DE29880118U1 - Spring element - Google Patents
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Description
WO 99/32799 PCT/EP98/08188WO99/32799 PCT/EP98/08188
FederelementSpring element
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Federelement, insbesondere eine Gasfeder oder eine hydraulische Feder sowie deren Herstellung.The present invention relates to a spring element, in particular a gas spring or a hydraulic spring, and to the production thereof.
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.A gas spring is a hydropneumatic adjustment element with a self-contained gas and oil system as an energy storage device. The spring force is generated by a compressed filling medium. The principle of gas springs is based on the compressibility of a gas volume enclosed in a container.
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.Gas springs can be designed as gas pressure springs or gas tension springs. The structure of a conventional gas spring is described below using a conventional gas pressure spring as an example. These essentially consist of a cylindrical pressure tube that is sealed gas-tight on one side with a cover and on the opposite side with a seal and guide package. A piston rod is guided axially through the seal and guide package, at the end of which a piston is attached inside the pressure tube, which also limits the extension of the piston rod. The outer end of the piston rod and the end of the pressure tube are each provided with a fastening device adapted to the application.
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.The desired spring extension and retraction force of the piston rod of a gas spring is achieved by introducing a certain gas overpressure into the cylindrical pressure tube. Furthermore, the cross-sectional area of the piston, on which the pressure in the cylindrical pressure tube acts, is important for determining the desired spring extension and retraction force.
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WO 99/32799 PCT/EP98/08188WO99/32799 PCT/EP98/08188
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.When the piston rod and piston of a gas spring are pushed in or out, the volume of the gas is reduced and a pressure increase is caused, which is a measure of the increase in potential energy for the respective position. The piston inside the gas spring has the function of enabling a specific extension speed, providing damping adapted to the application, serving as a guide element and limiting the extension range of the piston rod.
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.Piston designs are known in which the piston is provided with one or more small nozzle holes or with a labyrinth system. When using such a piston, targeted damping can be achieved when the piston rod is pushed in and out by the overflow of gas.
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.To lubricate gas springs, a certain amount of oil is located in the cylindrical pressure chamber, which can also be used as position-dependent hydraulic end position damping. Other end position dampings are known from coil springs or rubber end stops.
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. The spring characteristic of a conventional gas spring is shown in the force-displacement diagram (F-s diagram). The force curves follow an approximately straight line and, compared to coil springs, show a small increase in force over the spring travel. The breakaway force, which characterizes the force with which the piston rod must be released at the beginning of a movement, is usually not shown in the F-s diagram. This breakaway force is usually a multiple of the initial retraction or extension force.
Die Federkennlinie der herkömmlichen Gasfeder kann z.B. durch Einbringen von Öl verändert werden. Eine erhöhte Öl-The spring characteristic of the conventional gas spring can be changed, for example, by adding oil. An increased oil
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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.The increased amount of gas within the gas spring causes increased insertion and extension forces. Furthermore, the spring characteristic can be varied by changing the dimensions of the pressure tube and the piston rod. Another way to influence the spring characteristic is to provide a spring element in the volume space, whereby the spring characteristic of the gas spring is superimposed on that of the spring element.
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.The manufacture of such gas springs, particularly the piston rod, requires a considerable amount of production effort, since the surface is a sealing surface. The piston rod must be hardened and have a maximum surface roughness of approximately 1 to 3 μιη. For this purpose, it is conventionally ground, surface hardened and chrome-plated.
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.Another process that can be used as an alternative to chrome plating is a salt bath hardening process. The piston rods are heated in a salt bath to 580 0 C, for example, and remain there for a certain time. This process is a rise hardening process that also provides rust protection for the surface of the piston rod. After the piston rods are removed from the salt bath, they must be processed on a polishing machine to achieve the required surface quality.
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,The known gas springs and processes for their manufacture have the particular disadvantages that their characteristic curve cannot be changed at will, the functionality of the gas spring is no longer guaranteed if there is even the slightest damage to the piston rod or the tube, and high system pressures are required in the gas spring, which poses a significant risk at elevated temperatures, e.g. in the case of vehicle fires. Other disadvantages are the high breakaway force of the piston rod, the complex manufacturing process for the piston rod and the associated environmental problems. Particularly problematic in this regard are environmentally harmful residues from the salt bath hardening process.
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sowie Schleif- und Polierrückstände bzw. -schlämme, die als hochgiftiger Sondermüll sehr aufwendig und teuer entsorgt werden müssen.as well as grinding and polishing residues or sludge, which are highly toxic hazardous waste and must be disposed of at great expense and in a complex manner.
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. Another major disadvantage of conventional gas springs is that they are not suitable for many applications because, for example, their characteristics do not meet the requirements, the gas springs cannot be adequately protected from dirt at the respective locations, or the pressure in the gas springs would be too high. In such applications, hydraulic systems are often used, which are much more expensive, take up more space and have a shorter life expectancy. Hydraulic systems also have the significant disadvantage that leakage problems often arise, i.e. oil leaks out and dirt adheres to it, which not only impairs the functionality of the entire system, but also its aesthetics.
