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Die Erfindung betrifft ein Scharnier mit einem Scharnierunterteil zur Anbindung an eine Fahrzeugkarosserie, einem Scharnieroberteil zur Anbindung an eine Fahrzeugklappe und mindestens einem Hebel zur beweglichen, insbesondere verschwenkbeweglichen, Verbindung des Scharnierunterteils und des Scharnieroberteils, wobei an dem Scharnier ein Aktor zum Anheben des Scharnieroberteils angeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Scharniers.
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Für einen effizienten Fußgängerschutz und speziell für einen Kopfaufprall müssen Fahrzeuge einen genügenden Deformationsweg im Bereich der Frontklappe zur Verfügung stellen, insbesondere um sog. HIC (Head Injury Criterion)-Werte zu erreichen. Dieser Deformationsweg ist abhängig von der konkret vorliegenden Ausgestaltung und bisher meistens nicht ausreichend. Zur Erreichung eines verlängerten Deformationswegs können aktive Scharniere eingebaut werden, welche das eigentliche Scharnier und einen Aktor umfassen. Wenn ein Aufprall auf die Frontklappe zu erwarten ist, wird das Scharnieroberteil oder das ganze Scharnier mit der Frontklappe durch den Aktor nach oben geschossen (aktiver Aufprallfall).
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DE 10 2007 033 325 A1 beschreibt ein Scharnier zur schwenkbeweglichen Anbindung einer Abdeckung oder Haube an einem Kraftfahrzeug, welches ein Karosserieanbindungsteil, einen Verbindungsarm und ein daran gehaltenes Haubenanbindungsteil umfasst, wobei der Verbindungsarm gegenüber dem Karosserieanbindungsteil schwenkbeweglich angeschlagen ist. Zur Verwirklichung einer Fußgängerschutzfunktion wird das Haubenanbindungsteil an dem abstehenden Ende des Verbindungsarms in einem durch ein Sperrelement gegen ein Verschwenken aus einer Ruhelage gesperrten Gelenk gehalten.
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DE 10 2006 037 831 A1 betrifft einen pyrotechnischen Aktor mit einem Gehäuse, einem in einem Hohlraum des Gehäuses verschieblich angeordneten Kolben mit daran angeordneter Kolbenstange (dem Aktorstößel) sowie einem Zünder, wobei bei der Zündung des Zünders eine Gasmenge freigesetzt wird und mittels dieser Gasmenge der Kolben aus einer Ausgangsposition, der Ruheposition, in eine Endposition, die Arbeitsposition, bewegbar ist, wobei dessen Kolbenstange auf dem Weg von der Ausgangsposition in die Endposition oder in der Endposition einen Vorgang auslöst.
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Hierbei ist es von Nachteil, dass der Aktor für einen passiven Aufprallfall, bei dem der Aktor nicht ausgelöst wird, ein Hindernis bei einer Deformation der Frontklappe darstellen kann, wodurch ein Deformationsweg der Frontklappe verkürzt wird.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere ein aktives Scharnier anzugeben, bei dem der Aktor auch im passiven Aufprallfall den Deformationsweg der Frontklappe nicht wesentlich behindert.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Scharnier vorgeschlagen, welches mindestens ein Scharnierunterteil zur Anbindung an eine Fahrzeugkarosserie und ein Scharnieroberteil zur Anbindung an eine Fahrzeugklappe, wobei das Scharnierunterteil und das Scharnieroberteil miteinander beweglich verbunden sind und wobei an dem Scharnier ein Aktor zum Anheben des Scharnieroberteils angeordnet ist. Dieses mechanische Scharnier stellt zusammen mit dem Aktor ein aktives Scharnier dar. Der Aktor kann bevorzugt ein pyrotechnischer Aktor sein.
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Der Aktor ist an dem Scharnier beweglich gelagert und mittels mindestens eines lösbaren Fixierelements in seiner Bewegung relativ zu dem Scharnier gehindert, wobei das Fixierelement lösbar ist, wenn das Scharnier über seine Ruhestellung hinaus zusammengedrückt wird. Im aktiven Aufprallfall, bei dem der Aktor auslöst, hält oder fixiert das Fixierelement den Aktor, so dass ein Hub des Aktors (möglicherweise bis auf einen geringen Spielausgleich) zur Anhebung der Fahrzeugklappe genutzt werden kann. Im passiven Aufprallfall, bei dem der Aktor nicht auslöst, wird jedoch das Scharnier zusammengedrückt und das Fixierelement zumindest teilweise gelöst. Durch das Lösen des Fixierelements wiederum ist der Aktor nicht mehr in seiner Verschieblichkeit gehindert und kann somit der durch den Aufprall auf ihn ausgeübten Kraft nachgeben und entsprechend abtauchen. So behindert der Aktor den Deformationsweg der Fahrzeugklappe nicht oder nicht mehr so weit wie für den Fall eines ortsfest angeordneten Aktors.
