DE4431626C2 - Feststeller zum Feststellen zweier relativ zueinander beweglicher Objekte - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Feststeller zum Feststellen zweier relativ zueinander beweglicher Objekte in verschiedenen Positionen mit einem, mit einem der Objekte verbundenen Hohlzylinder und einem im Hohlzylinder verschiebbaren Kolben, der über eine, aus dem Hohlzylinder nach außen verlaufenden Kolbenstange mit dem anderen Objekt in Verbindung steht, wobei der Kolben den nach außen abgedichteten Hohlzylinder in zwei, ein Arbeitsfluid enthaltende, volumenveränderliche Arbeitskammern unterteilt, wobei die Strömungsverbindung der beiden Arbeitskammern mindestens teilweise über eine Austauscheinrichtung im Kolben möglich ist, bestehend aus mindestens zwei relativ zueinander verschiebbaren Teilen, wobei nach Verschiebung aus einer in Ruhe­ stellung eingenommenen Grundposition die Strömungsver­ bindung freigegeben wird.

Derartige Feststeller sind insbesondere zur Feststellung von Türen und Fenstern bereits bekannt (z. B. DE 14 59 182 C2).

Bei dem bekannten Feststeller ist in einem beidendig abgeschlossenen Zylinder eine Kolbenstange durch das eine Zylinderende dichtend hindurchgeführt. Die Kolben­ stange ist innerhalb des Hohlraumes des Zylinders mit einem Kolben verbunden, der den Zylinder in zwei Arbeitskammern unterteilt. Die beiden Arbeitskammern sind durch zwei Strömungswege miteinander verbunden, die innerhalb des Kolbens verlaufen. Jeder Bewegungsrichtung ist ein Rückschlagventil zugeordnet, das jeweils nur in einer Strömungsrichtung öffnen kann. Jedes Rückschlag­ ventil umfaßt jeweils einen Ventilkörper, der durch eine Federvorspannung in Absperrstellung gegen eine Zuström­ öffnung vorgespannt ist und diese bei Stillstand des Kolbens absperrt. Wenn die Kolbenstange relativ gegen­ über dem Zylinder bewegt wird, bildet sich in einer der Arbeitskammern ein Überdruck aus, der auf das ent­ sprechende Rückschlagventil wirkt. Bei Beginn der Bewegung der Kolbenstange wirkt dieser Druck zunächst nur auf eine kleine Fläche des Ventilkörpers, welche durch den Querschnitt der diesem Ventilkörper zuge­ ordneten Zuströmöffnung bestimmt ist. Es ist daher ein erheblicher Überdruck in der Arbeitskammer erforderlich, um den Ventilkörper von der Dichtposition abzuheben.

Nach Einsetzen der Strömung zwischen den beiden Arbeitskammern wird eine größere Beaufschlagungsfläche des Ventilkörpers beaufschlagt.

Diese bekannte Lösung erlaubt es, eine Tür relativ stabil in beliebiger Lage zwischen ihrer Öffnungs­ stellung und ihrer Schließstellung festzustellen. Es ist eine relativ große Ausschubkraft notwendig um eine in beliebiger Stellung festgesetzte Tür oder dergleichen in Anfangsbewegung zu versetzen. Die Tür wird deshalb durch einen unbeabsichtigten Stoß in ihrer Lage nicht ver­ ändert. Andererseits reicht eine relativ kleine Kraft aus, um die in Bewegung versetzte Tür weiter zu öffnen oder zu schließen. Dieses an sich vorteilhafte Verhalten wird in nachteiliger Weise nur durch einen erheblichen konstruktiven Aufwand erreicht, der einer verbreiteten Anwendung dieses Prinzips bisher im Wege stand. Der konstruktive Aufwand ist insbesondere dadurch bedingt, daß zwei Strömungswege zwischen den beiden Arbeits­ kammern geschaffen werden müssen. Die Herstellung dieser beiden Strömungswege verlangt eine Mehrzahl von strömungswegbildenden Bohrungen, darunter Axial­ bohrungen, welche exzentrisch im Kolben angeordnet werden müssen.

Darüber hinaus sind Stellvorrichtungen ähnlicher Bauart (z. B. US-PS 4.099.602, DE 36 02 405 A1), bekannt. Diese beziehen sich jeweils auf Drosselstellen eines be­ stimmten Querschnittes, welche durch Kegel bzw. Kugeln verschlossen werden. Das Prinzip beruht jeweils darauf, daß nach Abheben der Kugel bzw. des Kegels ein relativ kleiner Strömungsquerschnitt freigegeben wird, der in einen großen Abströmquerschnitt mündet. Durch dieses Prinzip läßt sich kein Staudruck aufbauen, der die Rest­ kugel bzw. Restkegelfläche beaufschlagen kann. Es ent­ steht somit kein Unterschied zwischen einem Öffnungs­ druck für eine bestimmte Verstellkraft und einer späteren Haltekraft. Beim Anmeldungsgegenstand dagegen verbleibt nach Freigabe des Öffnungsquerschnittes ein geringer Abströmquerschnitt, so daß die gesamte Fläche durch den Staudruck beaufschlagt werden kann und somit die geringe Haltekraft entsteht.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Feststeller zum Feststellen zweier relativ zueinander beweglicher Objekte zu schaffen, bei dem ein kostengünstiges hydrau­ lisches, pneumatisches oder hydropneumatisches Blockier­ element enthalten ist, das eine stufenlose, ohne äußeres Betätigungselement, Arretierung von Türen, Klappen etc. ermöglicht, wobei die Höhe der Blockierkraft ent­ sprechend beibehalten werden soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorge­ sehen, daß mindestens eines der beiden verschiebbaren Teile in der Grundposition eine hydraulisch beauf­ schlagbare Querschnittsfläche (A) aufweist, die kleiner ist als die nach der relativen Verschiebung der beiden Teile freigegebene hydraulisch beaufschlagbare Quer­ schnittsfläche (B).

