DE102019111325A1

DE102019111325A1 - Kraftfahrzeug-klappenanordnung

Info

Publication number: DE102019111325A1
Application number: DE102019111325.3A
Authority: DE
Inventors: Uwe Reddmann
Original assignee: Kiekert AG
Current assignee: Kiekert AG
Priority date: 2019-05-02
Filing date: 2019-05-02
Publication date: 2020-11-05
Also published as: EP3963162A1; WO2020221394A1

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Kraftfahrzeug-Klappenanordnung und insbesondere Kraftfahrzeug-Türanordnung, die mit einem gegenüber einer Karosserie (2) verschwenkbaren Flügel (1) und einem elektromotorischen Antrieb (4, 5, 6, 7) für den Flügel (1) ausgerüstet ist. Außerdem ist eine im Kraftfluss zwischen dem Flügel (1) und der Karosserie (2) angeordnete Kraftsensoreinheit (9, 10, 12, 13) realisiert, deren Sensorsignale von einer Steuereinheit (15) ausgewertet werden. Erfindungsgemäß ist die Kraftsensoreinheit (9, 10, 12, 13) mit einem seine Sensorsignale verstärkenden mechanischen Übersetzungselement (10) ausgerüstet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeug-Klappenanordnung, insbesondere Kraftfahrzeug-Türanordnung, mit einem gegenüber einer Karosserie verschwenkbaren Flügel, ferner mit einem elektromotorischen Antrieb für den Flügel, und mit einer im Kraftfluss zwischen dem Flügel und der Karosserie angeordneten Kraftsensoreinheit, deren Sensorsignale von einer Steuereinheit ausgewertet werden.
Kraftfahrzeug-Klappenanordnungen sind in vielfältigen Varianten bekannt. So kann es sich bei der Klappe beispielsweise um eine Heckklappe, eine Tankklappe, eine Kofferraumklappe, eine Laderaumklappe oder sogar eine Motorhaube handeln. Im Regelfall ist die Klappe als Kraftfahrzeug-Tür ausgebildet. Mit Hilfe des elektromotorischen Antriebes wird ein zu der betreffenden Klappe gehöriger Flügel beaufschlagt, um die Klappe im einfachsten Fall gegenüber der Karosserie zu verschwenken. Als Folge hiervon wird bei einer Kraftfahrzeug-Tür eine Türöffnung freigegeben oder verschlossen. Bei einer Heckklappe oder Kofferraumklappe wird eine entsprechende Kofferraumöffnung geöffnet oder geschlossen.
Der motorische Antrieb solcher Kraftfahrzeug-Klappenanordnungen mit Hilfe eines Elektromotors kann dann zu Problemen führen, wenn im Schwenkweg Hindernisse vorhanden sind oder Bekleidungsstücke eines Bedieners. Insbesondere soll bei Kraftfahrzeug-Türen mit elektromotorischem Antrieb verhindert werden, dass Bekleidungsstücke eines Bedieners oder dessen Finger im Spalt zwischen der sich schließenden Kraftfahrzeug-Tür und der Karosserie eingeklemmt werden.
Aus diesem Grund arbeitet man mit Einrichtungen zur Realisierung eines Einklemmschutzes. Sobald das Einklemmen festgestellt wird, sorgt ein entsprechendes und von der Steuereinheit erzeugtes Signal in der Regel dafür, dass der elektromotorische Antrieb nicht nur angehalten wird, sondern meistens auch in Gegenrichtung eine Beaufschlagung erfährt, um die Kraftfahrzeug-Tür im Beispielfall aufzuschwenken und einen eventuell eingeklemmten Gegenstand unmittelbar freizugeben.
Beim gattungsbildenden Stand der Technik nach der DE 10 2016 211 777 A1 wird zu diesem Zweck eine Fahrzeugtüranordnung mit einem Türantrieb beschrieben, die durch eine Sensoreinrichtung gekennzeichnet ist. In einer Variante kann die Sensoreinrichtung als Kraftsensor ausgebildet sein. Mit Hilfe des Kraftsensors kann beispielhaft die Torsion einer Antriebswelle als Bestandteil des elektromotorischen Antriebes gemessen werden. Zu diesem Zweck ist im Detail ein induktiver oder kapazitiver Sensorbaustein vorgesehen, mit dessen Hilfe der Abstand zu einer Exzenterscheibe bestimmt wird.
Wird bei einer Beaufschlagung des elektromotorischen Antriebes die Antriebswelle rotiert und tritt ein Hindernis auf, so weicht die Drehgeschwindigkeit der Exzenterscheibe von der Drehgeschwindigkeit des Motors ab, sodass dies auf eine die zugehörige Kraftfahrzeug-Tür bremsende Kraft hindeutet, die eine Torsion der Antriebswelle bewirkt. Da die an dieser Stelle beobachteten Stellwege klein sind, kann nicht immer zuverlässig sichergestellt werden, dass es nicht doch zu einem Einklemmfall kommt.
