragen werden.

In der Fig. 2 ist eine Ausführungsvariante des Kolben-Zylinderaggregates 7 darge­ stellt. Innerhalb des Druckrohres 13 weist die Kolbenstange 15 einen Kolben 17 auf, der zwei mit einem Arbeitsmedium gefüllte Arbeisträume 19; 21 trennt. Die Kolbenstange 15 erstreckt sich im Arbeitsraum 19 bis zu einem Trennkolben 23. Der Trennkolben kann axial fest angeodnet sein oder unter einer Vorspannung einer Schraubendruckfeder oder eines Gaspolsters in einem Ausgleichsraum 25 stehen. Endseitig ist ein Druckrohrboden 27 angeordnet, an dem sich die besagte Schraubendruckfeder abstützten kann. Der Druckrohrboden ist beispielsweise mit der Fahrzeugkarosserie und die Kolbenstange mit der Fahrzeugklappe verbunden.

Die beiden Arbeitsräume sind über eine Strömungsverbindung 29 verbindbar, wobei die Strömungsverbindung in einem hohlen Abschnitt der Kolbenstange 15 ausgeführt ist. Zwei Anschlußöffnungen 31; 33 stellen eine Anbindung zu den Arbeitsräumen 17; 19 unter Umgehung des Kolbens her. Innerhalb der Strö­ mungsverbindung ist ein verstellbares Ventil 35 in der Bauform eines Sitzventils angeordnet. Das verstellbare Ventil verfügt über einen Ventilkörper 37, der von einer Feder 39 auf eine Ventilsitzfläche 41 vorspannt wird. Die Rückseite des Ventilkörpers weist einen Ventilstößel 43 auf, der bis in den Druckrohrboden 27 reicht.

Innerhalb des Druckrohrbodens 27 ist ein Fliehkraftregler 45 angeordnet, der auf einer sich drehenden, schematisch dargestellten Antriebswelle 47 gelagert ist. Von dem Fliehkraftregler erstrecken sich Kraftübertragungsmittel 49, die über eine Kupplung 51 an dem Ventilstößel 43 angeschlossen sind. Die Antriebswel­ le 47 ist mit der Fahrzeugklappe oder der Fahrzeugtür verbunden, wobei ggf. ein Getriebe 53 zwischengeschaltet sein kann, um die Drehzahl der Tür- oder Klap­ penbewegung zu übersetzen.

Des weiteren verfügt das Kolben-Zylinderaggregat im Kolben 17 über einen Strö­ mungskanal 55, in dem ein Ventilelement 57 von einer Schließfeder 59 in Schließrichtung vorgespannt ist.

Bei einer anlaufenden Klappenbewegung wirkt auf die Kolbenstange eine Zug­ kraft, so daß der Arbeitsraum 19 komprimiert wird. Vor dem Ventilelement 57 baut sich ein Staudruck auf, der bei einer ausreichenden Größe den Strömungs­ kanal 55 freigibt. Danach kann sich die Kolbenstange zusammen mit der Tür oder der Fahrzeugklappe bewegen, wodurch der Fliehkraftregler 45 in Drehung ver­ setzt wird. Bei einer Drehbewegung der Antriebswelle dreht sich der Fliehkraf­ tregler und hebt über die Kraftübertragungsmittel den Ventilstößel gegen die Kraft der Feder 39 an. Das verstellbare Ventil 35 ist damit geöffnet und die Ar­ beitsräume 19; 21 verbunden. Für die weitere Kolbenstangenbewegung wird nur noch ein geringerer Kraftaufwand benötigt, der z. B. von der Druckvorspannung der Federkraft im Ausgleichsraum 25 auf den Trennkolben 23 bereit gestellt wird.

Bei einem Klappenstillstand drückt die Schließfeder 39 den Ventilkörper 37 wie­ der auf den Ventilsitz 41. Die Kupplung 51 zwischen dem Fliehkraftregler und dem Ventilstößel ist geöffnet. Der Fliehkraftregler kann keine Stellkraft aufbauen. Das Ventilelement 57 wird von der Schließfeder 59 wieder in die Blockierstellung verschoben, so daß auch der Strömungskanal 55 unterbrochen ist. Die Kolben­ stange ist damit in ihrer momentanen Stellung blockiert.

Damit die Fahrzeugklappe geschlossen werden kann, verfügt der Kolben 17 über einen weiteren Strömungskanal 61 mit einem Rückschlagventil 63, das bei einer Anströmung in Richtung des Arbeitsraums 19 öffnet.

Um eine neue Blockierstellung einzunehmen, kann man eine weitgeöffnete Klappe oder Tür in Schließrichtung bewegen und danach wieder in eine Öffnungsbewe­ gung überführen, um das Rückschlagventil 63 zu schließen und das verstellbare Ventil 35 und den Strömungskanal 55 wieder zu öffnen bis die gewünschte Blockierstellung erreicht ist.

