DE102004034706B3

DE102004034706B3 - Fluidfeder

Info

Publication number: DE102004034706B3
Application number: DE102004034706A
Authority: DE
Inventors: Rolf Mintgen
Original assignee: Stabilus GmbH
Current assignee: Stabilus GmbH
Priority date: 2004-07-17
Filing date: 2004-07-17
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2024-07-18

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fluidfeder 1, insbesondere Gasfeder, mit einem ein Druckfluid 14 aufweisenden Arbeitsraum 5 und mit einer Heizvorrichtung 17 zum Erwärmen des Druckfluids, wobei das Druckfluid 14 auf ein relativ zum Arbeitsraum 5 bewegbares Betätigungsmittel einwirkbar ist. Zur Verbesserung der Funktion der Fluidfeder 1 wird vorgeschlagen, daß ein die Heizvorrichtung (17) aufweisender, mit dem Arbeitsraum 5 über zwei gegenläufige Ausgleichsventile 12, 13 verbundener Ausgleichsraum 7 für das Druckfluid 14 vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fluidfeder, insbesondere Gasfeder, mit einem ein Druckfluid aufweisenden Arbeitsraum und mit einer Heizvorrichtung zum Erwärmen des Druckfluids, wobei das Druckfluid auf ein relativ zum Arbeitsraum bewegbares Betätigungsmittel einwirkbar ist.

Eine solche Fluidfeder ist als Gasfeder für ein Kraftfahrzeug zum Vorspannen einer Heckklappe oder eines Kofferraumdeckels aus der DE 41 35 295 A1 bekannt. Die Gasfeder besitzt einen metallischen, einseitig geschlossenen Zylinder, einen darin gelagerten Dämpfungskolben, eine mit dem Dämpfungskolben verbundene metallische Kolbenstange und eine am offenen Ende des Zylinders zwischen dem Zylinder und der Kolbenstange vorgesehene Dichtung. Allgemein ist die Ausschubkraft von Gasfedern temperaturabhängig, da sich der Druck eines eingeschlossenen Gasvolumens in Abhängigkeit von der Temperatur ändert. Aus diesem Grund ist am Dämpfungskolben vorgenannter Gasfeder, dem eingeschlossenen Gasvolumen unmittelbar zugeordnet, eine elektrische Heizung angeordnet, mit der es möglich sein soll, Dämpfungseigenschaften zu erreichen, die weitgehend unabhängig von Schwankungen der Umgebungstemperatur sind.

In der DE 44 21 773 A1 ist, zur Verwendung als Bewegungshilfe für bewegliche Konstruktionsteile in wechselnden Umgebungstemperaturen ausgesetzten Konstruktionen, eine weitere, ein Druckgasvolumen aufweisende Gasfeder mit einem elektrischen Beheizungsmittel vorgesehen. Zur Kompensation von Druckveränderungen des Druckgasvolumens als Folge von Veränderungen der Umgebungstemperatur der Gasfeder ist dieser das elektrische Beheizungsmittel in Wärmeaustauschverbindung mit dem Druckgasvolumen zugeordnet.

Bei den vorbeschriebenen Gasfedern wirkt die Heizung jeweils direkt auf das Druckgasvolumen, wodurch sich eine fortwährende Änderung der Federeigenschaften nicht nur in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur, sondern auch von der Heizdauer und -leistung ergibt.

Darüber hinaus sind Federbeine bekannt, bei denen im wesentlichen von der Umgebungstemperatur unabhängige Federeigenschaften aufweisende Stahlfedern einen erheblichen Anteil an der Ausschubkraft übernehmen. Derartige Federbeine haben ein hohes Gewicht, sind vergleichsweise teuer und erzeugen zudem unerwünschte Störgeräusche.

Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, eine Gasfeder der eingangs genannten Art zu schaffen, die weitestgehend temperaturunabhängige Federeigenschaften aufweist und einfach herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein die Heizvorrichtung aufweisender, mit dem Arbeitsraum über zwei gegenläufige Ausgleichsventile verbundener Ausgleichsraum für das Druckfluid vorgesehen ist und bei geschlossenen Ausgleichsventilen der Druck des Druckfluids im Ausgleichsraum geringer als der Druck des Druckfluids im Arbeitsraum. Mit der Erfindung sind die Federeigenschaften der Fluidfeder temperaturunabhängig. Sie können durch eine den jeweiligen Anforderungen entsprechende Auslegung der Ausgleichsventile auf einfache Weise und dauerhaft voreingestellt werden. Von besonderem Vorteil bei der erfindungsgemäßen Fluidfeder ist es, daß die Heizvorrichtung grundsätzlich nur temporär betrieben werden muß. Ein dauerhaftes Heizen ist nicht erforderlich. Die Fluidfeder kann allgemein eine mit einer Flüssigkeit oder einem Gas betriebene Feder sein, jedoch weist eine als Gasfeder ausgebildete Fluidfeder vorteilhaft ein besonders geringes Gewicht bei hoher Funktionalität und einfachem Aufbau auf. Vorteilhaft für eine hohe Betriebssicherheit und Dauerhaltbarkeit der Fluidfeder ist es, wenn das Betätigungsmittel ein in einem Zylinder geführter Kolben ist.

Das bei geschlossenen Ausgleichsventilen der Druck des Druckfluids im Ausgleichsraum geringer als der Druck des Druckfluids im Arbeitsraum ist, ist bei der erfindungsgemäßen Fluidfeder insbesondere dann der Fall, wenn die Temperatur im Arbeitsraum der Temperatur im Ausgleichsraum entspricht. Steigt in der Folge die Umgebungstemperatur, so steigt entsprechend der Druck des Druckfluids im Arbeitsraum und eines der Ausgleichsventile läßt den Überdruck aus dem Arbeitsraum gegen den geringeren Druck in den Ausgleichsraum solange abströmen, bis der an diesem Ausgleichsventil vorgegebene Drucksollwert des Arbeitsraumes erreicht ist und das Ausgleichsventil schließt. Fällt hingegen die Umgebungstemperatur, so wird der Ausgleichsraum mittels der Heizvorrichtung beheizt, der Druck des Druckfluids im Ausgleichsraum steigt an und das andere Ausgleichsventil, das dem ersten Ausgleichsventil gegenläufig ist, läßt den Druck in den Arbeitsraum, den Druck des dort enthaltenen Druckfluids erhöhend, ab. Dieses erfolgt, sobald der Druck im Ausgleichsraum höher ist als der Druck im Arbeitsraum. Folglich kann das erstgenannte Ausgleichsventil zum Beispiel ein Ventil sein, das den Druck im Arbeitsraum grundsätzlich auf einen vorgegebenen Sollwert regelt, und das zweitgenannte Ausgleichsventil kann zum Beispiel ein Ventil sein, das dann den Durchfluß vom Ausgleichsraum zum Arbeitsraum freigibt, wenn der Druck im Ausgleichsraum größer ist als der Druck im Arbeitsraum. Eine Ausschubkraftanpassung der Fluidfeder kann bei abfallender Umgebungstemperatur beispielsweise von einem Bordcomputer eines die Fluidfeder aufweisenden Kraftfahrzeugs dann initiiert werden, wenn eine gemessene Temperatur um einen bestimmten, vorgegebenen Betrag unterhalb der Umgebungstemperatur beim vorangegangenen Ausschubkraftanpassungsvorgang liegt.