Im Rahmen der DE 10 2007 026 796 A1 wird eine Vorrichtung zum Feststellen von geöffneten Türen oder Klappen eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Diese verfügt unter anderem über ein Sensorelement, mit dessen Hilfe ein auf die Tür aufbringbares Drehmoment erfasst werden kann. Auf diese Weise soll insbesondere die Brauchbarkeit solcher Feststellvorrichtungen von geöffneten Türen verbessert werden.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine derartige Kraftfahrzeug-Klappenanordnung so weiterzuentwickeln, dass insbesondere ein Einklemmfall sicher und zuverlässig erfasst werden kann.
Zur Lösung dieser technischen Problemstellung ist eine gattungsgemäße Kraftfahrzeug-Klappenanordnung im Rahmen der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die im Kraftfluss zwischen dem Flügel und der Karosserie angeordnete Kraftsensoreinheit mit einem seine Sensorsignale verstärkenden mechanischen Übersetzungselement ausgerüstet ist. Das heißt, das Übersetzungselement sorgt auf mechanischem Wege - und nicht elektrisch oder elektronisch - dafür, dass die Sensorsignale der entsprechend ausgelegten Kraftsensoreinheit verstärkt werden.
Die Kraftsensoreinheit ist im Allgemeinen zweiteilig ausgebildet. Zu diesem Zweck setzt sich die Kraftsensoreinheit größtenteils aus einem das Übersetzungselement beinhaltenden Tastelement und einem Kraftsensor zusammen. Das Tastelement ist seinerseits im Wesentlichen aus dem Übersetzungselement und einem Biegeelement zusammengenommen aufgebaut.
Dabei ist die Auslegung ferner größtenteils so getroffen, dass der Kraftsensor insgesamt eine federelastische kraftinduzierte Verformung des Tastelementes als dessen Tastweg erfasst. Das heißt, zur Kraftmessung der den Flügel mit Hilfe des elektromotorischen Antriebes beaufschlagenden Kraft wird zunächst einmal das Tastelement verformt, und zwar insgesamt federelastisch. Dadurch ist eine dauerhafte Funktionsfähigkeit des Tastelementes gewährleistet. Darüber hinaus erfolgt die Verformung des Tastelementes kraftinduziert, also in Abhängigkeit von der am Türflügel angreifenden und vom elektromotorischen Antrieb zur Verfügung gestellten Kraft zu seiner Beaufschlagung.
Dabei geht die Erfindung insgesamt davon aus, dass der elektromotorische Antrieb bei einer Beaufschlagung des Flügels zu Beginn beispielsweise einer Schließbewegung des Flügels gegenüber der Karosserie eine erhöhte Kraft auf den Flügel ausüben muss, um etwaige Haftreibungskräfte von Lagern des Flügels gegenüber der Karosserie und seine Trägheit zu überwinden. Bei fortgesetztem Schließweg des Flügels gegenüber der Karosserie ist dagegen mit einer nahezu gleichbleibenden Kraft zu rechnen, die vom elektromotorischen Antrieb aufgebracht wird, um den Flügel gegenüber der Karosserie zu schließen. Kommt es nun innerhalb dieses Schließweges zu einer erhöhten Kraft und damit einer Veränderung der federelastischen sowie kraftinduzierten Verformung des Tastelementes, so ändert sich auch der vom Tastelement absolvierte Tastweg. Da der Kraftsensor den Tastweg des Tastelementes erfasst, kann diese Änderung von der die Sensorsignale auswertenden Steuereinheit als Einklemmfall interpretiert werden.
Wie zuvor bereits erläutert, wird der von der Steuereinheit erfasste Einklemmfall im Regelfall dahingehend umgesetzt, dass nicht nur der elektromotorische Antrieb unmittelbar gestoppt wird, sondern meistens auch ein Reversieren des elektromotorischen Antriebes und folglich eine Öffnungsbewegung des Flügels mit Hilfe des elektromotorischen Antriebes erzeugt wird. Das alles gelingt erfindungsgemäß besonders feinfühlig, weil die Kraftsensoreinheit mit dem seine Sensorsignale verstärkenden mechanischen Übersetzungselement ausgerüstet ist. Das heißt, das Übersetzungselement sorgt auf mechanischem Weg dafür, dass selbst kleinste Verformungen des Biegeelementes durch das Übersetzungselement in mehr oder minder große Tastwege übersetzt werden, die dann ihrerseits von dem Kraftsensor sensiert und in entsprechend große Sensorsignale umgesetzt werden.
