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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Realisierung einer räumlichen Öffnungsbewegung und auf ein Verfahren zur Auslegung dieser Vorrichtung.
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Eine räumliche Öffnungsbewegung wurde aufgrund des komplizierten Aufbaus, der sechs Glieder mit sechs Gelenken voraussetzt, kaum industriell angewandt. Beispielsweise in der
DE 100 44 973 A1 wird ein derartiges Getriebe vorgestellt. Nachteilig werden derartige Mechanismen aufgrund der hohen Anzahl in Reihe angeordneter beweglicher Teile weich, was vom Anwender als klapprig empfunden wird. Dennoch besteht ein großes Bedürfnis nach der Realisierung räumlicher Öffnungsbewegungen.
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Bisher wurden räumliche Bewegungen durch einfacher zu realisierende sphärische Bewegungen substituiert. Beispielsweise wird in der
EP 0 267 876 A2 ein sphärisches Getriebe für eine Öffnungsbewegung vorgeschlagen.
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Nachteilig können mit sphärischen Mechanismen nur Drehungen erfüllt werden. Die Lage der Drehachse ist dabei durch einen vom Getriebe bestimmten Fixpunkt definiert. Um diesen Punkt kann in Abhängigkeit des verwendeten Getriebes die Achse beliebige Richtungen annehmen. Demgegenüber sind räumliche Bewegungen durch eine Rotation um eine Achse und gleichzeitige Schiebung (Translation) entlang dieser Achse gekennzeichnet. Da bei sphärischen Bewegungen der translatorische Anteil fehlt, sind die Anwendungsmöglichkeiten beschränkt.
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Eine andere Alternative ist die Zerlegung der gewünschten räumlichen Bewegung in zwei Vorzugsrichtungen und die Anwendung von Getrieben mit zwei Freiheitsgraden, wobei dann jeder Freiheitsgrad eine Vorzugsrichtung bedient. In der
US 7 059 655 B2 wird ein derartiges Getriebe vorgestellt. Nachteilig sind derartige Mechanismen ebenfalls aufwendig und zudem können Fehlbedienungen, die Schäden am Mechanismus und den angrenzenden Bauteilen verursachen, nicht ausgeschlossen werden.
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Die
DE 295 13 287 U1 offenbart ein Langtürscharnier mit geneigten Schwenkachsen für die Türen von Automobilen. Das Langtürscharnier umfasst ein Tragelement, dessen eines Teil am Chassis und dessen anderes Teil am Türrahmen jeweils eine Scharnierachse bildet, und einen Lenkhebel zum Führen der Tür, wobei der Lenkhebel als zweiteiliger Kniehebel mit einem Mittelgelenk ausgeführt ist. Dabei sind die Scharnierachsen zueinander geneigt angeordnet und die Enden mindestens eines Kniehebels jeweils mit mindestens zwei Freiheitsgraden gelagert. Allerdings benötigt die dort vorgeschlagene Hebelmechanik viel Bauraum, um auch langgestreckte Türen bedienen zu können.
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Die Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine einfache Vorrichtung vorzuschlagen, die wenig Bauraum benötigt und eine räumliche Öffnungsbewegung ermöglicht. Zudem soll ein Verfahren angegeben werden, das eine einfache und schnelle Auslegung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabenstellung gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 3. Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ist Gegenstand des Unteranspruchs 2.
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Die Vorrichtung zur Realisierung einer räumlichen Öffnungsbewegung umfasst zwei Verbindungselemente. Jedes dieser Verbindungselemente hat je zwei Drehgelenke. Die Ausbildung der Verbindungselemente ist bevorzugt länglich oder anders formuliert balkenförmig. Die Drehgelenke sind dann bevorzugt an den Enden der balkenförmigen Verbindungselemente angeordnet.
