DE102004008069B4 - Scharniervorrichtung - Google Patents
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Scharniervorrichtung, insbesondere aber nicht notwendigerweise für die Anbringung einer Tür an einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs.
- Beispiele solcher Pantographtüren sind in
DE 1 174 183 B beschrieben. Bei einem ersten Typ von Pantographtür ist eine Scharniervorrichtung durch ein Paar von Armen gebildet, die jeweils mit einem Ende an einer karosseriefesten Achse und mit einem anderen Ende an einer mit der Tür verbundenen Achse angreifen. Wenn die effektive Länge dieser zwei Arme, d.h. der Abstand zwischen ihren zwei Achsen, gleich ist, behält die Tür beim Öffnen und Schließen ihre Orientierung bei, so dass sie in einer offenen Stellung neben der Türöffnung und parallel zu dieser an die Karosserie angelegt werden kann. Sind die Längen ungleich, so schwenkt die Tür beim Öffnen und ist in der offenen Anschlagstellung nicht mehr parallel zur Karosserie, so dass sie nicht eng angelegt werden kann. - Die Parallelbewegung der Tür führt dazu, dass beim Schließen die Türen an ihrem ganzen Rand gleichzeitig sich in einen Rahmen der Türöffnung einrückt, so dass, wenn nicht ein Fenster oder eine andere Tür der Fahrzeugkarosserie geöffnet ist, durch die Einwärtsbewegung der Tür im Fahrzeuginneren ein vorübergehender Überdruck aufgebaut wird, der die Bewe gung der Tür abbremst und so das Einrasten einer Verriegelung der Tür behindert. Ein weiteres Problem ist, dass wenn die Tür versehentlich bei fahrendem Fahrzeug geöffnet wird, der Fahrtwind – anders als bei einer in üblicher Weise durch ein einzelnes Scharnier an einer in Fahrtrichtung vorderen Kante der Tür an die Karosserie angeschlagenen Tür – hinter der teilweise geöffneten Tür eingreifen und diese vollends aufreißen kann.
- Bei einem zweiten Typ von Pantographtür, der in
DE 1 174 183 B beschrieben ist, kommt eine Scharniervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Einsatz. Es wird die Verwendung gleich großer Kettenräder in Betracht gezogen – in diesem Fall ist die Orientierung der Tür im offenen und im geschloeesenen Zustand die gleiche – oder die Verwendung unterschiedlich großer Kettenräder – in diesem Fall dreht sich die Tür während des Öffnens und Schließens. - Aus
DE 1 027 558 B ist ein Antriebsaufbau zum Öffnen und Schließen einer Falttür eines Straßenfahrzeuges mit Hilfe eines Motors bekannt. Ein Flügel der Falttür umfasst zwei Platten, von denen eine erste um eine fahrzeugfeste Achse schwenkbar ist und die zweite an eine von der fahrzeugfesten Achse abgewandte Kante der ersten Platte angelenkt ist, so dass sie beim Öffnen und Schließen der Tür gleichzeitig rotiert und in einer Führung gleitet. Der Antriebsmotor ist an die fahrzeugfeste Achse über einen Keilriemen und eine von dem Keilriemen umschlungene Riemenscheibe gekoppelt. Die Riemenscheibe ist elliptisch, um das Übersetzungsverhältnis zwischen Motor und Drehung der ersten Platte so zu variieren, dass das Anfahrmoment gering wird. -
FR 2 731 461 A1 - Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Scharniervorrichtung zum Verbinden eines beweglichen Teils mit einem ortsfesten Teil zu schaffen, bei der das bewegliche Teil zwischen zwei gegeneinander versetzten, aber parallel ausgerichteten Stellungen wenigstens eine relativ zu diesen parallelen Stellungen verdrehte Stellung durchläuft.
