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Kraft speicher mit Dämpfungseinrichtung Die Erfindung bezieht sich
auf einen Kraft speicher mit Dämpfungseinrichtung, insbesondere für Türschließer,
wobei ein mit einer Kolbenstange versehener Kolben einen von einer Feder beaufschlagten,
flüssigkeitsgefüllten Zylinderraum in zwei Arbeitsräume unterteilt und zwischen
den Arbeitsräumen eine Dämpfeinrichtung angeordnet ist, die mindestens ein temperaturabhängig
veränderbares, aus Drosselbohrung und Ventilkörper mit Verstelleinrichtung bestehendes
Drosselventil aufweist.
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Die bekannten, mit hydraulischer Dämpfung arbeitenden Kraftspeicher
für Türschließer weisen infolge der temperaturabhängigen Zähigkeitsänderung der
Dämpfflüssigkeit eine Abhängigkeit der Dämpfkraft von der Umgebungstemperatur auf.
Die Folge ist, daß bei niederen Temperaturen die Türe nicht einwandfrei geschlossen
wird, während bei hohen Temperaturen die Schließbewegung zu schnell erfolgt, so
daß die Türe zugeschlagen wird. Zur Einstellung der gewünschten Dämpfkraft sind
derartige Türschließer mit einer Einstellschraube vorgesehen. Um ein einwandfreies
Arbeiten dieser Türschließer zu gewährleisten, ist ein häufiges Einstellen der Dämpfkraft
erforderlich.
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Weiter ist ein Türschließer bekannt, der ein temperaturabhängig veränderbar-s
Drosselventil besitzt, wobei lediglich in einem kleinen Temperaturintervall die
Dämpfkraft annähernd konstant gehalten werden kann, so daß auch hier bei größeren
Temperaturschwankungen ein Nachstellen erforderlich ist, um die gewünschte Dämpfkraft
zu erzielen. Hierbei wird die unterschiedliche Temperaturausdehnung verschiedener
Metalle als Regelgröße verwendet. Diese Ausdehnung ist jedoch so gering, daß eine
ungünstige Ventilkonstruktion verwendet werden muß, die einen geringen Abhub und
dadurch
eine große Spaltlänge aufweist. Der Zähigkeitseinfluß bei
diesen Ventilen ist so groß, daß die Regelungsmöglichkeit praktisch durch die ungünstige
Konstruktion wieder aufgehoben wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kraftspeicher
zu schaffen, dessen Dämpfeinrichtung die Nachteile der bekannten Konstruktionen
vermeidet und, ohne nachzujustiren, einen gleichmäßigen Dämpfkraftverlauf über ein
Temperaturintervall, welches die Sommer- und Wintertemperaturen berücksichtigt,
aufweist, einfach im Aufbau ist und funktionssicher über einen langen Zeitraum arbeitet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die auf den
Ventilkörper wirkende Verstelleinrichtung durch mehrere, bei verschiedenen Temperaturen
ansprechende Verstellelemente gebildet wird. Durch eine solche Verstelleinrichtung
wird für das geforderte Temperaturintervall eine gleichmäßig wirkende, hydraulische
Dämpfung geschaffen, indem die Verstellelemente bei verschiedenen Temperaturen innerhalb
dieses Temperaturintervalles ansprechen und dadurch den die Zähigkeit des Dämpfmittels
ausgleichende Drosselquerschnittsfläche freigeben. Je mehr Verstellelemente in der
Verstelleinrichtung integriert sind, um so besser kann die wirksame Drosselquerschnittsfläche
dem für die jeweils herrschende Temperatur erforderlichen Drosselquerschnitt angeglichen
werden, um eine gleichmäßige Dämpfkraft über das Temperaturintervall von z. B. -20°C
bis +40°C zu erzielen. Ein Nachjustieren in dem genannten Temperaturintervall wird
dadurch vermieden.
