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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung zum Verstellen einer Klappe, insbesondere einer Heckklappe eines Kraftfahrzeugs, die vollständig dachintegriert ausgebildet ist, mit
- a) einem Scharnier, das einen ersten Scharnierarm und einen gegenüber dem ersten Scharnierarm in und gegen eine Drehrichtung um eine Scharnierachse drehbaren zweiten Scharnierarm aufweist,
- b) einem Kompaktantrieb zum Verstellen des zweiten Scharnierarms in und gegen die Drehrichtung, und
- c) einem Kraftmittel zum Drücken des zweiten Scharnierarms in die Drehrichtung.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kompaktantrieb.
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Eine Heckklappe in einem Kraftfahrzeug ist zumeist mittels zwei Scharnieren an der Karosserie befestigt, so dass die Scharnierachsen zueinander fluchtend angeordnet sind und die Heckklappe um die Scharnierachsen schwenkbar ist. Eine solche Heckklappe wird manuell und/oder automatisch betätigt. Dafür werden Kompaktantriebe genutzt.
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Die Anordnung mit den Kompaktantrieben, den Scharnieren und weiteren Komponenten, die für das Öffnen und Schließen der Heckklappe erforderlich sind, muss an das Gewicht und die Größe der Heckklappe angepasst werden, so dass diese in allen Positionen, Betriebszuständen und in jeder Toleranzlage von der Anordnung gehalten wird. Dafür werden Federkräfte und -kennlinien, Reibmomente, Kraftangriffspunkte und/oder das Rückdrehmoment aufeinander abgestimmt. Zu berücksichtigen sind dabei beispielsweise der Winkel der Heckklappe in jeder Position, Toleranzen der Federn, Toleranzen der Lager, Toleranzen der Hebel, Temperaturbereiche, Schneelasten etc. Die Antriebsleistung wird ausreichend groß gewählt, um die Heckklappe mit einer geforderten Geschwindigkeit gegen Schwerkraft, Reibung und Federkräfte zu Öffnen oder zu Schließen. Durch eine gute Abstimmung können das Antriebsmoment und das erforderliche Rückdrehmoment des Antriebsmotors verringert werden.
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Um ein manuelles Betätigen der Heckklappe zu vereinfachen, sind häufig beidseitig der Heckklappe Gasdruckfedern vorgesehen, die das Öffnen der Heckklappe unterstützen und für den Bediener vereinfachen. Die Gasdruckfedern solcher Anordnungen sind am Scharnier- abgewandten Ende der Heckklappe angeordnet und drücken diese dort auf.
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Zum automatischen Betätigen werden Spindelantriebe und/oder Federbeine genutzt. Dabei werden bei schweren Heckklappen häufig zudem Gasdruckfedern eingesetzt. Aufgrund des erheblichen Raumbedarfs solcher Anordnungen sind aber nur wenige vollständig dachintegrierte Heckklappenantriebe bekannt.
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Bekannt ist beispielsweise eine Ausführungsform mit einem Spindelantrieb, der in Fahrtrichtung im Dach eingebaut ist und direkt auf eines der Scharniere drückt. Am zweiten Scharnier ist ein sehr massiv ausgeführtes Federbein vorgesehen. Eine solche Anordnung ist in Bezug auf die Antriebsleistung aber stark begrenzt. Bei schweren Heckklappen wird pro Scharnier daher immer jeweils ein Spindelantrieb eingesetzt.