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.In a hydraulic spring, the hydraulic medium, which is hardly or preferably not compressible, serves as the transmission medium. Normally, a pressure or energy storage device must therefore be provided to store energy. In conventional hydraulic springs, this is arranged externally, e.g. in the form of a pressure vessel.
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.A specific application of hydraulic systems can be found in industrial robots, for example. There, the hydraulic system is used to absorb deceleration forces when the robot arms are moved. Due to the leakage problem of these hydraulic systems, however, their use is not possible in many areas or only with complex, additional measures, such as in food production and processing or in pharmaceutical processing.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgäbe zugrunde, ein verbessertes Federelement, insbesondere eine verbesserteThe present invention is therefore based on the object of providing an improved spring element, in particular an improved
Gasfeder und eine verbesserte hydraulische Feder sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Schutzansprüche gelöst.To provide a gas spring and an improved hydraulic spring as well as a corresponding manufacturing process. This task is solved with the features of the protection claims.
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.The invention has the advantage that the spring can be designed as a multi-tube spring with at least one piston in such a way that the sliding surfaces of the spring are protected from damage and the spring remains operational even in the event of external damage.
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.A compression spring according to the invention has, for example, an inner tube and an outer tube arranged around it, preferably concentrically, as well as a piston with a piston rod provided in the inner tube. The two tubes define two volume spaces that are or can be connected to one another via a control unit.
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.To implement a tension spring according to the invention, at least two tubes, preferably three tubes, are to be provided. The tubes of the tension spring are advantageously arranged essentially concentrically. At least two tubes define at least two volume spaces that communicate with one another via a control device. In the case of a gas tension spring according to the invention, the inner volume space preferably has a constant volume, while the volume of the outer volume space, in which an annular piston is guided, is variable according to the piston position. In a hydraulic tension spring according to the invention, the volumes of both volume spaces are variable. The third tube is preferably arranged outside the tube defining the outer volume space in order to protect all the surfaces from contamination. Consequently, three volume spaces are formed, two of which are intended for the actual function of the spring in order to form the two volume spaces filled with fluid. The third volume space is a protective space to protect the spring from damage.
WO 99/32799 PCT/EP98/08188WO99/32799 PCT/EP98/08188
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.The spring of the present invention therefore has the particular advantages that damage to externally accessible components of the spring according to the invention does not result in any functional impairment, its filling pressure can be reduced by up to 50% compared to conventional springs, its characteristic curve can be varied and the extension or insertion speed of the piston can be set as desired. Furthermore, the springs according to the invention can be manufactured in an environmentally friendly manner, since their components do not have to undergo any special processes that produce environmentally harmful substances. The spring can also have variable fastening means, a clamping device for fixing the piston in any axial position and means for end position damping.
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.A further advantage is the low breakaway force of the piston and the versatility of use due to their high passive safety. Furthermore, the springs according to the invention can be manufactured inexpensively, e.g. from commercially available components, which further reduces manufacturing costs and enables use as a mass product. The springs according to the invention can be used without any problems even in heavily contaminated or contaminating systems. Oil leakage, such as in conventional hydraulic systems, can be prevented on the one hand by using gas as a filling medium and on the other hand by using a closed hydraulic system, i.e. without a hydraulic pressure accumulator, which means that the spring according to the invention can also be used in places with high to extremely high cleanliness requirements, such as in the food, pharmaceutical or chemical industries, as well as in clean rooms.
Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Gasfeder werden im folgenden anhand der Zeichnungen beispielhaft be^ schrieben. In den Zeichnungen zeigen:Preferred embodiments of the gas spring according to the invention are described below by way of example with reference to the drawings. In the drawings:
WO 99/32799 PCT/EP98/08188WO99/32799 PCT/EP98/08188
Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßenFig. 1 shows a first embodiment of an inventive
Zwe i-Rohr-Gasdruckfeder;
Fig.. 2 eine zweite , Aus führungs form der erfindungsgemäßenTwo i-tube gas springs;
Fig. 2 shows a second embodiment of the inventive
Zwei-Rohr-Gasdruckfeder;
Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßenTwo-tube gas spring;
Fig. 3 shows a third embodiment of the inventive
Zwei-Rohr-Gasdruckfeder;
Fig. 4 eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßenTwo-tube gas spring;
Fig. 4 shows a fourth embodiment of the inventive
Zwei-Rohr-Gasdruckfeder;
Fig. 5 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßenTwo-tube gas spring;
Fig. 5 shows a first embodiment of an inventive
Drei-Rohr-Gaszugfeder;
Fig. 6 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drei-Rohr-Gaszugfeder; undThree-tube gas spring;
Fig. 6 shows a second embodiment of the three-tube gas tension spring according to the invention; and
Fig. 7 eine Ausfüiunangsform einer erfindungsgemäßen hydraulischen Zugfeder.Fig. 7 shows an embodiment of a hydraulic tension spring according to the invention.
