DE102004008411A1 - Durch einen linearen Elektromotor unterstützte Gasfeder - Google Patents

Abstract

Eine Gasfederbaueinheit beinhaltet eine Gasfeder und einen linearen Elektromotor, der den Betrieb der Gasfeder unterstützt. Ein Spulensatz für einen linearen Elektromotor ist an einem Körper der Gasfeder angebracht. Der Spulensatz erzeugt ein Magnetfeld, das mit einem an einem Kolben angebrachten Magneten zusammenwirkt. Das Antreiben des Magneten in einem elektrischen Feld unterstützt das Antreiben des Kolbens der Gasfeder, um den Betrieb der Gasfeder zu unterstützen, wobei ihr Einbauraum verringert wird.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasfeder und insbesondere eine Gasfeder, die durch einen linearen Elektromotor unterstützt wird.
• Als Luft- oder Gasfedern bekannte Vorspannungsteile, die der Einfachheit halber als Gegenwirkungs-Verbindungsglieder bezeichnet werden können, werden in Handelsprodukten, insbesondere in der Automobilindustrie, immer üblicher. Sie finden aber auch in vielen anderen Bereichen Anwendung, wo immer die Notwendigkeit besteht, eine Gegengewichtskraft für Schließeinheiten, wie zum Beispiel Deckel, Türen und Schrankvorderseiten, bereitzustellen. Der Ersatz von mechanischen Federvorrichtungen durch Gasfedern kommt ebenfalls immer häufiger vor. Auf dem Gebiet der Automobilindustrie zum Beispiel werden Luftfedern zur Unterstützung beim Öffnen und Halten von Kofferraumdeckeln und Hebetüren verwendet. Bei solchen Anwendungen werden die Gegengewichts-Federbaueinheiten zusammengedrückt, wenn der Deckel geschlossen wird, und sie ziehen sich unter der Differenzdruckkraft, die auf den Kolben wirkt, wenn der Deckel geöffnet wird, auseinander.
• Bei vielen Anwendungen wird ein verhältnismäßig hoher Zylinderinnendruck benötigt, damit sich die Feder auseinanderzieht. Diese hohen Betriebsdrücke stellen strenge Dichtungsanforderungen an die Luftfederbauteile, was die Komplexität des Herstellungsverfahrens erhöhen kann.
• Dementsprechend ist es wünschenswert, eine Gasfeder bereitzustellen, die eine Unterstützungseinrichtung beinhaltet, um die Wirksamkeit der Gasfeder zu erhöhen, ohne den benötigten Einbauraum sehr zu vergrößern.
• ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Die Gasfederbaueinheit gemäß der vorliegenden Erfindung stellt eine Gasfeder und einen linearen Elektromotor bereit, der den Betrieb der Gasfeder unterstützt.
• Eine Gasfederbaueinheit weist einen Hauptkörper und einen Kolben auf. Ein Spulensatz für einen linearen Elektromotor ist an der Gasfeder angebracht, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das mit einem an dem Kolben angebrachten Magnetpaket zusammenwirkt. Wenn der lineare Elektromotor aktiviert wird, unterstützt die durch das Magnetpaket erzeugte Kraft den Kolben, sich in Bewegung zu setzen. Wenn sich der Kolben und das Magnetpaket der vollen Kompressions- oder Ausfahrstellung nähern, wird das durch den Spulensatz erzeugte Magnetfeld umgeschaltet, um das Magnetpaket in eine entgegengesetzte Richtung anzutreiben. Das Anhalten des Kolbens wird ebenfalls gedämpft, indem das Magnetpaket umgekehrt wird, wenn der Kolben das Hubende erreicht.
• Die vorliegende Erfindung stellt deshalb eine Federbaueinheit bereit, bei der ein linearer Elektromotor die Verrichtung der Arbeit unterstützt und zweckmäßig eingebaut ist.