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Diese vollständig dachintegrierten Heckklappenantriebe sind jedoch für Kraftfahrzeuge mit niedriger Dachhöhe und/oder abgeflachter Dachform wie beispielsweise für Coupés nicht verwendbar. Denn zum Einen erfordern die Länge der Heckklappe und ihre Masse aufgrund des sich daraus ergebenden Abstandes ihres Schwerpunktes zum Drehpunkt eine sehr hohe Antriebsleistung. Zudem steht aufgrund der niedrigen Dachhöhe und/oder der abgeflachten Dachform ein noch geringerer Bauraum im Vergleich zu Kraftfahrzeugen anderer Fahrzeugtypen zur Verfügung, wenn den Insassen, insbesondere auf den rückwärtigen Sitzplätzen, dieselbe Kopffreiheit zur Verfügung stehen soll. Bei Nutzung von Spindelantrieben und/oder Federbeinen ist dies aber aufgrund ihrer großen Ausmaße nicht möglich. Zudem ist gerade bei schweren Heckklappen der Bauraum noch stärker begrenzt, als bei leichteren Heckklappen.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen vollständig dachintegrierten Heckklappenantrieb zu schaffen, der auch in Kraftfahrzeugen mit niedriger Dachhöhe und/oder abgeflachter Dachform einsetzbar und zum automatischen und/oder manuellen Betätigen der Heckklappe vorgesehen ist, und der vor allem kompakt und zudem leicht montierbar herstellbar ist.
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Dafür wird eine Antriebsanordnung zum Verstellen einer Klappe, insbesondere einer Heckklappe eines Kraftfahrzeugs, geschaffen. Die Antriebsanordnung ist vollständig dachintegriert ausgebildet. Sie weist ein Scharnier auf, das einen ersten Scharnierarm und einen gegenüber dem ersten Scharnierarm in und gegen eine Drehrichtung um eine Scharnierachse drehbaren zweiten Scharnierarm umfasst. Weiterhin umfasst sie einen Kompaktantrieb zum Verstellen des zweiten Scharnierarms in und gegen die Drehrichtung. Zudem umfasst die Antriebsanordnung ein Kraftmittel zum Drücken des zweiten Scharnierarms in die Drehrichtung.
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Die Antriebsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass das Kraftmittel eine Gasdruckfeder ist.
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Eine Gasdruckfeder ist insgesamt kleiner als ein Spindelantrieb oder ein Federbein. Sie weist nicht nur einen deutlich geringeren Außendurchmesser auf, sondern ist auch kürzer. Zudem ist die Anbindung einer Gasdruckfeder an ein Scharnier kleiner realisierbar. Dadurch nimmt sie im Dach einen erheblich geringeren Bauraum ein. Daher ist die Höhe eines Kraftfahrzeugdaches, insbesondere oberhalb der rückwärtigen Sitzplätze, auch bei einem Fahrzeugtyp mit niedriger Dachhöhe und/oder abgeflachter Dachform, noch ausreichend hoch, um den Insassen die geforderte Kopffreiheit zur Verfügung stellen zu können, wenn diese Antriebsanordnung im Dach integriert ist.
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Die Gasdruckfeder ist bevorzugt dafür vorgesehen, das Öffnen der Klappe zu unterstützen. Daher ist es bevorzugt, dass sie die Klappe beim Öffnen mit ihrer Kraft aufdrückt. Dafür weist sie bevorzugt ein erstes Ende auf, mit dem sie an dem Scharnier angeordnet ist. Vorzugsweise ist sie an ihrem ersten Ende mittels eines Drehgelenkes am Scharnier festgelegt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Ende der Gasdruckfeder am zweiten Scharnierarm angeordnet. Dabei ist das Scharnier weiterhin bevorzugt als Bügelscharnier ausgebildet. Vorzugsweise bildet dabei der zweite Scharnierarm den Bügel. Alternativ ist es ebenfalls bevorzugt, dass am zweiten Scharnierarm ein Hebel angeordnet ist, an dem das erste Ende der Gasdruckfeder angeordnet ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Gasdruckfeder eine temperaturkompensierte Gasdruckfeder. Weiterhin bevorzugt weist die Antriebsanordnung zudem eine Druckfeder auf.
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Der Kompaktantrieb umfasst bevorzugt einen Antriebsmotor sowie eine Getriebeanordnung zum Untersetzen der Drehzahl des Antriebsmotors. Als Antriebsmotor sind ein EC-Motor (electronically commutated), ein Gleichstrommotor oder ein Synchronmotor bevorzugt.
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Weiterhin bevorzugt weist die Getriebeanordnung eine Abtriebswelle auf. Dabei ist es bevorzugt, dass die Abtriebswelle und/oder die Scharnierachse fluchtend zueinander angeordnet sind.
