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1. (WO2008061748) DISPOSITIF À RESSORT À GAZ
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Gasfedervorriehtung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Gasfedervorrichtung, beispielsweise zur Unterstützung der Öffnungsbewegung oder zum Offenhalten einer Kraftfahrzeug-Heckklappe.

Derartige Gasfedervorrichtungen sind bekannt. Dabei balanciert die Gasfedervorrichtung in einem gewissen Rahmen das Gewicht der Heckklappe aus, sodass die zusätzlich aufzubringende Handkraft zum öffnen oder Schließen der Gasfedervorrichtung begrenzt ist. Ein automatisches öffnen oder Schließen der Heckklappe durch eine derartige Gasfedervorrichtung ist allerdings nicht möglich.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Gasfedervorrichtung darzustellen, welche zusätzlich zur Handkraft auch das automatische Öffnen und Schließen einer Kraftfahrzeug-Heckklappe ermöglicht.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Gasfedervorrichtung, beispiels-weise zur Unterstützung der Öffnungsbewegung oder zum Offenhalten einer Kraftfahrzeug-Heckklappe, wobei die Gasfedervorrichtung eine Hydraulikeinrichtung aufweist, welche die öffnungs- oder Schließbewegung der Heckklappe zusätzlich zur Handkraft oder allein durchführen kann. Ziel ist also das Ersetzen einer Handkraft durch die Gasfedervorrichtung mit Hilfe der Hydraulikeinrichtung oder das Ergänzen der Handkraft mit einem derartigen Hilfsantrieb.

Bevorzugt wird eine Gasfedervorrichtung, bei welcher die Hydraulikeinrichtung ein Hydraulikstellglied, beispielsweise einen Hydraulikzy- linder oder einen Hydraulikmotor, und einen Hydraulikspeicher, beispielsweise mit einem vorgespannten Gasfedervolumen, aufweist. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Charakteristik einer Gasfeder erhalten bleibt. Damit ist die ständige Ausschiebekraft gemeint, die perma-nent auf die Heckklappenbetätigung aufgrund des Überdrucks der Gasfeder wirkt und damit zum Beispiel beim öffnen einer Klappe der Betätigung unterstützend überlagert wird.

Weiterhin wird eine Gasfedervorrichtung bevorzugt, welche eine Re-versierpumpe aufweist, wobei die Reversierpumpe von einem Elekt-romotor angetrieben werden kann. Somit kann durch das Reversieren der Pumpe von der Öffnungs- auf die Schließbewegung umgeschaltet werden. Es sind aber auch Reversiermöglichkeiten durch eine Pumpe mit nur einer Drehrichtung und einem entsprechenden Umschaltventil denkbar.

Eine Gasfedervorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie ein Richtungsumschaltventil zur Umschaltung von der Öffnung auf die Schließbewegung aufweist, welches beispielsweise als 5/3-Wegeventil ausgeführt wird. Vorzugsweise ist das Richtungsumschaltventil druckgesteuert betätigbar.

Auch wird eine Gasfedervorrichtung bevorzugt, welche zusätzlich zwei Rückschlagventile aufweist.

Weiterhin wird eine Gasfedervorrichtung bevorzugt, bei welcher der

Hydraulikzylinder als Differentialzylinder ausgeführt ist. Eine weitere bevorzugte Gasfedervorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens ein Zylinderraum des Hydraulikzylinders oder ein Verdrängerraum des Hydraulikmotors immer mit dem Gasspeicher in Verbindung steht.

Bevorzugt wird eine Gasfedervorrichtung, bei welcher das 5/3-Wegeventil, die Rückschlagventile und die Reversierpumpe mit dem Hydraulikzylinder und dem Gasspeicher so verschaltet sind, dass bei Stillstand der Pumpe bzw. beim Ausfall der Hydraulikeinrichtung und beim Betrieb der Hydraulikeinrichtung die Heckklappe und damit der Kolben des Hydraulikzylinders von Hand verschiebbar ist. Das hat den Vorteil, dass unabhängig von der Funktion der automatischen Öffnungs- und Schließbewegung mit einer zusätzlichen Handkraft eine schnellere Öffnungs- bzw. Schließbewegung überlagert werden kann.

Weiterhin wird eine Gasfedervorrichtung bevorzugt, welche eine Handkraftbegrenzung, also eine Kraftbegrenzung unterhalb mögli-eher Handkräfte, aufweist. Dadurch wird erreicht, dass immer von Hand, auch bei Betrieb der Hydraulikeinrichtung, ein Eingreifen in die Öffnungs- oder Schließbewegung möglich ist und die Hydraulikeinrichtung nicht die aufzuwendenden Handkräfte überwinden kann, beispielsweise wenn man die Bewegung in irgendeinem Notfall stop- pen möchte.