- Die Aufgabe wird gelöst durch eine Scharniervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
- Wenn es sich bei den beweglichen Teilen um eine Tür wie oben beschrieben handelt, können diese zwei parallelen Stellungen einer geschlossenen Stellung der Tür und einer offenen Anschlagstellung der Tür entsprechen, in der diese parallel zur geschlossenen Stellung versetzt an der Karosserie anliegt. Dadurch, dass zwischen der geschlossenen und der parallelen offenen Stellung eine verdrehte Stellung durchlaufen wird, ist die Bewegung beim Schließen der Tür keine exakte parallele Translation, so dass ein Druckstau im Innern des Fahrzeugs vermieden wird und die Tür ungehindert ins Schloss fallen kann. Bei geeigneter Orientierung der verdrehten Stellung im Bezug zum Fahrtwind drückt dieser die Tür in Richtung der geschlossenen Stellung, ein unerwartetes Aufreißen der Tür ist ausgeschlossen.
- Um zwischen zwei Grenzstellungen der Kopfstücke der Scharniervorrichtung in Bezug auf den Arm zwei gegenläufige Schwenkbewegungen der Kopfstücke in Bezug aufeinander zu erhalten, sollte in einer ersten dieser Grenzstellungen der Abstand eines ersten Auftreffpunktes, an dem der Zugriemen auf die erste Riemenscheibe trifft, von der Achse dieser ersten Riemenscheibe kleiner sein als der Abstand eines zweiten Auftreffpunktes, an dem der Zugriemen auf die zweite Riemen die erste Riemenscheibe trifft, von der Achse dieser ersten Riemenscheibe kleiner sein als der Abstand eines zweiten Auftreffpunktes, an dem der Zugriemen auf die zweite Riemenscheibe trifft, von der Achse der zweiten Riemenscheibe, während in der zweiten Grenzstellung die Abstandsverhältnisse umgekehrt sein sollten. So ergeben sich jeweils Übersetzungsverhältnisse größer bzw. kleiner als 1 zwischen Drehungen der Kopfstücke in Bezug auf den Arm in den verschiedenen Grenzstellungen.
- Vorzugsweise ist die wenigstens eine unrunde Riemenscheibe elliptisch. Die andere Riemenscheibe ist vorzugsweise kreisrund oder ebenfalls elliptisch.
- Wenn beide Riemenscheiben elliptisch sind, so sollten sie, um eine starke Schwenkung der Tür zwischen den beiden Grenzstellungen zu erreichen, geeignet in Bezug aufeinander orientiert sein. Für zwei Ellipsen von gegebener Gestalt und gleicher Umfangslänge wird der maximale Schwenkhub erreicht, wenn in einer Stellung der ersten Riemenscheibe, in der die Auftreffpunkte des Riemens an der ersten Riemenscheibe die Schnittpunkte der langen Achse mit dem Umfang der Ellipse sind, die Auftreffpunkte an der anderen Riemenscheibe jeweils an den Schnittpunkten der kurzen Achse mit dem Umfang liegen.