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Als Getriebeanordnung sind ein Schneckengetriebe, ein Schraubengetriebe, ein Kegelgetriebe, ein Stirnradgetriebe, ein Planetengetriebe oder Kombinationen davon bevorzugt. In dieser Ausführungsform ermöglicht die Getriebeanordnung eine hohe Untersetzung bei kleinem Bauraum und geringen Kosten.
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Vorzugsweise ist die Antriebsanordnung vollständig dachintegriert ausgebildet. Eine Antriebsanordnung ist vollständig dachintegriert ausgebildet, wenn sie, abgesehen von dem Scharnier und ihrer Anbindung an das Scharnier, vollständig im Dach integriert ist. Die Antriebsanordnung ist daher in einem Trockenraum des Kraftfahrzeugs angeordnet. Dadurch ist sie für den Kraftfahrzeugnutzer unsichtbar platziert. Zudem sind keine Schutzmaßnahmen gegen das Eindringen von Flüssigkeiten erforderlich.
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Kraftfahrzeug mit einer solchen Antriebsanordnung. Es ist bevorzugt, dass die Antriebsanordnung zum Verstellen einer Heckklappe des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Sie eignet sich aber auch zum Verstellen anderer Klappen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Kraftfahrzeug eine Karosserie, wobei der erste Scharnierarm weiterhin bevorzugt drehfest an der Karosserie befestigt ist. Durch Drehen des zweiten Scharnierarms relativ zum ersten Scharnierarm ist die Klappe bevorzugt von einer geschlossenen Stellung in eine geöffnete Stellung und zurück um die Scharnierachse schwenkbar.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Dach einen Querträger auf. Der Kompaktantrieb ist bevorzugt am oder im Querträger angeordnet. Er ist daher in oder an einem ohnehin für das Dach vorgesehenen versteiften Bereich des Daches angeordnet. Beim Verstellen stützt sich der Kompaktantrieb bevorzugt am Querträger ab.
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Die Gasdruckfeder erstreckt sich bevorzugt in Fahrtrichtung. Besonders bevorzugt weist sie ein zweites, dem ersten Ende gegenüberliegendes Ende auf, mit dem sie sich an einer Versteifung der Karosserie, insbesondere an einem zweiten Querträger, abstützt. Dabei ist es weiterhin bevorzugt, dass die Versteifung in Fahrtrichtung vom Querträger beabstandet ist.
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Um eine Klappe mit großem Gewicht verstellen zu können, ist es bevorzugt, dass das Kraftfahrzeug zwei Scharniere umfasst, an denen die Klappe angeordnet ist. Die beiden Scharniere sind bevorzugt in einer Erstreckungsrichtung des Kraftfahrzeugs, die sich quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs erstreckt, beabstandet voneinander angeordnet.
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Besonders bevorzugt ist für jedes Scharnier jeweils eine Gasdruckfeder vorgesehen. Die Gasdruckfedern sind bevorzugt jeweils an einem der Scharniere, insbesondere jeweils am zweiten Scharnierarm der Scharniere, angeordnet. Vorzugsweise drücken sie die Klappe beim Drehen der Scharniere jeweils mit ihrer Kraft in die Drehrichtung, wobei die Klappe von der geschlossenen Stellung in die geöffnete Stellung verschwenkt. Sie unterstützen daher das Öffnen der Klappe. Das Verwenden von zwei Gasdruckfedern, die jeweils an einem der beiden Scharniere angreifen, im Vergleich zu einer Gasdruckfeder ermöglicht den Einsatz der Antriebsanordnung für Heckklappen mit größerem Gewicht.
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Zum automatischen Öffnen der Klappe ist es zudem bevorzugt, dass für jedes Scharnier jeweils ein Kompaktantrieb vorgesehen ist. Dies ermöglicht das Bereitstellen der erforderlichen Antriebsleistung auch bei sehr großen und/oder sehr schweren Klappen. Sofern aufgrund der Größe und/oder des Gewichtes der Klappe nur ein Kompaktantrieb erforderlich ist, hat dies auch noch bei Verwendung von zwei Gasdruckfedern gegenüber einer herkömmlich vollständig dachintegrierten Antriebsanordnung mit Spindelantrieb den Vorteil, dass die erfindungsgemäße Antriebsanordnung kostengünstiger realisierbar ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren beschrieben. Die Figuren sind lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.