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 vorzugsweiseThe two-tube gas pressure spring 2 of the present invention, as shown in Figures 1 to 4, essentially has an inner tube 4 and an outer tube 6 arranged essentially coaxially therewith. In the inner tube 4 there is a piston 8 which is slidably mounted in the inner tube 4. The piston 8 is connected to a piston rod 10, e.g. by a thread, but preferably by a crimp or crumple connection. To guide the piston rod 10, a guide element 14 is provided at a first end 12 of the tubes 4 and 6, which guides the piston rod 10, preferably at the same time seals the inner tube 4 from the outer tube 6 and has means 16 against the ingress of dirt from the outside. The opposite end 18 is closed with a control unit 20. Thus, the inner tube 4, the piston 8 and the control unit 20 form a first volume space 22. The annular space between the inner tube 4 and the outer tube 6 forms a second volume space 24 together with the guide element 14 and the control unit 20. The two volume spaces 22 and 24 are connected or connectable to one another by the control unit 20 in that the control unit 20 has a control slot 26, which preferably
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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.is connected to an annular channel 28. The dimensions of the control slot 26 and the annular channel 28 define the extension speed of the piston rod 10. By varying the size of the volume spaces 22 and 24, i.e. by varying the tube diameters and lengths, any pressure ratio can be set so that the characteristic curve of the two-tube gas pressure spring in the F-s diagram can be adapted depending on the application.
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.The volume spaces 22 and 24 are filled with gas, preferably with nitrogen, through a radial gas filling hole 30. Both volume spaces 22 and 24 are thus subjected to the same gas pressure. The gas filling hole 30 is closed with a closure 32, which simultaneously acts as a burst protection for the two-tube gas pressure spring 2. The closure 32 is preferably implemented in the form of an annular elastic element, e.g. made of rubber, which is arranged inside the gas filling hole 30, so that when the two-tube gas pressure spring 2 is filled, the closure 32 is pressed inwards, while the pressure of the gas then presses the closure 32 onto the gas filling hole 30 and seals it. If the pressure inside the spring increases excessively, e.g. due to heating during a fire, the rubber closure element 32 is pressed through the gas filling opening 30, whereby an enlarged volume space is created or the gas pressure can finally escape. This prevents the piston rod from becoming a projectile if the internal pressure of the gas spring increases beyond a permissible maximum.
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 oderThe piston 8 of the two-tube gas pressure spring 2 is provided with a groove-ring sleeve 34, which has a V-shaped groove, whereby the system pressure in the first volume space 22 acts on the groove-ring sleeve 34 and the sealing effect is increased. Preferably, the groove-ring sleeve 34, as shown in Figure 4, is firmly connected to the piston 8 by means of a retaining disk 35 and a support ring 37, e.g. by riveting, screwing, gluing or
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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.other known fastening measures. This ensures that the groove-ring sleeve 34 tightly seals the piston 8 against the inner tube 4. The term "tightly fitted" in this context means in particular that no relative rotation is possible between the piston 8 and the groove-ring sleeve 34, or that this is only possible by applying large forces.
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.The piston rod 10 is provided with a connecting element 36 at an end opposite the piston 8, which can be designed in different ways depending on the application. The outer tube 6 or the control unit 20 also has a connecting element 38, which can be designed flexibly depending on the application.
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.To operate the two-tube gas pressure spring 2, the two volume chambers 22 and 24 are pressurized with the same system pressure via the gas filling opening 30. The system pressure moves the piston 8 and the piston rod 10 into an extended basic position. If the piston rod 10 is pushed in, the piston 8 moves in the inner tube 4 in the direction of the control unit 20 and thus reduces the volume of the first volume chamber 22. As a result, the gas flows from the first volume chamber 22 through the control unit 20 into the second volume chamber 24 and is pre-tensioned. When the piston rod is relieved, it is pushed out by the pre-tensioned gas pressure in the second volume chamber 24 at a precisely defined extension speed. This extension speed is defined by the cross-section of the annular channel 28 and the control slot 26.
Zur Schmierung der Gasfeder befindet sich in den Volumenräumen 22 und 24 eine geringe Menge Schmieröl.To lubricate the gas spring, a small amount of lubricating oil is located in the volume chambers 22 and 24.
Gasdruckfedern werden insbesondere in Fahr- und Flugzeugen, Stühlen und beliebigen Maschinen verwendet. Ein typischesGas springs are used in particular in cars, aircraft, chairs and any kind of machinery. A typical
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Anwendungsbeispiel findet sich an Heckklappen, Motorhauben oder Sitzen von Kraftfahrzeugen.Examples of applications include tailgates, hoods or seats of motor vehicles.
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.O-rings are preferably used to seal the two volume spaces 22 and 24 against each other on the guide element 14 and on the control unit 20. To prevent dirt from penetrating from the outside along the piston rod 10, the sealing means 16 is also preferably designed as an O-ring. For the same purpose, another O-ring is provided on the piston 8.
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.The two-tube gas spring 2 shown in Figure 2 shows a second embodiment of the invention. In contrast to the first embodiment, the connecting element 38 is not located on the control unit 20 but on the outer tube 6 of the two-tube gas pressure spring 2. Furthermore, the connection between the first volume space 22 and the second volume space 24 in the control unit 20 is connected by a spiral-shaped control slot 40 and the annular channel 28. To dampen the piston rod 10, a spring element 44 in the form of a helical compression spring is located in an annular space 42 between the guide element 14 and the piston 8. However, any other compressible medium could be used for damping instead of the helical spring.
