DE29880118U1

DE29880118U1 - Federelement

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Publication number: DE29880118U1
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Authority: DE
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Priority date: 1997-12-18
Filing date: 1998-12-14
Publication date: 2001-03-22
Anticipated expiration: 2008-12-15
Also published as: EP1040282A1; AU1968299A; WO1999032799A1; DE19881964D2

Description

WO 99/32799 PCT/EP98/08188

Federelement

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Federelement, insbesondere eine Gasfeder oder eine hydraulische Feder sowie deren Herstellung.

Eine Gasfeder ist ein hydropneumatisches Verstellelement mit einem in sich geschlossenem Gas- und Ölsystetn als Energiespeicher. Die Federkraft wird durch ein komprimiertes Füllmedium erzeugt. Das Prinzip von Gasfedern beruht auf der Kompressibilität eines in einem Behälter eingeschlossenen Gasvolumens.

Gasfedern können sowohl als Gasdruckfedern wie auch als Gaszugfedern ausgebildet sein. Im folgenden wird der Aufbau einer herkömmlichen Gasfeder beispielhaft anhand einer herkömmlichen Gasdruckfeder beschrieben. Diese bestehen im wesentlichen aus einem zylindrischen Druckrohr, das auf einer Seite mit einem Deckel und auf der gegenüberliegenden Seite durch ein Dichtungs- und Führungspaket gasdicht verschlossen ist. Durch das Dichtungs- und Führungspaket wird eine Kolbenstange axial beweglich geführt, an deren Ende im Inneren des Druckrohres ein Kolben befestigt ist, der zugleich den Ausschub der Kolbenstange begrenzt. Das außenliegende Ende der Kolbenstange und das Druckrohrende ist jeweils mit einem dem Anwendungsfall angepaßten Befestigungsmittel versehen.

Die gewünschte Federein- und -ausschubkraft der Kolbenstange einer Gasfeder wird durch Einbringen eines bestimmten Gasüberdrucks in das zylindrische Druckrohr erreicht. Ferner ist die Querschnittsflache des Kolbens, auf den der Druck im zylindrischen Drückrohr wirkt, für die Bestimmung der gewünschten Federein- und -ausschubkraft von Bedeutung.

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Beim Ein- bzw. Ausschieben der Kolbenstange und des Kolbens einer Gasfeder wird der Volumenraum des Gases reduziert und eine Druckerhöhung, die ein Maß für die Steigerung der potentiellen Energie für die jeweilige Position darstellt, bewirkt. Der Kolben im Inneren der Gasfeder hat die Funktion, eine spezifische Ausschubgeschwindigkeit zu ermöglichen, ein dem Anwendungsfall angepaßte Dämpfung zu bewirken, als Führungselement zu dienen und die Ausschubweite der Kolbenstange zu begrenzen.

Es sind Kolbenkonstruktionen bekannt, bei denen der Kolben mit einer oder mehreren kleinen Düsenbohrungen oder mit einem Labyrinthsystem versehen ist. Bei Verwendung eines solchen Kolbens kann durch das Überströmen von Gas eine gezielte Dämpfung beim Ein- und Ausschieben der Kolbenstange erzielt werden.

Zur Schmierung von Gasfedern befindet sich im zylindrischen Druckraum eine bestimmte Ölmenge, die gleichzeitig auch als lageabhängige hydraulische Endlagendämpfung verwendet werden kann. Weitere Endlagendämpfungen sind durch Schraubenfedern oder Gummiendanschläge bekannt.

Die Federkennlinie einer herkömmlichen Gasfeder wird im Kraft-Weg-Diagramm (F-s-Diagramm) dargestellt. Die Kraftverläufe folgen näherungsweise einer Geraden und weisen vergleichsweise zu Schraubenfedern einen geringen Kraftanstieg über dem Federweg auf. Die Losbrechkraft, welche die Kraft kennzeichnet, mit der die Kolbenstange zu Beginn einer Bewegung losgelöst werden muß, wird üblicherweise im F-s-Diagramm nicht gezeigt. Diese Losbrechkraft beträgt üblicherweise ein Vielfaches der anfänglichen Ein- oder Ausschubkraft.

Die Federkennlinie der herkömmlichen Gasfeder kann z.B. durch Einbringen von Öl verändert werden. Eine erhöhte Öl-

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menge innerhalb der Gasfeder verursacht erhöhte Einschub- und Ausschubkräfte. Ferner kann die Federkennlinie durch Veränderung der Abmessungen des Druckrohrs und der Kolbenstange variiert werden. Eine weitere Möglichkeit zur Beeinflussung der Federkennlinie besteht darin, ein Federelement im Volumenraum vorzusehen, wodurch die Federkennlinie der Gasfeder mit der des Federelements überlagert wird.

Die Herstellung solcher Gasfedern insbesondere der Kolbenstange erfordert einen erheblichen Produktionsaufwand, da die Oberfläche eine Dichtfläche ist. Die Kolbenstange muß gehärtet sein und eine maximale Rauhtiefe von ungefähr 1 bis 3 &mgr;&tgr;&eegr; aufweisen. Dazu wird sie herkömmlicherweise geschliffen, oberflächengehärtet und verchromt.

Ein weiteres Verfahren, das alternativ zum Verchromen angewandt werden kann, ist ein Salzbad-Härteverfahren. Die Kolbenstangen werden in einem Salzbad auf z.B. 580⁰C erwärmt und verbleiben eine bestimmte Zeit darin. Dieses Verfahren ist ein Aufstieg-Härteverfahren, das gleichzeitig einen Rostschutz für die Oberfläche der Kolbenstange bildet. Nachdem die Kolbenstangen aus dem Salzbad entfernt werden, müssen sie auf einer Poliermaschine bearbeitet werden, um die erforderliche Oberflächengüte zu erhalten.

Die bekannten Gasfedern und Verfahren zu ihrer Herstellung haben insbesondere die Nachteile, daß ihre Kennlinie nicht beliebig verändert werden kann, die Funktionsfähigkeit der Gasfeder bei kleinsten Beschädigungen an der Kolbenstange oder am Rohr nicht mehr gewährleistet ist, und hohe Systemdrücke in der Gasfeder erforderlich sind, wodurch bei erhöhten Temperaturen, z.B. bei Fahrzeugbränden, ein erhebliches Gefahrenpotential ausgeht. Weitere Nachteile sind die hohe Losbrechkraft der Kolbenstange, das aufwendige Herstellungsverfahren der Kolbenstange und die damit verbundenen Umweltprobleme. Problematisch sind diesbezüglich insbesondere umweltschädliche Rückstände durch das Salzbad-Härteverfahren,

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sowie Schleif- und Polierrückstände bzw. -schlämme, die als hochgiftiger Sondermüll sehr aufwendig und teuer entsorgt werden müssen.

Ein weiterer großer Nachteil herkömmlicher Gasfedern besteht darin, daß sie für viele Anwendungen nicht geeignet sind, weil z.B. ihre Kennlinien nicht den Anforderungen entsprechen, an den jeweiligen Einsatzorten die Gasfedern nicht ausreichend vor Verschmutzungen geschützt werden können oder zu hohe Drücke in den Gasfedern erforderlich wären. In solchen Anwendungsfällen werden häufig Hydrauliksysteme eingesetzt, die wesentlich teurer sind, mehr Platz brauchen und eine geringere Lebenserwartung haben. Ferner haben hydraulische Sys.teme den erheblichen Nachteil, daß häufig Leckageprobleme entstehen, d.h. Öl austritt, an dem z.B. Schmutz anhaftet, wodurch nicht nur die Funktionsfähigkeit der gesamten Anlage beeinträchtigt wird, sondern auch die Ästhetik.

Bei einer hydraulischen Feder dient das Hydraulikmedium, das kaum oder vorzugsweise nicht kompressibel ist als Übertragungsmittel. Im Normalfall muß daher ein Druck- bzw. Energiespeicher zur Speicherung von Energie vorgesehen sein. Dieser ist bei herkömmlichen hydraulischen Federn extern, z.B. in Form eines Druckbehälters, angeordnet.

Ein konkreter Anwendungsfall von Hydrauliksystemen ist z.B. an Industrierobotern zu finden. Dort dient das Hydrauliksystem zur Aufnahme von Verzögerungskräften beim Bewegen der Roboterarme. Aufgrund des Leckageproblems dieser Hydrauliksysteme ist der Einsatz jedoch in vielen Bereichen nicht oder nur durch aufwendige, zusätzliche Maßnahmen möglich, wie z.B. bei der Lebensmittelherstellung und -verarbeitung oder in der Arzneimittelverarbeitung.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgäbe zugrunde, ein verbessertes Federelement, insbesondere eine verbesserte

Gasfeder und eine verbesserte hydraulische Feder sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Schutzansprüche gelöst.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß die Feder als Mehr-Rohr-Feder mit mindestens einem Kolben derart ausgebildet werden kann, daß die Gleitflächen der Feder vor Beschädigungen sicher sind und die Feder selbst bei äußeren Beschädigungen betriebsfähig bleibt.

