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Die
Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff von Patentanspruch
1. Ein solches Kraftfahrzeug ist aus der
DE 41 04 125 A1 bekannt.
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Das
Kraftfahrzeug weist somit eine Klappe oder Scherentüre
auf, die von einer Geschlossenstellung gegen die Schwerkraft in
eine Offenstellung verbringbar ist. Eine solche Klappe kann als
Heckklappe oder Kofferraumdeckel ausgeführt sein. Hierbei
kann die Klappe oder Scherentüre über ein Scharnier
an einer Karosserie des Kraftfahrzeugs angelenkt sein. Dadurch wird
eine Drehachse definiert, um die die Klappe oder Scherentüre
verschwenkbar ist. Die Drehachse verläuft typischerweise
parallel zur Fahrzeugquerachse, also bei ebenerdig stehendem Kraftfahrzeug
horizontal. Die Erfindung ist jedoch auch dann anwendbar, wenn die
Klappe oder Scherentüre um eine Achse verschwenkbar ist,
die bis zu 35%, bevorzugt jedoch höchstens bis zu 15% gegenüber der
horizontalen Stellung verkippt ist. Die Erfindung ist auch dann
anwendbar, wenn die Klappe oder Scherentüre nicht an einem
Scharnier angelenkt ist.
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Zu
einem gattungsgemäßen Kraftfahrzeug gehört
wenigstens eine Drehstabfeder zum Unterstützen des Verbringens
der Klappe oder der Scherentüre von der Geschlossenstellung
gegen die Schwerkraft in die Offenstellung.
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Im
Fachgebiet hat man sich intensiv mit der Ausgestaltung von, insbesondere
einen elektromotorischen Antrieb aufweisenden, Mechanismen zum Unterstützen
der Klappen- oder Scherentürenbewegung auseinandergesetzt.
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Die
gattungsbildende
DE
41 04 125 A1 beschreibt einen Personenkraftwagen mit einer
Heckklappe, welche über zwei Scharniere an einer Dachreling
angelenkt ist. Hierbei ist jedes der zwei Scharniere mit einem Fuß der
Dachreling gekoppelt und mit jeweils einer Drehstabfeder verbunden.
Die Drehstabfeder erstreckt sich jeweils von einem Fuß der Dachreling
zu dem gegenüberliegenden Fuß. Die Drehstabfedern
unterstützen ein Öffnen der Heckklappe: Bei der
Geschlossenstellung der Heckklappe sind die Drehstabfedern vorgespannt,
und diese Spannung wird nach einem Entriegeln zum Bewegen der Heckklappe
in die Offenstellung genutzt.
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Bei
herkömmlichen Konstruktionen wirkt der Antrieb auf die
Elemente eines Scharniers ein. Eine solche Konstruktion ist beispielsweise
in der
EP 1 672 160
A2 beschrieben. Der Antrieb muss zwangsläufig
in der Nähe der Scharnierelemente angeordnet sein. Es gibt
daher keine freie Wahl für den Platz des Antriebs. Der
Antrieb muss wegen des kurzen Hebels ein großes Moment
aufbringen, so dass es eines entsprechend großen Motors
bedarf. Daher wird relativ viel Platz für den Antrieb benötigt.
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Aus
der
US 2002/0032986
A1 ist es bekannt, einen Antrieb zur Öffnung einer
Heckklappe an einer von der Schwenkachse der Heckklappe beabstandeten
Stelle auf diese einwirken zu lassen. Der Antrieb dreht hierbei
ein Zahnrad, das eine verschwenkbare Zahnstange bewegt, die an einen
mit der Heckklappe fest verbundenen Arm angreift. Die Konstruktion
aus der
US 2002/0032986
A1 bedingt eine Anordnung des Antriebs im Dachbereich des
Kraftfahrzeugs, wo dies aus konstruktiven Gründen nicht
immer erwünscht ist. Der Antrieb muss relativ groß ausgeführt sein,
denn obwohl der Mechanismus an einer von der Schwenkachse beabstandeten
Stelle angreift, ist dieser Abstand nicht derart groß,
als dass die aufzubringenden Momente stark reduziert wären.
Der Antrieb nimmt insbesondere eine nicht stets an einer geeigneten
Stelle zur Verfügung stehende Bauhöhe von 30 bis
35 mm ein.
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Eine
aus der
DE 10
2006 042 403 A1 beschriebene motorische Antriebsvorrichtung
wirkt auf eine Heckklappe eines Kraftfahrzeugs ebenfalls an einer
von der Schwenkachse beabstandeten Stelle ein. Der Antrieb bewirkt
die Drehung einer Spindel, auf der sich eine Spindelmutter bewegt,
und die Spindelmutter ist mit der Heckklappe über einen
verschiebbaren Käfig gekoppelt. Der Mechanismus aus der
DE 10 2006 042 403
A1 bedingt eine lineare Bewegung des Käfigs gegenüber
der Spindel. Diese lineare Bewegung kann lediglich relativ klein
sein, so dass der Angriffspunkt des Mechanismus an der Heckklappe
noch relativ nah an dem Scharnier liegt.
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Eine
weitere Konstruktion stellt die
DE 10 2005 031 990 A1 vor: Anknüpfend
an das Bereitstellen von Gasfedern, die den Vorgang des Öffnens
der Klappe (nicht aber deren Schließens) unterstützen, schlägt
die
DE 10 2005
031 990 A1 vor, eine von einer Gasdruckfeder bewegte Kolbenstange
mit einer von einem Antrieb bewegten Schub-/Zugstange über ein
Verbindungsstück zu koppeln. Bei dem Antrieb kann eine
Gewindespindel eingesetzt werden. Durch diese Ausgestaltung sollen
möglichst wenig unsichere Abdichtungen benötigt
werden. Andererseits erkauft man sich dies durch einen Verlust an
Flexibilität bei der Anordnung der Gasfedern bzw. des Antriebsmechanismus.
