活塞‑缸单元和具有活塞‑缸单元的门铰链的制作方法

本发明涉及一种活塞-缸单元，其包括具有纵轴的气缸和插入气缸的、能够沿着纵轴运动的活塞装置，该活塞装置具有活塞杆和活塞，其中，活塞杆沿着纵轴贯穿气缸，因而该活塞杆既在轴向第一端处，又在相反的轴向第二端处伸出气缸，其中，活塞在气缸的内腔中将填充有阻尼流体的第一工作腔与填充有阻尼流体的第二工作腔分隔开。本发明还涉及一种门铰链，其包括用于安装在门扇上的第一安装元件和用于安装在门框上的第二安装元件。

背景技术：

开头所述类型的活塞-缸单元在现有技术中作为阻尼元件已知，在其中，活塞装置在轴向上贯穿气缸，并且活塞装置在该轴向上在气缸的内部在阻尼流体中行进。这种类型的阻尼元件可以在两个组件的相对速度或加速度方面限制这两个组件的线性运动，并阻尼作用于该组件的撞击或震动。例如从DE 10 2011 006 011 A1中已知将这种活塞-缸单元用于门结构，其中该活塞-缸单元在门和门框之间安装为，气缸的纵轴垂直于门的摆动轴，且该活塞-缸单元跨越门和门框之间的角度。在打开或关闭门时，活塞-缸单元就延长或缩短，其中，门的运动通过活塞装置在阻尼流体中的运动进行阻尼。

根据其基本作用原理，传统的活塞-缸单元局限于对两个组件之间的线性的位移运动的阻尼，由此限制了该活塞-缸单元的应用领域。上述类型的门结构需要相对复杂的铰接装置以及高结构空间。此外，在这种门结构中，最大或最小的开门角度受到由活塞-缸单元的铰接构造造成的限制。

技术实现要素：

在此背景下，本发明的任务在于提供一种活塞-缸单元，其提供了更广泛的应用范围或开辟了新的应用领域。本发明的任务还在于提供一种改良的门铰链，其能够以较小的结构空间且不显眼地安装在门上，并具有高功能性。

根据本发明的第一方面，上述任务通过一种活塞-缸单元得以实现，其包括具有纵轴的气缸和插入该气缸的、能够沿着纵轴运动的活塞装置，该活塞装置具有活塞杆和活塞，其中，活塞杆沿着纵轴贯穿气缸，因而该活塞杆既在轴向第一端处，又在相反的轴向第二端处伸出气缸，其中，活塞在气缸的内腔中将填充有阻尼流体的第一工作腔与填充有阻尼流体的第二工作腔分隔开，其中，活塞装置和气缸通过螺旋连接件相互连接，从而使二者能够相对于彼此围绕纵轴作螺旋运动。

因此，根据本发明，活塞装置通过螺旋连接件与气缸连接，从而强制活塞装置和气缸之间的相对运动在螺旋路径上进行。由此，活塞装置和气缸之间的运动是沿着纵轴的轴向运动分量与围绕纵轴的旋转运动分量的组合。因此，根据本发明的活塞-缸单元不仅适用于阻尼两个组件间的线性运动，还同时或替代地适用于阻尼旋转运动，因此根据本发明的活塞-缸单元能够用于新的应用领域。

优选可以在气缸的内侧上固定地设置或不可轴向移动地设置螺旋形附件或螺母，其中，该附件或螺母与活塞装置的对应元件螺旋啮合。通过在气缸的内部设置螺旋连接件实现了紧凑且坚固的活塞-缸单元。

在本发明的其他变形方案中，螺旋连接件可以实现为多头螺纹或滚珠螺纹，从而实现非常平滑的连接。还可以考虑的是，将气缸和活塞装置这两个部件中的一个的销钉导入气缸和活塞装置中的另一个元件的连杆导轨中。

