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Die
Erfindung betrifft eine Aufhängung
mit Öffnungs-
und Schließmechanismus
für Türen, Fenster
oder andere flächige
Elemente, insbesondere für Fahrzeugtüren.
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Bei
Kraftfahrzeugen, wie Personenkraftwagen, Transportern, Bussen, Nutzfahrzeugen
usw., sind schwenkbare Flügeltüren gebräuchlich,
die meist an einem vorderseitigen Teil des Türrahmens über scharnierartige Gelenke
mit einem steifen Holm der Fahrzeugkarosserie gelenkig verbunden
sind und in ihrem rückwärtigen Teil
einen von außen
und innen betätigbaren
Schließmechanismus
aufweisen. Zum Öffnen
dieser Türen
durch Aufschwenken ist ein ausreichend großer seitlicher Freiraum erforderlich, der
unter beengten Parkverhältnissen,
beispielsweise in Garagen, mitunter nicht zur Verfügung steht. Damit
lassen sich die Türen
nur unvollständig öffnen, was
den Zugang zum Fahrzeug behindert.
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Insbesondere
bei Transportern und Kleinbussen sind auch Schiebetüren gebräuchlich,
die in mehreren Führungsschienen
geführt
sind und nach Entriegelung des Schlosses manuell oder auch motorisch
in Fahrzeuglängsrichtung
verschoben werden. Problematisch sind derartige Schiebetüren beispielsweise
bei Unfällen,
da bereits geringfügige
Verformungen der Führungsschienen
bzw. Führungsleisten
das Öffnen
der jeweiligen Tür
behindern können.
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Ferner
werden insbesondere in Stadt-Bussen sog. Knick- oder Falt-Türen eingesetzt, deren Türblatt in
Längsrichtung
unterteilt ist, wobei die beiden Türteile durch Scharniere miteinander
verbunden sind. Zum Öffnen
und Schließen
dieser sich in den Innenraum des Fahrzeugs einfaltenden Türen dienen
Linearantriebe, z.B. Druckluftzylinder.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Aufhängung
mit Öffnungs-
und Schließmechanismus
insbesondere für
Fahrzeugtüren
zu schaffen, welche die Mängel
der bekannten Türen
beseitigt und die zum vollständigen Öffnen nur
einen relativ geringen seitlichen Freiraum benötigt sowie betriebssicher gehandhabt
werden kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Aufhängung mit Öffnungs-
und Schließmechanismus
für Türen, Fenster und
andere flächige
Elemente, insbesondere für Fahrzeugtüren, weist
ein Knickarmsystem mit mindestens zwei über ein Gelenk miteinander
verbundenen biegesteifen Knickarmen auf, von denen ein erster Knickarm über ein
Gelenk mit einem am Fahrzeugrahmen befestigten Träger und
ein zweiter Knickarm mit seinem freien Ende über ein weiteres Gelenk mit
einem an der Tür
befestigten Tragelement verbunden ist. Zum Bewegen der Türe in paralleler
Ausrichtung zwischen ihrer Schließstellung und einer vorderen
oder rückwärtigen Öffnungsstellung
ist dem Knickarmsystem ein kinematischer Getriebezug mit Übersetzungselementen
zugeordnet. Zwischen dem Fahrzeugrahmen, d.h. einem formsteifen
Holm der Fahrzeugkarosserie und dem ersten Knickarm, ist eine erste Übersetzung vorgesehen,
zwischen den beiden Knickarmen ist eine zweite Übersetzung vorgesehen und zwischen
dem zweiten Knickarm und dem flächigen
Element, z.B. der Fahrzeugtür,
ist eine dritte Übersetzung
angeordnet, wobei alle Übersetzungen
kinematisch miteinander verbunden sind.