Der Mechanismus soll gerade bei Beginn des Öffnungsvorgangs
unterstützend wirken, die Gasfeder, wenn der Öffnungsvorgang
eingeleitet ist. Durch die parallele Anordnung von Gasfeder und in
einer Hülle geführter Schub-/Zugstange ergeben sich
Nachteile bei der Ausnutzung der bereitgestellten Kräfte.
Da die Kräfte nicht optimal genutzt werden können,
muss der Motor des Antriebs gegebenenfalls zu groß ausgelegt
werden. Des Weiteren benötigt die Antriebsvorrichtung aufgrund
der parallelen Anordnung von Gasfeder und in der Hülle
geführter Schub-/Zugstange besonders viel Platz.
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In
der
EP 1 026 070 B1 ist
beschrieben, dass das Öffnen einer Heckklappe eines Kraftfahrzeugs durch
einen Auswerfer und eine Gasfeder unterstützt wird. Der
Auswerfer fährt eine Kolbenstange aus. Die Kolbenstange öffnet
die Heckklappe etwas weiter in eine Stellung, in der die Gasfeder
ein öffnendes Moment auf die Heckklappe ausübt.
Der Auswerfer kann an ganz anderer Stelle als die Gasfeder angeordnet sein
und ist bei der in der
EP
1026070 B1 beschriebenen Ausführungsform auch
fernab von der Drehachse der Heckklappe angeordnet. Naturgemäß unterstützt
der Auswerfer jedoch nicht den Schließvorgang. Bei einem
solchen muss eine Bedienperson die Gasfeder zusammendrücken
und relativ große Kräfte aufwenden.
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Die
EP 1 276 624 beschreibt
einen Mechanismus, über den eine Heckklappe geöffnet
und geschlossen wird, bei dem eine Koppelstange weit von der Drehachse
der Heckklappe entfernt angreift. Die Koppelstange ist an ihrem
von der Heckklappenseite verschiedenen Ende an einem Schlitten gelagert.
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Der
Schlitten gleitet über Schienen vertikal. Kraft zum Heben
des Schlittens mit der Koppelstange und der daran angelenkten Heckklappe
wird über eine Kette auf den Schlitten übertragen,
wobei im Bodenbereich des Innenraums des Kraftfahrzeugs ein Antrieb
angeordnet ist, der die Kette bewegt. Der gesamte Mechanismus nimmt
sehr viel Platz ein. Da die Koppelstange hauptsächlich
in vertikaler Stellung hochgedrückt wird, muss zudem der
Motor relativ groß sein, um hohe Kräfte bzw. Momente
aufbringen zu können.
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Die
US 6,453,614 B1 beschreibt
einen Mechanismus, über den eine Heckklappe eines Kraftfahrzeugs
bewegt werden kann, von dem wesentliche Teile in einer zur Karosserie
des Kraftfahrzeugs zugehörigen Säule angeordnet
sind: In einem Kanal einer solchen Säule, der gekrümmte
Abschnitte aufweisen darf, sind in Folge mehrere Zahnstangenglieder
angeordnet, welche miteinander gekoppelt sind. An einem der Zahnstangenglieder
ist ein Stift befestigt, der aus der Säule herausragt.
An dem Stift wiederum ist eine Koppelstange befestigt, die mit der Heckklappe
gekoppelt ist. Über eine weitere Öffnung in dem
Pfeiler greift ein Ritzel, das von einem Motor gedreht wird, in
die Zahnstangenglieder ein und bewegt diese in dem Kanal. Damit
bewegt sich die Koppelstange mit, und die Heckklappe wird geöffnet.
Dadurch, dass die Zahnstangenglieder in einem im Wesentlichen vertikal
verlaufenden Kanal bewegt werden, muss die Koppelstange ebenfalls
vertikal nach oben stehen und kann nur geringfügig verkippen.
Die auf die Koppelstange wirkenden Kräfte werden daher nicht
optimal zur Bereitstellung eines großen Moments auf die
Heckklappe ausgenutzt, denn der Angriffswinkel ist ungünstig
gewählt. Daher muss der Motor große Kräfte
aufbringen, also entsprechend stark und damit auch groß und
viel Platz einnehmend ausgelegt sein. Der Mechanismus aus der
US 6,453,614 B1 kann
daher insbesondere für die Bewegung besonders schwerer
Heckklappen nicht eingesetzt werden.
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In
der
US 2005/0275237
A1 ist ein Mechanismus zum Öffnen einer Heckklappe
offenbart, bei dem eine Koppelstange an der Heckklappe angreift, die
Koppelstange aber mit ihrer anderen Seite nicht unmittelbar mit
dem Antrieb verbunden ist, sondern an einem Schwenkarm angelenkt
ist, wobei der Schwenkarm durch den Antrieb angetrieben wird. In der
Geschlossenstellung ist die Koppelstange zum Schwenkarm geklappt,
bei Verbringen in die Offenposition klappt sie von diesem weg, wobei
gleichzeitig der Schwenkarm zum Antrieb verschwenkt wird. Bei diesem
Mechanismus muss der Antrieb relativ aufwendig ausgestaltet sein.
Der Antrieb muss auch relativ hohe Kräfte erzeugen können,
weil durch die Übertragung der Kraft in ungünstigen
Winkeln ein erhöhter Kraftaufwand erforderlich ist. Aus
diesen beiden Gründen muss der Antrieb relativ viel Platz
einnehmen.
