DE19625556A1

DE19625556A1 - Scharnier mit Schwenkbremse

Info

Publication number: DE19625556A1
Application number: DE19625556A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Kuehl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-06-26
Filing date: 1996-06-26
Publication date: 1998-01-02
Also published as: ES2322922T3; US6314614B1; WO1997049884A1; DE59712992D1; BR9709984A; KR20000022162A; KR100382265B1; EP0907817B9; EP0907817B1; JP2000513419A; EP0907817A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Scharnier mit am Scharnierbolzen angeordneter Schwenkbremse, insbesondere für Türen mit räumlich neigbarer Schwenkachse wie Autotüren.

In der DE 44 06 824 C ist ein Scharnier mit Schwenkhemmung beschrieben, das mittels Kreiskeilprofilen auf dem Scharnierbol zen und in dem den Scharnierbolzen lagernden Teil ein Schwenken der Türe durch Reibung und/oder elastisches Verformen dieser Lagerteile hemmt. Dadurch soll die Türe in allen Schwenkstel lungen ihres Öffnungswinkelbereiches Selbsthaltung aufweisen.

Insbesondere an Türen von Kraftfahrzeugen wird die Forderung gestellt, daß sie auch bei längs oder quer geneigt stehendem Kraftfahrzeug nicht von selbst, unbeabsichtigt zufallen. Die Größe des Momentes, das dieses Zufallen auslöst und die Bewe gungsenergie, die eine zufallende Tür aufnimmt, hängt neben dem Öffnungswinkel und der Masse der Türe wesentlich von der Stellung der Schwenkachse im Raum, also von der Neigung des geneigt stehenden Kraftfahrzeuges ab. So nimmt das "Zufall-Moment" - immer heute allein noch zulässige vorn angelenkte Türen voraus gesetzt - bei bergauf stehenden Fahrzeug mit abnehmendem Öff nungswinkel ab, bei quer geneigt stehenden Fahrzeug (an der bergauf liegenden Türe) zu.

Das das durch eine Schwenkhemmung aufgebrachte Bremsmoment beim umgekehrten Bewegen der Türe, so insbesondere beim Öffnen der bergseitig liegenden Türe eines quergeneigt stehenden Fahrzeuges, überwunden werden muß, darf dieses Bremsmoment auch nicht zu groß sein.

Der Erfindung war demgemäß die Aufgabe gestellt, für das bekannte Scharnier eine Bemessungsregel für die Bremswirkung der Schwenk bremse anzugeben, durch die diese zum Teil einander zuwiderlau fenden Forderungen bestmöglich erfüllt werden können. Sie löst diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebene, allgemeine Bemessungsregel, nach der nicht ein mehr oder minder willkürlicher Verlauf des Bremsmomentes der Schwenk bremse zwischen einem ebenfalls angenommenen Anfangs- und einem Endwert hingenommen wird, sondern ein Verlauf, der an den durch Parameter wie Gewicht der Türe, Schwenkarm des Schwerpunkt der Türe, Schwenkwinkel und andere bei einer maximalen Neigung der Schwenkachse zur Waagrechten bestimmten Verlauf des Drehmomentes der Türe angepaßt ist. Da diese Parameter von Tür zu Tür sehr unterschiedlich sein können, muß dem Festlegen des Verlaufes des Bremsmomentes ein Ermitteln des Verlauf des Drehmomentes der Türe vorausgehen.

Wenn Fahrzeuge beim Öffnen einer Türe geneigt stehen, dann handelt es sich besonders häufig um eine Neigung um die Querach se, das Fahrzeug also bergauf oder bergab steht. Ein vorteil hafter Verlauf des Bremsmomentes der Schwenkbremse ist daher bereits gegeben, wenn dieses Bremsmoment das Drehmoment der Türe in allen Schwenkstellungen übersteigt. Dadurch wird erreicht, daß zumindest die Lageenergie der Türe eines bergauf stehenden Fahrzeuges in für den vorliegenden Fall ungefährliche, insbeson dere in Wärmeenergie gewandelt wird.