Als Folge hiervon werden nicht nur im Vergleich zum Stand der Technik insgesamt deutlich stärkere Sensorsignale ausgangsseitig des Kraftsensors beobachtet, sondern lassen sich auch ausgeprägte Gradienten, das heißt zeitliche Änderungen des Sensorsignales, ermitteln. Dadurch kann die Steuereinheit besonders feinfühlig bereits auf kleinste Kraftanstiege und dementsprechend ausgeprägte Anstiege des zugehörigen Sensorsignales reagieren und als Einklemmfall interpretieren. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.
Wie bereits erläutert, setzt sich das Tastelement im Wesentlichen aus dem Biegeelement und dem Übersetzungselement zusammen. Die kraftinduzierte Verformung des Tastelementes korrespondiert nun im Allgemeinen zu einer vorzugsweise kraftproportionalen flexiblen Durchbiegung oder Verbiegung des Biegeelementes. Das heißt, ein mit der Durchbiegung oder Verbiegung des Biegeelementes verbundener Biegeweg hängt im Allgemeinen proportional von der am Tastelement angreifenden Kraft ab. Diese Kraft wird von dem elektromotorischen Antrieb zur Verfügung gestellt bzw. korrespondiert zum Kraftfluss zwischen dem Flügel und der Karosserie. Jedenfalls wird der Biegeweg des Biegeelementes mit Hilfe des Übersetzungselementes in den demgegenüber vergrößerten Tastweg übersetzt. Das heißt, der geringfügige Biegeweg des Biegeelementes wird mit Hilfe des Übersetzungselementes mechanisch verstärkt, sodass gleichsam ausgangsseitig des Übersetzungselementes der gegenüber dem Biegeweg mehr oder minder deutlich vergrößerte Tastweg beobachtet wird. Dieser vergrößerte Tastweg wird dann seinerseits von dem Kraftsensor erfasst und korrespondiert hier zu verstärkten Sensorsignalen, und zwar im Vergleich zu der Situation, dass mit Hilfe des Kraftsensors die lediglich geringfügige Durchbiegung des Biegeelementes direkt erfasst würde.
Zu diesem Zweck ist das Biegeelement meistens an einen Übertragungshebel als Bestandteil des elektromotorischen Antriebes angeschlossen. Beispielsweise kann das Biegeelement an einem achsfernen Ende des Übertragungshebels als Bestandteil des elektromotorischen Antriebes ausgebildet sein. In diesem Fall gehört der Übertragungshebel zum elektromotorischen Antrieb. Der Übertragungshebel wird meistens mit Hilfe eines Elektromotors mittelbar oder unmittelbar zu Schwenkbewegungen um seine Drehachse beaufschlagt. Das heißt, der elektromotorische Antrieb ist meistens zumindest mit dem bereits angesprochenen Elektromotor und gegebenenfalls Zahnrädern ausgerüstet, die dann ihrerseits den Übertragungshebel gegenüber seiner Drehachse zu Schwenkbewegungen beaufschlagen. Da der Übertragungshebel darüber hinaus an seinem kurzen Hebelarm mit einer den Flügel beaufschlagenden Zahnstange kämmt, wird deutlich, dass der Übertragungshebel insgesamt im Kraftfluss zwischen dem elektromotorischen Antrieb und dem Flügel angeordnet ist.
Denn die fragliche Zahnstange ist ihrerseits im Allgemeinen drehbar an die Karosserie angeschlossen. Der elektromotorische Antrieb kann sich im Innern des zugehörigen Flügels bzw. des Türflügels bei einer Kraftfahrzeug-Tür befinden. Sobald nun der elektromotorische Antrieb Drehbewegungen seines Elektromotors vollführt, werden diese über etwaige zwischengeschaltete Zahnräder auf den Übertragungshebel und schließlich die Zahnstange übertragen, welche ihrerseits für die gewünschten Drehbewegungen des Flügels gegenüber der Karosserie sorgt. Denn der elektromotorische Antrieb bewegt sich entlang der Zahnstange. Daraus resultiert eine Schwenkbewegung des den Antrieb aufnehmenden Flügels. Da sich der elektromotorische Antrieb über die Zahnstange drehbar an der Karosserie abstützt, liegt die am Übertragungshebel angeordnete Kraftsensoreinheit nicht nur im Kraftfluss zwischen dem elektromotorischen Antrieb und dem Flügel, sondern auch im Kraftfluss zwischen dem Flügel und der Karosserie.