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1 zeigt in (a) Kraftfahrzeug mit geöffneter Heckklappe und einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung, in (b) einen Schnitt A-A aus 1(a), und in (c) schematisch eine Anordnung einer Gasdruckfeder an einem Bügelscharnier.
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1(a) zeigt ein Kraftfahrzeug 1. Das Kraftfahrzeug 1 weist eine Heckklappe 12 auf. Die Heckklappe 12 ist mittels zweier Scharniere 5 an einer Karosserie 11 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Die Scharniere 5 sind in einer Erstreckungsrichtung 41 quer zu einer Fahrtrichtung 40 des Kraftfahrzeugs 1 voneinander beabstandet. Sie sind außenseitig der Karosserie 11, insbesondere an einem Querträger 13 eines Daches 14 der Karosserie 11, befestigt.
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Die Scharniere 5 weisen jeweils einen ersten Scharnierarm 51 auf. Der erste Scharnierarm 51 ist drehfest an der Karosserie 11 festgelegt. Zudem weisen die Scharniere 5 jeweils einen zweiten Scharnierarm 52 auf. Der zweite Scharnierarm 52 ist relativ zum ersten Scharnierarm 51 um eine Scharnierachse 53 in und gegen eine Drehrichtung 42 drehbar vorgesehen. Die Heckklappe 12 ist jeweils am zweiten Scharnierarm 52 festgelegt.
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Durch Drehen des zweiten Scharnierarms 52 in die Drehrichtung 42 relativ zum ersten Scharnierarm 51 ist die Heckklappe 12 von einer geschlossenen Stellung (nicht gezeigt) in eine geöffnete Stellung (s. 1(a), (b)) schwenkbar. Durch Drehen des zweiten Scharnierarms 52 gegen die Drehrichtung 42 relativ zum ersten Scharnierarm 51 ist die Heckklappe 12 von der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung zurück schwenkbar
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Zum Verschwenken der Heckklappe 12 ist für jedes Scharnier 5 ein Kompaktantrieb 2 vorgesehen. Die Kompaktantriebe 2 sind im Querträger 13 des Daches 14 eingebaut. Sichtbar ist hier ein Blick in den Querträger 13. Es ist aber ebenfalls möglich, die Kompaktantriebe 2 am Querträger 13 anzuordnen, insbesondere in Fahrtrichtung 40 hinter dem Querträger 13. Dies ermöglicht ebenfalls, dass sich die Kompaktantriebe 2 beim Verschwenken der Heckklappe 12 am Querträger 13 abstützen. Zudem sind die Kompaktantriebe 2 auch bei dieser Ausführungsform im Dach 14 angeordnet und für Fahrzeuginsassen daher unsichtbar.
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Die Kompaktantriebe 2 weisen jeweils einen Antriebsmotor 20 und eine Getriebeanordnung 21 auf. Sie sind fluchtend zueinander angeordnet und in Erstreckungsrichtung 41 voneinander beabstandet. Dabei sind die Antriebsmotoren 20 jeweils zum Antrieb der ihnen zugeordneten Getriebeanordnung 21, und die Getriebeanordnungen 21 jeweils zum Untersetzen der Drehzahl ihres Antriebsmotors 20 vorgesehen.
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Die Getriebeanordnungen 21 weisen jeweils eine Abtriebswelle 23 (s. 1(b)) auf. An den Abtriebswellen 23 ist hier jeweils ein Verstellhebel 22 angeordnet. Die Abtriebswellen 23 erstrecken sich konzentrisch um eine Abtriebsachse 43, die fluchtend zur Scharnierachse 53 angeordnet ist. Die Verstellhebel 22 sind dabei jeweils am zweiten Scharnierarm 52 des ihnen zugeordneten Scharniers 5 festgelegt.
