DE10001054B4

DE10001054B4 - Scharnieranordnung

Info

Publication number: DE10001054B4
Application number: DE10001054.7A
Authority: DE
Inventors: Werner Warmke; Bernd Klüting
Original assignee: Witte Velbert GmbH and Co KG
Current assignee: Witte Velbert GmbH and Co KG
Priority date: 1999-12-08
Filing date: 2000-01-13
Publication date: 2015-08-20
Anticipated expiration: 2020-01-14
Also published as: DE10001054A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Scharnieranordnung für eine in die Vertikale öffnende Klappe oder dergleichen eines Kraftfahrzeuges, mit einem Träger (1) und einem demgegenüber durch Aufbringen eines Drehmomentes auf eine Antriebswelle (5) verschwenkbaren Klappenhalter (2), mit einer Teilkompensierung des schwenkwinkelabhängigen, auf die Welle (5) wirkenden statischen Drehmoments. Zur gebrauchsvorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung wird eine Ergänzungskompensierung aus zwei auf einen Antriebsarm (14) wirkende Druckfedern (15, 16) vorgeschlagen, wobei die erste, längere Druckfeder (15) den Antriebsarm (14) über seinen Verlagerungsweg beaufschlagt und die zweite, kürzere Druckfeder (16) nur im Bereich des größten Drehmoments wirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Scharnieranordnung gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1.
Eine Scharnieranordnung mit zwei eine Klappe eines Kraftfahrzeuges beaufschlagenden Federn, nämlich einer Spiralfeder und einer erst nach Überwindung einer Totpunktlage in Wirkung tretenden Zugfeder beschreibt die DE 873 949 .
Die DE 199 45 755 beschreibt eine Scharnieranordnung, bei der der Abtrieb eines von einem Elektromotor angetriebenen Untersetzungsgetriebes an der Antriebswelle angreift, um die Klappe anzuheben. Diese Vorrichtung ist mit einer Teilkompensierung des schwenkwinkelabhängigen auf die Welle wirkenden statischen Drehmomentes ausgerüstet, welches in Form einer Gasdruckfeder ausgebildet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung gebrauchsvorteilhaft weiterzubilden. Gelöst wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung. Die Unteransprüche stellen bevorzugte Weiterbildungen dar. Die Ergänzungskompensierung soll im Wesentlichen nur im Bereich des größten statischen Drehmoments wirken, also bevorzugt dann, wenn sich die Klappe im Wesentlichen in der Horizontalen befindet. Bevorzugt wird die eine Teilkompensierung bewirkende Feder als Stahlwendelfeder ausgebildet. Die Ergänzungskompensierung kann von einer gesonderten, ebenfalls als Stahlwendel-Druckfeder ausgebildeten Druckfeder realisiert sein. Insbesondere sind zwei auf einen Antriebsarm wirkende Druckfedern vorgesehen, wobei die erste, längere Druckfeder den Antriebsarm über seinen gesamten Verlagerungsweg beaufschlagt und die zweite, kürzere Druckfeder nur im Bereich des größten Drehmomentes wirksam ist. Die Federn können ineinanderliegen. Sie können in einem Zylindergehäuse einliegen und gegen einen mit einer Kolbenstange auf den Antriebsarm wirkenden Kolben drücken. Die kürzere Feder kann an einer kolbennäheren Stelle gegen den Zylinder abgestützt sein, als die längere Feder. Die kürzere Feder kann sich dabei auf der Stirnfläche eines vom Boden des Zylinders ausgehenden Reduzierstücks abstützen. Bevorzugt greift der Antriebsarm am kurzen Lenker eines Vierlenkergetriebes an, wie es auch bei der DE 199 45 755 der Fall ist.
Bei einer Variante, die auch in Kombination mit der vorbeschriebenen Ausführungsform kombinierbar ist, ist vorgesehen, dass die Klappe motorisch angetrieben ist. Die Kolbenstange kann dabei ein Gewinde oder ein Verzahnung tragen, in welche eine motorisch angetriebene Spindelmutter eingreifen kann. Die Spindelmutter kann ein Schneckenrad tragen, in welches eine vom Motor angetriebene Schnecke eingreift. Das Schneckenrad kann auch rutschgekuppelt auf der Spindelmutter sitzen. Insbesondere kann das Schneckenrad mit der Spindelmutter reibgekuppelt sein. Hierzu kann ein Radialsteg vorgesehen sein, gegen welchen das Schneckenrad mittels vorgespannter Druckfeder gedrückt wird.
