DE102021104891A1

DE102021104891A1 - Antriebssystem zum Öffnen und Schließen einer Kraftfahrzeugtür, Kraftfahrzeugtür mit dem Antriebssystem

Info

Publication number: DE102021104891A1
Application number: DE102021104891.5A
Authority: DE
Inventors: Axel Knopp; Wilhelm Schwab
Original assignee: Stabilus GmbH
Current assignee: Stabilus GmbH
Priority date: 2021-03-01
Filing date: 2021-03-01
Publication date: 2022-09-01
Also published as: CN116940740A; WO2022184608A1; US20240102331A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem (200) für eine Kraftfahrzeugtür (310) mit einem Elektromotor (110) und mit einem Scharnier (210) zur um eine Scharnierachse (A) drehbaren Befestigung der Kraftfahrzeugtür (310) an einer Karosserie (320). Das Scharnier (210) umfasst ein Türband (211) zur Befestigung an der Kraftfahrzeugtür (310), ein Karosserieband (212) zur Befestigung an der Karosserie (320) und eine koaxial zur Scharnierachse (A) angeordnete, an dem Türband (211) befestigte und an dem Karosserieband (212) drehbar gelagerte Scharnierwelle (213). Der Elektromotor (110) umfasst einen koaxial zur Scharnierachse (A) angeordneten Stator (111) und einen koaxial zur Scharnierachse (A) in dem Stator (111) angeordneten und relativ zu dem Stator (111) um die Scharnierachse (A) rotierbar gelagerten Rotor (112) und ist zur Rotation des Rotors (112) mit einem Drehmoment zum Öffnen und Schließen der Kraftfahrzeugtür (310) ausgelegt. Die Scharnierwelle (213) ist abschnittsweise in dem Rotor (112) angeordnet, wobei der Rotor (112) zur Übertragung der Rotation getriebelos an die Scharnierwelle (213) gekoppelt ist. Das Antriebssystem (200) umfasst einen koaxial zur Scharnierachse (A) zwischen dem Rotor (112) und der Scharnierwelle (213) angeordneten Toleranzring (140) zur Übertragung der Rotation von dem Rotor (112) auf die Scharnierwelle (213), wobei der Toleranzring (140) kraftschlüssig an die Scharnierwelle (213) oder den Rotor (112) gekoppelt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem zum Öffnen und Schließen einer Kraftfahrzeugtür mit einem Elektromotor und mit einem Scharnier zur um eine Scharnierachse drehbaren Befestigung der Kraftfahrzeugtür an einer Karosserie des zugehörigen Kraftfahrzeugs. Das Scharnier umfasst ein Türband zur starren Befestigung an der Kraftfahrzeugtür, ein Karosserieband zur starren Befestigung an der Karosserie und eine koaxial zur Scharnierachse angeordnete, an dem Türband starr befestigte und an dem Karosserieband um die Scharnierachse drehbar gelagerte Scharnierwelle.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einem vorgenannten Antriebssystem.
Stand der Technik
Die Druckschrift CN 101660381 A beschreibt einen elektrischen Antrieb für eine schwenkbare Fahrzeugklappe. Gemäß CN 101660381 A wird die Rotationsbewegung der Motorwelle über eine Kupplung mit mehreren Zahnrädern an einen Bedienstab für die Fahrzeugklappe übertragen.
Die Druckschrift DE 100 53 551 A1 offenbart eine elektrische Antriebseinheit für eine Schwenktür mit einem umsteuerbaren Elektromotor und einem Untersetzungsgetriebe. Die Rotationsbewegung des Motors wird über einen Endlosriemen in eine Linearbewegung zum Antrieb der Schwenktür umgewandelt.
Die Druckschrift DE 10 2008 045 904 B3 offenbart einen Antrieb für eine Klappe eines Kraftfahrzeugs mit einem Elektromotor, der mit einem Getriebe ergänzt ist. Die Rotationsbewegung des Motors wird über eine Zahnstange in eine Linearbewegung zum Antrieb der Klappe umgewandelt.
Die Druckschrift WO 2019/076398 A1 offenbart einen elektrischen Antrieb für eine schwenkbare Kraftfahrzeugtür mit einem Getriebe. Die Rotationsbewegung des Motors wird über eine Zahnstange in eine Linearbewegung zum Antrieb der Kraftfahrzeugtür umgewandelt.
