DE19810315B4

DE19810315B4 - Bewegungssystem, insbesondere für Klappen

Info

Publication number: DE19810315B4
Application number: DE19810315A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Ing. Ritter (FH)
Original assignee: Stabilus GmbH
Current assignee: Stabilus GmbH
Priority date: 1998-03-11
Filing date: 1998-03-11
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2018-03-12
Also published as: DE19810315A1

Abstract

Bewegungssystem, umfassend ein Basisteil, an dem ein bewegliches Teil in einem Schwenklager gelagert ist, mit einer Federeinrichtung, die auf das bewegliche Bauteil eine Verstellkraft ausübt, wobei die Federeinrichtung zwischen dem Basisteil und dem beweglichen Bauteil mittels Anschlußorganen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eines der genannten Anschlußorgane (11b) relativ zum zugehörigen Bauteil (7, 5) bewegbar ist, wobei die Verstellbewegung von einem Aktuator (15) relativ zu dem Schwenklager (9) ausgeführt wird und mit der Aktuatorbewegung eine Bewegung des beweglichen Teils (5) relativ zum Basisteil (3) verbunden ist, wobei der zulässige Federweg der Federeinrichtung (13) zumindest um den Betrag der wirksamen Länge der Hebelanbindung größer ist als der notwendige Hubweg für den Öffnungsweg des beweglichen Bauteils (5).

Description

Die Erfindung betrifft ein Bewegungssystem, insbesondere für Klappen, entsprechend dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, bzw. von Patentanspruch 2.

Die DE 196 49 698 A1 beschreibt eine Steuervorrichtung für eine angetriebene Absperrung, die ein Federelement aufweist, das ein bewegliches Teil relativ zu einem Basisteil eine Öffnungsbewegung ausführen läßt. Damit das bewegliche Teil, beispielsweise eine Klappe von einem Kraftfahrzeug, wieder in die Schließstellung gebracht werden kann, verfügt das Bewegungssystem über eine Zugeinrichtung, umfassend eine Aufwickeleinrichtung in Verbindung mit einem Zugseil. Sobald das Schloß der Klappe entriegelt ist, hebt mindestens eine Feder die Klappe in Öffnungsrichtung an. Bei Betätigen der Zugeinrichtung zieht die Zugeinrichtung die Klappe wieder ins Schloß. Solche Einrichtungen können eine besondere Komfortmaßnahme darstellen, aber für Behinderte die unabhängige Bewegungsfreiheit beim Autofahren steigern, da sich solche Bewegungssysteme häufig ferngesteuert betätigen lassen.

Ein Alternativsystem ist beispielsweise aus der WO 97/13948 A1 bekannt, bei dem ein Hydraulikzylinder mittels Zuführen und Ablassen von Hydraulikmedium eine Arbeitsbewe gung ausführt, die auf eine Klappe eines Fahrzeuges wirkt und diese eine Öffnungs- oder Schließbewegung ausführen läßt.

Die beiden genannten Quellen beschreiben Bewegungssysteme, die einen beträchtlichen Aufwand darstellen. Insbesondere ein hydraulisches System verlangt einen hohen Energieeinsatz und Maßnahmen gegen ein Auslaufen der hydraulischen Flüssigkeit. So muß bei dem System nach der WO 97/13948 A1 über den vollen Ein- und Ausschubweg ein aktiver Energieeinsatz geleistet werden.

Die nicht vorveröffentlichte DE 197 58 130 A1 beschreibt ein Bewegungssystem, umfassend ein Basisteil, an dem ein bewegliches Teil in einem Schwenklager gelagert ist, mit einer Federeinrichtung, die auf das bewegliche Bauteil eine Verstellkraft ausübt, wobei die Federeinrichtung zwischen dem Basisteil und dem beweglichen Bauteil mittels Anschlußorganen angeordnet ist und eines der genannten Anschlußorgane relativ zum zugehörigen Bauteil bewegbar ist, wobei die Verstellbewegung von einem Aktuator relativ zu dem Schwenklager ausgeführt wird und mit der Aktuatorbewegung eine Bewegung des beweglichen Teils relativ zum Basisteil verbunden ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein weiteres Bewegungssystem zu schaffen, bei dem ein besonderer Wert auf geringen Bauraum und geringen Leistungseinsatz gelegt wird.

Erfindungsgemäß wird eine erste Lösung der Aufgabe durch den Patentanspruch 1 beschrieben.

Jede Öffnungs- oder Schließbewegung ist u. a. von der Lage eines der Anschlußorgane abhängig. Die Bewegung des Aktuators kann der Bewegung der Federeinrichtung überlagert werden und damit das bewegliche Bauteil ansteuern.

Der Patentanspruch 2 beschreibt eine alternative Lösung.