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, daß ein einfacher Kolbenaufbau zur Verwendung von kostengünstigen Teilen führt, die in der Montage einfach und unter keiner besonderen Sorgfalt zu einem funktions­ sicheren System verbaut werden können. Ein sicherer Funktionsablauf ist auch unter wechselnden Temperatur­ bedingungen gegeben.

Eine günstige Ausführungsform sieht vor, daß als Aus­ tauscheinrichtung der Kolben zweiteilig ausgebildet ist.

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, daß der Kolben in ein radial äußeres und ein radial inneres Teil geteilt ist, wobei die beiden Teile in Axialrichtung relativ zueinander verschiebbar sind.

Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsform, daß das radial innere Teil auf der Kolbenstange abgedichtet gehalten ist und daß das radial äußere Teil gegenüber dem Hohlzylinder dicht gelagert ist.

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, daß die Austauscheinrichtung ein ortsfest gehaltenes Teil und für die Zug- und Druckrichtung jeweils ein ver­ schiebbares Teil aufweist.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, daß mindestens eines der relativ verschiebbaren Teile federnd abgestützt ist.

Eine günstige Ausführungsform sieht vor, daß die Strömungsverbindung durch die einander zugewandten Flächen der Teile in der Art gebildet wird, daß mindestens eine der Flächen einen konischen Verlauf aufweist.

Desweiteren ist vorgesehen, daß die Strömungsverbindung durch die einander zugewandten Flächen der Teile in der Art gebildet wird, daß in mindestens einer der Flächen mindestens eine axial, keilförmig verlaufende Nut vorge­ sehen ist. Hierbei ist von Vorteil, daß diese Ausführung einen besonders weichen Druckangleich zwischen Blockier- und Staudruck ermöglicht, so daß keine störenden Schalt­ geräusche auftreten.

Nach einer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Strömungsverbindung als im Winkel zur Längsachse ver­ laufende Ausnehmung in einem der Teile angeordnet ist, wobei Absperrmittel im benachbarten Teil angeordnet sind.

Darüber hinaus ist vorgesehen, daß die relativ zuein­ ander verschiebbar angeordneten Teile axial hinter­ einanderliegend angeordnet sind.

Eine günstige Ausführungsform sieht vor, daß der zwischen den Teilen aufgenommene Kolbenring als Absperr­ mittel für die Strömungsverbindung ausgebildet ist.

In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Strömungsverbindung mit einem Drosselventil versehen ist.

Nach einem weiteren Merkmal ist vorgesehen, daß im Hohl­ zylinder ein feder- und/oder gasvorgespannter Aus­ gleichsraum vorgesehen ist.

Eine günstige Ausführungsform sieht vor, daß die Kolben­ stange durch beide Arbeitsräume hindurchverläuft.

In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß im Hohl­ zylinder über eine Trennwand eine weitere fluidgefüllte Kammer gebildet wird, wobei die Austauscheinrichtung im Kolben und/oder der Trennwand angeordnet ist.

Um mindestens teilweise die Kraft der unterstützenden Feder zu kompensieren ist in weiterer Ausgestaltung vorgesehen, daß mindestens eines der axial verschiebbaren Teile mit einem Arretierungselement ver­ sehen ist. Hierbei läßt sich mit Vorteil als Arretierungselement ein Schnapp-, Feder- und/oder Reib­ element vorsehen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Feststeller, bestehend aus einem Hohl­ zylinder, einer Kolbenstange und einer Austauschein­ richtung im Schnitt

Fig. 2 bis 8 weitere Ausführungsformen eines Fest­ stellers, die sich in entsprechenden Details unter­ scheiden

Fig. 9 einen Kolben mit axial verlaufenden, keil­ förmigen Nuten

Fig. 10 eine Ausführungsform bei der die verschiebbaren Teile axiale Nuten aufweisen

Fig. 11 ein Kraft-Weg-Diagramm

Fig. 12 und 13 weitere Ausführungsformen eines Fest­ stellers.

Fig. 13a, 13b, 14 und 15 Ausführungsformen der Kolben, insbes. der Fig. 13.

In der Fig. 1 ist in einem Hohlzylinder 1 ein nach außen abgedichteter Raum angeordnet, der mit einem Arbeitsfluid gefüllt ist, von einem Kolbensystem 20 in zwei getrennte Arbeitsräume 4 und 5 unterteilt. Der Kolben ist beidseitig mit einer nach außen geführten Kolbenstange 3 verbunden. Das Kolbensystem besteht aus dem Kolben 6, der durch Stoff-, Form- oder Reibschluß mit der Kolbenstange 3 fest verbunden ist, einem Abdichtelement 9, zwei relativ zum Kolben 6 verschieb­ baren Teilen 8 und 7, zwei Vorspannelemente 10 und 11 sowie zwei Fixierelemente 12 und 13.

Im Ruhezustand des Feststellers werden durch die Vor­ spannelemente 10 und 11 die Teile 8 und 7 gegen den Kolben 6 geschoben, wodurch das Abdichtelement 9 in eine definierte Position geschoben wird, in der das Dicht­ element 9 zu einer Trennung der Arbeitsräume 4 und 5 führt. Wird beispielsweise an der Kolbenstange gezogen, so wird durch die Trennung bzw. Abdichtung der Arbeits­ räume im Arbeitsraum 4 ein Druck aufgebaut. Dieser Druck wirkt über den Strömungskanal 17 auf das Abdichtelement 9, wodurch das Abdichtelement 9 sich an das Teil 7 anlegt und so eine axiale Verschiebekraft auf das Teil 7 wirkt, die das Teil 7 gegen das Vorspannelement 11 ver­ schieben will. Das Teil 7 wird durch das Vorspannelement 11, welches wiederum durch das Fixierelement 13 abge­ stützt wird, in Position gehalten.