Um auch ein durch Neigung des Fahrzeuges um die Längsachse auftretendes Drehmoment zu berücksichtigen, soll in weiterer Ausgestaltung das Bremsmoment bei größtem Öffnungswinkel der Türe das aus der Neigung um die Querachse resultierende Drehmoment um das aus der Neigung um die Längsachse resultierende Drehmoment übersteigen.

Ein besonders vorteilhafter Ausgleich der Drehmomente wird dann erreicht, wenn das Bremsmoment das aus der Neigung um die Längsachse resultierende Drehmoment im mittleren Bereich des Verlaufes des Bremsmoments stärker übersteigt als im Anfangs- und im Endbereich.

Das Anfangs-Bremsmoment beim Öffnen der Türe soll einen Wert von etwa 5 Nm nicht übersteigen, um die hierzu erforderliche Kraft nicht zu groß werden zu lassen. In diesem Bereich ist das Dreh moment der Türe eines quer geneigt stehenden Fahrzeuges zwar am höchsten. Da der für den Aufbau von Bewegungsenergie zur Verfü gung stehende Weg jedoch gering ist, erscheint es dennoch zuläs sig, in diesem Bereich die Bremskraft der Schwenkbremse das Drehmoment der Türe unterschreiten zulassen.

Der Erfindung war die Aufgabe gestellt, das selbsttätige, unbe absichtigte Zufallen einer Autotüre zu verhindern oder zumindest zu hemmen, da hierdurch Verletzungen insbesondere an den Beinen von Insassen vorkommen können. Es können aber auch selbsttätig, unbeabsichtigt auffallende Autotüren Beschädigungen an daneben stehenden Fahrzeugen verursachen.

Das Auffallen einer Türe eines bergab stehenden, also um die Querachse nach vorn geneigten Fahrzeuges wird durch das das betreffende Drehmoment übersteigende Bremsmoment in allen Fällen verhindert. Das Auffallen der bergab liegenden Türe eines um die Längsachse geneigten Fahrzeuges wird - in dem beispielshalber dargestellten und beschriebenen Fall - bis zu einem Öffnungswin kel von etwa 35° nicht verhindert. Bis zu diesem Winkel wird die Lageenergie der Türe in Bewegungsenergie umgewandelt, die dann jedoch durch das das Drehmoment wesentlich übersteigende Brems moment abgefangen wird.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Diagramms und einiger Ausführungsbeispiele für geeignete Schwenkbremsen ver deutlicht. Im einzelnen stellen dar

Fig. 1 ein Diagramm der auftretenden Momente in Abhängigkeit vom Schwenkwinkel;

Fig. 2 die teilweise gebrochene Ansicht eines Scharniers mit Schwenkbremse in Form von Kreiskeilen;

Fig. 3 den vergrößerten Querschnitt durch den Gegenstand der Fig. 2 in der durch Pfeile angedeuteten Schnittebene dieser Figur;

Fig. 4 die teilweise gebrochene Ansicht eines Scharniers mit Schwenkbremse in Form einer Lamellenbremse;

Fig. 5 den vergrößerten Querschnitt durch den Gegenstand der

Fig. 4 in der durch Pfeile angedeuteten Schnittebene dieser Figur;

Fig. 6 die Ansicht eines Scharniers mit Schwenkbremse in Form einer geschlitzten, verengbaren Lageröse;

Fig. 7 den Querschnitt durch den Gegenstand der Fig. 6 in der durch Pfeile angedeuteten Schnittebene dieser Figur;

Fig. 8 die teilweise gebrochene Ansicht eines Scharniers mit Schwenkbremse in Form einer Kegelbremse.

Im Diagramm der Fig. 1 zeigt die Abszisse 1 den Schwenkwinkel einer Türe, die Ordinate 2 das an der Türe angreifende Drehmoment bzw. die Bremskraft der Schwenkbremse. Der größte Öffnungswinkel von Autotüren ist in der Regel etwa 70°, für die zu berücksich tigende Neigung eines Fahrzeuges geht ein bedeutender Hersteller von 14° zur Waagrechten sowohl in der Längsachse als auch in der Querachse desselben aus.