Um ein sicheres und zuverlässiges Öffnen und Schließen bei modernen Kraftfahrzeugen oft sehr schwerer Kraftfahrzeugtüren, insbesondere Kraftfahrzeug-Heckklappen, zu gewährleisten, müssen die Antriebe ein hohes Drehmoment kontrolliert bereitstellen und umfassen dafür eine Vielzahl von mechanisch miteinander zusammenwirkenden Komponenten, wodurch die Antriebe relativ teuer und aufwändig herzustellen und schwer sind, was insbesondere für ein Zuliefer-Bauteil eines Kraftfahrzeugs, das besonders kostengünstig und leicht sein sollte, von Nachteil ist.
Weiterhin ist der für Antriebe zur Verfügung stehende Bauraum in Kraftfahrzeugen sehr begrenzt, sodass zum Öffnen und Schließen der Kraftfahrzeugtüren ausreichend starke und entsprechend voluminöse Antriebe in vielen Kraftfahrzeugen nicht eingesetzt werden können.
Die Druckschrift WO 91/19645 A1 offenbart einen elektrischen Antrieb für eine schwenkbare Klappe eines Raumfahrzeugs. Der Antrieb ist als Direktantrieb mit einer direkt von einem Elektromotor angetriebenen Scharnierwelle ausgestaltet. Da das zur Verstellung der Klappe in der Schwerelosigkeit notwendige Drehmoment wesentlich geringer ist als das zum Öffnen und Schließen einer Kraftfahrzeugtür auf der Erde gegen die Schwerkraft notwendige Drehmoment, ist der Antrieb gemäß WO 91/19645 A1 nicht zum Öffnen und Schließen einer Kraftfahrzeugtür geeignet.
Weiterhin besteht bei einer Klappe eines Raumfahrzeugs in der Schwerelosigkeit nicht die Gefahr, dass die Klappe durch eine Fehlfunktion des Antriebs herabfällt und dadurch Schäden verursacht. Im Gegensatz dazu kann eine durch ihre Gewichtskraft herabfallende Kraftfahrzeugtür, insbesondere einer Kraftfahrzeug-Heckklappe, erhebliche Verletzungen eines Benutzers verursachen. Daher muss ein eingangs beschriebenes Antriebssystem wesentlich höheren Sicherheitsanforderungen genügen als der Antrieb gemäß WO 91/19645 A1 .
Technische Aufgabe
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen zuverlässiges und sicheres Antriebssystem zum Öffnen und Schließen einer Kraftfahrzeugtür zu schaffen, das kostengünstiger herzustellen und leichter ist und einen kleineren Bauraum beansprucht als bekannte Antriebssysteme.
Technische Lösung
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung stellt einen Antriebssystem gemäß Anspruch 1 bereit, das die technische Aufgabe löst. Weiterhin wird die Aufgabe auch von einem Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Beschreibung der Ausführungsarten
Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem zum Öffnen und Schließen einer Kraftfahrzeugtür mit einem Elektromotor. Die Kraftfahrzeugtür ist vorzugsweise eine Seitentür, eine Motorhaube, ein Kofferraumdeckel oder eine Heckklappe eines Kraftfahrzeugs. Die Kraftfahrzeugtür kann insbesondere als Schwenktür ausgestaltet sein. Das zu der Kraftfahrzeugtür zugehörige Kraftfahrzeug ist beispielsweise ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Omnibus.
Das Antriebssystem umfasst zumindest ein Scharnier zur um eine Scharnierachse drehbaren Befestigung der Kraftfahrzeugtür an einer Karosserie des zugehörigen Kraftfahrzeugs. Das Scharnier umfasst ein Türband zur starren Befestigung an der Kraftfahrzeugtür, ein Karosserieband zur starren Befestigung an der Karosserie und eine koaxial zur Scharnierachse angeordnete, an dem Türband starr befestigte und an dem Karosserieband um die Scharnierachse drehbar gelagerte Scharnierwelle.
Erfindungsgemäß kann das Türband zur starren Befestigung an der Karosserie und das Karosserieband zur starren Befestigung an der Kraftfahrzeugtür ausgelegt sein.
Wenn die Kraftfahrzeugtür mit mehreren Scharnieren an der Karosserie befestigt ist, können eines, mehrere oder alle der Scharniere als Scharniere des erfindungsgemäßen Antriebssystems ausgestaltet sein.
Der Elektromotor umfasst einen koaxial zur Scharnierachse angeordneten Stator und einen koaxial zur Scharnierachse in dem Stator angeordneten und relativ zu dem Stator um die Scharnierachse rotierbar gelagerten Rotor. Der Elektromotor ist also als Innenläufer ausgestaltet. Dadurch, dass Rotor und Stator koaxial zur Scharnierachse angeordnet sind, kann eine Rotation des Rotors besonders einfach und effizient auf die Scharnierwelle übertragen werden.