Wird durch eine Zugkraft an der Kolbenstange 3 im Arbeitsraum 4 ein solcher Druck erzeugt, daß die axiale Verschiebekraft des Abdichtelementes 9 (resultierend aus dem Druck und der hydraulischen Querschnittsfläche A des Abdichtelementes 9) größer als die Abstützkraft des Vor­ spannelementes 11 ist, drückt das Abdichtelement 9 das Teil 7 axial vom Kolben weg, wodurch das Abdichtelement 9 seine Abdichtposition verläßt. Durch die spezielle Kontur des Kolbens 6 verliert das Abdichtelement 9 seine Dichtfunktion, so daß das Arbeitsfluid vom Arbeitsraum 4 durch die Strömungsverbindung 17 in den Raum zwischen Kolben 6 und Teil 7 strömen kann. Der Zwischenraum ist mit dem Arbeitsraum 5 mittels einer Bohrung 14 ver­ bunden. Nachdem das Arbeitsfluid in den Zwischenraum und über die Bohrung 14 in den Arbeitsraum 5 geströmt ist, reduziert sich der Blockierdruck im Arbeitsraum 4 auf einen niedrigeren Staudruck, der, bezogen auf eine größere hydraulische Fläche B des Teiles 7, das Teil 7 weiterhin in der hintersten, das heißt geöffneten Position hält.

Durch die Verbindung der Arbeitsräume 4 und 5 über die Strömungskanal 17 und der Bohrung 14 ist ein Verstellen des Kolbens 6 und somit der Kolbenstange 3 möglich. Die Strömungsverbindung 16 wird in dieser Position vom Abdichtelement 9 abgedichtet.

Es ist somit nach Überwinden einer anfänglich hohen Blockierkraft das Verstellen bei einer geringeren Ver­ stellkraft möglich.

Wird die Bewegung der Kolbenstange gestoppt, erfolgt ein Druckausgleich zwischen den Arbeitsräumen 4 und 5, so daß keine Öffnungskraft (resultierend aus dem Staudruck und der resultierenden Fläche B) am Abdichtelement 9 an­ steht. Durch die Kraft des Vorspannelementes 11 wird nun das Teil 7 gegen den Kolben 6 verschoben und somit das Abdichtelement 9 in seine Abdichtposition geschoben, wodurch die Arbeitsräume 4 und 5 wieder voneinander ge­ trennt werden.

Durch eine spezielle Kontur der Außenfläche des Kolbens 6 in axialer Richtung ist zwischen Blockier- und Stau­ druck ein weicher Übergang möglich, wodurch ein weicher Druckangleich zwischen Blockier- und Staudruck möglich ist. Weiterhin wird durch die Reibung zwischen Abdicht­ element 9 und Hohlzylinder 1 ein sicheres Abdichten der Strömungsverbindungen 16 bzw. 17, je nach Bewegungs­ richtung, ermöglicht.

In Einschubrichtung ist der obengenannte Funktionsablauf ebenfalls gegeben, jedoch strömt bei geöffnetem Ventil das Arbeitsfluid vom Arbeitsraum 5 durch den Strömungs­ kanal 16, der Bohrung 15 in den Arbeitsraum 4. Im weiteren ist es möglich, durch die Anordnung eines variablen Abdichtelementes 18, das den Arbeitsraum 5 nach außen abdichtet und vorspannt (z. B. Schraubendruck­ feder, Gaspolster, etc.), einen Volumenausgleich bei flüssigem Arbeitsfluid durch eine Temperaturänderung zu ermöglichen.

Als Abdichtelement 9 können ein O-Ring, Rechteckring, speziell geformte Abdichtringe mit und ohne Armierung aus z. B. aus Stahl, Kunststoff- oder Gummiwerkstoffen oder sonstige abdichtende Werkstoffe Anwendung finden. Als Arbeitsfluid sind alle bekannten flüssigen und gas­ förmigen Medien, wie z. B. Öle und Gase möglich.

In der Fig. 2 ist eine weitere Möglichkeit dargestellt, das Kolbensystem so zu variieren, daß eine Ventil­ funktion auf der Kolbenstange 3 und eine weitere Ventil­ funktion über eine Trennwand im Hohlzylinder 1 vorge­ sehen ist. Dies hat den Vorteil, daß durch Wegfall einer längeren Kolbenstange 3 der Feststeller kürzer baut.

Wird die Kolbenstange 30 in Zug belastet, kommt das auf dem Kolben angeordnete Kolbensystem 40 zum Einsatz und ermöglicht, die unter Fig. 1 beschriebene Funktion. Parallel wird der entstehende Hohlraum der Kolbenstange aus der Kammer 2 über die Strömungsbohrungen 61 und 62 mit in den Arbeitsraum 5 nachfließendem Arbeitsfluid gefüllt.

Die an dem Ventilsystem 60 angeordneten Ventilscheiben 63 führen in dieser Strömungsrichtung zu keinem Ab­ sperren der Strömung, da die Ventilscheiben von ihrem Sitz abheben und somit den Durchgang öffnen.

Wird die Kolbenstange 30 mit einer Kraft in Druck­ richtung belastet, so baut sich im Arbeitsraum 5 ein Druck auf, der zu einer Ventilbetätigung des im Hohl­ zylinder angeordneten Ventilsystems 60 führt, das nach dem gleichen Prinzip wie unter Fig. 1 beschrieben funktioniert. Parallel bewirkt der Druck im Arbeitsraum 5 ein Wegschieben des Abdichtelementes 43 aus der Dicht­ position gegen die Scheibe 42, so daß das Arbeitsfluid vom Arbeitsraum 5 über die Strömungsverbindung 16 und 50 in den Arbeitsraum 4 strömen kann.

Der Bewegungsablauf wird ausschließlich durch das im Hohlzylinder 1 angeordnete Ventilsystem 60 gesteuert.