Der Linienzug 3 gibt den Verlauf des Momentes wieder, das bei einem bergauf stehenden Fahrzeug, also bei Neigung um die Quer achse, bestrebt ist, die Türe zufallen zu lassen. In dieses mit zunehmendem Öffnungswinkel ansteigende Moment - im folgenden als "Drehmoment" bezeichnet - geht vor allem das Gewicht der Türe, der Abstand des Massenschwerpunktes der Türe von ihrer Schwenk achse und die Neigung der Ebene, in der sich die Türe bewegt und die durch die jeweilige Neigung des Fahrzeugs bestimmt ist, neben weiteren Parametern wie Verschleiß der Scharniere und gegebenen falls äußere Einflüsse wie Windkräfte ein. Die Linie 3 zeigt einen typischen Verlauf dieses Drehmomentes über den Schwenkbe reich einer Türe geläufiger Art an einem Kraftfahrzeug.

Damit sich die Türe in allen Öffnungswinkeln ihres Schwenkbe reiches in Selbsthemmung befindet, liegt das Bremsmoment der Schwenkbremse idealerweise gemäß dem Verlauf der strichpunk tierten Linie 4 immer über dem Drehmoment der Türe. Da bei waagrecht stehendem Fahrzeug kein Drehmoment auftritt, muß in diesem Falle beim Schließen der Türe die volle Bremskraft über wunden werden. Insbesondere muß aber beim Öffnen der Türe am bergauf stehenden Fahrzeug nicht nur das Drehmoment, sondern auch die Bremskraft überwunden werden. Um die hierfür erforderliche Kraft insbesondere für weibliche Fahrgäste nicht zu hoch anstei gen zu lassen, soll die Bremskraft nicht zu weit über dem Dreh moment liegen. Als zweckmäßiger Wert hierfür hat sich ein Moment von etwa 5 Nm erwiesen.

Bei einem um die Längsachse geneigt stehenden Fahrzeug ist der Verlauf des Drehmomentes über den Schwenkbereich einer bergauf liegenden Türe umgekehrt, es nimmt gemäß der Linie 5 mit zuneh mendem Öffnungswinkel der Türe ab. Dieses Drehmoment wird bei großen Öffnungswinkeln zuverlässig durch den Verlauf des Brems momentes gemäß Linie 4 abgedeckt. Bei Öffnungswinkeln von weniger als etwa 35° übersteigt das Drehmoment jedoch das Bremsmoment in dem zwischen den Linien 4 und 5 liegenden Bereich.

Ein Anheben des Bremsmomentes über das Drehmoment auch in diesem Bereich würde jedoch die erforderliche Kraft zum öffnen der Türe gerade am Anfang dieser Öffnungsbewegung unerwünscht stark ansteigen lassen, so daß dieses Überwiegen des Drehmomentes über das Bremsmoment hingenommen wird. Das Überwiegen des Drehmomentes kann dadurch wesentlich vermindert werden, wenn das Bremsmoment etwa gemäß der strichdoppelpunktierten Linie 6 verläuft, bei dem das Bremsmoment im mittleren Bereich gegenüber dem Verlauf nach Linie 4 stark angehoben ist.

Derartige Verläufe von Bremsmomenten können mit unterschiedlichen Arten von Drehbremsen erreicht werden. Im folgen werden vier für das erfindungsgemäße Scharnier geeignete Ausführungsformen be schrieben. Es versteht sich, daß weitere Ausführungsformen möglich sind und daß diese Auswahl keinen Anspruch auf Vollstän digkeit erhebt.

