DE10007317C2 - Elektrisch steuerbarer stufenloser Feststeller für Fahrzeugtüren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrisch steuerbaren stufen­ losen Feststeller für Fahrzeugtüren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Türen von Fahrzeugen, insbesondere von Personenkraft­ wagen, sind im Regelfall an Drehscharnieren aufgehängt. Nach der Öffnung einer Tür wird diese von einem Feststeller gehalten, um ein ungewolltes Bewegen der Tür und ein even­ tuelles Anstoßen an benachbarten Gegenständen wie geparkten Autos oder einer Garagenwand zu vermeiden. Des weiteren begrenzen Türfeststeller den maximalen Öffnungswinkel der Tür, um eine Beschädigung der Scharniere oder der angrenzenden Karosserie zu vermeiden.

Die Feststellung von Türen erfolgt meist an zwei bis drei Positionen, die durch die konstruktive Auslegung des Fest­ stellers und durch Rastelemente wie federbelastete Kugeln oder Nasen, die in entsprechende Gegenausnehmungen eingreifen, bestimmt werden. Derartige Feststeller ermöglichen nicht das stufenlose Feststellen der Tür. Eine stufenlose Fest­ stellung ist für den Benutzer sehr vorteilhaft, da die Türen bis unmittelbar an ein Hindernis herangeführt und festgestellt werden können und somit mit der maximal ver­ fügbaren Öffnung das Ein- und Aussteigen erleichtern.

Ein elektrisch steuerbarer stufenloser Feststeller der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art ist in der DE 298 12 863 U1 beschrieben. Bei diesem wird eine Spindel verwendet, die sich beim Verschwenken der Tür axial bewegt. Eine axial feststehende Spindelmutter wirkt mit der Spindel zusammen; sie muß sich bei der Axialbewegung der Spindel verdrehen können. Die Verschwenkung der Tür kann also gestoppt werden, indem die Drehbewegung der Mutter unterbunden wird. Dies geschieht beim Gegenstand der DE 298 12 863 U1 durch eine Band- bzw. Seilbremse, die durch einen sehr komplizierten Mechanismus betätigt wird.

Der Gegenstand der EP 0 705 951 A1 zeigt eine große Ähnlich­ keit mit demjenigen der oben erwähnten DE 298 12 863 U1. Das Grundprinzip ist identisch: Auch diese bekannte Türfest­ stellvorrichtung arbeitet mit Spindel, Spindelmutter und Bandbremse, welche die Verdrehung der Spindelmutter blockie­ ren und damit die Verschwenkung der Tür stufenlos unterbin­ den kann. Als Mechanismus, der die Bandbremse betätigt, wird beim Gegenstand der EP 0 705 951 A1 ein motorischer Antrieb verwendet, wofür als Beispiele ein Schrittschalt­ motor oder ein Linearmotor genannt sind.

Die DE 92 01 226 U1 beschreibt eine Feststellvorrichtung für Türen mit einem Bolzen, der sich beim Verschwenken der Tür durch eine zweibackige Klemmvorrichtung hindurch erstreckt. Die Backen dieser Klemmvorrichtung wirken mit der Umfangsfläche des Bolzens zusammen. Solange die Klemm­ vorrichtung nicht betätigt ist, läßt sich der Bolzen leicht zwischen den Backen bewegen. Werden die Backen mit Hilfe einer elektrischen Antriebsvorrichtung zusammengedrückt, wird die Bewegung des Bolzens und damit die Verschwenkung der Tür blockiert.

Auch die DE 42 09 876 beschreibt einen Türfeststeller, der elektrisch ansteuerbar ist und eine Tür stufenlos feststellen und bremsen kann. Erneut ist jedoch das kon­ struktive Prinzip sehr aufwendig und benötigt eine Viel­ zahl von Bauteilen.

Stufenlose Feststeller in rein mechanischer Ausführung zeigen die EP 0 326 823 A und die US 5 456 283 A. Beide Feststellvorrichtungen sind elektrisch nicht steuerbar. Erst mit einer solchen elektrischen Steuerbarkeit jedoch lassen sich die vollen Bedienungs- und Funktionsvorteile realisieren. So kann z. B. über eine Sensor die Türöffnung erfaßt werden, die Haltekraft kann abhängig vom Türöffnungs­ winkel variiert werden, die Tür kann über einen Abstands­ sensor vor dem Anschlagen an ein Hindernis elektrisch gebremst und festgestellt werden oder bei Überschreiten einer erlaubten Öffnungsgeschwindigkeit gestoppt und fest­ gestellt werden. Sind die Kräfte der Feststellung elektrisch variierbar, kann auch die Haltekraft der jeweiligen Benut­ zungssituation angepaßt werden. So ist es z. B. möglich, die Winkelstellung eines am Hang geparkten Autos über einen Lagesensor zu erkennen und die Feststellkraft der Tür elektrisch anzupassen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrisch steuerbaren Feststeller für Fahrzeugtüren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art so zu gestalten, daß er aus sehr wenigen, einfachen und billigen Bauteilen besteht, wobei sein Bauvolumen klein sein soll.

Diese Aufgabe mit den im Anspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst.

Die Brems- und Haltekräfte zwischen einer drehbaren Spindel­ mutter, die sich auf einer mit nicht selbsthemmendem Gewinde versehenen Verbindungsspindel dreht, und einem zugeordneten Brems- und Halteteil, werden erfindungsgemäß durch einen elektrisch steuerbaren Elektromagneten erzeugt oder aufge­ hoben. Je nach Auslegung des elektromagnetischen Feststellers kann dies alternativ durch Beaufschlagen oder Abschalten des Stroms erfolgen. Die für die Funktion notwendigen Kräfte des Elektromagneten können ohne Probleme erreicht werden, da bei Bedarf auch hohe kurzfristige Ströme größer als 20 Ampère im Kraftfahrzeug üblich sind und vom Bordnetz auch geliefert werden. Insbesondere wird dies möglich, wenn die konstruktive Auslegung des Feststellers so erfolgt, daß er keinen Dauerstrom benötigt, z. B. bei stundenlang geöffneter und festgestellter Tür.