Wie bereits erläutert, kämmt der Übertragungshebel an seinem kurzen Hebelarm gegenüber der Drehachse mit der den Flügel beaufschlagenden Zahnstange. An seinem langen Hebelarm weist der Übertragungshebel endseitig das Biegeelement auf, welches seinerseits mit seinem freien Ende an ein ortsfestes Lager angeschlossen ist. Es ist aber auch möglich, dass der Übertragungshebel insgesamt scheibenartig ausgebildet ist und an seinem Umfang mit dem Tastelement ausgerüstet ist. Sobald nun der Übertragungshebel mit Hilfe des elektromotorischen Antriebes um seine Drehachse rotiert wird, sorgt der kurze Hebelarm des Übertragungshebels mit seiner dort angeordneten Verzahnung dafür, dass die den Flügel beaufschlagende Zahnstange eine mehr oder minder ausgeprägte Linearbewegung vollführt bzw. der elektromotorische Antrieb gegenüber der drehbar an die Karosserie angeschlossenen Zahnstange die genannte Linearbewegung absolviert. Als Folge hiervon wird der Flügel gegenüber der Karosserie verschwenkt, wie nachfolgend mit Bezug zum Ausführungsbeispiel noch näher erläutert wird. Am langen Hebelarm wird dagegen das an das ortsfeste Lager im Flügel angeschlossene Biegeelement verformt und absolviert den zuvor bereits angesprochenen Biegeweg.
Alternativ hierzu kommt es zwischen dem Übertragungshebel und dem Übersetzungselement bzw. Übersetzungshebel durch die zwischengeschaltete Feder zu einer Relativbewegung, deren Größe proportional zur anliegenden Kraft ist. Diese Relativbewegung zwischen dem Übertragungshebel und dem Übersetzungshebel kann mit Hilfe des Tastelementes erfasst und ausgewertet werden.
Es kann aber auch so vorgegangen werden, dass der Übersetzungshebel mit seinem einen Ende im Bereich des zuvor bereits beschriebenen ortsfesten Lagers an das Biegeelement angeschlossen ist. Das freie Ende des Übersetzungshebels absolviert dagegen den vom Kraftsensor aufgenommenen Tastweg. Da das Biegeelement einerseits am langen Hebelarm des Übertragungshebels endseitig realisiert ist und anderseits die Biegebewegung des Biegeelementes mit Hilfe des Übersetzungshebels in den demgegenüber deutlich vergrößerten Tastweg übersetzt wird, erklärt sich, dass insgesamt verstärkte Sensorsignale im Vergleich zu dem Fall beobachtet werden, dass der Kraftsensor direkt den Biegeweg des Biegeelementes abtastet. Das hat die zuvor bereits beschriebenen positiven Wirkungen. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

1 eine Kraftfahrzeug-Klappenanordnung nach der Erfindung in Gestalt einer Kraftfahrzeug-Türanordnung in einer Übersicht,
2 eine Detailansicht des elektromotorischen Antriebes für den Flügel der Kraftfahrzeug-Klappenanordnung nach 1,
3 die Kraftsensoreinheit in Verbindung mit dem zugehörigen Übertragungshebel im Detail,
4 eine abgewandelte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes in Einbausituation und
5 Einzelteile nach der 4.

In den Figuren ist eine Kraftfahrzeug-Klappenanordnung dargestellt, bei welcher es sich ausweislich der 1 um eine Kraftfahrzeug-Türanordnung mit einem Flügel 1 handelt. Der Flügel 1 ist im Ausführungsbeispiel als Kraftfahrzeug-Türflügel 1 ausgebildet und an eine Karosserie 2 angeschlossen. Das mag im Bereich einer A-Säule der Karosserie 2 im Beispielfall erfolgen, und zwar drehgelenkig. Dazu ist ein Drehscharnier 3 realisiert, mit dessen Hilfe der Flügel bzw. Kraftfahrzeug-Türflügel 1 einen in der 1 angedeuteten Stellweg s gegenüber der Karosserie 2 absolvieren kann.
Im Detail lässt sich der Flügel 1 bzw. die zugehörige Kraftfahrzeug-Tür zwischen einer Position „geöffnet“ und „geschlossen“ hin- und herbewegen. In der 1 ist beispielhaft die geöffnete Position des Flügels bzw. Kraftfahrzeug-Türflügels 1 durchgezogen dargestellt, wohingegen die strichpunktierte Darstellung zur geschlossenen Position des Flügels bzw. Türflügels 1 korrespondiert.