Wird die Bewegung der Kolbenstange 30 gestoppt, erfolgt ein Druckausgleich zwischen dem Arbeitsraum 5 und der Kammer 19, wodurch keine Öffnungskraft am Abdichtelement 64 ansteht. Durch die Kraft des Vorspannelementes 67 wird nun der Schieber 65 gegen den Ventilkörper 68 ver­ schoben und somit das Abdichtelement 64 in seine Abdichtposition geschoben.

Das Gerät ist somit in Druckrichtung der Kolbenstange blockiert. In Zugrichtung würde das Abdichtelement 43 bei einer Zugbelastung durch Druck im Arbeitsraum 4 und der Reibung am Hohlzylinder 1 sofort in die Abdicht­ position verschoben werden, so daß auch in dieser Richtung der Feststeller blockiert wäre.

In der Fig. 3 ist eine Möglichkeit eines weiteren Kolbensystems 100 dargestellt, bestehend aus einer Ventilplatte 101, einem Kolben 102, einem Abdichtelement 103, einer Stützplatte 104, einem Vorspannelement 105, einer Hülse 106 sowie einem Befestigungselement 107. Wird die Kolbenstange 30 mit einer Kraft in Zugrichtung belastet, so baut sich im Arbeitsraum 4 ein Druck auf, der die Ventilplatte 101 gegen den Kolben 102 drückt und somit die Bohrung 112 abdichtet. Im weiteren steht der Druck über den Strömungskanal 113 am Abdichtelement 103 an, so daß das Abdichtelement 103 in axialer Richtung mit einer Kraft, resultierend aus dem Druck und dem hydraulischen Querschnitt des Strömungskanales 113 be­ aufschlagt wird. Durch das Vorspannelement 105 wird das Abdichtelement 103 mittels Stützplatte 104 in der Dichtungsposition gehalten. Ist der Druck im Arbeitsraum 4 so groß, daß die Druckkraft am Abdichtelement 103 die Vorspannkraft des Vorspannelementes 105 überwindet, wird das Abdichtelement 103 sowie die Stützplatte 104 axial verschoben, so daß das Arbeitsfluid vom Arbeitsraum 4 über die Strömungsverbindung 113 in den Zwischenraum 4.1 strömen kann.

Die Strömungsverbindung 110 in der Hülse 106 wird durch die verschobene Stützplatte 104 verschlossen. Da der Druck nun auf die gesamte Fläche der Stützplatte 104 und des Abdichtelementes 103 wirkt, verschiebt sich die Stützplatte 104 gegen das Vorspannelement 105. Durch die Strömungsbohrung 111 strömt das Medium vom Zwischenraum 4.1 in den Arbeitsraum 5. Dabei reduziert sich der Druck im Arbeitsraum 4 auf ein niedrigeres Druckniveau, so daß die Bewegung der Kolbenstange auch mit einer geringeren Kraft möglich ist. Das Ventil des Kolbensystems bleibt jedoch weiterhin geöffnet, da die Axialkraft, resul­ tierend aus dem Staudruck der jetzt größer wirkenden hydraulischen Querschnittsfläche, größer als die Kraft des Vorspannelementes 105 ist.

Durch die Anordnung einer Ventileinheit 120 im Hohl­ zylinder 1 wird der entstehende Hohlraum durch das Herausziehen der Kolbenstange 30 durch nachströmendes Arbeitsfluid von der Kammer 2 in den Arbeitsraum 5 über die Strömungskanäle 130, 131 und 132 ermöglicht. Die Ventilplatte 121 ist so ausgeführt, und am Ventilsystem 120 angeordnet, daß in dieser Strömungsrichtung die Ventilplatte 121 vom Dichtsitz der Trennwand 122 ge­ drückt wird und somit eine ungehinderte Strömung möglich ist.

Wird die Kolbenstange 30 mit einer Kraft in Druck­ richtung belastet, so baut sich im Arbeitsraum 5 ein Druck auf, der zu einer Ventilbetätigung des im Hohl­ zylinder 1 angeordneten Ventilsystems 120 führt, das nach dem gleichen Prinzip wie das Kolbensystem 100 wirkt.

Parallel strömt aus dem Arbeitsraum 5 über den Strömungskanal 110, der Strömungsbohrung 111 und der Strömungsbohrung 112 das Arbeitsfluid in den Arbeitsraum 4. Die Ventilplatte 101 ist so ausgeführt und am Kolben­ system 100 angeordnet, daß in dieser Strömungsrichtung die Ventilplatte 101 vom Dichtsitz des Kolbens 102 ge­ drückt wird und somit eine ungehinderte Strömung möglich ist.

In dieser Betätigungsrichtung strömt das Arbeitsfluid vom Arbeitsraum 5 über das Kolbensystem 100 in den Arbeitsraum 4, sowie über das Ventilsystem 120 in die Kammer 19. Der Bewegungsablauf wird ausschließlich durch das im Hohlzylinder angeordnete Ventilsystem 120 ge­ steuert.

Wird die Bewegung der Kolbenstange 30 gestoppt, folgt ein Druckausgleich zwischen dem Arbeitsraum 5 und der Kammer 19, wodurch keine Öffnungskraft am Abdichtelement 123 und an der Ventilplatte 101 ansteht. Durch die Kraft des Vorspannelementes 125 wird nun die Stützplatte 124 und das Abdichtelement 123 in die Abdichtposition gegen den Kolben 122 verschoben, so daß der Strömungskanal 133 wieder verschlossen wird.

Der Feststeller ist somit in Druck- als auch in Zug­ richtung blockiert.

Durch die Anordnung eines Trennkolbens 45 im Hohl­ zylinder 1 besteht die Möglichkeit der Volumenanpassung durch das verdrängte Volumen beim Einschieben der Kolbenstange 30 bzw. benötigte Volumen beim Herausziehen der Kolbenstange 30, sowie bei Temperaturänderungen, insbesondere bei hydraulischem Fluid.

