JP5672570B2 - ピストン・シリンダユニット - Google Patents

Description

本発明は、中心長手方向軸と、第１の端部と、流体で満たされたシリンダと、シリンダの中に摺動自在に配置されると共にシリンダを第１の端部から遠い第１の動作室と第１の端部に近い第２の動作室とに区分するピストンと、該ピストンに配置されると共に第１の動作室を突き抜けて中心長手方向軸に対して同心で第１の端部と向き合った第２の端部においてガイド／シール装置により封止された形でシリンダから外へ通じているピストンロッドと、ピストン・シリンダユニットの内圧を直接的又は間接的に検出するセンサ装置と、を備えたピストン・シリンダユニットに関する。

従来のピストン・シリンダユニットとしては、例えば特許文献１〜５に開示されているものがある。

独国特許発明第１０１２２２９７号明細書 独国特許発明第３７０８９８９号明細書 独国特許出願公開第１０２４７８６９号明細書 欧州特許公開第０５５９６３４号明細書 国際公開第２００７／０４２４９９号

本発明の課題は、ピストン・シリンダユニットの内圧を求め、過大な圧力損失を表示することにある。

この課題は、本発明によって、請求項１に記載の特徴により解決される。

特別な形態では、ピストン・シリンダユニットの中にセンサ装置が配置される。これにより、該装置は汚れから守られる。

あるいは代わりに、センサ装置は、ピストン・シリンダユニットの外に配置される。これにより、ピストン・シリンダユニットのために標準構造部品が使用可能である。

本発明によれば、ピストン・シリンダユニットは、第１の端部において密閉エレメントにより気密密閉されており、センサ装置は、その密閉エレメントの、ピストンに面した側に配置されている。これにより組み立てが容易となる。

密閉エレメントがセンサハウジングを形成するか、センサ装置の全部の構造部品が密閉エレメントの中に埋め込まれていて、センサ装置からの少なくとも１つの線路が密閉エレメントにより気密で制御装置へと通される時、有利な形態となる。

一実施例では、センサ装置がシリンダの側方に配置されている。これにより、軸方向の構造長さを短小にする点で有利となる。

特別な形態では、センサ装置がＲＦＩＤエレメントを含み、キャップ状の外部読み取りモジュールがピストン・シリンダユニットの第１の端部に嵌着されており、この第１の端部がまた少なくとも１つの線路により制御装置と接続されている。

あるいは代わりに、センサ装置がピストン上に配置されており、少なくとも１つの線路がボア穴を介してピストンロッドの中に外向きに通されている。

フリーピストンがシールリングを使って第２の動作室を、ピストンに近い第１の部分室とピストンから遠い第２の部分室とに分割し、その第２の部分室の中に収納されたばねエレメントをフリーピストンと密閉された第１の端部の間に配置することにより、確実かつ精確なセンサ機能が実現できる。ここでは、シリンダに設けられた１つ以上の窪みを使ってフリーピストンのストロークをその摺動方向において制限し、センサ装置をその窪みの近くに配置する。

有利な形態では、センサ装置がホールセンサ又はリードセンサを含む。

更なる形態では、磁石を使ってホールセンサにプリテンションが付与され、フリーピストンが強磁性材料から作られている。

あるいは代わりに、センサ装置はコイルを含み、このコイルが振動回路の一部であり、その他の構造部品が制御装置の中に収納されている。

あるいは代わりに、センサ装置はキャパシタを含んでよく、このキャパシタが振動回路の一部であり、その他の構造部品が制御装置の中に収納されている。

本発明の代替の一形態では、センサ装置が磁気シートフォイルセンサの形の距離センサを含み、フリーピストンが磁石として形成されている。

更なる有利な形態では、センサ装置が１つの一次コイルと少なくとも１つの二次コイルを含み、この一次コイルと二次コイルが変圧器として働かされる。

本発明の代替の一形態では、センサ装置が導電性接触エレメントを含み、ピストンロッドに１つの電気接続片が、また、シリンダに１つの電気接続片が配置されており、ピストンロッドとシリンダが、電気絶縁されたピストンとシール／ガイド装置を介して互いに非導電結合しており、フリーピストンには、このフリーピストンをシリンダと導電結合させるループ接点が設けられている。

更なる有利な形態では、センサ装置がピストンロッド又はピストンに取り付けられており、超音波センサ、マイクロスイッチ又はレーザセンサを含む。

あるいは代わりに、センサ装置はフリーピストンに配置されており、少なくとも１つの線路が、フリーピストンとその背後に位置する第２の部分室とシリンダを経由してピストン・シリンダユニットから制御装置へと通されている。

