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Die Erfindung betrifft einen Öffnungs- und Schließmechanismus mit einem Totpunktfederelement und einem beweglichen Teil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Das bewegliche Teil kann eine Klappe, ein Schieber, ein schwenk- oder verschiebbarer Deckel, oder ein zum Öffnen schwenkbares-, aufziehbares oder verschiebbares Fach sein. Die Aufzählung ist beispielhaft und nicht abschließend.
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Ein Totpunktfederelement kann grundsätzlich jedes Federelement sein. Es ist über seine Funktion bestimmt, ein bewegliches Teil in Richtung einer Schließstellung zu beaufschlagen, wenn sich das bewegliche Teil zwischen einem Totpunkt und der Schließstellung befindet, und das bewegliche Teil in Richtung einer Gebrauchsstellung zu beaufschlagen, wenn sich das bewegliche Teil zwischen dem Totpunkt und der Gebrauchsstellung befindet. Außerdem hält das Totpunktfederelement das bewegliche Teil in der Schließstellung oder in der Gebrauchsstellung. Die Schließstellung und die Gebrauchsstellung können allgemein auch als erste- und zweite- oder als eine- und eine andere Stellung des beweglichen Teils aufgefasst werden. Der Totpunkt befindet sich zwischen der Schließstellung und der Gebrauchsstellung, nicht notwendigerweise in einer Mitte zwischen diesen beiden Stellungen. Der Totpunkt ist eine Stelle, an der das Totpunktfederelement das bewegliche Teil weder in der einen noch in der anderen Richtung beaufschlagt. Der Totpunkt kann sich abhängig von einer Bewegungsrichtung des beweglichen Teils verlagern. Die Funktion eines Totpunktfederelements wird wie gesagt nicht durch ein spezielles Federelement sondern durch eine Mechanik, Führung, Anlenkung und/oder geometrische Anordnung des Totpunktfederelements und des beweglichen Teils erreicht.
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Die europäische Patentanmeldung
EP 2 290 183 A1 offenbart ein schachtelförmiges Ablagefach mit einem Schwenkdeckel als beweglichem Teil und einem Totpunktfederelement, das schwenkbar an einem Hebelarm des Schwenkdeckels angreift und sich schwenkbar an einer Seitenwand des Ablagefachs als Widerlager abstützt. Bei einem Öffnen und Schließen des Schwenkdeckels bewegt sich ein Angriffspunkt des Totpunktfederelements auf einer Kreisbahn am Hebelarm des Schwenkdeckels um eine Schwenkachse des Schwenkdeckels. Eine Geometrie ist so gewählt, dass sich der Angriffspunkt des Totpunktfederelements beim Öffnen und Schließen des Schwenkdeckels zuerst der Abstützung des Totpunktfederelement an der Seitenwand des Ablagefachs nähert und anschließend wieder entfernt. Dadurch wird das Totpunktfederelement zuerst gespannt und entspannt sich nach Überwinden des Totpunkts, wobei es den Schwenkdeckel weiter in einer Bewegungsrichtung bis in eine Schließstellung oder in eine Gebrauchsstellung, in der das Ablagefach offen und zugänglich ist, beaufschlagt und in dieser Stellung auch hält. Eine Ausführung des bekannten Ablagefachs verwendet eine Druckfeder in einem Teleskoprohr, die an der Seitenwand des Ablagefachs und am Hebelarm des Schwenkdeckels angelenkt ist. Eine andere Ausführungsform verwendet eine Schenkelfeder, deren einer Schenkel am Hebelarm des Schwenkdeckels und deren anderer Schenkel in der Seitenwand des Ablagefachs eingehängt ist.
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Bei bekannten Totpunktfederelementen ist das Totpunktfederelement am Totpunkt am stärksten gespannt und eine Federkraft des Totpunktfederelements ist am Totpunkt am größten. Wünschenswert wäre umgekehrt eine niedrige Federkraft am Totpunkt und eine hohe Kraft in der Schließstellung und/oder in der Gebrauchsstellung. Dadurch wäre eine zum Öffnen und Schließen des beweglichen Teils beziehungsweise zum Überführen des beweglichen Teils von einer Schließ- in eine Gebrauchsstellung und umgekehrt notwendige Kraft in der Nähe des Totpunkts niedrig und eine Federkraft, mit der das Totpunktfederelement das bewegliche Teil in der Schließstellung und/oder der Gebrauchsstellung hält, hoch. Bei Missbrauch, also beispielsweise bei Kräften in Öffnungsrichtung, die gegenüber den für ein planmäßiges Öffnen notwendigen Kräften stark erhöht sind, haben die bekannten Systeme außerdem das Problem, dass es zur Zerstörung des Öffnungs- und Schießmechanismus kommt. Dies betrifft sowohl das Totpunktfederelement als auch die betreffenden Führungen, Gelenke und Anschläge.
