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Besc h re i bung:
Die Erfindung betrifft ein Scharnier zur geLenkigen
Verbindung von hochbeL asteten und/oder schweren Türen von
Kraftfahrzeugen mit dem Chassis gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
Zur Befestigung beispieLsweise der Seitentüren am
Kraftfahrzeugchassis werden pro Tür zwei Scharniere
verwendet, die übLicherweise aus zwei TeiLen bestehen, von
denen das eine TeiL einen Lagerzapfen, das andere TeiL eine den Zapfen umschließende Bohrung, gegebenenfa LLs auch eine
Lagerbuchse, besitzt.
Die Scharniere von Kraftfahrzeugseitentüren müssen extremen
Anforderungen genügen. Einerseits soLLen sie raumsparend und
kLein sein, andererseits soLLen sie hohe Lastmomente, beispieLsweise bei ha Lbgeöffneter Wagentür das Eigengewicht
der Fahrzeugtür und zusä'tzLich das Gewicht einer erwachsenen
Person, ohne Deformation aufnehmen können. Dabei wird das obere Scharnier mechanisch stärker beLastet aLs das untere.
Daß auch F ahrzeugkoLLisionen ohne Beschädigung überstanden
werden müssen, versteht sich von seLbst. LebensLange Korrosionsfestigkeit wird verLangt. SchLießLich wird
gewünscht, daß die Scharniere nach Möglichkeit über die
gesamte Lebensdauer ohne Schmierung funktionsfähig bLeiben.
Derzeit werden die hochbeLasteten Scharniere bei Serienkraftfahrzeugen aus Abschnitten von gewaLzten
StahLprofiLen hergesteLLt. Walzstahl erfüLLt die
Anforderungen an Stabilität, Langzeitfunktionsfähigkeit und
Preiswürdigkeit. Korrosionsschutz wird durch eine
zusätzliche Oberf LächenbehandLung erreicht. Die
Schmierfreiheit der Scharniere wird durch die Verwendung
spezieller Lagerbuchsen, beispielsweise aus Sintermetall mit
einer Dauerfe11se hmierung, mit einer Kunst st offauskLeidung
usw., erreicht.
Die handeLsübLichen St ah L scharniere werden durch Stanzen,
Biegen und/oder Prägen von Stahlblech oder durch Abschneiden von gewalzten Stahlprofilen hergestellt. Beispiele hierfür
zeigen das DE-U 83 10 275, die DE-C 22 30 514 oder die GB-A 20 82 671.
Es ist auch schon vielfach vorgeschlagen worden,
Kunststoffe, insbesondere faserverstärkte Kunststoffe, die
im Kraftfahrzeugbau den Stahl bereits an vielen Stellen
verdrängt haben, zu verwenden. Beispiele hierfür zeigen die DE-U 18 68 221, DE-C 22 30 514, DE-C 23 46 863, DE-C
30 09 584 und DE-U 88 11 395. Anwendung finden diese Kunststoffscharniere lediglich zur Befestigung von
Handschuhkastendeckeln oder auch von ausste 11 baren
Seitenscheiben. Zur gelenkigen Befestigung der Seitentüren
dagegen konnten sie sich bisher nicht durchsetzen. Dies ist
um so bedauerlicher, als Kunststoffe von Natur aus
korrosionsbeständig sind und in einem Arbeitsgang endfertig
geformt werden können, so daß Nacharbeiten wie Bohren, Fräsen, Stanzen usw. völlig entfallen.
Derzeit sind zwei Grundkonstruktionen von Scharnieren zum
Befestigen der Kraftfahrzeugseitentüren am Chassis bekannt.
