DE102018109024B4

DE102018109024B4 - Linearaktuator

Info

Publication number: DE102018109024B4
Application number: DE102018109024.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas Wöllner; Benjamin Wübbolt-Gorbatenko
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-04-17
Filing date: 2018-04-17
Publication date: 2020-08-27
Anticipated expiration: 2038-04-18
Also published as: DE102018109024A1

Abstract

Linearaktuator umfassend zwei teleskopisch in- und auseinander bewegbare Rohre (2, 3), die über ein im einen Rohr (3) angeordnetes Federelement (4) miteinander gekoppelt sind, sowie einen Stellmotor (7), über den die beiden Rohre (2, 3) gegeneinander verschiebbar sind, sowie eine die beiden Rohre (2, 3) in der jeweiligen Relativposition zueinander festlegende Bremseinrichtung (12), dadurch gekennzeichnet, dass• der Stellmotor ein Linearmotor (7) umfassend einen stangenförmigen Stator (8) und einen auf diesem angeordneten Läufer (9) ist, wobei• der Läufer und der Stator relativ zueinander bewegbar sind, wobei• der Stator (8) mit dem einen Rohr (2) und der Läufer (9) mit dem anderen Rohr (3) gekoppelt ist, und wobei• das Federelement (4) entweder in Reihe mit dem Läufer (9) oder parallel zum Läufer (9) geschaltet ist und• der Läufer (9) mit dem positionsfesten Rohr (2) und der Stator (8) mit dem beweglichen Rohr (3) gekoppelt ist, wobei• das in Reihe mit dem Läufer (9) geschaltete Federelement (4) einerseits am beweglichen Rohr (3) und andererseits am positionsfesten Rohr (2) oder der mit dem positionsfesten Rohr (2) verbundenen Bremseinrichtung (12), die auf den beweglichen stangenförmigen Stator (8) oder das bewegliche Rohr (3) wirkt, abgestützt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Linearaktuator umfassend zwei teleskopisch in- und auseinander bewegbare Rohre, die über ein im einen Rohr angeordnetes Federelement miteinander gekoppelt sind, sowie einen Stellmotor, über den die beiden Rohre gegeneinander verschiebbar sind, sowie eine die beiden Rohre in der jeweiligen Relativposition zueinander festlegende Bremseinrichtung.
Derartige Linearaktuatoren kommen in unterschiedlichen Bereichen zum Einsatz. Ein Beispiel ist die Verwendung als Heckklappenaktuator. Ein solcher Heckklappenaktuator dient dazu, die Heckklappe eines Kraftfahrzeugs automatisch zu öffnen und zu schließen. Ein solcher Linearaktuator umfasst üblicherweise zwei teleskopisch in- und auseinander bewegbare Rohre. Im einen Rohr befindet sich üblicherweise ein Federelement, zumeist eine Schraubenfeder, über die die beiden Rohre miteinander gekoppelt sind, das heißt, dass sie üblicherweise gegen das Federelement ineinander verschiebbar sind, sich also eine Rückstellkraft aufbaut, und mit Unterstützung des Federelements auseinander bewegbar sind. Die eigentliche Rohrverschiebung erfolgt über einen Stellmotor mit rotierendem Antrieb in Verbindung mit einem Gewindespindeltrieb, dessen Mutter mit einem zweiten Rohr gekoppelt ist, so dass durch eine längs der Gewindespindel erfolgende Mutterbewegung das zweite Rohr relativ zum ersten Rohr bewegt werden kann. Die Auslegung ist dabei derart, dass die Federkraft und die Gewichtskraft der Heckklappe sich nahezu ausgleichen, so dass zum Aufstellen und Absenken der Heckklappe eine relativ geringe Motorleistung erforderlich ist. Durch Bauraumanforderungen an den Heckklappenaktuator muss dieser möglichst klein im Durchmesser und in seiner Länge ausgelegt werden. Um dennoch die nötige Stellkraft zu erreichen, lässt man den dann auch zwangsläufig kleindimensionierten Motor im Betrieb relativ schnell laufen und erreicht über ein nachgeschaltetes Getriebe eine entsprechend hohe Stellkraft. Zur Festlegung der beiden Rohre in der jeweiligen Stellposition ist eine Bremseinrichtung vorgesehen, die rotativ arbeitet und bei einem Betrieb des Stellmotors und damit des Spindeltriebs mechanisch gelöst wird und bei Erreichen der Zielposition mechanisch schließt und bremst.