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Aufgabe der Erfindung ist, einen Öffnungs- und Schließmechanismus mit einem Totpunktfederelement vorzuschlagen, der robust gegen Überlastung bei Missbrauch ist und bei dem eine Federkraft des Totpunktfederelement an einem Totpunkt niedriger oder höchstens so groß wie in einer Schließstellung oder einer offenen Stellung oder zumindest ein Anstieg der Federkraft ausgehend von der Schließstellung oder der offenen Stellung zum Totpunkt niedriger ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Öffnungs- und Schließmechanismus mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der erfindungsgemäße Öffnungs- und Schließmechanismus weist einen Anschlag auf, der eine Öffnungsbewegung eines beweglichen Teils begrenzt und der bei erhöhten Kräften in Öffnungsrichtung elastisch nachgibt. „Erhöhte Kräfte“ sind Kräfte, die größer als die Kräfte die für einen planmäßigen Gebrauch zu einem Überführen des beweglichen Teils von einer Schließstellung in eine Gebrauchsstellung notwendig sind. Die zum planmäßigen Überführen notwendigen Kräfte können als „Gebrauchskräfte“ bezeichnet werden, während die erhöhten Kräfte als Missbrauchskräfte bezeichnet werden können, die beispielsweise durch einen Schlag auf das bewegliche Teil auftreten können, durch den das beweglichen Teil in Öffnungsrichtung beaufschlagt wird. Der Anschlag begrenzt die Öffnungsbewegung des beweglichen Teils in der Gebrauchsstellung, die Öffnungsbewegung erfolgt also, bis die Gebrauchsstellung erreicht ist. Der Anschlag ist aber in Öffnungsrichtung überdrückbar, so dass er beim Auftreten von Missbrauchskräften elastisch nachgibt und das bewegliche Teil in eine Missbrauchsstellung überführbar ist. Die Gebrauchskräfte, insbesondere die vom Totpunktfederelement in der Gebrauchsstellung auf das bewegliche Teil ausgeübten Kräfte, reichen nicht aus, den Anschlag zu überdrücken. Die Nachgiebigkeit des Anschlags bewirkt somit zum einen, dass das bewegliche Teil vom Anschlag gegen die Kraft der Totpunktfeder in der Gebrauchsstellung gehalten wird. Zum anderen bewirkt der nachgiebige Anschlag, dass weder der Anschlag selbst, noch andere Elemente wie Führungen, Gelenke oder dergleichen bei Überlast beschädigt werden. Durch Zurückschwenken in Schließstellung und erneutes Überfahren des Anschlags kann das Schwenkfach wieder repariert, das heißt in eine Stellung für den planmäßigen Gebrauch überführt werden. Um außerdem auch das Totpunktfederelement nicht bei Überlast zu zerstören, schlägt die Erfindung zudem vor, dass der Schließmechanismus eine Steuerkurve aufweist, an der ein Totpunktfederelement unmittelbar oder mittelbar angreift. Die Steuerkurve kann an einem beweglichen Teil oder feststehend angeordnet sein. „Feststehend“ bedeutet, dass das bewegliche Teil gegenüber der Steuerkurve beweglich ist. Ausgehend von einem Totpunkt, der eine Stellung des beweglichen Teils zwischen der Schließstellung und der Gebrauchsstellung ist, beaufschlagt das Totpunktfederelement das bewegliche Teil in Richtung der Schließstellung oder der Gebrauchsstellung, je nachdem auf welcher Seite des Totpunkts sich das bewegliche Teil befindet. Die Schließstellung und die Gebrauchsstellung können allgemein auch als zwei Endstellungen des beweglichen Teils aufgefasst werden. Durch eine Geometrie der Steuerkurve, an der das Totpunktfederelement angreift, lässt sich eine Kraft oder Kraftkomponente in einer Bewegungsrichtung des beweglichen Teils, die das Totpunktfederelement auf das bewegliche Teil ausübt, steuern. Mit der Steuerkurve lässt sich ein Kraftanstieg ausgehend von der Schließstellung und/oder der Gebrauchsstellung in Richtung des Totpunkts verringern, es lässt sich auch eine etwa konstant bleibende oder sogar zum Totpunkt hin abnehmende Kraft erreichen, die das Totpunktfederelement in bzw. entgegen der Bewegungsrichtung auf das bewegliche Teil ausübt. In letzterem Fall ist vorzugsweise die Kraft, die das Totpunktfederelement in der Bewegungsrichtung auf das bewegliche Teil ausübt, in der Schließstellung und/oder der Gebrauchsstellung am höchsten, so dass das bewegliche Teil mit einer hohen Kraft geschlossen und/oder offen gehalten wird.