- Um eine große Schwenkbewegungsfreiheit der Scharniervorrichtung zu erzielen, kann es vorteilhaft sein, wenn der Arm gewinkelt und der Zugriemen zwischen den Riemenscheiben an zwei Rollen umgelenkt ist.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
-
1 einen schematischen Schnitt durch eine nicht erfindungsgemäße Scharniervorrich tung gemäß einer nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung der Anmelderin; -
2 einen Schnitt analog dem der1 durch eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Scharniervorrichtung; -
3 einen Schnitt analog dem der1 durch eine zweite Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scharniervorrichtung; -
4 einen Schnitt durch eine dritte Ausgestaltung der Scharniervorrichtung an einer Fahrzeugkarosserie bei geschlossner Tür; -
5 einen Schnitt durch die dritte Ausgestaltung bei bis zum Anschlag geöffneter Tür; -
6 die Lage des Riemens an den Riemenscheiben bei geschlossener Tür gemäß einer Abwandlung der dritten Ausgestaltung; und -
7 die entsprechenden Lagen des Riemens bei offener Tür. - Zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung und seiner Auswirkungen soll zunächst kurz auf die nicht erfindungsgemäße Scharniervorrichtung gemäß
1 eingegangen werden. Die Figur zeigt einen horizontalen Schnitt durch eine Tür1 eines Kraftfahrzeugs und die Tür1 seitlich umgebende Säulen8 ,9 einer Karosserie des Kraftfahrzeugs. Eine allgemein mit10 bezeichnete Scharniervorrichtung umfasst ein an der Tür1 befestigtes erstes Kopfstück2 und ein an der rechten Säule8 befestigtes zweites Kopfstück7 sowie einen Arm5 , an den die Kopfstücke2 ,7 jeweils um eine Achse schwenkbar angelenkt sind. Der Arm5 ist durch ein hohles Gehäuse gebildet, in dessen Innerem zwei Riemenscheiben3 ,6 jeweils durch Öffnungen des Arms5 hindurch drehfest mit den Kopfstücken2 bzw.7 verbunden sind. Ein endloser Zugriemen4 ist um die Umfangsflächen der zwei Riemenscheiben3 ,6 herumgeschlungen. - Bei der Scharniervorrichtung der
1 sind die Riemenscheiben3 ,6 beide kreisrund und haben den gleichen Durchmesser, so dass eine Drehung eines Kopfstückes2 oder7 in Bezug auf den Arm5 mit Hilfe des Zugriemens4 in eine gleich große Drehung das jeweils anderen Kopfstückes7 bzw.2 übersetzt wird. Folglich bleibt die Tür1 bei einer Bewegung zwischen ihrer geschlossenen Stellung zwischen den Säulen8 ,9 und einer offenen Stellung stets in der gleichen Orientierung. - Die in
2 gezeigte erste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scharniervorrichtung11 entspricht der in1 gezeigten in allem oben Gesagtem mit Ausnahme der Form der ersten Riemenscheibe3 . Diese hat bei der Ausgestaltung der2 einen unrunden, genauer gesagt einen elliptischen Querschnitt. In der geschlossenen Stellung der Tür1 , zwischen den Säulen8 ,9 , liegen Auftreffpunkte12 ,13 , an denen die zwei Stränge des Zugriemens4 die Riemenscheibe3 tangential berühren, im wesentlichen auf einer als strichpunktierte Linie K eingezeichneten kurzen Achse der Ellipse. (Eine exakte Lage der Auftreffpunkte auf der kurzen Achse K würde sich ergeben, wenn die Stränge des Zugriemens4 zwischen den Riemenscheiben3 ,6 parallel verliefen; diese Abweichung wird allerdings im Rahmen der vorliegenden Beschreibung vernachlässigt, da sie für die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Scharniervorrichtung ohne Bedeutung ist. Der Abstand der Auftreffpunkte12 ,13 von der Achse der Riemenscheibe3 ist in