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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Klappe oder Tür nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 oder 6. Diese ist aus einer Geschlossenstellung gegen die Schwerkraft in eine Offenstellung verbringbar.
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Derartige Mechanismen werden bei Kraftfahrzeugen dazu verwendet, um eine Klappe oder Tür mit verringertem Kraftaufwand für den Benutzer aus einer Geschlossenstellung gegen die Schwerkraft in eine Offenstellung zu bringen und umgekehrt.
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Es ist allgemein bekannt, dass zur Unterstützung der Bewegung von zumeist schweren Klappen oder Türen in Kraftfahrzeugen Federn, vorzugsweise Gasdruckfedern, einsetzbar sind. Gasdruckfedern haben jedoch den Nachteil, dass das von der Feder aufbringbare Stützmoment in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur variiert, da sich der Druck des Arbeitsgases im Innern der Gasdruckfeder verändert. Dies hat zur Folge, dass derart gefederte Klappen oder Türen im Winter schwerer zu öffnen und im Sommer schwerer zu schließen sind. Weiterhin variiert das für die Bewegung der Klappe oder Tür aufzubringende Drehmoment in Abhängigkeit von der momentanen Verschwenkstellung. So steigt beispielsweise bei einer Heckklappe das Drehmoment nach dem Verlassen der Geschlossenstellung an, bis eine waagrechte Stellung der Heckklappe erreicht ist, die von einem maximalen Drehmoment gekennzeichnet ist, während bei einem weiteren Verschwenken der Heckklappe in Richtung der Offenstellung eine Abnahme des wirkenden Drehmoments zu verzeichnen ist. Da in der Regel nur Federelemente mit einer linearen Kraft-Weg-Kennlinie zur Verfügung stehen, kann der gekrümmte Drehmomentenverlauf der Klappe oder Tür nur unzureichend kompensiert werden.
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Die
DE 30 23 950 A1 zeigt deshalb eine Vorrichtung zum Einstellen der Vorspannung von Torsionsstabfedern, die zum Gewichtsausgleich von schwenkbaren Karosseriebauteilen, wie Heckklappen dienen, wobei der jeweils endseitige, bewegte Arbeitsabschnitt an der Heckklappe angreift und ein demgegenüberliegender Stützabschnitt karosserieseitig abgestützt ist. Eine Ratsche mit einem Klinkenrad, welches drehmomentübertragend mit einem der Stababschnitte verbindbar ist, und mit einer Sperrklinke, die ortsfest karosserieseitig befestigbar ist, erlaubt eine Anpassung des von den Torsionsstabfedern aufgebrachten Torsionsmoments, welches dem Drehmoment der Heckklappe beim Öffnen und Schließen entgegenwirkt. Mit einer derartigen Vorrichtung ist es möglich das Torsionsmoment in einem geringen Umfang zu variieren, wodurch eine unterschiedliche Unterstützung bei der Betätigung der Heckklappe möglich ist. Dabei ist jedoch weiterhin in fast allen Stellungen der Heckklappe eine Differenz zwischen dem aktuellen Drehmoment der Heckklappe und dem eingestellten Torsionsmoment der Torsionsstabfedern vorhanden, welches unangenehm hohe Betätigungskräfte voraussetzt.
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Die
US 2 688 764 A beschreibt ein federbelastetes Scharnier für eine Klappe mit einem an der Klappe befestigten Scharnierarm, der um eine Drehachse drehbar gelagert ist. Eine Schubstange ist an den Scharnierarm angekoppelt, wobei Drehachse und Koppelpunkt voneinander beabstandet sind. Ein Hebel ist mit seinem einem Ende drehfest mit einem Torsionsstabfedersystem verbunden und mit seinem anderem Ende in einer kreisbogenförmigen Kulisse geführt. Die Schubstange ist an dem anderen Ende des Hebels angelenkt.
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Die
US 2 677 146 A offenbart ein weiteres Scharnier für eine Klappe eines Fahrzeugs. Dabei ist an der Klappe ein Scharnierarm befestigt, an dem ein erster und ein zweiter Hebel voneinander beabstandet angreifen. Der erste Hebel ist drehbar und ortsfest an einer Karosserie des Fahrzeugs befestigt, während der zweite Hebel von zwei gegenläufig gespannten Spiralfedern frei bewegbar ist.