Auch wird eine Gasfedervorrichtung bevorzugt, bei welcher das 5/3-Wegeventil im pumpendrucklosen Zustand (der Gasspeicher erzeugt noch Druck!) federkraftzentriert in Mittelstellung den Gasspeicher mit beiden Hydraulikzylinderräumen verbindet.

Weiterhin zeichnet sich eine erfindungsgemäße Gasfedervorrichtung dadurch aus, dass das Überholen der Bewegung durch die Hydraulikeinrichtung von Hand im Betrieb durch ein Rückschlagventil ermöglicht wird, bei Ausfall der Hydraulikeinrichtung durch die Mittel-Stellung des 5/3-Wegeventils.

Weiterhin wird eine Gasfedervorrichtung bevorzugt, bei welcher die Handkraftbegrenzung durch Sensierung des Elektromotorstroms realisiert ist. Auch wird eine Gasfedervorrichtung bevorzugt, bei welcher die Gasfedervorrichtung durch Einsatz eines oder mehrerer zu-sätzlicher Druckbegrenzungsventile realisiert ist. Durch die Begrenzung des Druckes ist die Begrenzung der hydraulischen Verstellkraft und damit die Möglichkeit, die möglichen Handkräfte nicht zu überschreiten, einstellbar.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläu-tert. Es zeigen:

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Gasfedervorrichtung mit abgeschalteter Reversierpumpe im neutralen Zustand,

Figur 2 zeigt die erfindungsgemäße Gasfeder bei einfahrendem Zylinderkolben,

Figur 3 zeigt die erfindungsgemäße Gasfedervorrichtung bei ausfahrendem Zylinderkolben.

In Figur 1 ist eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gasfedervorrichtung dargestellt. Eine reversierbare Pumpe 1 wird durch einen Elektromotor 3 angetrieben. Die Drehrichtung des Elektromotors 3 gibt dabei die Förderrichtung der Pumpe 1 und da-mit die entsprechende Ein- oder Ausfahrbewegung eines Hydraulikzylinders 5 vor. Der Hydraulikzylinder 5 ist als Differentialzylinder ausgeführt, welcher eine große Kolbenfläche 7 und eine kleine Kreisringkolbenfläche 9 aufweist, welche der großen Kolbenfläche 7 minus der Querschnittsfläche der Kolbenstange 11 entspricht. Dadurch werden bei entsprechender Bewegung des Zylinders aus dem Zylinderraum 13, der unter anderem durch die Kolbenfläche 7 begrenzt wird, und aus dem Zylinderraum 15, welcher unter anderem durch die Kreisringkolbenfläche 9 begrenzt wird, bei Hubbewegungen unterschiedliche Volumenströme ein- und ausgeschoben. Der Differen-tialzylinder 5 ist mit der reversierbaren Pumpe 1 unter anderem über ein 5/3-Wegeventil 17 verbunden. In Figur 1 ist die Gasfedervorrichtung im Stillstand dargestellt. Die Reversierpumpe 1 ist nicht betätigt, und das Wegeventil 17 ist durch zwei Federn 19 und 21 in Mittelstellung geschaltet. In dieser Position ist, durch das Schaltsymbol 23 des Wegeventils dargestellt, der große Zylinderraum 13 und der kleine Zylinderraum 15 über eine Leitung mit dem Leitungsknotenpunkt 25 mit einem Gasfederspeicher 27 verbunden. Der Gasfederspeicher 27 enthält ein ölvolumen 29 und, durch eine Elastomermembran 31 abgetrennt, ein vorspannbares Gasvolumen 33. Somit ist der Hydraulikzylinder 5 in Verbindung mit dem Gasfederspeicher 27 in der Lage, die Funktion einer Gasfeder darzustellen, welche durch den Vorspanndruck im Gasvolumen 33 eine entsprechende Ausgleichskraft zu dem entsprechenden Gewichtsmoment einer Heckklappe herstellt. Da, wie das Schaltsymbol 23 des Wegeventils 17 zeigt, beide Zylinderräume 13 und 15 miteinander verbunden sind, ist auch eine Handbetätigung der Heckklappe und damit ein Verschieben des Kolbens 11 bei ausgeschaltetem Zustand der hydraulischen Hilfsvorrichtung per Hand möglich. Zu beachten ist dabei, dass beim Ausfahren des Zylinders 5 (das heißt, die Kolbenstange 11 fährt oben aus dem Zylindergehäuse heraus) das verdrängte Öl-volumen aus dem Zylinderraum 15 geringer ist als das nachgesaugte Ölvolumen für den Zylinderraum 13. In diesem Fall muss das Diffe-renzölvolumen aus dem Hydraulikvolumen 29 des Gasspeichers 27 aufgefüllt und ausgeglichen werden. Umgekehrt wird beim Einfahren des Zylinders 5, also wenn die Kolbenstange 11 sich mit dem Kolben in den Zylinder hereinbewegt, das aus dem Kolbenraum 13 ausgestoßene Volumen, welches größer ist als das in den Kolbenraum 15 eingesaugte Volumen, durch teilweise Aufnahme in das Ölvolumen des Gasfederspeichers 27 ausgeglichen werden. Dabei wird das Gasvolumen 33 komprimiert und der Gasfederspeicher 27 entsprechend weiter vorgespannt. Der hydraulische Schaltkreis der erfindungsgemäßen Gasfedervorrichtung enthält weiterhin zwei Rückschlagventile 35 und 37, deren Funktion in den nachfolgenden Figu- ren 2 und 3 näher beschrieben wird.