• Die verschiedenen Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sind dem Fachmann aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform ersichtlich. Die der ausführlichen Beschreibung beigefügten Zeichnungen können kurz wie folgt beschrieben werden:
• 1 ist eine schematische Ansicht einer an einem beweglichen Schließteil befestigten Gasfeder, die drei Gleichgewichtsstellungen zeigt;
• 2 ist ein Längsschnitt durch eine gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestaltete Gasfeder; und
• 3 ist ein Längsschnitt durch eine Gasfeder gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
• 1 zeigt eine allgemeine Ansicht einer als ein Gegenwirkungs-Verbindungsglied bezeichneten Gasfederbaueinheit 10. Die Gasfederbaueinheit 10 ist schematisch als Gegenwirkungselement für ein bewegliches Schließteil 11 eines Fahrzeugs 13 in einer Zwischenstellung (II) zwischen einem komprimierten Zustand (I) und einem ausgefahrenen Zustand (III) dargestellt. Die Gasfederbaueinheit 10 kann natürlich in vielen anderen Anwendungen verwendet werden. Ein linearer Elektromotor 14 wird zur Unterstützung bei der Komprimierung, dem Ausfahren und der Dämpfung der Gasfederbaueinheit 10 verwendet.
• Unter Bezugnahme auf 2 beinhaltet die Gasfederbaueinheit 10 den linearen Elektromotor 14 und eine Gasfeder 16. Die Gasfeder 16 schließt einen vorzugsweise zylindrischen Hauptkörper 12 ein. Der Körper 12 hat ein geschlossenes Ende 15, an dem eine Befestigungsvorrichtung (schematisch bei 17 dargestellt) angebracht ist. Das gegenüberliegende Ende des Hauptkörpers 12 ist durch einen Abschlussstopfen 18 verschlossen, der eine Öffnung 20 definiert, um den linearen Durchgang einer Kolbenstange 22 entlang einer Gasfederachse A zu ermöglichen. Die Kolbenstange 22 beinhaltet eine Befestigungsvorrichtung (schematisch bei 24 dargestellt). Es versteht sich, dass verschiedene Befestigungsvorrichtungen, zum Beispiel fest angebrachte Gewindeanschlüsse, und bewegliche Anschlüsse, zum Beispiel Kugelgelenke, im Rahmen der vorliegenden Erfindung Anwendung finden können.
• Der lineare Elektromotor 14 beinhaltet einen Spulensatz 26, der an der Gasfeder 16 angebracht ist. Der lineare Elektromotor 14 erzeugt eine lineare Kraft, die die Gasfeder 16 im Betrieb unterstützt. Da der Körper 12 zylindrisch ist, ist der Spulensatz 26 rohrförmig, um so am besten um den Hauptkörper 12 herum zu passen. Andere komplementäre Formen für den Körper 12 und die Spule 26 können ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung Anwendung finden. Der Körper 12 und/oder die Kolbenstange 22 sind vorzugsweise aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt, um das Funktionieren des linearen Elektromotors 14 nicht zu stören.
• In dem Körper 12 ist die Kolbenstange 22 an einem Kolben 28 befestigt. Durch die Montage der Kolbenstange 22 in dem Körper 12 wird eine Hauptkammer 30 gebildet. In dem Körper 12 ist die Kolbenstange 22 an einem Kolben 28 befestigt, der an einer inneren Wandung 25 des Körpers 12 angreift, um so den Körper 12 in eine Hauptkammer 30 und eine äußere Kammer 31 zu unterteilen. Der Kolben 28 arbeitet als Rückschlag- und Öffnungs-Bypassstruktur, um einen kontrollierten Bypass-Gasdurchfluss zwischen den Kammern 30 und 31 bereitzustellen. Während des Einfahr- oder Kompressionshubs ist ein relativ freier Durchfluss-Bypass und während des Ausfahr- oder Expansionshubs ein „Öffnungs"-dosierter Gasdurchfluss am Kolben 28 vorbei vorgesehen. Es versteht sich, dass der Kolben 28 verschiedene bekannte Öffnungs-, Durchgangs- und/oder Ventilanordnungen beinhalten kann, die einen Gas- und Öltransfer zwischen den Kammern 30 und 31 gewährleisten, wenn sich die Kolbenstange 22 in den Körper 12 einschiebt oder aus diesem herausschiebt.