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Bei den beiden gezeigten Scharnieranordnungen ist es nachteilig, dass die Betätigungskräfte zum Öffnen und Schließen der Klappe stark vom momentanen Öffnungswinkel der Klappe abhängen. Durch die kontinuierliche Veränderung des Schwerpunktabstands von der Drehachse bei Überstreichen des Öffnungswinkels, können die vorliegenden Anordnungen nur in einem einzigen Punkt kraftfrei sein, während in allen übrigen Punkten eine höhere Betätigungskraft notwendig ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Kraftfahrzeug mit einer Klappe oder Tür bereitzustellen, die mit einem relativ leichten und robusten Mechanismus die benötigen Betätigungskräfte für das Öffnen beziehungsweise Schließen der Klappe oder Türe möglichst gering hält.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 oder 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich unter anderem aus den abhängigen Ansprüchen.
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Ein Kraftfahrzeug mit einer Klappe oder Tür, die unter Einsatz wenigstens eines Energiespeicherelements und damit gekoppelten Mitteln zum Beeinflussen des von dem wenigstens einem Energiespeicherelement an die Klappe oder Tür bereitgestellten Torsionsmoments, von einer Geschlossenstellung gegen die Schwerkraft in eine Offenstellung verbringbar ist, wobei die Klappe oder Tür um eine Drehachse drehbar gelagert ist, hat einen an dem Energiespeicherelement drehfest angeordneten Hebel mit variabler Hebelarmlänge, der mit seinem frei verschwenkbaren Ende in einer Kulisse geführt ist, wobei an dem frei verschwenkbaren Ende zusätzlich ein Schubelement angreift, welches mit der Klappe oder Tür in Wirkverbindung steht und von diesen im Wesentlichen translatorisch bewegbar ist.
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Indem der Hebel, welcher das Energiespeicherelement mit dem Schubelement koppelt, seine Hebelarmlänge variieren kann, ist es möglich den Kraft- bzw. Drehmomentenverlauf des linearen Energiespeicherelements an den gekrümmten Drehmomentenverlauf der Klappe oder Tür anzupassen. Dadurch kann in jeder Stellung der Klappe oder Tür, egal ob diese aus der Geschlossenstellung in die Offenstellung oder umgekehrt aus der Offenstellung in die Geschlossenstellung verschwenkt wird, dem Drehmoment der Klappe oder Tür ein entsprechendes Torsionsmoment des Energiespeicherelements entgegengesetzt werden. Dies erlaubt sehr geringe Betätigungskräfte und beispielsweise eine Selbsthaltung der Klappe oder Tür in jeder Stellung. Durch eine Variation der Vorspannung des Energiespeicherelements, beispielsweise durch einen elektromechanischen Aktuator, kann zudem ein Verlauf des Torsionsmoments parallel zum Drehmoment der Klappe oder Tür eingestellt werden, so dass die Klappe oder Tür entweder von selbst schließt oder öffnet.
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In einer bevorzugten Ausführung ist die Kulisse als ein erstes Langloch ausgebildet, in dem ein an dem frei verschwenkbaren Ende des Hebels angeordneter Bolzen geführt wird. Durch die Anordnung eines Bolzens in der als erstes Langloch ausgeführten Kulisse, kann ein Bewegung des frei verschwenkbaren Endes des Hebels mit sehr geringen Reibungskräften erfolgen.
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In einer bevorzugten Ausführung ist der Bolzen in einem in dem Hebel ausgebildeten zweiten Langloch, welches sich im Wesentlichen in axialer Richtung des Hebels erstreckt, beweglich gelagert. Dadurch ist es möglich, dass der Bolzen entlang der axialen Erstreckung des Hebels im zweiten Langloch verschiebbar ist, wodurch sich die Hebelarmlänge durch eine entsprechende Ausgestaltung der Kulisse in Abhängigkeit vom Öffnungsgrad der Klappe oder Tür variieren lässt. Die bewegliche Lagerung des Bolzens reduziert weiterhin die Reibungskräfte, da der Bolzen in der Kulisse abrollen kann.
