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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Gasfeder und insbesondere eine Gasfeder, die durch einen linearen
Elektromotor unterstützt
wird.
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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.
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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.
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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.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die Gasfederbaueinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung stellt eine Gasfeder und einen linearen Elektromotor bereit,
der den Betrieb der Gasfeder unterstützt.
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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.
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Die vorliegende Erfindung stellt
deshalb eine Federbaueinheit bereit, bei der ein linearer Elektromotor
die Verrichtung der Arbeit unterstützt und zweckmäßig eingebaut
ist.
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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:
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1 ist
eine schematische Ansicht einer an einem beweglichen Schließteil befestigten
Gasfeder, die drei Gleichgewichtsstellungen zeigt;
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2 ist
ein Längsschnitt
durch eine gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgestaltete Gasfeder; und
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3 ist
ein Längsschnitt
durch eine Gasfeder gemäß einer
alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.