DE102006040211A1

DE102006040211A1 - Stufenlose Brems- und Arretiervorrichtung für verschiebbare oder schwenkbare Komponenten

Info

Publication number: DE102006040211A1
Application number: DE102006040211A
Authority: DE
Inventors: Raimund Dr. Kreis; Michael Fischer
Original assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Current assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Priority date: 2006-08-28
Filing date: 2006-08-28
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2026-08-29
Also published as: DE102006040211B4

Abstract

Eine stufenlose Brems- und Arretierungsvorrichtung umfasst eine mit einer zu bewegenden Komponente verbindbare Gewindespindel (1), eine damit in Eingriff befindliche, an einem festen Bauteil (3) befestigbare Mutter (2) und einen die Gewindespindel dämpfenden rheologischen Drehdämpfer (6). Ein stufenloses Öffnen und Schließen der Komponente bei möglichst geringem Kraftaufwand seitens des Benutzers sowie ein sicheres Arretieren der Komponente in einer beliebigen Schiebe- oder Schwenkposition wird ermöglicht.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine stufenlose Brems- und Arretiervorrichtung für verschieb- oder schwenkbare Komponenten, insbesondere auf eine stufenlose Türbremse und -arretierung, wie sie zum Beispiel bei Kraftfahrzeugtüren zum Einsatz kommen.
Stand der Technik
Konventionell rastende Türbremsen oder Türrasten stellen zur Zeit noch die am weitesten verbreitete Art von Türbremsen bzw. Arretierungen dar, insbesondere im mittleren und unteren Marktsegment. Bei Oberklassefahrzeugen werden jedoch seit einigen Jahren stufenlos arbeitende Türbremsen eingesetzt, die Fahrzeugtüren in jeder gewünschten Position, d.h. in jedem Türöffnungswinkel festhalten können.
Die Vorteile einer stufenlos arbeitenden Türbremse bestehen darin, dass eine präzisere, genau vorgegebene Türbewegung möglich ist. Es kommt zu keinem Anstoßen mehr in engen Parklücken bzw. in der Garage und selbst bei schräger Fahrzeugposition und Windangriff kann die Tür nicht ungewollt zurückschlagen und damit Verletzungen hervorrufen. In gleicher Weise kommt es zu keinem Zurückschwingen der Tür bei zu schnellem Öffnen. Ein weiterer Vorteil besteht in einer Endlagendämpfung der Tür und dem Umstand, dass es zu keinen ungewollten Türbewegungen durch Hineingleiten in Türrasten kommt.
In der DE 202 01 320 U1 werden zum Beispiel zur Arretierung Rastelemente über eine Stirnradverzahnung formschlüssig verbunden. Die Anzahl der Arretierstellungen hängt also von der Teilung der Verzahnung ab, eine stufenlose Arretierung ist nicht möglich. Die zur Rastung eingesetzten Tellerfedern bewirken beim Schwenkvorgang zudem eine Reibkraft auf die Rastelemente, was unweigerlich zu Verschleiß führt. Die Federkräfte können außerdem nur schwer reguliert werden.
Aus der DE 14 59 182 , der DE 25 55 062 C3 oder der DE 35 19 203 C2 ist zum Beispiel bekannt, zum Festellen bzw. Bremsen von Fahrzeugtüren anstatt Rastvorrichtungen eine Kolben-Zylinder-Einheit zu verwenden, in der ein federvorgespanntes Blockierventil den Volumentausch eines Dämpfungsmediums zwischen zwei durch den Kolben getrennten Arbeitsräumen des Zylinders steuert. Das Blockierventil öffnet sich bei einer genügend großen Krafteinleitung beim Türöffnen und schließt sich bei Unterschreitung einer gewissen Bewegungsgeschwindigkeit der Tür. Im Zwischenbereich ist lediglich eine geringere Türbewegungskraft nötig, welche die Dämpfkraft des Blockierventils überwinden muss. Nachteilig ist hierbei, dass die Ventilverschlusskräfte durch Federn realisiert werden und somit die Türhaltekraft im arretierten Zustand von deren unveränderlicher Kraftkennlinie abhängt. Wird eine Grenzkraft überschritten, so kann die Türbremse versagen. Zudem ist ein eventueller hydraulischer oder elektromechanischer Türantrieb nur mit erheblichem Aufwand zu realisieren, da eine zusätzliche Pumpe bzw. ein elektromechanischer Antrieb nötig ist, die den nötigen Bauraum vergrößern, wartungsintensiv sind und die Herstellungskosten erhöhen.