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Hierbei sei angemerkt, dass die Fahrzeugkarosserie ein Chassis oder einen Teil einer Karosserie oder eines Chassis umfassen kann.
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Bei der Fahrzeugklappe handelt es sich beispielsweise um eine Frontklappe oder eine Motorhaube eines Fahrzeugs. Der hier vorgeschlagene Ansatz ist jedoch auf jedwede über Scharniere betreibbare Klappe eines Fahrzeugs, z. B. eine Heckklappe, anwendbar.
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Eine Weiterbildung ist es, dass ein Aktorgehäuse des Aktors an dem Scharnier beweglich, insbesondere verschieblich, gelagert und mittels mindestens eines lösbaren Fixierelements in seiner Bewegung relativ zu dem Scharnier gehindert ist. Dadurch kann eine Bewegungsfreiheit des aktorisch bewegten Teils des Aktors, welcher im Folgenden als ein Aktorstößel bezeichnet wird, sichergestellt werden.
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Eine andere Weiterbildung ist es, dass das Fixierelement als eine Klammer oder ein Clip ausgestaltet ist. Dadurch lässt sich das Fixierelement besonders einfach auf den Aktor aufsetzen und wieder ablösen.
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Auch ist es eine Weiterbildung, dass die Klammer mindestens zwei zueinander beabstandete Klammervorsprünge zum Umklammern des Aktors, insbesondere des Aktorgehäuses, aufweist. Durch die beiden Klammervorsprünge lässt sich eine verkippsichere Positionierung der Klammer an dem Aktor erreichen. Mittels des Abstands der beiden Vorsprünge lässt sich zudem einfach ein Maß der Hinderung der Bewegung des Aktors (z. B. in Form eines Spiels) relativ zu dem Scharnier einstellen.
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Zudem ist es eine Weiterbildung, dass das Fixierelement mittels des Aktors abdrückbar ist. Dies ergibt ein besonders kompaktes und einfach zusammenzusetzendes aktives Scharnier.
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Ferner ist es eine Weiterbildung, dass das Fixierelement mittels eines Aktorstößels abdrückbar ist, wenn der Aktorstößel in das oder in Richtung des Aktorgehäuse eingedrückt wird. Dies ergibt eine besonders einfache und fehlertolerante Ausgestaltung.
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Eine nächste Weiterbildung besteht darin, dass der Aktorstößel bei einem Eindrücken in das Aktorgehäuse auf das Fixierelement auftrifft und das Fixierelement wegdrückt, insbesondere seitlich abdrückt. Der Aktorstößel wird dabei bei seiner Bewegung im aktiven Aufprallfall nicht behindert. Zudem ist so die Abdrück- bzw. Ablösebewegung des Fixierelements genau definierbar.
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Insbesondere ist es eine Weiterbildung, dass der Aktorstößel bei einem Eindrücken in das Aktorgehäuse auf eine Schräge des Fixierelements auftrifft. Durch die Schräge kann eine Kraft bzw. ein Impuls des Aktorstößels besonders einfach zum Abdrücken des Fixierelements umgelenkt werden.
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Eine alternative Ausführungsform besteht darin, dass das Fixierelement dazu eingerichtet und angeordnet ist, durch das Scharnier oder die Fahrzeugklappe abgedrückt zu werden. Dazu können das Scharnier oder die Fahrzeugklappe mit einem im passiven Aufprallfall auf das Fixierelement aufsetzenden Vorsprung ausgerüstet sein.
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Eine nächste Ausgestaltung ist es, dass das Fixierelement dazu eingerichtet und angeordnet ist, bei einem Auslösen des Aktors auf den Aktor wirkende Reaktionskräfte aufzunehmen.