Gemäß Fig. 2 und 3 weist ein Scharnier 11 ein erstes Scharnier schild 12 auf, in dem ein Scharnierbolzen 13 durch Verspannen mittels einer Schraube 14 gegen einen Bund 15 befestigt ist. Auf einem Schwenkbereich 16 des Scharnierbolzens 13 ist ein zweites Scharnierschild 17 drehbar und mittels einer Mutter 18 gesichert. Durch Schrauben, die durch die Löcher 19 greifen, können die Scharnierschilde 12 bzw. 17 mit der Karosserie bzw. der Türe verbunden werden.

Der Schwenkbereich 16 ist sowohl auf dem Scharnierbolzen 13 als auch auf dem Scharnierschild 17 mit aufeinander abgestimmten Profilen 20, 21 in Form von Kreiskeilen versehen. Unter Kreis keilprofilen im Sinne der Erfindung sind eine gedachte Zylinder fläche auf dem Scharnierbolzen 13 in Umfangsrichtung zunehmend radial übersteigende, um gleiche Abstände in Umfangsrichtung versetzte Keile 22 und entsprechend angeordnete, eine gedachte Zylinderfläche etwas größeren Durchmessers im Scharnierschild 17 radial nach innen übersteigende Keile 23 verstanden, die jeweils wieder steil auf die Zylinderflächen abfallen. Diese Profile 20, 21 weisen ein das Einhängen des Scharniers 11 erlaubendes Fügespiel auf, das beim Verdrehen des Scharnierbolzens 13 in eine Ausgangslage aufgehoben wird. Ausgehend von dieser Ausgangslage gleiten die Rücken der Keile 22, 23 beim Verschwenken des Schar niers 11 mit zunehmender Flächenpressung aneinander auf und bremsen damit zunehmend die Schwenkbewegung des Scharniers.

Die Parameter, die die Bremswirkung eines derartigen Scharniers bestimmen und die zur Bemessung dieser Bremswirkung zweckgerich tet zu wählen und aufeinander abzustimmen sind, sind insbesonde re:

- die Anzahl der Keile 22, 23;
- die Steigung der Keile,
- die Länge der Keile in Achsrichtung des Scharniers 11,
- der Reibungsbeiwert der aneinander gleitenden Keilflächen,
- das Fügespiel der Keile, das den Beginn der Bremswirkung bestimmt,
- der E-Modul der miteinander in Eingriff tretenden Teile.

Die Auswirkungen dieser Parameter auf die Bremswirkung ist in der eingangs zitierten Patentschrift erläutert, auf die auch insoweit Bezug genommen wird.

Die Bremswirkung dieser Schwenkbremse 24 kann durch Verdrehen des Scharnierbolzens 13 verändert werden, wodurch die Flächenpressung zwischen den Kreiskeilen 22, 23 in der Ausgangsstellung und damit deren Zunahme beim Verschwenken des Scharniers und in dessen Gefolge wiederum die Höhe des Bremsmoments verändert wird. Hierzu wird die Befestigung des Scharnierbolzens 13 im Scharnierschild 12 durch Lösen der Schraube 14 gelöst und der Scharnierbolzen mittels eines an einer Schlüsselfläche 25 angreifenden Werkzeuges verdreht.

Gemäß Fig 4 und 5 ist die Schwenkbremse 24 als Lamellenbremse ausgebildet. Ein Abschnitt des Schwenkbereiches 16 ist sowohl auf dem Scharnierbolzen 13 als auch im Scharnierschild 17 mit Ver zahnungen 26, 27 versehen, in denen eine Mehrzahl am Innenrand bzw. am Außenrand mit entsprechender Verzahnung versehene, ringförmige Bremslamellen 28, 29 geführt sind. In der Verzahnung 26 des Scharnierschildes 17 ist auch eine Steigungsscheibe 30 geführt, deren Steigungsfläche 31 auf ihrer Oberseite mit einer entsprechenden Steigungsfläche 32 an der unteren Stirnfläche des Bundes 15 zusammenwirkt. Die Bremslamellen 28, 29 sind demgemäß drehfest abwechselnd mit dem Scharnierbolzen 13 bzw. mit dem Scharnierschild 17 verbunden und verdrehen sich beim Schwenken des Scharniers 11 gegeneinander. Auf der der Steigungsscheibe 30 gegenüberliegenden Seite des Lamellenpaketes sind Tellerfedern 33 angeordnet.