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Wie ein Merkmal der Erfindung zeigt, sind die Verstellelemente in
axialer Richtung hintereinander angeordnet. Durch aiese Anordnung wird auf einfache
Weise erreicht, daß sich der Verstellweg des einen Verstellelementes zu den Verstellwegen
der bereits auf Grund der Umgebungstemperatur ausgedehnten Verstellelemente addiert.
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Um relativ große Verstellwege der einzelnen Verstellelemente zu erzielen,
bestehen erfindungsgemäß die Verstellelemente aus Stoffen, die bei verschiedenen
Temperaturen eine Anderung des Aggregatzustandes von fest in flüssig aufweisen.
Als Stoffe für die Verstellelemente eignen sich besonders Paraffine, die bei Aggregatzustandsänderung
von
fest-in flüssig eine erhebliche Volumenveränderung besitzen. Durch diesen relativ
großen Verstellweg ist eine Ventilkonstruktion mit kleiner Spaltlänge möglich. Zur
Erzielung eines gleichmäßigen Dämpfkraftverlaufes im geforderten Temperaturintervall
wird erfindungsgemäß jedem Verstellelement ein Temperaturbereich zugeordnet.
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Einen sehr einfachen Aufbau des hydraulisch gedämpften Kraftspeichers
erhält man entsprechend einem Merkmal der Erfindung dadurch, daß die Verstelleinrichtung
in einer Bohrung der Kolbenstange angeordnet und gegenüber den flüssigkeitsgefüllten
Arbeitsräumen abgedichtet ist.
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Erfindungsgemäß kommt die Verstelleinrichtung an ihrem einen Ende
an einer Justierschraube zur Anlage, wobei diese Justierschraube an dem aus dem
Zylinder ragenden Ende der Kolbenstange angeordnet ist. Diese Justierschraube dient
lediglich zur Einjustierung der Dämpfung, nicht mehr zur Verstellung der Dämpfung
bei unterschiedlicher Außentemperatur. Deshalb muß diese Justierschraube nicht mehr
von außen zugänglich sein, da sie lediglich in einfacher Weise zum Ausgleichen der
Fertigungstoleranzen dient.
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Wie weitere Merkmale der Erfindung zeigen, ist zwischen der Verstelleinrichtung
und dem Ventilkörper sowie der Justierschraube je eine Dichtung angeordnet und die
Verstellelemente liegen mit ihrer Mantelfläche an der Innenwand der in der Kolbenstange
befindlichen Bohrung an oder die Verstelleinrichtung besteht aus zwei ineinander
verschiebbaren und nach außen abgedichteten, konzentrischen Hülsen, in denen die
Verstellelemente angeordnet sind, wodurch diese Verstelleinrichtung als Baueinheit
ausgebildet, in die Bohrung der Kolbenstange eingeführt ist und die Enden der Hülsen
die Anlageflächen für den Ventilkörper und die Justierschraube bilden.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist das temperaturabhängig
wirkende Drosselventil eine mit der Drosselbohrung versehene, federbelastete Ventilplatte
auf, welche axial beweglich im Kolben angeordnet ist. Dabei ist es zweckmäßig, die
Federkraft der Feder so zu bemessen, daß bei Überschreiten eines vorbestimmten
Druckes
im kolbenstangenaustrittsseitigen Arbeitsraum eine Vergrößerung des Drosselquerschnittes
durch Abheben der Platte von den Anschlägen im Kolben geschaffen wird. Auf diese
Weise wird ein sehr einfaches, gleichzeitig auf Überdruck im kolbenstangenseitigen
Arbeitsraum ansprechendes Drosselventil geschaffen.