Eine erfindungsgemäße Druckfeder weist beispielsweise ein Innenrohr und ein darum, vorzugsweise konzentrisch angeordnetes Außenrohr sowie einen im Innenrohr vorgesehenen Kolben mit Kolbenstangs auf. Die beiden Rohre definieren zwei Volumenräume, die über eine Steuereinheit miteinander verbunden oder verbindbar sind.

Zur Ausführung einer erfindungsgemäßen Zugfeder sind mindestens zwei Rohre, vorzugsweise drei Rohre vorzusehen. Die Rohre der Zugfeder sind vorteilhafterweise im wesentlichen konzentrisch angeordnet. Mindestens zwei Rohre definieren mindestens zwei über eine Steuereinrichtung miteinander kommunizierende Volumenräume. Im Fall einer erfindungsgemäßen Gaszugfeder weist der innere Volumenraum vorzugsweise ein konstantes Volumen auf, während das Volumen des äußeren Volumenraums, in dem ein Ringkolben geführt ist, entsprechend der Kolbenstellung variabel ist. Bei einer erfindungsgemäßen hydraulischen Zugfeder sind die Volumina beider Volumenräume variabel. Vorzugsweise ist das dritte Rohr außerhalb des den äußeren Volumenraum definierenden Rohres angeordnet, um sämtliche Gleicflachen vor Verschmutzungen zu schützen. Es werden folglich drei Volumenräume gebildet, von denen zwei für die eigentliche Funktion der Feder vorgesehen sind, um die beiden mit Fluid gefüllten Volumenräume zu bilden. Der dritte Volumer.raum ist ein Schutzraum, um die Feder vor Beschädigungen zu schützen.

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Die Feder der vorliegenden Erfindung hat somit insbesondere die Vorteile, daß Beschädigungen an von außen zugänglichen Bauteilen der erfindungsgemäßen Feder keinerlei Funktionsbeeinträchtigung zur Folge haben, ihr Fülldruck gegenüber herkömmlichen Federn um bis zu 50 % reduziert werden kann, ihre Kennlinie variabel gestaltbar ist und die Ausschub- bzw. Einschubgeschwindigkeit des Kolbens beliebig eingestellt werden kann. Ferner können die erfindungsgemäßen Federn umweltfreundlich hergestellt werden, da ihre Bauteile keinen besonderen Verfahren unterzogen werden müssen, bei denen umweltbelastende Stoffe anfallen. Die Feder kann ferner variable Befestigungsmittel aufweisen, eine Klemmvorrichtung zur Fixierung des Kolbens in jeder beliebigen axialen Position haben und Mittel zur Endlagendämpfung aufweisen.

Ein weiterer Vorteil ist die geringe Losbrechkraft des Kolbens und die vielseitige Verwendbarkeit, aufgrund ihrer hoben passiven Sicherheit. Des weiteren können die erfindungsgemäßen Federn kostengünstig, z.B. aus handelsüblichen Bauteilen hergestellt werden, wodurch eine weitere Reduzierung der Herstellkosten erzielt und eine Verwendung als Massenprodukt ermöglicht wird. Die erfindungsgemäßen Federn sind selbst in stark verschmutzten bzw. verschmutzenden Anlagen problemlos einsetzbar. Leckage von Öl, wie z.B. bei herkömmlichen Hydrauliksystemen, kann einerseits durch Gas als Füllmedium und andererseits durch Verwendung eines geschlossenen Hydrauliksystems, d.h. ohne hydraulischen Druckspeicher, ausgeschlossen werden, wodurch die erfindungsgemäße Feder auch z.B. an Orten mit hohen bis höchsten Anforderungen an die Reinheit wie z.B. in der Lebensmittel-, Pharma- oder chemischen Industrie, sowie in Reinräumen einsetzbar ist.

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Gasfeder werden im folgenden anhand der Zeichnungen beispielhaft be^ schrieben. In den Zeichnungen zeigen:

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Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen

Zwe i-Rohr-Gasdruckfeder;
Fig.. 2 eine zweite , Aus führungs form der erfindungsgemäßen

Zwei-Rohr-Gasdruckfeder;
Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Zwei-Rohr-Gasdruckfeder;
Fig. 4 eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Zwei-Rohr-Gasdruckfeder;
Fig. 5 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen

Drei-Rohr-Gaszugfeder;
Fig. 6 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drei-Rohr-Gaszugfeder; und

Fig. 7 eine Ausfüiunangsform einer erfindungsgemäßen hydraulischen Zugfeder.

Die Zwei-Rohr-Gasdruckfeder 2 der vorliegenden Erfindung, wie in Figuren 1 bis 4 dargestellt, weist im wesentlichen ein Innenrohr 4 und ein im wesentlichen koaxial dazu angeordnetes Außenrohr 6 auf. Im Innenrohr 4 befindet sich ein Kolben 8, der im Innenrohr 4 gleitbar gelagert ist. Der Kolben 8 ist, z.B. durch ein Gewinde, vorzugsweise jedoch durch eine Quetsch- oder Knäutschverbindung mit einer Kolbenstange 10 verbunden. Zur Führung der Kolbenstange 10 ist an einem ersten Ende 12 der Rohre 4 und 6 ein Führungselement 14 vorgesehen, welches die Kolbenstange 10 führt, vorzugsweise gleichzeitig das Innenrohr 4 gegenüber dem Außenrohr 6 abdichtet und Mittel 16 gegen Eindringen von Schmutz von außen aufweist. Das gegenüberliegende Ende 18 ist mit einer Steuereinheit 20 verschlossen. Somit bildet das Innenrohr 4, der Kolben 8 und die Steuereinheit 20 einen ersten Volumenraum 22. Der Ringraum zwischen dem Innenrohr 4 und dem Außenrohr 6 bildet zusammen mit dem Führungselement 14 und der Steuereinheit 20 einen zweiten Volumenraum 24. Die beiden Volumenräume 22 und 24 sind durch die Steuereinheit 20 miteinander verbunden oder verbindbar, indem die Steuereinheit 20 einen Steuerschlitz 26 aufweist, der vorzugsweise

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mit einem Ringkanal 28 in Verbindung steht. Die Abmessungen des Steuerschlitzes 26 und des Ringkanals 28 definieren die Ausschubgeschwindigkeit der Kolbenstange 10. Durch Varrieren der Größe der Volumenräume 22 und 24, d.h. durch Variieren der Rohrdurchmesser und -längen können beliebige Druckverhältnisse eingestellt werden, so daß die Kennlinie der Zwei-Rohr-Gasdruckfeder im F-s-Diagramm je nach Anwendungsfall angepaßt werden kann.

Die Befüllung der Volumenräume 22 und 24 mit Gas, vorzugsweise mit Stickstoff, erfolgt durch eine radiale Gasfüllbohrung 30. Beide Volumenräurae 22 und 24 werden somit mit dem gleichen Gasdruck beaufschlagt. Die Gasfüllbohrung 30 ist mit einem Verschluß 32 verschlossen, der gleichzeitig als Berstschutz für die Zwei-Rohr-Gasdruckfeder 2 wirkt. Der Verschluß 32 ist vorzugsweise in Form eines ringförmigen Elastik-Elementes z.B. aus Gummi, das innerhalb der Gasfüllbohrung 30 angeordnet ist, verwirklicht, so daß beim Befüllen der Zwei-Rohr-Gasdruckfeder 2 der Verschluß 32 nach innen gedrückt wird, während danach der Druck des-Gases den Verschluß 32 auf die Gasfüllbohrung 30 drückt und abdichtet. Erhöht sich der Druck innerhalb der Feder übermäßig, z.B. durch Erwärmung bei einem Brand, so wird das Verschlußelement 32 aus Gummi durch die Gas füllöffnung 30 gedrückt, wodurch ein vergrößerter Volumenraum entsteht oder der Gasdruck schließlich entweichen kann. Somit ist ausgeschlossen, daß die Kolbenstange zum Geschoß wird, falls der Innendruck der Gasfeder über ein zulässiges Höchstmaß hinaus zunimmt.