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Durch Antrieb der Antriebsmotoren 20 werden die Abtriebswellen 23 der Getriebeanordnungen 21 jeweils gedreht. Dadurch werden die zweiten Scharnierarme 52 jeweils relativ zu den ersten Scharnierarmen 51 gedreht. Da die Heckklappe 12 jeweils an den zweiten Scharnierarmen 52 festgelegt ist, wird sie dabei um die Scharnierachse 53 verschwenkt. Die Antriebsmotoren 20 werden dafür in bekannter Weise synchron betätigt.
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Um das Öffnen der Heckklappe 12 zu unterstützen, ist jedem Scharnier 5 zudem eine Gasdruckfeder 3 zugeordnet. Auch die Gasdruckfedern 3 sind im Dach 14 integriert. Dies zeigt die 1(b). Gezeigt ist ein Innenraum des Daches 14 ohne einen das Dach verkleidenden Dachhimmel.
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Sichtbar sind die fluchtend zueinander angeordneten Kompaktantriebe 2 und die Scharniere 5. Im Gegensatz zur Ausführungsform der 1(a) weisen die Kompaktantriebe 2 der Ausführungsform der 1(b) aber keinen Verstellhebel 22 auf. Sondern hier bildet die Abtriebswelle 23 der Getriebeanordnung 21 eine Scharnierwelle. Im Rahmen der 1(b) werden die Begriffe Scharnierwelle und Abtriebswelle 23 daher synonym verwendet. Dies ist beispielsweise mit Hilfe einer Mitnahme (nicht gezeigt) realisierbar, die an der Getriebeanordnung 21 oder am Scharnier 5 vorgesehen, und mit einer korrespondierend dazu ausgebildeten Gegenmitnahme (nicht gezeigt) des Scharniers 5 oder der Getriebeanordnung 21 zusammenwirkt.
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Auch hier sind die Abtriebsachse 43 der Getriebeanordnungen 21 und die Scharnierachse 53 der Scharniere 5 daher fluchtend zueinander angeordnet. Prinzipiell ist auch eine nicht fluchtende Anordnung der Abtriebsachse 43 zur Scharnierachse 53 realisierbar.
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Bei dieser Ausführungsform treiben die Kompaktantriebe 2 daher jeweils die Scharnierwellen 23 unmittelbar an. Dabei sind die Scharnierwellen 23 jeweils am zweiten Scharnierarm 52 angeordnet und relativ zum ersten Scharnierarm 51 drehbar vorgesehen.
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Die Gasdruckfedern 3 erstrecken sich in Fahrtrichtung 40. Sie weisen jeweils ein erstes Ende 301 auf, mit dem sie am zweiten Scharnierarm 52 angeordnet sind. Bevorzugt sind sie mittels eines Drehgelenkes 33 am zweiten Scharnierarm 52 befestigt, insbesondere lösbar. Zudem weisen sie ein zweites Ende 302 auf, mit dem sie sich an einer Versteifung 15 des Daches 14 abstützen. Auch das zweite Ende 302 ist bevorzugt an der Versteifung 15 festgelegt, insbesondere verschraubt oder verschweißt. Auch diese Versteifung 15 des Daches 14 ist zumeist ohnehin erforderlich und muss nicht explizit für die Gasdruckfedern 3 in das Dach 14 eingebaut werden.
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Beispielhaft ist hier im Dach 14 ein Panoramafenster 16 eingebaut. Bei einem Dach 14 ohne Panoramafenster 16 ist anstelle einer Versteifung gegebenenfalls ein zweiter Querträger (nicht dargestellt) vorgesehen.