Damit die drehbare Spindelmutter beim Bewegen der Tür auf der Verbindungsspindel rotiert, ist es erforderlich, daß das Gewinde zwischen Spindelmutter und Verbindungs­ spindel einen Steigungswinkel aufweist, der die Selbst­ hemmung vermeidet, und daß die drehbare Spindelmutter im Gehäuse der Brems- und Feststelleinrichtung mit geringer und definierter Reibung gelagert ist. Dies erfolgt vorzugsweise über ein Wälzlager, zum Beispiel ein Kugellager. Aber auch ein Gleitlager ist realisierbar, wenn dessen Reibung in der konstruktiven Auslegung berücksichtigt wird.

Der kennzeichnende Teil des Anspruchs 2 definiert die bremsende und feststellende Verbindung zwischen Brems- und Halteteil und der drehbaren Spindelmutter als eine Reibschlussverbindung. Bei einem derartigen kraftschlüssigen Kontakt wird das Brems- und Halteteil an eine Fläche der drehbaren Spindelmutter angepresst und bremst bzw. stellt diese fest durch die daraus resultier­ ende Reibkraft. Eine derartige Lösung hat viele Vorteile. Die erforderlichen Flächen sind sehr einfach und kostengünstig herzustellen. Unterschiedliche Brems- und Haltekräfte können durch unterschiedlich starke Bestromung des Elektromagneten erzielt werde, da die Anpresskraft auch die Reibkraft und damit die Brems- und Haltekraft auf die drehbare Spindelmutter verändert. Weiterhin können die Reibflächen konisch ausgebildet werden. Dadurch lassen sich die Brems- und Haltekräfte bei vorgegebener Magnetkraft sehr einfach steigern. Trotz der hohen zur Ver­ fügung stehenden Ströme kann somit ein kleiner Magnet mit niedrigem Strombedarf gewählt werden, der Gewichts- und Kostenvorteile hat. Weiterhin haben die Reibflächen den Vorteil, dass die drehbare Spindelmutter bei Überschreiten einer konstruktiv definier- und begrenzbaren An­ presskraft gegenüber dem Brems- und Halteteil durchrutschen kann. Dies eröffnet ein weiteres Einsparpotenzial. Der Feststeller kann durch eine Elektronik gesteuert werden, die keine Messung der auf die Tür ausgeübten Schließkraft benötigt. Eine einfache Wegerkennung der Türbewegung reicht aus. Drückt ein Benutzer auf die festgestellte Tür, da er sie aus ihrer Feststellposition lösen will, wird bei entsprechender Auslegung der Reibkraft zwischen dem Brems- und Halteteil und der drehbaren Spindelmutter diese durchrutschen. Damit fängt die Tür an, sich zu bewegen und eine einfache Sensorik, die nur die Bewegung der Tür erkennt, kann nach sehr geringer Türbewegung durch elektrische Ansteuerung des Elektromagneten den Feststeller lösen. Sehr wichtig ist dieses in allen Ausführungsbeispielen konstruktiv vorgesehene Durchrutschen im Falle eines Stromaus­ falls, zum Beispiel bei einem Unfall. Die Tür kann damit unabhängig von jeder elektrischen Funkt­ ion mit einer Kraft, die dem Durchrutschen der drehbare Spindelmutter entspricht, geöffnet werden.

Auch eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Brems- und Halteteil und der drehbaren Spindelmutter ist gemäß kennzeichnendem Teil des Anspruchs 3 möglich. Dies kann zum Beispiel durch feine Verzahnungen oder Nocken auf beiden Kontaktflächen erreicht werden. Dadurch lässt sich die Brems- und Haltekraft deutlich steigern, da bei Verdrehung dieser Teile gegeneinander auch axial gegen die Magnetkraft wirkende Kräfte erzeugt werden. Die erforderliche Magnetkraft und Baugröße kann somit reduziert werden.

Gemäß Anspruch 4 wird der Elektromagnet so gestaltet, dass der Magnetkörper gleichzeitig das Brems- und Halteteil bildet. Der Elektromagnet ist aus einem ferromagnetischen Magnetkörper aufgebaut, in dem die Spule des Elektromagneten untergebracht und meist mit einem aushärt­ baren Kunststoff vergossen ist. Der Magnetkörper dient nicht nur als Gehäuse für die Spule, sondern er wird auch für die Leitung und die Konzentration des durch die Spule des Elektromag­ neten erzeugten magnetischen Kraftflusses genutzt. Vorteilhaft ist eine topfförmige Gestalt des Magnetkörpers mit einem zentrischen Pol. Diese Ausführung wird in Anspruch 5 beschrieben.

Eine derartige Ausbildung des Elektromagneten erzeugt bei Bestromung der Magnetspule zwischen dem kreisförmigen Rand und dem zentrischen Pol des Magnetkörpers einen offenen Magnetkreis. Ferromagnetische Gegenstände im Bereich des offenen Magnetkreises werden sehr stark angezogen, da sie durch Leitung des Magnetflusses den offenen Magnetkreis schließen können. Wird gemäß Anspruch 6 eine drehbare Spindelmutter im Wirkungsfeld des offenen Magnetkreises angeordnet, so wird sie bei Bestromung des Magneten stark angezogen und durch die resultierende Reibung am Magnetkörper gebremst oder festgestellt. Der Magnet­ körper dient somit gleichzeitig als Brems- und Halteteil, welches damit einstückiges integrales Bestandteil des Elektromagneten ist. Dies ist eine vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsform. Neben der optimalen Nutzung der durch die Magnetspule erzeugten Kräfte wird der bauliche Aufwand minimiert. Der Feststeller besteht nur noch aus vier wesentlichen Bauteilen: dem Ge­ häuse, der Verbindungsspindel, der drehbaren im Gehäuse gelagerten Spindelmutter und dem Elektromagneten. Erfindungsgemäß ist somit das Bauvolumen sehr klein und die Kosten des Feststellers sind niedrig.