Aus der DE 42 24 132 C2 ist andererseits ein Türfeststellsystem bekannt, bei dem ein Kolben-Zylinder-System als rheologischer Dämpfer in translatorischer Richtung wirkt. Das heißt, dass die Bewegung der Tür auf einen sich translatorisch bewegenden Kolben übertragen wird, der sich in einem mit rheologischer Flüssigkeit gefüllten Zylinder bewegt und hierbei durch Scherwirkung, die von einer an der Flüssigkeit angelegten Feldspannung abhängt, in seiner Bewegung gebremst werden kann. Der Zylinder wird durch den Kolben in zwei getrennte, eventuell über ein Blockierventil verbundene Arbeitsräume geteilt, die an eine hydraulische Antriebseinheit angeschlossen sein können und so einen vollautomatischen Betrieb der Tür ermöglichen. Nachteilig bei dieser Lösung ist einerseits, dass das Kolben-Zylinder-System aufgrund der Dämpfung einer translatorischen Bewegung relativ viel Bauraum benötigt. Außerdem ist auch hier ein Antrieb nur aufwändig durch einen zusätzlichen Hydraulikkreis realisierbar, der ebenfalls die bereits oben genannten Nachteile mit sich bringt.
Die DE 197 54 167 A1 beschreibt wiederum eine Vorrichtung zur stufenlosen Arretierung, bei der ein mit rheologischer Flüssigkeit arbeitender translatorischer Dämpfer oder ein Drehdämpfer zur Türarretierung eingesetzt wird. Die Verbindung des Dämpfers mit der Tür wird nicht näher beschrieben.
In der DE 102 11 139 A1 wird ein rotatorischer oder translatorischer Dämpfer zur Türarretierung beschrieben, bei dem an einem Außenumfang eines Kolbens ein mit elektroviskoser Flüssigkeit getränktes, poröses und elastisches Bremsteil an einer wellenförmigen Kolbenwand entlang gleiten kann und bei Anlegen einer Spannung das Bremsteil verhärtet und durch zunehmenden Formschluss mit der Wand die Gleitbewegung erschwert oder verhindert, wodurch der Kolben gebremst bzw. arretiert wird. Ein ähnliches Prinzip wird in der US 6,202,806 vorgeschlagen. Nachteilig ist hierbei die aufgrund des variablen Formschlusses des Bremsteils auftretende Reibung, die zu Verschleiß führen kann.
Darstellung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brems- und Arretiervorrichtung für verschieb- oder schwenkbare Komponenten, insbesondere Kraftfahrzeugtüren, zu entwickeln, die die oben genannten Probleme des Stands der Technik beseitigt und dabei gleichzeitig ein stufenloses Öffnen und Schließen der Komponente bei möglichst geringem Kraftaufwand seitens des Benutzers sowie ein sicheres Arretieren der Komponente in einer beliebigen Schiebe- oder Schwenkposition ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brems- und Arretierungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Brems- und Arretierungsvorrichtung umfasst ein festes erstes Bauteil und ein hierzu bewegbar gelagertes, verschiebbares oder verschwenkbares zweites Bauteil. Weiterhin ist eine mit dem ersten und zweiten Bauteil verbindbare Gewindespindel vorgesehen sowie eine damit in Eingriff befindliche, an dem ersten oder zweiten Bauteil befestigbare Mutter sowie ein die Gewindespindel dämpfender rheologischer Drehdämpfer. Da sich die Gewindespindel bei der Relativbewegung zwischen erstem Bauteil und zweitem Bauteil kontinuierlich drehen kann, wird auf diese Weise eine stufenlose Brems- und Arretierungsvorrichtung realisiert. Der Vorteil des rheologischen Drehdämpfers besteht darin, dass die auf Scherkräften in der rheologischen Flüssigkeit beruhende Dämpfung kaum Verschleißerscheinungen an den Bauteilen der Vorrichtung auftreten lässt.