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Eine weitere Ausgestaltung ist es, dass das Scharnier ferner mindestens einen Hebel zur verschwenkbeweglichen Verbindung des Scharnierunterteils und des Scharnieroberteils aufweist. Mittels eines solchen kompakten Scharniers ist die Fahrzeugklappe besonders einfach und weit gegenüber der Karosserie öffenbar.
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Jedoch sind allgemein auch andere Arten von Scharnieren oder Öffnungselementen verwendbar, z. B. linear bewegliche Elemente.
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Noch eine weitere Ausgestaltung ist es, dass der Aktor in einem Aktorhalter beweglich, insbesondere verschieblich, gelagert ist, wobei der Aktorhalter an dem Scharnierunterteil befestigt ist. So ergibt sich ein ausreichender Bauraum für den Aktor.
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Ferner ist es eine Ausgestaltung, dass der Aktorstößel dazu vorgesehen ist, das Scharnieroberteil zu kontaktieren, z. B. zum Aufdrücken des Scharniers im aktiven Aufprallfall. Alternativ kann der Aktorstößel beispielsweise auch einen Hebel kontaktieren, welcher das Scharnieroberteil von dem Scharnierunterteil abhebt.
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Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Scharniers, wobei dann, wenn das Scharnier zusammengedrückt wird, (passiver Aufprallfall) das Fixierelement zumindest teilweise von dem Aktor gelöst wird.
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Gemäß einer Ausgestaltung kann bei einem Auslösen des Aktors (aktiver Aufprallfall) das Fixierelement auf den Aktor wirkende Reaktionskräfte aufnehmen.
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Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass der Aktor aufgrund eines Erkennens eines kommenden Aufpralls auf die Fahrzeugklappe ausgelöst wird. Dies unterstützt einen Einsatz bei einem aktiven Aufprallfall.
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Die Fahrzeugklappe kann beispielsweise eine Frontklappe, eine Heckklappe und/oder eine Seitenklappe sein.
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In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch beschrieben.
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Es zeigen:
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1 in Schrägansicht ein mittels eines Aktors bewegbares Scharnier teilweise in einer Explosionszeichnung;
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2 in Seitenansicht das Scharnier aus 1 in einer Ruhelage;
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3 in Seitenansicht das Scharnier aus 1 in einer ausgeschwenkten Lage;
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4 in Seitenansicht das Scharnier aus 1 in einer eingedrückten Lage.
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1 zeigt in Schrägansicht und 2 zeigt in Seitenansicht ein Scharnier 1 zur Anbindung einer Fahrzeugklappe, insbesondere Frontklappe, an einem Kraftfahrzeug. Das Scharnier 1 befindet sich in seiner Ausgangsstellung oder Ruhestellung.
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Das Scharnier weist ein Scharnierunterteil 2 zur Befestigung an dem Kraftfahrzeug, insbesondere dessen Karosserie, und ein zweiteiliges Scharnieroberteil 3 zur Befestigung der Fahrzeugklappe auf. Das Scharnieroberteil 3 ist aus einem oberen Scharnieroberteil 4 und einem unteren Scharnieroberteil 5 zusammengesetzt, welche gegeneinander verschwenkbar sind. Zur Befestigung der Fahrzeugklappe ist das obere Scharnieroberteil 4 vorgesehen. Das Scharnierunterteil 2 und das Scharnieroberteil 3 sind über zwei Verbindungsarme verschwenkbar miteinander verbunden, und zwar über einen kurzen Lenker 6 und einen langen Lenker 7. Der kurze Lenker 6 und der lange Lenker 7 sind jeweils an ihren Enden mit dem Scharnierunterteil 2 bzw. mit dem unteren Scharnieroberteil 5 verschwenkbar verbunden.
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In einem aktiven Aufprallfall wird ein möglicher kommender Aufprall eines frontal mit dem Fahrzeug kollidierten Objekts erfasst, z. B. durch einen Aufprallsensor. In diesem Fall wird die Fahrzeugklappe nach oben gehoben, um den Aufprall des Objekts auf die Fahrzeugklappe abzumildern. Zum Anheben der Fahrzeugklappe ist ein pyrotechnischer Aktor 8 vorgesehen, welcher mittels eines hülsenartigen Aktorhalters 9 an dem Scharnierunterteil 2 befestigt ist
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Der Aktor 8 weist ein Aktorgehäuse 10 mit einer zylindrischen Grundform und einen in dem Aktorgehäuse 10 verschieblich gelagerten Aktorstößel 11 auf. Der Aktorstößel 11 weist an seinem freien Ende einen abgerundeten und seitlich überstehenden Stößelkopf 12 auf, welcher in der gezeigten Ruhestellung einen definierten Mindestabstand von dem unteren Scharnieroberteil 5 aufweist. Das Aktorgehäuse 10. weist an seinen beiden Enden Verbreiterungen 13a, 13b auf, nämlich eine obere Verbreiterung 13a an einem oberen Ende, an dem der Aktorstößel 11 aus dem Aktorgehäuse 10 ragt, und eine untere Verbreiterung 13b an einem dazu entgegengesetzten unteren Ende des Aktorgehäuses 10. Das Aktorgehäuse 10 kann in dem Aktorhalter 9 verschieblich gelagert sein.