Bei der ersten Art ist der Lagerzapfen, um den sich die
Lagerbuchse dreht, sowohl kopfseitig als auch fußseitig mit seinem Scharnierteil verbunden. Bei dieser Konstruktion muß
also zum Einsetzen oder Herausnehmen der Tür der Lagerzapfen
gelöst werden. Bei der zweiten Konstruktion ist der
Lagerzapfen dagegen nur fußseitig mit seinem Scharnierteil
verbunden. Das zweite Scharnierteil mit seiner Lagerbohrung
kann deshalb in einfacher Weise auf den Lagerzapfen aufgeschoben und von diesem wieder abgezogen werden. Bei
dieser zweiten Konstruktion ist wegen der nur einseitigen
Verbindung zwischen Lagerzapfen und ScharnierteiL eine
höhere mechanische Stabilität erforderlich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Scharnier der eingangs genannten Art für Kraftfahrzeugtüren
anzugeben, das bezüglich Form und Material den handelsüblichen Wa I zstah L scharnieren weitestgehend
entspricht, jedoch ohne die derzeit üblichen zahlreichen Bearbeitungsvorgänge endgeformt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein gattungsgemäßes
Scharnier mit den Merkmalen gemäß Kennzeichen des Anspruchs 1 .
Dank der Anwendung der Pulvermetallurgie werden die mit
dieser Verfahrenstechnik verbundenen, teilweise
außergewöhnlichen Vorteile realisiert. So sind die
Herstellungskosten niedriger als für die herkömmliche
spanende Fertigung aus einem Halbzeug, da durch nahezu abfallfreie und energiesparende Arbeitsweise gekennzeichnet.
Je höher die Forderungen an gleichbleibende Qualität bei
großen Serien sind, desto ausgeprägter ist dieser wirtschaftliche Vorteil. Auch gewichtige technische Gründe
sprechen für die Anwendung der Pulvermetallurgie. Die
Si&eegr;tertechnik ermöglicht es, das Werkstoffgefüge zu steuern
Es kann je nach Wunsch eine vollkommene Isotropie oder auch eine gezielte Anisotropie erreicht werden. Es können
Bauteile mit gesteuerter Porosität zwecks Einlagerung von Schmierstoffen erzeugt werden. Der Oberfläche eines
gesinterten Werkstücks kann hervorragende GIeitfunktion
zugewiesen werden. Durch Werkstoff- bzw. Pulverauswahl in
Kombination mit einem optimal angepaßten Formgebungsverfahren lassen sich praktisch alle Bereiche
eines Werkstücks gezielt optimieren.
Beim WirtschaftLichkeitsvergLeich aller Formgebungsverfahren
für metallische Werkstoffe nimmt die puL vermeta I Iurgisehe
Fertigungstechnik einen Spitzenplatz ein dank der nahezu
hundertprozentigen St offausnutzung, eines hohen
Freiheitsgrades der Formgestaltung bei gleichbleibendem
Arbeitsaufwand sowie dank eines weiten Anpassungsbereiches
der Materialeigenschaften an die BauteiIfunktionen.
Formgebungen, die konventionell in mehreren
Fertigungsschritten ausgeführt werden, beispielsweise
Stanzen, Fräsen, Bohren usw., können in der Pulvermetallurgie in einem Arbeitsgang verwirklicht werden,
wobei jedoch nicht ausgeschlossen ist, daß zur Realisierung
komplizierter Formen mit Hinterschneidungen auch einmal
spanend nachgearbeitet wird. Die Geometrie der Werkstücke
beeinflußt nur den Preis der Preßwerkzeuge, die Sinterkosten
sind von der Teilegeometrie unabhängig.
Schließlich besteht die Möglichkeit, gezielt unterschiedliche Materialeigenschaften an verschieden
beanspruchten Stellen desselben Teiles zu erzeugen, was zu
einer weiteren Kos tenreduzierung führt.
Entscheidend für Qualität und Genauigkeit des
pulvermetallurgisch hergestellten Werkstücks sind
Konstruktion und Qualität des Werkzeugs. Sintern und Kalibrieren bewirken nur geringe Maßveränderungen, richtige
Materialwahl vorausgesetzt. Dank der Verwendung von
Doppelmatrizen können jedoch sogar mehrquerschnittige Teile
und Hinterschneidungen in einem Arbeitsgang hergestellt
werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung
besitzt das chassisseitige Scharnierteil L-Form, wobei die
Befestigungsbohrungen im längeren L-Schenkel angeordnet sind
und am Ende des kürzeren L-Schenkels ein den Lagerzapfen
bzw. die Lagerbohrung enthaltendes Auge vorgesehen ist.