Um die beschriebene Schwenkbewegung des Flügels 1 und insbesondere eine Schließbewegung von der in der 1 durchgezogen dargestellten geöffneten Position bis hin zur strichpunktiert gezeigten geschlossenen Position gegenüber der Karosserie 2 zu realisieren, ist insgesamt ein elektromotorischer Antrieb 4, 5, 6, 7 realisiert. Der elektromotorische Antrieb 4, 5, 6, 7 ist im Ausführungsbeispiel im Innern des Flügels bzw. Kraftfahrzeug-Türflügels 1 angeordnet. Eine mit Hilfe des elektromotorischen Antriebes 4 bis 7 erzeugte Kraft zum Verschwenken des Flügels bzw. Kraftfahrzeug-Türflügels 1 wird nun auf ein Verbindungselement 8 abgeleitet, bei dem es sich im Rahmen des Ausführungsbeispiels nach den 1 bis 3 um eine Zahnstange 8 handelt, während das Ausführungsbeispiel nach den 4 und 5 mit einer Verbindungsstange arbeitet. Das Verbindungselement ist im Bereich des Drehscharniers 3 drehbar an die Karosserie 2 angeschlossen und stützt sich gegenüber der Karosserie 2 ab. Da sich der elektromotorische Antrieb 4 bis 7 im Innern des Flügels 1 befindet, werden insgesamt Drehbewegungen eines Elektromotors 4 als Bestandteil des elektromotorischen Antriebes 4 bis 7 unter Zwischenschaltung des Verbindungselementes bzw. der Zahnstange 8 auf den Flügel 1 übertragen, sodass dieser die in der 1 angedeuteten Schwenkbewegungen bezüglich seines Drehscharniers 3 entlang des Stellweges s vollführen kann.
Das wird im Detail so bewerkstelligt, dass mit Hilfe des Elektromotors 4 eine Abtriebsschnecke 5 auf seiner Abtriebswelle in Rotationen versetzt wird. Die Abtriebsschnecke 5 versetzt ihrerseits ein Ritzel 6 in angedeutete Rotationen um eine Achse A. Die Rotationen des Ritzels 6 um seine Achse A werden auf einen ausgangsseitig des elektromotorischen Antriebes 4, 5, 6, 7 realisierten Übertragungshebel 7 übertragen. Anhand der 3 erkennt man, dass eine entsprechend mit Hilfe des Elektromotors 4 erzeugte Rotation des Übertragungshebels 7 dazu korrespondiert, dass sich die Achse A im Wesentlichen linear bzw. bogenförmig entlang des Verbindungselementes bzw. der Zahnstange 8 bewegt, weil das Verbindungselement bzw. die Zahnstange 8 drehbar mit einem Ende an das Drehscharnier 3 und damit die Karosserie 2 angeschlossen ist. Bei der Variante nach den 4 und 5 führt eine Rotation des Übertragungshebels 7 dazu, dass die endseitig an einen nachfolgend noch näher zu beschreibenden Übersetzungshebel bzw. ein Übersetzungselement 10 angeschlossene Verbindungsstange 8 letztendlich auf den Türflügel respektive Flügel 1 arbeitet.
Die in der 3 angedeuteten und auf diese Weise erzeugten Linearbewegungen bzw. Bogenbewegungen der Achse A und folglich des elektromotorischen Antriebes 4, 5, 6, 7 insgesamt führen nun dazu, dass der Flügel 1 gegenüber dem Drehscharnier 3 verschwenkt wird. Denn der elektromotorische Antrieb 4, 5, 6, 7 ist an den Flügel 1 angeschlossen, sodass der Flügel 1 als Folge der Bewegung der Achse A gleichsam mitgenommen wird. Hierbei wird nicht nur der Flügel 1 gegenüber dem Drehgelenk 3 verschwenkt, sondern auch das Verbindungselement bzw. die Zahnstange 8, die ebenfalls drehgelenkig im Bereich des Drehgelenkes 3 an die Karosserie 2 angeschlossen ist.
Anhand der 3 erkennt man, dass der Übertragungshebel 7 an seinem kurzen Hebelarm H₁ im Vergleich zur Achse A mit dem den Flügel 1 beaufschlagenden Verbindungselement bzw. der Zahnstange 8 kämmt. Demgegenüber ist der Übertragungshebel 7 an seinem langen Hebelarm H₂ endseitig mit einem Biegeelement 9 ausgerüstet. Das Biegeelement 9 definiert zusammen mit einem als Übersetzungshebel 10 ausgebildeten Übersetzungshebel 10 insgesamt ein Tastelement 9, 10. Das Biegeelement 9 ist seinerseits mit seinem freien Ende an ein ortsfestes Lager 11 angeschlossen.
Zum grundsätzlichen Aufbau der Kraftfahrzeug-Klappenanordnung bzw. der Kraftfahrzeug-Türanordnung nach dem Ausführungsbeispiel gehört auch noch eine Kraftsensoreinheit 9, 10, 12, 13. Die Kraftsensoreinheit 9, 10, 12, 13 ist im Kraftfluss zwischen dem Flügel 1 und der Karosserie 2 bzw. zwischen dem Flügel 1 und dem elektromotorischen Antrieb 4, 5, 6, 7 angeordnet. Da sich der elektromotorische Antrieb 4, 5, 6, 7 seinerseits an der Karosserie 2 über das Verbindungselement bzw. die Zahnstange 8 abstützt, wird deutlich, dass die Kraftsensoreinheit 9, 10, 12, 13 ebenso im Kraftfluss zwischen dem Flügel 1 und der Karosserie 2 platziert ist.
