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Die Erfindung betrifft eine Befestigungsvorrichtung zum beweglichen, insbesondere drehbaren, Lagern wenigstens einer Fahrzeugtür an einer Fahrzeugkarosse eines Kraftfahrzeugs. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
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Lagerungsvorrichtungen für Kraftfahrzeugtüren müssen besonders hohen Kräften widerstehen und entsprechend belastbar sein. Auf ein Türscharnier wirken bei einem Öffnen einer Fahrzeugtür hohe Zugkräfte. Kann das Türscharnier diesen Kräften nicht widerstehen, kann es zu einer Türabsenkung kommen. Während einer Fahrt des Kraftfahrzeugs muss die Lagerungseinrichtung jeweilige durch die Fahrt in der Fahrzeugtür angeregte Schwingungen aufnehmen können. Aus diesem Grund sind bekannte Befestigungsvorrichtungen zum beweglichen Lagern von Fahrzeugtüren besonders schwer und/oder besonders teuer.
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Deswegen ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Befestigungsvorrichtung zum beweglichen Lagern wenigstens einer Fahrzeugtür an einer Fahrzeugkarosserie eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, welche besonders leicht ist. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftfahrzeug zu schaffen, welches besonders leicht ist.
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Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine Befestigungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen der Befestigungsvorrichtung als vorteilhafte Ausgestaltungen des Kraftfahrzeugs und umgekehrt anzusehen sind.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Befestigungsvorrichtung zum beweglichen, insbesondere drehbaren, Lagern wenigstens einer Fahrzeugtür an einer Fahrzeugkarosserie eines Kraftfahrzeugs. Erfindungsgemäß ist es dabei vorgesehen, dass die Befestigungsvorrichtung wenigstens teilweise aus Graphen gebildet ist. Graphen ist ein besonders stark belastbares Material. Insbesondere kann Graphen besonders hohen Zugbelastungen widerstehen. Solche besonders hohen Zugbelastungen entstehen insbesondere bei dem Öffnen der Fahrzeugtür. Durch den wenigstens teilweisen Ersatz herkömmlicher Materialien, wie beispielsweise Stahl oder Titan, durch Graphen kann das Gewicht der Befestigungsvorrichtung besonders gering sein. Herkömmliche Materialien können auch als herkömmliche oder konservative Werkstoffe bezeichnet werden.
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Graphen ist die Bezeichnung für eine Modifikation des Kohlenstoffs mit zweidimensionaler Struktur, in der jedes Kohlenstoffatom im Winkel von 120 Grad von drei weiteren Kohlenstoffatomen umgeben ist, sodass sich ein bienenwabenförmiges Muster ausbildet. Insbesondere kann das Graphen als einschichtiges Graphenkristall ausgebildet sein. Ein einschichtiges Graphenkristall ist bei Belastung in seiner Haupterstreckungsrichtung außerordentlich steif und fest. Der Elastizitätsmodul von Graphen ist beispielsweise fast so groß wie der von Diamant. Für eine weitergehende Beschreibung von Graphen wird auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.
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Einschichtiges Graphen beziehungsweise einschichtige Graphenkristalle weisen im Wesentlichen eine Höhe eines einzelnen Atoms auf und werden deswegen im Rahmen dieser Beschreibung auch als zweidimensional bezeichnet. Jeweilige Graphenschichten sind dabei beispielsweise dünner als 50 Nanometer entlang einer Haupterstreckungsrichtung. Als dreidimensionale Strukturen im Rahmen dieser Beschreibung werden entsprechend alle Bauteile, Elemente und/oder Bereiche bezeichnet, welche mindestens eine größere Höhe als eine einzelne Graphenschicht aufweisen.