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.. ■ ■■■'..·■ The third embodiment of the two-tube gas pressure spring 2 of the invention shown in Figure 3 corresponds essentially to the gas spring described in Figures 1 and 2. However, the piston 8 is provided with a quad ring 46 as a dynamic seal. The guide element 14 is also designed to accommodate a clamping device 48. This clamping device 48 consists of a ring clamping wedge 50, a ring pressure piece 52 and a nut 54, which can be screwed onto the guide element 14 and thus clamps the ring clamping wedge 50, whereby the piston rod 10 is clamped firmly. ■ ■■■'..·■
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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.In addition to this embodiment of the clamping device, all other known embodiments of clamping devices for securing the piston rod 10 to the springs according to the invention can also be provided. Any damage to the piston rod or the outer tube 6 of the two-tube gas pressure spring according to the invention does not affect the functionality in the slightest, since the surface quality of the piston rod and the nature of the outer tube 6 are unimportant for the function and no gas-tight effect is achieved on them or through them.
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.Fig. 4 shows a further embodiment of the gas spring according to the invention. The fastening of the groove-ring sleeve 34 by means of the retaining disk 35 and the support ring 37 is shown. Furthermore, in this embodiment the piston rod 10 is connected to the piston 8 by a crimp or crumple connection 56 in order to obtain a cost-effective connection.
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.Furthermore, the control device 20 is modified in such a way that an overflow bore 58 is provided in the ring channel 28, which can be sealed with a preferably circumferential sealing means 60, such as a flat sealing ring. As a result, when the piston rod 10 is pushed in, the gas can also flow through the overflow bore 58, as the pressure lifts off the sealing means 60. Once the pushing-in process is complete, the sealing means 60 lies back on the overflow bore 58 and seals it, so that the ejection characteristics, as with the previous embodiments, are predetermined, for example, by the ring channel 28 and/or control slot 26.
Ferner ist zwischen dem Innenrohr 4 und der Steuereinrichtung 20 ein weiteres Dichtelement 62 vorgesehen, um die beiden Volumenräume 22 und 24 gasdicht abzudichten.Furthermore, a further sealing element 62 is provided between the inner tube 4 and the control device 20 in order to seal the two volume spaces 22 and 24 in a gas-tight manner.
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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. .In the embodiment according to Fig. 4, the spring element 44 is held in the guide element 14, preferably under pre-tension, to dampen the end position of the spring 2. For this purpose, a retaining ring 64 is provided in the guide element 14, which fixes the inner tube 4 and at the same time carries a support disk 66 on which the spring element 44 acts. If the piston 8 is moved close to its end position during extension, it hits the support disk 66 and lifts this off the retaining ring 64 against the spring force of the spring element 44, so that it moves in a dampened manner to its end position. Preferably, an additional brake ring 68 is provided between the support disk 66 and the spring element 44 in order to move the piston 8 into the end position in a braked manner. A further support disk 70 is then preferably provided between the brake ring 68 and the spring element 44. The brake ring 68 is preferably made of plastic, such as rubber, and is installed dry.
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.The two-tube gas springs shown in the various embodiments are gas pressure springs. However, the idea underlying the invention can also be used for gas tension springs. For this purpose, for example, the guide element 14 can simultaneously be designed as a control unit and the annular space 42 can represent the first volume space.
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.The guide element 14 of the two-tube gas spring merely serves to better guide the piston rod 10, but is not an absolutely necessary component. In two-tube gas pressure springs of the invention, instead of the guide element 14, the second volume space 24 can simply be closed, e.g. by an annular cover.
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.Instead of the control slot 26 and the annular channel 28, the control unit 20 can also be formed by a valve with which the passage cross-section can be varied.
Eine erfindungsgemäße Gasfeder kann außerdem noch weitere Volumenräume durch das Vorsehen weiterer Rohre aufweisen.A gas spring according to the invention can also have further volume spaces by providing additional tubes.
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Deren genaue Ausbildung sollte dann beispielsweise entsprechend dem zuvor Beschriebenen erfolgen, wie in Figuren 5 bis 7 dargestellt.Their exact design should then be carried out, for example, according to what has been described above, as shown in Figures 5 to 7.