Der Kolben 8 der Zwei-Rohr-Gasdruckfeder 2 ist mit einer Nut-Ring-Manschette 34 versehen, welche eine V-förmige Nut aufweist, wodurch der Systemdruck im ersten Volumenraum 22 auf die Nut-Ring-Manschette 34 wirkt und der Abdichtungseffekt verstärkt wird. Vorzugsweise ist die Nut-Ring-Manschette 34, wie in Figur 4 gezeigt, mittels einer Haltescheibe 35 und einem Stützring 37 mit dem Kolben 8 fest verbunden, z.B. durch Vernieten, Verschrauben, Kleben oder

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andere bekannte Befestigungsmaßnahmen. Dadurch wird bewirkt, daß die Nut-Ring-Manschette 34 den Kolben 8 gegenüber dem Innenrohr 4 fest sitzend abdichtet. Der Begriff "fest sitzend" bedeutet in diesem Zusammenhang insbesondere, daß zwischendem Kolben 8 und der Nut-Ring-Manschette 34 keine, bzw. nur durch Aufbringen großer Kräfte Relativdrehungen möglich sind.

Die Kolbenstange 10 ist an einem dem Kolben 8 gegenüberliegenden Ende mit einem Verbindungselement 36 versehen, das je nach Anwendungsfall verschiedenartig ausgebildet sein kann. Ebenso weist das Außenrohr 6 oder die. Steuereinheit 20 ein Verbindungselement 38 auf, das je nach Anwendungsfall flexibel ausgelegt werden kann.

Zum Betrieb der Zwei-Rohr-Gas druckfeder 2 werden die beiden Volumenräume 22 und 24 über die Gasfüllöffnung 30 mit dem gleichen Systemdruck beaufschlagt. Durch den Systemdruck wird der Kolben 8 und die Kolbenstange 10 in eine ausgefahrene Grundposition gebracht. Wird die Kolbenstange 10 eingeschoben, so bewegt sich der Kolben 8 im Innenrohr 4 in Richtung der Steuereinheit 20 und verkleinert so das Volumen des ersten Volumenraums 22. Dadurch strömt das Gas vom ersten Volumenraum 22 durch die Steuereinheit 20 in den zweiten Volumenraum 24 und wird vorgespannt. Beim Entlasten der Kolbenstange wird sie vom vorgespannten Gasdruck im zweiten Volumenraum 24 mit einer genau definierten Ausschubgeschwindigkeit ausgeschoben. Diese Ausschubgeschwindigkeit wird durch den Querschnitt des Ringkanals 28 und des Steuerschlitzes 26 definiert.

Zur Schmierung der Gasfeder befindet sich in den Volumenräumen 22 und 24 eine geringe Menge Schmieröl.

Gasdruckfedern werden insbesondere in Fahr- und Flugzeugen, Stühlen und beliebigen Maschinen verwendet. Ein typisches

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Anwendungsbeispiel findet sich an Heckklappen, Motorhauben oder Sitzen von Kraftfahrzeugen.

Zur Abdichtung der beiden Volumenräume 22 und 24 gegeneinander am Führungselement 14 und an der Steuereinheit 20 werden vorzugsweise O-Ringe verwendet. Gegen das Eindringen von Schmutz von außen entlang der Kolbenstange 10 ist das Dichtungsmittel 16 ebenfalls vorzugsweise als O-Ring ausgebildet. Zum gleichen Zweck ist am Kolben 8 ein weiterer O-Ring vorgesehen.

Die in Figur 2 dargestellte Zwei-Rohr-Gasfeder 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Abweichend von der ersten Ausführungsform befindet sich hier das Verbindungselement 38 nicht an der Steuereinheit 20 sondern am Außenrohr 6 der Zwei-Rohr-Gasdruckfeder 2. Ferner ist die Verbindung zwischen dem ersten Volumenraum 22 und dem zweiten Volumenraum 24 in der Steuereinheit 20 durch einen spiralförmigen Steuerschlitz 40 und den Ringkanal 28 gebindet. Zur Entlagendämpfung der Kolbenstange 10 befindet sich in einem Ringraum 42 zwischen dem Führungselement 14 und dem Kolben 8 ein Federelement 44 in Form einer Schrauben-Druck-Feder. Es könnte jedoch anstelle der Schraubenfeder jedes andere kompressible Medium zur Dämpfung verwendet werden.

Die in Figur 3 dargestellte dritte Ausführungsform der Zwei-Rohr-Gasdruckfeder 2 der Erfindung entspricht im wesentlichen der in den Figuren 1 und 2 beschriebenen Gasfeder. Der Kolben 8 ist jedoch mit einem Quadring 46 als dynamische Dichtung versehen. Das Führungselement 14 ist ferner zur Aufnahme einer Klemmvorrichtung 48 ausgebildet. Diese Klemmvorrichtung 48 besteht aus einem Ringspannkeil 50, einem Ringdruckstück 52 und einer Mutter 54, die auf das Führungselement 14 aufgeschraubt werden kann und so den Ringspannkeil 50 verklemmt, wodurch die Kolbenstange 10 festgeklemmt ist.. ■ ■■■'..·■

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Neben dieser Ausführungsform der Klemmvorrichtung können auch sämtliche weiteren bekannten Ausführungsformen von Klemmvorrichtungen zum Festsetzen der Kolbenstange 10 an den erfindungsgemäßen Federn vorgesehen sein. Eventuelle Beschädigungen der Kolbenstange oder des Außenrohrs 6 der erfindungsgemäßen Zwei-Rohr-Gasdruckfeder beeinträchtigen die Funktionsweise nicht im geringsten, da die Kolbenstangen-Oberflächengüte und die Beschaffenheit des Außenrohrs 6 für die Funktion unwichtig sind und an ihnen oder durch sie keine gasabdichtende Wirkung erzielt wird.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasfeder. Es ist die Befestigung der Nut-Ring-Manschette 34 mittels der Haltescheibe.35 und dem Stützring 37 dargestellt. Ferner ist bei dieser Ausführungsform die Kolbenstange 10 mit dem Kolben 8 durch eine Quetsch- oder Knautschverbindung 56 verbunden, um eine kostengünstige Verbindung zu erhalten.

Des weiteren ist die Steuereinrichtung 20 dahingehend modifiziert, daß im Ringkanal 28 eine Überströmbohrung 58 vorgesehen ist, die mit einem, vorzugsweise umlaufenden Dichtmittel 60, wie z.B. einem Flachdichtring, abdichtbar ist. Dadurch kann beim Einschieben der Kolbenstange 10 das Gas zusätzlich durch die Überströmbohrung 58 strömen, indem der Druck das Dichtmittel 60 abhebt. Ist der Einschiebevorgang beendet, legt sich das Dichtmittel 60 wieder auf die Überströmbohrung 58 und dichtet sie ab, so daß die Ausschubcharakteristik, wie bezüglich der vorstehenden Ausführungsformen, z.B. durch den Ringkanal· 28 und/oder Steuerschlitz 26 vorgegeben ist.

Ferner ist zwischen dem Innenrohr 4 und der Steuereinrichtung 20 ein weiteres Dichtelement 62 vorgesehen, um die beiden Volumenräume 22 und 24 gasdicht abzudichten.

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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist zur Endlagendämpfung der Feder 2 das Federelement 44 im Führungselement 14 vorzugsweise unter Vorspannung, gehalten. Dazu ist im Führungselement 14 ein Haltering 64 vorgesehen, der das ·■ Innenrohr 4 fixiert und gleichzeitig eine Stützscheibe 66 trägt, auf die das Federelement 44 wirkt. Wird der Kolben 8 beim Ausschieben in die Nähe seiner Endlage bewegt, so trifft er auf die Stützscheibe 66 und hebt dies entgegen der Federkraft des Federelements 44 vom Haltering 64 ab, so daß er sich gedämpft bis in seine Endlage bewegt. Vorzugsweise ist zwischen der Stützscheibe 66 und dem Federelement 44 zusätzlich ein Bremsring 68 vorgesehen, um den Kolben 8 gebremst in die Endlage zu bewegen. Zwischen dem Bremsring 68 und dem Federelement 44 ist dann vorzugsweise eine weitere Stützscheibe 70 vorgesehen. Der Bremsring 68 ist vorzugsweise aus Kunststoff, wie z.B. Gummi, und ist trocken eingebaut. .

Die in den verschiedenen Ausführungsformen dargestellten Zwei-Rohr-Gasfedern sind Gasdruckfedern. Die der Erfindung zugrunde liegende Idee kann jedoch auch für Gaszugfedern Anwendung finden. Dazu kann z.B. das Führungselement 14 gleichzeitig als Steuereinheit ausgebildet sein und der Ringraum 42 den ersten Volumenraum dastellen.

Das Führungselement 14 der Zwei-Rohr-Gasfeder dient lediglich der besseren Führung der Kolbenstange 10, ist jedoch kein zwingend erforderliches Bauelement. Bei Zwei-Rohr-Gasdruckfedern der Erfindung kann, anstelle des Führungselements 14, der zweite Volumenraum 24 lediglich verschlossen sein, z.B. durch einen ringförmigen Deckel.