• Am Kolben 28 ist ein Magnetpaket 32 für den linearen Elektromotor 14 angebracht. Das Magnetpaket 32 ist vorzugsweise so angebracht, dass es sich in der Hauptkammer 30 befindet. Während des Kompressions- und Expansionshubs bewegt sich der Kolben 28 relativ zu dem Körper 12. Wenn sich der Kolben 28 bewegt, verändert sich die Größe der Hauptkammer 30. Wie bekannt ist, ist ein hoher Druck in der Hauptkammer 30 erforderlich, um die für den Betrieb der Gasfeder 16 notwendige Kraft zu erzeugen. Der lineare Elektromotor 14 unterstützt den Gasdruck bei der Bewegung des Kolbens 28, indem er die während der Bewegung erzeugte Kraft vergrößert. Alternativ oder zusätzlich kann ein geringerer Gasdruck in Kombination mit dem linearen Elektromotor 14 verwendet werden, um eine Gasfederbaueinheit 10 von entsprechendem Lastpotential bereitzustellen.
• Die Kolbenstange 22 kann hohl sein, um das Volumen der Hauptkammer 30, das von dem Magnetpaket 32 genutzt wird, auszugleichen. In der Kolbenstange 22 ist eine Kolbenkammer 34 ausgebildet, und eine innere Öffnung 36 verbindet die Hauptkammer 30 mit der Kolbenkammer 34. Vorzugsweise nimmt die innere Öffnung 36 ein rohrförmiges Teil 38 auf, das sich entlang der Gasfederachse A erstreckt, um zu verhindern, dass ein in der Hauptkammer 30 enthaltenes flüssiges Öl 40 in die Kolbenkammer 34 der Kolbenstange 22 gelangt, wenn die Kolbenstange 22 in eine nach unten gerichtete Position gedreht wird, wie dies in 2 dargestellt ist. Vor der Montage ist in der Hauptkammer 30 eine vorgegebene Menge an flüssigem Öl 40 enthalten, um eine Schmierung und Flüssigkeit zur Dämpfung am Ende des Expansionshubs bereitzustellen, wie allgemein bekannt ist. Vorzugsweise ist das Magnetpaket 32 am Kolben 28 um das rohrförmige Teil 38 herum befestigt.
• Eine Energiequelle 42 ist an dem Spulensatz 26 befestigt. Eine Steuerungseinheit 44 wird verwendet, um die Energiequelle 42, die einen Strom durch den Spulensatz 26 erzeugt, einzuschalten. Der durch den Spulensatz 26 laufende Strom erzeugt ein Magnetfeld. Das Magnetfeld treibt das Magnetpaket 32 und den Kolben 28 entlang der Gasfederachse A, um eine Kompression und ein Auseinanderziehen der Gasfederbaueinheit 10 zu unterstützen.
• Zusätzlich kann, wenn sich der Kolben 28 in einer Ruhestellung befindet, die Einleitung einer Bewegung durch eine externe Quelle, wie zum Beispiel eine manuelle Einleitung durch einen Bediener, als ein Signal für die Steuerungseinheit 44 verwendet werden, um die Erzeugung des Magnetfelds einzuleiten. Die Erzeugung des Magnetfelds treibt das Magnetpaket 32 entlang der Gasfederachse A. Die durch das Magnetpaket 32 erzeugte Kraft unterstützt den Kolben 28, sich in Bewegung zu setzen.
• Der Kolben 28 hat eine Trägheit in der Hubrichtung entlang der Gasfederachse A. Wenn sich der Kolben 28 und das Magnetpaket 32 der vollen Kompressions- oder Ausfahrstellung nähern, aktiviert die Steuerungseinheit 44 einen Schalter 46, der die Richtung des durch den Spulensatz 26 laufenden Stroms ändert. Das Umschalten der Stromrichtung schaltet die Magnetfeldrichtung um. Das heißt, die Pole an dem Magnetfeld sind getauscht. Das Tauschen der Pole bewirkt, dass das Magnetfeld das Magnetpaket 32 entlang der Gasfederachse A zurückstößt. Während dieser Zeit verlangsamen die entgegenwirkenden Kräfte des Kolbens 28 und des Magnetpakets 32 die Kompression oder das Auseinanderziehen der Gasfederbaueinheit 10. Der lineare Elektromotor 14 unterstützt somit eine Dämpfung des Hubendes der Gasfederbaueinheit 10.