Alternativ besteht die Möglichkeit, daß zwei Kolben-Zylinderaggregate eingesetzt werden, wobei bei einem Kolben-Zylinderaggregat die Kolbenstange an die Klappe und bei dem anderen Aggregat die Kolbenstange an die Karosserie angeschlossen wird. Damit ist ein Kolben-Zylinderaggregat für die Blockierfunktion aus einer Schließbewegung und ein Kolben-Zylinderaggregat für die Blockierfunktion aus ei­ ner Öffnungsbewegung der Klappe oder Tür zuständig.

Ein alternatives Kolben-Zylinderaggregat 7 mit einem verstellbaren Ventil 35 nach dem Ansteuerungsprinzip der Fig. 2 ist in der Fig. 3 verwirklicht. Ein wesentlicher Unterschied zur Fig. 2 besteht darin, daß das Druckrohr 13 von einem Behälter­ rohr 65 eingehüllt ist. Ein Ringraum zwischen dem Behälterrohr 65 und dem Druckrohr 13 bildet die Strömungsverbindung 29 zwischen den Arbeitsräu­ men 19; 21 des Druckrohres. Der kolbenstangenseitige Arbeitsraum 19 ist mit einer Anschlußöffnung 31 an die Strömungsverbindung 29 angeschlossen. Der kolbenstangenferne Arbeitsraum 21 wird endseitig von dem Druckrohrboden 27 begrenzt, der als Ventilgehäuse für das verstellbarre Ventil 35 ausgeführt ist. Der Druckrohrboden verfügt ebenfalls über eine Anschlußöffnung 33 funktionsgemäß wie in der Fig. 2.

Der Ventilkörper 37 bildet zusammen mit Dichtungen 67; 69 und einer Ein­ schnürung 71 des Ventilkörpers 37 ein Schieberventil, das von dem Druck inner­ halb der Arbeitsräume 19; 21 und einer Anschlagscheibe 73 in Schließrichtung gehalten wird. An dem Ventilstößel 43 ist ebenfalls ein Fliehkraftregler 45 ange­ schlossen, der von der Antriebswelle 47 in Betrieb gesetzt wird. Der Kolben 17 verfügt für beide Durchströmungsrichtungen über Ventilelemente 57a; 57b die von Schließfedern 59a; 59b innerhalb von Strömungskanälen 55a; 55b vorge­ spannt sind.

Ausgehend vom Stillstand der Kolbenstange wird das Ventilelement 57b bei einer Zugbelastung im Strömungskanal 55b von einem Staudruck beaufschlagt. Das verstellbare Ventil 35 ist noch geschlossen. Der Fliehkraftregler dreht sich nicht. Ist der Staudruck im Strömungskanal ausreichend groß, so gibt das Ventilelement den Strömungskanal 55b gegen die Kraft der Schließfeder 59b frei und die Kol­ benstange kann eine Ausfahrbewegung ausführen. Diese Ausfahrbewegung läuft synchron mit einer Bewegung der Klappe oder der Fahrzeugtür ab, so daß über die Antriebswelle 47 der Fliehkraftregler 45 in Bewegung gesetzt wird, der bei einer ausreichend großen Drehzahl den Ventilstößel 43 und damit den Ventilkör­ per 37 in Richtung des Arbeitsraums 21 verschiebt. Die Kraftübertragungsmit­ tel 49 sind längenveränderlich ausgeführt, so daß eine ständig im Eingriff befind­ liche Kupplung 51 verwendet werden kann.

Sobald die Einschnürung 71 des Ventilkörpers 37 im Bereich der Dichtung 67 gelangt, kann Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum 19 über die Anschlußöff­ nung 31 in die Strömungsverbindung 29 und weiter über die Anschlußöffnung 33 in das Ventilgehäuse den bzw. Druckrohrboden 27 in den Arbeitsraum 21 strömen. Damit wird ein Betriebsverhalten realisiert, bei dem man zur Deblockie­ rung des Kolben-Zylinderaggregates anfangs eine größere Kraft und anschließend bei einer Kolbenstangenbewegung nur noch eine geringe äußere Kraft aufwenden muß. Wird die Kolbenstange angehalten, so bleibt der Fliehkraftregler gleich ste­ hen.

Wird als Arbeitsmedium in den Arbeitsräumen ein Druckgas eingesetzt, so wirkt das Druckgas auf den Ventilkörper 37 und bewegt ihn nach oben, bis die An­ schlagscheibe 73 am Druckrohrboden 27 anliegt. Die längenveränderlichen Kraftübertragungsmittel 49 ermöglichen eine Betriebsbewegung des Fliehkraftreg­ lers 45 in seine Ruhelage. Gleichzeitig befinden sich die Ventilelemente 57a; 57b in Sperrstellung, so daß zwischen den Arbeitsräumen 19; 21 keine Verbindung besteht und damit die Stellung der Kolbenstange blockiert ist.