Die Steuereinheit 20 kann anstelle des Steuerschlitzes 26 und des Ringkanals 28 ebenso durch ein Ventil gebildet sein, mit dem der Durchlaßquerschnitt variiert werden kann.

Eine erfindungsgemäße Gasfeder kann außerdem noch weitere Volumenräume durch das Vorsehen weiterer Rohre aufweisen.

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Deren genaue Ausbildung sollte dann beispielsweise entsprechend dem zuvor Beschriebenen erfolgen, wie in Figuren 5 bis 7 dargestellt.

Eine Drei-Rohr-Gaszugfeder 102 der vorliegenden Erfindung ist in Figuren 5 und 6 gezeigt. Sie weist im wesentlichen ein Innenrohr 104, ein Mittelrohr 106 und ein Außenrohr 108 auf. Die Rohre 104, 106 und 108 sind im wesentlichen koaxial zueinander bezüglich einer Mittelachse 110 angeordnet. Die Rohre 104, 106 und 108 sind vorzugsweise Zylinderrohre, deren Wandstärke entsprechend dem Anwendungsfall variieren kann. Die Wandstärke des Innenrohrs 104 und des Mittelrohrs 106 liegen z.B. zwischen 0,1 und 10 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 und. 5 mm. Das Innenrohr 104 ist an seinem ersten axialen Ende mit einem Abschlußelement 112 gasdicht verbunden. Diese Verbindung kann z.B. eine Schraubverbindung mit. entsprechender Dichtung oder eine Klebung sein, vorzugsweise sind das Innenrohr 104 und das Abschlußelement 112 jedoch durch Reibschweißung miteinander verbunden. Das Abschlußelement 112 weist eine Gasfüllbohrung 114 auf, die in den Innenraum des Innenrohrs 104 mündet. An dem dem ersten axialen Ende des Innenrohrs 104 gegenüberliegenden zweiten axialen Ende ist eine Verschlußvorrichtung 116 vorgesehen. Das Verschlußelement 116 ist mit dem Innenrohr 104 durch geeignete Dichtmittel 118 gasdicht verbunden. Das Innenrohr 104 bildet somit durch das Abschlußelement 112 und die Verschlußvorrichtung 116 einen ersten Volumenraum 120 mit konstantem Volumen. Der Volumenraum 120 steht durch eine Steuereinrichtung 122, die vorzugsweise in Form mindestens einer Gasübergangsbohrung gebildet ist, mit einem zweiten Volumenraum 124 in Verbindung. Der zweite Volumenraum 124 wird durch das Innenrohr 104, das Mittelrohr 106, ein am zweiten Ende des Innenrohrs 104 angeordnetes Ringelement 126 und durch einen Ringkolben 128 definiert. Das Ringelement 126 sowie der Ringkolben 128 sind gegenüber den angrenzenden Rohren 104 und 106 mittels Dichtelementen' 130 bzw. 132 gasdicht abgedichtet. Das Mittelrohr 106 der erfindungsgemäßen Gaszugfe-

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der stellt durch die Verbindung mit dem Ringkolben 128 somit gleichzeitig die Kolbenstange dar.

Wie bereits vorstehend erläutert, sind die beiden Volumenräume 120 und 124 durch die Steuereinrichtung 122 miteinander verbunden oder verbindbar, indem die Steuereinrichtung 122 mindestens eine Gasübergangsbohrung bzw. einen Gasübergangsschlitz aufweist. Durch Veränderung der Abmessungen der Steuereinrichtung kann die Ein- und Ausschubgeschwindigkeit der Kolbenstange definiert werden. Durch Variieren der Größe der Volumenräume 120 und 124, d.h. durch Variieren der Rohrdurchmesser und -längen können beliebige Druckverhältnisse eingestellt werden, so daß die Kennlinie der erfindungsgemäßen■Gasfeder im F-s-Diagramm je nach Anwendungsfal 1. angepaßt werden kann.

Die Befüllung der Volumenräume 120 und 124 mit Gas, vorzugsweise mit Stickstoff, erfolgt, wie bereits vorstehend mit Bezug auf die Figuren 1 bis 4 erläutert, durch die Gasfüllbohrung 114. Beide Volumenräume 120 und 124 werden durch die Verbindung mittels der Steuereinrichtung 122 mit dem gleichen Gasdruck beaufschlagt. Die Gasfüllbohrung 114 ist mit einem Verschluß 134 (nur schematisch dargestellt) verschlossen, der gleichzeitig als Berstschutz für die erfindungsgemäße Gaszugfeder wirkt. Der Verschluß 134 ist vorzugsweise in Form eines ringförmigen Elastik-Elements, z.B. aus Gummi, das innerhalb der Gasfüllbohrung 114 angeordnet ist, verwirklicht, so daß beim Befüllen der Drei-Rohr-Gaszugfeder der Verschluß 134 nach innen gedrückt wird, während danach der Druck des Gases den Verschluß 134 auf die Gasfüllbohrung drückt und abdichtet. Erhöht sich der Druck innerhalb der Gasfeder übermäßig, z.B. durch Erwärmung bei einem Brand, so wird das Verschlußelement 134 durch die Gasfüllöffnung 114 gedrückt, wodurch ein vergrößerter Volumenraum entsteht oder der Gasdruck schließlich völlig entweichen kann. Somit ist ausgeschlossen, daß der Kolben zum Geschoß wird, falls der

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Innendruck der Gasfeder 102 über ein zulässiges Höchstmaß hinaus zunimmt.

Die am Ringelement 126 · und Ringkolben 128 vorgesehenen Dichtmittel 130 bzw. 132 sind vorzugsweise Nut-Ring-Manschetten, welche eine V-förmige Nut aufweisen, wodurch der Systemdruck im zweiten, äußeren Volumenraum 124 auf die Nut-Ring-Manschette wirkt, und der Abdichtungseffekt verstärkt wird.

Ferner enthalten die Dichtmittel 130 und 132, vorzugsweise Polytetrafluorethylen (PTFE) oder bestehen vollständig daraus. Dieses Material ist stark antiadhäsiv, hat einen niedrigen Gleit- und Haftreibungskpeffizienten und . daher keinen "Stick-Slip"-Effekt. Ferner ist PTFE in einem großen Temperaturbereich,, d.h. von etwa -200 bis +270⁰C einsetzbar und hat höchste chemische Widerstandsfähigeiten.

Obwohl in der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gaszugfeder das Ringelement 126 und die Verschlußvorrichtung 116 als zwei Teile ausgebildet sind, könnten diese auch integral, d.h. einstückig vorgesehen sein.

An dem als Kolben dienenden Mittelrohr 106 ist an dessen dem Ringkolben 128 gegenüberliegenden Ende eine Montagevorrichtung 13 6 vorgesehen, durch die die erfindungsgemäße Gaszugfeder 102 mit verschiedenen, je nach Anwendungsfall spezifischen Verbindungselementen verbindbar ist. Ebenso ist das Abschlußelement 112 ausgebildet, um mit verschiedenen Verbinduhgselementen koppelbar zu sein.

Das Außenrohr 108 der erfindungsgemäßen Gasfeder ist mittels des Abschlußelements 112 konzentrisch zu den beiden innenliegenden Rohren 104 und 106 angeordnet. Vorzugsweise ist das Außenrohr 108 mit dem Abschlußelement 112 durch Reibschweißen verbunden. An dem dem Abschlußelement 112 gegen-

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überliegenden Ende- des Außenrohrs 108 ist eine Abstreifvorrichtung 138 vorgesehen, mit der am Mittelrohr 106 anliegende oder anhaftende Schmutzpartikel abgestreift werden können.. Die Abstreifvorrichtung 138 weist ferner eine Einrichtung 140 gegen Eindringen von feinen Schmutzpartikeln oder Flüssigkeiten auf. Die Einrichtung 140 ist vorzugsweise ein Dichtmittel, wie z.B. ein O-Ring oder Filzring. Zum gleichen Zweck ist vorzugsweise zur sicheren Gewährleistung der Betriebsfähigkeit der erfindungsgemäßen Gaszugfeder 102 am Ringkolben 128 und am Ringelement 126 jeweils mindestens eine weitere Einrichtung 142 bzw. 144 gegen Eindringen von Schmutz und Flüssigkeiten vorgesehen. Durch die Anordnung des Außenrohrs 108 mit der Abstreifvorrichtung 138 sowie den Einrichtungen 140, 142 und 144 wird gewährleistet, daß die erfindungsgemäße Gaszugfeder 102 an sämtlichen Gleitflächen vor Verschmutzungen geschützt ist, so daß ■ sie selbst in schmutzigen bzw. in stark verschmutzenden Anlagen einsetzbar ist und trotzdem eine hohe Lebensdauer hat.