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Um den Aktor 8 insbesondere bei einem Auslösen im Wesentlichen stationär bezüglich des Scharniers 1 zu halten, ist ein in 1 lediglich zur besseren Übersichtlichkeit von dem Scharnier 1 entfernt angeordnet gezeigtes Fixierelement in Form einer Klammer 14 vorgesehen. Die Klammer 14 wird seitlich auf den Aktor 8 aufgesetzt. Die Klammer 14 weist ein längliches Basisteil 15 auf, an dem seitlich zwei clipartige bzw. klammerartige Vorsprünge 16, 17 herausragen, die das Aktorgehäuse 10 klammernd umgreifen. Dabei ist ein Abstand zwischen den beiden Vorsprüngen 16, 17 so bemessen, dass ein oberer Vorsprung 16 der beiden Vorsprünge 16, 17 direkt unterhalb der oberen Verbreiterung 13a und ein unterer Vorsprung 17 der beiden Vorsprünge 16, 17 direkt oberhalb des Aktorhalters 9 an dem Aktorgehäuse 10 ansetzt. Dadurch wird eine Rückwärtsbewegung des Aktors 8, bei welcher sich die obere Verbreiterung 13a auf den Aktorhalter 9 zubewegt, verhindert oder zumindest begrenzt. Eine Vorwärtsbewegung des Aktors 8 wird durch die untere Verbreiterung 13b begrenzt.
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Zur vereinfachten Positionierung weist die Klammer 14 ferner an ihrem unteren Ende einen weiteren Vorsprung 18 auf, welcher den Aktor 8 von unten zumindest teilweise umgreifen kann. An ihrem oberen Ende weist die Klammer 14 zudem einen seitlich angeordneten Abdrückvorsprung 19 auf, welcher zumindest eine nach oben gerichtete Schräge 20 aufweist.
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3 zeigt das Scharnier 1 in einer ausgefahrenen Stellung, wie sie im Fall einer Detektion einer Kollision durch eine Betätigung des Aktors 8 im aktiven Aufprallfall erreicht wird. Bei der Betätigung des Aktors 8 fährt der Aktorstößel 11, z. B. pyrotechnisch angetrieben mit hoher Geschwindigkeit aus dem Aktorgehäuse 10 aus. Nach Überwindung des Abstands zu dem unteren Scharnieroberteil 5 trifft der Stößelkopf 12 auf eine Unterseite einer Kontaktplatte 21 des unteren Scharnieroberteils 5 und bewirkt ein Schwenken des unteren Scharnieroberteils 5 nach oben in die ausgefahrene Stellung, wodurch auch das obere Scharnieroberteil 4 von dem unteren Scharnieroberteil 5 nach oben weggeschwenkt wird.
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Bei der Auslenkung oder Verschwenkung des unteren Scharnieroberteils 5 (und damit auch des oberen Scharnieroberteils 4 und der Fahrzeugklappe) tritt eine Reaktionskraft oder Gegenkraft auf den Aktor 8 auf, welche den Aktor 8 in die Rückwärtsbewegung (nach unten) drängt. Diese Reaktionskraft wird durch die (in 3 nicht gezeigte) Klammer 14 aufgenommen, da die Klammer 14 das Aktorgehäuse 10 bezüglich der Rückwärtsbewegung auf dem Aktorhalter 9 abstützt. In anderen Worten ist bei einem ausgelösten Aktor 8 die Klammer 14 ein Teil eines Kraftpfads zwischen dem Aktorgehäuse 10 und dem Aktorhalter 9 und nimmt dementsprechend die auf das Aktorgehäuse 10 wirkenden Kräfte auf und leitet sie auf den Aktorhalter 9 weiter. Folglich verbleibt der Aktor 8 im Wesentlichen in seiner Ausgangslage, und ein Hub des Aktorstößels 11 wird im Wesentlich vollständig zum Anheben der Fahrzeugklappe genutzt. In noch anderen Worten dient die Klammer 14 bei einem aktiven Aufprallfall dazu, den Aktor 8 als ganzes an dem Aktorhalter zu fixieren und so zu verhindern, dass der Aktor 8 dann durch den Aktorhalter 9 nach hinten gleitet.