Durch die vorstehend beschriebene hohe Drehzahl des Stellmotors entstehen durch die Anbindung des Aktuators beispielweise an die Fahrzeugkarosserie, die einen Resonanzkörper darstellt, relativ laute, starke Geräusche, was unerwünscht ist.
Die gattungsgemäße DE 10 2018 103 224 A1 zeigt einen Linearaktuator, umfassend zwei teleskopisch in- und auseinander bewegbare Rohre, die über ein im inneren Rohr angeordnetes Federelement miteinander gekoppelt sind, sowie einen Stellmotor, über den die beiden Rohre gegeneinander verschiebbar sind, sowie eine die beiden Rohre in der jeweiligen Relativposition zueinander festlegende Bremseinrichtung, wobei der Stellmotor ein Linearmotor ist, und dass eine zwischen einer Freigabestellung bei Betrieb des Linearmotors und einer Bremsstellung bei stehendem Linearmotors schaltbare Bremseinrichtung vorgesehen ist, wobei die Bremseinrichtung eine positionsfest an einem Rohr angeordnete und auf das andere Rohr wirkende Reibungsbremse ist.
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, einen demgegenüber verbesserten Linearaktuator anzugeben.
Zur Lösung dieses Problems ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Stellmotor ein Linearmotor umfassend einen stangenförmigen Stator und einen auf diesem angeordneten Läufer ist, wobei der Läufer und der Stator relativ zueinander bewegbar sind, wobei der Stator mit dem einen Rohr und der Läufer mit dem anderen Rohr gekoppelt ist, und wobei das Federelement entweder in Reihe mit dem Läufer oder parallel zum Läufer geschaltet ist.
Erfindungsgemäß wird als Stellmotor ein nahezu geräuschlos arbeitender Linearmotor vorgesehen, der, anders als ein rotierend arbeitender Stellmotor, die Rohrverstellung über eine reine Translationsbewegung erwirkt. Er umfasst in an sich bekannter Weise einen beweglichen Teil, den Läufer, der mit dem einen Rohr gekoppelt ist, wobei es sich bei diesem um das innere oder das äußere Rohr handeln kann. Er umfasst ferner einen feststehenden Teil, den sogenannten Stator, der stangenförmig ausgeführt ist, da der Läufer auf ihm läuft und der mit dem anderen Rohr gekoppelt ist. Wird der Läufer längs des Stators linear verschoben, werden die beiden Rohre relativ zueinander bewegt, beim Ausfahren werden sie auseinandergeschoben, wobei dies durch das Federelement, das sich dabei je nach Ausgestaltung entspannen kann, unterstützt werden kann. Sofern sich das Federelement nicht entspannen kann, kompensiert es in jedem Fall aber das Gewicht der Heckklappe, nachdem die Federkraft und die Gewichtskraft einander nahezu ausgleichen. Wird der Läufer in die gegengesetzte Richtung bewegt, so wird das ausgefahrene, bewegliche Rohr und das positionsfeste Rohr wieder zusammengeschoben, gleichzeitig kann, wenn das Federelement sich bei der Ausfahrbewegung entspannt, das Federelement unter Aufbau einer Rückstellkraft wieder komprimiert werden. Durch die Integration des Linearmotors kann folglich der Linearaktuator nahezu geräuschlos betrieben werden.
Das Federelement selbst kann dabei entweder in Reihe mit dem Läufer geschaltet werden, das heißt, dass sie, axial gesehen, hintereinander angeordnet sind. Das heißt, dass letztlich der Linearmotor und das Federelement in Reihe geschaltet sind. Alternativ ist es denkbar, die Anordnung von Federelement und Läufer respektive Linearmotor auch so zu wählen, dass das Federelement und der Läufer respektive das Federelement und der Linearmotor parallel geschaltet sind. Es sind also zwei unterschiedliche Baukonzepte möglich.
Der erfindungsgemäße Linearaktuators sieht vor, dass der Läufer mit dem positionsfesten Rohr und der Stator mit dem beweglichen Rohr gekoppelt ist, wobei das in Reihe mit dem Läufer geschaltete Federelement einerseits am beweglichen Rohr und andererseits am positionsfesten Rohr oder einer mit dem positionsfesten Rohr verbundenen Bremseinrichtung, die auf den beweglichen stangenförmigen Stator oder das bewegliche Rohr wirkt, abgestützt ist. Bei dieser Ausgestaltung ist der Läufer positionsfest, während der Stator bei einer Ansteuerung des Linearmotors bewegt wird, also durch den Läufer geschoben wird. Der Läufer ist mit dem positionsfesten Rohr, das beispielsweise karosserieseitig abgestützt ist, verbunden. Mit diesem positionsfesten Rohr respektive dem Läufer verbunden ist ebenfalls eine Bremseinrichtung, die entweder auf den längsbewegten Stator oder das längsbewegte Rohr wirkt. Bei diesem beweglichen Rohr handelt es sich in diesem Fall um das Außenrohr, das die Bremseinrichtung und den Läufer respektive das innere Rohr, in dem der Läufer angeordnet ist, umgreift.