der geschlossenen Stellung der Tür1 kleiner als der Abstand entsprechender Auftreffpunkte14 ,15 der kreisrunden Riemenscheibe6 des an der Säule8 befestigten Kopfstücks7 von dessen Achse. Das Übersetzungsverhältnis von Kopfstück7 zu Kopfstück2 ist daher in der geschlossenen Stellung geringfügig größer als1 , so dass, wenn der Arm5 beim Öffnen der Tür um die Achse des Kopfstücks7 schwenkt, diese Schwenkbewegung durch eine entsprechende Drehung des Kopfstücks2 in Bezug auf den Arm nicht nur aufgehoben, sondern überkompensiert wird. Beim Öffnen der Tür entfernt sich somit deren der Säule8 benachbarte Kante16 schneller aus der Türöffnung als die der Säule9 benachbarte Kante17 , und die Tür1 durchläuft eine in2 als punktierter Umriss dargestellte Zwischenposition, in der sie deutlich in Bezug auf ihre Orientierung in geschlossener Position verschwenkt ist. Entsprechend legt sich beim Schließen der Tür1 zuerst die Kante17 gegen die Säule9 und dann die Kante16 gegen die Säule8 , so dass ein Druckaufbau im Inneren des Fahrzeugs beim Schließen der Tür vermieden wird. - Unter der Annahme, dass die Fahrtrichtung des Fahrzeugs von rechts nach links in der Figur ist, würde Fahrtwind schräg auf die Außenseite der in
2 als punktierter Umriss dargestellten teilweisen geöffneten Tür treffen. Die Tür1 würde also, wenn sie bei fahrendem Fahrzeug geöffnet wird, vom Fahrtwind in ihre geschlossene Stellung hineingedrückt. Ein unbeabsichtigtes Aufreißen der Tür während der Fahrt durch den Fahrtwind ist so ausgeschlossen. - In dem Maße, wie der Arm
5 geschwenkt wird, wandern die Auftreffpunkte12 bis15 des Zugriemens4 auf den Riemenscheiben3 ,6 , wobei der Abstand der Auftreffpunkte12 ,13 von der Drehachse der Riemenscheibe3 kontinuierlich zunimmt, während der entsprechende Abstand bei den Auftreffpunkten14 ,15 der kreisrunden Riemenscheibe6 gleich bleibt. Je größer der Abstand an der Riemenscheibe3 wird, umso kleiner wird das Übersetzungsverhältnis, so dass die anfängliche Schwenkbewegung der Tür im Gegenuhrzeigersinn im Laufe des Öffnens immer langsamer wird und schließlich ihre Richtung umkehrt. In der wiederum mit durchgezogenen Linien dargestellten offenen Stellung der Tür1 liegen die Auftreffpunkte12 ,13 jeweils am Schnittpunkt einer langen Achse L der Ellipse mit der Umfangsfläche der Riemenscheibe3 , und die Orientierung der Tür ist dieselbe wie in der geschlossenen Stellung. - Voraussetzung dafür, dass die Orientierungen der Tür in offener und geschlossener Stellung die gleichen sind, ist, dass der beim Öffnen und Schließen zurückgelegte Weg der Auftreffpunkte an beiden Riemenscheiben der gleiche ist. In dem hier gezeichneten Fall einer Schwenkbewegungsfreiheit von 90° zwischen offener und geschlossener Stellung entspricht dies der Anforderung, dass die Umfangslänge beider Riemenscheiben
3 ,6 gleich sein muss. Durch maßstäbliches Vergrößern bzw. Verkleinern der Riemenscheibe3 relativ zur Riemenscheibe6 kann man jedoch erreichen, dass bereits bei einem Schwenkwinkel von weniger bzw. erst bei einem Schwenkwinkel von mehr als 90° die Tür wieder eine zu ihrer geschlossenen Stellung parallele Orientierung erreicht. - Während in