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In einer bevorzugten Ausführung ist das erste Langloch in axialer Erstreckung kurvig, vorzugsweise sinusförmig, ausgebildet. Weiterhin sind je nach Drehmomentenverlauf der Klappe oder Tür auch kreisbogenförmige oder frei geformte Langlochkonturen möglich. Durch eine kurvige Ausgestaltung der als erstes Langloch ausgebildeten Kulisse, kann die Hebelarmlänge des Hebels durch die Führung des Bolzens in dem ersten Langloch und der axialen Verschiebbarkeit des Bolzens im zweiten Langloch, so angepasst werden, dass sich ein gewünschter Torsionsmomentenverlauf ergibt, der dem spezifischen Drehmomentenverlauf der Klappe oder Tür beim Verschwenken entgegenwirkt.
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In einer bevorzugten Ausführung greift das Schubelement mit Versatz zu der Drehachse an der Klappe oder Tür an. Dadurch wird die rotatorische Bewegung der Klappe oder Tür, welche um die Drehachse verschwenkbar ist, besonders einfach in eine translatorische Bewegung des Schubelements umgewandelt.
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Ein Kraftfahrzeug mit einer Klappe oder Tür, die unter Einsatz wenigstens eines Energiespeicherelements und damit gekoppelten Mitteln zum Beeinflussen des von dem wenigstens einem Energiespeicherelement an die Klappe oder Tür bereitgestellten Torsionsmoments, von einer Geschlossenstellung gegen die Schwerkraft in eine Offenstellung verbringbar ist, wobei die Klappe oder Tür um eine Drehachse drehbar gelagert ist, hat alternativ ein erstes und ein zweites Energiespeicherelement, die mit Kräften in gegenläufiger Wirkrichtung beaufschlagbar sind und hat Energiespeicherelemente die über Mittel zum Beeinflussen mit der Klappe oder Tür wirkverbunden sind, wobei die Mittel zum Beeinflussen als Koppelelemente ausgebildet sind, die mit Versatz zur Drehachse an der Klappe oder Tür angreifen und eine variable Kraftbeaufschlagung der Energiespeicherelemente in Abhängigkeit von der momentanen Stellung der Klappe oder Tür bewirken.
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Indem ein erstes und ein zweites Energiespeicherelement in gegenläufiger Wirkrichtung mit Kraft beaufschlagbar sind, kann durch die Anbringung der Koppelelemente mit Versatz zur Drehachse der Klappe oder Tür eine variable, vorzugsweise asynchrone, Aufladung der Energiespeicherelemente in Abhängigkeit von der momentanen Stellung der Klappe oder Tür erfolgen. Durch die gegenseitige Beeinflussung der beiden Energiespeicherelemente wird dem Drehmoment der Klappe oder Tür ein spezifisches Torsionsmoment aus den Energiespeicherelementen entgegengesetzt. Die Verbindung der Energiespeicherelemente mit der Klappe oder Tür durch Koppelelemente zeichnet sich insbesondere durch seine robuste Bauweise aus, da nur wenige bewegte Teile gelagert werden müssen.
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In einer bevorzugten Ausführung sind die Koppelelemente als Gelenkscharniere ausgebildet und drehfest an den Energiespeicherelementen angeordnet.
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In einer bevorzugten Ausführung sind die Mittel zum Beeinflussen derart ausgebildet, dass das von den Energiespeicherelementen bereitgestellte Torsionsmoment in jeder Stellung der Klappe oder Tür dem von der Klappe oder Tür ausgeübten Drehmoment entgegenwirkt. Dadurch sind die Betätigungskräfte zum Verschwenken der Klappe oder Tür besonders gering, wobei eine Selbsthaltung der Klappe oder Tür in jeder Schwenkposition gewährleistet ist.