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4 zeigt das Scharnier 1 für den Fall, dass im passiven Aufprallfall ein Aufprall auf die Klappe stattfindet, ohne dass der Aktor 8 ausgelöst hat, oder für den Fall, dass der Aktor 8 bereits ausgelöst hat und folgend zurückgedrückt worden ist.
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In diesem Fall wird über die Fahrzeugklappe auf das obere Scharnieroberteil 4 eine nach unten gerichtete Kraft F oder Kraftkomponente ausgeübt, wie durch den Pfeil F angedeutet. Der Aufprall eines Objekts sollte möglichst stark gedämpft werden. Dazu ist es vorteilhaft, wenn die Fahrzeugklappe so weit wie möglich nachgeben und Energie aufnehmen kann, bevor sie auf feste Teile trifft. Ein fest mit dem Scharnier 1 verbundener Aktor 8 könnte ein solches festes Teil darstellen, welches ein weiteres Nachgeben der Fahrzeugklappe behindert.
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Um das Nachgeben der Fahrzeugklappe zu ermöglichen, ist die Klammer 14 (in 4 nicht gezeigt) lösbar angebracht und kann abgedrückt werden. So kann die Klammer 14 von dem Aktor 8 zumindest teilweise gelöst werden, bevor das Scharnier 1 durch den Aufprall soweit nach unten gedrückt worden ist, dass es auf den Aktor 8 stößt. Folglich ist der Aktor 8 nun in dem Aktorhalter 9 frei oder mit einer reduzierten Kraft verschiebbar gelagert. Wird der Aktor 8 nach unten gedrückt, z. B. durch die Bewegung des unteren Scharnieroberteils 5, kann er sich so lange durch den Aktorhalter 9 geführt nach unten bewegen, bis die obere Verbreiterung 13a auf dem Aktorhalter 9 anschlägt. Diese Anschlagstellung ist in 4 gezeigt.
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Die Klammer 14 kann dadurch abgedrückt werden, dass das untere Scharnieroberteil 5 den Aktorstößel 11 in das Aktorgehäuse 10 drückt. Dadurch drückt der Stößelkopf 12 von oben auf die Schräge 20 des Abdrückvorsprungs 19 (siehe 1), wodurch eine auf die Klammer 14 wirkende im Wesentlichen seitlich gerichtete Kraft die Klammer von dem Aktor entfernt. Dies geschieht z. B. dadurch, dass die seitlich gerichtete Kraft auf den oberen Vorsprung 16 der Klammer 14 einwirkt.
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Die Klammer 14 kann alternativ dadurch abgedrückt werden, dass das untere Scharnieroberteil 5, das obere Scharnieroberteil 4 oder die Fahrzeugklappe von oben auf die Klammer 14 drückt, insbesondere auf eine Schräge der Klammer. Dazu kann das untere Scharnieroberteil 5, das obere Scharnieroberteil 4 oder die Fahrzeugklappe einen Vorsprung aufweisen, der den Abdrückvorsprung 19 kontaktieren kann.
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Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Scharnier
- 2
- Scharnierunterteil
- 3
- Scharnieroberteil
- 4
- oberes Scharnieroberteil
- 5
- unteres Scharnieroberteil
- 6
- kurzer Lenker
- 7
- langer Lenker
- 8
- Aktor
- 9
- Aktorhalter
- 10
- Aktorgehäuse
- 11
- Aktorstößel
- 12
- Stößelkopf
- 13a
- obere Verbreiterung
- 13b
- untere Verbreiterung
- 14
- Klammer
- 15
- Basisteil
- 16
- oberer Vorsprung
- 17
- unterer Vorsprung
- 18
- Vorsprung
- 19
- Abdrückvorsprung
- 20
- Schräge
- 21
- Kontaktplatte
- F
- Pfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007033325 A1 [0003]
- DE 102006037831 A1 [0004]
