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Dokumentenidentifikation DE102004033502B4 24.08.2006
Titel Volumenausgleichselement für ein in einem Druckbehälter angeordnetes Fluid
Anmelder Stabilus GmbH, 56070 Koblenz, DE
Erfinder Born, Frank, 56379 Dienethal, DE;
Mintgen, Rolf, 56743 Thür, DE;
Muders, Paul, 56321 Rhens, DE;
Schwab, Wilhelm, 56564 Neuwied, DE;
Stein, Andre, 56329 St. Goar, DE
Vertreter Klein, T., Dipl.-Ing.(FH), Pat.-Anw., 55263 Wackernheim
DE-Anmeldedatum 10.07.2004
DE-Aktenzeichen 102004033502
Offenlegungstag 23.02.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 24.08.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.08.2006
IPC-Hauptklasse F15B 1/24(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F15B 15/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   F15B 15/14(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Volumenausgleichselement für ein in einem Druckbehälter, insbesondere einem Druckzylinder, angeordnetes Fluid mit einem zwei Arbeitsräume aufweisenden Gehäuse und einem in dem Gehäuse verschiebbar angeordneten, die Arbeitsräume mit Hilfe einer Dichtung voneinander trennenden Kolben, wobei der erste Arbeitsraum ein kompressibles Druckfluid aufweist und der zweite Arbeitsraum mit dem Fluid des Druckbehälters beaufschlagbar ist, wobei der erste, das Druckfluid aufweisende Arbeitsraum eine den Kolben gegen den zweiten Arbeitsraum vorspannende Druckfeder aufweist und der Kolben an seiner dem ersten Arbeitsraum zugewandten Seite ein Sackloch zur Aufnahme der Druckfeder besitzt.

Ein solches Volumenausgleichselement ist beispielsweise aus einem einen mit einem Öl als Arbeitsfluid gefüllten Druckzylinder aufweisenden hydraulischen Türfeststeller für Kraftfahrzeugtüren bekannt. Das Volumenausgleichselement dient dabei einem Temperaturausgleich und verhindert eine unbeabsichtigte Verstellung des Türfeststellers sowie einen Überdruck in dem Druckzylinder, da es eine von einer Temperaturerhöhung oder -erniedrigung hervorgerufene Volumenänderung des Arbeitsfluids in dem Druckzylinder egalisiert. Der Dichtring dient einerseits zur Führung des Kolbens in dem Druckzylinder und andererseits zur druckdichten Trennung der Arbeitsräume des Volumenausgleichselementes.

Aus der DE 100 52 667 A1 ist ein Druckspeicher mit einem Gehäuse und einem darin verschiebbar angeordneten Kolben der eingangs genannten Art bekannt. Dabei ist der Kolben von einer Druckfeder mit besonders hohen Kräften vorgespannt.

Weiterhin ist aus der DE 196 51 842 A1 ist eine Medientrenneinrichtung mit einem Gehäuse und einem darin verschiebbar angeordneten Kolben der eingangs genannten Art bekannt. Dabei ist der Kolben von einer Druckfeder vorgespannt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Volumenausgleichselement der eingangs genannten Art mit einer verbesserten Kolbenführung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß die Druckfeder den Kolben mit einer die Restreibung des Kolbens im Gehäuse ausgleichenden Kraft vorspannt.

Durch die Vorspannung des Kolbens wird die verbliebene Restreibung des Kolbens ausgeglichen und die Ratterneigung weiter abgesenkt wobei das die Druckfeder aufnehmende Sackloch zu einer Reduzierung der Baulänge des Volumenausgleichselements führt.

Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Volumenausgleichselement an unterschiedlichsten Druckbehältern genutzt werden. Beispielsweise kann es in einen Druckzylinder in der Weise integriert sein, daß der zweite, mit dem Fluid des als Druckzylinder ausgebildeten Druckbehälters beaufschlagbare Arbeitsraum gleichzeitig auch Arbeitsraum des Druckzylinders ist. Es ist unter anderem aber auch vorstellbar, daß das erfindungsgemäße Volumenausgleichselement eine separate Baueinheit darstellt, die von außen an den Druckbehälter beispielsweise anzuflanschen ist. Das Fluid des Druckbehälters ist vorzugsweise eine Flüssigkeit, insbesondere ein Öl, und das Druckfluid in dem Volumenausgleichselement ist vorzugsweise ein Gas. Das Volumenausgleichselement egalisiert eine temperaturbedingte Volumenänderung des Fluids des Druckbehälters und/oder gleicht Verdrängungsvolumina in dem Druckbehälter, hervorgerufen zum Beispiel durch eine in das Fluid ein- oder ausgefahrene Kolbenstange im Druckbehälter, aus. Aufgrund seiner kompakten Bauweise und seines geringen Gewichts ist das erfindungsgemäße Volumenausgleichselement besonders geeignet für Türfeststeller in Kraftfahrzeugen und Drehstuhlhöhenverstellungen.

Ausgesprochen kostengünstig bei gleichzeitig sicherer Funktionserfüllung der Druckfeder ist es, wenn gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Druckfeder eine auf einem Boden des Sacklochs abgestützte Schraubenfeder ist.

Die Anordnung der Schraubendruckfeder in dem etwa gleichen Durchmesser besitzenden Sackloch erhöht zusätzlich die Stabilität der Schraubenfeder.

Dabei ist die Baulänge des Volumenausgleichselements besonders minimiert, wenn das Sackloch eine Länge besitzt, die ganz oder teilweise der Blocklänge der Schraubenfeder entspricht.

Weist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung der Boden einen in die Schraubenfeder in deren Längsrichtung eingreifenden Aufnahmedorn auf, so kann damit auf einfache Weise die Schraubenfeder gegen ein Ausknicken gesichert werden.

Der Kolben kann eine von der Dichtung unabhängige Führungseinrichtung zur Führung des Kolbens in dem Gehäuse aufweisen. Aufgrund der funktionalen Aufteilung der Trennung und Abdichtung der Arbeitsräume einerseits und der Führung des Kolbens andererseits kann die Dichtung von der Aufgabe der Führung des Kolbens entbunden werden und so die Führung insgesamt verbessert werden. Insbesondere kann durch diese Maßnahme die Reibung der Führung erheblich vermindert werden. Die mechanische Beanspruchung der Dichtung ist mit der Erfindung in einfacher Weise minimiert. Ein Rattern oder gar Verklemmen des Kolbens – hervorgerufen durch einen sogenannten Stick-Slip-Effekt (ein Ruckgleiten) der Dichtung und/oder ein Verkippen des Kolbens – ist weitestgehend ausgeschlossen.

Besonders sicher wird ein Verkippen des Kolbens verhindert, wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Führungseinrichtung zwei an einer Innenwandung des Gehäuses abgestützte, bezogen auf die Verschieberichtung des Kolbens voneinander beabstandete Führungselemente aufweist. Diese Führungselemente können zum Beispiel als Noppen oder als den Kolben ringförmig umfassende Stege ausgebildet sein.

Ist gemäß einer zusätzlichen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Dichtung bezogen auf die Verschieberichtung des Kolbens zwischen den Führungselementen angeordnet, so ergibt sich aufgrund der großen Führungslänge eine besonders gute Führung des Kolbens sowie eine sehr zuverlässige mechanische Entlastung der Dichtung.

Eine äußerst kostengünstige Ausbildung der Erfindung kann vorzugsweise dadurch erreicht werden, daß gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung die Dichtung ein O-Ring, auch als Rundschnurdichtung bezeichnet, oder ein Nutring ist.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besitzt das Volumenausgleichselement wenige Bauteile und ist damit einfach in der Herstellung, wenn das Gehäuse ein topfförmiges, den Kolben führendes Druckrohr aufweist. Kostengünstig kann dieses Gehäuse beispielsweise eine einseitig geöffnete Kunststoffhülse sein.