Eine weitere Variante bzw. Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Elektromotor derart drehmomentgesteuert wird, dass die Klappe beim Auf- oder Zuschwenken über im Wesentlichen ihren gesamten Schwenkweg durch Aufbringen eines im Wesentlichen gleichen Gegendrehmomentes anhaltbar ist. Bevorzugt wird aber nur unmittelbar bei Klappenöffnung ein höheres Gegendrehmoment zum Anhalten notwendig. Hierdurch ist gewährleistet, dass einerseits die Klappe manuell angehalten werden kann, so dass ein Einklemmschutz erreicht ist. Andererseits ist aber ebenfalls gewährleistet, dass eventuell auf der Klappe liegende Schneelasten angehoben werden können oder vereiste Dichtungen aufgebrochen werden können. Die gleiche Zielrichtung wird mit der Fortbildung erreicht, bei der das Anhaltemoment bei der Öffnungsbetätigung größer ist, als das bei der Schließbetätigung.
Eine Variante bzw. Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Elektromotor auch in der angehaltenen Schwenkstellung ein Drehmoment auf die Klappe ausübt. Dieses dynamisch aufgebrachte Drehmoment bewirkt eine Ergänzungskompensierung des statischen Drehmomentes.
Bei einer weiteren Variante bzw. Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass durch manuelles Aufbringen eines Differenzdrehmomentes der Motor in Betrieb gesetzt werden kann. Der motorische Klappenantrieb kann also durch manuelles Herabdrücken bzw. manuelles Abheben der in einer Zwischenöffnungsstellung stehenden Klappe in Betrieb gesetzt werden. Die Schwenkstellung der Klappe kann entweder durch einen am Scharnier angeordneten Drehgeber erfasst werden. Es ist aber auch möglich, mittels Hall-Sensor oder einem ähnlichen Sensor die Umdrehungen der Motorwelle abzufragen und zu zählen. Die Drehmomentsteuerung erfolgt vorzugsweise durch eine unterschiedlich große Bestromung des Elektromotors.
Ferner kann vorgesehen sein, dass eine der beiden Federn, insbesondere die der Ergänzungskompensierung eine Zugfeder ist. Zugfeder und Druckfeder können auch gemeinsam verwendet werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, die Feder nicht in einem Zylinder zu lagern, sondern auf einer Führungsstange, auf welcher die Kolbenstange gleitend gelagert ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die die Antriebswelle im Wesentlichen über ihre gesamte Schwenkbewegung belastende erste Feder bereichsweise gegen die Kraft einer zweiten Feder arbeitet. Die zweite Feder kann bspw. dann gespannt werden, wenn sich die erste Feder gestreckt hat. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die zweite Feder dann in Wirkung tritt, wenn die Klappe über eine Totpunktlage hinausgeschwenkt wird. Dann bringt die zweite, gegen die erste Feder arbeitende Feder ein Gegendrehmoment auf. Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass beide Federn auf einen Kolben wirken, jedoch jeweils auf eine andere Kolbenseite.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand beigefügter Zeichnungen nachfolgend erläutert. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Scharnieranordnung,
2 eine Seitenansicht der Anordnung 1,
3 eine Variante in einer Darstellung des Antriebs gemäß 2 in der Geschlossenstellung,
4 eine Darstellung gemäß 3 in einer teilgeöffneten Stellung,
5 ein Drehwinkel/Momenten-Diagramm eines der Ausführungsbeispiele gemäß den 1 bis 4,
6 ein Schwenkwinkel/Momenten-Diagramm eines elektronisch gesteuerten Elektro-Klappenantriebes,
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel in der Darstellung gemäß 2 und
8 ein weiteres Ausführungsbeispiel in der Darstellung gemäß 3.
Die in den 1 bis 4 dargestellte Scharnieranordnung besitzt einen Scharnierträger 1, der mittels Befestigungsöffnungen 12 durchsetzender Schrauben an der Karosserie eines Kraftfahrzeuges befestigt werden kann. Die Befestigung erfolgt vorzugsweise in dem von dem Randbereich der Klappe 30 überfangenen Regenkanal 29. Bei der Klappe 30 kann es sich um eine Motorraumklappe bzw. Kofferraumklappe handeln.