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Damit
die Fahrzeugentwickler eine größere Freiheit beim
Entwurf eines Kraftfahrzeugs haben, wäre es wünschenswert,
wenn durch den Mechanismus, welcher auf eine Klappe (Heckklappe,
Kofferraumdeckel) oder eine Scherentüre (bzw. Schmetterlingstüre)
einwirkt, die Möglichkeit bestünde, eine solche
Klappe oder Scherentüre bereitzustellen, die eine besonders
große verschwenkbare Länge hat, z. B. von bis
zu 1,30 m und 1,40 m. Die oben genannten und auch weitere Mechanismen
des Standes der Technik sind nicht geeignet, die bei einer derart
großen und daher auch (um z. B. 40 kg) schweren Klappe
oder Scherentüre notwendigen Momente von bis zu 300 Nm
in Verbindung mit einem Motor akzeptabler Größe
bereitzustellen. Die Mechanismen versagen entweder bei Momenten
oberhalb einer vorbestimmten Grenze, oder die Motoren müssten übermäßig
leistungsfähig ausgebildet werden und nähmen daher
besonders viel Platz in Anspruch. Zudem wäre es wünschenswert,
wenn die Mechanismen an solchen Stellen bereitgestellt wären,
an denen sie besonders wenig stören, z. B. in einem durch
eine Heckklappe oder einen Kofferraumdeckel öffenbaren Kofferraum
dort angeordnet werden können, wo sie das Einbringen von
Gegenständen in den Kofferraum nicht oder nur unwesentlich
behindern.
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Es
ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Mechanismus
bereitzustellen, über den eine Klappe oder eine Scherentüre
eines Kraftfahrzeugs der eingangs genannten Gattung bewegt werden
kann, der wenig Platz bevorzugt an solchen Stellen einnimmt, an
denen es die Konstrukteure wünschen.
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Die
Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist
die wenigstens eine Drehstabfeder in ein zum Begrenzen eines Fahrgastraums
bereitgestelltes Karosserieelement integriert ist. Das Integrieren
kann hierbei ein Anordnen zwischen zwei Karosseriebauteilen sein,
durch welche ein doppelwandiges Karosserieelement bereitgestellt ist
oder ein Anordnen zwischen einem Verkleidungsteil und einem Karosseriebauteil.
Durch die Erfindung wird ein platzsparendes Unterbringen des Mechanismus
ermöglicht, wo es besonders wenig stört. Der Fahrgastraum
ist bei Personenkraftwagen rückwärtig durch ein
Heck begrenzt, welches als Schrägheck, Steilheck oder Stufenheck
ausgebildet sein kann.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Klappe eine Heckklappe,
wobei die wenigstens eine Drehstabfeder in einen Dachquerträger
integriert ist. Der Dachquerträger kann hierbei bereichsweise
ein Dach des Fahrgastraums bilden. Die wenigstens eine Drehstabfeder
ist somit besonders wenig störend und an einer solchen
Stelle und mit solcher Orientierung untergebracht, von wo aus optimal
Kräfte auf die Heckklappe übertragen werden.
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In
einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die
Klappe ein Kofferraumdeckel. Hierbei kann ein unterhalb einer Heckscheibe
angeordneter Querträger zum wenig störenden Unterbringen der
wenigstens einen Drehstabfeder dienen.
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In
einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die
Scherentüre als Schmetterlingstüre ausgebildet.
Die in der Regel an einer Säule im Bereich der Fahrzeuglängsseite
angebrachten Scherentüren sind, in einer Rotationsbewegung
in Bezug auf eine zum Kraftfahrzeug definierte Fahrzeugquerachse,
aus der im Wesentlichen waagrechten Geschlossenstellung in eine
im Wesentlichen senkrechte Offenstellung verbringbar, womit sie
besonders vorteilhaft zum äußeren Erscheinungsbild
des Kraftfahrzeugs beitragen. Im Unterschied zu den Scherentüren öffnen
die Schmetterlingstüren beim Verbringen in die Offenstellung
auch einen Teil der Dachfläche des Kraftfahrzeugs, was
für die Passagiere Vorteile beim Einstieg in das Kraftfahrzeug
mit sich bringt.
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Als
weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn zum Unterstützen
des Verbringens der Klappe oder Scherentüre in die Offenstellung
an einem Scharnier der Klappe oder Scherentüre wenigstens zwei
miteinander gekoppelte Drehstabfedern angeordnet sind. Hierbei kann
anstelle einer einzigen, eine vergleichsweise große Querschnittsfläche
aufweisenden Drehstabfeder ein zwei miteinander gekoppelte Drehstabfedern
umfassendes Drehstabfedersystem mit einem Scharnier der Klappe oder Scherentüre
gekoppelt sein, wobei die zwei miteinander gekoppelten Drehstabfedern
jeweils eine geringere Querschnittsfläche aufweisen. Die gekoppelten Drehstabfedern
sind besonders leicht in das Karosserieelement integrierbar. Das
Koppeln von zwei oder mehr Drehstabfedern kann mittels einer Verzahnung
von im Querschnitt runden Drehstabfedern oder durch anderweitiges
geeignetes Verbinden von etwa als Flachstäben ausgebildeten
Drehstabfedern erfolgen.
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Als
weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn zum Koppeln von zwei
miteinander in Wirkverbindung stehenden Drehstabfedern ein Kopplungselement
vorgesehen ist, mittels welchem eine wirksame Länge der
miteinander gekoppelten Drehstabfedern veränderbar ist.
Durch ein Verändern der wirksamen Länge der miteinander
gekoppelten Drehstabfedern ist ein Verändern eines von
den Drehstabfedern an die Klappe oder Scherentüre bereitgestellten
Torsionsmoments ermöglicht. So kann bei Vorliegen einer
zusätzlichen Last auf der Klappe oder Scherentüre,
z. B. Schnee, der auf der Klappe liegt, die wirksame Länge
der miteinander gekoppelten Drehstabfedern vergrößert
werden, um das Öffnen der Klappe oder Scherentüre
an die veränderten Randbedingungen angepasst zu unterstützen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel
zum Beeinflussen des von der wenigstens einen Drehstabfeder an die
Klappe oder Scherentüre bereitgestellten Torsionsmomente vorgesehen.