Man könnte sich vorstellen, daß zum Beispiel bei einer in ein Kraftfahrzeug eingebauten Fluidfeder die Heizvorrichtung aus dem Kühlwasserkreislauf des Kraftfahrzeugs gespeist wird. Hingegen ist die Heizvorrichtung sehr einfach an unterschiedliche Einsatzfälle anpaßbar und die Heizleistung gut dosierbar, wenn gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Heizvorrichtung eine elektrische Heizung aufweist. Eine im Aufbau vorteilhaft sehr kompakte Fluidfeder ergibt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, wenn ein den Arbeitsraum und den Ausgleichsraum umfassender Zylinder vorgesehen ist. Dabei können Arbeitsraum und Ausgleichsraum beispielsweise in Reihe in einem Zylinderrohr angeordnet sein. Ein weiter vereinfachter Aufbau, in dem der Ausgleichsraum zum Beispiel in eine Zylinderwandung integriert sein kann, ergibt sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, wenn der Ausgleichsraum den Arbeitsraum konzentrisch umfaßt. Hierbei ist beispielsweise in einer Doppelrohranordnung der Ausgleichsraum um den Arbeitsraum herum angeordnet.

Je nach Anwendungsfall, insbesondere bei beengten Einbauverhältnissen für die Fluidfeder, kann es auch von besonderem Vorteil sein, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ein den Arbeitsraum umfassender Zylinder vorgesehen ist und der Zylinder mittels einer externen Fluidleitung mit dem Ausgleichsraum verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Ausgleichsraum somit von dem Zylinder im allgemeinen und dem Arbeitsraum im besonderen separiert.

Die Ausgleichsventile sind sehr betriebssicher und weisen eine hohe Dauerhaltbarkeit auf, wenn gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Ausgleichsventile Rückschlagventile sind.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das einen Durchfluß von Druckfluid vom Arbeitsraum zum Ausgleichsraum ermöglichende Ausgleichsventil ein temperaturgeregeltes Ventil. Damit kann dieses Ausgleichsventil ohne eine Steuerung von außen als Überdruckventil in Abhängigkeit von der Temperatur einen bestimmten, vorgebbaren Differenzdruck zwischen Arbeitsraum und Ausgleichsraum halten.

Ein sehr einfacher, kostengünstiger und betriebssicherer Aufbau des temperaturgeregelten Ventils wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erreicht, wenn dem Ventil eine Drossel vorgeschaltet ist und ein Schließkörper des Ventils eine Bimetallfeder aufweist. Der Schließkörper wird mittels der Bimetallfeder auf einen Dichtsitz vorgespannt. Dadurch kann vorteilhaft erreicht werden, daß der Differenzdruck zwischen Arbeitsraum und Ausgleichsraum bei hohen Temperaturen, beispielsweise in der Größenordnung von 80°C, klein und bei niedrigen Temperaturen, beispielsweise in der Größenordnung von –30°C, hoch ist. Bei einem solchen Ventil ist nach Beendigung eines Heizvorgangs nicht nur Druckfluid vom Ausgleichsraum in den Arbeitsraum geströmt und das gesamte Drucksystem der Fluidfeder erwärmt, sondern gleichzeitig auch das temperaturabhängige Ventil erwärmt, so daß sich in der Folge ein niedrigerer Differenzdruck einstellen würde. Das würde aber dem Ziel widersprechen, den Differenzdruck in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur der Fluidfeder einzustellen. Aus diesem Grund ist die erfindungsgemäße Drossel vorgesehen, die ein Zurückströmen des Druckfluids vom Arbeitsraum in den Ausgleichsraum verzögert. Die Verzögerung der Drossel ist dabei so groß, daß die Fluidfeder in etwa auf Umgebungstemperatur abgekühlt ist bevor sich der Differenzdruck im wesentlichen abgebaut hat. Als Drossel kann vorzugsweise zum Beispiel eine permeable Membran oder ein poröser Metallkörper eingesetzt werden.

Nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Arbeitsraum einen Drucksensor aufweist. Damit kann eine Druckregelung für den Arbeitsraum vorgenommen werden, so daß beispielsweise über einen Regler dann die Heizvorrichtung eingeschaltet wird, wenn der Druck im Arbeitsraum sinkt. Es kann auch vorgesehen sein, daß über ein fremdbetätigbares Ablaßventil Druck abgelassen wird, wenn der Druck im Arbeitsraum eine vorgegebene Höhe übersteigt. Derartige Vorrichtungen können völlig autark, das heißt unabhängig zum Beispiel von einem Bordcomputer eines Kraftfahrzeugs, arbeiten.

Man könnte sich zum Beispiel vorstellen, als Heizvorrichtung ein außen auf die Fluidfeder aufgebrachtes Heizband oder ein Peltierelement vorzusehen. Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Heizvorrichtung oder zumindest eine der Heizvorrichtungen hingegen eine Heizfolie auf. Die Heizfolie kann in einfacher Weise beispielsweise außen auf die Fluidfeder, insbesondere auf ein Gasfederrohr einer Gasfeder, aufgebracht (vorzugsweise aufgeklebt) sein.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Ausgleichsraum und/oder der Arbeitsraum eine Kühlvorrichtung auf. Mit einer so erzielten Kombination aus Heizvorrichtung und Kühlvorrichtung zum Beispiel mit einem Peltierelement können Differenzdrücke zwischen Arbeitsraum und Ausgleichsraum erzeugt werden, die dann von als Überdruckventile ausgebildeten Ausgleichsventilen auf vorgesehene Sollwerte geregelt werden.

Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisiert dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt
1: eine erste Fluidfeder mit einer Heizvorrichtung,
2: eine zweite Fluidfeder mit einer Heizvorrichtung,
3: eine Fluidfeder mit temperaturabhängigem Ventil und Heizvorrichtung,
4: eine Fluidfeder mit Heizvorrichtung und Drucksensor.
Sich entsprechende Elemente sind in den 1 bis 4 mit jeweils gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine als Gasfeder ausgebildete Fluidfeder 1 mit einem Zylinder 2 und einem in dem Zylinder 2 geführten, eine Kolbenstange 3 aufweisenden Kolben 4 als Betätigungsmittel. Der Zylinder 2 ist mit einem dem Kolben 4 benachbarten Arbeitsraum 5 und einem mit dem Arbeitsraum 5 in Reihe angeordneten, von diesem durch eine Wand 6 getrennten Ausgleichsraum 7 versehen. Arbeitsraum 5 und Ausgleichsraum 7 sind mittels Fluidkanälen 8, 9 miteinander verbunden, wobei die Fluidkanäle 8, 9 jeweils ein als Rückschlagventil 10, 11 ausgebildetes Ausgleichsventil 12, 13 aufweisen. Sowohl in dem Arbeitsraum 5 als auch in dem Ausgleichsraum 7 befindet sich ein Druckfluid 14, 15, das geeignet ist, die Fluidkanäle 8, 9 in Abhängigkeit von der Stellung der Ausgleichsventile 12, 13 zu durchströmen. Der Druck p₁ des Druckfluids 15 in dem Ausgleichsraum 7 ist kleiner als der Druck p₂ des Druckfluids 14 in dem Arbeitsraum 5. Es ist zu erkennen, daß die Ausgleichsventile 12, 13 gegenläufig angeordnet sind, so daß das erste Ausgleichsventil 12 ein Überströmen von Druckfluid 15 des Ausgleichsraums 7 in den Arbeitsraum 5 und das zweite Ausgleichsventil 13 ein Überströmen von Druckfluid 14 des Arbeitsraums 5 in den Ausgleichsraum 7 ermöglichen kann. In dem Ausgleichsraum 7 ist eine durch eine Heizwendel 16 symbolisierte Heizvorrichtung 17 angeordnet.
Eine von dem Ausführungsbeispiel nach 1 abweichende Anordnung eines Arbeitsraums 5 und eines Ausgleichsraums 7 in einer als Gasfeder ausgebildeten Fluidfeder 1 zeigt 2. Hier umfaßt der eine Heizvorrichtung 17, die einen spiralförmigen Heizdraht 27 besitzt, aufweisende Ausgleichsraum 7 den Arbeitsraum 5 in einem Zylinder 2 der Fluidfeder 1 konzentrisch.
In einer als Gasfeder ausgebildeten Fluidfeder 1 nach 3 ist ein einen Durchfluß von Druckfluid 14 von einem Arbeitsraum 5 in einen mit einer Heizvorrichtung 17 versehenen Ausgleichsraum 7 ermöglichendes Ausgleichsventil 13 ein temperaturgeregeltes Ventil 18. Dem Ventil 18 ist eine Drossel 19 vorgeschaltet, und ein Schließkörper 20 des Ventils 18 weist neben einer Kugel 21 eine Bimetallfeder 22 auf.
Nach einem weiteren, in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel weist eine als Gasfeder ausgebildete Fluidfeder 1 in einem Arbeitsraum 5 einen Drucksensor 24 auf. Der Drucksensor 24 ist mit einem Regler 25 verbunden, der mit einem als Ablaßventil 26 ausgebildeten Ausgleichsventil 13 und einer in einem Ausgleichsraum 7 angeordneten Heizvorrichtung 17 verbunden ist.