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Die
kinematische Verbindung der Übersetzungen
ermöglicht
den Erhalt einer stets gleich bleibenden vorbestimmten Trajektorie
bzw. Bewegungsbahn des flächigen
Elements, d.h. der Fahrzeugtüre. Die
Bewegungsbahnen der einzelnen Bauelemente der erfindungsgemäßen Aufhängung und
damit auch die sich durch deren Kombination ergebende Bewegungsbahn
des flächigen
Elements kann vorab durch geeignete Wahl der Übersetzungsverhältnisse
der verschiedenen Getriebeglieder eingestellt werden. Diese vorbestimmte
Bewegungsbahn beschreibt das flächige
Element, wenn ein beliebiges Getriebeglied des kinematischen Getriebezuges
bzw. der Aufhängung
bewegt wird, was bei Einsatz von motorischen Antrieben zum Öffnen und
Schließen
der Türe
von besonderem Vorteil ist.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das zu verstellende
flächige
Element eine Autotüre
und der Türrahmen
ist Teil des Karosserieskeletts. Dabei ist von Vorteil, dass die
Aufhängung, d.h.
das Knickarmsystem und auch der Getriebezug, nur einen relativ geringen
Einbauraum im Fahrzeug sowie einen relativ schmalen seitlichen Freiraum
zum Öffnen
und Schließen
der Türe
erfordert. Gegenüber den
bekannten Schwenktüren
ist somit ein geringerer Seitenabstand des zu parkenden Fahrzeugs
von einem festen Hindernis für
ein vollständiges Öffnen der Türe erforderlich.
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Im
Folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:
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1 schematisch
das Funktionsprinzip einer erfindungsgemäßen Aufhängung,
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2 bis 4 eine
Fahrzeugtür
und einen Karosserierahmen mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
in unterschiedlichen Betriebszuständen,
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5 schematisch
einen Getriebezug mit Kegelrädern
und Wellen,
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6 schematisch
einen Getriebezug mit Druckmittel-Zylindern, 7, 8 schematisch
einen Getriebezug mit flexiblen Zugsträngen.
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Gemäß 1 ist
ein Träger 1 an
einem festen Holm der Fahrzeugkarosserie dauerhaft befestigt. Mit
diesem Träger 1 ist
ein erster Knickarm 2 über
ein Gelenk 1a schwenkbar verbunden. Am Ende des ersten
Knickarms 2 ist ein zweiter Knickarm 3 über ein
zweites scharnierartiges Zapfengelenk 2a verschwenkbar
angelenkt. Ein an einem flächigen Element 4,
z.B. einem Türblatt,
einem Fenster od. dgl., starr befestigter Tragarm 4a ist
mit dem freien Ende des zweiten Knickarms 3 über ein
drittes scharnierartiges Zapfengelenk 3a schwenkbar verbunden. Den
beiden Knickarmen 2, 3 und den Gelenken 1a, 2a, 3a sind
Getriebeelemente 5, 6, 7 zugeordnet,
die bei Betätigung
eines – nicht
dargestellten – Antriebsglieds
die beiden Knickarme 2, 3 mit vorbestimmter Übersetzung
verschwenken und damit das flächige Bauteil 4 aus
der in 1 in durchgezogenen Linien dargestellten Ausgangsstellung
auf einer vorgegebenen Bahn über
eine gestrichelt dargestellte Zwischenposition in eine in Strich-Punkt-Linien
dargestellte Position bewegen, welche die Endposition sein kann.
Wesentlich ist, dass sich bei dieser Bewegung die Ausrichtung des
flächigen
Elements 4 nicht ändert,
also diese Bewegung nach Art einer Parallelverschiebung auf einer
durch die Kombination der Schwenkradien der Knickarme 2, 3 des
Tragelements 4a und der vorgewählten Übersetzungsverhältnisse
der Getriebeelemente 5, 6, 7 vorgegebenen Bahn
verläuft.
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Um
während
der Bewegung den seitlichen Abstand des flächigen Elements 4 möglichst
klein zu halten, kann das Übersetzungsverhältnis der
Getriebeelemente 5, 6 und 7 so gewählt sein,
dass die Knickarme mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten verschwenkt
werden. Beispielsweise kann der in 1 längere zweite
Knickarm 3 schneller schwenken und seinen Scheitelpunkt
durchlaufen, bevor der nacheilende erste Schwenkarm 2 sich
in der in 1 strich-punktiert gezeigten
Stellung befindet. Da alle Bauteile über die Gelenke über den
Getriebezug kinematisch in Verbindung stehen, werden bei einem Drehen
eines Elements die restlichen Elemente in einer vorab definierten
Weise bewegt. Der Getriebezug kann mechanische, hydraulische, pneumatische oder
elektrische Funktionsteile zur Durchführung der Bewegungen seiner
Einzelteile allein oder in Kombination enthalten.