在本发明的一个优选实施方案中设置为，在设置在活塞-缸单元之外的活塞杆区段上设置旋转传递元件，该旋转传递元件与活塞杆能够传递旋转地并且可轴向移动地连接，而该旋转传递元件相对于气缸保持为不可轴向移动但可旋转。这样的设置达到了这样的技术效果，即，能够阻尼纯旋转运动，即两个构件之间的运动没有在轴向上的平移分量。气缸和旋转传递元件能够在阻尼作用下相互旋转，其中，螺旋运动的在气缸纵轴的方向上的平移分量通过活塞装置在旋转传递元件上的轴向移动补偿。因此，这种类型的活塞-缸单元能够在多种用途中用作阻尼铰链。

当在气缸的外部区段上设置旋转传递元件时，可以同样达到在上文最后说明的实施方案中所述的效果，该旋转传递元件与气缸能够传递旋转地并且可轴向移动地连接，而该旋转传递元件相对于活塞装置保持为不可轴向移动但可旋转。在该变形方案中，旋转传递元件和活塞装置能够无平移分量地相互旋转，并能够因此用作阻尼铰链的组件，而活塞装置和气缸之间的螺旋运动的平移分量则通过气缸补偿。

为了保证活塞-缸单元的限定的阻尼行为，第一工作腔和第二工作腔优选通过至少一个阻尼流体通道相互连接，该阻尼流体通道形成在活塞中或作为旁路通道形成在气缸处。若阻尼流体通道设置在活塞中，就可以很好地利用活塞中的可用结构空间，并且通道的长度可以得到限制。至少一个阻尼流体通道作为旁路通道设置在气缸处允许了取决于活塞装置相对于气缸的轴向位置的阻尼行为的变化。例如可以设想沿着气缸的轴向改变至少一个旁路通道的数量或横截面，以便针对活塞装置在气缸中的特定位置设置预定的阻尼行为，或在特定的轴向位置甚至完全停止活塞-缸单元的运动。旁路通道的流动横截面的这种取决于在气缸上的轴向位置的变化，在活塞-缸单元用于门铰链的情况下，例如可以用于将门保持或锁定在一个或多个预定的摆动位置，从而使门只能在力消耗增加的条件下从该摆动位置继续运动。

在具有阻尼流体通道的活塞-缸单元中，优选在至少一个阻尼流体通道中或在至少一个阻尼流体通道的开口处安装有影响流动横截面的阀门。通过这样的阀门能够以可预测的方式适应并特别是控制阻尼行为。阀门能够在第一开关状态和第二开关状态之间切换，其中，阀门在这两个开关状态下具有不同的流动横截面，以便不同强度地阻尼活塞装置的运动。特别是，阀门也能够调节到关闭状态，在该状态下，该阀门完全关闭阻尼流体通道。在此主要设想，第一工作腔和第二工作腔之间的阻尼流体的交换在阀门的关闭状态下是基本上完全阻断的，从而锁止活塞装置在气缸中的运动。

至少一个阀门能够被动地依赖于在第一工作腔或第二工作腔中占支配地位的阻尼流体的压力进行控制，从而使该闸门在超过或低于至少一个预定的压力阈值或/和至少一个预定的流速阈值时发生切换。通过使用这种阀门能够使活塞-缸单元的阻尼行为适应从外部输入的力或运动动力。因此，例如可以将阀门预加载至关闭位置，并且该阀门可以在阻尼流体中的、超过预定的第一阈值的压力的作用下切换到打开位置。这种功能例如可以利用在门铰链中，用于将门保持在无负载状态，防止门意外地移动到调整过的位置(阻尼流体中的压力低于第一阈值)，而当有意地打开或关闭门时，在外力的作用下(阻尼流体中的压力高于预定的第一阈值)，则用于允许门的阻尼的运动。

在上文最后提及的实施方案的一个有利的扩展方案中设置为，当阻尼流体中的压力低于第二阈值时，阀门从打开位置切换到关闭位置，该第二阈值小于第一阈值。这意味着，需要第一力使气缸和活塞装置相对于彼此从静止位置开始运动，也就是需要第一压力将阀门从关闭位置移到打开位置，这也意味着，为了重新阻止活塞装置和气缸之间的运动，必须低于第二力，也就是当低于第二压力时，阀门才重新过渡到关闭位置，其中，第二力或第二压力分别小于第一力或第一压力。在具体的应用实例中，用作门铰链的活塞-缸单元意味着，为了将门从锁定位置释放，需以相对高的力，将门从静止位置开始向期望的方向推动，其中，门的实际运动所需的力小于用于从静止位置释放门的第一力。