Das Antriebssystem kann ein Stator-Kopplungselement zur Befestigung des Stators an die Kraftfahrzeugtür oder an eine Karosserie des zugehörigen Kraftfahrzeugs umfassen.
Der Elektromotor ist zur Rotation des Rotors mit einer Drehzahl in einem Drehzahl-Arbeitsbereich und einem Drehmoment zum Öffnen und Schließen der Kraftfahrzeugtür in einem Drehmoment-Arbeitsbereich ausgelegt. Der Elektromotor ist also im Gegensatz zu dem Antrieb in WO 91/19645 A1 dazu ausgelegt, ein ausreichend hohes Drehmoment zum Öffnen und Schließen der Kraftfahrzeugtür zu erzeugen.
Die Scharnierwelle ist abschnittsweise in dem Rotor angeordnet. Durch diese Anordnung ist der beanspruchte Bauraum geringer als bei bekannten Antrieben für Kraftfahrzeugtüren.
Der Rotor ist zur Übertragung der Rotation getriebelos an die Scharnierwelle gekoppelt. Es findet also keine Drehmomentwandlung zwischen dem Rotor und der Scharnierwelle statt. Damit der Elektromotor ohne Drehmomentwandlung ein ausreichend hohes Drehmoment an der Scharnierwelle bereitstellen kann, kann der Elektromotor insbesondere als Torque-Motor, also als hochpoliger Elektromotor mit hohem Drehmoment bei kleiner Drehzahl, ausgestaltet sein. Durch den Verzicht auf ein Getriebe ist das Antriebssystem besonders kostengünstig herzustellen, leicht und kompakt.
Das Antriebssystem umfasst einen koaxial zur Scharnierachse zwischen dem Rotor und der Scharnierwelle angeordneten Toleranzring zur Übertragung der Rotation von dem Rotor auf die Scharnierwelle, wobei der Toleranzring zumindest in dem Drehmoment-Arbeitsbereich kraftschlüssig an die Scharnierwelle und/oder den Rotor, vorzugsweise an die Scharnierwelle und den Rotor, gekoppelt ist.
Der Toleranzring bewirkt eine zuverlässige Übertragung der Rotation und kann durch die kraftschlüssige Kopplung außerdem eine Rutschkupplung als Überlastschutz bilden, ohne dafür viel zusätzlichen Bauraum zu beanspruchen.
Der Toleranzring kann nur an den Rotor oder nur an die Scharnierwelle kraftschlüssig und an das jeweils anderen Bauteil beispielsweise formschlüssig oder stoffschlüssig gekoppelt sein. Dadurch, dass in diesem Fall nur eine kraftschlüssige Kopplung vorliegt, kann beispielsweise ein Überlast-Drehmoment, oberhalb dessen sich die kraftschlüssige Kopplung löst, zuverlässiger eingestellt werden als bei zwei kraftschlüssigen Kopplungen.
Das Antriebssystem umfasst vorzugsweise ein zur Unterstützung einer Öffnungsbewegung der Kraftfahrzeugtür an das Türband und das Karosserieband gekoppeltes Rotations-Federelement. Das Rotations-Federelement ist vorzugsweise so an das Türband und das Karosserieband gekoppelt, dass das Rotations-Federelement bei einer Schließbewegung der Kraftfahrzeugtür gegen eine Federspannung gespannt wird, sodass eine aus der Federspannung resultierende Federkraft die Öffnungsbewegung unterstützt.
Insbesondere wenn die Kraftfahrzeugtür eine Heckklappe ist, muss das Antriebssystem zum Öffnen der Heckklappe gegen die Gewichtskraft der Heckklappe ein wesentlich höheres Drehmoment aufbringen als zum Schließen der Heckklappe. Wenn die Gewichtskraft durch das Rotations-Federelement zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, kompensiert wird, kann der Elektromotor weniger leistungsstark und dementsprechend kleiner, leichter und kostengünstiger ausgelegt sein.
Das Rotations-Federelement umfasst vorzugsweise eine koaxial zur Scharnierachse, bevorzugt auf der Scharnierwelle, angebracht Drehfeder. Diese Ausgestaltung führt zu einem besonders einfachen und kompakten Aufbau des Antriebssystems.