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-A three-tube gas tension spring 102 of the present invention is shown in Figures 5 and 6. It essentially has an inner tube 104, a middle tube 106 and an outer tube 108. The tubes 104, 106 and 108 are arranged essentially coaxially with each other with respect to a central axis 110. The tubes 104, 106 and 108 are preferably cylindrical tubes, the wall thickness of which can vary depending on the application. The wall thickness of the inner tube 104 and the middle tube 106 is, for example, between 0.1 and 10 mm, preferably between 0.5 and 5 mm. The inner tube 104 is connected in a gas-tight manner to a closure element 112 at its first axial end. This connection can, for example, be a screw connection with. The sealing may be a corresponding seal or an adhesive bond, but the inner tube 104 and the closure element 112 are preferably connected to one another by friction welding. The closure element 112 has a gas filling bore 114 which opens into the interior of the inner tube 104. A closure device 116 is provided at the second axial end opposite the first axial end of the inner tube 104. The closure element 116 is connected to the inner tube 104 in a gas-tight manner by means of suitable sealing means 118. The inner tube 104 thus forms a first volume space 120 with a constant volume through the closure element 112 and the closure device 116. The volume space 120 is connected to a second volume space 124 by means of a control device 122 which is preferably formed in the form of at least one gas transfer bore. The second volume space 124 is defined by the inner tube 104, the middle tube 106, a ring element 126 arranged at the second end of the inner tube 104 and by an annular piston 128. The ring element 126 and the annular piston 128 are sealed gas-tight from the adjacent tubes 104 and 106 by means of sealing elements 130 and 132, respectively. The middle tube 106 of the gas flue according to the invention
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der stellt durch die Verbindung mit dem Ringkolben 128 somit gleichzeitig die Kolbenstange dar.Due to the connection with the annular piston 128, it simultaneously represents the piston rod.
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.As already explained above, the two volume spaces 120 and 124 are connected or can be connected to one another by the control device 122 in that the control device 122 has at least one gas transfer hole or a gas transfer slot. The retraction and extension speed of the piston rod can be defined by changing the dimensions of the control device. By varying the size of the volume spaces 120 and 124, i.e. by varying the tube diameters and lengths, any pressure ratio can be set so that the characteristic curve of the gas spring according to the invention in the F-s diagram can be adapted depending on the application.
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 derThe volume spaces 120 and 124 are filled with gas, preferably with nitrogen, as already explained above with reference to Figures 1 to 4, through the gas filling hole 114. Both volume spaces 120 and 124 are subjected to the same gas pressure through the connection by means of the control device 122. The gas filling hole 114 is closed with a closure 134 (only shown schematically), which simultaneously acts as a burst protection for the gas tension spring according to the invention. The closure 134 is preferably implemented in the form of an annular elastic element, e.g. made of rubber, which is arranged inside the gas filling hole 114, so that when the three-tube gas tension spring is filled, the closure 134 is pressed inwards, while the pressure of the gas then presses the closure 134 onto the gas filling hole and seals it. If the pressure inside the gas spring increases excessively, e.g. due to heating during a fire, the closure element 134 is pushed through the gas filling opening 114, whereby an enlarged volume space is created or the gas pressure can finally escape completely. This prevents the piston from becoming a projectile if the
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Innendruck der Gasfeder 102 über ein zulässiges Höchstmaß hinaus zunimmt.Internal pressure of the gas spring 102 increases beyond a permissible maximum.
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.The sealing means 130 and 132 provided on the ring element 126 and the ring piston 128 are preferably groove-ring cuffs which have a V-shaped groove, whereby the system pressure in the second, outer volume space 124 acts on the groove-ring cuff and the sealing effect is enhanced.
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.Furthermore, the sealants 130 and 132 preferably contain polytetrafluoroethylene (PTFE) or consist entirely of it. This material is highly anti-adhesive, has a low coefficient of sliding and static friction and therefore no "stick-slip" effect. Furthermore, PTFE can be used in a wide temperature range, ie from about -200 to +270 0 C, and has extremely high chemical resistance.
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.Although in the embodiment of the gas tension spring according to the invention shown in Fig. 5 the ring element 126 and the locking device 116 are designed as two parts, they could also be provided integrally, i.e. in one piece.
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.On the central tube 106 serving as a piston, a mounting device 136 is provided at the end opposite the annular piston 128, by means of which the gas tension spring 102 according to the invention can be connected to various connecting elements, depending on the specific application. The end element 112 is also designed to be able to be coupled to various connecting elements.
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-The outer tube 108 of the gas spring according to the invention is arranged concentrically to the two inner tubes 104 and 106 by means of the closure element 112. The outer tube 108 is preferably connected to the closure element 112 by friction welding. At the point opposite the closure element 112,
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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.A stripping device 138 is provided at the end of the outer tube 108 above, with which dirt particles resting on or adhering to the central tube 106 can be stripped off. The stripping device 138 also has a device 140 to prevent the ingress of fine dirt particles or liquids. The device 140 is preferably a sealing means, such as an O-ring or felt ring. For the same purpose, preferably at least one further device 142 or 144 to prevent the ingress of dirt and liquids is provided on the ring piston 128 and on the ring element 126 to ensure the operability of the gas tension spring 102 according to the invention. The arrangement of the outer tube 108 with the stripping device 138 and the devices 140, 142 and 144 ensures that the gas tension spring 102 according to the invention is protected from contamination on all sliding surfaces, so that ■ it can be used even in dirty or heavily contaminated systems and still has a long service life.