Vorzugsweise trägt der kürzere L-Schenkel wenigstens in dem
an den längeren L-Schenkel angrenzenden Bereich eine Versteifungsrippe. Dadurch kann die Festigkeit des
Scharnierteils an den hochbeL astet en Stellen gezielt erhöht
werden, ohne daß das Teilegewicht gleichzeitig erhöht werden
müßte. Derartige Versteifungsrippen sind bei der
herkömmlichen Herstellung der Kfz-Türscharniere nicht
möglich; gewalzte Profile müssen durchgehend mit gleichbleibender, erhöhter Wandstärke ausgeführt werden.
Vorzugsweise besitzt auch das türseitige Scharniertei I
L-Form, wobei der längere L-Schenkel als Platte ausgebildet ist, in der die Befestigungsbohrungen angeordnet sind, und
der kürzere L-Schenkel als Auge ausgebildet ist, das den Lagerzapfen bzw. die Lagerbohrung aufnimmt.
Normalerweise ist es bei der eingangs geschilderten zweiten
Art von Kfz-Türse harnieren möglich, den Lagerzapfen
einstückig mit dem zugehörigen Scharnierteil herzustellen, wobei gegebenenfalls die schon erwähnte Methode eingesetzt
werden kann, hochbelasteten Bereichen des
pulvermetallurgisch hergestellten Werkstücks durch
Verwendung geeigneter Rohstoffe spezielle Festigkeitseigenschaften zu erteilen. In allen Fällen ist es
jedoch möglich, den Lagerzapfen nachträglich einzusetzen. Bei der eingangs genannten ersten Art von Kfz-Türscharnieren
ist eine Montage und Demontage nur mit nachträglich eingesetzten Lagerzapfen möglich.
Als Alternative zur pulvermetallurgischen Herstellung kommt
auch das Formgießen infrage. Auch hier handelt es sich um eine weitgehend beherrschbare Formgebungstechnik, die jedoch
kostenmäßig mit der Pu L vermeta LLurgie nicht mithalten kann,
schon weil die Formkosten sowie die Kosten der Nachbearbeitung höher sind.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form von
Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 eine Seitenansicht eines zweiteiligen Scharniers für
Kraftfahrzeugsei tentüren,
Fig. 2 eine Draufsicht auf das Scharnier der Fig. 1,
Fig. 3 eine Draufsicht auf ein gegenüber dem Scharnierteil
der Fig. 2 abgewandeltes Scharnierteil,
Fig. 4 eine Seitenansicht eines chassisseitigen
Scharniertei Is,
Fig. 5 eine Draufsicht auf das Scharnierteil der Fig. 5 ,
Fig. 6 eine Seitenansicht eines türseitigen
Scharnierteils,
Fig. 7 eine Draufsicht auf das Scharnierteil der Fig. 6 ,
Fig. 8 eine Seitenansicht eines chassisseitigen
Scharniertei Is,
Fig. 9 eine Draufsicht auf das Scharnierteil der Fig. 8 ,
Fig. 10 eine Seitenansicht eines türseitigen
Scharniertei Is,
Fig. 11 eine Draufsicht auf das Scharnierteil der Fig. 10,
Fig. 12 eine weitere Ansicht des Sc harnierteiLs der
Fig. 10,
Fig. 13 eine Draufsicht auf ein chassisseitiges
Scha rn i e rte i I ,
Fig. 14 eine Seitenansicht des Sc harnierteiLs der
Fig. 13 und
Fig. 15 eine weitere Ansicht des ScharnierteiLs der Fig. 13.