Der Drehmoment-Arbeitsbereich des Elektromotors erstreckt sich vorzugsweise von 1 Nm bis 2 Nm, bevorzugt von 1 Nm bis 4 Nm, besonders bevorzugt von 1 Nm bis 6 Nm. Die genannten Drehmoment-Arbeitsbereiche ermöglichen ein zuverlässiges Öffnen und Schließen üblicher Kraftfahrzeugtüren.
Der Drehzahl-Arbeitsbereich des Elektromotors erstreckt sich vorzugsweise von 0 U/min bis 20 U/min, bevorzugt von 0 U/min bis 50 U/min. Die genannten Drehzahl-Arbeitsbereiche erlauben einen besonders leisen Betrieb des Antriebssystems und bewirken mit einer üblichen Gewindesteigung der Gewindespindel eine sichere und komfortable Bewegungsgeschwindigkeit der Kraftfahrzeugtür beim Öffnen und Schließen.
Das von dem Elektromotor erzeugte Drehmoment ist vorzugsweise in dem Drehzahl-Arbeitsbereich im Wesentlichen unabhängig von der Drehzahl des Elektromotors. Das Drehmoment ist „im Wesentlichen unabhängig“ von der Drehzahl, wenn es abhängig von der Drehzahl um höchstens 10 %, bevorzugt um höchstens 5 %, besonders bevorzugt um höchstens 2 %, variiert. Dadurch kann das Antriebssystem die Kraftfahrzeugtür besonders zuverlässig öffnen und schließen.
Der Toleranzring ist vorzugsweise dazu ausgelegt, das Rotationsbauteil von dem Rotor zu entkoppeln, wenn das auf den Toleranzring wirkende Drehmoment oberhalb eines Überlast-Drehmoments liegt. Der Toleranzring wirkt in dieser Ausgestaltung insbesondere als Rutschkupplung zur Überlastsicherung. Dadurch verhindert der Toleranzring beispielsweise, dass bei einem Zuschlagen oder Aufreißen der Kraftfahrzeugtür durch einen Benutzer ein zu hohes Drehmoment auf den Elektromotor übertragen wird.
Das Überlast-Drehmoment des Toleranzrings beträgt beispielsweise von 2 Nm bis 8 Nm, bevorzugt von 4 Nm bis 6 Nm. Ein solches Überlast-Drehmoment schützt sowohl das Antriebssystem, insbesondere den Elektromotor und Kopplungselemente zur Kopplung des Antriebssystems an die Kraftfahrzeugtür und die Karosserie eines zugehörigen Kraftfahrzeugs, als auch die Kraftfahrzeugtür und die Karosserie vor Beschädigungen und erlaubt ein zuverlässiges Öffnung und Schließen der Kraftfahrzeugtür.
Ein besonderer Vorteil des Toleranzrings ist, dass das Überlast-Drehmoment durch Auswahl eines geeigneten Toleranzrings besonders einfach an eine spezifische Kraftfahrzeugtür angepasst werden kann, ohne dass dafür weitere Komponenten des Antriebssystems angepasst werden müssten.
Der Elektromotor ist vorzugsweise zur Rotation des Rotors mit einer Drehzahl in dem Drehzahl-Arbeitsbereich und einem Drehmoment zum Öffnen und Schließen der Kraftfahrzeugtür in dem Drehmoment-Arbeitsbereich mit einer Versorgungsspannung des Elektromotors von maximal 24 V, bevorzugt maximal 12 V, ausgelegt. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass der Elektromotor ohne Spannungswandler mit einer bei Kraftfahrzeugen üblichen Bordnetzspannung betrieben werden kann.
Übliche Elektromotoren zur Erzeugung eines hohen Drehmoments sind in der Regel auf eine Versorgungsspannung von zumindest 48 V ausgelegt, sodass sie bei 24 V oder weniger nicht das benötigte Drehmoment zum Öffnen und Schließen der Kraftfahrzeugtür erzeugen können. Um das benötigte Drehmoment mit einer geringen Versorgungsspannung zu erreichen, kann der Elektromotor beispielsweise eine höhere Anzahl von Wicklungen und/oder einen dickeren Draht aufweisen als übliche Elektromotoren.
Der Elektromotor weist vorzugsweise quer zur Antriebsachse einen Durchmesser von 1 cm bis 8 cm, bevorzugt von 2,0 cm bis 3,5 cm, auf. Ein solcher Durchmesser erlaubt eine optimale Ausnutzung des in Kraftfahrzeugen üblicherweise für das Antriebssystem vorhandenen Bauraums ist aber kleiner als bei üblichen Elektromotoren zur Erzeugung hoher Drehmomente. Da das Drehmoment mit abnehmendem Durchmesser des Elektromotors abnimmt, besteht die Gefahr, das mit den genannten Durchmessern kein ausreichendes Drehmoment zum Öffnen und Schließen der Kraftfahrzeugtür erzeugt werden kann.