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Beide Verbindungselemente sind mit je einem Drehgelenk an der Festseite der Öffnung und mit dem anderen Drehgelenk an der Öffnungsseite drehbar befestigt. Öffnungsseite bezeichnet hier das Öffnungselement, also die Tür bzw. das Türblatt. Dementsprechend bezeichnet Festseite der Öffnung das Teil, an dem das Öffnungselement befestigt ist, also die Türzarge oder bei einer Fahrzeugtür die Karosserie. Zur Vereinfachung des Verständnisses wird nachfolgend das Drehgelenk zwischen erstem Verbindungselement und der Festseite als A0, das Drehgelenk zwischen zweitem Verbindungselement und Festseite als B0, das Drehgelenk zwischen erstem Verbindungselement und der Öffnungsseite als A1 und das Drehgelenk zwischen zweitem Verbindungselement und der Öffnungsseite als B1. Zwischen den Drehgelenken A0 und A1 ist somit das erste Verbindungselement und zwischen den Drehgelenken B0 und B1 das zweite Verbindungselement angeordnet.
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Weiterhin sind die Drehachsen aller vier Drehgelenke windschief zueinander ausgerichtet. Der Abstand der Drehachsen der auf der Festseite befestigten Drehgelenke und der Drehachsen der auf der Öffnungsseite befestigten Drehgelenke untereinander ist gleich und wird als l1 bezeichnet.
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Ebenso ist bei beiden Verbindungselementen der Abstand der Drehachsen der beiden Drehgelenke voneinander gleich und wird als l2 bezeichnet.
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Zudem muss das Verhältnis von l1 zum Sinus des von den Drehachsen der an l1 angrenzenden Drehgelenke eingeschlossenen Winkels λ1 gleich sein zum Verhältnis von l2 zum Sinus des von den Drehachsen der an l1 angrenzenden Drehgelenke eingeschlossenen Winkels λ2. Mit anderen Worten muss folgende Gleichung erfüllt sein: l1 / sinλ1 = l2 / sinλ2
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Zur Klarstellung grenzen entsprechend der obigen Beschreibung an l1 zwei Paarungen von Drehgelenken an, dies sind A1-B1 sowie A0-B0. Analog grenzen an l2 folgende Paarungen an: A0-A1 sowie B0-B1.
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Zur Erläuterung wird auf 4 und die zugehörige Beschreibung verwiesen, die eine Prinzipdarstellung der geometrischen Gegebenheiten zeigt.
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Vorteilhaft wird so eine räumliche Öffnungsbewegung realisiert mit nur zwei Verbindungselementen. Durch oben genannte räumliche Bedingungen kann eine räumliche Bewegung mittels nur vier Gelenken realisiert werden.
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Bevorzugt ist l1 sehr klein gewählt, so dass beide Verbindungselemente sehr nah beieinander angeordnet sind. Vorteilhaft kommt so die erfindungsgemäße Vorrichtung bezüglich des Platzbedarfs einem normalen Scharnier sehr nahe und die Erfindung gibt hohe gestalterische Freiheit. Zudem ist die erfindungsgemäße Vorrichtung einfach und kostengünstig herzustellen. Auch kann der Nachteil einer weichen Verbindung aufgrund der hohen Anzahl in Reihe geschalteter mechanischer Gelenke vermieden werden.
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Weiterhin bevorzugt sind die Verbindungselemente bogenförmig. Vorteilhaft können die Verbindungselemente so um eine Körperkante herumreichen. Dies wird insbesondere im vollständig geöffneten Zustand relevant, da verhindert werden kann, dass die Verbindungselemente in die Öffnung hineinragen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Auslegung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erlaubt die Festlegung der Koordinaten der Drehgelenke. So wird die Auslegung der Vorrichtung deutlich erleichtert.
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Nachfolgend werden folgende Formelzeichen verwendet:
| s | Schraubenachse |
| θ12 | halber Winkel der für die gewünschte räumliche Bewegung erforderliche Drehung |
| s12 | halber Schubweg der für die gewünschte räumliche Bewegung erforderlichen Schiebung |
| A0 und B0 | Positionen der Drehgelenke an der Festseite der Öffnung, an welcher ein Öffnungselement befestigt ist (z. B. Karosserie) |
| A1 und B1 | Positionen der Drehgelenke am Öffnungselement (z. B. Tür) |
| a | Lotgerade von A1 auf s |
| n | Symmetriegerade |
| φ | Drehwinkel für Symmetriegerade n |
| h | Wegstrecke Schiebung für Symmetriegerade n |
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In einem ersten Schritt erfolgt die Festlegung einer Schraubenachse s, um die die Drehung und in deren Richtung die Schiebung der räumlichen Bewegung erfolgt.