Diese von der Klappe oder Scherentüre verschiedenen Mittel
zum Beeinflussen sind bevorzugt im Kraftweg von der wenigstens einen
Drehstabfeder zu der Klappe bzw. Scherentüre, oder umgekehrt
angeordnet.
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Durch
die Mittel zum Beeinflussen des Torsionsmoments kann dem Umstand
entgegengewirkt werden, dass eine nicht von diesen Mitteln beaufschlagte
Drehstabfeder ein Torsionsmoment bereitstellt, welches beim Bewegen
der Klappe oder Scherentüre von der Geschlossenstellung
in die Offenstellung linear abnimmt. Demgegenüber nimmt
das aufgrund des Gewichts der Klappe oder Scherentüre wirkende
Drehmoment beim Verbringen von der Geschlossenstellung in die Offenstellung üblicherweise zunächst
zu, bis die Klappe oder Scherentüre eine im Wesentlichen
waagrechte Stellung erreicht hat. In dieser Stellung der Klappe
oder Scherentüre weist das aufgrund der Klappe oder Scherentüre
wirkende Drehmoment einen Maximalwert auf. Ein Schwerpunkt der Klappe
oder Scherentüre hat hier einen maximalen Abstand zu der
Schwenkachse. Bei einem weiteren Verschwenken der Klappe oder Scherentüre
nimmt aufgrund der Klappe oder Scherentüre wirkende Drehmoment
bis zum Erreichen der Endstellung wieder ab. Durch die Mittel zum
Beeinflussen des Torsionsmoments ist in vorteilhafter Weise ein Unterschied
zwischen dem von der wenigstens einen Drehstabfeder auf die Klappe
oder Scherentüre übertragenen Moment und dem aufgrund
des Gewichts der Klappe oder Scherentüre wirkenden Gegenmoment
verringerbar.
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In
vorteilhafter Weise stellen hierbei die Mittel zum Beeinflussen
zumindest in einer Öffnungsstellung der Klappe oder Scherentüre
ein Gegenmoment zu dem von der wenigstens einen Drehstabfeder auf
die Klappe oder Scherentüre übertragenen Moment
bereit. Dadurch ist erreichbar, dass selbst der Maximalwert des
von der Klappe oder Scherentüre aufgebrachte Drehmoments
mittels der wenigstens einen Drehstabfeder kompensiert wird. Gleichzeitig
ist so erreichbar, dass bei von der den Maximalwert kennzeichnenden Öffnungsstellung
der Klappe oder Scherentüre abweichenden Öffnungsstellungen ein
geringeres Moment von der wenigstens einen Drehstabfeder auf die
Klappe oder Scherentüre übertragen wird, so dass
einem zu raschen Öffnen der Klappe oder Scherentüre
entgegengewirkt ist.
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In
weiter vorteilhafter Weise sind die Mittel zum Beeinflussen bei
zwei voneinander verschiedenen Öffnungsstellungen der Klappe
oder Scherentüre in zwei unterschiedlichen Zuständen.
So kann vorgesehen sein, dass bei der Öffnungsstellung
der Klappe oder Scherentüre, bei welcher das Drehmoment
der Klappe oder Scherentüre einen Maximalwert aufweist,
durch die Mittel zum Beeinflussen kein Gegenmoment bereitgestellt
wird, so dass die Klappe oder Scherentüre von der wenigstens
einen Drehstabfeder in einem Schwebezustand gehalten ist. Bei einer
von dieser ersten Öffnungsstellung abweichenden zweiten Öffnungsstellung
der Klappe oder Scherentüre befinden sich die Mittel zum
Beeinflussen demgegenüber in einem zweiten Zustand, in
welchem das von der wenigstens einen Drehstabfeder auf die Klappe
oder Scherentüre übertragene Moment durch das
Gegenmoment so verringert ist, dass das Drehmoment der Klappe oder
Scherentüre zumindest sehr weitgehend kompensiert ist.
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Ist
die Klappe oder Scherentüre auf ihrem gesamten Verschwenkweg
im Schwebezustand gehalten, so braucht zum Öffnen oder
Schließen der Klappe oder Scherentüre lediglich
eine sehr geringe, die Wirkung einer trägen Masse der Klappe
sowie Reibungskräfte überwindende Kraft bereitgestellt
zu werden. Diese sehr geringe Kraft kann durch die Handkraft einer
Bedienperson oder durch einen Antriebsmotor mit sehr geringer Leistung
aufgebracht werden. Durch die wenigstens eine Drehstabfeder kann
alternativ auf die Klappe oder Scherentüre ein Moment übertragen
werden, welches geringfügig, insbesondere über
den gesamten Verschwenkweg gleichmäßig, größer
ist als das Gegenmoment der Klappe oder Scherentüre. Somit
ist ein besonders komfortables, selbsttätiges Öffnen
der Klappe oder Scherentüre, beispielsweise nach einem
Entriegeln der Klappe oder Scherentüre mittels eines Funkschlüssels,
ermöglicht. Hierbei muss dann lediglich zum Schließen
der Klappe oder Scherentüre eine geringe Handkraft oder
die Kraft des Antriebsmotors aufgebracht werden.
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Die
Mittel zum Beeinflussen können ein drehfest mit der wenigstens
einen Drehstabfeder verbundenes Übertragungselement, insbesondere
einen Exzenter, umfassen. Ist ein Exzenter vorgesehen, so ist dieser
so mit der Drehstabfeder verbunden, das sein Drehpunkt mit einer
Drehachse der wenigstens einen Drehstabfeder zusammenfällt.
Durch Bewegen des des Übertragungselements, insbesondere
des Exzenters, welches an die Bewegung der Klappe oder Scherentüre
gekoppelt ist, ist das von der wenigstens einen Drehstabfeder auf
die Klappe oder Scherentüre übertragene Moment
besonders genau an das beim Bewegen der Klappe oder Scherentüre
von dieser aufgebrachte Drehmoment anpassbar.