Zum Betrieb der erfindungsgemäßen Drei-Rohr-Gasfeder 102 werden die beiden Volumenräume 120 und 124 über die Gasfüllöffnung 114 mit gleichem Systemdruck beaufschlagt. Durch den Systemdruck wird der Ringkolben 128 und somit das die Kolbenstange darstellende Mittelrohr 106 in eine eingefahrene Grundposition gebracht. Wird die Kolbenstange 106 ausgezogen, so bewegt sich der Ringkolben 128 zwischen dem Innenrohr 104 und dem Mittelrohr. 106 in Richtung der Steuereinrichtung 122 und verkleinert so das Volumen des zweiten Volumenraums 124. Dadurch strömt das Gas vom zweiten Volumenraum 124 durch die Steuereinrichtung 122 in den ersten VoIumenenraum 120 und wird weiter vorgespannt. Beim Entlasten der Kolbenstange 108 wird sie vom erhöhten Gasdruck im ersten Volumenraum 120 mit einer genau definierten Einschubgeschwindigkeit eingeschoben. Diese Geschwindigkeit wird durch die Öffnung, d.h. durch die Steuereinrichtung 122 definiert. In Fällen, in denen die Gasfeder möglichst schnellein- und ausgeschoben werden soll, kann die Steuereinrich-

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tung 122 so ausgelegt sein, daß sie keinen zu hohen Strömungswiderstand darstellt, um Erhitzungen zu vermeiden. Das heißt, die Steuereinrichtung 122 sollte in einem solchen Fall mindestens eine, vorzugsweise jedoch mehrere Gasübergangsbohrungen bzw. Öffnungen mit relativ großem Durchmesser aufweisen.

Zur Schmierung der Gaszugfeder 102 befindet sich in den Volumenräumen 120 und 124 vorzugsweise eine geringe Menge Schmieröl, z.B. 1 bis 8. cm³, das z.B. zusammen mit dem Gas in die Volumenräume 120 und 124 eingebracht werden kann oder bei der Montage der Gaszugfeder eingebracht wird.

■Eine modifizierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gaszugfeder 102 ist in Fig. 6 dargestellt. Der Grundaufbau der Gas zugfeder 102 ist dabei im wesentlichen mit dem zuvor beschriebenen gemäß Fig. 5 identisch. Die Gaszugfeder 102 gemäß Fig. 6 unterscheidet sich jedoch dadurch, daß im ersten Voluraenraum 120 ein Kolben 146 vorgesehen ist, mit dem das Volumen des Volumenraums 120 variiert werden kann. Der Kolben 146 ist vorzugsweise über mindestens eine Gewindestange 148 mit einem Schraubenkopf 150 in einem Gewinde im Abschlußelement 112 axial beweglich einstellbar geführt. Der Kolben 146 ist mit Dichtmitteln (nicht dargestellt) versehen, um den ersten Volumenraum 120 gegenüber dem Ringraum 152 abzudichten. Wie vorstehend bereits erläutert, kann durch einen veränderbaren Volumenraum 120 die F-s-Kennlinie der Gasfeder variiert werden. Somit ist die gemäß Fig. 6 dargestellte Gaszugfeder 102 noch flexibler einsetzbar.

Die in Fig. 6 dargestellte Gaszugfeder 102 weist ferner ein einerseits am Abschlußelement 112 und andererseits am Montageelement 136 vorgesehenes Verbindungselement 154 bzw. 156 auf. In der hier dargestellten Ausführungsform werden die Verbindungselemente 154 und 156 jeweils an das Abschlußelement 112 bzw.. das Montageelement 136 mit Hilfe eines' Gewindes 158 bzw. 160 montiert. Das Gewinde 158 des Verbindungs-

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elementes 154 ist in einer Durchgangsbohrung vorgesehen, so daß der Kopf 150 der Gewindestange 148 zur Verstellung des Kolbens 146 leicht zugänglich ist. Das Gewinde 160 des Verbindungselements .156 auf der gegenüberliegenden Seite ist ebenfalls in einer Durchgangsbohrung vorgesehen, so daß ein Raum 162 über eine Öffnung 164 mit der Umgebung in Verbindung steht. Die Verschlußvorrichtung 116 des Innenrohrs 104 ist im Ringelement 126 mittels eines Feingewindes axial beweglich ausgeführt, so daß es die Steuereinrichtung 122 bzw. deren Öffnungen bei Verschiebung der axialen Position derart überdeckt, daß verschiedene Strömungsquerschnitte und somit unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten zwischen den beiden Volumenräumen 120 und 124 bewirkt werden können. Eine .Verstellung der Verschlußvorrichtung 116 erfolgt durch die Bohrung 164 im Montageelement 136, durch die ein Werkzeug geführt werden kann, um mit einem Kopf 166 der Verschlußvorrichtung 116 in Eingriff zu kommen und das Verschlußelement 116 axial zu verstellen. Durch die Variierung des Strömungsquerschnitts der Steuereinrichtung 122 kann die F-s-Kennlinie der Gaszugfeder bzw. die Ein- und Ausschubgeschwindigkeit weiter flexibilisiert werden.

Die Verbindungselemente 154 und 156 sind lediglich beispielhaft dargestellt. Sie können je nach Anwendungsfall bzw. Einbauerfordernissen auch andersartig ausgebildet sein. Im vorliegenden Fall sind an den Verbindungselementen 154 und 156 Querbohrungen 168 bzw. 170 vorgesehen, um die Gaszugfeder mit einem Bolzen in einer nicht dargestellten Maschine zu montieren. Anstelle der Schraubenverbindungen zwischen den Verbindungselementen 154 und 156 und dem Abschlußelement 112 bzw. Montageelement 136 kann auch jede andere herkömmliche Verbindungsart vorgesehen werden. Insbesondere kann es bevorzugt sein, diese Elemente einstückig auszubilden bzw. durch Verschweißung von Einzelteilen, z.B. durch Reibschweißen, herzustellen.

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Gemäß einer weiteren, bezüglich der Gaszugfeder 102 nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist zur Endlagendämpfung des Ringkolbens 128 in einem zwischen dem Innenrohr 104 ' und · Außenrohr 108 gebildeten · Ringraum 172 ein Endanschlagmittel vorgesehen. Vorzugsweise ist dieses Endanschlagmittel eine Schrauben-Druck-Feder. Es könnte jedoch anstelle der Schraubenfeder jedes andere kompressible Medium zur Dämpfung, wie z.B. ein elastisches Gummielement verwendet werden. Gleichfalls kann im zweiten Volumenraum 124 ein solches Endanschlagmittel, z.B. am Kolben 128 oder am Ringelement 126 vorgesehen sein.

Gemäß einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform ist die in Fig. 5 oder 6 dargestellte Gaszugfeder weiter dadurch modifiziert, daß das Außenrohr 108 und auch jedes andere geeignete Bauteil- zur Aufnahme einer Klemmvorrichtung ■ (nicht dargestellt) ausgebildet ist. Diese Klemmvorrichtung ist der vorstehend bezüglich Figuren 1 bis 4 beschriebenen ähnlich und besteht z.B. aus einem Ringspannkeil, einem Ringdruckstück und einer Mutter, die auf das Außenrohr 108 aufgeschraubt werden kann und so den Ringspannkeil verklemmt, wodurch die Kolbenstange bzw. das Mittelrohr 106 festgeklemmt ist. Neben dieser Ausführungsform der Klemmvorrichtung können auch sämtliche anderen bekannten Ausführungsformen von Klemmvorrichtungen zum Festsetzen der Kolbenstange 106 an der Gaszugfeder 102 vorgesehen sein. Eventuelle Beschädigungen des Mittelrohrs 106 oder des Außenrohrs 108 der erfindungsgemäßen Drei-Rohr-Gaszugfeder 102 beeinträchtigen die Funktionsweise nicht im geringsten, da die Oberflächengüte an der Außenseite des Mittelrohrs 106 sowie die Beschaffenheit des Außenrohrs 108 für die Funktion unwichtig sind und an ihnen oder durch sie keine gasabdichtende Wirkung erzielt wird.

Die in den verschiedenen Ausführungsformen dargestellten Drei-Rohr-Gasfedern sind Gaszugfedern. Die diesen' Ausführungsformen der Erfindung zugrundeliegende Idee kann jedoch

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auch durch Umkehrung des Prinzips für Gasdruckfedern Anwendung finden.