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Anschließend erfolgt die Festlegung von einem ersten Punkt. Dies kann A0, A1, B0 oder B1 sein. Hier wurde A1 gewählt. A1 wird also frei wählbar festgelegt. Nun wird die Lotgerade a von A1 auf s ermittelt. Dann wird diese Lotgerade a mit dem halben (gewünschten) Winkel θ12 um s gedreht und um s12 entlang s verschoben. Dies ergibt die Gerade f, auf der der Punkt A0 nun festzulegen ist, also auf f frei wählbar ist.
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Nun erfolgt die Festlegung der Symmetriegeraden n. Hierzu wird die Gerade a um s mit dem Drehwinkel φ gedreht und um den Weg h entlang s verschoben. Dabei sind entweder h oder φ frei wählbar, da folgende Abhängigkeit zwischen φ und h besteht: (12 – h) / s12 = sin(θ12 – φ) / sinθ12
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Nun können die Positionen der verbleibenden Gelenke B0 und B1 durch Spiegelung an n ermittelt werden. So ergibt sich B1 durch Spiegelung von A0 an n und B0 durch Spiegelung von A1 an n.
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Bei der Festlegung von φ bzw. h werden somit also die Positionen der Drehgelenke B1 und B0 festgelegt. Daher sollte also φ bzw. h so gewählt werden, dass B1 und B0 an einer günstigen bzw. gewünschten Position sind. So sollte B0 auf der Festseite beispielsweise häufig in der Nähe von A0 liegen und B1 in der Nähe von B0 um eine Vorrichtung mit geringem Einbaumaß zu definieren.
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Somit entsprechen A0B0 und A1B1 l1 und A0A1 und B0B1 l2.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Figuren erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine Fahrzeugtür mit erfindungsgemäßer Vorrichtung in geschlossenem Zustand,
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2 eine Fahrzeugtür mit erfindungsgemäßer Vorrichtung in geöffnetem Zustand,
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3 eine Prinzipskizze zur Auslegung der Vorrichtung, und
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4 eine Prinzipskizze der geometrischen Parameter der Vorrichtung.
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Die 1 und 2 zeigen den Öffnungsmechanismus eines Fahrzeuges. Dieser hat zwei Verbindungselemente 31 und 32. Die Verbindungselemente 31 und 32 sind mit Drehachsen 11 und 12 an der Fahrzeugkarosserie 1 und mit Drehachsen 21 und 22 an der Fahrzeugtür 2 drehbar befestigt. Alle Drehachsen 11, 12, 21, und 22 sind windschief zueinander ausgerichtet. Die Verbindungselemente 31 und 32 sind bogenförmig ausgeführt, so dass im geöffneten Zustand (2) eine Kollision mit der Fahrzeugkarosserie 1 vermieden werden kann.
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l2 (in 1 und 2 nicht gezeigt) ist der Abstand der Drehachsen 11, 21 bzw. 12, 22 eines Verbindungselementes 31 und 32 voneinander und beträgt 137,6 mm. l1 (in 1 und 2 nicht gezeigt) ist der Abstand der beiden Drehachsen an der Karosserie 1 bzw. Tür 2, also der Abstand der Drehachsen 11 und 12 bzw. 21 und 22 voneinander. l1 beträgt 41,1 mm.
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λ1 (in 1 und 2 nicht gezeigt) entspricht erfindungsgemäß dem von den angrenzenden Drehachsen eingeschlossenen Winkel. Dieser beträgt 87,3°. λ2 (in 1 und 2 nicht gezeigt) beträgt 137,6°.
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3 zeigt eine Prinzipskizze in Zweitafelprojektion, die das Verfahren zur Auslegung der Vorrichtung erläutert. Bei der Zweitafelprojektion ist auf der linken Seite der Grundriss und auf der rechten Seite der Seitenriss ersichtlich.
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Ausgangspunkt ist die Gerade s (s´ im Grundriss und s´´ im Seitenriss) um die die gewünschte Drehung und entlang derer die gewünschte Schiebung (Translation) der abzubildenden räumlichen Bewegung erfolgt. Anschließend erfolgt die Festlegung der Position des ersten Drehgelenkes A1. Anschließend wird die Lotgerade a von A1 auf s ermittelt. Diese wird dann um den Winkel θ12 um s gedreht und um s12 entlang s verschoben und so die Gerade f erhalten.