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-To operate the three-tube gas spring 102 according to the invention, the two volume spaces 120 and 124 are subjected to the same system pressure via the gas filling opening 114. The system pressure moves the annular piston 128 and thus the central tube 106 representing the piston rod into a retracted basic position. If the piston rod 106 is pulled out, the annular piston 128 moves between the inner tube 104 and the central tube 106 in the direction of the control device 122 and thus reduces the volume of the second volume space 124. The gas therefore flows from the second volume space 124 through the control device 122 into the first volume space 120 and is further pre-tensioned. When the piston rod 108 is relieved, it is pushed in by the increased gas pressure in the first volume space 120 at a precisely defined insertion speed. This speed is defined by the opening, i.e. by the control device 122. In cases where the gas spring should be pushed in and out as quickly as possible, the control device
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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.The control device 122 should be designed in such a way that it does not represent too high a flow resistance in order to avoid heating. This means that in such a case the control device 122 should have at least one, but preferably several gas transfer holes or openings with a relatively large diameter.
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.To lubricate the gas tension spring 102, the volume spaces 120 and 124 preferably contain a small amount of lubricating oil, e.g. 1 to 8 cm 3 , which can be introduced into the volume spaces 120 and 124 together with the gas, for example, or is introduced during assembly of the gas tension spring.
■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.■A modified embodiment of the gas tension spring 102 according to the invention is shown in Fig. 6. The basic structure of the gas tension spring 102 is essentially identical to that previously described in Fig. 5. The gas tension spring 102 according to Fig. 6 differs, however, in that a piston 146 is provided in the first volume space 120, with which the volume of the volume space 120 can be varied. The piston 146 is preferably guided in an axially movable and adjustable manner via at least one threaded rod 148 with a screw head 150 in a thread in the closure element 112. The piston 146 is provided with sealing means (not shown) in order to seal the first volume space 120 from the annular space 152. As already explained above, the F-s characteristic curve of the gas spring can be varied by means of a variable volume space 120. The gas tension spring 102 shown in Fig. 6 can therefore be used even more flexibly.
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-The gas tension spring 102 shown in Fig. 6 further comprises a connecting element 154 or 156 provided on the one hand on the closing element 112 and on the other hand on the mounting element 136. In the embodiment shown here, the connecting elements 154 and 156 are each mounted on the closing element 112 or the mounting element 136 by means of a thread 158 or 160. The thread 158 of the connecting element
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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.element 154 is provided in a through hole so that the head 150 of the threaded rod 148 is easily accessible for adjusting the piston 146. The thread 160 of the connecting element .156 on the opposite side is also provided in a through hole so that a space 162 is connected to the environment via an opening 164. The closure device 116 of the inner tube 104 is designed to be axially movable in the ring element 126 by means of a fine thread so that it covers the control device 122 or its openings when the axial position is shifted in such a way that different flow cross sections and thus different flow velocities can be achieved between the two volume spaces 120 and 124. The closure device 116 is adjusted through the bore 164 in the mounting element 136, through which a tool can be guided in order to engage with a head 166 of the closure device 116 and to axially adjust the closure element 116. By varying the flow cross-section of the control device 122, the F-s characteristic curve of the gas tension spring or the retraction and extension speed can be made more flexible.
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.The connecting elements 154 and 156 are shown only as examples. They can also be designed differently depending on the application or installation requirements. In the present case, cross holes 168 and 170 are provided on the connecting elements 154 and 156 in order to mount the gas tension spring with a bolt in a machine (not shown). Instead of the screw connections between the connecting elements 154 and 156 and the end element 112 or mounting element 136, any other conventional type of connection can also be provided. In particular, it can be preferred to design these elements in one piece or to produce them by welding individual parts, e.g. by friction welding.
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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.According to a further embodiment of the invention, not shown with respect to the gas tension spring 102, an end stop means is provided in an annular space 172 formed between the inner tube 104' and the outer tube 108 for the end position damping of the annular piston 128. This end stop means is preferably a helical compression spring. However, any other compressible medium for damping, such as an elastic rubber element, could be used instead of the helical spring. Such an end stop means can also be provided in the second volume space 124, e.g. on the piston 128 or on the annular element 126.
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.According to a further embodiment not shown, the gas tension spring shown in Fig. 5 or 6 is further modified in that the outer tube 108 and also any other suitable component is designed to accommodate a clamping device (not shown). This clamping device is similar to that described above with reference to Figs. 1 to 4 and consists, for example, of a ring clamping wedge, a ring pressure piece and a nut that can be screwed onto the outer tube 108 and thus clamps the ring clamping wedge, whereby the piston rod or the central tube 106 is clamped. In addition to this embodiment of the clamping device, all other known embodiments of clamping devices for securing the piston rod 106 to the gas tension spring 102 can also be provided. Any damage to the center tube 106 or the outer tube 108 of the three-tube gas tension spring 102 according to the invention does not affect the functionality in the slightest, since the surface quality on the outside of the center tube 106 and the condition of the outer tube 108 are unimportant for the function and no gas-tight effect is achieved on them or through them.
Die in den verschiedenen Ausführungsformen dargestellten Drei-Rohr-Gasfedern sind Gaszugfedern. Die diesen' Ausführungsformen der Erfindung zugrundeliegende Idee kann jedochThe three-tube gas springs shown in the various embodiments are gas tension springs. However, the idea underlying these embodiments of the invention can
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auch durch Umkehrung des Prinzips für Gasdruckfedern Anwendung finden.can also be used for gas pressure springs by reversing the principle.
