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Patent Searching and Data


Title:
VARIABLE GAS-FILLED SPRING DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/018894
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device, particularly for assisting a pivotal motion, comprising a pressure spring (5) having a pressure chamber (12a), which is located inside a preferably cylindrical tube (7) and inside of which a piston (9) is guided via a piston rod (8). The piston (9) divides the pressure chamber (12a) into two working chambers, whereby one of the working chambers forms the damper volume (12a). The damper volume (12a) is filled with a fluid and has endings at each of its faces. One ending (14) is mounted inside the tube (7) in a fixed manner, whereas the second ending is provided in the form of a displaceable supplementary piston (13), with which the pressure inside the damper volume (12a) can be altered by an axial displacement inside the tube (7).

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Inventors:
BAUR MATTHIAS (DE)
WEBER HENRIK (DE)
Application Number:
PCT/EP2003/008820
Publication Date:
March 04, 2004
Filing Date:
August 08, 2003
Export Citation:
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Assignee:
DAIMLER CHRYSLER AG (DE)
BAUR MATTHIAS (DE)
WEBER HENRIK (DE)
International Classes:
E05F1/10; F16F9/02; F16F9/52; (IPC1-7): F16F9/02; E05F1/10
Foreign References:
EP0195490A11986-09-24
Attorney, Agent or Firm:
Bergen-babinecz, Katja (Intellectual Property Management IPM - C 106, Stuttgart, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Vorrichtung insbesondere zur Unterstützung einer Schwenkbewegung, mit einer Druckfeder mit einem in einem vorzugsweise zylindrischen Rohr angeordneten Druckraum mit zwei stirnseitigen Abschlüssen, der mit einem Fluid befüllt ist, mit einem Kolben, durch den der Druckraum in zwei Arbeitskammern unterteilt ist und der mittels einer axial verschiebbaren Kolbenstange in dem Druckraum geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass einer der stirnseitigen Abschlüsse des Rohres (7) mittels einer ansteuerbaren Betätigungseinrichtung axial verschieblich angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung einen Motor (17) mit ei nem Getriebe (16) und eine mit dem verschieblichen Ab schluss in Wirkverbindung stehende Spindel (15) auf weist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der verschiebliche Anschluss ein mit der Spindel (15) zusammenwirkender Zusatzkolben (13) ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung an der einer als Dämp fervolumen (12a) ausgebildeten Arbeitskammer des Druck raumes (12) entgegengesetzten Seite des Zusatzkolbens (13) in dem Rohr (7) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Betätigungseinrichtung in Abhängigkeit von der Position des Kolbens (9) über eine Steuereinrichtung (6) gesteuert wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung einen Wegsensor (18) auf weist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegsensor (18) in dem nicht verschieblichen, zweiten, von der Kolbenstange (8) durchgriffenen Ab schluss (14) des Druckraums (12a) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, d a d u r c h g e k e n nez e i c h n e t, dass die Steuereinrichtung (6) zumindest einen Sensor aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Temperatursensor (19) ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein Gas ist.
Description:
DaimlerChrysler AG Variable Gasdruckfeder Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere zur Un- terstützung einer Schwenkbewegung, mit einer Druckfeder mit einem in einem vorzugsweise zylindrischen Rohr angeordneten Druckraum mit zwei stirnseitigen Abschlüssen, der mit einem Fluid befüllt ist, mit einem Kolben, durch den der Druckraum in zwei Arbeitskammern unterteilt ist und der mittels einer axial verschiebbaren Kolbenstange in dem Druckraum geführt ist.

Vorrichtungen der vorgenannten Art mit Druckfedern finden An- wendung beispielweise bei Heckklappen von Kraftfahrzeugen, bei denen die Heckklappe auch gegen ihr Eigengewicht aufge- klappt und in angehobener Position selbsttätig gehalten wer- den soll. Des weiteren werden die Druckfedern auch zur Unter- stützung des Öffnungs-und Schließvorgangs bis hin zu einem selbständigen Öffnen und Schließen der Heckklappe genutzt.

Separate Antriebseinrichtungen zur Betätigung von Klappen ei- nes Fahrzeugs sind beispielweise aus der DE 10118303 Cl be- kannt. Bei der in dieser Druckschrift beschriebenen An- triebseinrichtung wird die Klappe mittels eines auf ein mehr- gelenkiges Scharnier einwirkenden Motors betätigt. Um die Leistung des Motors minimieren zu können, werden beim Schlie- ßen der Klappe zusätzlich zwei Federn gespannt, deren Span- nungsenergie beim Öffnen der Klappe nutzbar ist. Diese Ein- richtung ist mechanisch aufwendig und weist einen hohen Platzbedarf auf.