Der Elektromotor weist vorzugsweise entlang der Antriebsachse eine Länge von 2 cm bis 13 cm, bevorzugt von 4,0 cm bis 6,5 cm, auf. Eine solche Länge erlaubt auch bei geringem Durchmesser die Erzeugung eines ausreichend hohen Drehmoments zum Öffnen und Schließen der Kraftfahrzeugtür. Die genannten Längen sind größer als bei üblicherweise für Antriebssysteme von Kraftfahrzeugtüren verwendeten Elektromotoren. Da das erfindungsgemäße Antriebssystem jedoch ohne Getriebe auskommt, kann das erfindungsgemäße Antriebssystem trotzdem eine ausreichend geringer Baulänge entlang der Scharnierachse zur Integration in ein Kraftfahrzeug aufweisen.
Der Elektromotor weist vorzugsweise ein Aspektverhältnis der Länge zum Durchmesser von 1 bis 5, bevorzugt von 2,0 bis 2,5, auf. Ein solches Aspektverhältnis erlaubt die Erzeugung eines ausreichend hohen Drehmoments bei besonders effizienter Ausnutzung des in einem Kraftfahrzeug üblicherweise für das Antriebssystem vorhandenen Bauraums.
Das Antriebssystem umfasst vorzugsweise ein Bremsmodul zum Abbremsen einer Rotation der Scharnierwelle. Das Bremsmodul bremst beispielsweise eine unkontrollierte Bewegung der Kraftfahrzeugtür bei einem Ausfall des Elektromotors und verringert dadurch eine Unfallgefahr. Das Bremsmodul kann insbesondere dazu ausgelegt sein, die Kraftfahrzeugtür bei einem Ausfall des Elektromotors gegen eine Gewichtskraft und/oder Windkraft der Kraftfahrzeugtür in einer teilweise oder vollständig geöffneten Stellung zu halten, insbesondere wenn das Kraftfahrzeug auf einer Steigung oder auf einer geneigten Fläche steht.
Das Bremsmodul umfasst vorzugsweise eine elektrisch gesteuerte Bremse zum automatischen Abbremsen der Rotation der Scharnierwelle bei einem Ausfall einer Versorgungsspannung des Elektromotors. Die Bremse kann beispielsweise eine elektromagnetische oder elektromechanische Bremse umfassen, die in einem spannungslosen Zustand die Rotation der Scharnierwelle bremst oder anhält. Dadurch ist das Antriebssystem bei anliegender Versorgungsspannung leichtgängig und energieeffizient und verhindert dennoch bei einem Ausfall der Versorgungsspannung eine unkontrollierte Bewegung der Kraftfahrzeugtür.
Das Antriebssystem umfasst vorzugsweise ein wärmeleitend mit dem Elektromotor verbundenes Kühlmodul zur Kühlung des Elektromotors. Da der Elektromotor ein höheres Drehmoment erzeugen muss als bei bekannten Antriebssystemen, erzeugt der Elektromotor mehr Wärme als ein Motor eines bekannten Antriebssystems. Das Kühlmodul kann die Wärme, beispielsweise über Kühlrippen, an eine Umgebung des Antriebssystems abgeben und dadurch den Elektromotor vor Überhitzung schützen.
Das Kühlmodul umfasst vorzugsweise ein aktives Kühlelement, beispielsweise ein Peltier-Element oder einen Ventilator, zur aktiven Kühlung des Elektromotors. Ein aktives Kühlelement kann mit einem geringeren Bauraumbedarf eine zuverlässige Kühlung sicherstellen als ein rein passives Kühlmodul.
Das Kühlmodul umfasst vorzugsweise einen Temperatursensor zur Messung einer Temperatur des Elektromotors. Der Temperatursensor kann mit dem aktiven Kühlelement und/oder dem Elektromotor kommunikativ verbunden sein, um das aktive Kühlelement und/oder den Elektromotor von einer Temperatur des Elektromotors abhängig zu steuern.
Mit Hilfe des Temperatursensors kann eine drohende Überhitzung des Elektromotors rechtzeitig detektiert und durch eine Erhöhung einer Kühlleistung des aktiven Kühlelements und/oder eine Verringerung einer Leistung des Elektromotors verhindert werden.