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In einer bevorzugten Ausführung weisen die Energiespeicherelemente eine im Wesentlichen lineare Kraft-Weg-Kennlinie auf, wobei die Energiespeicherelemente bevorzugt als Drehstabfedern oder Drehstabfedersysteme ausgebildet. Energiespeicherelemente mit linearer Kraft-Weg-Kennlinie, also beispielsweise Federelemente mit linearer Federkennlinie nach dem Hookschen Gesetz, sind in vielfachen Ausführungsformen vorhanden, wodurch eine spezifische Auswahl für den vorliegenden Anwendungsfall getroffen werden kann. Die bevorzugten Drehstabfedern oder Drehstabfedersysteme sind dabei besonders günstig, sowie robust und erlauben eine kompakte Ausgestaltung der Energiespeicherelemente, wodurch sich diese leichter in die Karosserie des Kraftfahrzeugs integrieren lassen.
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In einer bevorzugten Ausführung besteht das Drehstabfedersystem aus mehreren Drehstäben, die untereinander derart verbunden sind, dass sich die wirksame Länge der miteinander verbundenen Drehstabfedern erhöht. Indem mehrere Drehstäbe beispielsweise parallel angeordnet und mäanderförmig miteinander drehfest verbunden werden, hat das entstandene Drehstabfedersystem eine besonders große wirksame Länge bei gleichzeitig geringem Bauraumbedarf.
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In einer bevorzugten Ausführung greifen die Mittel zum Beeinflussen an mindestens einem Randbereich der Klappe oder Tür an. Dadurch kann der Mechanismus besonders unauffällig in einem der Klappe oder Tür benachbarten Karosserieelement untergebracht werden.
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In einer bevorzugten Ausführung ist die Klappe eine Heckklappe, wobei die Mittel zum Beeinflussen symmetrisch an den äußeren Randbereichen der Heckklappe angreifen. Dadurch kann die Heckklappe bei unauffälliger Anbringung des Mechanismus besonders gut unterstützt werden, da das Drehmoment der Klappe oder Tür auf zwei symmetrische Mechanismen mit zugeordneten Energiespeicherelementen aufgeteilt wird.
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In einer bevorzugten Ausführung ist die Tür eine Scherentür oder Schmetterlingstür. Scherentüren sind solche Türen, die an einer Karosseriesäule des Kraftfahrzeugs angeschlagen sind und durch eine im Wesentlichen vertikale Verschwenkbewegung eine Zutrittsöffnung zum Kraftfahrzeug für den Fahrgast eröffnen. Schmetterlingstüren führen zusätzlich zu der vertikalen Schwenkbewegung eine seitwärtsgerichtete Bewegung aus und öffnen gegebenenfalls auch einen Teil des Dachs des Kraftfahrzeugs.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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Darin zeigen:
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1 eine Klappe oder Tür mit Energiespeicherelement und Kulissenführung;
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2 eine Klappe oder Tür mit alternativem Energiespeicherelement und Kulissenführung;
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3 eine Klappe oder Tür mit zwei Energiespeicherelementen und dazugehörigen Koppelelementen.
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Gemäß 1 kann eine Klappe 3 oder Tür 3 von einer Geschlossenstellung gegen die Schwerkraft in eine Offenstellung verbracht werden, wobei die Klappe 3 oder Tür 3 einen in einem Randbereich 5 der Klappe 3 oder Tür 3 angeordneten Scharnierhebel 6 aufweist, der um eine Drehachse A drehbar gelagert ist und so eine Schwenkbewegung der Klappe 3 oder Tür 3 von der Geschlossenstellung in die Offenstellung und umgekehrt zulässt. In 1 sind dabei exemplarisch drei verschiedene Schwenkstellungen des Scharnierhebels 6 dargestellt. Mit Versatz zur Drehachse A ist ein Schubelement 2c an dem Scharnierhebel 6 angeordnet, so dass die Schwenkbewegung der Klappe 3 oder Tür 3 in eine translatorische Bewegung des Schubelements 2c umwandelbar ist. Weiterhin ist ein Energiespeicherelement in Form eines Drehstabfedersystems 1 vorgesehen, welches einseitig festgesetzt ist und an dem anderen Ende drehfest mit einem Hebel 2a verbunden ist. Das Drehstabfedersystem 1 besteht aus mehreren parallelen Drehstäben, die an ihren jeweiligen Enden derart untereinander verbunden sind, dass sich die wirksame Länge der einzelnen Drehstäbe verlängert und somit eine gewünschte Federkennlinie