Im weiteren kann die Abdichtung der Ventilplatten 101 und 121 über spezielle Dichtkanten am Kolben bzw. durch ein zusätzliches Abdichtelement 119 oder 139 erfolgen.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Strömungskanäle 113 und 133 so auszulegen, daß im Zusammenwirken mit den Vorspannelementen 105 und 125 eine große Variation an Blockierkräften besteht.

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Strömungs­ verbindung 111 und 133 so auszuführen, daß das selbst­ tätige Offenhalten der Strömungskanäle 113 und 133 auf verschiedene Kolbengeschwindigkeiten ausgelegt werden kann.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Bohrungen 111 und 131 so auszulegen, daß eine Betätigung nur bei permanentem Überwinden der hohen Blockierkraft möglich ist. Bei solch einer Auslegung können die Hülsen 106 und 126 sowie die Strömungsbohrungen 111 und 131 entfallen, wenn zwischen den Stützplatten 104 und 124 und den Zapfen ein ausreichender Spalt vorhanden ist.

Aus der Fig. 4 ist die Anordnung eines doppelt wirken­ den Kolbensystems 150 an den Kolbenstangen 30 und 31 beschrieben, wobei das Wirkprinzip der Fig. 3 ent­ spricht.

Wird die Kolbenstange 30 mit einer Zugkraft belastet, so baut sich im Arbeitsraum 4 ein Druck auf, der über den Strömungskanal 168 auf das Abdichtelement 153 wirkt. Parallel wird die Ventilplatte 151 auf den Dichtsitz des Kolbens 152 gedrückt, wodurch die Strömungsbohrung 167 abgedichtet wird. Ist die Druckkraft, resultierend aus dem Druck im Arbeitsraum 4 und der Querschnittsfläche des Strömungskanales 168, größer als die Kraft des Vor­ spannelementes 155, so wird das Abdichtelement 153 und die Stützplatte 154 gegen das Vorspannelement 155 ver­ schoben.

Das Arbeitsfluid strömt nun durch den Strömungskanal 168 und durch die Strömungsbohrung 165 in den Zwischenraum 4.5 und von dort über den Strömungskanal 163 der Strömungsbohrung 164 und der Strömungsbohrung 162 in den Arbeitsraum 5. Die Ventilplatte 160 ist so ausgeführt und am Ventilsystem 150 angeordnet, daß in dieser Strömungsrichtung die Ventilplatte 160 vom Dichtsitz des Kolbens 159 gedrückt wird und somit eine ungehinderte Strömung möglich ist.

Durch die vergrößerte Querschnittsfläche, resultierend aus der Fläche der Stützplatte 154 und des Abdicht­ elementes 153, ist ein geringerer Staudruck als der Öffnungsdruck vor der Stützplatte 154 im Zwischenraum 4.1 ausreichend, um den Strömungskanal 168 offen zu halten und somit die Strömung aufrecht zu erhalten.

Wird die Bewegung der Kolbenstange gestoppt, so wird das Abdichtelement 153 durch das Vorspannelement 155 mittels der Stützplatte 154 in die Dichtposition am Kolben 152 geschoben, so daß der Feststeller blockiert.

Bei Belastung der Kolbenstange in Druckrichtung ist das gleiche Wirkprinzip wie in Zugrichtung zugrunde gelegt, jedoch wird das Abdichtelement 158 und die Abstützplatte 157 gegen das Abstützelement 155 verschoben.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführung eines hydropneu­ matischen Feststellers mit einem Kolbensystem 200.

Wird die Kolbenstange 30 in Zugrichtung belastet, so baut sich im Arbeitsraum 4 ein Druck auf, der über die Strömungsbohrungen 235, 236 und 234 und dem Strömungs­ kanal 233 am Abdichtelement 207 ansteht. Die Kugel 206 wird hierbei durch den anstehenden Druck im Strömungs­ kanal 234 so umgesteuert, daß der Strömungskanal 232 verschlossen ist.

Ist die Druckkraft, resultierend aus dem anstehenden Druck und der wirksamen Querschnittsfläche des Strömungskanals 233, größer als die Abstützkraft des Vorspannelementes 209, so wird das Abdichtelement 207 und die Stützplatte 208 gegen das Abstützelement 209 verschoben. Hierbei wirkt nun der Druck auf die gesamte Ringfläche der Stützplatte 208. Über den Strömungskanal 231 kann nun das Arbeitsfluid vom Arbeitsraum 4 in den Arbeitsraum 5 strömen. Der Strömungskanal 230 ist durch die Stützplatte 208 verschlossen. Durch das Abströmen des Arbeitsfluid reduziert sich der Blockierdruck auf einen niedrigeren Staudruck, so daß die Kolbenstange nach Überwinden einer hohen Blockierkraft mit einer geringeren Verstellkraft bewegt werden kann.

Wird die Bewegung der Kolbenstange 30 gestoppt, so folgt ein Druckausgleich zwischen dem Arbeitsraum 4 und dem Arbeitsraum 5, wodurch das Abdichtelement 207 in seine Dichtposition an den Kolben 205 geschoben wird. Das Gerät ist blockiert.

Wird die Kolbenstange in Druckrichtung belastet, so er­ folgt der gleiche Funktionsablauf wie in Zugrichtung, jedoch verschließt die Kugel 206 die Bohrung 234 und das Abdichtelement 204 wird gegen das Vorspannelement 201 verschoben. Durch geeignete Querschnitte der Strömungs­ bohrungen 235 und 231 können die Betätigungskräfte zum Bewegen der Kolbenstange als auch die Verstellge­ schwindigkeit der Kolbenstange beeinflußt werden.

Eine weitere Möglichkeit zeigt Fig. 6, bei der ein Kolbensystem 250 entsprechend einem Baukastensystem mit erweiterbaren Funktionen aufgebaut werden kann.