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht ein schwenkbares Teil als bewegliches Teil vor, beispielsweise eine Klappe, einen Schwenkdeckel oder ein Schwenkfach. Ist das bewegliche Teil ein Schwenkdeckel, so ist ein Ablagefach in einem Kraftfahrzeug, an dem der Schwenkdeckel angeordnet ist, in der Schließstellung beispielsweise vom Schwenkdeckel verschlossen, während es in der Gebrauchsstellung offen und vom Fahrgastraum aus zugänglich ist.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass ausgehend von einer dem Totpunkt des beweglichen Teils zugeordneten Stelle der Steuerkurve, die nachfolgend als Totpunktstelle bezeichnet wird, die Steuerkurve mit zunehmendem Abstand von der Totpunktstelle so verläuft, dass sich eine Wirkungslinie einer Federkraft des Totpunktfederelements von einer Schwenkachse des beweglichen Teils entfernt. Die Totpunktstelle der Steuerkurven ist die Stelle, an der das Totpunktfederelement angreift, wenn sich das bewegliche Teil am Totpunkt befindet, das heißt vom Totpunktfederelement nicht in einer Bewegungsrichtung beaufschlagt wird, sondern senkrecht zur Bewegungsrichtung ohne Kraftkomponente in einer Bewegungsrichtung. Vergrößert sich ein Abstand der Wirkungslinie des Totpunktfederelements radial zur Wirkungslinie der Federkraft des Totpunktfederelements und radial zur Schwenkachse des beweglichen Teils von der Schwenkachse des beweglichen Teils mit zunehmendem Abstand vom Totpunkt, vergrößert sich ein Hebelarm, mit dem das Totpunktfederelement in Bezug auf die Schwenkachse am beweglichen Teil angreift. Dadurch ist, abhängig von der Geometrie der Steuerkurve, eine Kompensation, auch eine Über- oder Unterkompensation der Federkraft des Totpunktfederelements möglich, das sich mit zunehmendem Abstand vom Totpunkt entspannt, wodurch seine Federkraft abnimmt.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Abstand der Steuerkurve, an der das Totpunktfederelement angreift, von einer Schwenkachse eines beweglichen, nämlich schwenkbaren Teils mit zunehmendem Abstand von der Totpunktstelle kleiner wird. Eine Wirkungslinie einer Federkraft des Totpunktfederelements entfernt sich dadurch mit zunehmendem Abstand vom Totpunkt von der Schwenkachse des beweglichen Teils, wodurch ein wirksamer Hebelarm, mit dem das Totpunktfederelement am beweglichen Teil angreift, größer wird.
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An der Totpunktstelle ist die Steuerkurve bei einer Ausgestaltung der Erfindung abgewinkelt, worunter auch eine Kurve mit kleinem Radius zu verstehen ist.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Totpunktfederelement in der Schließstellung und/oder in der offenen Stellung des beweglichen Teils an der Steuerkurven einschnappt. Das vergrößert eine Haltekraft, mit der das Totpunktfederelement das bewegliche Teil geschlossen und/oder offen hält.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Totpunktfederelement an einem schwenkbaren Steuerhebel angreift, der seinerseits an der Steuerkurve angreift. Das Totpunktfederelement greift also nicht unmittelbar, sondern mittelbar über den schwenkbaren Steuerhebel an der Steuerkurve an.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen einen Öffnung- und Schließmechanismus mit einem Totpunktfederelement gemäß der Erfindung in Seitenansicht in einer Schließstellung (1), einer Totpunktstellung (2) und einer Gebrauchsstellung (3). Die Zeichnung ist als vereinfachte und schematisierte Darstellung zum Verständnis und zur Erläuterung der Erfindung zu verstehen.