Bevorzugt lässt sich die rheologische Dämpfung durch Anlegen einer geeigneten Spannung beliebig im Betrieb einstellen. Ein derartiger elektrorheologischer Dämpfer ist als Bauteil vorbekannt und ermöglich nahezu beliebige Kraftkennlinien, die zur Dämpfung der Relativbewegung zwischen erstem Bauteil und zweitem Bauteil oder zur stufenlosen Fixierung der Bauteile zueinander genutzt werden können.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Gewindespindel im Zusammenwirken mit der Mutter nicht selbsthemmend, so dass eine manuelle Betätigung der Vorrichtung jederzeit möglich ist. In diesem Fall dreht sich bei manueller Betätigung die Gewindespindel in der Mutter sowie im rheologischen Drehdämpfer.
Weiterhin umfasst die Brems- und Arretiervorrichtung bevorzugt ein Wälzlager, über das die Gewindespindel mit demjenigen Bauteil dreh- und schwenkbar verbindbar ist, an dem die Mutter nicht fest angebracht ist. Somit wirken keine zusätzlichen Kräfte auf die Gewindespindel ein, die aufgrund von Drehmomenten bei Verschwenkung des zweiten Bauteils relativ zum ersten Bauteil auftreten können.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Brems- und Arretiervorrichtung einen Antriebsmotor, der mit der Gewindespindel in Wirkverbindung steht. Mit anderen Worten ist ein Antriebsmotor vorgesehen, dessen Antriebswelle drehstarr entweder direkt oder über ein zwischengeschaltetes Getriebe mit der Gewindespindel verbunden ist. Dies ermöglicht sowohl eine motorische Unterstützung bei manueller Schiebe- oder Schwenkbewegung des zweiten Bauteils relativ zum ersten Bauteil als auch eine vollautomatische Ausführung der Bewegung. Ein zwischengeschaltetes Getriebe besitzt den zusätzlichen Vorteil, dass auch ein kleiner, schnell drehender Elektromotor eingesetzt werden kann, da dieser über ein geeignetes Untersetzungsgetriebe das benötigte Drehmoment auf die Antriebsspindel übertragen kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich der Motor in einem geeigneten, von der Drehspindel entfernten Bauraum befinden kann, wenn dies erforderlich ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Brems- und Arretiervorrichtung der vorliegenden Erfindung; und
2 zeigt schematisch einen möglichen Einsatzbereich der Brems- und Arretiervorrichtung der Erfindung.
Wege zur Ausführung der Erfindung
In 1 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brems- und Arretiervorrichtung gezeigt. Die gesamte Vorrichtung besteht aus einer Gewindespindel 1, einer Mutter 2, einem elektrorheologischen Drehdämpfer 6 sowie einem Antriebsmotor 7.
Die Spindel 1 besteht vorzugsweise aus gehärtetem Metall mit geringer Abriebsneigung und kann ein Standardprodukt sein. Je nach Anwendungsfall kann die Spindel im Hinblick auf die zu übertragenden Kräfte, aber auch auf die Geschwindigkeit der Öffnungs- und Schließbewegung abgestimmt werden. Als Gewindetyp kann beispielsweise ein Trapezgewinde verwendet werden, das ein- oder mehrgängig ausgebildet ist.