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Für die Übersetzungsverhältnisse
i gelten die folgenden Beziehungen
i2,3 = α/β;
i2,4 = α/γ;
i3,4 = β/γ
wobei α, β und γ die Drehwinkel
der Bauteile 2, 3, 4a sind.
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Bei
dem in den 2, 3 und 4 perspektivisch
dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das flächige
Element eine PKW-Türe,
wobei lediglich der Türrahmen
mit Versteifungen sowie ein rahmenförmiges Bauteil des Karosserieskeletts
dargestellt sind. 2 zeigt die Türe in ihrer
geschlossenen Stellung, 3 in einer teilgeöffneten
Stellung und in 4 ist die Türe in ihrer volloffenen Position
dargestellt.
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An
dem hier lediglich als Umrandung dargestellten Karosserieskelett 9 ist
ein bogenförmig
ausgebildeter Träger 10 über eine
endseitige Platte mittels herkömmlicher
Befestigungselemente dauerhaft befestigt, der an seinem freien Ende
ein scharnierartiges Zapfengelenk 11 aufweist, das dem
in 1 dargestellten Gelenk 1a funktional
entspricht. An diesem ersten Drehgelenk 11 ist ein erster
Knickarm 12 um die vertikale Gelenkachse drehbar gelagert,
der über
ein weiteres Zapfengelenk 13 mit einem zweiten Knickarm 14 verschwenkbar
verbunden ist. Die beiden Knickarme 12, 14 haben
zum Erhalt einer hohen Biegesteifigkeit in Vertikalrichtung sowie
geringer Querabmessungen einen Hochkant-Querschnitt. Wie insbesondere
aus 3 ersichtlich, ist am freien Ende des zweiten
Knickarms 14 ein drittes Zapfengelenk 15 vorgesehen,
an welchem ein in einer Montageplatte endendes Tragelement 16 gelagert
ist. Dieses Tragelement 16 ist über seine Montageplatte an zwei
stabilen Streben 17 etwa im mittleren Teil des Türrahmens 18 durch
geeignete Montagemittel befestigt. Die Befestigungsposition des
Tragelements 16 an den hier horizontalen Streben 17,
d.h. die Anschlagposition des Tragelements 16 im Türrahmen, kann
entsprechend den gewählten
Längen
der beiden Knickarme 12, 13 gewählt werden.
Wie aus 4 ersichtlich, hat in der voll
geöffneten
Stellung der Türe
der zweite Knickarm 14 eine zum Türrahmen parallele Position
eingenommen und der erste Knickarm 12 befindet sich in
einer etwa quer zur Türebene
ausgerichteten Stellung, so dass die Türe sich in einem gewissen geringen
Querabstand gegenüber
der Fahr zeugkarosserie befindet, wie dies in 1 auch für die strich-punktiert
dargestellte Position angedeutet ist.
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Entsichert
ein Nutzer von außen
die in 2 geschlossene Tür 18 und zieht sie
in seine Richtung, beginnt sich mit der Tür 18 auch der erste
Knickarm 2 zusammen mit dem zweiten Knickarm 3 zu
bewegen, und zwar mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Infolgedessen
knicken die beiden Arme 2 und 3 ein, die in geschlossener
Türstellung
auf einer Geraden liegen (vgl. 2), wobei
die Fahrzeugtür 18 in der
ursprünglichen
Ausrichtung parallel zur Ausgangsstellung gehalten und auf einer
vorgegebenen Bahn bewegt wird. In der in 4 dargestellten
Endstellung ist die Tür 18 vollständig geöffnet, wobei
sie sich außerhalb
der Eingangsöffnung
des Fahrzeugs befindet. Seitlich nimmt die Tür 18 einen minimalen Raum
ein, weil sie parallel zur nicht dargestellten Karosseriefläche ausgerichtet
bleibt. Bei einem Schließvorgang
der Fahrzeugtür
bewegen sich die einzelnen Elemente in ihre Ausgangsstellung zurück.
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Die 5 zeigt
einen kinematischen Getriebezug aus Wellen und Kegel-Zahnrädern. Ein
erstes Kegelrad 28 ist mit der Fahrzeugkarosserie 1 fest verbunden,
wobei seine vertikale Achse von einer Buchse umgeben ist, die beide
das Zapfengelenk 1a (1) bilden.