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Antriebssystem zum Öffnen und Schließen einer Kraftfahrzeugtür des Kraftfahrzeugs.
Das Kraftfahrzeug umfasst vorzugsweise ein zur Unterstützung einer Öffnungsbewegung der Kraftfahrzeugtür an die Kraftfahrzeugtür und an eine Karosserie des Kraftfahrzeugs gekoppeltes Linear-Federelement, wobei die Kraftfahrzeugtür vorzugsweise als Heckklappe ausgestaltetet ist. Das Linear-Federelement ist vorzugsweise so an die Kraftfahrzeugtür und die Karosserie gekoppelt, dass das Linear-Federelement bei einer Schließbewegung der Kraftfahrzeugtür gegen eine Federspannung gespannt wird, sodass eine aus der Federspannung resultierende Federkraft die Öffnungsbewegung unterstützt.
Insbesondere wenn die Kraftfahrzeugtür eine Heckklappe ist, muss das Antriebssystem zum Öffnen der Heckklappe gegen die Gewichtskraft der Heckklappe ein wesentlich höheres Drehmoment aufbringen als zum Schließen der Heckklappe. Wenn die Gewichtskraft durch das Linear-Federelement zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, kompensiert wird, kann der Elektromotor weniger leistungsstark und dementsprechend kleiner, leichter und kostengünstiger ausgelegt sein.
Das Kraftfahrzeug kann ein oder mehrere, insbesondere zwei, Linear-Federelemente umfassen.
Das Linear-Federelement umfasst vorzugsweise eine Gasdruckfeder und/oder eine Schraubenfeder, bevorzugt ein Federbein. Die genannten Ausgestaltungen des Linear-Federelements sind kostengünstig in geeigneter Auslegung zur Unterstützung von Heckklappen verfügbar.
Figurenliste
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften der Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung und anliegender Zeichnungen erläutert, in welchen beispielhaft erfindungsgemäße Gegenstände dargestellt sind. Merkmale, welche in den Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmen, können hierbei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sein, wobei diese Merkmale nicht in allen Figuren beziffert und erläutert sein müssen.

1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Antriebssystem.
2 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug.
3 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Antriebssystem.

Fig.1
1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Antriebssystem 200 zum Öffnen und Schließen einer Kraftfahrzeugtür (nicht dargestellt) mit einem Elektromotor 110 und mit einem Scharnier 210 zur um eine Scharnierachse A drehbaren Befestigung der Kraftfahrzeugtür 310 an einer Karosserie (nicht dargestellt) des zugehörigen Kraftfahrzeugs.
Das Scharnier 210 umfasst ein Türband 211 zur starren Befestigung an der Kraftfahrzeugtür, ein Karosserieband 212 zur starren Befestigung an der Karosserie und eine koaxial zur Scharnierachse A angeordnete, an dem Türband 211 starr befestigte und an dem Karosserieband 212 um die Scharnierachse A drehbar gelagerte Scharnierwelle 213.
Der Elektromotor 110 umfasst einen koaxial zur Scharnierachse A angeordneten Stator 111 und einen koaxial zur Scharnierachse A in dem Stator 111 angeordneten und relativ zu dem Stator 111 um die Scharnierachse A rotierbar gelagerten Rotor 112. Der Stator 111 kann beispielsweise über ein Stator-Kopplungselement (nicht dargestellt) an der Karosserie befestigt werden.
Der Elektromotor 110 ist zur Rotation des Rotors 112 mit einer Drehzahl in einem Drehzahl-Arbeitsbereich und einem Drehmoment zum Öffnen und Schließen der Kraftfahrzeugtür 310 in einem Drehmoment-Arbeitsbereich ausgelegt.
Die Scharnierwelle 213 ist abschnittsweise in dem Rotor 112 angeordnet, wobei der Rotor 112 zur Übertragung der Rotation getriebelos an die Scharnierwelle 213 gekoppelt ist.
Das Antriebssystem 200 umfasst einen koaxial zur Scharnierachse A zwischen dem Rotor 112 und der Scharnierwelle 213 angeordneten Toleranzring 140 zur Übertragung der Rotation von dem Rotor 112 auf die Scharnierwelle 213, wobei der Toleranzring 140 zumindest in dem Drehmoment-Arbeitsbereich kraftschlüssig an die Scharnierwelle 213 und den Rotor 112 gekoppelt ist.