Die Spindel 1 ist über die Mutter 2 mit dem Karosserierohbau 3 eines Kraftfahrzeuges sowie über ein Wälzlager 5 mit einer Tür 4 verbunden. Die Verbindungen können dabei jeweils dreh- und schwenkbar ausgestaltet sein. Im Ausführungsbeispiel nach 1 ist die Mutter 2 mit dem Karosserierohbau eines Kraftfahrzeuges verbunden, wohingegen in der Tür 4 als relativ hierzu schwenkbaren Bauteil das Wälzlager 5 angeordnet ist. In gleicher Weise ist es natürlich auch möglich, die Mutter mit dem zu verschwenkenden Bauelement zu verbinden und das Wälzlager am festen Bauteil vorzusehen.
Durch Betätigung des Motors 7 wird die Spindel 1 in eine von beiden gewünschten Drehrichtungen gedreht und so durch die an der Karosserie befestigte Mutter 2 bewegt, wodurch die Tür 4 geöffnet bzw. geschlossen wird. Die Motoreinheit 7 kann aus einem Motor sowie einer Getriebeeinheit bestehen. Auf diese Weise lässt sich über eine geeignete Getriebekonstruktion Drehmoment und Öffnungsgeschwindigkeit genauer auf die Bedürfnisse abstimmen.
Da die Spindel bzw. die Gestaltung des auf der Spindel 1 befindlichen Gewindes so ausgeführt ist, dass die Spindel nicht-selbsthemmend ist, kann die Spindel auch bei manueller Betätigung der Tür 4 in der Mutter 2 gedreht werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Tür ohne Vorsehen eines Antriebsmotors oder aber auch trotz des Vorhandenseins des Antriebsmotors manuell zu betätigen.
Der Drehdämpfer 6 ist als elektrorheologischer Drehdämpfer ausgestaltet und mit einer Flüssigkeit gefüllt, deren Viskosität veränderbar ist. Durch das Anlegen einer wählbaren Spannung lässt sich das Dämpfungsverhalten des Drehdämpfers 6 variieren und so nahezu beliebige Kraftkennlinien realisieren, so dass die Dämpfungswirkung auf die Spindel beliebig gesteuert und eine stufenlose Arretierung erzielt werden kann. Der Drehdämpfer 6 umgibt die Spindel 1 vollständig und ist auf geeignete Weise gegen die durch diesen hindurchgeführte Drehspindel abgedichtet. Die für die Veränderung des Dämpfungsverhaltens vorwählbare Spannung wird über eine nicht dargestellte Steuerungselektronik bestimmt, die mit Sensoren zur Erfassung der auf die Tür einwirkenden Beschleunigungs- und Kraftwerte in Informationsverbindung steht. So kann zum Beispiel bei Überschreiten einer bestimmten Bewegungsgeschwindigkeit des verschiebbaren oder verschwenkbaren zweiten Bauteils relativ zum festen, ersten Bauteil durch die Steuerungselektronik eine stärkere Dämpfung veranlasst werden. Bei Abbremsen der Tür (negative Beschleunigung) kann ein Erstarren der rheologischen Dämpfungsflüssigkeit und dadurch ein sicheres Arretieren der Tür erreicht werden.
Wenn auch anhand der 1 als konkretes Ausführungsbeispiel die Verwendung der Brems- und Arretierungsvorrichtung an einer Kraftfahrzeugtür erläutert wurde, so ist die Erfindung aber auch auf Schiebetüren oder Heckklappen bei Kraftfahrzeugen, Gepäckfachklappen bei Omnibussen sowie allgemein auf Klappen in oder am Fahrzeug anwendbar, die in einer bestimmten Öffnungsstellung gehalten oder kontrolliert geöffnet und geschlossen werden sollen.