Der Aktuator benötigt als Motor kein Sperrgetriebe und bezogen auf den Drehwinkel sind die Hebelarmlängenänderung groß. Die Ausrichtung der Aktuatorbewegung zur Federeinrichtung ist maßgeblich abhängig vom vorhandenen Bauraum.

So ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß mit der Verstellbewegung des Aktuators der wirksame Hebelarm der Federeinrichtung auf das bewegliche Bauteil verändert wird. Für die Bewegung des beweglichen Bauteils ist das Aufstell- und das Schließmoment zu betrachten. Bei einem beweglichen Bauteil in der Ausführung einer Klappe bei einem Kraftfahrzeug wird das Aufstellmoment von der Federeinrichtung und das Schließmoment von der Gewichtskraft jeweils in Verbindung mit einem wirksamen Hebelarm gebildet. Verändert man einen der genannten Hebelarme, so verändert man auch die Verhältnisse der gegensinnig wirkenden Momente, wobei das größere Moment die Bewegungsrichtung des beweglichen Bauteils bestimmt.

In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Aktuator eine Antriebseinheit in Verbindung mit einer Hebelanbindung umfaßt. Bei dem Hebel kann es sich um einen einfachen Hebel mit konstanter Länge, oder um ein Koppelgetriebe handeln, das z. B. eine Linearbewegung ausführt, die die Hebellänge beeinflußt. Als Aktuator ist beispielsweise ein Stellmagnet denkbar, da nur sehr kurze Verstellzeiten für die Änderung der Bewegung des Anschlußorgans notwendig sind.

Alternativ kann die Antriebseinheit als ein Motor ausgeführt sein, dem Motor ein in eine Drehrichtung wirksames Sperrgetriebe beigeordnet ist. Das Sperrgetriebe hat die Aufgabe, daß die Federeinrichtung den stromlosen Motor nicht verdrehen kann.

Bei der Bemessung des Federweges der Federeinrichtung ist zu berücksichtigen, daß der zulässige Hub der Federeinrichtung zumindest um den Betrag der wirksamen Länge der Hebelanbindung größer ist als der notwendige Hubweg für den Öffnungsweg des beweglichen Bauteils.

Vorteilhafterweise wird die Federeinrichtung von einer pneumatischen Feder gebildet. Pneumatische Federn verfügen durch ihren Zylinder mit Kolbenstange und Kolben über interne Führungsmittel, die eine Veränderung der Winkellage der Federeinrichtung zum Basisteil und dem beweglichen Bauteil ermöglichen.

Damit die Schließbewegung des beweglichen Bauteils nicht unkontrolliert erfolgt und die Möglichkeit der Verletzung ausgeschlossen ist, ist der Federeinrichtung eine Dämpfeinrichtung beigeordnet.