Die Steuereinrichtung 122 kann ferner anstelle der Öffnungen. ebenso durch ein Ventil gebildet sein, mit dem der Durchlaßquerschnitt variiert werden kann. Eine erfindungsgemäße Gasfeder kann außerdem noch weitere Volumenräume durch das Vorsehen weiterer Rohre aufweisen. Deren genaue Ausbildung sollte dann entsprechend dem zuvor beschriebenen erfolgen. Ferner kann mindestens eine mit einem der Volumenräume 120 und/oder 124 in Verbindung stehende Druckmeßeinrichtung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, um den Gasdruck zu überwachen oder ihn als Eingangsparameter einer Steuerung zuzuführen. Die Druckmeßeinrichtung kann auch als Druckschalter ausgebildet sein. Eine solche Drucküberwachungseinrichtung ist auch-für-die in Figuren 1 bis 4, beschriebenen Ausführungsformen möglich.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Drei-Rohr-Gaszugfeder wird zunächst das Innenrohr 104 mit dem Abschlußelement 112 zusammengefügt und anschließend das Außenrohr 108 ebenfalls an das Abschlußelement 112 montiert. Dies kann entweder durch Verschrauben von Gewindeverbindungen, durch Klebung, Verschweißung oder andere bekannte, gasabdichtende Verbindungsmethoden erfolgen. Vorzugsweise werden das Innenrohr 104 und das Außenrohr 108 mit den Abschlußelement 112 durch Reibschweißen verschweißt. Die Abstreifvorrichtung 138 kann dabei am Außenrohr 108 bereits vormontiert sein oder . zu einem späteren Zeitpunkt montiert werden. Anschließend wird die Kolbenstange bzw. das Mittelrohr 106 mit dem Kolben 128 montiert und in den Ringraum 172 zwischen dem Innenrohr 104 und Außenrohr 108 eingeführt. Die Verschlußvorrichtung 116 und das Ringelement 126 werden dann montiert, so daß die beiden Volumenräume 120 und 124 gegenüber der Umgebung gasdicht abgeschlossen sind. Im folgenden wird das Montageelement 1-36 am Mittelrohr 106 montiert. Zur Bereitstellung einer funktionsfähigen Gasfeder müssen .die Volumenräume 120

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und 124 rait einem Gasdruck entsprechend den Anforderungen an die Gasfeder befüllt werden. Dieses Verfahren wurde bereits vorstehend erläutert.

Es wird darauf hingewiesen, daß-die für die erfindungsgemäße' Gasfeder erforderlichen Gleitteile, nämlich das Innenrohr 104 und Mittelrohr 106 sowie der Ringkolben 126 aus handelsüblichen Rohteilen herstellbar sind. Vorzugsweise haben die Oberflächen der Gleitelemente eine Rauhtiefe von 0.5 bis 5 &mgr;&tgr;&eegr;, insbesondere ist jedoch eine Rauhtiefe zwischen 1 und 3 &mgr;&tgr;&eegr; bevorzugt.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Federelements in Form einer, hydraulischen Zugfeder 202. Die hydraulische Zugfeder 202 entspricht in ihrem Aufbauim wesentlichen der... vorstehend unter, Bezugnahme auf die. Figuren 5 und 6 beschriebenen Drei-Rohr-Gaszugfeder 102. Auch diese hydraulische Drei-Rohr-Zugfeder 202 weist ein Innenrohr 204, ein Mittelrohr 206 und ein Außenrohr 208 auf. Diese Rohre sind vorzugsweise im wesentlichen koaxial zueinander bezüglich einer Mittelachse 210 angeordnet. Die Rohre 204, 206 und 208 sind vorzugsweise Zylinderrohre, deren Wandstärke entsprechend dem Anwendungsfall variiert. Die Wandstärke des Innenrohrs 204 und des Mittelrohrs 206 liegen z.B. zwischen 0,1 und 10 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 und 5 mm. Das Innenrohr 204 ist an seinem ersten axialen Ende mit einem Abschlußelement 212 fluiddicht verbunden. Die Verbindung kann z.B. eine Schraubverbindung mit entsprechender Dichtung, eine Klebung oder vorzugsweise eine Reibschweißverbindung sein. An dem dem ersten axialen Ende des Innenrohrs 204 gegenüberliegenden zweiten axialen Ende ist eine Verschlußvorrichtung 214 für das Innenrohr 204 vorgesehen. Die Verschlußvorrichtung 214 ist mit dem Innenrohr 204 durch geeignete Dichtmittel und/oder. eine entsprechende Verbindung fluiddicht verbunden, die Verschlußvorrichtung 214 weist eine Ölfüllqf fnung 216, die -vorzugsweise als-Ölfüllventil ausgebildet ist, auf. Darüber hinaus ist vorzugsweise in der

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Verschlußvorrichtung 214 ein Entlüftungsventil 218 vorgesehen, um beim Befüllen der hydraulischen Gasfeder 202 mit Hydraulikfluid vorhandene Luft abführen .zu können. Im Innen-..rohr 204 ist axial beweglich ein Kolben 220 vorgesehen. Der Kolben 220 weist einen Anschlagvorsprung 222 auf, der an der ■ Verschlußvorrichtung 214 anliegt, wenn die erfindungsgemäße hydraulische Drei-Rohr-Zugfeder 202 sich im eingeschobenen, d.h. entspanntem Zustand befindet. Somit bilden das Innenrohr 204 mit dem Verschlußelement 214 und dem Kolben 220 einen um den Anschlagvorsprung 222 gebildeten ersten ringförmigen Volumenraum 224. Auf der dem ersten Volumenraum 224 gegenüberliegenden Seite des Kolbens 220 ist zwischen dem Abschlußelement 212 und dem Kolben 220 eine Schraubendruck-,feder 226 vorgesehen, die den Anschlagvorsprung .222 des KoI-. bens 220 gegen die Verschlußvorrichtung 214 drückt. Zur Fi-' xierung ' der Schraubenfeder .226 ist am- Kolben vorzugsweise ein Führungszapfen 228 vorgesehen.

Die Schraubenfeder 226 kann, wie dargestellt, eine zylindrische Schraubendruckfeder sein. Es ist jedoch auch möglich, nicht nur eine Schraubenfeder vorzusehen, sondern mehrere ineinandergesteckte Schraubendruckfedern mit entgegengesetzter Wendelung vorzusehen. Des weiteren können auch Schraubenfedern mit sich änderndem Drahtquerschnitt und/oder kegelige Schraubendruckfedern vorgesehen werden. Ferner besteht die Möglichkeit, eine Gasdruckfeder anstelle der Schraubenfeder vorzusehen. Bei der Auswahl des geeigneten Federmittels 226 ist es lediglich wichtig, daß es in der Lage ist, Bewegungsenergie z.B. durch Verformung oder Komprimierung eines Gases zu speichern.

Der erste Volumenraum 224 steht durch eine Steuereinrichtung 230, die vorzugsweise in Form mindestens einer Fluidübergangsbohrung gebildet ist, mit einem zweiten Volumenraum 232 in Verbindung. Der zweite Volumenraum 232 wird durch das Innenrohr 204, das Mittelrohr 206., die Verschlußvorrichtung-214 und durch einen Ringkolben 234 definiert. Die Ver-

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Schlußvorrichtung 214 sowie der Ringkolben 234 sind gegenüber den angrenzenden Rohren 204 und 206 mittels Dichtelementen 236 bzw. 238 fluiddicht abgedichtet. Das Mittelrohr 206 der erfindungsgemäßen hydraulischen Drei-Rohr-Zugfeder 202 stellt durch die Verbindung mit dem Ringkolben 234 somit gleichzeitig die Kolbenstange dar.

Wie bereits vorstehend erläutert, sind die beiden Volumenräume 224 und 232 durch die Steuereinrichtung 230 miteinander verbunden oder verbindbar, indem die Steuereinrichtung 230 mindestens eine Gasübergangsbohrung bzw. einen Gasübergangsschlitz aufweist. Durch Veränderung der Abmessungen der Steuereinrichtung 230 kann die Bin- und Ausschubgeschwindigkeit der Kolbenstange-.definiert werden. Dprch Variieren der Größe der Volumenräume 224 und 232, d.h. durch Variieren der • Rohrdurchmesser und —längen ..können beliebige Druckverhältnisse eingestellt werden, so daß die Kennlinie der erfindungsgemäßen Feder im F-s-Diagramm je nach Anwendungsfall angepaßt werden kann.