Die Fig. 1 und 2 zeigen ein aus einem türseitigen
ScharnierteiL 10 und einem chassisseitigen Scharnierteil 20
bestehendes, gelenkig miteinander verbundenes Scharnier für hochbelastete und/oder schwere Türen von Kraftfahrzeugen.
Das türseitige Scharniertei I 10 hat in Seitenansicht L-Form,
wobei der längere L-Schenkel 11 als Befestigungsplatte, der
kürzere L-Schenkel 12 als Auge mit einer Lagerbohrung
ausgebildet ist. Befestigungsbohrungen 15 in der
Befestigungsplatte 11 dienen der Befestigung des
Scharnierteils 10 an der Kfz-Tür.
Das chassisseitige Scharniertei I 20 besitzt in Seitenansicht
ebenfalls L-Form, wobei der längere L-Schenkel 21 ebenfalls Befestigungsbohrungen 25 trägt. Der kürzere L-Schenkel ist
um 90 bis 110 Grad gegenüber der Basisplatte 21 abgewinkelt
und trägt an seinem Ende ein Auge 23 mit einem Lagerzapfen
24.
Wie eine Belastungsanalyse gezeigt hat, ist der kürzere
L-Schenkel 22 in dem an die Basisplatte 21 angrenzenden
Bereich am stärksten mechanisch belastet. Aus diesem Grunde sind dort zwei Verstärkungsrippen 26 vorgesehen. Es besteht
die Möglichkeit, diese Verstärkungsrippen 26 je nach
Platzverhältnissen auf der Vorderseite oder der Rückseite
des kürzeren L-Schenkels 22 anzubringen.
Fig. 3 zeigt ein abgewandeltes chassisseitiges ScharnierteiL
20'. Hier ist eine Ve rstärkungsrippe 27 vorgesehen, die sich
über die volle Höhe des kürzeren L-Schenkels 22 bis zum Auge 23 erstreckt.
Der Lagerzapfen 24 kann entweder wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt nachträglich eingesetzt oder aber einstückig mit
dem zugehörigen Schar&eegr;iertei I 20 hergestellt werden. Beim
letztgenannten Fertigungsverfahren besteht die Möglichkeit,
den Lagerzapfen 24 selbst und das Auge 23 aus einem Pulvermaterial herzustellen, welches legiert ist, um so die
Festigkeit dieses hochbeanspruchten Bauteils zu erhöhen.
Die Befestigungsbohrungen 15, 25 in den beiden
Scharnierteilen 10, 20, 20' können beim Pressen der
ScharnierteiIe gleich mit eingeformt werden. Sollte
stattdessen gewünscht sein, die Lagerbohrung 28 im Auge 23
einzuarbeiten, müssen die Befestigungsbohrungen 15, 25
nachträglich spanend eingearbeitet werden.
Die Fig. 4 und 5 zeigen ein weiteres chassisseitiges
Scharnierteil 40. Die Grundform bildet auch hier ein L. Die Basisplatte 41 ist jedoch material-, gewichts- und
platzsparend als Dreieck ausgebildet. Die Verstärkungsrippe
47 ist hier auf der Innenseite der L-Form angeordnet und erstreckt sich von der Basisplatte 41 durchgehend bis zum
Auge 43.
Die Fig. 6 und 7 zeigen eine weitere Ausführungsform eines
türseitigen Schar&eegr;iertei I s 30, welches zusammen mit einem
chassisseitigen Scharnierteil 40 ein komplettes
Kfz-Türschar&eegr;ier bildet. Auch hier ist die Grundform ein L.
Es sind jedoch zwei Augen 32 mit Lagerbohrung 34 vorgesehen.
Die BasispLatte 31 mit den Befestigungsbohrungen 35 ist
durch zwei Versteifungsrippen 36 verstärkt.
Die Fig. 8 und 9 zeigen eine dritte Variante eines chassisseitigen Scharnierteils 60. Auch hier ist die
Grundform wieder ein L, es sind jedoch zwei Augen 63 mit Lagerbohrung 68 vorgesehen, ebenso zwei Versteifungsrippen
67, die sich von der BasispLatte 61 bis zu den Augen 63
erstrecken.