Die Kraftsensoreinheit 9, 10, 12, 13 ist mit dem seine Sensorsignale verstärkenden Übersetzungselement bzw. Übersetzungshebel 10 ausgerüstet, welcher zuvor bereits angesprochen worden ist. Außerdem ist die Kraftsensoreinheit 9, 10, 12, 13 größtenteils zweiteilig ausgebildet. Tatsächlich setzt sich die Kraftsensoreinheit 9, 10, 12, 13 im Wesentlichen aus einerseits dem Tastelement 9, 10 und andererseits einem ortsfesten Kraftsensor 12 zusammen. Bei dem Kraftsensor 12 handelt es sich um einen Sensor, mit dessen Hilfe in der 3 angedeutete Schwenkbewegungen des Übersetzungselementes bzw. Übersetzungshebels 10 gegenüber dem Kraftsensor 12 erfasst werden.
Im Rahmen des Ausführungsbeispiels ist der Kraftsensor 12 als Hall-Sensor 12 ausgebildet. Bei einem Hall-Sensor handelt es sich um einen stromdurchflossenen Halbleitersensor, an dem ausgangsseitig eine Spannung erzeugt wird, und zwar je nachdem, wie sich ein senkrecht zum Hall-Sensor 12 orientierter magnetischer Fluss ändert. Zu diesem Zweck ist nach dem Ausführungsbeispiel endseitig des Übersetzungselementes bzw. Übersetzungshebels 10 ein Magnet 13 gegenüberliegend des Hall-Sensors 12 angeordnet. Wenn sich nun das Biegeelement 9 verformt bzw. durchbiegt, so führt dies erfindungsgemäß dazu, dass das Übersetzungselement bzw. der Übersetzungshebel 10 demgegenüber eine vergrößerte Schwenkbewegung im Bereich des endseitig vorgesehenen Magneten 13 erzeugt, wie dies in der 3 durch entsprechende Pfeile angedeutet ist. Als Folge hiervon erfasst der Hall-Sensor 12 einen sich ändernden magnetischen Fluss, welcher größtenteils proportional zur den Übertragungshebel 7 mit Hilfe des elektromotorischen Antriebes 4, 5, 6, 7 beaufschlagenden Kraft F ist. Diese Kraft F führt gegenüberliegend zur Achse A an dem ortsfesten Lager 11 zu einer entsprechenden und dort eingezeichneten Gegenkraft.
Im Endeffekt wird mit Hilfe des Elektromotors 4 bezüglich der Achse A einerseits ein Drehmoment unter Berücksichtigung des kurzen Hebelarms H₁ und andererseits ein größeres Drehmoment am langen Hebelarm H₂ erzeugt. Der kurze Hebelarm H₁ und das zugehörige Drehmoment beaufschlagt das Verbindungselement bzw. die Zahnstange 8 oder die Stange 8 und folglich den Flügel 1 über den langen Hebelarm H₂ . Auf diese Weise wird der Stellweg s gegenüber der Karosserie 2 absolviert. Außerdem führt das Drehmoment am langen Hebelarm H₂ dazu, dass das Biegeelement 9 als Bestandteil des Tastelementes 9, 10 verformt wird, wie dies die 3 andeutet. Tatsächlich handelt es sich bei der Ausführungsvariante nach den 1 bis 3 bei dem Biegeelement 9 um eine stegartige Verlängerung des Übertragungshebels 7 an seinem achsfernen Ende bzw. an seinem langen Hebelarm H₂ , und zwar endseitig.
Beidseitige Anschläge 14 sorgen dafür, dass das Biegeelement 9 lediglich elastisch bei einer Kraft- bzw. Momentbeaufschlagung in Bezug auf die Achse A verformt wird. Die Verformungen des Biegeelementes 9 korrespondieren zu einem in der 3 angedeuteten minimalen Biegeweg b. Dieser minimale Biegeweg b wird mit Hilfe des Übersetzungselementes bzw. Übersetzungshebels 10 in einem demgegenüber vielfach so großen Tastweg T mechanisch übersetzt. Da folglich der Übersetzungshebel 10 endseitig den Tastweg T absolviert, gilt dies auch für den endseitig des Übersetzungshebels 10 vorgesehenen Magneten 13. Das führt dann beim Hall-Sensor 12 zu einem entsprechend verstärkten Sensorsignal im Vergleich zu der Situation, dass der Kraftsensor bzw. Hall-Sensor 12 direkt den Biegeweg b des Biegeelementes 9 messen würde.