Gemäß kennzeichnendem Teil des Anspruchs 7 werden die Brems- und Haltekräfte zwischen der drehbaren Spindelmutter und dem Brems- und Halteteil durch eine Feder erzeugt. Eine derartige Ausgestaltung des Feststellers ist von Vorteil, wenn die Tür eines Kraftfahrzeugs längere Zeit offen in einer Feststellposition gehalten wird und dabei kein Strom verbraucht werden soll. Die die Tür bremsende und feststellende Kraft wird durch eine Feder aufgebracht, die das Brems- und Halteteil an die drehbare Spindelmutter anpresst. Ist das Brems- und Halteteil integrales Bestand­ teil des Elektromagneten, muss der Elektromagnet angepresst werden. Soll die Tür aus der Fest­ stellung gelöst werden, wird der Elektromagnet so bestromt, dass er gegen die Federkraft arbeitet und diese damit kompensiert. Die Tür kann dann bei bestromtem Magnet frei bewegt werden. Eine derartige Gestaltung hat den Vorteil, dass nur beim Bewegen der Tür Strom aus dem Bord­ netz des Fahrzeugs verbraucht wird und nicht bei offen stehender festgestellter Tür.

Die Brems- und Haltekraft, die vom Brems- und Halteteil auf die drehbare Spindelmutter aufge­ bracht wird, kann gemäß Anspruch 8 wenigstens teilweise durch permanentmagnetische Kräfte erzeugt werden. Eine einfache Lösung ist es, den Körper des Elektromagnet permanentmagnetisch auszubilden und bei Bestromung des Elektromagneten das elektrisch erzeugte Magnetfeld gegen dieses permanentmagnetische Feld wirken zu lassen. Es wird damit abgeschwächt oder aufge­ hoben. Die Kraft einer das Brems- und Halteteil anpressenden Feder kann damit ganz oder teil­ weise ersetzt werden. Neben dem positiven Effekt, dass die Brems- und Haltekraft durch unter­ schiedlich starke Bestromung variiert werden kann, hat diese Lösung einen weiteren prinzipiellen Vorteil. Bei wenigen Zehntel Millimetern Abstand des Elektromagneten zum anzuziehenden Körper nimmt die nutzbare Magnetkraft um circa die Hälfte bis zwei Drittel ab. Daher muß ein Elektromagnet, der gegen eine Feder arbeitet, immer so ausgelegt werden, dass er bei diesem Abstand bereits die Federkraft überwindet. Damit ist er überdimensioniert. Wird die Haltekraft der Feder aber durch eine permanentmagnetisch erzeugte Kraft ganz oder teilweise ersetzt, kann auf diese Überdimensionierung verzichtet werden.

Alternativ kann auch die drehbare Spindelmutter magnetisch ausgebildet werden. Das bedeutet, dass bei festgestellter Tür der unbestromte Elektromagnet mit seinem ferromagnetischen Magnet­ körper von der drehbaren Spindelmutter angezogen wird und damit die Spindelmutter bremst und feststellt. Wird der Elektromagnet entsprechend gepolt bestromt, wird er ein Magnetfeld aufbauen, mit dem er sich von der permanentmagnetischen drehbaren Spindelmutter abstößt. Diese ist damit frei drehbar und die Feststellung der Tür ist aufgehoben. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Elektromagnet sich nicht nur von der drehbaren Spindelmutter abstoßen kann, sondern diese bei umgekehrter Strompolung auch anziehen kann. Somit kann er die Reibkraft zwischen der drehbaren Spindelmutter und dem Brems- und Halteteil und damit die Feststellkraft der Tür in weiten Grenzen verstärken, abschwächen oder ganz aufheben. Da alle magnetischen Kräfte zwischen Mutter und Elektromagnet wirken, wird keine magnetische Kraft zum Gehäuse benötigt. Dieses muss somit nicht aus ferromagnetischem Werkstoffen gefertigt werden, sondern kann aus billigen und leichten Werkstoffen wie Kunststoff oder Aluminium bestehen. Damit stellt diese Variante eine bevorzugte Lösung dar.

Aber auch das Gehäuse kann zur Erzielung der gleichen Funktion permanent magnetisiert werden, sofern es aus entsprechendem Material hergestellt wird und Funktions- oder Kosten­ vorteile dafür sprechen.

Gemäß Anspruch 9 ermöglicht die Nutzung einer wenigstens teilweise permanentmagnetischen Kraft zwischen der drehbaren Spindelmutter und dem Brems- und Halteteil dieses durch wechs­ elnde Bestromung des Elektromagneten in die Endlagen zu bringen. Ist zum Beispiel die drehbare Spindelmutter permanentmagnetisch ausgebildet, so kann das Brems- und Halteteil durch einen kurzen Stromstoß im Elektromagnet in Kontakt mit der rotierenden Mutter gekracht werden. Aufgrund der nun wirkenden permanentmagnetischen Kräfte wird der Elektromagnet bzw. das Brems- und Halteteil an die drehbare Spindelmutter mit definierter Kraft angezogen bleiben und die Tür bremsen oder feststellen. Das Lösen aus dieser Stellung geschieht durch gegensinniges Bestromen des Elektromagneten, sodass er sich von der Mutter abstößt und sich in seine entge­ gengesetzte Endlage bewegt. Dort kann er durch ein leicht permanentmagnetisches Gehäuse, an dem er haftet, gehalten werden. Somit hat der Magnet bistabile Endlagen, aus deren er mit einem jeweils geeignet gepoltem Stromstoß gelöst und in die jeweils andere Endlage gebracht werden kann. Die magnetisch verrasteten Endlagen können auch in gleicher Funktionsweise durch eine mechanische Rastkraft erzeugt werden, beispielsweise durch eine federunterstützte Kugelrast auf dem Außendurchmesser des Magnetkörpers. Auch ist es möglich, die magnetischen und mechan­ ischen Rastkräfte miteinander zu kombinieren.