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Nun kann die Position des Drehgelenkes A0 auf der Geraden f frei gewählt werden. Die Strecke A1A0 stellt die Länge eines Verbindungselementes 31, 32 dar.
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Nun erfolgt die Festlegung der Symmetriegeraden n durch Drehung der Geraden a um s um den Drehwinkel φ und Schiebung um die Länge h entlang s. Hierbei ist auf die oben gezeigte Beziehung zwischen h und φ zu achten.
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Nun ergibt sich B1 durch Spiegelung von A0 an n, und B0 durch Spiegelung von A1 an n.
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4 erläutert die geometrischen Gegebenheiten der Vorrichtung, hier als Öffnungsmechanismus einer Fahrzeugtür ausgeführt. A0 und B0 sind die Gelenke auf Seiten der Karosserie und A1 und B1 die Gelenke auf Türseite. Diese bilden in der gewählten Projektion ein Parallelogramm. Mittig in der 4 sind die geometrischen Gegebenheiten gezeigt. l2 ist der Abstand zwischen den zueinander windschiefen Drehachsen (die eine Gerade darstellen) der Gelenke A0 und A1 sowie B0 und B1. l2 bildet somit sowohl mit der Drehachse des Gelenks A0 als auch mit der Drehachse des Gelenks A1 einen rechten Winkel. Analog ist l1 der Abstand zwischen den zueinander windschiefen Drehachsen der Gelenke A0 und B0 sowie der Gelenke A1 und B1. Auch hier liegt l1 (als Abstand und damit kürzester Weg) einen rechten Winkel mit den Drehachsen der genannten Gelenke.
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Die Drehachsen, die an l2 angrenzen, also die Drehachsen der Gelenke A0 und A1, bilden zueinander einen Winkel λ2. Ebenso bilden auch die Drehachsen der Gelenke B0 und B1 zueinander den Winkel λ2, da diese ebenfalls an l2 angrenzen. Analog bilden die Drehachsen der Gelenke A0 und B0 zueinander den Winkel λ1, ebenso A1 und B1, da beide Paarungen an l1 angrenzen. Zwecks Verbesserung der Darstellung wurden in der 4 lediglich λ1 bei B1 und B0 eingezeichnet und λ2 bei A1. Durch den Doppelstrich in der Achse A1 und im Winkel λ1 bei B1 wird die Bildung des Winkels dargestellt, ebenso durch den Einzelstrich in der Drehachse A0 und im Winkel λ2 bei A1 sowie λ1 bei B1.
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Sind vorgenannten Bedingungen erfüllt, und gilt zusätzlich die Bedingung, dass
l1 / sinλ1 = l2 / sinλ2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung gekennzeichnet. Bezugszeichenliste
| 1 | Fahrzeugkarosserie |
| 11 | Drehachse in der Karosserie des ersten Verbindungselementes |
| 12 | Drehachse in der Karosserie des zweiten Verbindungselementes |
| 2 | Fahrzeugtür |
| 21 | Drehachse in der Fahrzeugtür des ersten Verbindungselementes |
| 22 | Drehachse in der Fahrzeugtür des zweiten Verbindungselementes |
| 31, 32 | erstes und zweites Verbindungselement |
| s | Schraubenachse |
| θ12 | halber Winkel der für die gewünschte räumliche Bewegung erforderliche Drehung |
| s12 | halber Schubweg der für die gewünschte räumliche Bewegung erforderlichen Schiebung |
| A0 und B0 | Positionen der Drehgelenke auf der Festseite der Öffnung, an welcher das Öffnungselement befestigt ist (z. B. Karosserie) |
| A1 und B1 | Positionen der Drehgelenke am Öffnungselement (z. B. Tür) |
| a | Lotgerade von A1 auf s |
| n | Symmetriegerade |
| φ | Drehwinkel für Symmetriegerade n |
| h | Wegstrecke Schiebung für Symmetriegerade n |
| l1 | Abstand der Drehachsen von B0 und A0 bzw. A1 und B1 |
| l2 | Abstand der Drehachsen von A0 und A1 bzw. B0 und B1 |
| f | Gerade |