Einen weiter vereinfachten Gehäuseaufbau bietet eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung, nach der der zweite, mit dem Fluid des Druckbehälters beaufschlagbare Arbeitsraum von dem Kolben, einem Abschnitt des Druckrohres und einem Gehäusedeckel begrenzt wird. Vorzugsweise kann der Gehäusedeckel eine Kunststoffabdeckkappe sein.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es insbesondere für eine einfache Herstellung des Volumenausgleichselementes auch in einer Großserie von besonderem Vorteil, wenn der zweite Arbeitsraum in dem Gehäusedeckel und/oder in dem Druckrohr eine Durchflußöffnung für das Fluid des Druckbehälters aufweist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

1 Ein Volumenausgleichselement im Querschnitt,

2 Ein erstes Ausführungsbeispiel eines Einbaus des Volumen-ausgleichselements nach 1 in einen hydraulischen Dämpfer,

3 Ein zweites Ausführungsbeispiel eines Einbaus des Volumenausgleichselements nach 1 in einen hydraulischen Dämpfer.

1 zeigt ein Volumenausgleichselement 1 für ein in einem Druckbehälter angeordnetes Fluid in einer geschnittenen und stilisierten Seitenansicht. Das Volumenausgleichselement 1 besitzt ein Gehäuse 2, das ein topfförmiges, einen Kolben 3 führendes, als Kunststoffhülse ausgebildetes Druckrohr 4 aufweist. Der Kolben 3 ist als Trennkolben ausgebildet und trennt in dem Volumenausgleichselement 1 einen ersten Arbeitsraum 5, der ein Gas als kompressibles Druckfluid 6 aufweist, von einem zweiten Arbeitsraum 7, der mit einem, in diesem Ausführungsbeispiel von einer Flüssigkeit gebildeten, Fluid 8 des Druckbehälters beaufschlagbar ist. Entlang der Mittelachse 9 des Gehäuses 2 ist der Kolben 3 axial verschiebbar.

Der Kolben 3 besitzt eine Dichtung 10, die als Nutring 11 ausgebildet und in eine um den Kolben 3 umlaufende Nut 12 eingesetzt ist. Außerdem weist der Kolben 3 eine Führungseinrichtung 13 mit zwei, als um den Kolben 3 umlaufende Stege ausgebildeten Führungselementen 14, 15 zur Führung des Kolbens 3 in dem Gehäuse 2 auf. Zur Verminderung der Reibung zwischen Kolben 3 und Gehäuse 2 kann eines der Führungselemente oder können beide Führungselemente alternativ als kranzförmig an der Außenseite des Kolbens angeordnete Noppen ausgebildet sein; je Führungselement sind dann mindestens drei Noppen vorzusehen. Die beiden Führungselemente 14, 15 sind an einer Innenwandung 16 des Gehäuses 2 abgestützt und bezogen auf die Verschieberichtung des Kolbens 3, die parallel zur Ausrichtung der Mittelachse 9 des Gehäuses 2 angeordnet ist, voneinander beabstandet. Zwischen den Führungselementen 14, 15 befindet sich die Dichtung 10.