Das Antriebssystem 200 kann ein zur Unterstützung einer Öffnungsbewegung der Kraftfahrzeugtür 310 an das Türband 211 und das Karosserieband 212 gekoppeltes Rotations-Federelement 220 umfassen, das vorzugsweise als eine koaxial zur Scharnierachse A auf der Scharnierwelle 213 angebracht Drehfeder umfasst.
Fig.2
2 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 300, beispielsweise einen Personenkraftwagen, mit einer Anzahl von, beispielsweise zwei, erfindungsgemäßen Antriebssystemen 200 zum Öffnen und Schließen einer als Heckklappe ausgestalteten Kraftfahrzeugtür 310 des Kraftfahrzeugs 300.
Die Kraftfahrzeugtür 310 ist über eine Anzahl von, beispielsweise zwei, Scharnieren mit der Karosserie 320 des Kraftfahrzeugs 300 verbunden, die beispielsweise jeweils Teil eines der Antriebssysteme 200 sind. Das Antriebssystem 200 ist beispielsweise so ausgestaltet wie das in 1 gezeigte Antriebssystem 200.
Das Kraftfahrzeug 300 umfasst eine Anzahl von, beispielsweise zwei, zur Unterstützung einer Öffnungsbewegung der Kraftfahrzeugtür 310 an die Kraftfahrzeugtür 310 und an eine Karosserie 320 des Kraftfahrzeugs 300 gekoppelten Linear-Federelementen 330.
Die Linear-Federelemente 330 sind beispielsweise als jeweils eine Gasdruckfeder ausgestaltet, die an beiden Seiten der Kraftfahrzeugtür 310 angeordnet sein können.
Fig.3
3 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 300, beispielsweise einen Personenkraftwagen, mit einem erfindungsgemäßen Antriebssystem 200 zum Öffnen und Schließen einer als Seitentür ausgestalteten Kraftfahrzeugtür 310 des Kraftfahrzeugs 300.
Die Kraftfahrzeugtür 310 ist über eine Anzahl von, beispielsweise zwei, Scharnieren mit der Karosserie 320 des Kraftfahrzeugs 300 verbunden, von denen beispielsweise eines Teil des Antriebssystems 200 ist. Das Antriebssystem 200 ist beispielsweise so ausgestaltet wie das in 1 gezeigte Antriebssystem 200.
Bezugszeichenliste

110: Elektromotor
111: Stator
112: Rotor
140: Toleranzring
200: Antriebssystem
210: Scharnier
211: Türband
212: Karosserieband
213: Scharnierwelle
220: Rotations-Federelement
300: Kraftfahrzeug
310: Kraftfahrzeugtür
320: Karosserie
330: Linear-Federelement
A: Scharnierachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

CN 101660381 A [0003]
DE 10053551 A1 [0004]
DE 102008045904 B3 [0005]
WO 2019/076398 A1 [0006]
WO 9119645 A1 [0009, 0010, 0019]

Claims

Antriebssystem (200) zum Öffnen und Schließen einer Kraftfahrzeugtür (310) a. mit einem Elektromotor (110) und b. mit einem Scharnier (210) zur um eine Scharnierachse (A) drehbaren Befestigung der Kraftfahrzeugtür (310) an einer Karosserie (320) des zugehörigen Kraftfahrzeugs (300), i. wobei das Scharnier (210) ein Türband (211) zur starren Befestigung an der Kraftfahrzeugtür (310), ii. ein Karosserieband (212) zur starren Befestigung an der Karosserie (320) und iii. eine koaxial zur Scharnierachse (A) angeordnete, an dem Türband (211) starr befestigte und an dem Karosserieband (212) um die Scharnierachse (A) drehbar gelagerte Scharnierwelle (213) umfasst dadurch gekennzeichnet, dass c. der Elektromotor (110) i. einen koaxial zur Scharnierachse (A) angeordneten Stator (111) und ii. einen koaxial zur Scharnierachse (A) in dem Stator (111) angeordneten und relativ zu dem Stator (111) um die Scharnierachse (A) rotierbar gelagerten Rotor (112) umfasst und iii. zur Rotation des Rotors (112) mit einer Drehzahl in einem Drehzahl-Arbeitsbereich und einem Drehmoment zum Öffnen und Schließen der Kraftfahrzeugtür (310) in einem Drehmoment-Arbeitsbereich ausgelegt ist, d. wobei die Scharnierwelle (213) abschnittsweise in dem Rotor (112) angeordnet ist, e. wobei der Rotor (112) zur Übertragung der Rotation getriebelos an die Scharnierwelle (213) gekoppelt ist, f. wobei das Antriebssystem (200) einen koaxial zur Scharnierachse (A) zwischen dem Rotor (112) und der Scharnierwelle (213) angeordneten Toleranzring (140) zur Übertragung der Rotation von dem Rotor (112) auf die Scharnierwelle (213) umfasst, und g. wobei der Toleranzring (140) zumindest in dem Drehmoment-Arbeitsbereich kraftschlüssig an die Scharnierwelle (213) und/oder den Rotor (112) gekoppelt ist.