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Das Übertragungselement
kann einen an der wenigstens einen Drehstabfeder angelenkten Schwenkarm
umfassen, welcher mittels eines durch das Bewegen der Klappe oder
Scherentüre eine Drehbewegung vollführenden Körpers,
welcher mit der Klappe oder Scherentüre drehfest verbunden
ist, verschwenkt wird. Durch das Verschwenken des wenigstens einen
Schwenkarms ändert sich eine Vorspannung der wenigstens
einen Drehstabfeder. Da hierbei die Drehbewegung des, beispielsweise
als Kurvenscheibe ausgebildeten, Körpers in eine Drehbewegung
der wenigstens einen Drehstabfeder um ihre Längsachse umgesetzt
wird, sind Reibungsverluste beim Verändern der Vorspannung
besonders gering.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein mit der Klappe
oder Scherentüre gekoppeltes Schubelement vorgesehen ist,
so dass der Exzenter bei einer Bewegung der Klappe oder Scherentüre
durch das Schubelement bewegt wird. Hierbei wird durch eine einfach
zu bewerkstelligende mechanische Kopplung eine translatorische Bewegung
des Schubelements in eine Drehbewegung des Exzenters umgesetzt.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Mittel
zum Beeinflussen eine drehfest mit der Klappe oder Scherentüre
verbundene Kurvenscheibe und ein mit dem Schubelement verbundenes Übertragungselement
auf, wobei das Übertragungselement beim Verbringen der
Klappe oder Scherentüre in die Offenstellung durch die
Kurvenscheibe bewegt wird. Das Übertragungselement kann
hierbei auf einem äußeren Rand der Kurvenscheibe
abrollen oder an dem äußeren Rand der Kurvenscheibe
entlanggleiten. Das Bewegen der Klappe oder Scherentüre
in die Offenstellung bewirkt hierbei durch die mechanische Kopplung
mit der wenigstens einen Drehstabfeder ein zwangsgesteuertes, besonders
ausfallsicheres und exaktes Anpassen des von der Drehstabfeder auf
die Klappe oder Scherentüre übertragenen Moments
an das von der Klappe oder Scherentüre aufgebrachte Moment.
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Als
weiter vorteilhaft hat es sich hierbei gezeigt, wenn ein Abstand
von dem äußeren Rand der Kurvenscheibe zu ihrem
Mittelpunkt variabel ist. Insbesondere ein sinusförmiger
Verlauf des äußeren Rands der Kurvenscheibe hat
sich als besonders wirkungsvoll erwiesen, um das von der Klappe
oder Scherentüre aufgebrachte Drehmoment durch Beeinflussen
des von der Drehstabfeder bereitgestellten Torsionselements besonders
weitgehend und gleichmäßig über den gesamten Öffnungsweg
der Klappe oder Scherentüre hinweg zu kompensieren.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mittels
der wenigstens einen Drehstabfeder ein Schwenkarm bewegbar, welcher
beim Bewegen der Klappe oder Scherentüre mit dieser in einem
Schleifkontakt steht. Der Schleifkontakt kann hierbei durch eine
Rolle, eine Kugel, einen Gleitstein oder dergleichen bereitgestellt
sein. Dadurch ist eine besonders verlustarme Übertragung
des von der Drehstabfeder bereitgestellten Moments auf die Klappe
oder Scherentüre erreichbar. Des weiteren kann so die wenigstens
eine Drehstabfeder in Bezug auf eine zum Kraftfahrzeug definierten
Fahrzeugquerachse schräg oder gekrümmt verlaufend
angeordnet sein, und dennoch ist das von der wenigstens einen Drehstabfeder
an die Klappe oder Scherentüre bereitgestellte Moment parallel
zu der Fahrzeugquerachse und somit in Schwenkrichtung der Klappe
oder Scherentüre auf diese übertragbar.
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Als
weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die wenigstens eine
Drehstabfeder kürzer ist als eine Breite der Klappe in
Richtung einer zum Kraftfahrzeug definierten Fahrzeugquerachse.
So kann eine Länge einer einzigen Drehstabfeder oder eine
jeweilige Länge einer Mehrzahl von miteinander gekoppelten
Drehstabfedern so bemessen sein, dass sie von einem randlich der
Klappe angeordneten Scharnier bis zu einer (in Richtung der Fahrzeugquerachse
gesehenen) Mitte des Kraftfahrzeugs reicht. Insbesondere beim Anordnen
der wenigstens einen Drehstabfeder innerhalb des Dachquerträgers bzw.
des Daches zum Bewegen der Heckklappe ist dies vorteilhaft, da die
wenigstens eine Drehstabfeder so besonders einfach innerhalb des üblicherweise
eine Krümmung aufweisenden Dachquerträgers bzw.
Daches anordenbar ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die
wenigstens eine Drehstabfeder gekrümmt und in wenigstens
einem Stützlager abgestützt. So kann etwa die
innerhalb des Dachquerträgers bzw. des Daches angeordnete
Drehstabfeder von einer Seite des Kraftfahrzeugs in Richtung der Fahrzeugquerachse
sich bis zur anderen Seite des Kraftfahrzeugs erstrecken, hierbei
der Krümmung des Querträgers oder des Daches folgen
und beispielsweise mittig in dem Stützlager abgestützt
sein. Dadurch sind auch vergleichsweise lange Drehstabfedern gut
in das gewünschte Karosserieelement integrierbar.