An der Kolbenstange 30 kann ein Kolbensystem 250 mit den Untergruppen 250.1 oder 250.2 - je nach Wirkprinzip - angeordnet werden. Mit der Untergruppe 250.1 ist zum Verstellen für beide Richtungen nach Überwinden einer anfänglich hohen Blockierkraft nur noch eine geringe Verstellkraft notwendig.

Wird das Kolbensystem mit der Untergruppe 250.2 ausge­ führt, so wird nur in Druckrichtung der Kolbenstange 30 eine hohe Blockierkraft und später eine geringe Ver­ stellkraft erreicht. In Zugrichtung kann je nach Aus­ führung der Ventilplatte 272 eine unterschiedliche Blockierkraft erreicht werden, die auch bei Bewegung der Kolbenstange konstant bleibt.

Wird die Kolbenstange 30 in Zugrichtung belastet, so baut sich im Arbeitsraum 4 ein Druck auf, der über die Strömungskanäle 263, 264 und 262 bei der Untergruppe 250.1 am Abdichtelement 257 und bei der Untergruppe 250.2 an der Ventilplatte 272 ansteht.

Bei der Untergruppe 250.2 wird ab einem gewissen Druck die Ventilplatte 272 vom Dichtsitz des Kolbens 271 abge­ hoben, wodurch das Arbeitsfluid vom Arbeitsraum 4 in den Arbeitsraum 5 strömen kann.

Bei der Untergruppe 250.1 wird das Abdichtelement 257 gegen das Vorspannelement 259, das sich über die Scheibe 260 am Kolben 256, der mit der Kolbenstange 30 fest verbunden ist, abstützt, verschoben, wenn die Druckkraft resultierend aus dem Druck im Arbeitsraum 4 und der wirksamen Querschnittsfläche des Strömungskanales 262 größer ist, als die Vorspannkraft des Vorspannelementes 259.

Hierbei wirkt der Druck im Arbeitsraum 4 auf die gesamte Fläche der Stützplatte 258. Durch die Düsenbohrung 261 kann das Arbeitsfluid vom Arbeitsraum 4 in den Arbeits­ raum 5 strömen, so daß sich der hohe Blockierdruck im Arbeitsraum 4 zu einem geringen Staudruck reduziert. Dieser Staudruck reicht aus, um die Stützplatte 258 bzw. das Abdichtelement 257 sicher gegen das Vorspannelement 259 zu verschieben.

Wird die Bewegung der Kolbenstange gestoppt, so stellt sich im Arbeitsraum 4 und im Arbeitsraum 5 ein Druckaus­ gleich ein, wodurch bei der Untergruppe 250.1 das Ab­ dichtelement 257 in seine Dichtposition am Kolben 256 geschoben wird und bei der Untergruppe 250.2 die Ventil­ platte 272 sich am Dichtsitz des Kolbens 271 anlegt. Hierdurch ist der Feststeller blockiert.

Wird die Kolbenstange in Druckrichtung belastet, so baut sich im Arbeitsraum 5 ein Druck auf, der über den Strömungskanal 265 am Abdichtelement 254 ansteht. Wenn die Druckkraft am Abdichtelement 254 größer als die Vorspannkraft des Vorspannelementes 251 ist, stellt sich der gleiche Funktionsablauf wie in Zugrichtung ein. Hierbei strömt das Arbeitsfluid durch den Strömungskanal 265 und den Strömungskanal 263 in den Arbeitsraum 4. Ist die Abstützplatte 253 gegen das Vorspannelement 251 ver­ schoben, so ist der Strömungskanal 264 durch die Ab­ stützplatte 253 verschlossen.

Parallel wird bei der Ventilgruppe 250.2 die Ventil­ platte 272 fest auf den Dichtsitz des Kolbens 271 ge­ drückt und bei der Ventilbaugruppe 250.1 verschließt das Abdichtelement 257 die Strömungsbohrung 262. Je nach benötigter Funktion können nach dem Baukastenprinzip die einzelnen Funktionen aufgebaut werden.

In den Fig. 7 und 8 sind konstruktiv einfache Aus­ führungsformen der Kolben-/Ventilsysteme dargestellt. Es besteht die Möglichkeit, eine Blockierfunktion nur für eine Bewegungsrichtung zu erzielen, wobei durch Weg­ lassen der Ventilsysteme 60 bzw. 120 in der Fig. 2 bzw. in der Fig. 3 solch eine Funktion leicht und kosten­ günstig zu realisieren ist. Je nach Bewegungsrichtung kann ein Blockieren in Ein- oder Ausschubrichtung er­ folgen, wobei in der anderen Richtung ein fast freier Durchlaß und somit eine Blockierung unmöglich ist. Dies wird bei Fig. 7 durch eine sehr weiche Federscheibe 272 und bei Fig. 8 durch ein leichtes Wegdrücken des Ab­ dichtelementes 43 aus der Dichtposition ermöglicht.

In der Fig. 9 ist ein Kolben 6 als Einzelheit darge­ stellt, bei dem zur Optimierung auf der äußeren Umfangs­ fläche axial verlaufende, keilförmige Nuten 19 ange­ ordnet sind. Bei Verwendung derartiger Nuten 19 wird ein besonders weicher Druckangleich zwischen dem Blockier- und Staudruck erzielt, so daß keine störenden Schalt­ geräusche auftreten. Der in Fig. 9 dargestellte Kolben ist für ein einseitiges System ausgebildet, für ein System, welches in beiden Bewegungsrichtungen wirkt muß die Nut 19 entsprechend symmetrisch gespiegelt werden. Dabei sind jedoch auch Ausführungen denkbar, bei denen die Nuten 19 für beide Bewegungsrichtungen gesehen, unsymmetrisch verlaufend angeordnet sind.