阻尼流体通道的至少一个阀门优选设计为，阻尼流体在两个方向上流经该阀门，并且该阀门能在不同的开关位置影响向着两个方向的流体的流动横截面。在此，至少一个阀门自身可以设计为双向阀，其特别是对于两个流动方向具有相同的通行行为或相同的开关行为。替代地或补充地，可以在多个阻尼流体通道内或在其上分别设置止回阀，该止回阀具有相反的作用方向。因此，每个止回阀本身至少在超过压力阈值时在一个流动方向上允许阻尼流体的通行，并在相反的流动方向上阻断阻尼流体的通行。如有需要，也可以特别对于两个流动方向使用具有不同流动特性的不同的止回阀。

作为至少一个阀门的上述功能的替代或补充，可以设想，至少一个阀门能够通过调节元件控制，即特别是能够从气缸的外部控制。以这一方式能够通过手动操纵调节元件或通过借助开环控制/闭环控制单元从外部控制调节元件来控制阻尼行为和特别是活塞-缸单元的运动的阻止或释放。例如可以是一种磁控制装置，在其中，至少一个阀门通过阀门的阀体和调节元件之间的磁相互作用在不同的开关位置之间切换。

根据第二方面，上述发明任务通过一种门铰链得以实现，该门铰链包括用于安装在门扇上的第一安装元件、用于安装在门框上的第二安装元件以及根据本发明的第一方面的活塞-缸单元，其中，两个安装元件中的一个能够传递旋转地与气缸连接或由气缸形成，且其中，两个安装元件中的另一个能够传递旋转地与活塞杆连接或由活塞杆形成。通过第二方面的本发明的特征，上述第一方面的活塞-缸单元的有利作用可以以相应的优点用于门铰链。特别是根据本发明的螺旋运动的旋转分量能够以构造简单的方式，用于阻尼门铰链的旋转运动，从而实现紧凑和功能性的配置。

气缸或/和活塞杆优选可轴向移动地并且抗扭地保持在对应的安装元件上。由此，气缸和活塞装置之间的螺旋运动的轴向的或平移的运动分量通过气缸和对应的安装元件之间的、或活塞杆和对应的安装元件之间的轴向移动来补偿。其结果是，第一安装元件和第二安装元件为进行纯旋转运动(没有平移分量)相互连接，其中，该旋转运动通过根据本发明的活塞-缸单元以前述方式阻尼。

在根据本发明的门铰链的一个特别有利的变形方案中，铰链轴与气缸的纵轴相同，第一安装元件围绕该铰链轴相对于第二安装元件摆动。因此，活塞-缸单元同时构成了铰链的集成的组成部分，即门铰链的旋转轴承，在该旋转轴承上安装有能够相互旋转的两个安装元件。活塞-缸单元就能够特别不显眼地，并以小结构空间集成在门构造中。

根据本发明的第二方面的门铰链优选具有操纵元件，该操纵元件用于手动操纵上述用于调节至少一个阀门的调节元件，其中，设置操纵元件和调节元件特别是为了这样调节至少一个闸门，即，基本上完全阻断第一工作腔和第二工作腔之间的阻尼流体的交换，或解除该阻断。其结果是实现了一种门铰链，其一方面使门能够阻尼地，且由此能够防止无意中撞击门地运动，且另一方面该门铰链能够由使用者固定在期望的开门位置。