本発明の代替の一形態では、センサ装置が、常にシリンダの外に留まるピストンロッド部域の中に収納されている。

本発明の更なる形態では、ピストン・シリンダユニットが軸方向において摺動自在にオーバパイプの中に配置されており、第１の接続エレメントがオーバパイプの中にあって、中心縦線に対して横向きに配置されたピンと結合しており、このピンがオーバパイプの中で２つの深穴を突き抜けている。

更なる一形態では、オーバパイプのピンの、ピストン・シリンダユニットとは反対側にばねエレメントが配置されており、これがピンに支えられながら、通常運転時にピストン・シリンダユニットのスラスト力より小さい力をピンに加える。

特別な形態では、センサ装置が、深穴の１つの、底部から離れた端部の近くに配置されており、少なくとも１つの線路を介して制御装置と結合している。

本発明の第１の実施例である。 本発明の第２の実施例である。 本発明の第３の実施例である。 本発明の第４の実施例である。 本発明の第５の実施例である。 本発明の第６の実施例である。 本発明の第７の実施例である。 本発明の第８の実施例である。 本発明の第９の実施例である。 本発明の第１０の実施例である。 本発明の第１１の実施例である。 本発明の第１２の実施例である。 本発明の第１３の実施例である。 本発明の第１４の実施例である。

以下、本発明の実施例を図面に則して詳細に説明する。

図１は、ここに例示的にガスストラットとして描かれた、シリンダ２の第１の端部３が密閉エレメント４により気密密閉された状態のピストン・シリンダユニット１の縦断面を示す。密閉エレメント４の外にある正面側には、中心長手方向軸Ａに対して同心でねじ付きピボットの形の第１の接続具５が配置されている。シリンダ２の、第１の接続具５と向き合った第２の端部６にシール／ガイド装置７が配置されており、これにより、中心長手方向軸Ａに対して同心でピストンロッド８が封止され、軸方向に移動できるように外向きに案内される。ここで、ピストンロッド８の外へ突き出ている端部には、第２の接続具９が設けられている。接続具５及び９には、ジョイントアイ又はボールカップ（不図示）が取り付けられており、これらにより一方で定置構造部分（不図示）、例えば車体に、他方で定置構造部分に対し相対的に旋回可能な旋回部分、例えばトランクリッド又はエンジンフードに、ピストン・シリンダユニット１を固定することができる。

ピストンロッド８の、第２の接続具９と向き合った端部には、シールリング１０を具備し、ピストンロッド側の第１の動作室１１と、ピストンロッドから遠い第２の動作室１２と、にシリンダ２を分割するピストン１３が配置されている。ここではピストン１３は概略的にしか描かれておらず、流体、好ましくは圧力下にある窒素の形の気体を第１の動作室１１から第２の動作室１２に、又はその逆の方向に通流できるようにする連通路を備えてよい。図面に描かれていないが、少なくとも１つの更なる連通路を、シリンダ２の中を軸方向に走る溝によって準備することができる。

密閉エレメント４の、ピストン１３に面した側にはセンサ装置１４が配置されており、これは、例えば圧力センサ、ひずみゲージ又はフォースセンサを含む。密閉エレメント４はここで、軸方向においてストローク長が失われないよう、自らセンサハウジングを形成するように、または全部の構造部品が密閉エレメントの中に埋め込まれるように形成されていてよい。少なくとも１つの線路１５が、センサ装置１４から気密で密閉エレメント４を経由して制御装置１６、例えば自動車の制御モジュールへと通される。

密閉エレメント４には雄ねじ（不図示）が設けられており、これが、シリンダ２の第１の端部３に形成された雌ねじ（不図示）にねじ込まれている。第１の端部３は、密封装置１７により気密密閉される。

しかしながら、他の適当な手段、例えば溶接を用いて、又は、１つの周方向溝又はシリンダ２の周方向に配置された複数の窪みを用いて、又は、折り曲げによって、密閉エレメント４が第１の端部３に締着されるものであってもよい。

ピストン・シリンダユニットが流体で満たされると、センサ１４はシリンダ２内部の充填圧を測定する。センサ装置１４は、一方で線路１５を介してエネルギ供給を受け、他方で、充填圧の測定値を車両の制御装置１６に転送する働きをする。充填圧は制御装置を介して随時視覚化できる形で出力することができる。充填圧が所与の閾値を下回ると、警告表示器がエラーメッセージを発出できる。エラーメッセージは例えば光学信号であっても音響信号であってもよい。

図２から分かる通り、センサ装置１４は、ピストン・シリンダユニット１のシリンダ２の側方に配置されていてもよい。第１の端部を折り曲げ、接続エレメント５を溶接することにより、シリンダ２は気密密閉される。