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Weitere Ausbildungsmöglichkeiten und vorteilhatte Wirkungen ergeben
sich aus der Beschreibung des Aufbaues und der Wirkungsweise der im nachfolgenden
beispielsweise dargestellten Ausführungsformen der Erfindung. Es zeigt: Fig. 1 den
Verlauf der Ventilverstellung in Abhängigkeit des Temperaturintervalles von -200C
bis +400C; Fig. 2 einen Längsschnitt durch den mit hydraulischer Dämpfung versehenen
Kraftspeicher, wobei die Verstellelemente direkt in die Bohrung der Kolbenstange
eingeführt sind; Fig. 3 eine aus zwei ineinander verschiebbaren und nach außen abgedichteten,
konzentrischen Hülsen bestehende Ventileinrichtung in der Bohrung der Kolbenstange;
Fig. 4 einen Längsschnitt durch den Kraftspeicher, wobei die Drosselventilplatte
federbelastet ist und die Gasfeder ohne Trennelement über der Dämpfflüssigkeit steht.
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Das Diagramm nach Fig. 1 zeigt die Abhängigkeit des Ventilhubes von
der Umgebungstemperatur. Um für das geforderte Temperaturintervall von -20°C bis
+40°C eine gleichmäßige Dämpfkraft zu erzielen, wurden der Verstelleinrichtung sechs
Verstellelemente zugeordnet, die jeweils bei 10 Temperaturdifferenz nacheinander
ansprechen. Auf diese Weise wird ein treppenförmiger Verlauf des Ventilhubes über
der Temperatur erzielt. Der einen vollkommen konstanten Dämpfkraftverlauf über der
Temperatur ergebende Ventilhub ist als strichpunktierte Linie eingezeichnet. Durch
die Wahl der Vclumina der einzelnen Verstellelemente wird eine weitgehende Annäherung
der treppenförmigen Ventilhubkurve mit der strichpunktierten, theoretischen Ventilhublinie
erzielt.
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Die in den Figuren 2 bis + dargestellten Kraftspeicher mit hydraulischer
Dämpfung können beispielsweise über entsprechende Anlenkteile mit der Türe und dem
Abstützteil wie dem Türrahmen verbunden sein. Beim öffnen der Türe wird die Kolbenstange
in den Zylinder eingefahren und, bedingt durch das Volumen der einfahrenden Kolbenstange,
die Feder vorgespannt.
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Der Kraftspeicher mit hydraulischer Dämpfung entspr. Fig. 2 besteht
aus dem Zylinder 1, in welchem die Kolbenstange 2 geführt und nach außen abgedichtet
ist. Fest mit der Kolbenstange 2 ist der Kolben 4 verbunden, weicher einen axial
in der Kolbennut beweglichen Kolbenring 5 besitzt. Der zwischen dem Trennkolben
12 und dem Kolben 4 befindliche Arbeitsraum 8 ist mit dem kolbenstangenseitigen
Arbeitsraum 9 über Kanäle 6 und das aus Ventilkörper 10 und Drosselbohrung 7 bestehende
Drosselventil verbunden. Dabei sind die Arbeitsräure 8 und 9 mit Dämpfflüssigkeit
gefüllt und durch den Trennkolben 12 vom Federraum 13, der eine unter Druck stehende
Gasfüllung besitzt, getrennt. Mittels der Dichtungen 11 ist der Ventilkorper zu
der Bohrung 3 in der Kolbenstange 2 hin abgedicKtet In dieser Bohrung 3 der Kolbenstange
2 befindet sich außerdem die ten:peraturabhängig wirkende Verstelleinrichtung, die
aus den Verstellelementen 14 gebildet ist und in axialer Richtung von den Dichtungen
15 begrenzt wird. Über eine dieser Dichtungen 15 stützt sich das Verstellelement
an der Justierschraube 16 ab und wirkt mit dem anderen Dichtelement auf den Ventilkörper
10. Die einzelnen Verstellelemente 14 der Verstelleinrichtung sind entsprechend
der Zeichnung hintereinander angeordnet und hinsichtlich ihrer Volumina so aufeinander
abgestimmt, daß eine Ventilhubkirve entsteht, die eine weitgehende Annäherung zum
gewünschten theoretischen Verlauf aufweist, wie dies zu Fig. 1 erläutert wurde.