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.The control device 122 can also be formed by a valve instead of the openings, with which the passage cross-section can be varied. A gas spring according to the invention can also have further volume spaces by providing further tubes. Their exact design should then be carried out in accordance with that described above. Furthermore, at least one pressure measuring device (not shown) connected to one of the volume spaces 120 and/or 124 can be provided in order to monitor the gas pressure or to supply it as an input parameter to a control system. The pressure measuring device can also be designed as a pressure switch. Such a pressure monitoring device is also possible for the embodiments described in Figures 1 to 4.
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 120To produce the three-tube gas tension spring according to the invention, first the inner tube 104 is joined to the end element 112 and then the outer tube 108 is also mounted on the end element 112. This can be done either by screwing threaded connections, by gluing, welding or other known gas-tight connection methods. Preferably the inner tube 104 and the outer tube 108 are welded to the end element 112 by friction welding. The stripping device 138 can already be pre-assembled on the outer tube 108 or can be mounted at a later time. Then the piston rod or the middle tube 106 is mounted with the piston 128 and introduced into the annular space 172 between the inner tube 104 and the outer tube 108. The closure device 116 and the ring element 126 are then mounted so that the two volume spaces 120 and 124 are sealed gas-tight against the environment. In the following, the mounting element 1-36 is mounted on the center tube 106. To provide a functional gas spring, the volume spaces 120
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und 124 rait einem Gasdruck entsprechend den Anforderungen an die Gasfeder befüllt werden. Dieses Verfahren wurde bereits vorstehend erläutert.and 124 rait with a gas pressure corresponding to the requirements of the gas spring. This process has already been explained above.
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.It is pointed out that the sliding parts required for the gas spring according to the invention, namely the inner tube 104 and the central tube 106 as well as the annular piston 126, can be manufactured from commercially available blanks. The surfaces of the sliding elements preferably have a roughness depth of 0.5 to 5 μιη, but a roughness depth of between 1 and 3 μιη is particularly preferred.
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 derFig. 7 shows a further embodiment of a spring element according to the invention in the form of a hydraulic tension spring 202. The hydraulic tension spring 202 corresponds in its structure essentially to the three - tube gas tension spring 102 described above with reference to Figures 5 and 6. This hydraulic three-tube tension spring 202 also has an inner tube 204, a middle tube 206 and an outer tube 208. These tubes are preferably arranged essentially coaxially with respect to a middle axis 210. The tubes 204, 206 and 208 are preferably cylinder tubes, the wall thickness of which varies according to the application. The wall thickness of the inner tube 204 and the middle tube 206 is, for example, between 0.1 and 10 mm, preferably between 0.5 and 5 mm. The inner tube 204 is connected at its first axial end to a closure element 212 in a fluid-tight manner. The connection can be, for example, a screw connection with a corresponding seal, an adhesive connection or preferably a friction weld connection. A closure device 214 for the inner tube 204 is provided at the second axial end opposite the first axial end of the inner tube 204. The closure device 214 is connected to the inner tube 204 in a fluid-tight manner by suitable sealing means and/or a corresponding connection, the closure device 214 has an oil filling opening 216, which is preferably designed as an oil filling valve. In addition, preferably in the
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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.A vent valve 218 is provided in the closure device 214 in order to be able to remove air present when filling the hydraulic gas spring 202 with hydraulic fluid. A piston 220 is provided in the inner tube 204 so that it can move axially. The piston 220 has a stop projection 222 which rests against the closure device 214 when the hydraulic three-tube tension spring 202 according to the invention is in the retracted, i.e. relaxed, state. Thus, the inner tube 204 with the closure element 214 and the piston 220 form a first annular volume space 224 formed around the stop projection 222. On the side of the piston 220 opposite the first volume space 224, a helical compression spring 226 is provided between the closure element 212 and the piston 220, which presses the stop projection 222 of the piston 220 against the closure device 214. A guide pin 228 is preferably provided on the piston to fix the helical spring 226.
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.The coil spring 226 can, as shown, be a cylindrical coil compression spring. However, it is also possible to provide not just one coil spring, but several coil compression springs with opposite helixes that are inserted into one another. Furthermore, coil springs with a changing wire cross-section and/or conical coil compression springs can also be provided. It is also possible to provide a gas pressure spring instead of the coil spring. When selecting the suitable spring means 226, it is only important that it is able to store kinetic energy, e.g. by deforming or compressing a gas.
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-The first volume space 224 is connected to a second volume space 232 by a control device 230, which is preferably formed in the form of at least one fluid transfer bore. The second volume space 232 is defined by the inner tube 204, the central tube 206, the closure device 214 and by an annular piston 234. The closure
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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.The closing device 214 and the annular piston 234 are sealed fluid-tight from the adjacent tubes 204 and 206 by means of sealing elements 236 and 238, respectively. The central tube 206 of the hydraulic three-tube tension spring 202 according to the invention thus simultaneously represents the piston rod through the connection with the annular piston 234.