In der Fig. 10 ist eine weitere Ausführungsform darge­ stellt, hierbei sind dem Kolben 6 verschiebbare Teile 7.5 und 8.5 zugeordnet, wobei diese verschiebbaren Teile 7.5 und 8.5 mit partiell axial verlaufenden Nuten 16.5 bzw. 17.5 versehen sind. Bei dieser Ausführungsform würde beim Öffnen des Ventiles, das heißt, beim Ver­ schieben des Abdichtelementes 9 zur einen bzw. zur anderen Seite, die am Innendurchmesser partiell axial genuteten verschiebbaren Teile 7.5 bzw. 8.5 vom Abdicht­ element 9 verschoben, so daß nicht sofort der gesamte Abdichtquerschnitt, sondern nur ein anfänglich kleiner sich ständig vergrößernder Strömungsquerschnitt frei­ gegeben wird. Hierdurch wird ein sehr weicher Druckan­ gleich zwischen Blockier- und Staudruck erreicht, so daß keine Schaltgeräusche durch Anschlagen des Abdicht­ elementes 9 bzw. der verschiebbaren Teile 7.5 bzw. 8.5 oder durch schlagartige Druckänderungen entstehen können.

Aus der Fig. 11 ist ein Kraft-Weg-Diagramm für ein gaskraftunterstütztes, hydropneumatisches Feststell­ element zu entnehmen. Ein derartiges Feststellelement ermöglicht durch die teilweise Blockierung der Kolben­ stange eine Reduzierung der Ausschubkraft. Dies würde in einer Heckklappenanwendung bei einem Kraftfahrzeug bei einer geschlossenen Heckklappe zu einer geringen Be­ lastung der Anlenkpunkte führen, so daß auch dieses Element in biegeweiche Klappen, bzw. Rahmen eingesetzt werden kann.

Die Fig. 12 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Feststellers, bei dem wiederum in einem Hohlzylinder 1 ein nach außen abgedichteter Raum angeordnet ist, der mit einem Arbeitsfluid gefüllt ist und von einem Kolben­ system 20 in zwei getrennte Arbeitsräume 4 und 5 unter­ teilt ist. Der Kolben ist mit einer nach außen geführten Kolbenstange 3 verbunden. In den Fig. 12a und 12b ist das Kolbensystem 20 als Einzelheit in verschiedenen Positionen dargestellt.

Die Fig. 12a, untere Hälfte zeigt den Feststeller in blockierter Stellung, bei dem der Kolben 6 über das Teil 8 und dem Abdichtelement 9 die Arbeitsräume 4 und 5 voneinander trennt. Das axial verschiebliche Teil 8 ist über ein Vorspannelement 11 beaufschlagt. Während des Herausziehens der Kolbenstange 3 steigt der Druck im Arbeitsraum 4 an, so daß die Druckkraft auf den Kolben 6 und dem Abdichtelement 9 wirkt, Fig. 12a, obere Hälfte. Steigt die Druckkraft auf den Kolben 6 bzw. dem Ab­ dichtelement 9 und dem axial verschieblichen Teil 8, resultierend aus dem Druck und der hydraulischen Querschnittsfläche des Abdichtelementes 9 an und wird größer als die Vorspannkraft des Vorspannelementes 11, so wird das Abdichtelement 9 sowie das Teil 8 entgegen dem Vorspannelement 11 verschoben. Hierdurch wird das Abdichtelement 9 aus seiner Dichtposition herausge­ schoben, so daß der kolbenstangenseitige Druck nicht mehr auf dem kleinen hydraulischen Querschnitt des Abdichtelementes, sondern auf einen größeren hydrau­ lischen Querschnitt des gesamten axial verschiebbaren Teiles 8 wird.

Zur Vermeidung von Schaltgeräuschen durch ein schlag­ artiges Öffnen des Teiles 8, bedingt durch die Quer­ schnittsänderung ist im Kolben 6 eine teilförmige Nut 19 angeordnet, die ein sanftes Öffnen ermöglicht. Durch den größeren hydraulischen Querschnitt ist zum Offenhalten des Teiles 8 nur noch ein im Flächenverhältnis geringerer Staudruck notwendig.

Beim Hereinfahren der Kolbenstange 3 wird lediglich das Abdichtelement 9 aus seiner Position heraus gegen den Kolben 6 geschoben, Fig. 12b, untere Hälfte, so daß anschließend ein Einfahren der Kolbenstange 3 möglich ist, da ein entsprechender Querschnitt zum Ausgleich des Arbeitsfluids vorhanden ist.

Die Fig. 13 zeigt im Prinzip einen Feststeller wie in Fig. 12 bereits dargestellt, mit dem Unterschied, daß das axial verschiebliche Teil 8 mit einem Arretierungs­ element 21 versehen ist. In den Fig. 13a und 13b sind die einzelnen Positionen des Kolbens bzw. des axial ver­ schieblichen Teiles 8 zusammen mit dem Abdichtelement 9 dargestellt. Durch das mechanische Arretierungselement 21 besteht, die Möglichkeit, zum einen eine hohe Blockierkraft in der Arretierstellung und zum anderen eine geringe Rückstellkraft des axial verschieblichen Teiles 8 und somit einen relativ geringen Staudruck zu erreichen. Dies wird dadurch erzielt, indem das Teil 8, der das Abdichtelement 9 in der Arretierungsposition fixiert zusätzlich zur Federvorspannung durch einen formschlüssigen Schnappmechanismus 22 abgestützt wird. Wird durch den kolbenstangenseitigen Blockierdruck das Teil 8 entgegen der Feder bewegt, so federt das Schnapp­ element 22 auf, so daß nur noch die Vorspannkraft der Druckfeder überwunden werden muß. In der geöffneten Stellung des Teiles 8 schnappt das Arretierungselement ein, so daß ein Formschluß entsteht und somit die Federkraft mindestens teilweise kompensiert wird. Hierdurch ist zum Offenhalten der Strömungsverbindung nur noch ein geringer Staudruck notwendig, da nicht mehr die gesamte Vorspannkraft der Feder überwunden werden muß, sondern nur noch eine um die Haltekraft des Arretierungselementes 22 verringerte Vorspannkraft.