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Dass die Befestigungsvorrichtung teilweise aus Graphen gebildet ist, kann dabei auch bedeuten, dass Teile der Befestigungsvorrichtung mit Graphen beschichtet sind, um diese besonders widerstandsfähig zu machen. Eine Beschichtung mit Graphen kann ebenfalls Kräfte aufnehmen, insbesondere Zugkräfte.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung ist es vorgesehen, dass die Befestigungsvorrichtung ein Scharnierelement umfasst, welches wenigstens teilweise aus Graphen gebildet ist. Für die Erzeugung eines dreidimensionalen Bauelements kann das Graphen dabei geschichtet werden. Ein weiteres mögliches Herstellungsverfahren ist das Sintern eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Graphenpulver. Dieses kann anschließend auch nachbearbeitet werden, beispielsweise durch Fräsen. Das Scharnierelement ist ein besonders hochbelastetes Bauteil der Befestigungsvorrichtung zum Lagern der Fahrzeugtür. Entsprechend muss das Scharnierelement besonders robust ausgebildet sein, um ein Durchhängen der Fahrzeugtür beim Öffnen und/oder ein unerwünschtes Vibrieren der Fahrzeugtür bei einer Fahrt zuverlässig zu vermeiden. Bei dem Einsatz von Graphen kann dieses Scharnierelement wesentlich weniger massiv sein, als bei alternativen, weniger stark belastbaren Materialien. Entsprechend kann das Scharnierelement und damit auch die gesamte Befestigungsvorrichtung besonders leicht sein.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung ist es vorgesehen, dass das Scharnierelement wenigstens zwei zueinander korrespondierende Lagerelemente umfasst, wobei wenigstens eines der Lagerelemente wenigstens teilweise aus Graphen gebildet ist. Die Lagerelemente des Scharnierelements sind besonders hochbelastete Elemente des Scharnierelements, weshalb sich hier ein Einsatz von Graphen besonders lohnt.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung ist es vorgesehen, dass das Scharnierelement wenigstens zwei zueinander korrespondierende Lagerelemente umfasst, wobei wenigstens eines der Lagerelemente an einer Kontaktfläche zu dem anderen Lagerelement wenigstens bereichsweise mit Graphen beschichtet ist. Dadurch kann ein Verschleiß der Lagerelemente beziehungsweise der Kontaktflächen bei deren relativen Bewegung zueinander bei einem Bewegen der Fahrzeugtür besonders reduziert werden. Graphen ist besonders hart und kann dadurch besonders abriebfest sein. Weiterhin kann gegebenenfalls aufgrund der Graphenbeschichtung auf eine weitere Schmierung der Kontaktflächen verzichtet werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung ist es vorgesehen, dass die Befestigungsvorrichtung ein Bügelelement zum Halten der Fahrzeugtür in einer Schließstellung umfasst, welches wenigstens teilweise aus Graphen gebildet ist. Das Bügelelement kann auch als Türschließbügel bezeichnet werden. Das Bügelelement ist insbesondere bei einer Fahrt des Kraftfahrzeugs besonders hoch belastet. Das Bügelelement dient insbesondere dazu, jeweilige Schwingungen der Fahrzeugtür bei der Fahrt des Kraftfahrzeugs zu verhindern und die Fahrzeugtür in der Schließstellung arretieren zu können. Gerade bei besonders schweren Fahrzeugtüren, wie beispielsweise speziellen Panzertüren, muss das Bügelelement dann entsprechend massiv ausgebildet werden. Durch den Einsatz von Graphen bei dem Bügelelement kann also eine besondere Gewichtsreduktion erzielt werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Befestigungsvorrichtung ist es vorgesehen, dass das Graphen wenigstens teilweise in einem anderen Werkstoff, insbesondere einem Kunststoff, eingebettet ist. Der andere Werkstoff kann dabei insbesondere als Trägermaterial dienen und die Schaffung von dreidimensionalen Bauteilen mit Graphen besonders leicht ermöglichen. Insbesondere können so auch einschichtige Graphenkristalle besonders einfach für dreidimensionale Bauteile eingesetzt werden. Das Graphen kann dabei innerhalb des Trägermaterials gemäß der erwarteten Belastung mit seiner Haupterstreckungsebene, welche besonders hoch belastet werden kann, ausgerichtet werden. Das heißt insbesondere, dass das weitestgehend zweidimensionale Graphen entlang erwarteter Zugbelastungen ausgerichtet wird. Die Einbettung von Graphen kann dabei zu einer wesentlichen Zugfestigkeitserhöhung im Vergleich zu dem Trägermaterial ohne eingebettetes Graphen führen. Der Aufbau kann dabei ähnlich zu einem Faserverbundwerkstoff sein, es handelt sich dann um eine Art Graphenverbundwerkstoff. Durch die Einbettung von dem Graphen in dem anderen Werkstoff kann die Befestigungsvorrichtung besonders leicht und/oder kompakt sein.