2 die türseitige Riemenscheibe3 elliptisch und die säulenseitige Riemenscheibe6 kreisrund ist, könnte das gleiche Ergebnis auch erreicht werden durch Verwendung einer kreisrunden Riemenscheibe3 auf Seiten der Tür1 und einer elliptischen Riemenscheibe6 auf Seiten der Säule8 , allerdings mit einer im Vergleich zu2 um 90° gedrehten Orientierung der elliptischen Riemenscheibe, so dass wiederum in der geschlossenen Stellung der Tür die Entfernung der Auftreffpunkte14 ,15 des Zugriemens an der Riemenscheibe6 größer und in der offenen Stellung kleiner ist als der Abstand der Auftreffpunkte12 ,13 an der Riemenscheibe3 . - Eine Verstärkung der Schwenkbewegung wird erreicht, indem, wie im Ausführungsbeispiel der
3 gezeigt, beide Riemenscheiben3 ,6 elliptisch mit gleichen Abmessungen, aber mit gegeneinander verdrehten langen Achsen L, gewählt werden. Wären die langen Achsen L nicht verdreht, son dern parallel zueinander, würde die Tür1 bei ihrer Bewegung nicht schwenken. Ein maximaler Schwenkhub wird erreicht, wenn die langen Achsen L der zwei Ellipsen senkrecht zueinander orientiert sind. -
4 und5 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Scharniervorrichtung an einer Tür eines Kraftfahrzeugs. Teile in diesen Figuren, die mit in den1 –3 gezeigten Teilen identisch oder funktionsgleich sind, tragen die gleichen Bezugszeichen und werden nicht erneut im Detail erläutert. Die Scharniervorrichtung20 hier gemäß in dieser dritten Ausgestaltung unterscheidet sich von denen der2 und3 durch die gewinkelte Form ihres Arms5 . Der Zugriemen4 im Innern des Arms ist an zwei Rollen21 um einen Winkel von 90° umgelenkt. Die von dem Zugriemen4 umschlungenen Riemenscheiben3 ,6 sind wie bei der Ausgestaltung der3 beide elliptisch, und in der geschlossenen Stellung der4 befinden sich die Auftreffpunkte12 ,13 des Riemens an der Riemenscheibe3 an den Kreuzungspunkten von deren kurzer Achse K mit dem Umfang und die Auftreffpunkte14 ,15 der Riemenscheibe6 an den Kreuzungspunkten der langen Achse L mit dem Umfang. Durch diese Platzierung ist sichergestellt, dass unmittelbar zu Beginn der Öffnungsbewegung der Tür1 das Übersetzungsverhältnis der Riemenscheiben3 ,6 am stärksten von 1 abweicht und sich anschließend kontinuierlich 1 nähert und schließlich unterschreitet. Aufgrund der Abwinkelung des Arms5 sind hier die langen Achsen L beider Ellipsen parallel. - Wie mit Bezug auf
2 bereits erläutert, ergibt sich aus den Abständen der Auftreffpunkte12 bis15 von den Drehachsen ihrer Riemenscheiben3 ,6 , dass die Tür1 beim Öffnen zunächst im Gegenuhrzeigersinn schwenkt. Im Laufe der Öffnungsbewegung ändert die Schwenkbewegung ihre Richtung in dem Maße, wie sich die Auftreffpunkte12 ,13 dem Schnittpunkt mit der kurzen Achse K und die Auftreffpunkte14 ,15 dem Schnittpunkt mit der langen Achse L nähern. Eine An schlagstellung, die einer vollständigen Öffnung der Tür1 entspricht, ist bei dieser Ausgestaltung aber erst, wie in5 gezeigt, am Ende einer Schwenkbewegung von 135° erreicht. In dieser Stellung haben sich die Auftreffpunkte12 ,13 an der Riemenscheibe3 bereits über die Schnittpunkte mit der langen Achse bzw. die Auftreffpunkte14 ,15 an der Riemenscheibe6 über die Schnittpunkte mit der kurzen Achse hinausbewegt. Dennoch ist die Orientierung der Tür1 in der offenen Anschlagstellung exakt parallel zur Orientierung in der geschlossenen Stellung, weil die Abmessungen der zwei Riemenscheiben3 ,6 geringfügig unterschiedlich gewählt sind. - Eine andere Möglichkeit, parallele Orientierungen der Tür im geschlossenen Zustand und im offenen Anschlagzustand mit zwei identischen Riemenscheiben