Beim Verschwenken des Scharniers gleiten die Steigungsflächen 31, 32 aneinander auf und drücken die Bremslamellen 28, 29 gegen die Wirkung der Tellerfedern 33 zunehmend stärker aufeinander, so daß die Bremswirkung mit zunehmendem Schwenkwinkel des Scharniers zunimmt. Diese Bremswirkung kann ebenso wie vorstehend für die Ausführungsform der Fig. 2/3 beschrieben durch Verdrehen des Scharnierbolzens 13 im Scharnierschild 17 verändert werden. Es wird dadurch die Ausgangsstellung der Steigungsflächen 31, 32 und über diese die Bremswirkung verändert.

In der Ausführungsform der Fig. 6 und 7, in der der Scharnier bolzen 13 mittels Seegerringen 34 in den Scharnierschilden 12 und 17 gehaltert und mittels Nut und Feder 35 im Scharnierschild 12 gegen Verdrehen gesichert ist, wird die Schwenkbremse 24 durch die offen ausgeführte, einen Spalt 40 aufweisende Lageröse des Scharnierschildes 17 gebildet. Auf dem Scharnierbolzen 13 ist drehfest ein Zahnkranz 36 befestigt, der mit einem Zahnrad 37 in Eingriff steht. Dieses Zahnrad 37 sitzt auf einer Welle 38, die in Lagern 39 am Scharnierschild 17 drehbar ist. An der Welle 38 ist ein Nocken 41 angeordnet, der auf das freie Ende 42 der Lageröse des Scharnierschildes 17 drückt.

Beim Verschwenken des Scharniers 11 wird durch den mit dem Scharnierbolzen 13 verbundenen Zahnkranz 36 und das Zahnrad 37 die Welle 38 und der Nocken 41 verdreht, der dadurch zunehmend auf das freie Ende 42 der Lageröse des Scharnierschildes 17 drückt und diese Lageröse verengt. Dadurch wird die Reibung in diesem Lager und damit das Bremsmoment zunehmend erhöht. Der Verlauf des Bremsmomentes kann durch die Form des Nockens 41 gewählt werden.

In Fig. 8 schließlich ist eine Ausführungsform der Schwenkbremse 24 als Kegelbremse dargestellt. Sowohl die Lageröse des Schar nierschildes 17 als auch der Scharnierbolzen 13 sind im Schwenk bereich 16 kegelig ausgebildet und gleiten beim Schwenken des Scharniers auf diesen Kegelflächen. Die Lageröse des Scharnier schildes 17 stützt sich auf einer Scheibe 43 ab, an der Teller federn 33 anliegen, die auf der anderen Seite auf einer Stei gungsscheibe 44 liegen. Diese Steigungsscheibe 44 ist drehfest, aber axial verschiebbar in der Lageröse des Scharnierschildes 17 geführt, bspw. indem diese Lageröse in diesem Bereich mehreckig ausgebildet ist. An der Steigungsfläche 32 der Steigungs scheibe 44 liegt die Steigungsfläche 31 einer undrehbar auf dem mit einem Gewinde versehenen Endbereich des Scharnierbolzens 13 mit einer Mutter 18 befestigten Steigungsscheibe 45 an.

Beim Verschwenken des Scharniers 11 gleiten die Steigungsflächen 31, 32 aneinander auf und drücken die kegelige Lageröse des Scharnierschildes 17 unter zunehmender Spannung der Tellerfedern 33 zunehmend stärker auf den kegeligen Lagerbereich 16 des Scharnierbolzens 13, wodurch die Bremswirkung erhöht wird. Das Bremsmoment ist hier durch die Vorspannung der Tellerfedern 33 mittels der Mutter 18 bestimmbar.