Eine Variante, bei der das Brems- und Halteteil nicht integrales Bestandteil des Magnetkörpers ist, sondern aus einem separaten Teil besteht, wird in Anspruch 10 beschrieben. Da die drehbare Spindelmutter in einem Wälzlager gelagert ist, kann es durch den Eingriff eines Brems- und Halte­ teils in die Laufbahn der Wälzkörper gebremst und festgestellt werden. Durch die zur Laufbahn konische Ausbildung des Brems- und Halteteils kann mit sehr kleinen Magneten gearbeitet werden. Die Wälzkörper verklemmen sich im konisch zulaufendem Spalt. Auch hier wird, wie bereits bei den anderen Ausführungsformen beschrieben, eine Anpressfeder verwendet, deren Auslegung ein Durchrutschen oder Durchschnappen der Wälzkörper erlaubt. Damit kann die manuell an der Tür aufzuwendende Kraft zum Lösen der Feststellung bestimmt werden.

Eine ähnliche Variante stellt die Lösung des Anspruchs 11 dar. Es wird ein separates Brems- und Halteteil verwendet, das als koaxial im Elektromagnet geführter Stößel ausgeführt ist. Er greift bei Aktivierung in Ausnehmungen der drehbaren Spindelmutter ein und ist in seiner Maximalkraft durch eine Federkraft begrenzt. Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass die Ausnehmungen der Mutter mit entsprechenden Schrägen so ausgeführt werden können, dass nur sehr geringe resultierende Kräfte auf den Stößel für die gewünschte Brems- und Haltewirkung ausreichend sind und damit der Elektromagnet sehr klein und leicht gebaut werden kann.

Die Funktion des erfindungsgemäßen Feststellers wird durch eine nicht näher dargestellte Elektro­ nik gesteuert. Im Normalfall wird das eine bei den meisten heutigen Autos vorhandene Türelektro­ nik sein, die viele Funktionen, wie Fensterheber, Zentralverriegelung und ähnliches steuert. Sie kann problemlos die zusätzliche Rechenleistung zur Ansteuerung des Türfeststellers realisieren, da sie meist über leistungsfähige Prozessoren für wesentlich komplexere Funktionen verfügt, zum Beispiel für die Kommunikation mit dem Elektronik-Bußsystem des Fahrzeugs. Die zur Funktion des Türfeststellers für die Elektronik erforderlichen Signale, müssen durch Sensoren erfasst werden. Diese Sensoren können unabhängig vom Feststeller an vielen Stellen der Tür, des Tür­ scharniers oder auch der Karosserie untergebracht werden. Eine vorteilhafte Integration in den Feststeller wird in den Ansprüchen 12 bis 16 beschrieben.

Wie bereits erläutert, kann im Fall des konstruktiv vorgesehenen Durchrutschens der drehbaren Spindelmutter im Feststeller auf einen Kraftsensor oder dergleichen verzichtet werden. Beispiel­ haft soll die Ansteuerung eines erfindungsgemäßen Feststellers, der im stromlosen Zustand festgestellt sein soll, erläutert werden. Bei geschlossener Tür ist er stromlos und hat diese fest­ gestellt. Wird die Tür zum Öffnen betätigt, erhält die Türelektronik vom Türschloss ein entsprech­ endes Signal, zum Beispiel von der Drehfallenentriegelung. Bei modernen Fahrzeugen sind der­ artige Signale grundsätzlich vorhanden. Nun wird die Elektronik den Elektromagneten des Fest­ stellers bestromen, wodurch die Tür ohne Bremsung oder Feststellung bewegbar ist. Solange die Tür bewegt wird, bekommt die Elektronik ein Bewegungssignal der Tür und wird den Feststeller bestromen. Will der Benutzer die Tür in einer bestimmten Position feststellen, wird er sie wenig­ stens für wenige Zehntel Sekunden nicht oder kaum mehr bewegen. Die Elektronik bekommt nun kein Bewegungssignal mehr und schaltet die Bestromung ab. Dadurch ist die Tür festgestellt.

Will der Benutzer die Tür wieder aus der Feststellung lösen, drückt er gegen die Tür. Bei einer konstruktiv definierten Kraft wird die drehbare Spindelmutter im Feststeller durchrutschen und die Tür wird sich bewegen. Die Elektronik erhält damit ein Bewegungssignal der Tür. Sie bestromt nun den Feststeller, wodurch die Tür wieder frei bewegt werden kann. Solange die Tür bewegt wird, wird der Feststeller weiter bestromt, bis entweder das Schloß eine Schließung der Tür meldet oder bis die Bewegung erneut unterbrochen wird und eine erneute Feststellung der Tür durch Abschalten des Stroms durch die Elektronik erfolgt.

Gemäß Anspruch 12 bis 14 wird der Sensor, der die Türbewegung sensiert, im Gehäuse des Feststellers untergebracht und sensiert eine Drehbewegung der drehbaren Spindelmutter. Dafür ist auf dieser wenigstens ein signalerzeugendes Element untergebracht, zum Beispiel Striche, die optisch gelesen werden. Auch eine ein- oder mehrfache lokale Magnetisierung der drehbaren Spindelmutter kann durch einen magnetoresistiven Sensor erfasst werden. Derartige Bauteile sind im Gegensatz zu optischen Sensoren nicht verschmutzungsempfindlich. Aber auch kapazitive Sensoren sind möglich.