Herkömmliche Druckfedern sind in den unterschiedlichsten An- wendungen bekannt. Aus der DE 3301544 AI ist eine Gasfeder als Huborgan zum Öffnen von nach oben schwenkbaren Klappen bekannt, bei der ein Kolben den Zylinder in zwei Arbeitsräume unterteilt. Es besteht aber keine Möglichkeit, auch den Schließprozess der Klappe mit dieser Druckfeder zu unterstüt- zen.

Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik liegt der vor- liegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit einer Druckfeder so weiterzubilden, dass das Öffnungs- und Schließverhalten des betätigten Bauteils bis hin zu einer automatischen Betätigung gesteuert werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vor- richtung vorgeschlagen, dass einer der stirnseitigen Ab- schlüsse des Druckraumes mittels einer ansteuerbaren Betäti- gungseinrichtung axial verschieblich angeordnet ist.

Durch die Verschiebung des stirnseitigen Abschlusses wird das Volumen des Dämpfervolumens und damit auch der Druck inner- halb des Dämpfervolumens verändert. Durch Variierung des Dru- ckes kann die auf den Kolben wirkende Kraft so verändert wer- den, dass sie die Gegenkraft des zu bewegenden Bauteils je nach gewünschter Bewegungsrichtung über-oder unterschreitet.

Die Möglichkeit der Ansteuerung der Betätigungseinrichtung ermöglicht eine einstellbare Änderung des Druckes in der Druckfeder.

In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Betätigungs- einrichtung einen Motor mit einem Getriebe und eine mit dem Abschluss in Wirkverbindung stehende Spindel auf, um mit die- ser einfachen Einrichtung die Änderungen des Volumens des Dämpfervolumens erzielen zu können.

Günstig ist es dabei, den verschieblichen Anschluss als einen mit der Spindel zusammenwirkenden Zusatzkolben auszubilden.

Weiter mit Vorteil ist die Betätigungseinrichtung an der dem Druckraum entgegengesetzten Seite des Zusatzkolbens in dem Rohr angeordnet. Mit der zu dem Druckraum fluchtenden Anord- nung der Betätigungseinrichtung in dem Rohr, ist ein kompak- ter und damit nur geringen zusätzlichen Bauraum beanspruchen- der Einbau möglich.

In günstiger Weiterbildung wird die Betätigungseinrichtung in Abhängigkeit von der Position des Kolbens über eine Steuer- einrichtung gesteuert, um eine Variierung des Volumens und des Drucks in dem Dämpfervolumen der Druckfeder angepasst an das Stadium der Schwenkbewegung vornehmen zu können.

Hierzu weist die Steuereinrichtung in sinnvoller Ergänzung einen Wegsensor auf, mit dem die Position der Kolbenstange und damit auch das Stadium der Verschwenkung bestimmt und dieser Wert über die Steuereinrichtung zur Variierung der Werte der Druckfeder genutzt werden kann.

In vorteilhafter Ausbildung ist der Wegsensor in dem nicht verschieblichen, zweiten, von der Kolbenstange durchgriffenen Abschluss des Druckraums angeordnet und wirkt in dieser Posi- tion direkt mit der Kolbenstange zusammen.

In einer sinnvollen zusätzlichen Weiterbildung weist die Steuereinrichtung einen Temperatursensor auf. Das Volumen der in Fluiddruckfedern verwendeten Fluide ist teilweise stark temperaturabhängig. Mit einer temperaturbedingten Volumenän- derung ändert sich auch der Druck des Fluids, weshalb ein Korrektiv von Volumen und Druck bei relevanten Temperaturän- derungen für einen gleichmäßigen Betrieb der Druckfeder not- wendig ist.

Weiter ist es vorteilhaft, wenn das Fluid ein Gas ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung können der nach- folgenden Beschreibung zu dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sowie den einzelnen Patentansprüchen ent- nommen werden.