Die Fig. 10, 11 und 12 zeigen eine dritte Ausführungsf&ogr;rm
eines türseitigen Schar&eegr;ierteiLs 50. Die Grundform ist
wieder ein L. Es ist ein zentrales Auge 52 vorgesehen, eine Versteifungsrippe 57 verstärkt die BasispLatte 51 im Bereich
des Auges 52.
Die Fig. 13, 14 und 15 schließlich zeigen eine vierte Ausführungsf&ogr;rm eines chassisseitigen Sc harniertei I s 80.
Hier ist in AnLehnung an die herkömmlichen Tütscharniere für
Kfz-Türen die Basisplatte 81 stufig ausgebildet, indem der Endbereich 81.1 dünner, der dem kürzeren L-Schenkel 82
zugewandte und höher belastete Bereich 81.2 dagegen dicker ausgebildet ist.
Formteile mit ungleichen Höhen wie die vorliegenden
Scharniere erfordern zur puI vermeta ILurgise hen Herstellung
entsprechend gestaltete Werkzeuge mit mehreren PreßstempeLn,
die getrennt voneinander geführt und bewegt werden. Der Bewegungsablauf der StempeL muß so gesteuert werden, daß die
Pu L verteiLchen nur in Preßrichtung bewegt werden und nicht
in seitlich liegende Gebiete abfließen. Andernfalls treten im Preßling Dichteunterschiede auf, die sich in ungleichem
Schwund und einem Verziehen beim Sintern äußern. Auch muß verhindert werden, daß bereits vorverdichtete Bereiche des
Werkstücks gegeneinander abgleiten, was zu Rissen führt, die
äußerlich nicht sichtbar sind und auch während des Sinterns
nicht wieder ausheilen.
Schließlich wäre es sogar denkbar, die Kfz-Türscharniertei Ie
durch Sinterschmieden herzustellen. Dieses Verfahren
vereinigt in sich die Vorteile der Pulvermetallurgie mit
denen des Gesenkschmiedens. Sintergeschmiedete Werkstücke
sind nicht nur extrem maßgenau, sondern auch sehr porenarm
und damit nur wenig bruchanfällig. Mit Hilfe des
Sinterschmiedens können die Eigenschaften warmverf&ogr;rmter
hochfester Legierungen schmelzmetallurgischer
He rste 11 ungsweise erreicht werden, ohne daß die unerwünschte
Anisotropie der Festigkeitseigenschaften in Abhängigkeit von
der Ve rf&ogr;rmungsrichtung erschmolzener Legierungen auftritt.
Für die Pulvermetallurgie spricht auch, daß eine Erhöhung
der Verschleißfestigkeit und eine Verbesserung des
Korrosionsschutzes möglich ist durch eine Behandlung mit
überhitztem Wasserdampf. Dabei wird eine sehr- g Ieichmäßige,
fest haftende, blau-schwarze Oxidschicht auf den Teilen
erzeugt. Es können aber auch die üblichen Korrosionsschutzschichten aus Zink, Cadmium, Chrom oder
Nickel auf pulvermetallurgisch hergestellten Werkstücken
galvanisch oder chemisch abgeschieden werden.
Schutzansprüche:
1. Scharnier zur gelenkigen Verbindung von hochbeLasteten
und/oder schweren Türen von Kraftfahrzeugen mit dem Chassis,
bestehend aus zwei Scharnierteilen (10, 2 0; 30, 40; 50, 60;
80) von denen das eine einen Lagerzapfen (24), das andere eine Lagerbohrung (14; 34; 54) die den Lagerzapfen (24)
umschließt, aufweist, wobei beide Scharniertei I e (10, 20;
30, 40; 50, 60; 80) Bohrungen (15, 25; 35, 45; 55, 65; 85) zwecks Befestigung an Chassis bzw. Tür besitzen, dadurch
gekennzeichnet, daß es als Sinterformteil auf Eisenbasis mit
hoher Festigkeit ausgeführt ist.