In 2 ist beispielsweise eine Anwendung dargestellt, in der die Brems- und Arretiervorrichtung für eine schwenkbare Handschuhfachklappe verwendet wird. Das Handschuhfach 11 befindet sich dabei in einer Instrumententafel 10 und ist in mehrere Fächer aufgeteilt. Da die in 2 nicht dargestellte Brems- und Arretiervorrichtung in beliebigen Zwischenstellungen zwischen geschlossener Stellung 12 und vollständig geöffneter Stellung 13 arretierbar ist, können lediglich gewünschte Fächer des Handschuhfachs zugänglich gemacht werden. Außerdem verhindert die einstellbare Dämpfung, dass dem Fahrgast die Klappe unerwartet auf die Knie schlagen kann. Weiter ermöglicht in der vollständig geöffneten Position die sichere Arretierung das Bereitstellen einer stabilen Ablage, die beispielsweise als Becherhalter verwendet werden kann.
Den oben beschriebenen Ausführungsformen gemeinsam ist, dass bei der erfindungsgemäßen Brems- und Arretierungsvorrichtung durch die kontinuierliche Drehung der Spindel die Bremse stufenlos ausgeführt werden kann. Das gesamte System ist verschleißarm, da die Dämpfung auf Scherkräften in der rheologischen Flüssigkeit beruht, nicht aber feste Teile zueinander einem erhöhten Abrieb unterworfen sind. Durch Veränderung der Spannung lassen sich im elektrorheologischen Dämpfer Scherkräfte und damit die Dämpfung der Brems- und Arretiervorrichtung im Betrieb und in Abhängigkeit von auftretenden Bewegungsabläufen einstellen. Auf diese Weise kann ein intelligentes System geschaffen werden, das beispielsweise bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Brems- und Arretiervorrichtung in Kraftfahrzeugtüren äußere Umstände wie Wind oder Fahrzeugneigung über ein geändertes Bewegungsverhalten der Tür erfasst und entsprechend durch Einstellung des elektrorheologischen Dämpfers dem gewünschten Bewegungsablauf annähert. Durch Anflanschen eines elektrischen Motors lässt sich leicht ein Türantrieb in eine stufenlose Türbremse integrieren, so dass zwei Ausstattungsvarianten möglich werden und die durch die erfindungsgemäße Brems- und Arretierungsvorrichtung realisierte Türbremse optional mit Antrieb versehen sein kann. Ein weiterer Vorteil besteht schließlich darin, dass bei der Spindel, der Mutter, dem Lager, aber auch dem optionalen Elektromotor auf allgemein verfügbare Standardprodukte zurückgegriffen werden kann, während sich der elektrorheologische Dämpfer leicht an den gewünschten Anwendungszweck anpassen lässt. Nur die Steuerungselektronik für den elektrorheologischen Dämpfer und eine mögliche Sensorik müssen an den speziellen Anwendungsfall angepasst werden.

Claims

Brems- und Arretierungsvorrichtung, umfassend: – ein festes, erstes Bauteil (3) und ein hierzu bewegbar gelagertes, verschiebbares oder verschwenkbares zweites Bauteil (4); – eine mit dem ersten Bauteil (3) und zweiten Bauteil (4) verbindbare Gewindespindel (1); – eine mit der Gewindespindel (1) in Eingriff befindliche, an dem ersten Bauteil (3) oder zweiten Bauteil (4) befestigbare Mutter (2); und – einen die Gewindespindel (1) dämpfenden, rheologischen Drehdämpfer (6).
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Gewindespindel (1) so gestaltet ist, dass sie im Zusammenwirken mit der Mutter (2) nicht selbsthemmend ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiter umfassend ein Wälzlager (5), über das die Gewindespindel (1) mit demjenigen Bauteil (3 oder 4) dreh- und schwenkbar verbindbar ist, an dem die Mutter (2) nicht fest angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, weiter umfassend einen Antriebsmotor (7), der mit der Gewindespindel (1) in Wirkverbindung steht.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Antriebsmotor (7) und der Gewindespindel (1) ein Getriebe zwischengeschaltet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehdämpfer ein elektrorheologischer Drehdämpfer (6) ist.
Tür, insbesondere Fahrzeugtür oder Heckklappe eines Kraftfahrzeugs, oder Gepäckfachklappe eines Omnibus, umfassend eine Brems- und Arretierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Tür oder Klappe im Innenraum eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Brems- und Arretierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.