Gemäß einer ersten Ausbildung der Erfindung kann der Läufer mit dem beweglichen Rohr und der Stator mit dem positionsfesten Rohr gekoppelt sein, wobei das in Reihe mit dem Läufer geschaltete Federelement einerseits am beweglichen Rohr und andererseits am Stator abgestützt ist. Bei dieser Ausgestaltung schiebt der Läufer, der mit dem beweglichen, inneren Rohr verbunden ist, zum Ausfahren des Linearaktuators das innere Rohr aus dem positionsfesten äußeren Rohr, mit dem der Stator gekoppelt ist, heraus. Das Federelement ist im inneren Rohr angeordnet und mit einem Ende am inneren Rohr befestigt, während das andere Ende am Stator abgestützt ist. Beim Ausfahren unterstützt das komprimierte Federelement die Ausfuhrbewegung, so dass die Gesamtkraft, die auf die anzuhebende Heckklappe wirkt, sich aus der Federkraft und der Motorkraft zusammensetzt. Beim Zusammenfahren des Linearaktuators wird über den längs des Stators geführten Läufer, der bevorzugt mit dem Ende des inneren Rohres verbunden ist, das innere Rohr wieder in das äußere Rohr eingefahren, wobei gleichzeitig das Federelement wieder komprimiert wird. Dies erfolgt letztlich über die Gewichtskraft der Heckklappe, nachdem die Federkraft und die Heckklappengewichtskraft nahezu ausgeglichen sind. Da das statorseitige fixierte Federelementende positionsfest ist und sich der Läufer auf dieses Federelementende zu- bzw. von diesem wegbewegt, sind beide folglich in Reihe geschaltet.
Das Federelement selbst ist mit einem Ende am freien, mit der Heckklappe gekoppelten Ende des beweglichen äußeren Rohres verbunden, das andere Ende ist positionsfest abgestützt, entweder unmittelbar am positionsfesten inneren Rohr, oder dem Läufer oder der dort ebenfalls angeordneten Bremseinrichtung. Bei einer Bestromung des Linearmotors zum Ausfahren schiebt dieser das äußere Rohr aus, indem der Stator linear verschoben respektive bewegt wird. Diese Bewegung ist über das komprimierte Federelement unterstützt, das wiederum hinsichtlich der Federkraft bezüglich der Gewichtskraft der Heckklappe weitestgehend ausgeglichen ist, so dass der Linearmotor lediglich die Differenzkraft aufbringen muss. Bei umgekehrter Bewegung wird der Stator wieder eingezogen und durch den positionsfesten Läufer geschoben, die Rohre wandern wieder ineinander, gleichzeitig wird das Federelement wieder über die Gewichtskraft der Heckklappe in Verbindung mit der Läuferbewegung komprimiert. Auch hier ist eine Reihenschaltung gegeben, nachdem das Federelement axial gesehen in Reihe mit dem positionsfesten Läufer ist, und nachdem das positionsfeste Federelementende axial gesehen dem positionsfesten Läufer folgt.
Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Linearaktuators sieht vor, dass der Läufer mit dem positionsfesten Rohr und der Stator mit dem beweglichen Rohr gekoppelt ist, wobei das in Reihe mit dem Läufer geschaltete Federelement einerseits am beweglichen Rotor und andererseits am Stator respektive einem an diesem befestigten Federteller abgestützt ist. Bei dieser Erfindungsalternative ist der Läufer wiederum positionsfest, während der stangenförmige Stator linear bewegt wird. Anders als bei der zuvor beschriebenen Ausgestaltung jedoch ändert das Federelement während der Ausfahr- und Einfahrbewegung letztlich seine Form nicht. Denn das Federelement ist mit einem Ende am beweglichen Rohr, in diesem Fall wiederum dem äußeren Rohr, und mit dem anderen Ende am ebenfalls beweglichen, mit dem äußeren Rohr gekoppelten Stator abgestützt. Die Gesamtkraft entspricht hier der Federkraft respektive der Motorkraft, also nicht deren Summe. Auch hier ist zwangsläufig eine Reihenschaltung gegeben, nachdem der Läufer positionsfest ist, während das Federelement zur Gänze axial nachgeschaltet und linear bewegt wird.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Läufer mit dem positionsfesten Rohr und der Stator mit dem beweglichen Rohr gekoppelt ist, wobei das parallel zum Läufer geschaltete Federelement einerseits am beweglichen Rohr und andererseits mit dem läufernahen Ende am positionsfesten Rohr oder einer mit diesem verbundenen, auf den stangenförmigen Stator wirkenden Bremseinrichtung abgestützt ist, wobei der Läufer in das als Schraubenfeder ausgeführte Federelement axial eingreift. Bei dieser Erfindungsalternative ist eine Parallelschaltung von Federelement und Läufer vorgesehen. Der Läufer ist wiederum positionsfest in diesem Fall am inneren Rohr angeordnet, während der Stator, der mit dem äußeren Rohr verbunden ist, zur Verstellung linear bewegt wird. Das Federelement, das auch hier - wie auch bei den vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen - als Schraubenfeder ausgeführt ist, ist mit einem Ende am beweglichen äußeren Rohr befestigt, mit dem anderen Ende ist es positionsfest. Der Läufer seinerseits ist, zumindest abschnittsweise, im Inneren der Schraubenfeder angeordnet, woraus die Parallelschaltung resultiert. Die positionsfeste Abstützung des Federelements kann dabei entweder am positionsfesten Rohr selbst erfolgen oder einer positionsfesten Bremseinrichtung.
Schließlich sieht eine andere Ausgestaltung der Erfindung vor, dass der Läufer mit dem positionsfesten Rohr und der Stator mit dem beweglichen Rohr gekoppelt ist, wobei das parallel zum Läufer geschaltete Federelement einerseits am beweglichen Rohr und andererseits mit seinem läufernahen Ende am positionsfesten Rohr abgestützt ist, wobei das läufernahe Ende des Federelements seitlich benachbart am positionsfesten Rohr anliegt. Bei dieser Ausgestaltung sind das Federelement, auch hier wiederum als Schraubenfeder ausgeführt, und der Läufer nebeneinander angeordnet, so dass sich auch hier zwangsläufig eine Parallelschaltung ergibt. Der Läufer ist wiederum positionsfest mit dem inneren Rohr verbunden, der stangenförmige, auch hier lange Stator ist mit dem äußeren beweglichen Rohr verbunden. Das Federelement ist mit einem Ende ebenfalls mit dem äußeren beweglichen Rohr verbunden, das andere Ende ist am inneren, positionsfesten Rohr abgestützt und befindet sich benachbart zum Läufer. Auch bei dieser Erfindungsausgestaltung, ebenso aus der vorstehend beschriebenen vierten Alternative, ergibt sich die Gesamtkraft wiederum aus der Summe der Federkraft und der Motorkraft, nachdem das Federelement mit einem Ende positionsfest angeordnet ist.
Allen Ausgestaltungen gemein ist, dass die Bremseinrichtung bevorzugt manuell unterdrückbar ist. Dies ist zweckmäßig, als die Möglichkeit für den Anwender gegeben sein muss, die Heckklappe bei Bedarf auch manuell, also ohne Aktion des Linearmotors öffnen und insbesondere schließen zu können. Die Bremseinrichtung ist dabei derart ausgelegt, dass sie von Hand mit einer Kraft von ca. 50 - 100 N überdrückt werden kann. Die Bremseinrichtung, also beispielsweise eine Reibungs- oder Klemmbremse, bleibt dabei natürlich geschlossen, das heißt, dass der Reib- oder Klemmschluss nach wie vor gegeben ist, jedoch manuell überdrückt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:

1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Linearaktuators einer ersten Ausführungsform in zwei Betriebsstellungen,
2 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Linearaktuators einer zweiten Ausführungsform in zwei Betriebsstellungen,
3 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Linearaktuators einer dritten Ausführungsform in zwei Betriebsstellungen,
4 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Linearaktuators einer vierten Ausführungsform in zwei Betriebsstellungen, und
5 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Linearaktuators einer fünften Ausführungsform in zwei Betriebsstellungen.