In Figur 2 wird das Einfahren des Zylinders 5 durch die hydraulische Hilfsvorrichtung dargestellt. Die reversierbare Pumpe 1 wird durch den Elektromotor 3 in einer derartigen Drehrichtung angetrieben, dass ein Fördervolumenstrom in Richtung des Pfeils 38 in das Hyd- rauliksystem gegeben wird. Der Förderstrom baut im Steuerdruckraum 39 des Wegeventils 17 gemeinsam einen Steuerdruck auf und bewegt damit den Ventilkolben des Wegeventils 17 mit der Kraft der Feder 21 gegen die Kraft der Feder 19 in die hier darge- stellte Richtung. Die dabei entstehende Ventilfunktion des Wegeventils 17 wird durch das Schaltsymbol 41 dargestellt. Der Volumenstrom aus der Reversierpumpe 1 wird in den Zylinderraum 15 geleitet und drückt den Kolben mit der Kolbenstange 11 nach unten. Da-durch wird aus dem großen Zylinderraum 13 öl in Richtung der Leitung mit dem Leitungsknotenpunkt 25 verdrängt. Da die aus dem Zylinderraum 13 verdrängte ölmenge größer ist als die von der Pumpe 1 geförderte Ölmenge in den Zylinderraum 15, kann die Pumpe 1 auch nur diesen begrenzten Volumenstrom für den Zylin-derraum 15 über das Rückschlagventil 35 ansaugen. Der überschüssige, aus dem Zylinderraum 13 verdrängte Volumenstrom wird daher in den Gasfederspeicher 27 abgegeben und dieser damit weiter aufgeladen und vorgespannt. Das bedeutet, dass bei ganz eingefahrenem Zylinder 5 der Vorspanndruck im Gasfederspeicher 27 am höchsten ist, wobei der eingefahrene Zustand des Zylinders 5 den Zustand der geschlossenen Heckklappe darstellt. Man kann sich vorstellen, dass jetzt beim öffnen der Heckklappe eine gewisse Überschusskraft in der Gasfedervorrichtung vorhanden ist, welche das Öffnen erleichtert.

In Figur 3 wird der umgekehrte Vorgang, das Ausfahren des Zylinders 5 unter dem Gasfederdruck des Speichers 27 mit Hilfe der hydraulischen Hilfskraftvorrichtung dargestellt. Die Reversierpumpe 1 wird durch den Elektromotor 3 nun in umgekehrte Drehrichtung angetrieben und erzeugt einen Volumenstrom, angedeutet durch den Pfeil 43, welcher nun zunächst im Steuerdruckraum 45 des Wegeventils 17 einen entsprechenden Druck erzeugt. Der Kolben des Wegeventils 17 wird jetzt durch den Druck im Raum 45 und die Kraft der Feder 19 gegen die Kraft der Feder 21 in eine Position geschal- tet, die durch das Schaltsymbol 47 dargestellt ist. Der Volumenstrom wird in die große Zylinderkammer 13 geleitet, wodurch der Kolben nach oben ausfährt und ein entsprechendes Ölvolumen aus der Zylinderkammer 15 verdrängt. Das aus der Zylinderkammer 15 ver-drängte öl ist vom Volumen her geringer als das von der Pumpe in die Zylinderkammer 13 zu fördernde Öl. Deshalb wird für den Ansaugbereich der Pumpe 1 sowohl das aus der Zylinderkammer 15 verdrängte Öl als auch ein Zusatzölvolumen aus dem Gasdruckspeicher 27 über das Rückschlagventil 37 von der Pumpe angesaugt. Die Ausfahrbewegung des Zylinders 5 entspricht dabei dem Öffnen einer mit dem Zylinder 5 verbundenen Heckklappe. Durch das zusätzliche Absaugen von öl aus dem Gasfederspeicher 27 wird die Gasdruckvorspannung im Gasvolumen 33, welches nun expandiert, durch das reduzierte Ölvolumen entsprechend herabgesetzt.