Dazu ist vorgesehen, daß die Wirkung der Dämpfeinrichtung in Schließrichtung des beweglichen Bauteils größer ist als in umgekehrter Richtung. Durch die Verwendung einer pneumatischen Feder kann mittels richtungsabhängiger Drosseln eine Dämpfwirkung erreicht werden, ohne daß separate Dämpfeinrichtungen eingesetzt werden müssen.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt:
1a–1d Bewegungsablauf eines beweglichen Bauteils zu einem Basisteil
2 weitere Ausführungsvariante für ein Bewegungssystem
3 Federeinrichtung mit Dämpffunktion
Die 1a–1d zeigen sehr stark vereinfacht ein Bewegungssystem 1, das zwischen einem Basisteil 3 und einem beweglichen Bauteil 5 angeordnet ist. Als konkreter Anwendungsfall ist eine Klappe bei einem Kfz zu nennen. Zwischen dem Basisteil 3 und dem beweglichen Bauteil 5 ist ein Bügelscharnier 7 vorgesehen, das in einem Schwenklager 9 am festen Bauteil 3 befestigt ist. Das Bügelscharnier verfügt über eine im wesentlichen u-förmige Raumform in Querrichtung bezogen auf die Schwenkachse des Schwenklagers 9. Am Basisteil 3 und am Bügelscharnier 7 sind Anschlußorgane 11a; 11b ausgeführt, die der Anbindung einer Federeinrichtung 13 dienen. Als Federeinrichtung kommt eine pneumatische Feder zur Anwendung, die in der 3 präziser dargestellt ist. Das Anschlußorgan 11b ist Bestandteil eines Aktuators 15, der wiederum aus einem nicht dargestellten Motor und einem Sperrgetriebe besteht. Als Motor soll ein Schrittmotor eingesetzt werden, dessen Wirkprinzip als bekannt vorausgesetzt wird. Mit dem Aktuator 15 kann das Anschlußorgan 11b auf einer Scheibe 17 um einen Drehpunkt 19 des Aktuators unabhängig von der Bewegung des Bügelscharniers relativ zum Schwenklager 9 bewegt werden. Das Sperrgetriebe verhindert, daß die pneumatische Feder im stromlosen Zustand des Motors die Scheibe in eine andere Winkelposition verstellt. Beispielsweise ist ein Schneckengetriebe denkbar. Ein momentaner Hebelarm l₁ wird durch den Abstand der Längsachse der Federeinrichtung zu einer Parallelen im Schwenklager 9 bestimmt. In der 1a ist die Klappe geschlossen. Das bewegliche Bauteil 5 wird durch ein fernsteuerbares Schloß 21 arretiert und der Hebelarm l₁ nimmt in dieser Aktuatorstellung einen Größtwert ein, da der Hebelarm des beweglichen Bauteils bezogen auf das Schwenklager 9 ebenfalls maximal ist. Die Fernsteuerfunktion kann beispielsweise durch einen Schalter im Fahrzeuginnenraum ausgelöst werden.
In der 1b ist das Schloß geöffnet und das bewegliche Bauteil 5 wird von der Kraft der Federeinrichtung in eine Öffnungsstellung bewegt. Der Aktuator führt keine Bewegung aus, so daß das Anschlußorgan 11b eine Bewegung um das Schwenklager 9 zurücklegt. Der Hebelarm l₂ ist zwar kürzer geworden, doch ist die Kraft der Federeinrich tung derart bemessen, daß das bewegliche Bauteil in der geöffneten Position sicher gehalten werden kann.
In der 1c wurde der Aktuator 15 betätigt, wodurch das Anschlußorgan 11b die Position 11b' einnimmt und der Hebelarm auf die Länge l₃ verkürzt ist. Das bewegliche Bauteil wird von seiner eigenen Gewichtskraft in Verbindung mit einer Hebellänge bezogen auf das Schwenklager 9 gegen das Aufstellmoment aus Federkraft und Hebelarmlänge l₃ in seine Ausgangslage entsprechend der 1d zurückbewegt, wobei der Hebelarm dann die Länge l₄ aufweist. Das Anschlußorgan 11b befindet sich im Wirkpunkt 11b''. Wie man erkennt, ist der Hebelarm l₄ größer als der Hebelarm l₃. Damit ist auch das Aufstellmoment größer als in 1c, insbesondere, da bei weiter eingefahrener Kolbenstange eine größere Kraft zur Verfügung steht. Infolge dessen wird die Schließbewegung vor dem Ende durch die Veränderung der Kräfte und Hebelarmlängen langsamer ausgeführt. Für einen erneuten Öffnungsvorgang muß das Anschlußorgan 11b in die Stellung gemäß 1a verdreht werden.
In der 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der die Drehebene des Aktuators 15 quer zur Längsachse der Federeinrichtung 13 angeordnet ist. Das Prinzip über die veränderbare Hebellänge das Kraft-Moment zur Bewegung des Bauteils 5 zu steuern ist in dieser Variante ebenfalls verwirklicht. Durch die geänderte Drehebene ist die Änderung der wirksamen Hebellänge bezogen auf den Drehwinkel des Aktuators größer. Des weiteren stehen die Kräfte der Federeinrichtung 13 und des Aktuators 15 in etwa in einem rechten Winkel, so daß der Aktuator die Federeinrichtung bei einer Hebelarmverstellung nicht vorspannen muß, wie im Schritt der 1b zu 1c. Welche Variante eingesetzt wird, hängt im wesentlichen vom Bauraum ab, der zur Verfügung steht.
In der 3 ist die Federeinrichtung 13 als Einzelteil dargestellt. Bei der Federeinrichtung handelt es sich um eine pneumatische Feder mit einem Zylinder 23, in dem ein Kolben 25 an einer Kolbenstange 27 axial beweglich geführt ist. Der Kolben 25 teilt den Zylinder in einen oberen und einen unteren Arbeitsraum 29; 31. Beide Arbeitsräume sind mit einem Druckgas gefüllt und über eine Drossel 33 im Kolben miteinander verbunden. Der Kolben 25 verfügt über einen reibkraftgesteuerten Schaltring 35 in einer Ringnut 37. Der Schaltring bewegt sich in Abhängigkeit der Kolbenstange axial inner halb Ringnut, deren Breite größer ist als die Höhe des Schaltringes. Zwischen dem Kolben und dem Zylinderwandung liegt ein Ringspalt 39 vor, der in die Ringnut mündet.
Bei einer Ausfahrbewegung der Kolbenstange wirkt eine Reibkraft zwischen dem Schaltring und der Zylinderwandung, wodurch der Schaltring die eingezeichnete Schaltstellung einnimmt, bei der die Drossel 33 und der Ringspalt 39 mit dem unteren Arbeitsraum 31 verbunden sind, so daß in beiden Arbeitsräumen derselbe Druck vorherrscht. Als Ausfahrkraft kann der Momentandruck in den Arbeitsräumen multipliziert mit der Querschnittsfläche der Kolbenstange genutzt werden. Mit zunehmender Ausfahrstrecke der Kolbenstange sinkt die nutzbare Ausfahrkraft, da der Druck im Zylinder abnimmt, weil das Volumen der ausgefahrenen Kolbenstange kompensiert wird.
In Einfahrrichtung legt sich der Schaltring an die obere Seitenwand der Ringnut an und sperrt den Ringspalt 39 zum unteren Arbeitsraum 31 ab. Als Verbindung zwischen den Arbeitsräumen steht lediglich die Drossel 33 zur Verfügung. Die Drossel bewirkt einen Druckunterschied zwischen den Arbeitsräumen 31 und 29. Im unteren Arbeitsraum herrscht der größere Druck, da Druckgas in den oberen Arbeitsraum verdrängt wird, wobei der Druckunterschied durch den Querschnitt der Drossel bestimmt wird. Die momentane Haltekraft der pneumatischen Feder berechnet sich aus dem Druck im Arbeitsraum 31 multipliziert mit der Querschnittsfläche des Zylinders subtrahiert um den Kraftbetrag Druck im oberen Arbeitsraum 29 multipliziert mit der Kreisringfläche des oberen Arbeitsraumes 29. Durch die Drossel stellt sich eine gedämpfte Einfahrbewegung der Kolbenstange ein.
Wie weiter aus der 3 zu entnehmen ist, werden als Anschlußorgane 11 Kugelgelenke eingesetzt, die die pneumatische Feder auch räumliche Bewegungen ausführen lassen.