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Bei der nachfolgenden Beskhreibun) der Wirkungsweise wird davor ausgegangen,
daß zunächst beim öffnen der Türe die Kolbenstange 2 und damit auch der Kolben 4
in Richtung auf den Trennkolben 12 bewegt wird. Infolge der Reibung zwischen dem
Kolbenring 5 und der Innenwand des Zylinders 1 bewegt sich der Kolbenring 5 in der
Kolbennut nach links, so daß von diesem Kolbenring ein Durchtrittsquerschnitt freigegeben
wird, der Dämpfflüssigkeit aus dem Raum 8
in den Raum 9 fließen
läßt. Gleichzeitig fließt die Dämpfflüssigkeit auch durch die von Drosselbohrung
und Ventilkörper freigegebenen Querschnitte und die Kanäle 6 vom Raum 8 in den Raum
9.
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Infolge des beim öffnen der Türe einfahrenden Kolbenstangenvolumens
gleitet der Trennkolben 12 im Zylinder 1 nach links, wodurch der Gasdruck im Federraum
13 erhöht wird.
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Das selbsttätige Schließen der Türe bewirkt, daß unter der Einwirkung
des Druckes der Gasfüllung im Federraum 13 der Trennkolben 12 diesen Druck auf den
Arbeitsraum 8 ausübt, wodurch eine dem Kolbenstangenquerschnitt entsprechende Ausschubkraft
auf die Kolbenstange 2 ausgeübt wird. Diese nun eintretende Ausfahrbewegung der
Kolbenstange 2 aus dem Zylinder 1 bewirkt, daß der Kolbenring 5 an der rechten Schulter
der Kolbennut anliegt und somit den Durchtritt von Flüssigkeit über den Außenumfang
des Kolbens vom Raum 9 in den Raum 8 verhindert. Somit wirkt dieser Kolbenring 5
im Zusammenhang mit den Durchtrittsöffnungen im Kolben 4 als Rückschlagventil und
läßt nur beim Einfahren der Kolbenstange 2 in den Zylinder 1 Flüssigkeit vom Raum
8 in den Raum 9 ftießen, während beim Ausfahren der Kolbenstange der Kolbenring
5 diesen Durchtritt versperrt, d. h., es kann nur Flüssigkeit aus dem Raum 9 in
den Raum 8 über den vom Ventilkörper 10 und der Drosselbohrung 7 freigegebenen Querschnitt
fließen und die Dämpfwirkung wird durch diesen freien Querschnitt bestimmt. Dieser
freie Querschnitt zwischen dem Ventilkörper 10 und der Drosselbohrung 7 wird temperaturabhängig
durch die Verstellelemente 14 gesteuert, indem sich diese bei steigender Temperatur
ausdehnen und eine Kraft über die Dichtung 15 auf den Ventilkörper 10 ausüben, so
daß der Ventilkörper 10 bei Temperaturanstieg eine Verkleinerung des Durchtrittsquerschnittes
erzeugt.
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Die Justierschraube 16 dient dabei lediglich zur einmaligen Einstellung
der gewünschten Dämpfkraft und braucht nach einmal erfDlgter Einstellung nicht mehr
betätigt zu werden, denn hierfür sorgen die temperaturabhängig wirkenden Verstellelemente
14.
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Die Ausführungsform nach Fig. 3 unterscheidet sich von der nach Fig.