Mit diesem Kegelrad 28 kämmt ein Kegelrad 21,
das auf einer im hier hohlen ersten Knickarm 2 drehbar
gelagerten Welle 25 befestigt ist. Die beiden Kegelräder 28, 21 bilden
die in 1 dargestellte erste Übersetzung 5. Auf
der Welle 15 ist ferner ein weiteres Kegelrad 22 befestigt,
das mit einem Kegelrad 29 in Eingriff steht und die in 1 dargestellte Übersetzung 6 bildet.
Das Kegelrad 29 sitzt fest auf einer hier geteilten Buchse,
die zusammen mit einem Zapfen das in 1 dargestellte Zapfengelenk 2a bildet.
Am Ende der Welle 25 ist ein Karadan 24 angeordnet,
der mit einer weiteren im zweiten Knickarm 3 drehbar gelagerten
Welle 26 verbunden ist. Am Ende dieser Welle 26 sitzt
ein weiteres Kegelrad 23, das mit einem um den Zapfen des
Gelenks 3a verdrehbaren Kegelrad 20 kämmt, welches mit
dem Tragelement 4a fest verbunden ist.
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Beim
Bewegen der Tür
und damit des daran befestigten Tragelements 4a wird das
mit dem Tragelement drehfest verbundene Kegelrad 20 gedreht. Diese
Drehbewegung wird über
die Welle 26 über den
Kardan 24 auf die Welle 25 übertragen. Infolgedessen rollt
das Kegelrad 21 auf dem Kegelrad 28 ab, so dass
der erste Knickarm 2 schwenkt und gleichzeitig das Kegelrad 22 auf
dem Kegelrad 29 abrollt, wodurch auch der damit verbundene
zweite Knickarm 3 verschwenkt. Bei der Bewegung der Tür bewegen
sich also die beiden Knickarme 2, 3 auf eine vorab
definierten Art. Der Schwenkwinkel der Tür kann gegenüber dem
ersten Knickarm 2 und dem zweiten Knickarm 3 durch
die Wahl der Größe der Übersetzungsverhältnisse
der Übersetzungen 5, 6, 7 beeinflusst
werden.
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In 6 ist
ein Getriebezug der erfindungsgemäßen Aufhängung mit Druckmittelzylindern
gezeigt, welche die Funktion der in den 1 und 5 dargestellten Übersetzungen 5, 6, 7 haben. Zwischen
dem Karosserie-Rahmen 1 und dem ersten Knickarm 2 sind
zwei Hydraulikzylinder 37, 38 angeordnet. Je ein
weiterer Hydraulikzylinder 39, 40 ist zwischen
dem ersten und zweiten Knickarm 2, 3 bzw. zwischen
dem zweiten Knickarm 3 und dem Tragelement 4a der
Tür 4 angeordnet.
Der erste Hydraulikzylinder 37 ist durch Hydraulikleitungen 34 mit
dem dritten Hydraulikzylinder 39 verbunden und der zweite Hydrau likzylinder 38 ist
mit dem vierten Hydraulikzylinder 40 über weitere Leitungen 35 verbunden.
Alle Hydraulikzylinder sind doppelt wirkend, wobei die jeweiligen
Verbindungsleitungen zu den Räumen über dem
Kolben und auch zu den Räumen
unter den jeweiligen Kolben führen.
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Bei
einer Schwenkbewegung der Fahrzeugtür 4 mit ihrem Tragelement 4a drückt der
Kolben des vierten Hydraulikzylinders 40 Flüssigkeit
in den zweiten Hydraulikzylinder 38, dessen Kolben über die
mechanische Kopplung den ersten Knickarm 2 verschwenkt.
Gleichzeitig verstellt die Druckflüssigkeit aus dem ersten Hydraulikzylinder 37 den
Kolben im dritten Hydraulikzylinder 39, der über seine
mechanische Kopplung den zweiten Knickarm 3 verschwenkt. Durch
entsprechende Bemessung und Auslegung der Hydraulikzylinder bewegen
sich die beiden Knickarme 2 und 3 bei einer Öffnungs-
oder Schließbewegung
der Türe 4 in
einer vorgewählten
Art, so dass sich aus der Kombination beider Armbewegungen eine
vorgewählte
Bewegungsbahn der Tür
ergibt. Die Hydraulikzylinder können
auch über
geeignete Steuerventile an eine Druckmittelversorgung angeschlossen
sein und statt mit Druckflüssigkeit
mit einem Druckgas, insbesondere Druckluft, beaufschlagt werden.