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Als
weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die wenigstens eine
Drehstabfeder von wenigstens einem Gehäuse zur Förderung
einer Quersteifigkeit des Karosserieelements umgeben ist. Hierbei
trägt in vorteilhafter Weise das wenigstens eine Gehäuse
zur Gesamtquersteifigkeit des Karosserieelements, etwa des Querträgers,
bei. Das Gehäuse kann durch zwei Halbschalen gebildet sein,
in welchen die wenigstens eine, insbesondere von einer Lagerhülse
umgebene, Drehstabfeder aufgenommen ist. Zusätzlich kann
das Gehäuse durch ein, insbesondere Sicken oder dergleichen
Versteifungselemente aufweisendes, Stützelement, etwa ein Stützblech,
verstärkt sein.
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Durch
die Erfindung wird es unter anderem auch ermöglicht, eine
solche Klappe einzusetzen, die senkrecht zur Fahrzeugquerachse (typischerweise senkrecht
zur Schwenkachse) eine Länge von mindestens 1,15 m, bevorzugt
von mindestens 1,20 m, besonders bevorzugt von mindestens 1,25 m
und ganz besonders bevorzugt von mindestens 1,30 m hat. Dies eröffnet
den Fahrzeugkonstrukteuren neue Möglichkeiten: Sie können
ein anderes Aussehen des Kraftfahrzeugs aus ästhetischen
oder auch aerodynamischen Gründen vorsehen.
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Mittels
der vorliegend beschriebenen wenigstens einen Drehstabfeder ist
es ermöglicht, die aufgrund der besonderen Länge
und Schwere der Klappe oder Scherentür beim Verbringen
von der Geschlossenstellung in die Offenstellung wirkenden Drehmomente
soweit zu kompensieren, dass über den gesamten Öffnungsweg
der Klappe oder Scherentür lediglich sehr geringe, mittels
der Handkraft einer Bedienperson besonders leicht aufzubringende Momente
zum Öffnen der Klappe oder Scherentür bereitzustellen
sind. Es kann zum Bereitstellen dieser sehr geringen Momente auch
ein sehr schwacher Motor, etwa ein Piezomotor, vorgesehen sein.
Ein solcher sehr schwacher Motor ermöglicht im Falle eines
Einklemmens eines Gegenstands oder Körperteils zwischen
der Klappe, bzw. der Scherentür, und einem angrenzenden
Karosseriebauteil auf sehr einfache Weise ein rasches Verringern
der Antriebsleistung des Motors, sobald aufgrund des Einklemmens eine
Fremdkraft erkannt wird.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 ein
Drehstabfedersystem zum Unterstützen eines Öffnens
einer Heckklappe eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs
mit einer ersten Ausführungsform des Drehstabfedersystems;
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2 eine
teilweise geschnittene, vergrößerte Detailansicht
des Drehstabfedersystems gemäß 1;
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3 eine
perspektivische Ansicht auf einen mittigen Schnitt des Drehstabfedersystems
gemäß 1;
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4 einen
mittigen Schnitt des einen Dachquerträger des Kraftfahrzeugs
integrierten Drehstabfedersystems gemäß 1;
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5 eine
zweite, stark schematisierte Ausführungsform eines Drehstabfedersystems
zum Unterstützen des Öffnens einer Heckklappe
eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs;
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6 eine
Seitenansicht des Drehstabfedersystems gemäß 5 bei
einer Geschlossenstellung der Heckklappe;
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7 eine
Seitenansicht des Drehstabfedersystems gemäß 5 in
einer ersten Öffnungsstellung der Heckklappe;
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8 eine
Seitenansicht des Drehstabfedersystems gemäß 5 in
einer zweiten Öffnungsstellung der Heckklappe;
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9 eine
perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform eines
Drehstabfedersystems für ein erfindungsgemäßes
Kraftfahrzeug;
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10 eine
teilweise geschnittene Draufsicht auf einen Ausschnitt des Drehstabfedersystems gemäß 9;
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11 eine
vierte Ausführungsform eines Drehstabfedersystems für
ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug und
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12 eine
fünfte Ausführungsform eines Drehstabfedersystems
für ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug.
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1 zeigt
ein Drehstabfedersystem 10 zum Unterstützen eines Öffnens
einer Heckklappe eines Kraftfahrzeugs. Das Drehstabfedersystem 10 wirkt über
eine rechten Scharnierhebel 12 und über einen linken
Scharnierhebel 14 auf die in 1 nicht
gezeigte Heckklappe, welche um eine in 2 dargestellte
Schwenkachse A verschwenkbar ist. Das Drehstabfedersystem 10 weist
eine Längserstreckung auf, welche zu einer Fahrzeugquerachse
y parallel und zu einer Fahrzeuglängsachse x senkrecht ist.
Die Schwenkachse A ist ebenfalls parallel zu der Fahrzeugquerachse
y.
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Das
Drehstabfedersystem 10 umfasst, wie aus 2 hervorgeht,
vier einzelne Drehstabfedern 16, welche von einem Gehäuse 18 umgeben
sind. Jeweils zwei der vier Drehstabfedern 16 dienen dem Bewegen
eines Schwenkarms 20, welcher auf den Scharnierhebel 14 über
eine Rolle 22 einwirkt. Die unter Vorspannung stehenden
Drehstabfedern 16 bewirken nach dem Entriegeln der Heckklappe
ein Verschwenken des Schwenkarms 20, wobei die Rolle 22 auf
einem Widerlager des Scharnierhebels 14 abrollt.
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Die
zwei auf den Scharnierhebel 14 wirkenden Drehstabfedern 16 sind
in einem Randbereich des Gehäuses 18 durch Verzahnen
miteinander gekoppelt. Der Randbereich des Gehäuses 18 ist
benachbart zu dem Scharnierhebel 12 angeordnet, welcher
dem Scharnierhebel 14 gegenüberliegt. Die wirksame
Länge der auf den Schwenkarm 20 ein Moment übertragenden
Drehstabfedern 16 beträgt somit das Doppelte der
Länge einer einzelnen Drehstabfeder 16.