erzielbar ist. Das frei verschwenkbare Ende des Hebels 2a weist ein zweites Langloch 2e auf, welches sich in axialer Richtung des Hebels 2a erstreckt und einen Bolzen 2d axial verschiebbar lagert. Der Bolzen 2d ist weiterhin in einer als erstes Langloch 2b ausgebildeten Kulisse geführt, wobei das erste Langloch 2b in einer ortsfest montierten Trägerplatte 2f eingebracht ist. Das erste Langloch 2b ist dabei so dimensioniert, dass sich der Bolzen 2d vorrangig nur in axialer Erstreckung des ersten Langlochs 2b bewegen kann. Das Schubelement 2c greift an dem Bolzen 2d an und überträgt so die Bewegung der Klappe 3 oder Tür 3 auf den Hebel 2a, welcher wiederum das Drehstabfedersystem 1 entsprechend tordiert. Das erste Langloch 2b weist dabei in axialer Erstreckung ein kurviges, insbesondere sinusförmiges Profil auf, so dass die wirksame Länge des Hebels 2a beim Durchlaufen des ersten Langlochs 2b verbunden mit einer Bewegung des Bolzens 2d im zweiten Langloch 2e kontinuierlich derart angepasst wird, dass einem von der Klappe 3 oder Tür 3 eingebrachten Drehmoment ein gegengerichtetes Torsionsmoment aus dem Drehstabfedersystem 1 entgegengesetzt wird, welches die Klappe 3 oder Tür 3 in jeder beliebigen Stellung im Gleichgewicht hält. Ist die Klappe 3 oder Tür 3 eine Heckklappe, so werden entsprechende Drehstabfedersysteme 1 und Mittel zum Beeinflussen 2 vorzugsweise symmetrisch am Kraftfahrzeug angeordnet, um auf den jeweiligen äußeren Randbereich 5 der Klappe 3 oder Tür 3 zu wirken.
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Gemäß 2 kann eine Klappe 3 oder Tür 3 von einer Geschlossenstellung gegen die Schwerkraft in eine Offenstellung verbracht werden, wobei die Klappe 3 oder Tür 3 einen in einem Randbereich 5 der Klappe 3 oder Tür 3 angeordneten Scharnierhebel 6 aufweist, der um eine Drehachse A drehbar gelagert ist und so eine Schwenkbewegung der Klappe 3 oder Tür 3 von der Geschlossenstellung in die Offenstellung und umgekehrt zulässt. Mit Versatz zur Drehachse A ist ein Schubelement 2c an dem Scharnierhebel 6 angeordnet, so dass die Schwenkbewegung der Klappe 3 oder Tür 3 in eine translatorische Bewegung des Schubelements 2c umwandelbar ist. Weiterhin ist ein Energiespeicherelement 1 in Form eines Spiralfedersystems vorgesehen, welches einseitig festgesetzt ist und an dem anderen Ende durch ein über eine Seilscheibe 2g geführtes Zugseil mit dem Hebel 2a verbunden ist. Die Seilscheibe 2g kann dabei als ein Teil des Hebels 2a ausgebildet sein und dient der Übersetzung der rotatorischen Bewegung des Hebels 2a in eine translatorische Bewegung des Zugseils. Das Spiralfedersystem 1 besteht vorzugsweise aus mehreren parallelen Spiralfedern, die über eine gemeinsame Halteplatte mit dem Zugseil verbunden sind, so dass sich eine gewünschte Federkennlinie mit möglichst wenig Bauraumbedarf erzielen lässt. Das frei verschwenkbare Ende des Hebels 2a weist indes ein zweites Langloch 2e auf, welches sich in axialer Richtung des Hebels 2a erstreckt und einen Bolzen 2d axial verschiebbar lagert. Der Bolzen 2d ist weiterhin in einer als erstes Langloch 2b ausgebildeten Kulisse geführt, wobei das erste Langloch 2b in einer ortsfest montierten Trägerplatte 2f eingebracht ist. Das erste Langloch 2b ist dabei so dimensioniert, dass sich der Bolzen 2d vorrangig nur in axialer Erstreckung des ersten Langlochs 2b bewegen kann. Das Schubelement 2c greift an dem Bolzen 2d an und überträgt so die Bewegung der Klappe 3 oder Tür 3 auf den Hebel 2a, welcher wiederum das Spiralfedersystem 1 entsprechend spannt. Das erste Langloch 2b weist dabei in axialer Erstreckung ein kurviges, insbesondere sinusförmiges Profil auf, so dass die wirksame Länge des Hebels 2a beim Durchlaufen des ersten Langlochs 2b verbunden mit einer Bewegung des Bolzens 2d im zweiten Langloch 2e kontinuierlich derart angepasst wird, dass einem von der Klappe 3 oder Tür 3 eingebrachten Drehmoment ein gegengerichtetes Torsionsmoment aus dem Spiralfedersystem 1 in Zusammenspiel mit der Seilscheibe 2g entgegengesetzt wird, welches die Klappe 3 oder Tür 3 in jeder beliebigen Stellung im Gleichgewicht hält. Ist die Klappe 3 oder Tür 3 eine Heckklappe, so werden entsprechende Spiralfedersysteme 1 und Mittel zum Beeinflussen 2 vorzugsweise symmetrisch am Kraftfahrzeug angeordnet, um auf den jeweiligen äußeren Randbereich 5 der Klappe 3 oder Tür 3 zu wirken.