Da die drehbare Spindelmutter vorzugsweise in einem Wälzlager gelagert ist, können gemäß Anspruch 15 und 16 die Wälzkörper als Signalgeber verwendet werden. Eine Permanentmagnet­ isierung zum Beispiel der Kugeln eines Kugellagers reicht aus, um mit entsprechenden magneto­ resistiven Sensoren deren Bewegung zu erfassen. Besonders vorteilhaft ist das, wenn die dreh­ bare Spindelmutter oder das Gehäuse aus Werkstoffen hergestellt wird, die magnetisch nicht­ leitend sind, zum Beispiel Aluminium oder Kunststoff.

Soll anstatt oder zusätzlich zur Türbewegung die Halte- und Feststellkraft des Feststellers erfaßt werden, so lässt sich auch dies durch eine entsprechende Sensorik realisieren. Bei bestimmten Anwendungen ist das von Vorteil, zum Beispiel wenn die Schwankungen des Reibwertes zwischen der drehbaren Spindelmutter und dem Brems- und Halteteil zu unakzeptablen Schwan­ kungen der Kraft führen, mit der die Tür aus der Feststellung gelöst werden kann.

Die Lösung gemäß Anspruch 17 läßt sich bei der Ausführung des Feststellers mit zentrischem Elektromagneten, der direkt auf die drehbare Spindelmutter wirkt, besonders vorteilhaft reali­ sieren. Hierfür wird das Brems- und Halteteil oder der Elektromagnet im Gehäuse der Feststellung begrenzt drehbar um die Längsachse der Verbindungsspindel gelagert und gegen eine elastische und durch Anschläge begrenzte Kraft abgestützt. Sie kann zum Beispiel durch eine kleine Feder aufgebracht werden. Eine Kraft, die auf die festgestellte Tür wirkt, entspricht proportional einem am Brems- und Halteteil und damit am Elektromagneten anliegendem Moment. Bei zunehmender Kraft auf die Tür wird er sich daher gegen die abstützende Kraft der kleinen Feder etwas verdre­ hen. Bei Erreichen eines konstruktiv vorgegebenen Verdrehwinkels kann zum Beispiel ein ein­ facher Mikroschalter über einen Nocken geschaltet werden. Damit entspricht der Verdrehwinkel und der Schaltpunkt exakt einer zugehörigen Kraft an der Tür.

Gemäß Anspruch 18 kann die Kraft, die das Brems- und Halteteil gegen Verdrehung abstützt alternativ durch permanentmagnetische Kräfte aufgebracht werden. Ein jeweils am Brems- und Halteteil und am Gehäuse angebrachter Permanentmagnet können so zusammenwirken, dass sie eine magnetisch verrastete Position für das Brems- und Halteteil ergeben. Bei Überschreiten eines konstruktiv definierten Drehmomentes ergibt sich eine Drehbewegung, die von einem Sensor sensiert wird.

Gemäß Anspruch 19 wird das Brems- und Halteteil mit einem über den Drehwinkel zunehmenden Drehmoment abgestützt. Dies lässt sich zum Beispiel mit Federn, deren Kraft zunimmt, erreichen. Wird bei einer derartigen Lösung ein Sensor verwendet, der den zunehmenden Drehwinkel sensiert, lässt sich nicht nur das Überschreiten einer vorgegebenen Schaltschwelle erfassen, sondern man erhält mit zunehmendem Drehwinkel ein zur Türkraft korrelierendes Signal.

Obwohl in allen Erläuterungen von Fahrzeugtüren gesprochen wird, ist die elektrisch steuerbare stufenlose Feststellung für sämtliche türähnliche Klappen an Fahrzeugen geeignet. So kann der Feststeller zum Beispiel bei nach oben aufschwenkenden Heckklappen eingesetzt werden. Einem Benutzer mit kleiner Körpergröße ist es so möglich, die Heckklappe in einer für ihn erreichbaren Höhe feststellen und das Aufschwenken bis in den Endanschlag zu vermeiden.

In den nachfolgenden Zeichnungen wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbei­ spielen beschrieben.

Fig. 1 Schematische Darstellung des Feststellers in einer Tür

Fig. 2 Querschnitt eines Ausführungsbeispiels

Fig. 3 Schnitt durch Fig. 2

Fig. 4 Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels

Fig. 5 Schnitt durch Fig. 4

Fig. 6 Detailvariante zu Fig. 4

Fig. 7 Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels

Fig. 8 Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels

Fig. 9 Schnitt durch Fig. 8

Fig. 10 Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels

Fig. 11 bestromter Zustand des Elektromagneten von Fig. 10

Fig. 12 Schnitt durch Fig. 10

Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine geöffnete Kraftfahrzeugtür. Sie dreht um ein Scharnier. Der Feststeller besteht im wesentlichen aus der Verbindungsspindel 1 und der Brems- und Feststellvorrichtung 2, 5. Die Spindel ist gelenkig mit der Fahrzeugkarosserie ver­ bunden und die Brems- und Feststellvorrichtung ist in der Tür befestigt. Wie dargestellt, befindet sie sich nicht im rechten Winkel zu ihrer Auflagefläche. Je nach Geometrie von Tür und Karosserie verändert sich dieser Winkel über den Öffnungswinkel der Tür. Daher muss die Befestigung der Einheit 2, 5 in der Tür diese Winkeländerungen ausgleichen können, zum Beispiel durch gelenkige oder elastische Befestigung. Die entsprechenden Befestigungslöcher im Gehäuse 5 in den Fig. 3, 8, 9 sind nur schematisch dargestellt.