An dem Träger 1 greifen an den Anlenkpunkten 5 und 6 jeweils Lenker 3 und 4 an. Der Lenker 3 ist kürzer als der Lenker 4. Beide Lenker greifen mit ihren anderen Enden an den Anlenkpunkten 7, 8 eines Klappenhalters 2 an, so dass bei einer Schwenkbewegung des kurzen Lenkers 3 der Klappenhalter 2 eine relative Schwenkbewegung gegenüber dem Träger 1 durchführt.
Eine Antriebswelle 5 greift am Anlenkpunkt des kurzen Lenkers 3 am Träger 1 an. Diese Antriebswelle 5 durchragt die Karosseriewandung zum Regenkanal 9. Dies wird in der DE 199 45 755 beschrieben.
Anderseitig des Regenkanales 29 greift an der Antriebswelle 5 ein Antriebsarm 14 an. Durch Verschwenken desselben wird der kurze Lenker 3 verschwenkt. Der Verschwenkwinkel des Antriebsarms 14 von der in den 1 bis 3 dargestellten Geschlossenstellung in eine Offenstellung beträgt etwa 100°. Am Ende des Antriebsarmes 14 befindet sich ein Kolbenstangenanlenkpunkt 26, an welchem das freie Ende einer Kolbenstange 18 angelenkt ist. Endseitig besitzt die Kolbenstange 18 einen Kolben 19. Dieser Kolben 19 ist verschieblich in einem Zylinder 17 geführt, der an seinem geschlossenen Ende eine Zylinderbefestigungsvorrichtung 27 besitzt, mit welcher der Zylinder 17 an der Karosserie befestigt ist.
Auf dem Boden 17' des Zylinders 17 stützt sich eine lange Feder 15 ab, bei der es sich um eine Stahldruckfeder handelt. Die Feder 17 wirkt auf einen Kragen 19'' des Kolbens 19 und ist über den gesamten Verlagerungsweg des Kolbens 19 von der Geschlossenstellung in die Öffnungsstellung der Klappe in Anlage an dem Kragen 19''.
Der Ringkragen 19'' umgibt eine Vertiefung 19'. Gegen die Vertiefung 19' wirkt eine zweite, kurze Stahldruckfeder 16. Diese Stahldruckfeder 16 stützt sich an der Stirnfläche 20' eines Reduzierstücks 20 ab, welches vom Boden 17' des Zylinders 17 abragt. Bei dem Reduzierstück 20 kann es sich um eine Hülse handeln, die einen Führungsfortsatz 21, der sich über den Stirnrand 20' hinaus erstreckt, umgibt.
Die Kolbenstange 18 kann eine umfängliche Verzahnung oder ein Umfangsgewinde aufweisen. Auf diesem Umfangsgewinde greift eine ortsfest am Zylinder gehaltene Spindelmutter 22 an. Wird die Spindelmutter 22 gedreht, so wird die Kolbenstange aus bzw. in den Zylinder 17 hineinverlagert. Das Gewinde der Kolbenstange 18 kann dabei eine derartige Steigung besitzen, dass es nicht selbsthemmend ist. Bei Ausübung eines Drucks bzw. Zugs auf die Kolbenstange 18 dreht sich die Spindelmutter dann mit.
Auf der Spindelmutter sitzt ein Schneckenrad 23. Dieses Schneckenrad 23 wird mittels einer axial an ihr angreifenden Druckfeder 24 mit seiner Flanke gegen eine Flanke eines Kupplungsringsteges gedrückt, so dass zwischen Schneckenrad 23 und Kupplungssteg 25 eine durch Druck der Feder 24 erzeugte Reibkraft auftritt. Schneckenrad 23 und Spindelmutter 22 sind reibschlüssig gekuppelt. Dies bedeutet, dass mit der als Schnecke 11 ausgebildeten Motorwelle nur ein maximales Drehmoment auf die Spindelmutter bzw. Schubmoment auf den Antriebsarm 14 übertragbar ist. Die Motorwelle 11 ist einem Elektromotor 10 zugeordnet. Das gesamte Getriebe sitzt in einem Gehäuse 9.