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Gemäß 3 kann eine Klappe 3 oder Tür 3 von einer Geschlossenstellung gegen die Schwerkraft in eine Offenstellung verbracht werden, wobei die Klappe 3 oder Tür 3 einen in einem Randbereich 5 der Klappe 3 oder Tür 3 angeordneten Scharnierhebel 6 aufweist, der um eine Drehachse A drehbar in einem Lagerbock gelagert ist und so eine Schwenkbewegung der Klappe 3 oder Tür 3 von der Geschlossenstellung in die Offenstellung und umgekehrt zulässt. Mit Versatz zur Drehachse A sind gegenüberliegend Koppelelemente 4a und 4b angeordnet, die vorzugsweise als zweigliedrige Gelenkscharniere ausgebildet sind. Die Koppelelemente 4a und 4b greifen jeweils an einem Energiespeicherelement 1a und 1b an, welches vorzugsweise als Drehstabfeder oder Drehstabfedersystem ausgebildet ist. Dadurch, dass die Koppelelemente 4a und 4b versetzt gegenüberliegend der Drehachse A an dem Scharnierhebel 6 angreifen, führt eine Bewegung der Klappe 3 oder Tür 3 zu einer Änderung des wirksamen Normalabstands zwischen dem Angriffspunkt der Koppelelemente 4a und 4b an dem Scharnierhebel 6 und der entsprechenden ersten 1a oder zweiten Drehstabfeder 1b, die somit in entgegengesetzter Wirkrichtung mit unterschiedlich hoher Kraft beaufschlagt und tordiert werden. Dadurch wirkt dem von der Klappe 3 oder Tür 3 eingebrachten Drehmoment in jeder Stellung der Klappe 3 oder Tür 3 ein von der ersten 1a und der zweiten 1b Drehstabfeder aufgebrachtes Torsionsmoment entgegen, welches die Klappe 3 oder Tür 3 im Gleichgewicht hält. Ist die Klappe 3 oder Tür 3 eine Heckklappe, so werden entsprechende Drehstabfedersysteme 1 und Mittel zum Beeinflussen 4 vorzugsweise symmetrisch am Kraftfahrzeug angeordnet, um auf den jeweiligen äußeren Randbereich 5 der Klappe 3 oder Tür 3 zu wirken.
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Bezugszeichenliste
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- A
- Drehachse
- 1
- Energiespeicherelement
- 1a
- erstes Energiespeicherelement
- 1b
- zweites Energiespeicherelement
- 2
- Mittel zum Beeinflussen
- 2a
- Hebel
- 2b
- Kulisse/erstes Langloch
- 2c
- Schubelement
- 2d
- Bolzen
- 2e
- zweites Langloch
- 2f
- Trägerplatte
- 2g
- Seilscheibe
- 3
- Klappe/Tür
- 4
- Mittel zum Beeinflussen
- 4a
- Koppelelement
- 4b
- Koppelelement
- 5
- Randbereich
- 6
- Scharnierhebel