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.As already explained above, the two volume spaces 224 and 232 are connected or can be connected to one another by the control device 230 in that the control device 230 has at least one gas transfer hole or a gas transfer slot. By changing the dimensions of the control device 230, the inward and outward speed of the piston rod can be defined. By varying the size of the volume spaces 224 and 232, i.e. by varying the pipe diameters and lengths, any pressure ratio can be set so that the characteristic curve of the spring according to the invention in the F-s diagram can be adapted depending on the application.
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.As already explained with reference to the previous embodiments of the invention, the sealing means 236 and 238 provided on the ring piston 234 and on the closure device 214 are preferably groove-ring sleeves which have a V-shaped groove and are thus overlaid by the system pressure in the second volume space 232, so that the sealing effect is increased. As also explained above, the groove-ring sleeves are seated in a rotationally fixed manner on their respective seats. Furthermore, the sealing means 236 and 238 preferably comprise polytetrafluoroethylene (PTFE) or consist entirely of it.
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-On the central tube 206 serving as a piston, a mounting device 240 is provided at the end opposite the annular piston 234, by means of which the spring 202 according to the invention can be connected to various connecting elements, depending on the application. Furthermore, the
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Schlußelement 212 eine solche Verbindungsvorrichtung vorgesehen sein.Such a connecting device may be provided in the closing element 212.
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.The outer tube 208 of the hydraulic three-tube tension spring according to the invention is arranged concentrically to the two inner tubes 204 and 206 by means of the closing element 212. The outer tube 208 is preferably connected to the connecting element 212 by friction welding. At the end of the outer tube 208 opposite the closing element 212, a stripping device 242 is provided, with which dirt particles resting or adhering to the central tube 206 can be stripped off. The stripping device 242 also has a device 244 against the penetration of fine dirt particles or liquids. This device 244 is preferably a sealing means, such as an O-ring or felt ring. For the same. The purpose is - preferably - to ensure the operational capability of the hydraulic tension spring 202 according to the invention, at least one further device 246 or 248 is provided on the ring piston 234 and on the closure device 214 to protect against the ingress of dirt and liquids. The arrangement of the outer tube 208 with the stripping device 242 and the devices 244, 246 and 248 ensures that the hydraulic tension spring 202 according to the invention is protected from dirt on all sliding surfaces, so that it can be used even in dirty or heavily contaminated systems and still has a long service life.
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.When the hydraulic three-tube tension spring 202 according to the invention is installed horizontally, an oil pan 250 is preferably provided on the outer tube 208 in order to collect any hydraulic fluid that may escape and thus keep the environment clean. For this purpose, at least one through-hole 252 is provided in the outer tube 208.
Die■unter Bezugnahme auf die vorstehend erläuterten Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 bis 6 beschriebenen Möglich-The possibilities described with reference to the above-explained embodiments according to Figures 1 to 6
*t0:>6;02 \ *t0:>6;02 \
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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.Possibilities for further development of the spring elements according to the invention, such as the provision of a pressure measuring device, end position damping or a locking device, are all optionally also applicable to the hydraulic tension spring 2 02 described above.
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.To operate the hydraulic three-tube tension spring 202 according to the invention, the two volume spaces 224 and 232 are pressurized with a hydraulic fluid at the same system pressure via the oil filling opening or the oil filling valve 216. The system pressure moves the annular piston 234 and thus the central tube 206 representing the piston rod into a retracted basic position. If the piston rod 206 is pulled out, the annular piston 234 moves in the direction of the control device 230 and thus reduces the volume of the second volume space 232. As a result, the hydraulic fluid flows from the second volume space 234 through the control device 230 into the first volume space 224 and displaces the piston 220 against the spring force of the spring element 226 due to its incompressibility. The pre-tensioning of the spring means 226 stores the applied movement work, so that when the piston rod 208 is relieved, the hydraulic fluid is conveyed from the now smaller first volume space 224 back into the second volume space 232. The dimensioning of the control device 230 ensures that a precisely defined insertion speed is maintained. In cases in which the hydraulic tension spring is to be inserted and extended as quickly as possible, the control device 230 can be designed in such a way that it does not represent too high a flow resistance in order to avoid heating, i.e. in such a case the control device 230 should have at least one, but preferably several, fluid transfer holes or openings with a relatively large diameter.
-Bezüglich der hydraulischen · Drei-Rohr-Zugfeder kann auch die vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläuterte Möglich--Regarding the hydraulic three-tube tension spring, the option explained above with reference to Fig. 5 can also be used.
1(3:&idiagr;£:&idiagr;*21(3:&idiag;£:&idiag;*2
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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.ability to change the cross-section of the control device. In addition, the length of the space containing the spring means can also be varied by means of an axially adjustable piston in accordance with the embodiments shown in Fig. 6.
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.Although the hydraulic spring element has been illustrated as a hydraulic tension spring, the basic principles explained above also apply to a hydraulic compression spring using a multi-tube arrangement.
Der Kolben 220 ist im Innenrohr 204 fluiddicht durch eine Nut-Ring-Manschette 254 abgedichtet und vorzugsweise durch ein Führungs- und Dichtungselement 256 geführt.The piston 220 is sealed fluid-tight in the inner tube 204 by a groove-ring sleeve 254 and preferably guided by a guide and sealing element 256.
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