1: Fluidfeder
2: Zylinder
3: Kolbenstange
4: Kolben
5: Arbeitsraum
6: Wand
7: Ausgleichsraum
8: Fluidkanal
9: Fluidkanal
10: Rückschlagventil
11: Rückschlagventil
12: Ausgleichsventil
13: Ausgleichsventil
14: Druckfluid
15: Druckfluid
16: Heizwendel
17: Heizvorrichtung
18: Ventil
19: Drossel
20: Schließkörper
21: Kugel
22: Bimetallfeder
24: Drucksensor
25: Regler
26: Ablaßventil
27: Heizdraht
p₁: Druck
p₂: Druck

Claims

Gasfeder mit einem ein Druckfluid aufweisenden Arbeitsraum und mit einer Heizvorrichtung zum Erwärmen des Druckfluids, wobei das Druckfluid auf ein relativ zum Arbeitsraum bewegbares Betätigungsmittel einwirkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Heizvorrichtung (17) aufweisender, mit dem Arbeitsraum (5) über zwei gegenläufige Ausgleichsventile (12, 13) verbundener Ausgleichsraum (7) für das Druckfluid (14) vorgesehen ist, wobei bei geschlossenen Ausgleichsventilen (12, 13) der Druck des Druckfluids (15) im Ausgleichsraum (7) geringer ist als der Druck des Druckfluids (14) im Arbeitsraum (5).
Fluidfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (17) eine elektrische Heizung aufweist.
Fluidfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Arbeitsraum (5) und den Ausgleichsraum (7) umfassender Zylinder (2) vorgesehen ist.
Fluidfeder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsraum (7) den Arbeitsraum (5) konzentrisch umfaßt.
Fluidfeder nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Arbeitsraum (5) umfassender Zylinder (2) vorgesehen ist und daß der Zylinder (2) mittels einer externen Fluidleitung mit dem Ausgleichsraum (7) verbunden ist.
Fluidfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsventile (12, 13) Rückschlagventile (10, 11) sind.
Fluidfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das einen Durchfluß von Druckfluid (14) vom Arbeitsraum (5) zum Ausgleichsraum (7) ermöglichende Ausgleichsventil (13) ein temperaturgeregeltes Ventil (18) ist.
Fluidfeder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ventil (18) eine Drossel (19) vorgeschaltet ist und daß ein Schließkörper (20) des Ventils (18) eine Bimetallfeder (22) aufweist.
Fluidfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum (5) einen Drucksensor (24) aufweist.
Fluidfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (17) oder zumindest eine der Heizvorrichtungen (17, 23) eine Heizfolie aufweist.
Fluidfeder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsraum (7) und/oder der Arbeitsraum (5) eine Kühlvorrichtung aufweist.