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung kann das Graphen einlagig oder mehrlagig ausgebildet sein. Einlagiges Graphen ist besonders hoch belastbar. Mit mehrlagigem Graphen können insbesondere dreidimensionale Bauelemente besonders einfach gebildet werden.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Fahrzeugtür. Erfindungsgemäß ist diese wenigstens eine Fahrzeugtür mittels einer Befestigungsvorrichtung gemäß dem ersten Erfindungsaspekt an einer Fahrzeugkarosserie des Kraftfahrzeugs beweglich, insbesondere drehbar, gelagert. Die sich aus der Verwendung der Befestigungsvorrichtung gemäß dem ersten Erfindungsaspekt ergebenden Merkmale und Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Erfindungsaspekts und umgekehrt anzusehen sind. Da die Befestigungsvorrichtung gemäß dem ersten Erfindungsaspekt besonders leicht ist, ist auch ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Befestigungsvorrichtung besonders leicht.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist es vorgesehen, dass die Fahrzeugtür als gepanzerte Tür ausgebildet ist. Eine gepanzerte Tür kann auch als Sonderschutztür oder Panzertür bezeichnet werden. Eine gepanzerte Tür ist besonders schwer, wodurch eine entsprechende Befestigungsvorrichtung besonders robust ausgebildet sein muss. Bei dem Einsatz von herkömmlichen Materialien ist die Befestigungsvorrichtung dann besonders groß und schwer. Dennoch kann es aufgrund des besonders großen Gewichts der gepanzerten Tür zu einer Türabsenkung beim Öffnen und/oder zu Vibrationen bei der Fahrt kommen. Dies ist insbesondere der Fall, falls nicht genug Bauraum in dem Kraftfahrzeug vorhanden ist, um eine Befestigungsvorrichtung mit herkömmlichen Materialien ausreichend verstärken zu können. Mittels der Befestigungsvorrichtung, welche wenigstens teilweise aus Graphen gebildet ist, ist eine solche Verstärkung, auch bei einem knappen zur Verfügung stehenden Bauraum, dagegen besonders gut möglich. Die Befestigungsvorrichtung kann dann besonders leicht und kompakt sein, wodurch auch das Kraftfahrzeug besonders leicht sein kann.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist es vorgesehen, dass die Befestigungsvorrichtung mit der Fahrzeugtür und/oder der Fahrzeugkarosserie verschraubt, vernietet und/oder verklebt ist. Mittels der Verschraubung, Vernietung und/oder der Verklebung kann die Befestigungsvorrichtung besonders zuverlässig und hochbelastbar mit der Fahrzeugtür und/oder der Fahrzeugkarosserie verbunden werden. Insbesondere ist eine solche Verbindung vorteilhaft gegenüber einer Schweißverbindung, welche den Graphenanteil der Befestigungsvorrichtung beschädigen könnte.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Figuren und der Figurenbeschreibung.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 in einer schematischen Perspektivansicht ein Scharnierelement einer Befestigungsvorrichtung zum beweglichen, insbesondere drehbaren, Lagern wenigstens einer Fahrzeugtür an einer Fahrzeugkarosserie eines Kraftfahrzeugs; und
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2 in einer schematischen Seitenansicht ein Bügelelement der Befestigungsvorrichtung gemäß 1 zum Halten der Fahrzeugtür in einer Schließstellung.
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1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht ein Scharnierelement 10 einer Befestigungsvorrichtung 12 zum beweglichen, insbesondere drehbaren, Lagern wenigstens einer Fahrzeugtür an einer Fahrzeugkarosserie eines Kraftfahrzeugs. 2 zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein Bügelelement 14 der Befestigungsvorrichtung 12 gemäß 1. Bei dem Scharnierelement 10 ist es vorgesehen, dass dieses wenigstens teilweise aus Graphen gebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch das Bügelelement 14 wenigstens teilweise aus Graphen gebildet sein. Dadurch ist die Befestigungsvorrichtung 12 besonders steif, kompakt und leicht.