附图说明

以下借助优选实施例参照附图对本发明进行详细说明。其中：

图1a和1b示出了根据本发明的第一实施例的门铰链的正视图和侧视图；

图2示出了第一实施例的门铰链的沿图1a中的切线II-II的截面视图；

图3a以包含气缸纵轴的截面示出了根据本发明的第二实施例的门铰链的截面示意图；

图3b示出了图3a中的包含阀门的区段的放大图；

图4以包含气缸纵轴的截面示出了根据本发明的第三实施例的门铰链的截面示意图。

具体实施方式

在附图中共同以10标记的门铰链的第一实施例包括用于固定在门扇和门框中的任一元件上的第一安装元件12、用于固定在门扇和门框中的另一元件上的第二安装元件14以及活塞-缸单元16，第一安装元件12和第二安装元件14通过该活塞-缸单元能够旋转地相互连接。如附图所示，安装元件12、14可以由固定接片形成，该固定接片通过适合的固定件(特别是拧进贯通孔18的螺钉，未示出)固定在门扇或门框上。

活塞-缸单元16包括具有纵轴L的气缸20以及至少部分地插入气缸20的活塞装置22，该活塞装置具有同样沿着纵轴L延伸的活塞杆24。该活塞杆24既在气缸20的轴向第一端26处，也在与轴向第一端26相反的第二端28处伸出气缸20。换句话说，活塞装置22在纵轴L的轴向上完全贯穿气缸20。

以下面仍将详细说明的方式，根据本发明，活塞装置22关于气缸20以进行围绕纵轴L的螺旋运动的方式被保持。这意味着，活塞装置22和气缸20能够只在围绕纵轴L的螺旋路径上相对于彼此运动，也就是既具有围绕纵轴L的旋转分量，也具有沿着纵轴L的轴向运动分量。

两个安装元件12、14中的一个，在此为第二安装元件14，与活塞装置22能够传递扭力地、却能够轴向移动地连接。另一个安装元件，在此为第一安装元件12能够与气缸固定地连接。替代地，可以在气缸20和两个安装元件12、14中的任一个之间设置能够轴向移动的连接，而活塞装置22则与另一个安装元件固定地连接。在该实施例中，在活塞杆24的伸出气缸20的第二端28的区段上设置有纵向齿，该纵向齿与第二安装元件14的接纳部34的相应的纵向齿匹配地啮合，在该接纳部中能够轴向移动地容纳有活塞杆24。

以下特别也参照图2对活塞-缸单元16的内部构造进行详细说明。气缸20的内部包含第一工作腔36和第二工作腔38，这两个工作腔通过固定在活塞杆24上且构成活塞装置22的一部分的活塞40相互分隔开。两个工作腔36、38填充有阻尼流体，特别是油或其他适合的液体。在图示的实施例中，工作腔36、38相对于径向外部通过气缸20的壁42界定，并在该工作腔的在轴向上远离活塞40的纵向端处分别通过端部单元44、46界定，该端部单元分别在气缸20的端部26、28处置入，以便密封气缸20的内部，防止阻尼流体溢出。特别是，端部单元44、46可以分别具有密封地抵靠活塞杆24的外周的密封件48，以及可以具有轴承区段50，活塞杆24能够相对于气缸20旋转并移动地设置在该轴承区段上。

活塞-缸单元16还包括螺旋连接件52，通过该螺旋连接件迫使活塞装置22和气缸20之间的相对运动在螺旋路径上进行。在该实施例中，螺旋连接件52具有固定在气缸20的内侧的螺母54，该螺母与活塞装置24的螺杆56螺纹啮合。螺杆56可以特别为环绕活塞杆24并固定在活塞杆24上的具有外螺纹的套筒，或者可以直接通过活塞杆24的外螺纹来实现。螺纹螺杆56可以在活塞装置的轴向长度的大部分上，在活塞40和端部单元44、46中的任一个之间延伸。在图示的实施例中，螺杆56设置在活塞40和第二端部单元46之间的第二工作腔38中。螺母54可以以适合的方式固定在气缸20的壁42上，例如通过使至少一个从气缸壁42向内突出的突出部58与螺母54的相应的凹部60相啮合。