3 ,6 zu gewährleisten, ist in6 und7 gezeigt, wobei hier der Übersichtlichkeit halber der Arm5 nur bruchstückhaft gezeichnet und die Riemenscheiben3 ,6 vergrößert dargestellt sind. Wenn α der Schwenkwinkel zwischen der geschlossenen und der offenen Stellung der Tür ist und der Arm5 um den Winkel ☐ von hier 90° abgewinkelt ist, so sind die Auftreffpunkte11 bis15 in der geschlossenen und der offenen Stellung jeweils in der gezeigten Weise um den Winkel θ = (α – ☐)/2 gegen einen Schnittpunkt der langen bzw. kurzen Achse L, K mit dem Umfang der Riemenscheibe winkelverschoben. -
- 1
- Tür
- 2
- Kopfstück
- 3
- Riemenscheibe
- 4
- Riemen
- 5
- Arm
- 6
- Riemenscheibe
- 7
- Kopfstück
- 8
- Säule
- 9
- Säule
- 10
- Scharniervorrichtung
- 11
- Scharniervorrichtung
- 12
- Auftreffpunkt
- 13
- Auftreffpunkt
- 14
- Auftreffpunkt
- 15
- Auftreffpunkt
- 16
- Kante
- 17
- Kante
- 20
- Scharniervorrichtung
- 21
- Rolle
Claims (9)
- Scharniervorrichtung (
11 ,20 ) mit einem Arm (5 ) und zwei an Enden des Arms (5 ) um jeweils eine Achse schwenkbar angebrachten Kopfstücken (2 ,7 ), wobei die Kopfstücke (2 ,7 ) jeweils mit einer von zwei Riemenscheiben (3 ,6 ) drehverbunden sind, die an einer Umfangsfläche von einem gemeinsamen Zugriemen (4 ) umschlungen sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Riemenscheiben (3 ,6 ) unrund ist. - Scharniervorrichtung (
11 ,20 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfstücke (2 ,7 ) in Bezug auf den Arm (5 ) zwischen zwei Grenzstellungen schwenkbar sind, wobei in einer ersten der Grenzstellungen der Abstand eines ersten Auftreffpunktes (12 ,13 ), an dem der Zugriemen (4 ) auf die erste Riemenscheibe (3 ) trifft, von der ersten Drehachse der ersten Riemenscheibe (3 ) kleiner ist als der Abstand eines zweiten Auftreffpunktes (14 ,15 ), an dem der Zugriemen (4 ) auf die zweite Riemenscheibe (6 ) trifft, von der zweiten Drehachse der zweiten Riemenscheibe (6 ), und dass in der zweiten Grenzstellung der Abstand des ersten Auftreffpunktes (12 ,13 ) von der ersten Drehachse größer als der Abstand des zweiten Auftreffpunktes (14 ,15 ) von der zweiten Achse ist. - Scharniervorrichtung (
11 ,20 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die unrunde Riemenscheibe (3 ) elliptisch ist. - Scharniervorrichtung (
11 ,20 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Riemenscheiben (6 ) kreisrund ist. - Scharniervorrichtung (
11 ,20 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Riemenscheiben (3 ,6 ) elliptisch sind. - Scharniervorrichtung (
11 ,20 ) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide Riemenscheiben (3 ,6 ) eine gleiche Umfangslänge haben. - Scharniervorrichtung (
11 ,20 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Stellung der ersten Riemenscheibe (3 ), in der die Auftreffpunkte (12 ,13 ) des Riemens (4 ) an der ersten Riemenscheibe (3 ) die Schnittpunkte der langen Achse (L) mit dem Umfang der Ellipse sind, die Auftreffpunkte (14 ,15 ) an der anderen Riemenscheibe (6 ) jeweils an den Schnittpunkten der kurzen Achse (K) mit dem Umfang liegen. - Scharniervorrichtung (
20 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arm (5 ) gewinkelt ist und der Zugriemen (4 ) zwischen den Riemenscheiben (3 ,6 ) durch zwei Rollen (21 ) umgelenk ist. - Scharniervorrichtung (
11 ,20 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Kopfstücke (2 ) an einer Tür (1 ) und das andere (7 ) an einer Karosserie (8 ) eines Kraftfahrzeugs montiert ist.
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