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Bei
dem in 7, 8 dargestellten Ausführungsbeispiel
einer kinematischen Übertragung werden
flexible Zugstränge,
wie Riemen, Keilriemen, Seile, Ketten od. dgl. als Übertragungsorgane
verwendet. Da diese flexiblen Zugstränge nur Zugkräfte übertragen
können,
sind für
eine Öffnungsbewegung und
für eine
Schließbewegung
der Tür
jeweils zwei Stränge
erforderlich, was aus der Draufsicht nach 7 und der
Seitenansicht nach 8 ersichtlich ist. An dem Karosserie-Skelett 1 ist
ein zylindrisches Glied 41 befestigt, an welchem vier als
Riemen 45 bis 48 ausgebildete flexible Stränge festgelegt
sind. Wie aus 8a, b ersichtlich, sind
die beiden Riemen 47, 48 gegenläufig an
einem Drehglied 43 festgelegt. Seitlich neben diesem Drehglied 43 ist
in Flucht zum Gelenk 2a ein Paar weiterer zylindrischer
Drehglieder 44 angeordnet, über die die Riemen 45, 46 in
der in 8c, d dargestellten Weise geführt sind.
Die Enden dieser Riemen 45, 46 sind an weiteren
zylindrischen Drehgliedern 42 befestigt, die sich mit dem Zapfengelenk 3a in
Flucht befinden und am Tragelement 4a der Türe 4 befestigt
sind. Bei einer Öffnungs- oder
Schließbewegung
der Tür
werden entsprechende Riemen auf ihren zugehörigen Drehgliedern auf- bzw.
abgewickelt, wodurch Zugkräfte
auf die Knickarme 2, 3 ausgeübt und die Tür analog
zu den vorstehend beschriebenen Ausführungen auf einer vorgegebenen
Bahn bewegt wird.
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Bei
den vorstehend beschriebenen Ausführungen wird die Tür jeweils
von außen
oder innen durch einen Nutzer manuell bewegt. Es können jedoch
auch Antriebsaggregate vorgesehen sein, die nach Aktivierung auf
ein Bauteil der Aufhängung
einwirken, beispielsweise auf den ersten Knickarm 2, und
durch dessen Schwenkbewegung eine Öffnungs- bzw. Schließbewegung der Fahrzeugtüre herbeiführen.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So
können
auch Übersetzungen
als Getriebemittel verwendet werden, die eine beliebige räumliche
Trajektorie der Bewegungsbahn der Fahrzeugtür bzw. eines anderen flächigen Elements
bewirken. Ferner können
ein oder auch beide Knickarme bogenförmig ausgebildet sein. Es können auch
Knickarme von veränderbarer Länge z.B.
in teleskopartiger Ausbildung vorgesehen sein, wobei die Mittel
zur Längeneinstellung
mit den verschiedenen Übersetzungselementen
des ki nematischen Getriebezuges gekoppelt sein sollten. Ferner kann
die Türe
z.B. mittels ihrer Verstrebungen 17 auch an Führungsschienen
manuell oder durch einen Antrieb verschiebbar an dem Tragelement 4a angeordnet
sein, was kürzere
Knickarme und damit kleinere seitliche Freiräume ermöglicht. Insbesondere für großflächige Elemente,
wie relativ schwere Ladetüren
von Lastwagen, Bussen usw. kann die erfindungsgemäße Aufhängung auch
zweifach verwendet werden, um die Betriebssicherheit und Stabilität zu erhöhen. In
diesem Fall kann ein Knickarmsystem an einem – oberen – Endbereich des großflächigen Elements
und ein weiteres Knickarmsystem an dessen anderem – unterem – Endbereich
angeordnet werden, wobei jedem dieser Knickarmsysteme oder – aus Kostengründen – nur einem
Knickarmsystem ein Getriebezug mit den Übersetzungselementen zugeordnet
sein kann.
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Der
verwendete Begriff "flächiges Element" umfasst Türen und
Fenster von Bauwerken, Maschinen und verschiedenartigen Fahrzeugen,
wie Straßenfahrzeugen,
Baumaschinen, Flugzeugen, Schiffen u. dgl. sowie auch Deckel und
andere Abdeckungen, bei denen es insgesamt von Vorteil ist, wenn zum Öffnen und
Schließen
nur ein relativ kleiner seitlicher Freiraum zur Verfügung steht.