In der Zeichnung zeigt : Fig. 1 eine Teilansicht des hinteren Teils eines Pkw mit Heckklappe in teilweise aufgebrochener Darstellung Fig. 2 eine variable Gasdruckfeder in teilschematisierter, geschnittener Längsansicht Fig. 3 Gasdruckfeder mit maximal ausgefahrener Kolbenstange und geringem Volumen des Dämpfervolumens Fig. 4 Gasdruckfeder analog Fig. 3, mit hohem Volumen des Dämpfervolumens Fig. 1 zeigt einen Pkw 1 mit einer geöffneten Heckklappe 2 in einer in durchgezogenen Linie dargestellten halbgeöffneten Stellung und einer Endstellung mit maximalem Aufklappwinkel, die strichliniert dargestellt ist. Zwischen der Heckklappe 2 und einem Karosserieteil 3 des Pkw ist eine Vorrichtung 4 zur Unterstützung der Schwenkbewegung der Heckklappe angeordnet.

Die nachstehend anhand von Fig. 2 detailliert beschriebene Vorrichtung 4 umfasst eine Druckfeder 5 und ein Steuergerät 6, mit dem die Eigenschaften der Druckfeder verändert werden können.

Die Druckfeder ist als Gasdruckfeder 5 ausgebildet und besteht aus einem zylindrischen Rohr 7, in dem eine Kolbenstange 8 mit einem stirnseitig fest an der Kolbenstange angeordneten Kolben 9 geführt ist. Rohr 7 und Kolbenstange 8 sind an der zu verschwenkenden Heckklappe 2 bzw. an einem Karosserieteil 3 angeordnet.

Hierzu ist ein Rohranschluss 10 und ein Kolbenstangen- anschluss 11 vorgesehen, die durch die Gasdruckfeder 5 voneinander beabstandet sind.

Die in Fig. 2 dargestellte Gasdruckfeder 5 zeigt detailliert das Rohr 7, das in seiner Funktion zweigeteilt ist. In einem ersten Bereich ist das Rohr 7 als Arbeitsbereich 12 ausgebildet, der mit einem Gas befüllt und durch den Abschluss 14 und einen weiteren, als Zusatzkolben 13 ausgebildeten Abschluss gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist. Dabei bildet der Abschluss 14 an einer Seite das Ende des Rohres 7 während der Zusatzkolben 13 innerhalb des Rohres angeordnet ist.

In dem Arbeitsbereich 12 wird der durch die Kolbenstange 8 geführte Kolben 9 axial bewegt und unterteilt den Arbeitsbereich in zwei Teile, wobei das Gas in einem zwischen dem Kolben 9 und dem Zusatzkolben 13 gebildeten Dämpfervolumen 12a befindlich ist.

Die Kolbenstange 8 ist auf der Symmetrielinie des Rohres 7 geführt und durchgreift den Abschluss 14.

Die Bewegung des Kolbens 9 in axialer Richtung vergrößert oder verkleinert das Dämpfervolumen 12a und entspannt oder komprimiert das in dem Dämpfervolumen 12a befindliche Gas.

Die Bewegung des Kolbens wird durch das Gas mit unterschiedlichen Federkonstanten federnd gedämpft.

Während der Bewegung des Kolbens 9, der beispielsweise der Öffnungsbewegung der Heckklappe des Pkw (Fig. 1) folgt, können bei der vorliegenden erfindungsgemäßen Ausbildung die Druckverhältnisse in dem Druckraum aktiv durch axiales.

Verschieben des Zusatzkolbens 13 variiert werden.

Hierzu ist auf der dem Kolben 9 entgegengesetzten Seite des Zusatzkolbens 13 innerhalb des Rohres 7 eine mit dem Zusatzkolben 13 zusammenwirkende Spindel 15 angeordnet, die über ein Getriebe 16 von einem Motor 17 betätigt wird. Die Betätigungseinrichtung mit der Spindel 15, dem Getriebe 16 und dem Motor 17 ist in platzsparender und kompakter Weise ebenfalls in dem Rohr 7 angeordnet.

Außerhalb des Rohres 7 ist das Steuergerät 6 vorgesehen, mit dem unter Berücksichtigung der Bewegung des Zusatzkolbens 13 die Eigenschaften der Druckfeder 5 variiert werden können.

Das Steuergerät 6 ist dabei so ausgelegt, dass es die Bewegung der Kolbenstange 8 über einen in dem Anschluss 14 angeordneten Wegsensor 18 und damit bei der in Fig. 1 Heckklappe 2 eines Pkw den Öffnungszustand dieser Heckklappe anhand eines hinterlegten funktionalen Zusammenhangs ermitteln und verarbeiten kann.