Die Feder 16 besitzt eine Länge, die kürzer ist als der Verlagerungsweg des Kolbens 19, so dass sie nur unmittelbar im Bereich der Geschlossenstellung der Klappe wirksam ist. In dieser Stellung, in der die Klappe im Wesentlichen in der Horizontalen liegt, wirkt das größte statische Drehmoment, so dass hier die größten Drehmomente auf den Antriebsarm 14 aufgebracht werden müssen, um die Klappe mit geringem Drehmoment zu öffnen. Die in der Geschlossenstellung vorgespannte Feder 16 wirkt hier unterstützend zur Feder 15. Wird die Klappe geringfügig geöffnet, bspw. bis in eine 20°-Schwenkstellung des Antriebsarms 14, ist die kürzere Druckfeder 16 vollständig vom Kolben gelöst und bspw. entspannt, so dass der Kolben 19 nur noch von der langen, äußeren Feder 15 beaufschlagt wird.
Das zugehörige Schwenkwinkel/Drehmoment-Diagramm zeigt die 5. Die untere Kurve zeigt das statische Drehmoment ohne jegliche Feder. Kurz vor der 100°-Stellung erreicht die Klappe eine Totpunktstellung, so dass bei 100° ein negatives Drehmoment auftritt. Man erkennt ferner, dass im Bereich der Horizontalstellung das statische Drehmoment am größten ist.
Die mit 15 bezeichnete Kurve zeigt die drehmomentkompensierende Wirkung der Feder 15. Der mit 16 bezeichnete Kurvenabschnitt zeigt die Ergänzungskompensierung zufolge der kürzeren Druckfeder 16.
Der Elektromotor 10 wird von einer elektronischen Steuerung gesteuert, welche in den Zeichnungen nicht dargestellt ist. Ebensowenig ist in den Zeichnungen ein Drehwinkelgeber dargestellt, mit welchem die elektronische Steuerung über den Schwenkwinkel der Klappe informiert wird. Anstelle des nicht dargestellten Drehwinkelgebers kann aber auch ein Hallsensor oder ein ähnlicher Sensor vorgesehen sein, mit welchem die Anzahl der Motordrehungen gezählt werden. Die Endstellungen der Klappe können über Mikroschalter erfasst werden.
Der Elektromotor wird drehmomentgesteuert. Die Steuerung ist so ausgelegt, dass die Klappe beim Auf- oder Zuschwenken immer mit einem im Wesentlichen gleichen Anhaltemoment anhaltbar ist. Dieses Gegendrehmoment kann beim Aufschwenken größer sein als beim Zuschwenken. Hierdurch wird ein wirksamer Einklemmschutz erzielt. Der Motor wirkt demzufolge nicht nur antreibend, sondern auch abbremsend. Es kann ferner vorgesehen sein, dass beim Öffnen der Klappe aus der Geschlossenstellung höhere Drehmomente aufbringbar sind, um eine Vereisung der Klappendichtung aufzubrechen oder um eine Schneelast zu heben.
Eine nicht dargestellte Variante der Erfindung sieht vor, dass auf die ergänzende Kompensierung des statischen Drehmomentes allein durch die Kraft des Elektromotors ausgeübt wird. Der Elektromotor wird dann auch in der angehaltenen Stellung und insbesondere in jeder Zwischenschwenkstellung der Klappe derartig bestromt, dass die Klappe in einer Haltestellung verharrt. Durch manuelles Aufbringen eines Differenzdrehmomentes kann der Motor dann in Bewegung gesetzt werden. Das kann bspw. dadurch geschehen, dass der Benutzer eine in einer Zwischenschwenkstellung stehende Klappe in Öffnungsrichtung anhebt oder in Geschlossenstellung drückt. Der Motor erkennt durch eine zur Aufrechterhaltung der Schwenkstellung notwendige höhere Stromaufnahme die Aufbringung dieses Differenzdrehmomentes. Die elektronische Steuerung kann dann den Motor in die entsprechende Drehrichtung in Betrieb setzen.
Eine derartige Motorkompensierung des statischen Drehmomentes lässt sich durch die nahezu lineare Abhängigkeit von Drehmoment zu Schwenkwinkel erzielen.
Bei dem in der 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine der beiden Federn, die im Zylinder sitzen, weggelassen. Anstelle dieser Feder ist eine Zugfeder 31 vorgesehen, die einerseits an der Karosserie und andererseits am Kolbenstangenanlenkpunkt 26 befestigt ist und die Klappe in Öffnungsrichtung belastet. Es ist auch die Verwendung einer Schenkelfeder möglich.