由于活塞装置22和气缸20之间的螺旋运动包含轴向运动分量，为了活塞装置22和气缸20之间的相对运动，第一工作腔36和第二工作腔38之间的阻尼流体交换是必要的，即，两个工作腔36、38中的一个的缩小有利于工作腔38、36中的另一个。为此可以在活塞40中设置至少一个阻尼流体通道62-1，该阻尼流体通道允许工作腔36、38之间进行限定的阻尼流体交换或阻断这种交换。在图示的实施例中设置有两个阻尼流体通道62-1和62-2。

在至少一个阻尼流体通道62-1中优选设置有阀门64-1，以便影响阻尼流体通过相关的阻尼流体通道62-1的流动。在该实施例中，特别是在第一阻尼流体通道62-1中设置有第一阀门64-1，并在第二阻尼流体通道62-2中设置有第二阀门64-2。

阀门64-1可以优选为止回阀，在其中，阀口66-1由阀体68-1关闭，其中通过弹簧元件70-1向阀口66-1预加载阀体68-1，以便关闭阀口66-1。在该实施例中，弹簧元件70-1是碟形弹簧装置，其具有至少一个同轴地插装在活塞杆24上的碟形弹簧，其中该碟形弹簧装置在轴向上一方面支撑在活塞装置22上，另一方面支撑在阀体68-1上，以便将阀体68-1预加载在关闭位置。

阻尼流体通道62-1可以在其靠近阀门64-1的区段处加宽，特别是可以在阀座的区域内具有开口，阀体在该阀座上关闭阻尼流体通道62-1，该开口比其余阻尼流体通道62-1的尺寸大。在图2所示的实施例中，阻尼流体通道62-1在闸门64-1处的加大是通过阶梯钻孔实现的。由阀体关闭的阀口的大小对打开阀门所需的压力的大小具有决定性的影响。通过阶梯钻孔能够达到这样的效果，即，为了将阀门保持在打开位置或/和调节到另一个打开位置，需要取决于阀门位置，即取决于阀门开度的预定的力。特别是借助图示实施例的阶梯钻孔能够达到这样的效果，即，需要相对较大的力将阀门从关闭位置移至打开位置，而需要较小的力将阀门保持在该打开位置。阶梯钻孔可以具有一个或多个阶梯。在多阶梯的情况下，可以实现与此相应的阀门的多级的打开行为或关闭行为。

若设置有第二阀门64-2，该阀门就可以以上述方式相应地设计，但具有在轴向上相反于第一阀门64-1的作用方向。这例如在图2中意味着，通过第一弹簧元件70-1将第一阀体68-1在向着气缸20的轴向第二端28的方向上预加载至关闭第一阻尼流体通道62-1的位置，而通过第二弹簧元件70-2将第二阀门64-2的第二阀体68-2在相反方向上，即在向着气缸20的轴向第一端26的方向上预加载，以便关闭第二阻尼流体通道62-2。

上述阀门64-1和64-2构成一对作用方向相反的止回阀，从而在活塞40沿着螺旋路径向着气缸20的第一端26或第二端28的运动中，两个阀门64-1和64-2中的一个始终对抗对应的弹簧元件70-1、70-2的力打开，并允许阻尼流体通过，而同时另一阀门64-2、64-1保持在关闭位置。

以下参照图3a和3b详细说明本发明的第二实施例的门铰链10a。在此仅详细探讨与第一实施例的不同之处，其余则明确参照上述对于第一实施例的说明。

根据第二实施例，阀门64a包括球形阀体68a，该阀体位于阀口66a中，该阀口使阻尼流体通道62a在轴向端漏斗形地加宽。阀体68a的直径略大于阻尼流体通道62a的内径。阀体68a由弹簧元件70a在轴向上向着阀口66a预加载，以便正常关闭阻尼流体通道62a。环形的接触表面形成环形的阀座，在阀门64a的关闭位置下，阀体68a在该接触表面上抵靠漏斗形开口66a。

图3a和3b所示的阀门64a的构造获得了这样的效果，即，为了从阀口66a上提起阀体68a，需要超过第一预定阈值的力，而接着，当阀体68a已经从阀口66a上提起时，由于阀体68a的环流面的增大，将阀体68a保持在已提起位置所需的力小于之前提起所需的力。换句话说，当作用于阀体68a的力低于第二预定阈值时，阀门64a从打开位置重新回到关闭位置，其中该第二预定阈值小于第一预定阈值。其结果是，使活塞-缸单元16从静止位置转为运动所需的力大于维持活塞-缸单元16的运动所需的力。