1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Linearaktuators 1, umfassend ein äußeres Rohr 2 und ein teleskopisch in diesem geführtes inneres Rohr 3. Im inneren Rohr 3 ist ein Federelement 4 in Form einer Schraubenfeder angeordnet. Über dieses Federelement 4 sind die beiden Rohre 2, 3, die einerseits über den Anbindungspunkt 5 beispielsweise an der Karosserie eines Kraftfahrzeugs und über den Anbindungspunkt 6 an einer Heckklappe des Kraftfahrzeugs angebunden sind, miteinander gekoppelt respektive gegeneinander verspannt. Der Anbindungspunkt 5 und damit das mit ihm verbundene äußere Rohr 2 ist bei dieser Ausgestaltung positionsfest, während das innere Rohr 3 beweglich ist.
Zur teleskopischen Verschiebung der beiden Rohre 2, 3 relativ zueinander ist erfindungsgemäß ein Linearmotor 7 vorgesehen, umfassend einen, relativ gesehen positionsfesten Stator 8 sowie einen auf diesen laufenden Läufer 9. Der Stator 8 ist einerseits mit dem äußeren Rohr 2 verbunden, das heißt, dass der stangenförmige Stator positionsfest ist. Andererseits ist er mit einem Federteller 10 verbunden, an den das Federelement 4 abgestützt ist, das heißt, dass das Federelement 4 mit diesem Ende ebenfalls positionsfest ist. Zur Steuerung des Betriebs des Linearmotors ist eine Steuerungseinrichtung 11 vorgesehen, die die Bestromung des Linearmotors 7 respektive des Stators 8 zum Aufbau des magnetischen Wechselfelds ansteuert.
Wie in 1 in der oberen Teilansicht zeigt, ist in der dortigen Betriebsstellung das innere Rohr 3 in das äußere Rohr 2 eingefahren, das Federelement 4 ist hierbei komprimiert, es baut also eine Rückstellkraft auf.
Soll nun ausgehend von dieser der Schließstellung der Heckklappe entsprechenden Aktuatorposition die Heckklappe automatisch geöffnet werden, so wird über die Steuerungseinrichtung 11 der Linearmotor 7 bestromt, der Läufer verfährt längs des hier relativ kurzen Stators 10 und schiebt dabei, da der Läufer 9 mit dem inneren Rohr verbunden ist, das innere Rohr 3 aus dem äußeren Rohr 2 heraus. Diese Ausschiebebewegung wird durch das sich entspannende Federelement 4 unterstützt. Die Heckklappe wird automatisch geöffnet. Die Auslegung ist dabei derart, dass die Federkraft des Federelements 4 näherungsweise der Gewichtskraft der Heckklappe entspricht, so dass zum Aufstellen der Heckklappe nur eine relativ geringe Leistung des Linearmotors 7 erforderlich ist.
Zum Absenken wird der Linearmotor 7 in die andere Richtung angesteuert, so dass der längs des Stators 8 zurückgeführte Läufer 9 das innere Rohr wieder in das äußere Rohr einzieht, wobei gleichzeitig das Federelement 4 unter Aufbau der Rückstellkraft wieder komprimiert wird, unterstützt durch das Gewicht der Heckklappe.
Vorgesehen ist des Weiteren eine Bremseinrichtung 12, die hier ebenfalls positionsfest ist und beispielsweise auf das innere bewegliche Rohr 3 wirkt. Bei dieser kann es sich beispielsweise um eine Klemmeinrichtung oder Reibeinrichtung handeln, die die jeweilige Endposition, die die beiden Rohre 2, 3 zueinander einnehmen, feststellt. Bevorzugt handelt es sich um eine schaltbare Bremseinrichtung 12, die ebenfalls über die Steuerungseinrichtung 11 angesteuert wird, und zwar derart, dass sie beispielsweise zu bestromen ist, um aus der Bremsstellung gebracht zu werden, und die bei fehlender Ansteuerung automatisch in die Bremsstellung übergeht. Dies ermöglicht es, dass die Ansteuerung respektive Bestromung des Linearmotors 7 und der Bremseinrichtung 12 synchron erfolgen kann. Das heißt, dass die Bremseinrichtung im unbestromten Zustand, wenn also auch der Linearmotor 7 nicht bestromt wird, geschlossen ist, mithin also in der Bremsstellung ist, während die Bremseinrichtung 12 geöffnet wird, also in die Freigabestellung geschaltet wird, wenn auch der Linearmotor bestromt wird. Ersichtlich ist hier eine Reihenschaltung des Federelements 4 mit dem Linearmotor 7 respektive dem Läufer 9 vorgesehen. Eingezeichnet ist auch der Kraftfluss. Mit F_F ist die Federkraft dargestellt, mit F_M ist die Motorkraft dargestellt. Aufgrund der hier gezeigten Ausgestaltung ergibt sich die Gesamtkraft aus der Summe der beiden Kräfte.