2 dadurch, daß die Verstelleinrichtung aus den zwei ineir-nder verschiebbaren Hülsen
17 und 18 besteht, in denen die temraturabhängig
wirkenden Verstellelemente
14 angeordnet sind. n ein Ausfließen des Stoffes, aus dem die Verstellelemente ge@ildet
sind, aus den Hülsen 17 und 18 zu verhindern, ist die Dichtung 19 zwischen diesen
beiden Hülsen vorhanden. Der wesentliche Vorteil dieser Ausführungsform besteht
darin, daß die Verste @@ einrichtung als Ganzes montiert in die Bohrung 3 der Kolbenst
>e 2 eingeführt werden kann und die Enden dieser Hülsen 17 und 18 @-nerseits
auf den Ventilkörper 10 wirken urtd sich andererseits der Justierschraube 16 abstützen.
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Die Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, wobei die auf die Arbeiträume
8 und 9 wirkende Druckgasfüllung 20 ohne Trennelemente @@rekt auf die Dämpfflüssigkeit
in den Arbeitsräumen 8 und 9 wirkt. Als weiterer Unterschied zu den Ausführungen
entsprechend den Figuren 2 und 3 ist eine die Drosselbohrung 7 aufweisende dünne
Platt 21 vorhanden, die durch die Feder 22 gegen Anschläge des Kolbens 4 gedrückt
wird. Diese federbelastete Platte 21 ist dabei axial beweglich im Kolben 4 geführt,
während die Federkraft der Feder 22 so bemessen ist, daß bei Überschreiten eines
vorbestimmten Druckes im kolbenstangenaustrittsseitigen Arbeitsraum 9 die Platte
21 von ihren Anschlägen im Kolben 4 abhebt und dadurch eine Vergrößerung des Drosselquerschnittes
erzielt wird.
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Die Arbeitsweise der Ausführungsform nach Fig. 4 unterscheidet sich
von den bisher beschriebenen Ausfuhrungsfnmen dadurch, daß beim Öffnen der Türe
der größte Anteil des Gasvolumens in den Arbeitsraum 9 verdrängt wird, so daß beim
SchlIeßen der Türe zunächst der Differenzdruck zwischen den Arbeitsräumen 8 und
9 langsam aufgebaut wird. Die Folge ist, daß zunächst eine rasche Schlie@bewegung
der Tür eintritt und erst nach Verdrängen des verhanden aus dem Arbeitsraum 9 die
volle Funktion der Dämpfkraft verhanden ist. Da dieser Übergang nicht sprunghaft,
sondern entsprechend dem Druckaufbau linear verläuft, wird auf diese Weise eine
gewünschte, wegabhängige Dämpfung erzielt, ohne hierzu hubabhängig veränderliche
Durchflußquerschnitte anwenden zu müssen.
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Durch die federbelastete Platte 21 wird ein Überdruckventil geschaffen,
welches beim Zuziehen der Türe infolge des dadurch im Arbeitsraum 9 sich aufbauenden,
höhere Druckes von seinem SitZ
abhebt und einen größeren Durchflußquerschnitt
freigibt. Somit wirkt die Platte 21 zusammen mit der Feder 22 als Überdruckventil
und verhindert, daß beim Zuziehen der Türe von Hand zu hohe Kräfte auf die Befestigungselemente
des Türschließers an der Türe und am Türrahmen ausgeübt werden.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf Verstelleinrichtungen, bei
denen die Verstellelemente eindeutig voneinander getrennt sind, sondern beinhaltet
entsprechend dem Sinn der Erfindung auch, daß die Verstellelemente bei verschiedenen
Temperaturen ansprechen.
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Beispielsweise ist es bei Anwendung von Paraffinen für Verstellelemente
nicht ohne weiteres möglich, eine einwandfreie räumliche Trennung der Verstellelemente
zu gewährleisten, denn diese werden nach relativ kurzer Zeit eine Art Gemisch darstellen.
Ebenso ist eine derartige temperaturabhängig verstellbare Drossel nicht nur auf
Türschließer beschränkt, sondern kann bei beliebigen in Abhängigkeit von der Temperatur
zu verstellenden Drosseln angewendet werden, wobei außer der starren Verstellung
auch eine elastische Verstellung denkbar ist.