In den Ausführungsformen der Fig. 4/5 und 8 kann der Verlauf des Bremsmomentes der Schwenkbremse 24 durch die Wahl der Tellerfe dern 33 und durch den Verlauf der Steigung der Steigungsflächen 31, 32 bestimmt und durch verdrehen des Scharnierbolzens 13 verändert werden. So läßt bspw. eine mit zunehmendem Schwenkwin kel abnehmende Steigung dieser Steigungsflächen den Anstieg des Bremsmomentes gemäß der Linie 6 der Fig. 1 abflachen.

Bezugszeichenliste

1 Abszisse
2 Ordinate
3 Verlauf eines Drehmomentes
4 Verlauf eines Bremsmomentes
5 Verlauf eines Drehmomentes
6 Verlauf eines Bremsmomentes
11 Scharnier
12 erstes Scharnierschild
13 Scharnierbolzen
14 Schraube
15 Bund
16 Lagerbereich
17 zweites Scharnierschild
18 Mutter
19 Löcher
20, 21 Profile
22, 23 Keile
24 Schwenkbremse
25 Schlüsselfläche
26, 27 Verzahnungen
28, 29 Bremslamellen
30 Steigungsscheibe
31, 32 Steigungsflächen
33 Tellerfedern
34 Seegerring
35 Feder
36 Zahnkranz
37 Zahnrad
38 Welle
39 Lager
40 Spalt
41 Nocken
42 freies Ende der Lageröse
43 Scheibe
44, 45 Steigungsscheiben

Claims

1. Türscharnier mit am Scharnierbolzen angeordneter Schwenkbrem se, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf des Bremsmomentes (4, 6) der Schwenkbremse (24) dem Verlauf des Drehmoments (3, 5) der Türe über deren Schwenkwinkel bei einer maximalen Neigung der Scharnierachse zur Senkrechten angepaßt ist.

2. Türscharnier nach Anspruch 1, insbesondere für eine Türe eines Fahrzeugs, das Neigungen um die Querachse einnehmen kann, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsmoment (4, 6) der Schwenkbremse (24) das Drehmoment (3) der Türe bei Neigung um die Querachse stets übersteigt.

3. Türscharnier nach Anspruch 1 und 2, insbesondere für eine Türe eines Fahrzeugs, das Neigungen um die Längsachse und um die Querachse einnehmen kann, dadurch gekennzeichnet, daß das Brems moment (4) der Schwenkbremse (24) bei maximalem Öffnungswinkel der Türe und bei maximaler Neigung um die Querachse und um die Längsachse mindestens so groß ist wie die Summe der Drehmomente (3, 5) der Türe aus den Neigungen um die Längsachse und um die Querachse in dieser Position.

4. Türscharnier nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsmoment (4) der Schwenkbremse (24) das Drehmoment (3) der Türe bei Neigung um die Querachse in einem mittleren Bereich des Schwenkwinkels stärker übersteigt als im unteren und im oberen Bereich des Schwenkwinkels.

5. Türscharnier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkbremse (24) als aufeinander abge stimmte Kreiskeilprofile (20, 21) auf dem Scharnierbolzen (13) und im Scharnierschild (17) ausgebildet ist (Fig. 2 und 3).

6. Türscharnier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkbremse (24) als Lamellenbremse ausgebildet ist und eine Einrichtung (15, 30, 31, 32) zum mit zunehmendem Schwenkwinkel zunehmend stärkeren Pressen der Brems lamellen (28, 29) (Fig. 4 und 5).

7. Türscharnier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Scharnierbremse (24) als Reibungsbremse mit einer Einrichtung (36, 37, 38, 41) zum mit zunehmendem Schwenkwinkel zunehmendem Pressen der reibenden Teile (13, 17) ausgebildet ist (Fig. 6 und 7).

8. Türscharnier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Scharnierbremse (24) als Kegelbremse ausgebildet ist, die eine Einrichtung (44, 45) zum mit zunehmen dem Schwenkwinkel zunehmenden Ineinanderpressen der Lagerkegel (Fig. 8).