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Die
den Scharnierhebel 12 beim Bewegen der Heckklappe mit einem
Drehmoment beaufschlagenden weiteren zwei Drehstabfedern 16 sind
ebenfalls im Randbereich des Gehäuses 18 mittels
Zahnrädern 24 miteinander verzahnt. Vorliegend
nicht gezeigte Zahnräder, welche die dem Scharnierhebel 14 zugeordneten
Drehstabfedern 16 miteinander koppeln, sind in analoger
Weise in dem Drehstabfedersystem 10 vorgesehen.
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3 und 4 zeigen,
dass die vier Drehstabfedern 16 in der auf die Fahrzeugquerachse
y bezogenen Mitte des Kraftfahrzeugs in einem Stützlager 26 abgestützt
sind. Das Stützlager 26 weist hierbei vier Durchgangsbohrungen
auf, durch welche die Drehstabfedern 16 geführt
sind. Hierbei sind im Bereich des Stützlagers 26 drei
der vier Drehstabfedern 16 im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet, eine
der vier Drehstabfedern 16 befindet sich unterhalb dieser
Ebene.
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Das
Drehstabfedersystem 10 ist in einen Dachquerträger 28 des
Kraftfahrzeugs integriert. Der Dachquerträger 28 umfasst
ein Oberteil 30 und ein mit diesem verbundenes Unterteil 32.
Montageflansche des Gehäuses 18 sind hierbei mit
dem Oberteil 30 und mit dem Unterteil 32 verbunden. 4 zeigt die
in Richtung der Fahrzeuglängsachse x rückwärtig an
den Dachquerträger 28 anschließende Heckklappe 34.
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5 zeigt
stark schematisiert ein alternatives Drehstabfedersystem 36,
welches eine Drehstabfeder 38 umfasst. Die mäanderförmige
Drehstabfeder 38 weist sechs zueinander parallele Abschnitte 40 auf,
welche über fünf bogenförmige Bereiche 42 miteinander
verbunden sind. Ein Frontabschnitt 44 und ein zu diesem
paralleler Heckabschnitt 46 der Drehstabfeder 38 sind
in jeweils einem Festlager 48 ortfest, jedoch drehbeweglich,
gelagert. Die Drehstabfeder 38 ist vorgespannt, so dass über
den Heckabschnitt 46 ein Torsionsmoment an die Heckklappe 50 bereitgestellt
ist.
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Mittel
zum Beeinflussen des von der Drehstabfeder 38 an die Heckklappe 50 bereitgestellten Torsionsmoments
umfassen vorliegend einen drehfest mit dem Frontabschnitt 44 verbundenen
Exzenter 52, welcher mittels eines Schubelements 54 mechanisch
mit der Heckklappe 50 gekoppelt ist. Das Schubelement 54 weist
ein Langloch 56 auf, durch welches der Heckabschnitt 46 der
Drehstabfeder 38 hindurchgeführt ist. Das Schubelement 54 ist
gegenüber dem in dem Festlager 48 festgelegten
Heckabschnitt 46 der Drehstabfeder 38 in Richtung
der Fahrzeuglängsachse x beweglich. Eine entsprechende Bewegungsrichtung
des Schubelements 54 ist in 5 durch
einen Bewegungspfeil 58 veranschaulicht.
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Mit
dem Schubelement 54 ist ein Übertragungselement 60 verbunden,
welches beim Verbringen der Heckklappe 50 von der Geschlossenstellung in
die Offenstellung und zurück bewegt wird. Das Übertragungselement 60 weist
hierfür eine Rolle 62 auf, welche auf einer drehfest
mit der Heckklappe 50 verbundenen Kurvenscheibe 64 beim
Verschwenken der Heckklappe 50 abrollt.
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6 zeigt
das Drehstabfedersystem 36 gemäß 5,
wobei die Heckklappe 50 sich in der Geschlossenstellung
befindet. Hierbei ist das Langloch 56 in Bezug auf eine
Mittelachse des Heckabschnitts 46 vergleichsweise weit
entlang der Fahrzeugslängsachse x in Richtung des Frontabschnitts 44 verschoben.
Entsprechend ist der Exzenter 52 relativ zu einer Mittelachse
des Frontabschnitts 44 so weit in Richtung zu dem Frontabschnitt 44 hin
bewegt, dass durch den Exzenter 52 die Vorspannung der
Drehstabfeder 38 reduziert ist. Der Exzenter 52 stellt
also in der Geschlossenstellung der Heckklappe 50 ein Gegenmoment
zu dem von der Drehstabfeder 38 auf die Heckklappe 50 übertragenen
Moment bereit.
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7 zeigt
die um einen Öffnungswinkel von 52° öffenbare
Heckklappe 50 bei einem Öffnungswinkel von 26°.
Bei diesem Öffnungswinkel ist das von der Heckklappe 50 aufgebrachte
Moment maximal, da die Schwerkraft maximal auf den Schwerpunkt der Heckklappe 50 wirkt.
Die Rolle 62, welche in Richtung einer Fahrzeughochachse
z gegenüber der in 6 gezeigten
Position der Rolle 62 unverändert ist, ist mittels
der Kurvenscheibe 64 maximal in Richtung der Fahrzeuglängsachse
x von dem Heckabschnitt 46 weg bewegt. Entsprechend sind
das Langloch 56 und mit diesem das Schubelement 54 gegenüber
dem Heckabschnitt 46 der Drehstabfeder 38 besonders
weit in Richtung der Fahrzeuglängsachse x nach vorne verschoben.
Der Exzenter 52 stellt in dieser Stellung der Heckklappe
kein Gegenmoment zu dem von der Drehstabfeder 38 auf die
Heckklappe 50 übertragenen Moment bereit.
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7 zeigt
des Weiteren, dass das Schubelement 54 eine Verstelleinrichtung 66 aufweist,
mittels welcher eine Länge des Schubelements 54 veränderbar
ist. Dadurch ist ein Anpassen der Vorspannung der Drehstabfeder 38 an
eine spezifische Heckklappe 50 erreichbar.