Claims

Bewegungssystem, umfassend ein Basisteil, an dem ein bewegliches Teil in einem Schwenklager gelagert ist, mit einer Federeinrichtung, die auf das bewegliche Bauteil eine Verstellkraft ausübt, wobei die Federeinrichtung zwischen dem Basisteil und dem beweglichen Bauteil mittels Anschlußorganen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eines der genannten Anschlußorgane (11b) relativ zum zugehörigen Bauteil (7, 5) bewegbar ist, wobei die Verstellbewegung von einem Aktuator (15) relativ zu dem Schwenklager (9) ausgeführt wird und mit der Aktuatorbewegung eine Bewegung des beweglichen Teils (5) relativ zum Basisteil (3) verbunden ist, wobei der zulässige Federweg der Federeinrichtung (13) zumindest um den Betrag der wirksamen Länge der Hebelanbindung größer ist als der notwendige Hubweg für den Öffnungsweg des beweglichen Bauteils (5).
Bewegungssystem, umfassend ein Basisteil, an dem ein bewegliches Teil in einem Schwenklager gelagert ist, mit einer Federeinrichtung, die auf das bewegliche Bauteil eine Verstellkraft ausübt, wobei die Federeinrichtung zwischen dem Basisteil und dem beweglichen Bauteil mittels Anschlußorganen angeordnet ist dadurch gekennzeichnet, daß eines der genannten Anschlußorgane (11b) relativ zum zugehörigen Bauteil (7, 5) bewegbar ist, wobei die Verstellbewegung von einem Aktuator (15) relativ zu dem Schwenklager (9) ausgeführt wird und mit der Aktuatorbewegung eine Bewegung des beweglichen Teils (5) relativ zum Basisteil (3) verbunden ist, wobei die Verstellbewegung von einem Aktuator (15) relativ zu dem Schwenklager (9) ausgeführt wird und mit der Aktuatorbewegung eine Bewegung des beweglichen Teils (5) relativ zum Basisteil (3) verbunden ist, wobei die Aktuatorbewegung quer zur Längsachse der Federeinrichtung (13) erfolgt.
Bewegungssystem nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Verstellbewegung des Aktuators (15) der wirksame Hebelarm l₁ der Federeinrichtung (13) auf das bewegliche Bauteil (5) verändert wird.
Bewegungssystem nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator (15) eine Antriebseinheit in Verbindung mit einer Hebelanbindung umfaßt.
Bewegungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit als ein Motor ausgeführt ist, dem ein in eine Drehrichtung wirksames Sperrgetriebe beigeordnet ist.
Bewegungssystem nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung (13) von einer pneumatischen Feder gebildet wird.
Bewegungseinrichtung nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Federeinrichtung (13) eine Dämpfeinrichtung (33) beigeordnet ist.
Bewegungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkung der Dämpfeinrichtung (33) in Schließrichtung des beweglichen Bauteils (33) größer ist als in umgekehrter Richtung.