ピストン・シリンダユニットの充填圧を測定する本発明の更なる一実施形態を図３に示す。シリンダ２の中に、充填圧を測定するセンサ装置１４が収納される。供給エネルギと測定値は、いわゆるＲＦＩＤエレメント１８を使って伝達される。これは、線路をシリンダ２の中に通し、封止する必要がない点で有利である。シリンダ２の素材は、好ましくは常磁性材料であり、例えばアルミニウムである。ピストン・シリンダユニット１の第１の端部３にキャップ状の外部読み取りモジュール１９が嵌着してあってよく、ピストン・シリンダユニットはまた少なくとも１つの線路１５を介して制御装置１６と結合されていてよい。

図４に描かれたピストン・シリンダユニット１の実施形態では、センサ装置１４がピストン１３に締着され、シリンダ２内部の充填圧を測定する。少なくとも１つの線路１５が、ピストンロッド８のボア穴２０を介して外向きに通される。線路１５は、動作室１１及び１２の気体損失を回避するために気密封止されなければならない。

図５に描かれた実施形態では、ピストン・シリンダユニット１の充填圧がフリーピストン２１を使って間接的に感知される。センサ装置１４として、例えば位置センサが使用できる。これは、例えばホールセンサ又はリードセンサないしは磁気スイッチであってよい。フリーピストン２１は、シールリング２２を使って第２の動作室１２を、ピストン１３に近い第１の部分室１２ａとピストン１３から遠い第２の部分室１２ｂとに分割する。

第２の部分室１２ｂの中に収納されたばねエレメント２３が、フリーピストン２１により圧力管の中に嵌め込まれ、ばねエレメントは閉じられた第１の端部３で支えられる。充填圧不足の場合、フリーピストン２１のストロークは、シリンダ２に設けられた１つ以上の窪み２４（当業者がビード又はキャッチと呼ぶ）を使って当該位置までに制限される。ピストン１３またはピストンロッド８のストローク範囲は、当該位置の手前で終わる。

第２の部分室１２ｂの内部を例えば大気圧が支配する時、ピストン・シリンダユニットに流体をその公称値まで満たすと、フリーピストン２１は、その充填圧ゆえにばねエレメント２３に抗して共に摺動させられる。窪み２４には、フリーピストン２１の位置の検出を可能にするセンサ装置１４が取り付けられている。センサ装置１４は、例えばホールセンサ又はリードセンサとして形成されていてよい。磁石を使ってホールセンサにプリテンションを付与する時は、フリーピストン２１を強磁性材料から作ることができる。

充填圧が所与の閾値を下回ると、ばねエレメント２３のばね力が、フリーピストン２１をピストン１３の方向に窪み２４の位置まで押しやる。これにより、プリテンションを付与されたホールセンサの磁界は、フリーピストン２１の強磁性体を迂回してフリーピストン２１の先まで導かれ、センサ装置１４が充填圧不足の警報を発する。磁石を使ってホールセンサにプリテンションを付与することをしない場合は、フリーピストン２１を磁石として形作らなければならない。センサ装置１４は、他の磁気センサ、例えばリードスイッチを含んでよい。センサ装置１４の機能を保証するために、シリンダ２を常磁性材料から作らなければならない。

ばねエレメントが例えば１つのコイル圧力ばね、１つ以上の板ばね、又は、気体で満たされた小袋であってよく、又は、部分室１２ｂが圧力下の気体で満たしてあってもよい。

図６に示したピストン・シリンダユニット１の実施形態の構造と機能は、図５に示した実施形態に実質的に相当するが、ここではセンサ装置１４がコイルを含む。コイルは振動回路の一部であり、その他の構造部品が制御装置１６の中に収納されている。動作室１１及び１２の内圧が低下することによりフリーピストン２１がコイルに入り込むと、コイルは、芯が強磁性体であるので、そのインダクタンスが変化する。この変化は、振動回路を介して例えば周波数の変化として検出できる。ここから、ピストン・シリンダユニットの充填圧について発信することが可能である。

図７に示したピストン・シリンダユニット１の実施形態の構造と機能も、図５に示した実施形態に実質的に相当するが、ここではセンサ装置１４がコンデンサを含む。コンデンサ内部のフリーピストン２１の位置に基づいてコンデンサの容量は変化する。図６の実施形態に相似して、振動回路を介しての周波数変化から充填圧について評価を下すことができる。