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Der in der Zeichnung dargestellte, erfindungsgemäße Öffnung- und Schließmechanismus weist ein Schwenkfach 1 als bewegliches, nämlich schwenkbares Teil 2, und eine Schenkelfeder 3 als Totpunktfederelement 4 auf. Das bewegliche Teil 2 ist um eine Schwenkachse 5 von einer Schließstellung, die in 1 gezeigt ist, in eine offene Stellung, die in 3 gezeigt ist, und umgekehrt schwenkbar. 2 zeigt das bewegliche Teil 2 in einer Totpunktstellung, die sich zwischen der Schließstellung und der Gebrauchsstellung befindet. Die Schließstellung und die Gebrauchsstellung können allgemein als zwei planmäßige Endstellungen des beweglichen Teils 2 bei planmäßigen Gebrauch aufgefasst werden.
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Eine Federwicklung 6 der das Totpunktfederelement 4 bildenden Schenkelfeder 3 ist auf einem ortsfesten Lagerzapfen 7 aufgenommen, auf dem ein Steuerhebel 8 schwenkbar gelagert ist. Eine Schwenkachse 9 des Steuerhebels 8 verläuft parallel zu und mit Abstand von der Schwenkachse 5 des das bewegliche Teil 2 bildenden Schwenkfachs 1. Ein Federschenkel 10 der Schenkelfeder 3 stützt sich an einem ortsfesten Widerlager 11 ab und ein anderer Federschenkel 12 der Schenkelfeder 3 beaufschlagt den Steuerhebel 8 in Richtung der Schwenkachse 5 des beweglichen Teils 2.
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Der Steuerhebel 8 ist abgewinkelt und wird von der das Totpunktfederelement 4 bildenden Schenkelfeder 3 gegen eine Steuerkurve 13 gedrückt, die an einer Seitenwand 14 des das bewegliche Teil 2 bildenden Schwenkfachs 1 angeordnet ist. Die Steuerkurve 13 ist abgewinkelt, sie weist ausgehend von einer Abwinklung 15 einen Schließabschnitt 16 und auf einer anderen Seite der Abwinklung 15 einen Öffnungsabschnitt 17 auf, die sich mit geringen Krümmungen tangential der Schwenkachse 5 des beweglichen Teils 2 des erfindungsgemäßen Öffnungs- und Schließmechanismus nähern. Befindet sich das bewegliche Teil 2 zwischen der in 2 gezeigten Totpunktstellung und der in 1 gezeigten Schließstellung, drückt die das Totpunktfederelement 4 bildende Schenkelfeder 3 den abgewinkelten Steuerhebel 8 gegen den Schließabschnitt 16 der Steuerkurve 13. Eine Wirkungslinie 18 einer mit einem Pfeil dargestellten Federkraft 19, die das Totpunktfederelement 4 über den Steuerhebel 8 auf die Steuerkurve 13 ausübt, verläuft bei angenommener Reibungslosigkeit senkrecht zur Steuerkurve 13. Ein Verlauf des Schließabschnitts 16 der Steuerkurve 13 ist so gewählt, dass mit größer werdendem Abstand des beweglichen Teils 2 von der Totpunktstellung und Annäherung an die Schließstellung ein Abstand 20 der Wirkungslinie 18 der Federkraft 19 von der Schwenkachse 5 des beweglichen Teils 2 größer wird. Der Abstand 20 ist radial zur Wirkungslinie 18 und zur Schwenkachse 5 zu messen. Der mit Annäherung an die Schließstellung zunehmende Abstand 20 der Wirkungslinie 18 der Federkraft 19 des Totpunktfederelements 4 von der Schwenkachse 5 des beweglichen Teils 2 bedeutet einen sich vergrößernden Hebelarm, mit dem das Totpunktfederelement 4 über den Steuerhebel 8 an der Steuerkurve 13 angreift. Dadurch lässt sich eine abnehmende Federkraft des Totpunktfederelements 4, das sich bei Annäherung an die Schließstellung entspannt, je nach Verlauf des Schließabschnitts 16 der Steuerkurven 13 teilweise-, vollständig- oder überkompensieren. Eine von dem Totpunktfederelement 4 auf das bewegliche Teil 2 ausgeübte Schließkraft in Richtung der Schließstellung nimmt dadurch weniger stark ab als die Federkraft des Totpunktfederelements 4, bleibt konstant oder nimmt sogar zu.