Ein Öffnen oder Schließen der Tür wird eine Zug- oder Druckkraft auf die Verbindungsspindel 1 ausüben. Wie in Fig. 2 dargestellt, wird sie durch die drehbare Spindelmutter 3 gehalten. Wird diese nicht am Drehen gehindert, so kann sich die Verbindungsspindel relativ zur Brems- und Feststellvorrichtung 2, 5 bewegen. Voraussetzung hierfür ist, dass das Spindelgewinde eine nicht selbsthemmende Steigung hat. Im Gehäuse der Brems- und Feststellvorrichtung ist die drehbare Spindelmutter 3 über ein Wälzlager 4 gelagert. Der Wälzlageraußenring wird durch das Gehäuse­ teil 5 gehalten. Im Gehäuseteil 5 befindet sich auch ein in Längsrichtung verschieblicher runder Elektromagnet, der aus der Spule 8 und seinem Magnetkörper 9 besteht. Er weist ein zentrisches Durchgangsloch auf, damit die Verbindungsspindel ihn durchdringen kann. Der Elektromagnet ist durch die Feder 10 in Richtung auf die Mutter 3 vorgespannt. Eine Verdrehung des Elektromag­ neten im Gehäuse 5 verhindert die Verdrehsicherung 11, ein in einem Langloch geführter Stift.

In der unteren Hälfte der Figur ist der Elektromagnet nicht bestromt. Die Feder 10 presst das Brems- und Halteteil 6 an die Reibfläche 7 der drehbaren Spindelmutter 3 an. Bei entsprechender Kraft der Feder 10 kann diese nicht mehr rotieren und die Tür ist festgestellt. Der Magnetkörper 9 des Elektromagneten und das Brems- und Halteteil 6 bilden somit eine Baueinheit, die die dreh­ bare Spindelmutter am Drehen hindert.

In der oberen Hälfte der Fig. 2 ist der Elektromagnet bestromt dargestellt. Er zieht sich an die linke Seite des Gehäuses 5 an, da seine Magnetkraft auslegungsgemäß größer als die Federkraft 10 ist und das Gehäuse 5 aus ferromagnetischem Material, zum Beispiel Eisen, gefertigt ist. Somit wird in dieser Ansicht die Mutter 3 nicht mehr gebremst und kann frei rotieren, was einer freien Beweg­ lichkeit der Tür entspricht.

Will ein Benutzer die festgestellte Tür schließen, wird mit zunehmender Druckkraft auf die Tür auch die zum Halten erforderliche Reibkraft an der Reibfläche 7 steigen. Überschreitet sie die durch die Feder 10 definierte Kraft, wird die Mutter 3 durchrutschen und die Tür kann bewegt werden. Sinnvollerweise wird eine den Feststeller steuernde Elektronik nun den Magneten be­ stromen, sodass die Tür frei wird. Der Benutzer hat somit das Gefühl, dass sich die Tür aus einer Raststellung löst. Das Signal, das der Elektronik eine Bewegung der Tür und das Drehen der Mutter meldet, kann der Sensor 13 liefern, der ein oder mehrere signalerzeugende Elemente auf der Mutter erkennt. Sie können beliebig ausgeführt sein, zum Beispiel optisch oder magnetisch. Das Signal zur Erkennung der Türbewegung kann auch von anderen Sensoren kommen, die nicht im Feststeller integriert sind.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch Fig. 2 mit unterschiedlichen Blickrichtungen in der oberen und unteren Hälfte. Aus beiden Figuren ist ersichtlich, wie äußerst einfach der Feststeller erfindungs­ gemäß aufgebaut ist. Neben der geringen Verschieblichkeit des Elektromagnet ist das einzige bewegende Teil die Mutter 3 im Wälzlager 4.

Fig. 4 zeigt eine weiter vereinfachte Variante. Das Wälzlager 4 rotiert direkt im Gehäuse 5 ohne Wälzlageraußenring, und das Gehäuse ist nur noch einteilig. Eine den Elektromagnet andrück­ ende Feder wird ebenfalls nicht mehr benötigt, da die drehbare Spindelmutter 3 permanentmag­ netisch ist. Wird der Elektromagnet 8, 9 durch einen Stromstoß in Kontakt mit der Mutter 3 ge­ bracht, so wird er diese auch nach Abschalten des Stroms bremsen und feststellen, da eine per­ manentmagnetische Dauerkraft zwischen diesen Bauteilen herrscht. Das Brems- und Halteteil 6 hat eine konische Reibfläche 17 auf. Die konische Kontur verstärkt die Reibkräfte. Die drehbare Spindelmutter 3 kann wieder freigegeben werden, indem der Elektromagnet mit einem so ge­ poltem Stromstoß beaufschlagt wird, dass er einen abstoßenden Effekt auf die permanentmag­ netische Mutter 3 hat. Er wird sich in die linke Ruheposition bewegen. Dort kann er durch eine leichte Permanentmagnetisierung des Gehäuses 5 gehalten werden. Die gestrichelte Linie sowohl in Mutter als auch Gehäusewand sollen die permanentmagnetischen Eigenschaft versinnbild­ lichen. Alternativ und in der Figur nicht dargestellt kann auch der Magnetkörper 9 permanent­ magnetisch sein.

Die beiden bistabilen Lagen des Elektromagneten können auch durch eine mechanische Rastkraft erzeugt werden. In Fig. 6 ist eine federbelastete Rastkugel 18 dargestellt, die mit einer entsprech­ enden Gegenkontur 19 des Elektromagneten zusammenwirkt. Elektrische und magnetische Kräfte können auch gemeinsam wirken.

In Fig. 5 ist eine Sensorvariante dargestellt, die eine auf die Tür wirkende Kraft erfassen kann. Die Verdrehsicherung 11 für den Elektromagnet ist ein Stift, der sich über 2 Spiralfedern 16 am Ge­ häuse 5 abstützt. Wird eine die Tür schließende oder weiter öffnende Kraft auf die festgestellte Tür ausgeübt, wird sich die drehbare Spindelmutter 3 drehen wollen. Sie ist durch die konische Reibfläche 17 und das Brems- und Halteteil 6, das integrales Teil des Magnetkörpers 9 des Elek­ tromagneten ist, gehalten. Damit wird sich der Magnetkörper 9 etwas gegen die Kraft einer der Federn 16 verdrehen. Die Nut 15 im Magnetkörper bestimmt, bei welchem Verdrehwinkel der Taster 14 geschaltet wird. Sein Signal kann von einer Elektronik verarbeitet werden. Das Bauteil 14 kann alternativ statt einer Tasterfunktion auch ein wegabhängiges Signal liefern, sodass über zweckdienlich geformte Schrägen der Nut 15 eine stufenlose Messung des Drehwinkels des Magnetkörpers 9 und damit der an der Tür wirkenden Kraft erfolgen kann.