2 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines Linearaktuators 1, wobei soweit möglich für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Der Linearaktuator 1 umfasst auch hier ein positionsfestes Rohr 2, das hier jedoch das innere Rohr ist, sowie ein bewegliches Rohr 3, das hier das äußere Rohr ist, auf. Im äußeren Rohr 3 ist wiederum ein Federelement 4 in Form einer Schraubenfeder angeordnet. Das positionsfeste Rohr 2 ist auch hier über den Anbindungspunkt 5 positionsfest abgestützt, beispielsweise an der Karosserie, während das äußere Rohr 3 über den Anbindungspunkt 6 beispielsweise mit der Heckklappe verbunden ist.
Auch hier ist ein Linearmotor 7 umfassend einen länglichen, stangenförmigen Stator 8 vorgesehen, wobei der Stator 8 hier sehr lang ist, er ist mit dem in 2 links gezeigten Ende am Ende des Rohres 3 befestigt. Vorgesehen ist ferner ein Läufer 9, der, anders als bei 1, hier positionsfest ist, er ist mit dem positionsfesten Rohr 2 verbunden. Das heißt, dass bei dieser Ausgestaltung der Stator 8 axial verschoben wird, um die Rohrverstellung vorzunehmen.
Das Federelement 4 ist mit einem Ende, dem linken Ende, am beweglichen Rohr 3 abgestützt, mit dem anderen Ende ist es an einer Bremseinrichtung 12 angeordnet, die, wie auch der Linearmotor 7, über die gemeinsame Steuerungseinrichtung 11 in der bereits zu 1 beschriebenen Weise angesteuert wird. Die Bremseinrichtung 12 ist ebenfalls positionsfest, sie ist hier dem Rohr 2 nachgeschaltet bzw. an diesem angeordnet, ebenso dem Läufer 9.
Zur Rohrverstellung wird hier über den Linearmotor 7 respektive den Läufer 9 der bewegliche Stator 8 ausgeschoben, ausgehend von der in 1 oben gezeigten Einfahrstellung, in der das Federelement 4 komprimiert ist. Die Ausfahrbewegung wird durch das sich entspannende Federelement 4 unterstützt. In umgekehrter Weise erfolgt das Einziehen, der Stator 8 wird dann in die entgegengesetzte Richtung unter erneuter Komprimierung des Federelements 4 bewegt.
Ebenfalls eingezeichnet sind die beiden Kräfte, nämlich F_F für die Federkraft und F_M für die Motorkraft. Da das Federelement 4 auch hier mit einem Ende positionsfest abgestützt ist, ergibt sich auch hier eine aus der Summe der beiden Kräfte resultierende Gesamtkraft.
Anders als bei der Ausgestaltung gemäß 1 ist hier keine Bewegung der Motorverkabelung respektive der Bremseinrichtungsverkabelung erforderlich, nachdem der Läufer, der üblicherweise zu bestromen ist, um das Wechselfeld aufzubauen, hier positionsfest ist, ebenso die Bremseinrichtung. Dafür ist bei dieser Ausgestaltung ein längerer Stator 8 erforderlich, verglichen mit der Ausgestaltung gemäß 1.
3 zeigt eine Ausgestaltung eines Linearaktuators 1, die der aus 2 ähnlich ist. Auch hier kommt ein positionsfestes inneres Rohr 2, das über den Anbindungspunkt 5 positionsfest an der Karosserie abgestützt ist, sowie ein bewegliches äußeres Rohr 3, das über den Anbindungspunkt 6 mit der beweglichen Heckklappe verbunden ist, zum Einsatz. Im beweglichen äußeren Rohr 3 ist wiederum das Federelement 4 in Form einer Schraubenfeder angeordnet. Der Linearmotor 7 mit dem auch hier länglichen, stangenförmigen und beweglichen Stator 8 und dem positionsfesten, am inneren Rohr 2 befestigten Läufer 9 dient auch hier der Rohrverschiebung, die Bremseinrichtung 12 der Rohrfeststellung in der eingestellten Position. Die Ansteuerung erfolgt auch hier wiederum über eine gemeinsame Steuerungseinrichtung 11.
Das Federelement 4 ist hier an einem Federteller 13, der mit dem beweglichen, auch hier relativ kurzen Stator 8 verbunden ist, mit seinem rechten Ende abgestützt, das linke Ende ist am beweglichen Rohr 3 abgestützt.