Bei dem in der 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die kürzere Feder 16 weggelassen. Anstelle dieser Feder ist auf der, der langen Feder 15 abgewandten Seite des Kolbens eine ergänzende Druckfeder 32 vorgesehen. Gegen diese, ebenfalls kurze Druckfeder, tritt der Kolben 19 mit seiner, der Feder 19 abgewandten Seite, wenn die Klappe etwa die Vertikalstellung erreicht hat. Wird die Klappe dann über die Vertikalstellung hinausverlagert, so tritt die Feder 32 in Wirkung und hebt das dann zufolge des Überschwenkens der Klappe entstehende Drehmoment auf.
Die Wirkungsweise der Feder 32 ist also ebenfalls drehmomentkompensierend.

Claims

Scharnieranordnung für eine in die Vertikale öffnende Klappe oder dergleichen eines Kraftfahrzeuges, mit einem Träger (1) und einem demgegenüber durch Aufbringen eines Drehmomentes auf eine Antriebswelle (5) verschwenkbaren Klappenhalter (2), mit einer Teilkompensierung und einer Ergänzungskompensierung des schwenkwinkelabhängigen, auf die Welle (5) wirkenden statischen Drehmoments, dadurch gekennzeichnet, dass die Ergänzungskompensierung nur im Bereich des größten statischen Drehmomentes wirkt.
Scharnieranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkompensierung und die Ergänzungskompensierung durch eine Stahlfeder erfolgt.
Scharnieranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei auf einen Antriebsarm (14) wirkende Druckfedern (15, 16), wobei die erste, längere Druckfeder (15) den Antriebsarm (14) über seinen Verlagerungsweg beaufschlagt und die zweite, kürzere Druckfeder (16) nur im Bereich des größten Drehmoments wirkt.
Scharnieranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn (15, 16) ineinander liegend in einem Zylinder (17) angeordnet sind und gegen einen mit einer Kolbenstange (18) auf den Antriebsarm (14) wirkenden Kolben (19) wirken.
Scharnieranordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Feder (16) an einer kolbennäheren Stelle gegen den Zylinder abgestützt ist als die längere Feder.
Scharnieranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die kürzere Feder (16) sich auf der Stirnrandfläche (20') eines vom Boden (17') des Zylinders (17) ausgehenden Reduzierstücks (20) abstützt.
Scharnieranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsarm (14) am kurzen Lenker (3) eines Viergelenkgetriebes (1, 2, 3, 4) angreift.
Scharnieranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe motorisch angetrieben ist.
Scharnieranordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (18) ein Gewinde oder eine Verzahnung trägt, in welche eine motorisch angetriebene Spindelmutter (22) eingreift.
Scharnieranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Spindelmutter (22) ein Schneckenrad (23) sitzt, in welches eine vom Motor (10) angetriebene Schnecke (11) greift.
Scharnieranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneckenrad (23) rutschgekuppelt auf der Spindelmutter (22) sitzt.
Scharnieranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektromotor (10) derart drehmomentgesteuert wird, dass die Klappe beim Auf- oder Zuschwenken über im Wesentlichen ihren gesamten Schwenkweg durch Aufbringen eines im Wesentlichen gleichen Gegendrehmoments anhaltbar ist.
Scharnieranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass nur unmittelbar bei Anheben der Klappe aus der Geschlossenstellung ein höheres Drehmoment zum Anhalten notwendig ist.
Scharnieranordnung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Anhaltedrehmoment bei der Öffnungsbewegung größer ist als bei der Schließbewegung.
Scharnieranordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (10) auch in der angehaltenen Schwenkstellung ein Drehmoment auf die Klappe ausübt, welches die Klappe in der Schwenkstellung hält.
Scharnieranordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass durch manuelles Aufbringen eines Differenzdrehmomentes der Motor in Betrieb setzbar ist.
Scharnieranordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkstellung zur schwenkwinkelabhängigen Drehmomentsteuerung mittels Drehgeber oder Abzählen der Motorumdrehungen erfasst wird.
Scharnieranordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentsteuerung durch eine unterschiedlich starke Motorbestromung erfolgt.
Scharnieranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feder, insbesondere zur Ergänzungskompensierung eine Zugfeder (31) oder eine Schenkelfeder ist.
Scharnieranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Federn bereichsweise gegeneinander wirken.
Scharnieranordnung nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die die Antriebswelle im Wesentlichen über ihre gesamte Schwenkbewegung belastende erste Feder (15) bereichsweise gegen die Kraft einer zweiten Feder (32) arbeitet.
Scharnieranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Feder und die erste Feder auf die voneinander abgewandten Seiten eines Kolbens (19) wirken.