Antriebssystem (200) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zur Unterstützung einer Öffnungsbewegung der Kraftfahrzeugtür (310) an das Türband (211) und das Karosserieband (212) gekoppeltes Rotations-Federelement (220).
Antriebssystem (200) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotations-Federelement (220) eine koaxial zur Scharnierachse (A), bevorzugt auf der Scharnierwelle (213), angebracht Drehfeder umfasst.
Antriebssystem (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass a. sich der Drehmoment-Arbeitsbereich des Elektromotors (110) von 1 Nm bis 2 Nm, bevorzugt von 1 Nm bis 4 Nm, besonders bevorzugt von 1 Nm bis 6 Nm, erstreckt, und/oder b. sich der Drehzahl-Arbeitsbereich des Elektromotors (110) von 0 U/min bis 20 U/min, bevorzugt von 0 U/min bis 50 U/min, erstreckt.
Antriebssystem (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Elektromotor (110) erzeugte Drehmoment in dem Drehzahl-Arbeitsbereich im Wesentlichen unabhängig von der Drehzahl des Elektromotors (110) ist.
Antriebssystem (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzring (140) dazu ausgelegt ist, das Rotationsbauteil (120) von dem Rotor (112) zu entkoppeln, wenn das auf den Toleranzring (140) wirkende Drehmoment oberhalb eines Überlast-Drehmoments liegt.
Antriebssystem (200) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlast-Drehmoment des Toleranzrings (140) von 2 Nm bis 8 Nm, bevorzugt von 4 Nm bis 6 Nm, beträgt.
Antriebssystem (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (110) zur Rotation des Rotors (112) mit einer Drehzahl in dem Drehzahl-Arbeitsbereich und einem Drehmoment zum Öffnen und Schließen der Kraftfahrzeugtür (310) in dem Drehmoment-Arbeitsbereich mit einer Versorgungsspannung des Elektromotors (110) von maximal 24 V, bevorzugt maximal 12 V, ausgelegt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (110) a. quer zur Antriebsachse (A) einen Durchmesser von 1 cm bis 8 cm, bevorzugt von 2,0 cm bis 3,5 cm, aufweist und/oder b. entlang der Antriebsachse (A) eine Länge von 2 cm bis 13 cm, bevorzugt von 4,0 cm bis 6,5 cm, aufweist. c. ein Aspektverhältnis der Länge zum Durchmesser von 1 bis 5, bevorzugt von 2,0 bis 2,5, aufweist.
Antriebssystem (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch ein Bremsmodul zum Abbremsen einer Rotation der Scharnierwelle (213).
Antriebssystem (200) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsmodul eine elektrisch gesteuerte Bremse zum automatischen Abbremsen der Rotation der Scharnierwelle (213) bei einem Ausfall einer Versorgungsspannung des Elektromotors (110) umfasst.
Antriebssystem (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch ein wärmeleitend mit dem Elektromotor (110) verbundenes Kühlmodul zur Kühlung des Elektromotors (110).
Antriebssystem (200) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmodul a. ein aktives Kühlelement zur aktiven Kühlung des Elektromotors (110) und/oder b. einen Temperatursensor zur Messung einer Temperatur des Elektromotors (110) umfasst, wobei der Temperatursensor mit dem aktiven Kühlelement und/oder dem Elektromotor (110) kommunikativ verbundenen ist.
Kraftfahrzeug (300) mit einem Antriebssystem (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zum Öffnen und Schließen einer Kraftfahrzeugtür (310) des Kraftfahrzeugs (300), gekennzeichnet durch ein zur Unterstützung einer Öffnungsbewegung der Kraftfahrzeugtür (310) an die Kraftfahrzeugtür (310) und an eine Karosserie (320) des Kraftfahrzeugs (300) gekoppeltes Linear-Federelement (330).
Kraftfahrzeug (300) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Linear-Federelement (330) eine Gasdruckfeder und/oder eine Schraubenfeder, bevorzugt ein Federbein, umfasst.