Zum Betrieb wird auch hier der Läufer 9 entsprechend bestromt, so dass zum Ausfahren der Stator 8 linear verschoben wird und mit ihm das Rohr 3 ausgefahren wird. Da das Federelement 4 jedoch mit beiden Enden mit einem beweglichen Element, im einen Fall dem Rohr 3, im anderen Fall dem Federteller 13 gekoppelt ist, erfolgt hier keine Geometrieänderung des Federelements 4, dieses stützt mit seiner Federkraft, die mit der Gewichtskraft der Heckklappe nahezu ausgeglichen ist, lediglich die Gewichtsklappe ab, sie unterstützt jedoch nicht die zum Öffnen wirkende Gesamtkraft. Diese ist letztlich allein vom Motor aufzubringen. Das heißt, dass die einzelnen Kräfte F_F und F_M einander nicht summarisch zur Gesamtkraft ergänzen, vielmehr ist die wirkende Gesamtkraft F_F = F_M .
Auch hier ist, nachdem ersichtlich das Federelement 4 dem Läufer 9 respektive dem Linearmotor 7 axial nachgeschaltet ist, eine Reihenschaltung von Federelement 4 und Linearmotor 7 gegeben.
4 zeigt eine Ausgestaltung eines Linearaktuators 1 mit einem positionsfesten, inneren Rohr 2, das über den Anbindungspunkt 5 positionsfest an der Karosserie abgestützt ist, sowie einem äußeren beweglichen Rohr 3, das über den Anbindungspunkt 6 an der Heckklappe angebunden ist. Das Federelement 4 ist auch hier im beweglichen Rohr 3 angeordnet und mit einem Ende mit dem Rohr 3 verbunden, mit dem anderen Ende ist es an der hier ebenfalls positionsfesten Bremseinrichtung 12 abgestützt, die am positionsfesten Rohr 2 befestigt ist.
Der Linearmotor 7 umfasst auch hier einen langen, stangenförmigen Stator 8, der bei dieser Ausgestaltung beweglich ist und sich bis zum Ende des Rohres 3, wo er befestigt ist, erstreckt. Der Läufer 9 ist positionsfest am Rohr 2 angeordnet, er greift jedoch abschnittsweise in die hier einen deutlich größeren Durchmesser aufweisenden Schraubenfeder ein, diese umgreift ihn also.
Zum Betrieb wird auch hier der Läufer 9 entsprechend angesteuert, er schiebt den Stator 8 heraus und mit ihm wird das äußere Rohr 3 relativ zum positionsfesten Rohr 2 verschoben. Diese Verschiebebewegung wird wiederum über das Federelement 4 unterstützt, das sich hierbei entspannt, so dass auch hier wiederum die Gesamtkraft aus der Summe von Federkraft F_F und Motorkraft F_M gebildet ist.
Aufgrund der zumindest teilweisen Integration des Läufers 9 in das Federelement 4 ist hier eine Parallelschaltung von Federelement 4 und Linearmotor 7 respektive Läufer 9 gegeben. Da auch hier, wie auch bei der Ausgestaltung gemäß den 2 und 3, der Läufer positionsfest ist und der Läufer zum Ansteuern des Linearmotors 7 zu bestromen ist, ist auch hier zwangsläufig die Motorverkabelung nicht zu bewegen.
Eine fünfte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Linearaktuators 1 zeigt schließlich 5, wiederum mit einem positionsfesten inneren Rohr und einem beweglichen äußeren Rohr 3, die über die Anbindungspunkte 5, 6 entsprechend karosserieseitig respektive heckklappenseitig befestigt sind. Der Linearmotor 7 umfasst auch hier einen länglichen, stangenförmigen Stator 8, der sehr lang ist und sich bis zum Ende des Rohres 3 erstreckt. Der Läufer 9 ist positionsfest mit dem Rohr 2 verbunden, ebenso wie die Bremseinrichtung 12, wobei Läufer 9 und Bremseinrichtung 12 auch hier wiederum über die gemeinsame Steuerungseinrichtung 11 angesteuert werden.
Wie 5 deutlich zeigt, sind das Federelement 4, das mit einem Ende mit dem Rohr 3 und mit dem anderen Ende mit dem Rohr 2 verbunden ist, und der Läufer 9 seitlich versetzt zueinander angeordnet, das heißt, dass sich auch hier eine Parallelschaltung von Federelement 4 und Linearmotor 7 respektive Läufer 9 ergibt.
Da auch hier das Federelement 4 beim Ausfahren des Rohres 3 respektive des Stators 8 sich entspannt und sich demzufolge die Aufstellbewegung unterstützt, ist die Gesamtkraft als Summe der Federkraft F_F und der Motorkraft F_M gegeben. Bei dieser Ausgestaltung ist infolge der Anordnung von Federelement 4 und Linearmotor 7 respektive Stator 8 nebeneinander ein ebenfalls relativ großer radialer Bauraum gegeben.