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8 zeigt
die Heckklappe 50 in der Offenstellung, bei der die Heckklappe 50 gegenüber
der in 6 gezeigten Stellung um 52° verschwenkt
ist. In analoger Weise zu der mit Bezug auf 6 geschilderten
Funktionsweise der Mittel zum Beeinflussen des von der Drehstabfeder 38 bereitgestellten
Torsionsmoments ist die Rolle 62 auf der Kurvenscheibe 64 abgerollt,
da die Kurvenscheibe 64 in Richtung der Fahrzeughochachse
z nach oben verschwenkt ist. Die Rolle 62 ist demgegenüber
in Richtung der Fahrzeughochachse z in einer unveränderten
Position. In dieser Stellung der Heckklappe 50 ist mittels
des Exzenters 52 das von der Drehstabfeder 38 bereitgestellte
Torsionsmoment reduziert. Ein äußerer Rand der
in Bezug auf die Hecklappe 50 symmetrischen Kurvenscheibe 64 bildet
eine sinusförmige Konturlinie.
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9 zeigt
ein weiteres Drehstabfedersystem 68, welches von der Funktionsweise
her dem mit Bezug auf 5 beschriebenen Drehstabfedersystem 36 entspricht.
Bei dem Drehstabfedersystem 68 gemäß 9 sind
jedoch acht zueinander parallele Drehstabfedern 70 je Scharnierhebel
bereitgestellt. Eine Länge einer einzelnen der acht zueinander
parallelen Drehstabfedern 70 ist hierbei so bemessen, dass
sich jeweils eines der Drehstabfedersysteme 68 bis zur
Mitte des Kraftfahrzeugs in Richtung der Fahrzeugquerachse y erstreckt.
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Jeweils
zwei benachbarte Drehstabfedern 70 sind an ihren Enden
mittels eines Kopplungselements 72 miteinander verbunden.
Die mit der Kurvenscheibe 64 drehfest verbundene Drehstabfeder 70 ist
zum Bewegen eines Schwenkarms 74 ausgelegt, welcher beim
Bewegen der Heckklappe mit dieser in einem Schleifkontakt steht.
Hierfür ist an dem Schwenkarm 74 ein Gleitstein 76 angeordnet.
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10 zeigt
eine Draufsicht auf einen Ausschnitt des Drehstabfedersystems 68 gemäß 9. Hierbei
ist erkennbar, dass die Kopplungselemente 72 mittels Haltestäben 78 mit
einer Halterung 80 verbunden sind. Durch die Haltestäbe 78 sind
die Kopplungselemente 72 gegen ein Bewegen in die Fahrzeughochrichtung
z gesichert. In der Halterung 80 sind zudem die Lager für
den Exzenter 52, die mit der Kurvenscheibe 64 drehfest
verbundene Drehstabfeder 70, das Schubelement 54 und
den Schwenkarm 74 bereitgestellt.
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11 zeigt
ein weiteres Drehstabfedersystem 82, welches funktionell
dem mit Bezug auf 9 beschriebenen Drehstabfedersystem 68 entspricht. Lediglich
ein das Langloch 56 aufweisendes Schubelement 84 ist
gekröpft ausgebildet und so besonders gut in den Dachquerträger
des Kraftfahrzeugs integrierbar. In dem Dachquerträger
fällt eine Karosserie des Kraftfahrzeugs zu der Heckklappe 50 hin
schräg ab. Des Weiteren ist bei dem Drehstabfedersystem 82 gemäß 11 ein
mit der Drehstabfeder 70 verbundener Scharnierhebel 86 gezeigt.
An der Drehstabfeder 70 ist des Weiteren die Kurvenscheibe 64 drehfest
angeordnet.
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Ein
weiteres Drehstabfedersystem 88 weist gemäß 12 anstelle
des Schubelements 54, 84 einen Kettenzug 90 auf. Über
den Kettenzug 90 ist in Folge des Abrollens der Rolle 62 auf
der Kurvenscheibe 64 ein unterschiedlich starker Zug auf
den Exzenter 52 ausübbar und so eine Vorspannung
der miteinander gekoppelten Drehstabfedern 70 verringerbar.
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Die
Heckklappe 34, 50 weist vorliegend senkrecht zu
der Schwenkachse A eine Länge von 1,30 bis 1,40 m auf.
Um eine derartige, vergleichsweise lange und mit einem Gewicht von
bis zu 40 kg vergleichsweise schwere Heckklappe 34, 50 von
der Geschlossenstellung gegen die Schwerkraft in die Offenstellung
zu verbringen, sind durch die Drehstabfedersysteme 10, 36, 68, 82, 88 Unterstützungsmomente
in einer Größenordnung von über 200 Nm
bereitstellbar.
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Mittels
der beschriebenen Drehstabfedersysteme 10, 36, 68, 82, 88 ist
diese besonders lange und schwere Heckklappe 34, 50 so über
ihren gesamten Öffnungsweg hin weitgehend im Gleichgewicht
zu halten, auch wenn das Kraftfahrzeug nicht ebenerdig steht, sondern
sich auf einer Straße mit einer Steigung oder mit einem
Gefälle befindet. Die Drehstabfedersysteme 36, 68, 82, 88 erlauben
hierbei ein besonders genaues Nachführen des von diesen
an die Heckklappe 50 bereitgestellten Moments an das von
der Heckklappe 50 beim Verschwenken aufgebrachte Moment.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4104125
A1 [0001, 0005]
- - EP 1672160 A2 [0006]
- - US 2002/0032986 A1 [0007, 0007]
- - DE 102006042403 A1 [0008, 0008]
- - DE 102005031990 A1 [0009, 0009]
- - EP 1026070 B1 [0010, 0010]
- - EP 1276624 [0011]
- - US 6453614 B1 [0013, 0013]
- - US 2005/0275237 A1 [0014]