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Die Gasdruckfedern 3 weisen jeweils ein Teleskoparmgehäuse 32 und einen Teleskoparm 31 auf. In der geschlossenen Stellung der Heckklappe 12 ist der Teleskoparm 31 in dem Teleskoparmgehäuse 32 im Wesentlichen aufgenommen. Beim Öffnen der Heckklappe 12 wird der Teleskoparm 31 der Gasdruckfedern 3 jeweils mit pneumatischem Druck ausgefahren. Die dabei auf die Scharniere 5 jeweils wirkende Kraft drückt die Heckklappe 12 auf. Die Kraft der Gasdruckfedern 3 verringert daher die für das automatische Öffnen der Heckklappe 12 erforderliche Antriebsleistung der Kompaktantriebe 2. Sie unterstützt auch das manuelle Öffnen der Heckklappe 12 und vereinfacht dieses für den Bediener.
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Ein Zurückschwenken der Heckklappe 12 von der geöffneten in die geschlossene Stellung ist durch Antrieb der Abtriebsachse 43 gegen die Drehrichtung 42 möglich. Dabei wird der Teleskoparm 31 der Gasdruckfedern 3 jeweils in das Teleskoparmgehäuse 32 zurück gedrückt.
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In Abhängigkeit von der Größe und/oder dem Gewicht der Heckklappe 12 ist es auch möglich, nur einen Kompaktantrieb 2 mit zwei Gasdruckfedern 3 oder mit nur einer Gasdruckfeder 3 zu verwenden.
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1(c) zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform einer Antriebsanordnung. Bei dieser Ausführungsform ist das Scharnier 5 als ein Bügelscharnier ausgebildet. Dabei bildet der zweite Scharnierarm 52 einen Bügel. Im Rahmen der 1(c) werden daher die Begriffe zweiter Scharnierarm 52 und Bügel synonym verwendet. Der Bügel 52 ist bogenförmig ausgebildet, und zwar hier etwa c-förmig. Er ist um die Scharnierachse 53 relativ zum ersten Scharnierarm 51 in und gegen die Drehrichtung 42 drehbar vorgesehen.
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Der Bügel 52 weist ein offenes Ende 520 auf, an dem die Heckklappe 12 angeordnet ist. Beim Drehen des Bügels 52 um die Scharnierachse 53 wird die Heckklappe 12 daher verschwenkt.
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Dafür wird der Bügel 52 mittels des Kompaktantriebs 2 (s. 1(a), (b)) gedreht. Dabei bildet die Abtriebswelle 23 des Kompaktantriebs 2 auch hier die Scharnierwelle. Diese wird daher auch hier unmittelbar mit dem Kompaktantrieb 2 betätigt. Im Rahmen der 1(c) werden daher die Begriffe Scharnierwelle und Abtriebswelle 23 synonym verwendet.
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Die Gasdruckfeder 3 stützt sich mit ihrem zweiten Ende 302 an der Versteifung 15 des Daches 14 ab, die hier nur schematisch dargestellt ist. Mit ihrem ersten Ende 301 ist sie am Bügel 52 angeordnet, so dass sie diesen beim Öffnen der Heckklappe 12 in die Drehrichtung 42 drückt. Dafür ist ein Drehgelenk 33 vorgesehen.
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Die dargestellten Ausführungsformen sind auch für Kraftfahrzeugtypen mit niedriger Dachhöhe und/oder abgeflachter Dachform in das Dach 14 integrierbar. Dabei sind neben dem Scharnier 5 jeweils lediglich das erste Ende 301 der Gasdruckfeder 3 mit einem Teil des ausgefahrenen Teleskoparms 31, die Abtriebswelle 43 und/oder der Verstellhebel 22, mit denen die Antriebsanordnung an das Scharnier 5 angebunden ist, für den Fahrzeugnutzer sichtbar. Sowohl der Kompaktantrieb 2 als auch die Gasdruckfeder 3 sind im Übrigen unsichtbar in das Dach 14 eingebaut.
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Insgesamt erfordert die Antriebsanordnung eine sehr gute Abstimmung der Kompaktantriebe 2 und der Gasdruckfedern 3 an die Größe und das Gewicht der Heckklappe 12.
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Die Verwendung von Kompaktantrieb(-en) 2 und Gasdruckfeder(-n) 3 ermöglicht auch bei sehr schweren Heckklappen 12 und begrenztem verfügbarem Bauraum eine kostengünstige dachintegrierte Lösung.