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In der Schließstellung des beweglichen Teils 2 schnappt der abgewinkelte Steuerhebel 8 in eine Vertiefung 21 im Schließabschnitt 16 der Steuerkurve 13 ein, so dass das bewegliche Teil 2 in der Schließstellung zusätzlich zu der von dem Totpunktfederelement 4 ausgeübten Federkraft geschlossen gehalten wird. Eine solche Vertiefung kann auch für die Gebrauchsstellung des beweglichen Teils 2 im Öffnungsabschnitt 17 der Steuerkurve 13 vorgesehen sein. Das Ausführungsbeispiel weist die Vertiefung 21 nur für die Schließstellung auf.
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Der Öffnungsabschnitt 17 der Steuerkurven 13 verläuft entsprechend der obigen Ausführungen zum Schließabschnitt 16 so, dass sich ein Abstand der Wirkungslinie 18 der Federkraft 19 des Totpunktfederelement 4 von der Schwenkachse 5 des das bewegliche Teil 2 bildenden Schwenkfachs 1 vergrößert, wenn sich das bewegliche Teil 2 von der Totpunktstellung aus der Gebrauchsstellung nähert. Dadurch wird auch beim Öffnen des beweglichen Teils 2 erreicht, dass nach Überwinden des Totpunkts eine vom Totpunktfederelement 4 über den Steuerhebel 8 auf das bewegliche Teil 2 in einer Öffnungsrichtung ausgeübte Kraft weniger stark als die Federkraft des Totpunktfederelements 4 abnimmt, nicht abnimmt oder sogar zunimmt, wenn sich das bewegliche Teil 2 der Gebrauchsstellung nähert.
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In der in 2 gezeigten Totpunktstellung des das bewegliche Teil 2 bildenden Schwenkfachs 1 drückt das Totpunktfederelement 4 den Steuerhebel 8 gegen die Abwinklung 15 des Steuerhebels 8 und die Wirkungslinie 18 der Federkraft 19 des Totpunktfederelement 4 schneidet die Schwenkachse 5 des beweglichen Teils 2, so dass das bewegliche Teil 2 weder in Richtung der Schließstellung noch in Richtung der Gebrauchsstellung beaufschlagt wird. Die Abwinklung 15 der Steuerkurve 13 kann auch als Totpunktstelle der Steuerkurve 13 aufgefasst werden.
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Das Totpunktfederelement 4 ist sowohl in der Schließstellung als auch in der Gebrauchsstellung des das bewegliche Teil 2 bildenden Schwenkfachs 1 vorgespannt, in der Totpunktstellung ist eine Spannung und damit eine Federkraft des Totpunktfederelements 4 am größten.
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Nur in 3 ist ein Anschlag 22 in Form einer Kugelraste 23 dargestellt. Dieser Anschlag 22 begrenzt die Öffnungsbewegung des Schwenkfachs 1 durch Anlage der in der Figur oberen, hinteren Kante in der Gebrauchsstellung. Bei einer erhöhten Kraft in Öffnungsrichtung, beispielsweise durch Missbrauch, weicht die Kugelraste 23 aus, so dass der Anschlag 22 überfahren werden kann und sich das Schwenkfach 1 in einer Missbrauchsstellung befindet. Weder der Anschlag 22 noch das Totpunktfederelement 4 werden hierdurch beschädigt. Durch Zurückschwenken in Schließstellung und erneutes Überfahren des Anschlags 22 kann das Schwenkfach wieder repariert, das heißt in eine Stellung für den planmäßigen Gebrauch überführt werden.
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Bezugszeichenliste
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Öffnungs- und Schließmechanismus mit einem Totpunktfederelement
- 1
- Schwenkfach
- 2
- bewegliches Teil
- 3
- Schenkelfeder
- 4
- Totpunktfederelement
- 5
- Schwenkachse des Schwenkfachs 1 / beweglichen Teils 2
- 6
- Federwicklung
- 7
- Lagerzapfen
- 8
- Steuerhebel
- 9
- Schwenkachse des Steuerhebels 8
- 10
- Federschenkel
- 11
- Widerlager
- 12
- anderer Federschenkel
- 13
- Steuerkurve
- 14
- Seitenwand
- 15
- Abwinklung
- 16
- Schließabschnitt
- 17
- Öffnungsabschnitt
- 18
- Wirkungslinie
- 19
- Federkraft
- 20
- Abstand
- 21
- Vertiefung
- 22
- Anschlag
- 23
- Kugelraste
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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