In dem ersten, das Druckfluid 6 aufweisenden Arbeitsraum 5 ist eine den Kolben 3 gegen den zweiten Arbeitsraum 7 vorspannende, als Schraubenfeder 17 ausgebildete Druckfeder 18 angeordnet, die einerseits auf einem Boden 19 des Gehäuses 2 abgestützt und andererseits in einem Sackloch 20 des Kolbens 3 geführt ist. Die Druckfeder 18 gleicht die Reibung der Dichtung 10 an der Innenwandung 16 des Gehäuses 2 aus und verhindert ein Rattern des Kolbens 3. Um ein Ausknicken der Schraubenfeder 17 zu unterbinden, ist diese an einem Aufnahmedorn 21 geführt, der am Boden 19 des Gehäuses 2 angeordnet ist und in die Schraubenfeder 17 in deren Längsrichtung eingreift. Ein Ausknicken der Schraubenfeder 17 wird weiterhin auch durch die Führung der Schraubenfeder 17 in dem Sackloch 20 verhindert, das für eine möglichst große Führungslänge den Kolben 3 ausgehend von dessen dem ersten Arbeitsraum 5 zugewandter Seite weitestgehend durchdringt, so daß lediglich eine schmale, die Abstützung der Schraubenfeder 17 gewährleistende Wandung 22 am Boden des Sacklochs 20 verbleibt. Durch den Aufnahmedorn 21 und das Sackloch 20 ist die Schraubenfeder 17 gegen Ausknicken gesichert.

Aufnahmedorn 21, Sackloch 20 und Kolben 3 sind in ihrer Dimensionierung derart aufeinander abgestimmt, daß der Kolben 3 bis über den Aufnahmedorn 21 geschoben werden kann, wobei der Aufnahmedorn 21 in das Sackloch 20 eingeführt wird und sich dann die Schraubenfeder 17 – radial ausgehend von der Mittelachse 9 – zwischen Aufnahmedorn 21 und Kolben 3 befindet. Somit verlängert die Schraubenfeder 17 die Baulänge des Volumenausgleichselementes 1 nicht, da sie im Sackloch 20 verschwinden kann. Deshalb ist das Volumenausgleichselement 1 besonders kompakt und weist eine nur geringe Baulänge auf.

Ferner wird der zweite, mit dem Fluid 8 des Druckbehälters beaufschlagbare Arbeitsraum 7 von einem Gehäusedeckel 23 abgeschlossen, so daß hier der zweite Arbeitsraum 7 von dem Gehäusedeckel 23, dem Kolben 3 und einem Abschnitt 24 des Druckrohres 4 begrenzt wird. Für einen Zu- und/oder Abfluß des Fluids 8 des Druckbehälters weist der zweite Arbeitsraum 7 des Volumenausgleichselementes 1 in diesem Ausführungsbeispiel Durchflußöffnungen 25, 26 in der Wandung des Druckrohres 4 und eine zentrale Durchflußöffnung 27 in dem Gehäusedeckel 23 auf.

In den 2 und 3 ist das Volumenausgleichselement in einem hydraulischen Dämpfer 28, 29 angeordnet. Die Dämpfer 28 und 29 bestehen aus einem einseitig durch einen Boden 31 verschlossenen Druckrohr 30, dessen Innenraum mit Öl gefüllt ist. Der Innenraum ist durch einen Kolben 32 in eine ausgleichselementseitige Kammer 33 und eine kolbenstangenseitige Kammer 34 getrennt. Durch eine nicht dargestellte Verbindung sind die beiden Kammern 33 und 34 miteinander verbunden.

An dem Kolben 32 ist einseitig eine Kolbenstange 35 angeordnet, die die Kammer 34 durchragt und durch ein das dem Boden 31 entgegengesetzte Ende des Druckrohres 30 verschließendes Dichtungs- und Führungselement 36 aus dem Druckrohr 30 herausgeführt.

Das Volumenausgleichselement 1 in 2 ist mit seinem Gehäusedeckel 23 dem Boden 31 zugewandt in das Druckrohr eingesetzt und mit seinem anderen Ende mit dem Kolben 32 fest verbunden. Der Arbeitsraum 7 des Volumenausgleichselements 1 ist dabei über die Durchflußöffnung 27 mit der Kammer 33 des Dämpfers 29 verbunden.