Fig. 7 zeigt eine vereinfachte Variante der Fig. 1 ohne Wälzlageraußenring und mit einteiligem Gehäuse. Die obere und untere Hälfte der Figur zeigen wieder eine nicht festgestellte bzw. fest­ gestellte Position. Weiterhin ist der Sensor 13 für die Erfassung der Tür- oder Spindelbewegung so ausgebildet, dass er eine in der Spindel liegende Stange 20 erkennt, die in kurzen Abständen magnetisiert ist. Hierfür kann die Spindel aus Kunststoff hergestellt und die Stange 20 im Herstell­ ungsprozess umspritzt werden.

In Fig. 8 und 9 wird das Brems- und Halteteil durch ein separates Teil 21 gebildet. Es ist im Ge­ häuse 5 der Brems- und Feststelleinheit gelagert und bildet zur Laufbahn des Wälzlagers 4 einen konischen Spalt. Es wird durch eine Feder 22 angedrückt. Ein Eingriff von wenigen Zehntel Milli­ metern in die Laufbahn reicht aus, um die Kugeln des Kugellagers 4 im konisch zulaufenden Spalt zu bremsen bzw. festzuhalten. Damit wird die Mutter 3 gebremst bzw. festgestellt. Die Kraft der Feder 22 bestimmt auch bei dieser Variante die Kraft, bei der die Kugel das Brems- und Halteteil 21 zurückdrückt und somit die Tür aus der Feststellung gelöst werden kann. Wird der im Gehäuse 5 befestigte Elektromagnet 8, 9 bestromt, zieht er das Brems- und Halteteil 21 gegen die Feder­ kraft 22 an und gibt die Laufbahn für die Wälzkörper frei. Der für die Wälzkörper konisch zulau­ fende Spalt kann so ausgelegt werden, dass nur geringe Feder- und Magnetkräfte erforderlich werden. Das Gehäuse 5 kann aus Kunststoff gefertigt sein. Bei einer derartigen Variante kann die Bewegung von zum Beispiel permanentmagnetischen Wälzkörpern vom Sensor 13 durch das Kunststoff des Gehäuses 5 hindurch sensiert werden.

Eine Ausführungsform, bei der das Brems- und Halteteil durch einen Stößel gebildet wird zeigt Fig. 10. Der Elektromagnet 8, 9 ist im Gehäuse 5 befestigt. Wird er bestromt, so zieht er das Teil 23 an, das mit einem konzentrischen Fortsatz den Elektromagnet durchsetzt und an seinem vorderen Ende den federbelasteten Stößel 24 trägt. Im dargestellten Zustand ist der Elektro­ magnet stromlos und der durch die Feder vorgespannte Stößel liegt an der Schulter 25 an. Damit wirken auf das Teil 23 mit integrierter Feder und Stößel keine äußeren Kräfte und es ist frei ver­ schieblich. Es greift auch nicht in die drehbare Spindelmutter 3 und die Nut 26 ein.

In Fig. 11 ist der Elektromagnet bestromt dargestellt. Er hat das Teil 23 angezogen und drückt nun den Stößel 24 in die Nut 26 der drehbaren Spindelmutter 3. Da der Stößel von der Schulter 25 ab­ gehoben hat, wird die Anpresskraft des Stößels 24 in die Nut 26 durch die Feder bestimmt. Somit ist auch bei dieser Lösung gewährleistet, dass beim manuellen Zudrücken der Tür der Stößel gegen die konstruktiv definierbare Federkraft aus der Nut 26 ausrasten kann. Im Unterschied zu den Fig. 1 bis 9 ist diese Variante so ausgelegt, dass eine Feststellung der Tür bei bestrom­ tem Elektromagnet erfolgt. Der Sensor 13 sensiert hier die in der Mutter angebrachten Nuten 26 zum Beispiel optisch.

Fig. 12 zeigt einen Schnitt durch Fig. 10 in zwei verschiedenen Blickrichtungen. Die Anordnung des Magnetkörpers 9 mit dem Stößel 24 und den Nuten 26 in beliebiger Anzahl ist ersichtlich.

Claims (19)

1. Elektrisch steuerbarer stufenloser Feststeller für Fahrzeug­ türen, bestehend aus einer die Fahrzeugkarosserie und Tür verbindenden wenigstens einseitig gelenkig angelenkten Verbindungs­ spindel und einer dieser Anlenkstelle in Tür oder Fahrzeugkaros­ serie gegenüberliegenden elektrisch steuerbaren Brems- und Fest­ stellvorrichtung, wobei diese eine in Folge der Türbewegung auf der Verbindungsspindel drehbare Spindelmutter ohne Selbst­ hemmung und ein dieser drehbaren Spindelmutter zugeordnetes Brems- und Halteteil umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Brems- und Halteteil (6) mit einem elekrisch steuerbaren Elektro­ magneten (8, 9) derart in Wirkverbindung steht, daß es sich bei Bestromung des Elektromagneten (8, 9) in einer Linearbewegung direkt gegen die Spindelmutter (3) oder ein sich gemeinsam mit dieser drehendes Teil anlegt.

2. Elektrisch steuerbarer stufenloser Feststeller für Fahrzeugtüren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brems- oder Haltekräfte übertragende Verbindung zwischen der drehbaren Spindelmutter (3) und dem Brems- und Halteteil (6) eine Reibschlussverbindung ist.