Jedenfalls erfasst der Kraftsensor 12 insgesamt eine federelastische kraftinduzierte Verformung des Tastelementes 9, 10 als dessen Tastweg T. Diese kraftinduzierte Verformung des Tastelementes 9, 10 korrespondiert zu einer kraftproportionalen flexiblen Durchbiegung des Biegeelementes 9, welches als Folge hiervon den Biegeweg b absolviert. Der Biegeweg b wird nun mit Hilfe des Übersetzungselementes bzw. Übersetzungshebels 10 in den demgegenüber vergrößerten Tastweg T übersetzt, wie dies in der 3 schematisch angedeutet ist.
Zu diesem Zweck ist das Biegeelement 9 am achsfernen Ende des Übertragungshebels 7 angeordnet. Da der Übertragungshebel 7 einen Bestandteil des elektromotorischen Antriebes 4, 5, 6, 7 darstellt, kann eine vom elektromotorischen Antrieb 4, 5, 6, 7 auf den Flügel 1 ausgeübte Kraft F mit Hilfe des Übertragungshebels 7 wie beschrieben gemessen werden. Zu diesem Zweck wird der Übertragungshebel 7 mit Hilfe des Elektromotors 4 mittelbar oder unmittelbar zu Schwenkbewegungen um seine Drehachse A beaufschlagt.
Das Übersetzungselement bzw. der Übersetzungshebel 10 ist mit seinem einen Ende im Bereich des ortsfesten Lagers 11 an das Biegeelement 9 angeschlossen. Demgegenüber absolviert das freie Ende des Übersetzungshebels 10 den vom Kraftsensor 12 aufgenommenen Tastweg T. Dazu ist das freie Ende des Übersetzungshebels 10 mit dem Magneten 13 ausgerüstet. Das ortsfeste Lager 11 wird im Innern oder am Flügel 1 ausgebildet.
Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung, den Tastweg T nicht nur induktiv mit Hilfe des Hall-Sensors 12 in Verbindung mit dem endseitig des Übersetzungshebels 10 vorgesehenen Magneten 13 zu messen, sondern an dieser Stelle können auch andere Sensoreinrichtungen zur Wegmessung eingesetzt werden. Beispielsweise kann hier mit einem Drehpotentiometer zur Widerstandsmessung gearbeitet werden. Außerdem ist es denkbar, dass der Übersetzungshebel 10 endseitig mit beispielsweise einer reflektierenden Fläche ausgerüstet ist, deren Schwenkbewegungen entlang des Tastweges T mit Hilfe einer zum optoelektronischen Sensor in diesem Fall gehörigen Lichtquelle abgetastet und nach Reflexion von einem zum Sensor gehörigen Empfänger erfasst wird.
Die mit Hilfe des Kraftsensors 12 als Bestandteil der Kraftsensoreinheit 9, 10, 12, 13 erfassten Sensorsignale werden von einer in der 3 angedeuteten Steuereinheit 15 ausgewertet. Da die Sensorsignale des Kraftsensors 12 im Vergleich zu der Situation deutlich verstärkt sind, dass der Kraftsensor 12 nicht den Tastweg T des Magneten 13 abtastet, sondern vielmehr den Biegeweg b des Biegeelementes 9, werden insgesamt verstärkte Sensorsignale von der Steuereinheit 15 aufgenommen. Diese verstärkten Sensorsignale können besonders einfach und zielgenau hinsichtlich zeitlicher Gradienten ausgewertet werden, sodass auf diese Weise eine feinfühlige Erfassung eines etwaigen Einklemmfalles möglich ist, wie dies einleitend bereits beschrieben wurde.
Die gleichen Verhältnisse und Wirkungen zeigen sich bei der alternativen Ausführungsform nach den 4 und 5. Auch in diesem Fall ist ein elektromotorischer Antrieb 4, 5, 6, 7 realisiert, der mit Hilfe eines Elektromotors 4 Rotationen seiner Abtriebsschnecke 5 auf ein Ritzel 6 und schließlich den Übertragungshebel 7 überträgt, welcher auf diese Weise um seine Achse A rotiert und die zuvor bereits angesprochenen Hebelarme H₁ und H₂ ausbildet. Wie bereits beschrieben, sorgt eine mit Hilfe des elektromotorischen Antriebes 4, 5, 6, 7 erzeugte Bewegung dafür, dass das in diesem Fall zwischen dem Übertragungshebel 7 und dem Übersetzungselement bzw. Übersetzungshebel 10 zwischengeschaltete Biegeelement bzw. Federelement 9 verformt wird, und zwar unter Berücksichtigung des in der 5 angedeuteten minimalen Biegeweges b. Dieser minimale Biegeweg b wird mit Hilfe des Übersetzungselementes 10 in den demgegenüber vielfach so großen Tastweg T mechanisch übersetzt, der ebenfalls in der 5 angedeutet ist.