Darüber hinaus erfasst das Steuergerät 6 über einen Temperatursensor 19 auch die Temperatur, um auch durch Temperaturschwankungen verursachte Änderungen der Druck-und Volumenwerte des Fluids in dem Dämpfervolumen 12a der Druckfeder berücksichtigen zu können.

In gleicher Weise kann das Steuergerät 6 auch mit einem nicht dargestellten Sensor zur Ermittlung des Abstandes der Heckklappe zu einem Hindernis, wie beispielsweise der Garagendecke zusammenwirken.

In den Fig. 3 und 4 ist die Druckfeder jeweils in der in Fig.

1 strichliniert dargestellten Position der Heckklappe 2 dargestellt.

In Fig. 3 ist die Kolbenstange 8 maximal aus dem Rohr 7 herausbewegt. Der Kolben 9 liegt dabei dem Abschluss 14 an.

Der Zusatzkolben 13 wird dem Kolben 9 nachgeführt, um das Dämpfervolumen 12a zu verringern und den Druck und damit die Kraft auf den Kolben 9 zu erhöhen. Beim Öffnen der Heckklappe wird der Zusatzkolben 13 so verschoben, dass durch die Zunahme der von der Kolbenstange übertragenen Druckkraft die Öffnungsbewegung unterstützt wird. Im maximal geöffneten Zustand der Heckklappe muss die übertragene Druckkraft aus der Druckfeder 5 ausreichend sein, um die durch die Gewichtskraft der Heckklappe ausgeübte Rückstellkraft zumindest kompensieren und damit ein eigenständiges Schließen der Heckklappe verhindern zu können.

Bei entsprechender Steuerung der Bewegung des Zusatzkolbens 13 kann die Öffnungsbewegung der Heckklappe auch automatisch und allein durch das Zusammenspiel der Kraft der Druckfeder mit der Gewichtskraft der Heckklappe erfolgen. Die jeweilige Position der Heckklappe kann mit dem Wegsensor 18 ermittelt werden, der den zurückgelegten Weg der Kolbenstange 9 aufnimmt. Der zurückgelegte Weg der Kolbenstange 9 wird in der Steuereinrichtung über eine fest eingegebene Funktion in Korrelation zu der Winkelstellung der Heckklappe gesetzt.

Zur Einleitung des Schließvorgangs der Heckklappe wird wie in Fig. 4 gezeigt, das Dämpfervolumen 12a durch eine Bewegung des Zusatzkolbens 13 weg von dem in der maximalen Auszugsposition befindlichen Kolben 9 vergrößert und damit der Druck auf den Kolben reduziert. Die verbleibende Druckkraft kann entweder durch manuelle Tätigkeit leicht überwunden werden oder ist auf einen solchen Wert reduziert, dass allein die aus der Gewichtskraft der Heckklappe 2 (Fig. 1) resultierende Kraft zu einem Einfahren des Kolbens 9 in das Rohr 7 führt.

Alternativ kann die erfindungsgemäße Gasdruckfeder auch in Kombination mit vorgespannten Federn, wie sie in herkömmlicher Weise bei Kofferraumdeckeln eingesetzt sind, verwendet werden.

Auch beim Schließvorgang der Heckklappe kann der Zusatzkolben 13 über das Steuergerät so geführt werden, dass die durch den Druck im Dämpfervolumen 12a auf den Kolben 9 wirkende Kraft immer zumindest geringfügig kleiner ist, als die aus der Gewichtskraft der Heckklappe resultierende und über die Kolbenstange 8 übertragene Kraft in entgegengesetzter Richtung und die Heckklappe damit automatisch geschlossen wird.

Mittels des Wegsensors 18 kann auch die Geschwindigkeit der Bewegung der Kolbenstange 8 aufgenommen und die durch den Druck im Dämpfervolumen 12a erzeugte Kraft durch entsprechende Positionierung der Kolben 9 und 13 angepasst werden. Dies kann beispielweise dann der Fall sein, wenn sich das Gewicht der Heckklappe durch aufgehäuften Schnee im Winter in ungewöhnlicher Weise erhöht hat.

In den Fig. 2,3, 4 wirkt das Steuergerät 6 über einen elektrischen Anschluss 20 mit der den Zusatzkolben 13 bewegenden Betätigungseinrichtung zusammen.