以下参照附图详细说明本发明的第一实施例或第二实施例的门铰链10和10a的工作原理。

如安装元件12、14以预期的方式与门扇或门框固定地连接，则在门的开关操作中，从外部引入门铰链10、10a的扭矩就通过安装元件12、14传递到活塞-缸单元16。在该实施例中，第二安装元件14的扭矩通过接纳部34的纵向齿和活塞杆24的相匹配的纵向齿32导入活塞装置22。输入活塞-缸单元16的、活塞装置22和气缸20之间的扭矩通过螺旋连接件52强制转为螺旋形的相对运动，其结果是，活塞40也以平移的运动分量(在轴向上沿着纵轴L)向着气缸20的第一端26或第二端28运动。只有当输入的扭矩足够大到能使至少一个阀门64-1、64a对抗对应的弹簧元件70-1的力打开或保持在打开位置时，这样的运动才是可能的。

活塞-缸单元16的总行程可以通过适合的碰停装置限定，例如在端部单元44、46上碰停。为了实现舒缓的碰停功能，端部单元44、46优选通过弹性体部件阻尼，以防止撞击，例如通过支撑区段50由弹性体材料形成的方式。替代地，可以限定螺杆56的轴向长度，以便通过螺母54在螺杆56的螺纹末端的碰停进行轴向的制动。

在第一实施例或第二实施例的第一变形方案中可以设置有调节元件，其使从气缸20外部控制至少一个阀门64-1、64a成为可能。由此能够将至少一个阀门64-1、64a，优选所有设置在活塞40中的阀门，通过手动操作强制地调节至打开位置或关闭位置。通过将所有阀门调节至关闭位置能够特别完全阻断第一工作腔36和第二工作腔38之间的阻尼流体的交换，从而锁止活塞-缸单元16的运动，并将门固定在当前的打开位置或关闭位置。

以下参照图4详细说明本发明的第三实施例。在此仅详细探讨与第一实施例或第二实施例的不同之处，其余则明确参照上述对于之前的实施例的说明。

第二实施例的门铰链10b包括旁路通道72，该旁路通道的轴向长度大于活塞40与气缸20内侧密封地接触的轴向长度。若活塞40位于旁路通道72的轴向位置上，该旁路通道72在轴向上跨越活塞40，则第一工作通道36和第二工作通道38之间的阻尼流体的交换独立于至少一个阀门64的开关位置，即特别是也在阀门64关闭的情况下，通过旁路通道72实现。由此，活塞40的轴向运动和由此发生的活塞装置22相对于气缸20的螺旋形运动至少在旁路通道72的轴向高度上，独立于阀门64的开关位置实现。旁路通道72的轴向长度就预先确定了活塞的自由运动范围。

特别是在阀门64关闭的情况下，活塞40在旁路通道72的范围内的运动以阻尼的形式进行，其中，这种阻尼取决于旁路通道72的流动横截面。可以在相同的轴向位置上设置多个旁路通道，以便扩大流动横截面并减小阻尼。如图4所示，还可以在不同的轴向位置上设置多个旁路通道，以便限定活塞40的不同的无载运转范围，在该无载运转范围内，活塞-缸单元的运动在阀门64关闭的情况下也是可能的。在此特别示出了靠近气缸20的轴向第一端26的第一旁路通道72-1，以及靠近气缸20的轴向第二端28的第二旁路通道72-2。其结果是，即使当所有设置在活塞40中的阀门64都关闭时，第三实施例的活塞-缸单元在端部位置处也可以分别在特定的范围内运动。

设置至少一个旁路通道72还可以具有简化活塞-缸单元16b的锁定的优点。由于气缸20上的旁路通道72容易从外部接触，这就提供了一种结构简单的方式，通过调节元件，即能够从外部手动或电动控制的阀门或类似装置来影响旁路通道72的流动横截面。