Beim Ausführungsbeispiel nach den 4 und 5 ist der Übertragungshebel 7 scheibenartig ausgebildet und an seiner Peripherie mit dem Magneten 13 ausgerüstet. Kraftinduzierte Bewegungen des Magneten 13 um die Achse A werden mit Hilfe des gegenüberliegend zum Magneten 13 an das Übersetzungselement 10 angeschlossenen Sensor 12 erfasst und an die nicht dargestellte Steuereinheit 15 übermittelt. Tatsächlich ist die Auslegung so getroffen, dass Rotationsbewegungen des Elektromotors 4 zu einer Rotation des Übertragungshebels 7 führen, die unter Zwischenschaltung der Feder bzw. des Biegeelementes 9 sowie unter Berücksichtigung seiner Verformung letztendlich auf das Übersetzungselement 10 übertragen werden, an das ausgangsseitig die Stange bzw. das Verbindungselement 8 zum Flügel 1 angeschlossen ist. Das heißt, in diesem Fall wird zwischen dem Übertragungshebel 7 und dem Übersetzungselement bzw. Übersetzungshebel 10 ein Relativwinkel bezogen auf die Achse A durch die zusammengesetzte Wirkung des Magneten 13 und Hallsensors 12 erfasst. Sofern an dieser Stelle zwei Hallsensoren 12 realisiert sind, lassen sich sowohl die Position des Übersetzungshebels 10 und damit des Flügels 1 als auch die am Flügel 1 angreifende Kraft gleichzeitig messen.
Bezugszeichenliste

1: Flügel / Kraftfahrzeug-Türflügel
2: Karosserie
3: Drehscharnier / Drehgelenk
4: Elektromotor
4, 5, 6, 7: elektromotorischer Antrieb
5: Abtriebsschnecke
6: Ritzel
7: Übertragungshebel
8: Verbindungselement / Zahnstange
9: Biegeelement
9, 10: Tastelement
9, 10, 12, 13: Kraftsensoreinheit
10: Übertragungselement / Übersetzungshebel
11: ortsfestes Lager
12: Kraftsensor / Hall-Sensor
13: Magnet
14: beidseitige Anschläge
15: Steuereinheit
A: Achse
F: Kraft
H₁: Hebelarm
H₂: langer Hebelarm
T: Tastweg
b: Biegeweg

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016211777 A1 [0005]
DE 102007026796 A1 [0007]

Claims

Kraftfahrzeug-Klappenanordnung, insbesondere Kraftfahrzeug-Türanordnung, mit einem gegenüber einer Karosserie (2) verschwenkbaren Flügel (1), ferner mit einem elektromotorischen Antrieb (4, 5, 6, 7) für den Flügel (1), und mit einer im Kraftfluss zwischen dem Flügel (1) und der Karosserie (2) angeordneten Kraftsensoreinheit (9, 10, 12, 13), deren Sensorsignale von einer Steuereinheit (15) ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftsensoreinheit (9, 10, 12, 13) mit einem seine Sensorsignale verstärkenden mechanischen Übersetzungselement (10) ausgerüstet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftsensoreinheit (9, 10, 12, 13) größtenteils zweiteilig mit einem das Übersetzungselement (10) beinhaltenden Tastelement (9, 10) und einem Kraftsensor (12) ausgerüstet ist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor (12) eine federelastische kraftinduzierte Verformung des Tastelementes (9, 10) als dessen Tastweg (T) erfasst.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Tastelement (9, 10) im Wesentlichen aus einem Biegeelement (9) und dem Übersetzungselement (10) zusammensetzt.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die kraftinduzierte Verformung des Tastelementes (9, 10) zu einer vorzugsweise kraftproportionalen flexiblen Durchbiegung oder Verbiegung des Biegeelementes (9) korrespondiert, dessen Biegeweg (b) mittels des Übersetzungselementes (10) in den demgegenüber vergrößerten Tastweg (T) übersetzt wird.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Biegeelement (9) an einen Übertragungshebel (7) als Bestandteil des elektromotorischen Antriebes (4, 5, 6, 7) angeschlossen ist.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertragungshebel (7) mit Hilfe eines Elektromotors (4) mittelbar oder unmittelbar zu Schwenkbewegungen um seine Drehachse (A) beaufschlagt wird.
Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertragungshebel (7) an seinem kurzen Hebelarm (H₁) oder seinem langem Hebelarm (H₂) mit einem den Flügel (1) beaufschlagenden Verbindungselement (8) wechselwirkt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertragungshebel (7) an seinem langen Hebelarm (H₂) endseitig das mit seinem freien Ende an ein ortsfestes Lager (11) angeschlossene Biegeelement (9) aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungselement (10) als Übersetzungshebel (10) ausgebildet ist, welcher mit seinem einen Ende im Bereich des ortsfesten Lagers (11) an das Biegeelement (9) angeschlossen ist, während sein freies Ende den vom Kraftsensor (12) aufgenommenen Tastweg (T) absolviert.