Abschließend ist festzuhalten, dass jede der Bremseinrichtungen 12 manuell überdrückt werden kann, beispielsweise mit einer Kraft von 50 - 100 N, um es dem Anwender zu ermöglichen, bei Bedarf die Heckklappe auch manuell zu öffnen oder zu schließen.
Bezugszeichenliste

1: Linearaktuator
2: äußere Rohr
3: innere Rohr
4: Federelement
5: Anwendungspunkt
6: Anwendungspunkt
7: Linearmotor
8: Stator
9: Läufer
10: Federteller
11: Steuerungseinrichtung
12: Bremseinrichtung
13: Federteller

Claims

Linearaktuator umfassend zwei teleskopisch in- und auseinander bewegbare Rohre (2, 3), die über ein im einen Rohr (3) angeordnetes Federelement (4) miteinander gekoppelt sind, sowie einen Stellmotor (7), über den die beiden Rohre (2, 3) gegeneinander verschiebbar sind, sowie eine die beiden Rohre (2, 3) in der jeweiligen Relativposition zueinander festlegende Bremseinrichtung (12), dadurch gekennzeichnet, dass • der Stellmotor ein Linearmotor (7) umfassend einen stangenförmigen Stator (8) und einen auf diesem angeordneten Läufer (9) ist, wobei • der Läufer und der Stator relativ zueinander bewegbar sind, wobei • der Stator (8) mit dem einen Rohr (2) und der Läufer (9) mit dem anderen Rohr (3) gekoppelt ist, und wobei • das Federelement (4) entweder in Reihe mit dem Läufer (9) oder parallel zum Läufer (9) geschaltet ist und • der Läufer (9) mit dem positionsfesten Rohr (2) und der Stator (8) mit dem beweglichen Rohr (3) gekoppelt ist, wobei • das in Reihe mit dem Läufer (9) geschaltete Federelement (4) einerseits am beweglichen Rohr (3) und andererseits am positionsfesten Rohr (2) oder der mit dem positionsfesten Rohr (2) verbundenen Bremseinrichtung (12), die auf den beweglichen stangenförmigen Stator (8) oder das bewegliche Rohr (3) wirkt, abgestützt ist.
Linearaktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (9) mit dem beweglichen Rohr (3) und der Stator (2) mit dem positionsfesten Rohr (2) gekoppelt ist, wobei das in Reihe mit dem Läufer (9) geschaltete Federelement (4) einerseits am beweglichen Rohr (3) und andererseits am Stator (8) abgestützt ist.
Linearaktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (9) mit dem positionsfesten Rohr (2) und der Stator (8) mit dem beweglichen Rohr (3) gekoppelt ist, wobei das in Reihe mit dem Läufer (9) geschaltete Federelement (4) einerseits am beweglichen Rohr (3) und andererseits am Stator (8) oder einem an diesem befestigten Federteller (13) abgestützt ist.
Linearaktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (9) mit dem positionsfesten Rohr (2) und der Stator (8) mit dem beweglichen Rohr (3) gekoppelt ist, wobei das parallel zum Läufer (9) geschaltete Federelement (4) einerseits am beweglichen Rohr (3) und andererseits mit dem läufernahen Ende am positionsfesten Rohr (2) oder einer mit diesem verbundenen, auf den stangenförmigen Stator (8) wirkenden Bremseinrichtung (12) abgestützt ist, wobei der Läufer (9) in das als Schraubenfeder (4) ausgeführte Federelement (4) axial eingreift.
Linearaktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (9) mit dem positionsfesten Rohr (2) und der Stator (8) mit dem beweglichen Rohr (3) gekoppelt ist, wobei das parallel zum Läufer (9) geschaltete Federelement (4) einerseits am beweglichen Rohr (3) und andererseits mit seinem läufernahen Ende am positionsfesten Rohr (2) abgestützt ist, wobei das läufernahe Ende des Federelements (4) seitlich benachbart zum Läufer (9) am positionsfesten Rohr (2) anliegt.
Linearaktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (12) manuell überdrückbar ist.
Linearaktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (12) schaltbar ist, wozu eine Steuerungseinrichtung (11) vorgesehen ist, die auch den Betrieb des Linearmotors (7) steuert.
Linearaktuator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (12) und der Linearaktuator (7) synchron ansteuerbar sin.