• Unter Bezugnahme auf 3 können die Gasfeder 16 und die Linearmotorbaueinheit 14 auch so angeordnet sein, dass das Magnetpaket 32 um den Körper 12 herum angebracht ist und der Spulensatz 26 innen am Kolben 28 angebracht ist. Der Spulensatz 26 bewegt sich während des Betriebs der Gasfederbaueinheit 10 mit dem Kolben 28. Die Drähte 48 zum Verbinden der Spule mit der Kraftquelle 42, der Steuerungseinheit 44 und dem Schalter 46 beinhalten vorzugsweise eine Spule oder ein anderes Ausfahr/Einfahr-Merkmal, um eine Bewegung des Kolbens 28 zu ermöglichen.
• Die vorangehende Beschreibung ist eher als beispielhaft anzusehen, anstatt als durch die in ihr enthaltenen Beschränkungen begrenzt. Viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind angesichts der obigen Lehren möglich. Die bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung sind offenbart worden, ein Durchschnittsfachmann würde jedoch erkennen, dass bestimmte Modifikationen in den Umfang dieser Erfindung fielen. Es ist daher eindeutig, dass die Erfindung im Umfang der beigefügten Ansprüche auch anders als ausdrücklich beschrieben ausgeübt werden kann. Aus diesem Grund sollten die folgenden Ansprüche zur Festlegung des genauen Umfangs und Inhalts dieser Erfindung genau betrachtet werden.

Claims (19)

1. Luftfederbaueinheit mit: einem Körper; einem an den Körper angrenzenden linearen Elektromotor; und einem in dem Körper verschiebbar angebrachten und auf die Betätigung des linearen Elektromotors ansprechenden Kolben.
2. Luftfeder nach Anspruch 1, bei der der lineare Elektromotor einen um den Körper herum angebrachten Spulensatz aufweist.
3. Luftfeder nach Anspruch 1, bei der der lineare Elektromotor ein an dem Kolben für eine Bewegung mit diesem angebrachtes Magnetpaket aufweist.
4. Luftfeder nach Anspruch 3, bei der eine Kolbenstange verschiebbar in dem Körper angebracht ist.
5. Luftfeder nach Anspruch 4, bei der die Kolbenstange eine hohle Kolbenstangenkammer definiert.
6. Luftfeder nach Anspruch 5, die weiterhin ein sich aus der Kolbenstangenkammer erstreckendes rohrförmiges Teil aufweist, wobei sich das rohrförmige Teil in die Hauptkammer erstreckt, so dass die Kolbenstangenkammer mit der Hauptkammer in Verbindung steht.
7. Luftfeder nach Anspruch 6, bei der das Magnetpaket um das rohrförmige Teil herum angebracht ist.
8. Luftfeder nach Anspruch 4, bei der die Kolbenstange ein zylindrisches Teil aufweist.
9. Luftfeder nach Anspruch 1, bei der der Körper ein zylindrisches Teil aufweist.
10. Luftfeder nach Anspruch 1, die weiterhin einen nichtmagnetischen Körper aufweist.
11. Luftfeder nach Anspruch 2, bei der der Spulensatz im wesentlichen rohrförmig ist.
12. Luftfeder nach Anspruch 1, bei der ein Magnetpaket für den linearen Elektromotor um den Körper herum angebracht ist.
13. Luftfeder nach Anspruch 12, bei der ein Spulensatz für die linearen Elektromotoren an dem Kolben angebracht und mit diesem verschiebbar ist.
14. Luftfeder nach Anspruch 1, die weiterhin eine nichtmagnetische Kolbenstange aufweist.
15. Verfahren zum Antreiben einer Luftfeder, das folgende Schritte umfasst: (a) Erzeugung eines Magnetfelds um einen Gasfederkörper; und (b) Antreiben eines an einem Kolben in dem Gasfederkörper befestigten Magnetpakets als Reaktion auf Schritt (a).
16. Verfahren nach Anspruch 15, das weiterhin folgenden Schritt umfasst: (c) Umkehrung des Magnetfelds, um die Richtung der Kolbenbewegung umzukehren.
17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Schritt (b) weiterhin ein vorübergehendes Erzeugen des Magnetfelds zur Einleitung der Kolbenbewegung umfasst.
18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Schritt (b) weiterhin das Abschalten des Magnetfelds nach Einleitung der Kolbenbewegung umfasst.
19. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Schritt (b) weiterhin die vorübergehende Erzeugung des Magnetfelds, um das Anhalten des Kolbens zu dämpfen, umfasst.