Wie bereits mit Bezug auf die vorhergehenden Ausführungsformen der Erfindung erläutert, sind die am Ringkolben 234 und an der Verschlußvorrichtung 214 vorgesehenen Dichtmittel 236 und 238 vorzugsweise Nut-Ring-Manschetten, die eine V-förmige Nut aufweisen und dadurch vom Systemdruck im zweiten Volumenraum 232 überlagert werden, so daß der Abdichtungseffekt verstärkt wird. Wie vorstehend ebenfalls erläutert, sitzen die Nut-Ring-Manschetten auf ihren jeweiligen Sitzen drehfest. Ferner weisen die Dichtmittel 236 und 238 vorzugsweise Polytetrafluorethylen (PTFE) auf oder bestehen vollständig daraus.

An dem als Kolben dienenden Mittelrohr 206 ist an dessen dem Ringkolben 234 gegenüberliegenden Ende eine Montagevorrichtung 240 vorgesehen, durch die die erfindungsgemäße Feder 2 02 mit verschiedenen,' je nach. Anwendurig'sf-all spezifischen Verbindungselementen verbindbar ist. Ferner kann auch am Ab-

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Schlußelement 212 eine solche Verbindungsvorrichtung vorgesehen sein.

Das Außenrohr 208 der erfindungsgemäßen hydraulischen Drei-Rohr-Zugfeder ist mittels des Abschlußelements 212 konzentrisch zu den beiden innenliegenden Rohren 204· und 206 angeordnet. Vorzugsweise ist das Außenrohr 208 mit dem Anschlußelement 212 durch Reibschweißen verbunden. An dem dem Abschlußelement 212 gegenüberliegenden Ende des Außenrohrs 208 ist eine Abstreifvorrichtung 242 vorgesehen, mit der am Mittelrohr 206 anliegende oder anhaftende Schmutzpartikel abgestreift werden können. Die Abstreifvorrichtung 242 weist ferner eine Einrichtung 244 gegen Eindringen von feinen Schmutzpartikeln oder Flüssigkeiten auf. Diese Einrichtung 244 ist vorzugsweise ein Dichtmittel, wie z.B. ein O-Ring ■oder Filzri.ng. Zum. gleichen. . Zweck ist-..vorzugsweise-,zur, si-: cheren Gewährleistung der Betriebsfähigkeit der erfindungsgemäßen hydraulischen Zugfeder 202 am Ringkolben 234 und an der Verschlußvorrichtung 214 jeweils mindestens eine weitere Einrichtung 246 bzw. 248 gegen Eindringen von Schmutz und Flüssigkeiten vorgesehen. Durch die Anordnung des Außenrohrs 208 mit der Abstreifvorrichtung 242 sowie den Einrichtungen 244, 246 und 248 wird gewährleistet, daß die erfindungsgemäße hydraulische Zugfeder 202 an sämtlichen Gleitflächen vor Verschmutzungen geschützt ist, so daß sie selbst in schmutzigen bzw. stark verschmutzten Anlagen einsetzbar ist und trotzdem eine hohe Lebensdauer hat.

Bei liegender Einbauweise der erfindungsgemäßen hydraulischen Drei-Rohr-Zugfeder 202 ist ferner vorzugsweise eine am Außenrohr 208 vorgesehene Ölwanne 250 vorgesehen, um eventuell austretendes Hydraulikfluid aufzufangen und so die Umgebung sauber zu halten. Dazu ist im Außenrohr 208 mindestens eine Durchgangsbohrung 252 vorgesehen.

Die■unter Bezugnahme auf die vorstehend erläuterten Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 bis 6 beschriebenen Möglich-

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keiten der Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Federelemente, wie z.B. das Vorsehen einer Druckmeßeinrichtung, einer Endlagendämpfung oder einer Feststellvorrichtung, sind allesamt gegebenenfalls auch auf die vorstehend beschriebene hydraulische Zugfeder 2 02 anwendbar.

Zum Betrieb der erfindungsgemäßen hydraulischen Drei-Rohr-Zugfeder 202 werden die beiden Volumenräume 224 und 232 über die Ölfüllöffnung bzw. das Ölfüllventil 216 mit einem Hydraulikfluid unter gleichem Systemdruck beaufschlagt. Durch den Systemdruck wird der Ringkolben 234 und somit das die Kolbenstange darstellende Mittelrohr 206 in eine eingefahrene Grundposition gebracht. Wird die Kolbenstange 206 ausgezogen, so bewegt sich der Ringkolben 234 in Richtung der Steuereinrichtung 23 0 und verkleinert so das Volumen des zweiten Volumenraums.232. Dadurch- strömt das Hydraulikfluid vom zweiten Volumenraum 234 durch die Steuereinrichtung 230 in den ersten Volumenraum 224 und verschiebt den Kolben 220 entgegen der Federkraft des Federelements 226 aufgrund seiner Inkompressibilität. Durch die Vorspannung des Federmittels 226 wird die aufgebrachte Bewegungsarbeit gespeichert, so daß beim Entlasten der Kolenstange 208 das Hydraulikfluid aus. dem nun kleiner werdenden ersten Volumenraum 224 zurück in den zweiten Volumenraum 232 befördert wird. Durch die Dimensionierung der Steuerungseinrichtung 230 wird dabei eine genau definierte Einschubgeschwindigkeit eingehalten. In Fällen, in denen die hydraulische Zugfeder möglichst schnell ein- und ausgeschoben werden soll, kann die Steuereinrichtung 230 so ausgebildet sein, daß sie keinen zu hohen Strömungswiderstand darstellt, um Erhitzungen zu vermeiden, das heißt, die Steuereinrichtung 230 sollte in einem solchen Fall mindestens eine, vorzugsweise jedoch mehrere Fluidübergangsbohrungen bzw. Öffnungen mit relativ großem Durchmesser aufweisen.

-Bezüglich der hydraulischen · Drei-Rohr-Zugfeder kann auch die vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläuterte Möglich-

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keit der Veränderung des Querschnitts der Steuereinrichtung Anwendung finden. Darüber hinaus kann auch die Länge des das Federmittel enthaltenen Raums durch einen axial verstellbaren Kolben gemäß den Ausführungen entsprechend Fig. 6 variiert werden.

Obwohl das hydraulische Federelement als hydraulische Zugfeder dargestellt wurde, gelten die vorstehend erläuterten Grundprinzipien auch für eine hydraulische Druckfeder unter Verwendung einer Mehr-Rohr-Anordnung.

Der Kolben 220 ist im Innenrohr 204 fluiddicht durch eine Nut-Ring-Manschette 254 abgedichtet und vorzugsweise durch ein Führungs- und Dichtungselement 256 geführt.

Claims

1. Zwei-Rohr-Federelement (2) mit: einem Innenrohr (4), einem darum angeordneten Außenrohr (6), einem im Innenrohr (4) gasdicht gleitenden Kolben (8) mit Kolbenstange (10), beidseitigen Verschlußelementen und einer Steuereinheit (20), wobei durch die Rohre (4, 6), die Verschlußelemente und den Kolben (8) ausschließlich ein erster Volumenraum (22) mit variablem Volumen und ein zweiter Volumenraum (24) mit im wesentlichen konstantem Volumen zur gasdichten Aufnahme eines Federgases gebildet wird, die durch die Steuereinheit (20) ständig miteinander verbunden sind, wobei die Füllöffnung (30) eine Radialbohrung im Außenrohr (6) ist, die durch einen Verschluß (32) in Form eines Elastik-Elements verschlossen ist, der gleichzeitig den Berstschutz darstellt.

2. Federelement nach Anspruch 1, die als Zwei-Rohr-Gasdruckfeder ausgebildet ist.

3. Federelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit (20) durch einen axialen (26) und/oder spiralförmigen Steuerschlitz (40) und/oder einen Ringkanal (28) gebildet ist.

4. Federelement nach Anspruch 3, wobei vom Ringkanal (28) eine Überströmbohrung (58) in den zweiten Volumenraum (24) mündet und die Überströmbohrung (58) durch einen Dichtring (60) im zweiten Volumenraum (24) abgedichtet ist, wenn die Kolbenstange (10) nicht eingeschoben wird.

5. Federelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das ferner Dichtungsmittel aufweist, die die beiden Volumenräume (22, 24) gegeneinander und zur Umgebung abdichten.

6. Federelement nach Anspruch 5, wobei das Dichtungsmittel, welches des ersten Volumenraum (22) am Kolben (8) zur Umgebung abdichtet, eine Nut-Ring- Manschette (34), die vom Gasdruck im ersten Volumenraum (22) beaufschlagt ist, oder ein Quadring (46) ist.

7. Federelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das ferner ein Führungselement (14) aufweist, welches die Kolbenstange (10) führt.

8. Federelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das ferner eine Füllöffnung (30), einen Verschluß und/oder einen Berstschutz (32) für die Füllöffnung (30) aufweist.

9. Federelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das ferner Mittel (44) zur Endlagendämpfung der Kolbenstange (10) und des Kolbens (8) aufweist.

10. Federelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das ferner Mittel zum Blockieren (48) der Kolbenstange (10) in jeder beliebigen axialen Position aufweist.

11. Federelement nach Anspruch 10, wobei die Mittel zum Blockieren (48) der Kolbenstange (10) durch einen Ringspannkeil (50) gebildet sind, der zwischen der Kolbenstange (10) und dem Führungselement (14) festklemmbar ist.

12. Federelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei zwischen dem Ende des Innenrohrs (4) und der Steuereinrichtung (20) ein Dichtelement (62) vorgesehen ist.

13. Federelement nach einem der Ansprüche 6 bis 12, wobei die Nut-Ring- Manschette (34) durch einen Stützring (37) und einen Haltering (35) mit dem Kolben (8) drehfest verbunden ist und der Haltering (35) am Kolben (8) angenietet ist.

14. Federelement nach einem der Ansprüche 7 bis 13, das im Führungselement (14) eine Schrauben-Druck-Feder (44) zur Endlagendämpfung aufweist, die sich an einem zur Fixierung des Innenrohrs (4) vorgesehenen Halterring (64) unter Vorspannung abstützt.

15. Federelement nach Anspruch 14, wobei sich zwischen dem Haltering (64) und der Feder (44) zwei Stützscheiben (66, 70) und ein dazwischen vorgesehener Bremsring (68) befindet.

16. Federelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Kolben (8) auf der Kolbenstange (10) aufgeknautscht ist.

17. Drei-Rohr-Federelement (102, 202) mit mindestens einem Innenrohr (104, 204), einem konzentrisch dazu angeordneten Mittelrohr (106, 206) und einem ebenfalls konzentrisch dazu angeordneten Außenrohr (108, 208), wobei ein Ringkolben (128, 234) mit dem Mittelrohr (106, 206) eine die Kolbenstange der Feder (102, 202) bildende Einheit darstellt und der Ringkolben (128, 234) ausschließlich auf dem Innenrohr (104, 204) gleitet, so daß lediglich ein erster Volumenraum (120, 224) und ein zweiter Volumenraum (124, 232) gebildet wird, die durch eine Steuereinrichtung (122, 230) ständig miteinander verbunden sind.

18. Federelement nach Anspruch 17, das als Drei-Rohr-Zugfeder ausgebildet ist.

19. Federelement nach Anspruch 17 oder 18, wobei die Steuereinrichtung (122, 230) durch mindestens eine Radialbohrung und/oder Schlitze im Innenrohr (104, 204) der Feder (102, 202) gebildet ist.

20. Federelement nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei das Außenrohr (108, 208) eine Abstreifvorrichtung (138, 242) und/oder eine Einrichtung (140, 244) gegen Eindringen von Verunreinigungen in eine zwischen dem Innenrohr (104, 204) und dem Außenrohr (108, 208) gebildeten Ringraum (172) aufweist.

21. Federelement nach einem der Ansprüche 17 bis 20, das ferner Dichtmittel (118, 130, 132, 236, 238, 254) aufweist, die die beiden Volumenräume (120, 124, 224, 232) gegeneinander und zur Umgebung abdichten.

22. Federelement nach Anspruch 21, wobei die Dichtmittel (130, 132, 236, 238, 254), die Gleitflächen am Innenrohr (104, 204) und Mittelrohr (106, 206) abdichten, Nut-Ring-Manschetten mit einer vom Gasdruck (124, 232) beaufschlagten V-Nut sind.

23. Federelement nach einem der Ansprüche 17 bis 22, das ferner eine Füllöffnung (114), einen Verschluß und/oder einen Berstschutz (134) für die Füllöffnung (114) aufweist.

24. Federelement nach Anspruch 23, wobei die Füllöffnung (114) ein in einem Verschlußelement (112) vorgesehener Strömungskanal ist, der durch den Verschluß (134) verschließbar ist.

25. Federelement nach Anspruch 23 oder 24, wobei der Verschluß (134) ein Elastik- Element ist, das in die Füllöffnung (114) einbringbar ist, und gleichzeitig einen Berstschutz darstellt.

26. Federelement nach einem der Ansprüche 17 bis 21, das ferner eine Füllöffnung (216) in einem das Innenrohr (204) verschließenden Verschlußelement (214) aufweist.

27. Federelement nach Anspruch 26, wobei die Füllöffnung (216) ein durch Druck selbstschließendes Füllventil ist.

28. Federelement nach Anspruch 26 oder 27, wobei im Verschlußelement (214) eine Entlüftungsöffnung (218) vorgesehen ist.

29. Federelement nach einem der Ansprüche 20 bis 28, wobei mindestens eine Einrichtung (142, 144, 246, 248, 256) gegen Eindringen von Verunreinigungen an den Gleitflächen vorgesehen ist.

30. Federelement nach einem der Ansprüche 19 bis 29, wobei die Steuereinrichtung (122, 230) so ausgebildet ist, daß der Strömungsquerschnitt der Bohrungen oder Schlitze durch eine am Innenrohr (104, 204) axial positionierbar angeordnete Verschlußvorrichtung (116, 216) einstellbar ist.

31. Federelement nach Anspruch 30, wobei die Positionierung der Verschlußvorrichtung (116, 216) mittels eines daran gebildeten Kopfes (166) erfolgt, an dem Mittel zum Eingreifen mit einem Werkzeug vorgesehen sind.

32. Federelement nach einem der Ansprüche 17 bis 30, wobei im ersten Volumenraum (120, 224) ein beweglicher Kolben (146) vorgesehen ist, mit dessen Hilfe das Volumen des ersten Volumenraums (120, 224) variiert werden kann.

33. Federelement nach Anspruch 32, wobei der Kolben (146) mittels einer Gewindestange (148) mit einem Schraubenkopf (150) verstellbar ist.

34. Federelement nach einem der Ansprüche 17 bis 33, das ferner Mittel zur Endlagendämpfung des die Kolbenstange bildenden Mittelrohrs (106, 206) und/oder des Ringkolbens (128, 234) aufweist.

35. Federelement nach einem der Ansprüche 17 bis 34, das ferner Mittel zur Blockieren des die Kolbenstange bildenden Mittelrohrs (106, 206) in jeder beliebigen axialen Position aufweist.

36. Federelement nach Anspruch 35, wobei die Mittel zum Blockieren des Mittelrohrs (106, 206) durch einen Ringspannkeil gebildet sind, der zwischen dem Mittelrohr (106, 206) und dem Außenrohr (108, 208) oder dessen Abstreifvorrichtung (138, 242) festklemmbar ist.

37. Federelement nach einem der Ansprüche 21 bis 36, wobei die Dichtmittel zum Abdichten der Gleitflächen Polytetrafluorethylen aufweisen.

38. Federelement nach einem der Ansprüche 17 bis 37, das als Gas-Zug-Feder (102) ausgebildet ist.

39. Federelement nach einem der Ansprüche 17 bis 37, das als hydraulische Zugfeder (202) ausgebildet ist.

40. Federelement nach Anspruch 39, wobei im Innenrohr (204) ein axial beweglicher Kolben (220) vorgesehen ist, der mittels einem Federelement (226) mit einem an ihm vorgesehenen Anschlagvorsprung (222) gegen die Verschlußvorrichtung (214) gedrückt wird, wobei der erste Volumenraum (224) dadurch variabel ist, um beim Ausziehen des Federelements (202) aus dem zweiten Volumenraum (232) verdrängtes Fluid darin aufzunehmen und die aufgebrachte Arbeit im Federmittel (226) zu speichern.

41. Federelement nach Anspruch 39 oder 40, wobei ferner eine Ölwanne (250) vorgesehen ist, um eventuell austretendes Fluid aufzufangen.

42. Federelement nach Anspruch 41, wobei die Ölwanne (250) bei im wesentlichen horizontaler Einbaulage des Federelements (202) entlang eines Umfangsabschnitts und in axialer Richtung am Außenrohr (208) vorgesehen ist, wobei ausgetretenes Fluid durch Öffnungen (252) in die Ölwanne (250) gelangen kann.

43. Mehr-Rohr-Federelement (2) mit einem Innenrohr (4), mindestens einem darum angeordneten Außenrohr (6), einem im Innenrohr (4) gasdicht gleitenden Kolben (8) mit Kolbenstange (10), beidseitigen Verschlußelementen und einer Steuereinheit (20), wobei durch die Rohre (4, 6), die Verschlußelemente und den Kolben mindestens ein erster Volumenraum (22) und ein zweiter Volumenraum (24) zur gasdichten Aufnahme eines Federgases gebildet wird, die durch die Steuereinheit (20) ständig miteinander verbunden sind.