Die erfindungsgemäße Gasfedervorrichtung ermöglicht also das Ersetzen einer Handkraft durch automatischen Öffnungs- und Schließbetrieb einer Heckklappe oder das Ergänzen einer Handkraft durch den Hilfsantrieb. Zusätzlich kann bei Ausfall des Hydrauliksystems die Heckklappe weiterhin von Hand geöffnet werden wie bei einer herkömmlichen Gasfedervorrichtung. Die Charakteristik der Gasfeder wird durch Verwendung des Gasfederspeichers 27 erhalten und damit die ständige Ausschiebekraft, die permanent auf die Kolbenstange 11 wirkt.

Zusätzlich kann eine Kraftbegrenzung des Hydrauliksystems sowohl in Einfahr- als auch in Ausfahrrichtung des Kolbens eingesetzt werden, beispielsweise durch eine Strombegrenzung des Elektromotors 3, was zu einer Drehmomentbegrenzung und damit zu einer Maxi- maldruckbegrenzung führt. Eine andere Möglichkeit ist die Maximalkraftbegrenzung durch Einsatz von Druckbegrenzungsventilen. Dabei wird die hydraulische Kraft soweit begrenzt, dass beispielsweise durch Eingreifen mit einer Handkraft noch -beispielsweise im Notfall-die Handkraft die weitere Bewegung der Heckklappe verhindern kann. Auch ist durch die Hydraulikkraftbegrenzung ein „Überholen" des elektrohydraulischen Antriebs durch eine höhere Handkraft möglich.

Die erfinderische Lösung der hier vorgestellten elektrohydraulischen Gasfedervorrichtung besteht insbesondere in der Verwendung einer Ventilschaltung, die eine hydraulische Unterstützung der Gasfeder unter Berücksichtigung folgender Aspekte ermöglicht:

Die Hydraulikeinrichtung besitzt die ursprüngliche Funktion einer Gasfeder, wenn die hydraulische Betätigung abgeschaltet und das Ventil 17 in Neutralstellung ist;

die direkte hydraulische Unterstützung durch Druckbeaufschlagung der Kolbenwirkflächen 7, 9 der sogenannten Gasfeder;

ein Überholen der hydraulischen Unterstützung durch externe Handkraft ist möglich: Beim Einfahren erfolgt die Entlastung über das Rückschlagventil 37, beim Ausfahren über das Rückschlagventil 35. Dadurch werden die Gasfederräume direkt verbunden, das heißt kurzgeschlossen, und die Pumpe läuft parallel mit;

eine Kraftbegrenzung kann zum Beispiel mit Hilfe einer Sensie-rung des Elektromotorstroms erreicht werden;

eine andere Möglichkeit besteht darin, für jede Förderrichtung der Pumpe 1, in welcher eine Kraftbegrenzung erforderlich ist, eine Druckentlastung mit einem Druckbegrenzungsventil vorzusehen. Diese Funktion könnte auch in das Ventil 17 integriert werden (hier nicht dargestellt).

Bezugszeichenliste

1 Reversierpumpe
3 Elektromotor
5 Hydraulikzylinder
7 große Kolbenfläche
9 kleine Kreisringkolbenfläche
11 Kolbenstange
13 Zylinderraum
15 Zylinderraum
17 5/3-Wegeventil
19 Feder
21 Feder
23 Schaltsymbol Wegeventil
25 Leitungsknotenpunkt
27 Gasfederspeicher
29 Ölvolumen
31 Elastomermembran
33 Gasvolumen
35 Rückschlagventil
37 Rückschlagventil
38 Pfeil
39 Steuerdruckraum
41 Schaltsymbol Wegeventil
43 Pfeil
45 Steuerdruckraum
47 Schaltsymbol Wegeventil