3. Elektrisch steuerbarer stufenloser Feststeller für Fahrzeugtüren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brems- oder Haltekräfte übertragende Verbindung zwischen der drehbaren Spindelmutter (3) und dem Brems- und Halteteil (6) eine formschlüssige Ver­ bindung ist.

4. Elektrisch steuerbarer stufenloser Feststeller für Fahrzeugtüren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Brems- und Halteteil (6) durch den Magnet­ körper (9) des Elektromagneten gebildet wird.

5. Elektrisch steuerbarer stufenloser Feststeller für Fahrzeugtüren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der die Magnetspule (8) umgebende Magnetkörper (9) des Elektro­ magneten (8, 9) eine topfförmige Gestalt mit zentrischem Pol hat.

6. Elektrisch steuerbarer stufenloser Feststeller für Fahrzeugtüren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkörper (9) des Elektromagneten (8, 9) bei Be­ stromung der Magnetspule (8) einen magnetisch offenen Magnetkreis erzeugt und dass in dessen Wirkungsfeld die drehbare Spindelmutter (3) angeordnet ist.

7. Elektrisch steuerbarer stufenloser Feststeller für Fahrzeugtüren nach einem der An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Elektromagnet (8, 9) und Ge­ häuse (5) des Feststellers eine vorgespannte Feder (10) angeordnet ist, die eine Brems- und Haltekraft auf die drehbare Spindelmutter (3) erzeugt und dass bei einer elektrischen Ansteuerung des Elektromagneten (8, 9) die Feder (10) zumindest teilweise komprimiert wird.

8. Elektrisch steuerbarer stufenloser Feststeller für Fahrzeugtüren nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare Spindelmutter (3) oder/und das Brems- und Halteteil (6) so permanentmagnetisch ausgebildet werden, dass dadurch die Brems- und Haltekraft zwischen diesen Bauteilen wenigstens teilweise erzeugt wird.

9. Elektrisch steuerbarer stufenloser Feststeller für Fahrzeugtüren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Brems- und Halteteil (6) durch wechselnde Stromrichtung der Ansteuerung des Elektromagneten (8, 9) in jeweils unterschiedliche Endlagen bringbar ist und dass es in diesen Endlagen durch permanentmagnetische Kräfte oder Rastkräfte (18) eines Federelementes auch nach Unterbrechung der Bestromung gehalten wird.

10. Elektrisch steuerbarer stufenloser Feststeller für Fahrzeugtüren nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare Spindelmutter (3) in einem Wälzlager (4) gelagert ist und dass das Brems- und Halteteil (21) mit den Wälz­ körpern in Eingriff bringbar ist, so dass die Bewegung der Wälzkörper gehindert oder freigegeben wird.

11. Elektrisch steuerbarer stufenloser Feststeller für Fahrzeugtüren nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brems- und Halteteil durch einen koaxial im Elektromagnet (8, 9) geführten Stößel (24) gebildet wird, der durch die Kraft des Elektromagneten (8, 9) bewegt wird.

12. Elektrisch steuerbarer stufenloser Feststeller für Fahrzeugtüren nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare Spindelmutter (3) auf ihrem Umfang wenigstens ein signalerzeugendes Element (12) aufweist, dass diesem signalerzeugenden Element zugeordnet ein geeigneter Sensor (13) am nicht rotierenden Teil des Feststellers (2) angebracht ist, so dass im Sensor (13) in Folge der Bewegung des signalerzeugenden Elementes (12) Signale generiert werden.

13. Elektrisch steuerbarer stufenloser Feststeller für Fahrzeugtüren nach Anspruch 12, da­ durch gekennzeichnet, dass das signalerzeugende Element (12) magnetischer Natur ist.

14. Elektrisch steuerbarer stufenloser Feststeller für Fahrzeugtüren nach Anspruch 12, da­ durch gekennzeichnet, dass das signalerzeugende Element (12) optischer Natur ist.

15. Elektrisch steuerbarer stufenloser Feststeller für Fahrzeugtüren nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare Spindelmutter (3) in einem Wälzlager (4) gelagert ist, dass den Wälzkörpern gegenüberliegend ein Sensor (13) am nicht rotierenden Teil (5) des Feststellers angebracht ist und dass im Sensor (13) in Folge der Bewegung der Kugeln Signale generiert werden.

16. Elektrisch steuerbarer stufenloser Feststeller für Fahrzeugtüren nach Anspruch 15, da­ durch gekennzeichnet, dass die Kugeln permanentmagnetisch sind.

17. Elektrisch steuerbarer stufenloser Feststeller für Fahrzeugtüren nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brems- und Halteteil (6) im Ge­ häuse (5) der Brems- und Feststellvorrichtung drehbar um die Längsachse der Verbin­ dungsspindel (1) gelagert ist, dass wenigstens ein elastisches gehäuseseitig abgestütztes Federelement (16) zur Begrenzung der Drehbewegung und ein Sensor (14) zur Erfassung dieser Drehbewegung vorgesehen ist.

18. Elektrisch steuerbarer stufenloser Feststeller für Fahrzeugtüren nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brems- und Halteteil (6) im Ge­ häuse (5) der Brems- und Feststellvorrichtung begrenzt drehbar um die Längsachse der Verbindungsspindel (1) gelagert ist, dass das Brems- und Halteteil (6) sowie das Gehäuse (5) mit jeweils wenigstens einem Permanentmagneten verbunden sind, welche die beiden Teile im unbelasteten Zustand in einer Null-Punkt-Lage halten und dass ein Sensor (12) zur Erfassung einer Drehbewegung vorgesehen ist.

19. Elektrisch steuerbarer stufenloser Feststeller für Fahrzeugtüren nach Anspruch 17 oder 18 dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment über den Drehwinkel des Brems- und Halteteils (6) zunimmt.