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Beispielsweise umfasst das Scharnierelement 10 zwei zueinander korrespondierende Lagerelemente 16, welche über einen Lagerbolzen 18 miteinander verbunden sind. Wenigstens eines der Lagerelemente 16 und/oder der Lagerbolzen 18 kann dabei teilweise oder auch vollständig aus Graphen bestehen und/oder mit Graphen beschichtet sein. Insbesondere bei einer Beschichtung jeweiliger Kontaktflächen kann das Scharnierelement 10 besonders widerstandsfähig gegen Verschleiß sein. Die Graphenbeschichtung kann den Verschleiß des Scharnierelements 10 besonders reduzieren.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Graphen in einem anderen Werkstoff, beispielsweise einem Kunststoff, eingebettet sein. Damit wird eine Art von Graphenverbundwerkstoff geschaffen. Jeweilige Graphenlagen und/oder Graphenschichten in dem Kunststoff können dabei entsprechend einer erwarteten Belastung des Scharnierelements 10 und/oder des Bügelelements 14 ausgerichtet werden. Graphen ist dabei besonders hoch auf Zug belastbar. Durch eine solche Orientierung jeweiliger Graphenschichten, welche beispielsweise aus Graphenfolien gebildet werden können, kann die Befestigungsvorrichtung 12 besonders leicht und widerstandsfähig sein.
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Das Scharnierelement 10 wird an jeweiligen Durchgangsöffnungen 20 mit der Fahrzeugkarosserie vernietet. Die Fahrzeugtür wird mit dem Scharnierelement 10 an dem Lagerelement 16, welches keine Durchgangsöffnung 20 aufweist, verklebt. Im Gegensatz zu einem Verschweißen kann eine solche Verbindung der Befestigungsvorrichtung 12 mit der Fahrzeugkarosserie und/oder der Fahrzeugtür nicht ohne weiteres zu einer Beschädigung des Graphen führen.
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Auch das Bügelelement 14 wird an seiner Grundplatte 22 mit der Fahrzeugkarosserie vernietet. Die Fahrzeugtür ist mit dem Bügelelement 14 dadurch verbindbar, dass ein Türschloss der Fahrzeugtür in einer Schließstellung an einem U-förmigen Profil 24 des Bügelelements 14 einrastet. In dem Profil 24 gibt es also eine Durchgangsöffnung 26, in welche das Türschloss bei der Fahrzeugtür in Schließstellung eingreifen bzw. einrasten kann. Mittels des Bügelelements 14 ist die Fahrzeugtür also insbesondere während einer Fahrt des Kraftfahrzeugs gehalten. Zur Vermeidung von Vibrationen und/oder unerwünschter Geräuschentwicklung der Fahrzeugtür muss das Bügelelement 14 dabei jeweilige bei der Fahrt in die Fahrzeugtür eingeleitete Kräfte und/oder Vibrationen mit abstützen können. Gerade bei einer gepanzerten Fahrzeugtür können dabei große Kräfte auf das Bügelelement 14 wirken, insbesondere aufgrund des hohen Gewichts der gepanzerten Fahrzeugtür und/oder wenn ein Beschuss oder eine Sprengung auf die gepanzerte Fahrzeugtür einwirkt. Entsprechend muss das Bügelelement 14 besonders stabil und massiv ausgebildet sein, insbesondere bei dem Einsatz herkömmlicher Materialien. Durch den Einsatz von Graphen bei dem Bügelelement 14 kann dieses besonders hohe Lasten aufnehmen, sodass auch das Bügelelement 14 besonders leicht und kompakt sein kann.
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Insgesamt kann das Kraftfahrzeug, bei welchem wenigstens eine der Fahrzeugtüren durch die Befestigungsvorrichtung 12 an der Fahrzeugkarosserie gehalten ist, besonders leicht sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Scharnierelement
- 12
- Befestigungsvorrichtung
- 14
- Bügelelement
- 16
- Lagerelement
- 18
- Lagerbolzen
- 20
- Durchgangsöffnung
- 22
- Grundplatte
- 24
- Profil
- 26
- Durchgangsöffnung