図８に示した実施形態は、図５に示した実施形態に実質的に相当する。但し、センサ装置１４は磁気シートフォイルセンサの形の距離センサを含み、フリーピストン２１は磁石として形作られている。距離センサは、フリーピストン２１の位置の検出を可能にする。これにより、ピストン・シリンダユニットの充填圧を間接的に求めることが可能である。フリーピストン２１が窪み２４に近づけば近づくほど、ピストン・シリンダユニット１の充填圧は低い。距離認識の機能を確実にするため、シリンダ２は常磁性材料から作られている。

あるいはその代わりとして現れるのが、図９に描かれた本発明の実施形態である。センサ装置１４は、ここでは１つの一次コイル１４ａと少なくとも１つの二次コイル１４ｂを含む。しかしながら、好ましくは、より精確な測定結果を得るために複数の二次コイル１４ｂを配し、直列に接続する。一次コイルと二次コイルは、交流電圧又は電圧パルスなどを使って働かされる。強磁性材料からなるフリーピストン２１が磁界内を摺動すると、変圧器の伝送比は一次コイル１４ａから二次コイル１４ｂまでの間で変化する。これにより二次コイル１４ｂ内で誘導電圧が変化する。そこでなお二次コイル１４ｂ同士の間に電圧差を生じさせると、フリーピストンの位置の極めて精確な測定が可能である。これで、ピストン・シリンダユニット１の充填圧について的確に発信できるようになる。

図１０は、本発明の更なる一実施例として、ピストンロッド８に１つの電気接続片２５が、シリンダ２に１つの電気接続片２６が配置された実施形態を示す。ピストンロッド８とシリンダ２は、電気絶縁されたピストン１３とシール／ガイド装置７を介して互いに非導電結合している。フリーピストン２１のシールリング２２は、内部にばねエレメント２３がある第２の部分室１２ｂを第１の部分室１２ａに対して気密封止する働きをする。フリーピストン２１には、このフリーピストン２１をシリンダ２と導電結合させるループ接点２７が設けられている。

ピストン・シリンダユニット１の充填圧により、フリーピストン２１はピストン１３のストローク範囲から出ていく。ピストン・シリンダユニットの充填圧が所与の公称値より下に下がると、フリーピストン２１はピストンロッド８の方向に移動する。次に、フリーピストン２１がピストン１３のストローク範囲内に入ると、ピストンロッド８は、ループ接点２７を付けたフリーピストン２１を介してシリンダ２と導電結合する。これは、ピストンロッドと結合した別個の接点２８を介して実現できる。検出は、フリーピストン２１が接点２８と接触することによって行われる。その際、スイッチング動作は、ピストンロッド８とフリーピストン２１とループ接点２７とシリンダ２の間の導電結合による電気接触を通して実行される。

検出は、しかしながら、例えばリベット頭又はナットを使ってピストン１３をピストンロッド８に締着させれば、ピストン１３を越えて突き出るピストンロッド８を使っても実行できる。

図１１に描かれた本発明の実施形態では、センサ装置１４がピストンロッド８又はピストン１３に取り付けられている。センサ装置１４は、例えば超音波センサ、マイクロスイッチ又はレーザセンサを含んでよい。測定は、ピストン１３とフリーピストン２１の間に最小距離が保たれるように行われるものとする。すなわち、ピストン・シリンダユニット１が自らの圧力を失うと、フリーピストン２１が窪み２４の位置まで出ていく。ピストン・シリンダユニット１が完全に引き入れられた時だけ、エラーメッセージが発出される。その時、マイクロスイッチがフリーピストン２１により働かされる。センサ装置１４の電気信号は、線路１５を介して外へと通され、制御装置１６に送られる。

同じようにして、図１２に描かれた実施形態は機能する。但し、センサ装置１４はフリーピストン２１に配置されており、ここで、少なくとも１つの線路１５は、フリーピストン２１とその背後に位置する部分室１２ｂとシリンダ２を経由してピストン・シリンダユニット１から制御装置１６へと通される。

図１３の実施形態では、センサ装置１４は、ピストンロッド８の、常にシリンダの外に留まる範囲内に収納されている。これは、ピストン・シリンダユニット１のスラスト力を求める働きをする。ピストンロッド８の幾何形状と測定されたスラスト力を介して、ピストン・シリンダユニット１の充填圧を求めることができる。センサ装置１４を制御するデータとエネルギの供給は、線路１５を介して行われる。センサ装置１４は、例えばフォースセンサ又はワイヤ式ひずみゲージ形センサを含んでよい。