Das Volumenausgleichselement 1 ist in 3 mit seinem Gehäusedeckel 23 der Kammer 33 zugewandt in das Druckrohr 30 eingesetzt, so daß der Arbeitsraum 7 des Volumenausgleichselements 1 über die Durchflußöffnung 27 mit der Kammer 33 verbunden ist.

1Volumenausgleichselement 2Gehäuse 3Kolben 4Druckrohr 5Arbeitsraum 6Druckfluid 7Arbeitsraum 8Fluid 9Mittelachse 10Dichtung 11Nutring 12Nut 13Führungseinrichtung 14, 15Führungselement 16Innenwandung 17Schraubenfeder 18Druckfeder 19Boden 20Sackloch 21Aufnahmedorn 22Wandung 23Gehäusedeckel 24Abschnitt 25, 26, 27Durchflußöffnung 28, 29hydraulischer Dämpfer 30Druckrohr 31Boden 32Kolben 33Kammer 34Kammer 35Kolbenstange 36Dichtungs- und Führungselement

Anspruch[de]
  1. Volumenausgleichselement für ein in einem Druckbehälter, insbesondere einem Druckzylinder, angeordnetes Fluid mit einem zwei Arbeitsräume (5, 7) aufweisenden Gehäuse (2) und einem in dem Gehäuse (2) verschiebbar angeordneten, die Arbeitsräume (5, 7) mit Hilfe einer Dichtung (10) voneinander trennenden Kolben (3), wobei der erste Arbeitsraum (5) ein kompressibles Druckfluid (6) aufweist und der zweite Arbeitsraum (7) mit dem Fluid (8) des Druckbehälters beaufschlagbar ist, wobei der erste, das Druckfluid (6) aufweisende Arbeitsraum (5) eine den Kolben (3) gegen den zweiten Arbeitsraum (7) vorspannende Druckfeder (18) aufweist und der Kolben (3) an seiner dem ersten Arbeitsraum (5) zugewandten Seite ein Sackloch (20) zur Aufnahme der Druckfeder (17) besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (18) den Kolben (3) mit einer die Restreibung des Kolbens (3) im Gehäuse (2) ausgleichenden Kraft vorspannt.
  2. Volumenausgleichselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (18) eine auf einem Boden (19) des Sacklochs (20) abgestützte Schraubenfeder (17) ist.
  3. Volumenausgleichselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sackloch (20) eine Länge besitzt, die ganz oder teilweise der Blocklänge der Schraubenfeder (17) entspricht.
  4. Volumenausgleichselement nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (19) einen in die Schraubenfeder (17) in deren Längsrichtung eingreifenden Aufnahmedorn (21) aufweist.
  5. Volumenausgleichselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) eine von der Dichtung (10) unabhängige Führungseinrichtung (13) zur Führung des Kolbens (3) in dem Gehäuse (2) aufweist.
  6. Volumenausgleichselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (13) zwei an einer Innenwandung (16) des Gehäuses (2) abgestützte, bezogen auf die Verschieberichtung des Kolbens (3) voneinander beabstandete Führungselemente (14, 15) aufweist.
  7. Volumenausgleichselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (10) bezogen auf die Verschieberichtung des Kolbens (3) zwischen den Führungselementen (14, 15) angeordnet ist.
  8. Volumenausgleichselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (10) ein O-Ring oder ein Nutring (11) ist.
  9. Volumenausgleichselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) ein topfförmiges, den Kolben (3) führendes Druckrohr (4) aufweist.
  10. Volumenausgleichselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite, mit dem Fluid (8) des Druckbehälters beaufschlagbare Arbeitsraum (7) von dem Kolben (3), einem Abschnitt (24) des Druckrohres (4) und einem Gehäusedeckel (23) begrenzt wird.
  11. Volumenausgleichselement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Arbeitsraum (7) in dem Gehäusedeckel (23) und/oder in dem Druckrohr (4) eine Durchflußöffnung (25; 26; 27) für das Fluid (8) des Druckbehälters aufweist.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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