Bei einem absoluten Druckausgleich zwischen den Arbeits­ räumen 4 und 5, wenn nämlich die Kolbenstange zum Still­ stand gelangt ist, überwiegt die Rückstellkraft der Schraubendruckfeder, so daß das Teil 8 aus der Arretier­ position herausgeschoben werden kann und somit die Strömungsverbindung zwischen den Arbeitsräumen 4 und 5 schließt.

In der Fig. 14 ist als Einzelheit ein Kolben 6 darge­ stellt, bei dem das axial verschiebliche Teil 8 mit einem Schnappelement 22 versehen ist, dies entspricht den Fig. 13 bis 13b.

Eine weitere Ausführungsform zeigt die Fig. 15, bei der dem Kolben zum Abdichtelement 9 und dem axial verschieb­ lichen Teil 8 ein Federclip 22 zugeordnet ist, der bei Verschieben des Teiles 8 auf die zylindrische Außen­ fläche 23 des Teiles 8 geschoben wird und somit ein Arretierungselement bildet.

In der Fig. 16 ist wiederum ein Kolben 6 dargestellt, bei dem das axial verschiebliche Teil 8 mit einem Reib­ element 24 versehen ist, welches über die zylindrische Innenfläche 25 ein Reibschluß bildet. Auch hiermit ist ein Arretierungselement geschaffen worden.

Claims (17)

1. Feststeller zum Feststellen zweier relativ zu­ einander beweglicher Objekte in verschiedenen Positionen mit einem, mit einem der Objekte ver­ bundenen Hohlzylinder und einem im Hohlzylinder verschiebbaren Kolben, der über eine, aus dem Hohl­ zylinder nach außen verlaufenden Kolbenstange mit dem anderen Objekt in Verbindung steht, wobei der Kolben den nach außen abgedichteten Hohlzylinder in zwei, ein Arbeitsfluid enthaltende, volumenver­ änderliche Arbeitskammern unterteilt, wobei die Strömungsverbindung der beiden Arbeitskammern mindestens teilweise über eine Austauschein­ richtung im Kolben möglich ist, bestehend aus mindestens zwei relativ zueinander verschiebbaren Teilen, wobei nach Verschiebung aus einer in Ruhe­ stellung eingenommenen Grundposition die Strömungs­ verbindung freigegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der beiden verschiebbaren Teile (7, 8, 65, 104, 124, 154, 157, 203, 208, 253, 258) in der Grundposition eine hydraulisch beauf­ schlagbare Querschnittsfläche (A) aufweist, die kleiner ist als die nach der relativen Verschiebung der beiden Teile (7, 8, 65, 104, 124, 154, 157, 203, 208, 253, 258) freigegebene hydraulisch beauf­ schlagbare Querschnittsfläche (B).

2. Feststeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Austauscheinrichtung der Kolben (6, 44, 102, 152, 159, 205, 271, 256) zweiteilig ausge­ bildet ist.

3. Feststeller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (6, 44, 102, 152, 159, 205, 271, 256) in ein radial äußeres und ein radial inneres Teil geteilt ist, wobei die beiden Teile in Axialrichtung relativ zueinander verschiebbar sind.

4. Feststeller nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das radial innere Teil auf der Kolbenstange (3) abgedichtet gehalten ist und daß das radial äußere Teil gegenüber dem Hohlzylinder dicht gelagert ist.

5. Feststeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austauscheinrichtung ein ortsfest ge­ haltenes Teil und jeweils für die Zug- und Druck­ richtung ein verschiebbares Teil (7, 8, 65, 104, 124, 154, 157, 203, 208, 253, 258) aufweist.

6. Feststeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der relativ verschiebbaren Teile (7, 8, 65, 104, 124, 154, 157, 203, 208, 253, 258) federnd abgestützt ist.

7. Feststeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsverbindung durch die einander zugewandten Flächen der Teile in der Art gebildet wird, daß mindestens eine der Flächen einen konischen Verlauf aufweist.

8. Feststeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsverbindung durch die einander zu­ gewandten Flächen der Teile in der Art gebildet wird, daß in mindestens einer der Flächen mindestens eine axial, keilförmig verlaufende Nut (19) vorgesehen ist.

9. Feststeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsverbindung als im Winkel zur Längsachse verlaufende Ausnehmung in einem der Teile (7, 8, 65, 104, 124, 154, 157, 203, 208, 253, 258) angeordnet ist, wobei Absperrmittel im benach­ barten Teil angeordnet sind.

10. Feststeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die relativ zueinander verschiebbar ange­ ordneten Teile (7, 8, 65, 104, 124, 154, 157, 203, 208, 253, 258) axial hintereinanderliegend ange­ ordnet sind.

11. Feststeller nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den Teilen (7, 8, 65, 104, 124, 154, 157, 203, 208, 253, 258) aufgenommene Kolben­ ring als Absperrmittel für die Strömungsverbindung ausgebildet ist.

12. Feststeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsverbindung mit einem Drosselventil versehen ist.

13. Feststeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Hohlzylinder (1) ein feder- und/oder gas­ vorgespannter Ausgleichsraum vorgesehen ist.

14. Feststeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (3, 30) durch beide Arbeits­ räume hindurchverläuft.

15. Feststeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Hohlzylinder (1) über eine Trennwand eine weitere fluidgefüllte Kammer (2) gebildet wird, wobei die Austauscheinrichtung im Kolben (6, 44, 102, 152, 159, 205, 271, 256) und/oder der Trennwand angeordnet ist.

16. Feststeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der axial verschiebbaren Teile (7, 8, 65, 104, 124, 154, 157, 203, 208, 253, 258) mit einem Arretierungselement versehen ist.

17. Feststeller nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Arretierungselement ein Schnapp-, Feder- und/oder Reibelement vorgesehen ist.