図１４では、ピストン・シリンダユニット１はオーバパイプ２９の中に摺動自在に配置されている。ここで、第１の接続エレメント５がオーバパイプ２９の中にあり、中心長手方向軸Ａに対して横向きに配置されたピン３０と結合している。ピン３０は、オーバパイプ２９の２つの深穴３１の中を延び、これにより、オーバパイプ２９は回転不動でピストン・シリンダユニット１と結合している。オーバパイプ２９に相対するピストン・シリンダユニット１の軸方向運動は、深穴３１の長さにより決定される。ピン３０の、ピストン・シリンダユニット１と反対側にばねエレメント３２が配置されており、これがオーバパイプ２９の底部３３に支えられながら、ピストン・シリンダユニット１のスラスト力より小さい力をピン３０に加える。底部３３には、ジョイントアイの形の第３の接続エレメント３４が形作られている。しかしながら、図から分かる通り、底部３３にはねじ付きピボットが形作ってあってよく、その上にボールカップ、ジョイントアイ又は他の適当な結合構造部品が配置してあってよい。

ピストン・シリンダユニット１の内圧が所定の値を下回ると、ばねエレメント３２は、ピンをセンサ装置１４の位置まで、又はその付近まで押しやってしまう。センサ装置の方は、深穴３１の１つの、底部３３から離れた端部の近くに配置されており、少なくとも１つの線路１５を介して制御装置１６と結合している。制御装置１６は、これでエラーメッセージを発出することができる。センサ装置１４は、先に述べたエレメント、例えばワイヤ式ひずみゲージ形センサ、フォースセンサ、ホールセンサ、マイクロスイッチなどを含んでよい。

１ ピストン・シリンダユニット
２ シリンダ
３ 第１の端部
４ 密閉エレメント
５ 第１の接続エレメント
６ 第２の端部
７ シール／ガイド装置
８ ピストンロッド
９ 第２の接続エレメント
１０ シールリング
１１ 第１の動作室
１２ 第２の動作室
１２ａ 第１の部分室
１２ｂ 第２の部分室
１３ ピストン
１４ センサ装置
１４ａ 一次コイル
１４ｂ 二次コイル
１５ 線路
１６ 制御装置
１７ 密封装置
１８ ＲＦＩＤエレメント
１９ 外部読み取りモジュール
２０ ボア穴
２１ フリーピストン
２２ シールリング
２３ ばねエレメント
２４ 窪み
２５ 電気接続片
２６ 電気接続片
２７ ループ接点
２８ 接点
２９ オーバパイプ
３０ ピン
３１ 深穴
３２ ばねエレメント
３３ 底部
Ａ 中心長手方向軸

Claims (3)

1. ピストン・シリンダユニット（１）であって、
   中心長手方向軸（Ａ）と、
   第１の端部（３）と、
   流体で満たされたシリンダ（２）と、
   前記シリンダ（２）の中に摺動自在に配置されると共に、前記シリンダ（２）を前記第１の端部（３）から遠い第１の動作室（１１）と、前記第１の端部（３）に近い第２の動作室（１２）と、に分けるピストン（１３）と、
   前記ピストン（１３）に配置されると共に、前記第１の動作室（１１）を突き抜け、前記中心長手方向軸（Ａ）に対して同心で、前記第１の端部（３）と向き合った第２の端部（６）においてガイド／シール装置（７）により封止された形で前記シリンダ（２）から外へ通じているピストンロッド（８）と、
   前記ピストン・シリンダユニット（１）の内圧を直接的又は間接的に検出するセンサ装置（１４）と、を備え、
   前記センサ装置（１４）が前記ピストン・シリンダユニット（１）の中に配置されており、
   前記センサ装置（１４）が前記ピストン（１３）の上に配置されており、少なくとも１つの線路（１５）がボア穴（２０）を介して前記ピストンロッド（８）の中に外向きに通されており、
   フリーピストン（２１）がシールリング（２２）により、前記ピストン（１３）に近い第１の部分室（１２ａ）と、前記ピストン（１３）から遠い第２の部分室（１２ｂ）と、に前記第２の動作室（１２）を分割し、
   前記第２の部分室（１２ｂ）内に収納されたばねエレメント（２３）が、前記フリーピストン（２１）と前記密閉された第１の端部（３）との間に配置されており、前記フリーピストン（２１）のストロークが、前記シリンダ（２）に設けられた１つ以上の窪み（２４）により前記ピストン（１３）の方向において制限される
   ことを特徴とするピストン・シリンダユニット。
2. 前記センサ装置（１４）が、磁気センサを含むことを特徴とする請求項１に記載のピストン・シリンダユニット。
3. 前記磁気センサはホールセンサを含み、前記ホールセンサが磁石を用いてプリテンションを付与されており、前記フリーピストン（２１）が強磁性材料から作られていることを特徴とする請求項２に記載のピストン・シリンダユニット。

Images