Bei einer Belastung in Einfahrrichtung der Kolbenstange muß zunächst das Venti­ lelement 57a den Strömungskanal 55a freigeben, bis eine Kolbenstangenbewe­ gung möglich ist und der Fliehkraftregler 45 den Strömungsweg in den Druck­ rohrboden und von dort aus über die Anschlußöffnung 33, die Strömungsverbin­ dung 29, die Anschlußöffnung 31 in den kolbenstangenseitigen Arbeistsraum 19 freigibt.

Es besteht auch die Möglichkeit, daß man, wie die Fig. 1 zeigt, den Fliehkraftreg­ ler 45 direkt an dem beweglichen Objekt 3 oder der Schwenkachse 5 ankoppelt und die Stellbewegung des Fliehkraftreglers über Stellmittel 45a auf den Ven­ tilstößel 43 überträgt. Dadurch ist es möglich ein Kolben-Zylinderaggregat 7 in der Ausgestaltung nach der Fig. 4 einzusetzen, bei der das verstellbare Ventil 35 in­ nerhalb des Kolbens 17 angeordnet ist. Bist auf die Ausgestaltung der Strö­ mungsverbindung 29 entspricht die Funktionsweise des Kolben-Zylinderaggregates nach der Fig. 4 dem zur Fig. 3 Beschriebenen, so daß auf eine Wiederholung verzichtet wird.

Claims (6)

1. Verstellbares Ventil, insbesondere für ein Kolben-Zylinderaggregat mit einem Druckrohr, das zwei getrennte Arbeitsräume aufweist, die mit einem Ar­ beitsmedium gefüllt sind, wobei das verstellbare Ventil innerhalb einer Strö­ mungsverbindung angeordnet und von einer Federkraft vorgespannt ist, um eine Ausgangsbetriebsstellung einzunehmen, wobei das verstellbare Ventil ei­ nen Ventilstößel aufweist, der mit einem Fliehkraftregler derart in Wirkverbin­ dung steht, daß ab einer definierten Antriebsgeschwindigkeit des Fliehkraft­ reglers die auf das verstellbare Ventil wirksame Federkraft zumindest redu­ ziert wird, wodurch eine weitere Betriebsstellung des verstellbaren Ventils einnehmbar ist, wobei der Fliehkraftregler mit einem beweglichen Objekt in Wirkverbindung steht und die Bewegungsgeschwindigkeit des Objekts in Ab­ hängigkeit der Betriebsstellung des verstellbaren Ventils zumindest gedrosselt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Fliehkraftregler (45) ortsfest zum Druckrohr (13) angeordnet ist und über eine Kupplung (51) mit einem Ventilstößel (43) des verstellbaren Ven­ tils (35) verbindbar ist und ein an den Ventilstößel (43) gekoppelter Ventil­ körper (37) in der Baugruppe Kolben/Kolbenstange (15; 17) eine Ventilöffnung schaltet, so daß bei einer ausreichenden Kraftwirkung des Fliehkraftreg­ lers (45) auf den Ventilstößel (43) eine Relativbewegung zwischen dem Ven­ tilkörper (37) und der Baugruppe Kolben/Kolbenstange (15; 17) erfolgt.

2. Verstellbares Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem beweglichen Objekt (3) und dem Fliehkraftregler (45) ein Getriebe (53) zur Drehzahlveränderung des Fliehkraftreglers (45) angeordnet ist.

3. Verstellbares Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilöffnung (41) innerhalb der Strömungsverbindung (29) eines hohlen Abschnitts der Kolbenstange (15) ausgeführt ist.

4. Verstellbares Ventil nach einem der Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckrohr (13) zumindest über einen Längenabschnitt von einem Be­ hälterrohr (65) eingeschlossen ist und das Druckrohr und das Behälterrohr auf einem Teilbereich ihrer Überdeckung die Strömungsverbindung (29) bilden.

5. Verstellbares Ventil nach nach einem der Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das verstellbare Ventil (35) als Sitzventil mit einer Ventilsitzfläche (41) ausgeführt ist, die die Ventilöffnung bestimmt.

6. Verstellbares Ventil nach nach einem der Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsverbindung (29) als Bypasskanal zu mindestens einem wei­ teren Strömungskanal (55; 55a; 55b) zwischen den Arbeitsräumen (19; 21) ausgeführt ist, wobei der mindestens eine Strömungskanal (55; 55a; 55b) mit einer Drosselstelle versehen ist.